к оглавлению

ОБ ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ "ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ"

Алексей Алексеевич Тяпкин

3.3.    Сравнение работ создателей теории

 

Прежде всего возникает вопрос о том, в какой мере завершающие работы Пуанкаре и Эйнштейна связаны с более чем на год опередившей их статьей Лоренца. В отношении работ Пуанкаре этого вопроса просто не существует, поскольку обе его статьи начинаются с высокой оценки работы Лоренца 1904 г., а свое исследование он скромно характеризовал следующими словами: "Важность этого вопроса побудила меня снова заняться им. Результаты, полученные мной, согласуются во всех наиболее важных пунктах с теми, которые получил Лоренц, я стремился только дополнить и видоизменить их в некоторых деталях" [5а]. И далее после слов: "Идея Лоренца состоит в том, что уравнения электромагнитного поля не изменяются в результате некоторого преобразования, которое я назову именем Лоренца...", автор начинает излагать свой абсолютно новый групповой подход и свое видение всей проблемы.

Непосредственное сравнение работы Эйнштейна 1905 г. [6] с ранее опубликованной работой Лоренца [4], проведенное нами в заключительной статье сборника [7], привело к выводу о явной независимости выбранного Эйнштейном пути построения от построения, развитого в работе Лоренца 1904 года.21 Прежде всего, их построения совершенно отличаются и выбором исходных положений, и поставленной конечной целью самого теоретического исследования.

Статья Лоренца [4]. В начале статьи автор отмечает, что данное исследование было предпринято им под влиянием критических замечаний Пу­анкаре в адрес прежних его попыток объяснения специальными гипотезами отрицательных результатов экспериментов по обнаружению "эфирного ветра". Но и в этой работе Лоренц далек от того, чтобы изначально положить в основу своего построения универсальный принцип относительности. Для него был совершенно неприемлем аксиоматический путь построения новой теории. Верный традициям старой школы теоретической физики, он не мог сделать исходным положением то, что требовалось получить в качестве окончательного результата всего теоретического построения. Поэтому влияние критических замечаний Пуанкаре сказалось только на выборе Лоренцем конечной цели предпринятого построения, а именно "с помощью определенных основных допущений показать, что электромагнитные явления строго, т.е. без какого-либо пренебрежения членами высшего порядка, не зависят от движения системы" [4] (см. также [7], с. 68 и с. 284).

Но полного доказательства решения поставленной задачи на самом деле статья Лоренца не содержала. Как подчеркнул в своей книге В. Паули, обсуждая работу Лоренца, "это, однако, было строго доказано только в отношении уравнений для пространства без зарядов". ([3], с. 12) "Далее, Пуанкаре исправил лоренцевы формулы преобразования плотности заряда и скорости, — пишет затем Паули, — и, таким образом, достиг полной инвариантности уравнений электронной теории" ([3], с. 13). Что же касается решения этой проблемы в статье Эйнштейна [6], то, как уточнил в своих комментариях А.А. Логунов, "Эйнштейну для установления Лоренц-инвариантности уравнений Максвелла с источниками необходимо было бы, кроме установления характера преобразования для поля, показать еще, что по такому же закону преобразуется и сила Лоренца. Но ничего этого в работе Эйнштейна также нет" ([8а)], с. 36). Правда, в этих замечаниях и Паули, и Логунова речь идет лишь о непол­ноте достигнутого авторами математического доказательства инвариантности уравнений Максвелла. Важно, что сами теоретические построения и Лоренца, и Эйнштейна действительно отвечали принципу относительности. А для строгого и полного доказательства инвариантности уравнений электродинамики в присутствии зарядов потребовалось, не меняя самих построений, всего лишь внести исправления, сделанные Пуанкаре - в одном случае, и дополнение, отмеченное Логуновым — в другом. У первой попытки строго удовлетворить принципу относительности были и другие существенные изъяны, но, обсуждая их далее, мы должны принять во внимание, что такой глубокий мыслитель в области точных наук, как Пуанкаре, не сделал ни одного упрека Лоренцу. Надо полагать, он отлично видел все трудности понимания вновь открывшегося перед первоисследователем пласта совершенно новых физических знаний, устраняющих давний кризис физики, вызванный тщетными попытками обнаружить в оптических и электромагнитных явлениях абсолютное движение сквозь мировой эфир. Кроме того, Лоренца он и прежде ценил как главного продолжателя исследований Максвелла, как создателя электронной теории, а в его работе 1904 г. он прежде всего увидел выдвижение начал первой, за более, чем 200-летний период после Ньютона, новой механики околосветовых скоростей движения. Об этом глубоком понимании Пуанкаре значения работы Лоренца сле­дует помнить всем, кто в недостатках работы Лоренца ищет оправдание совершенно необоснованному устранению Лоренца из числа создателей теории. Он был первооткрывателем новой механики и соответствующих ей новых пространственно-временных преобразований, полученных, но далеко не осознанных им. Другое дело, что эти открытия не исчерпывали всего грандиозного знания, вскрытого затем Пуанкаре, Эйнштейном и Минковским. Всех их вполне справедливо считать создателями этой теории, поскольку их исследования существенно дополняют друг друга и призывают новые поколения ученых к более всестороннему и глубокому проникновению в сущность открытых в начале XX века закономерностей. Работа Лоренца не представляла собой единого построения на основе минимального числа необходимых исходных положений. Она фактически состояла из двух последовательных частей со своими исходными допущениями. Это - электродинамика в движущейся системе и физическое обоснование сокращения размеров движущихся твердых тел, основанное на обобщении полученных в первой части результатов. В первой части работы, посвященной электродинамике движущихся сред, Лоренц исходит из справедливости уравнений Максвелла для описания электромагнитных полей в неподвижном эфире. Он ставит перед собой задачу получить описание этих полей в системе, движущейся относительно эфира с любой скоростью, меньшей скорости света. Совершенно справедливым является то, что это ограничение скорости рассматриваемой системы координат фигурирует в качестве начального условия. И в общепринятом построении теории уже при формулировке принципа эквивалентности ИСО следовало бы сразу подчеркивать, что речь идет о физическом равноправии только тех систем координат, которые движутся относительно друг друга со скоростью, меньшей скорости света. Решение поставленной задачи Лоренц начинает с фундаментальных математических исследований инвариантности уравнений электродинамики. В движущейся системе он использует две различные системы исчисления координат: "истинную" систему координат K?(x٭, у٭, z٭, t٭ = t), связанную с координатами исходной системы К(х, у, z, t) обычными преобразованиями Галилея, и так называемую местную систему координат К'(х', у', z', t'). Далее он предлагает некоторое преобразование,22 связывающее координаты x٭, у٭, z٭ и  t٭ = t со значениями местных координат х', у', z' и t', и для поля в пустоте (отсутствие зарядов) строго доказывает, что переход от обычных координат к местным обеспечивает получение уравнений электродинамики, совершенно тождественных уравнениям в исходной системе эфира. Можно было бы описать сам вывод новых преобразований из условия инвариантно­сти уравнений Максвелла. Но можно поступить и так, как сделал Лоренц, т.е. начать непосредственно с доказательства инвариантности уравнений Максвелла относительно ранее найденных преобразований. Однако из этого доказательства Лоренц не делает естественного вывода о фактическом равноправии рассматриваемых систем - исходной системы К(х, у, z, t), которая считалась покоящейся в эфире, и движущейся в эфире системы К'(х , у', z', t'). Он явно уклоняется от дальнейших рассуждений, которые неминуемо вступили бы в противоречие с его представлением, что само движение физической системы сквозь эфир порождает те эффекты, которые делают ненаблюдаемым это движение в оптических и электромагнитных опытах.

Прервав на этом свое математическое исследование, Лоренц переходит ко второй части статьи, посвященной доказательству, что вызванное движением системы К٭ относительно эфира отличие в электромагнитных процессах не может быть использовано для экспериментального обнаружения этого движения. Иначе говоря, в этой части статьи автор рассматривает электромагнитные эффекты, обусловленные фактом неинвариантности уравнений электродинамики относительно преобразований Галилея, и старательно изыскивает условия, при которых стало бы невозможно само наблюдение этих эффектов. Современным теоретикам такой необычный путь к принципу эквивалентности ИСО покажется, конечно, неоправдано сложным и даже запутанным. Но этот этап пути и сейчас небесполезен,23 а исторически он был крайне необходим. Ведь электродинамика Максвелла, предсказывающая нарушение принципа относительности во втором порядке отношения v/c, вступила в противоречие с результатами эксперимента Майкельсона-Морли. Казалось бы, отсюда однозначно следовал вывод о недостаточной точности самой теории исследуемых явлений. Иначе говоря, в этой ситуации самым естественным было бы усомниться в сверхвысокой точности созданных ранее (1861-1865) Максвеллом математических уравнений, описывающих электромагнитные явления в неподвижном эфире. И по этому естественному пути пошел немецкий физик Г. Герц, прославившийся открытием электромагнитных волн Максвелла (Фарадея), который привел эти уравнения к согласию с опытом Майкельсона-Морли, придав им инвариантную относительно преобразований Галилея форму.24

И в основном Лоренцу наука обязана сохранением веры в уравнения Максвелла и поисками иных путей преодоления кризиса. Причем на этот раз речь шла об устранении эффектов второго порядка отношения v/c, на которые Лоренц раньше сохранял большие надежды получить доказательство существования светоносной среды.

Другой важнейшей предпосылкой выхода на правильное решение проблемы было, как это ни странно, представление Лоренца о неподвижном эфире, не увлекаемом движением Земли. Именно это представление автоматически вело к независимости скорости света от движения его источника, т.е. к не имеющему тогда экспериментального обоснования второму положению, необходимому добавлению к принципу относительности для прихода к новой теории. Лоренцу также принадлежит важнейшая идея выхода за рамки электромагнитной теории, он первым предложил полученные результаты для трансформации электромагнитных сил и закон изменения со скоростью массы электрона обобщить на силы и массы любой другой природы.25 Этот выход за пределы электромагнитных явлений представляет собой центральный момент всего теоретического построения Лоренца, который с необходимостью вел к новым представлениям о пространстве и времени. Именно это обобщение делало его теоретическое построение, основанное на признании уравнений Максвелла и неподвижности эфира, потенциально полным,26 т.е. без внесения каких-либо дополнительных положений его теория приводила к результатам, физически эквивалентным всему содержанию специальной теории. Вот почему стало принципиально невозможно предложить реальный experimentum crucis, позволяющий отделить теоретическое построение Лоренца от этой теории.

Между тем, избранный Лоренцем путь построения теории при условии его успешного завершения, безусловно, привел бы к более глубокому ее пониманию, к установлению прямой связи пространственно-временной метрики с всеобщими свойствами движения материи и к пониманию определяющей роли последних, а, следовательно, и к пониманию первичного значения новой механики и вторичной роли метрических свойств в причинно-следственных взаимосвязях [39].

Ограниченность понимания, достигнутого самим Лоренцем, проявля­лась и в привлечении абсолютного движения в эфире для объяснения невозможности его обнаружения, и в непонимании обратимости всех полу­ченных эффектов, которая на самом Деле уже содержалась в созданном Лоренцем теоретическом аппарате. Достаточно было рассмотреть в системе К'(х', у , z
', t') отрезок определенный длины и электрон определенной массы, но покоящихся в исходной системе К(х, у, z, t), чтобы убедиться в сокращении длинны этого отрезка и в возрастании массы этого электрона в системе "местных" координат, движущейся в эфире. Это рассмотрение, отсутствующие в работе Лоренца 1904 г., позволило бы обнаружить потенциально присутствующую в его теории обратимость всех эффектов и одновременно показало бы ложную видимость объяснения этих эффектов движением системы относительно эфира. В отношении признания работы Лоренца [4] вначале все развивалось вполне нормально. На заседании Немецкого физического общества 23 марта 1906 г. свой доклад "Принцип относительности и основные уравнения механики" М. Планк начал следующими словами: "Принцип относительности, предложенный недавно Лоренцем* и в более общей формулировке Эйнштейном**, означает, что из двух относительных систем ..." [40], где отмеченные ссылки относились к работам [4] и [6]. Эта краткая формули­ровка ведущего немецкого физика-теоретика давала начальную установку для дальнейшего подробного рассмотрения соотношения двух выдающихся работ. Соответственно оценке М. Планка, и другие ученые в те годы ставили эти два имени рядом, отмечая заслуги как автора первой формулировки решения проблемы, так и автора более полного и окончательного ее решения. Большую лепту в признание обсуждаемой работы Лоренца внес и такой авторитет теоретической науки, как Пуанкаре. Помимо высокой оценки статьи Лоренца, данной в публикациях 1905 г., Пуанкаре пропа­гандировал автора как создателя новой механики в своих международных лекциях, прочитанных в Геттингене (1909), в Берлине (1910) и в Лондоне (1912). Особенно яркие слова были высказаны им в этой последней лекции, прочитанной в мае 1912 г. в Лондонском университете. Свою лекцию "Пространство и время" он начал словами: "Одной из причин, побудивших меня вернуться к вопросу, которым я занимался неоднократно, является происшедший недавно переворот в наших взглядах на механику. Разве принцип относительности, как его понимает Лоренц, не должен заставить нас принять совершенно новые представления о пространстве и времени и разве он не заставит нас тем самым оставить уже окончательно установленные, казалось бы, выводы?" ([41], с. 420). Однако в последующем официальная версия создания теории стала тенденциозно видоизменяться так, что полностью перестали приниматься во внимание прежние яркие высказывания о работе Лоренца 1904 г. таких авторитетных ученых, как Пуанкаре, Планк и Паули. Да и сам Эйнштейн в последующем перестал приводить ссылки на работу Лоренца 1904 г. как на работу своего непосредственного предшественника и ограничивался в дальнейшем лишь обсуждением его более ранних работ, в которых автор еще не ставил перед собой задачу строго удовлетворить принципу относительности. Немалое удивление вызывает и позиция, занимаемая самим Лоренцем. Похоже, он даже способствовал начавшейся кампании приписывания создания теории лишь одному Эйнштейну. Появившийся в 1913 г. в Германии первый сборник статей по новой теории под редакцией О.Блюменталя Тейбнера включал статью Лоренца 1904 г., к которой было добавлено новое примечание автора с указанием в скобках - [Примечание Г.А. Лоренца, 1912 г.]. Это примечание, воспроизведенное и в русском издании 1935 г., начинается такими словами: "Можно заметить, что в этой статье мне не удалось в полной мере получить формулы преобразования теории относи­тельности Эйнштейна. ..." ([1], с.22). Далее в этом примечании говорилось о том, что формулы преобразования плотности заряда и скорости в его статье "не имеют вида, который был дан Эйнштейном."(с.23). Но это как раз те соотношения, на исправление которых обратил внимание Пуанкаре еще до того, как Эйнштейн послал свою статью в журнал. А заканчивалась эта, относящаяся к Эйнштейну часть примечания такими словами: "Заслуга Эйнштейна состоит в том, что он первый высказал принцип относительности в виде всеобщего строго и точно действующего закона."(с.23). Но это утверждение Лоренца не отвечает историческим фактам в части приме­нения эпитета "первый" и фактическому физическому содержанию статьи Эйнштейна в части использования эпитета "всеобщего".27

Остается неясным, почему позднее уже после работы Пуанкаре 1905(6) г. и особенно после разъяснений им работы Лоренца, содержащихся в его докладе и в статье 1912 г. [41], Лоренц не провел подробного рассмотрения, чтобы лично убедиться в потенциальной полноте своего первоначального теоретического построения и в совпадении всех его экспериментальных результатов с предсказаниями теории. Сохранение Лоренцем ограниченности первоначального понимания физического содержания собственной работы была использована затем не только в приоритетных спорах, но и критиками, выступившими против теории относительности.28 Создается впечатление, что все отмеченные выше странности в поведении крупнейшего теоретика были лишь проявлениями преднамеренного отказа Лоренца от справедливых претензий на решающее участие в создании теории. Эта явная аномальность занятой позиции была оценена как проявление необычайного благородства великого ученого, самоустранившегося от всяческих приоритетных претензий. Такая позиция Лоренца действительно необычайно облегчила проблему внедрения в общественное сознание версии об Эйнштейне как единственном творце этой теории.29

Создание начал новой механики и первое успешное выполнение принципа эквивалентности ИСО в электродинамике, а также обобщение полученных результатов на силы любой природы совершенно справедливо считать, вслед за Пуанкаре, основными составляющими пионерского вклада Лоренца. И тот факт, что этих положений достаточно для объяснения результатов всей совокупности возможных экспериментов, позволяет нам обоснованно признать работу Лоренца 1904 г. первым вариантом изложения теории, хотя и далеко не осознанным самим автором.

21В тексте статьи Эйнштейна 1905 г. дважды упоминается имя Лоренца в связи с уравнениями электродинамики. При этом скорее всего автор имел в ввиду работу Лоренца 1895 г. Необоснованность попыток связать это упоминание имени Лоренца с его работой 1904 г. обсуждается мною в заключительной статье сборника [7].

22Это преобразование, связывающее собственные координаты произвольного события в движущейся системе (х', у', z' и t') с галилеевскими координатами той же системы (х٭, y٭, z٭ и t٭), полностью эквивалентно преобразованиям Лоренца, которые получа­ются после перехода к координатам исходной системы заменой х٭ = xvt, у٭ = у, z٭ = z  и  t٭ = t. Обозначение координат со значком ٭, введенное нами, оправдано лишь для переменной х. Лоренц же в своей работе использует в движущейся системе те же обозначения координат, что и для исходной, "покоящейся" системы К (х, y, z  и t), и только по тексту можно понять, когда речь идет о движущейся системе, но с координатами, измеренными в масштабах исходной системы К. В работе [16] мы показали, что применение координат  х٭, у٭, z٭ и t٭ = t для описания процессов в движущейся системе имеет важное педагогическое значение как предварительный этап, проясняющий истинный физический смысл вводимых затем собственных координат  х', у', z'  и  t' в той же "движущейся" системе отсчета. Именно на этом предварительном этапе рассмотрения, характерном для подходов Лоренца и Лармора, мы можем убедиться в существовании всеобщей анизотропии в пространстве скоростей системы К٭, физически неотличимой от изотропии, но требующей для восстановления изотропности описания введения собственных координат в данной инерциапьной системе.

23На самом же деле сложность этого пути к принципу эквивалентности ИСО вполне оправдана и для современных ученых. Если, в отличие от Лоренца, его пройти до конца, то наградой будет постижение истинного смысла теории, понимание существенного отличия действующего в этой теории принципа от классического принципа относительности Галилея-Ньютона. Я имею ввиду оставшийся в тени факт выполнения этого принципа на основе кинематического подобия физических процессов, происходящих в разных системах отсчета, а вовсе не их тождественности, предполагаемой классическим принципом относительности. 24Конечно, этот путь для согласования с опытом Физо потребовал ввести представление о сильном увлечении эфира только массивными телами и лишь частичном увлечении эфира струей воды в опыте Физо. Но это представление казалось многим вполне естественным, а прямое противоречие с астрономическими наблюдениями тогда еще не обсуждалось (вопрос стал обсуждаться только после выступления В. де Ситтера (1913)).

25Эта мысль была высказана им не только в работе 1904г. [4], но и в статье, написанной в 1903 г. для математической энциклопедии [38]. В этой статье Лоренц, обсуждая ту же идею обобщения конкретно применительно к силам тяготения, приходит к важнейшему выводу о необходимости принять скорость распространения гравитации равной скорости света.

26Этим важнейшим обобщением статья Лоренца принципиально отличалась и от более ранней работы Лармора [19], которая не обладала укаоанной потенциальной полнотой, поскольку полученные в ней новые преобразования пространственно-временных координат связывались лишь с электромагнитными явлениями.

27Приведенные слова противоречат и собственным утверждениям автора, который в те же годы писал в полном соответствии с историческими фактами: "На самом деле, для некоторых величин, встречающихся в формулах, я не указал наиболее подходящего преобразования. Это было сделано Пуанкаре, а затем Эйнштейном и Минковским." ([42 б)] с.191). В той же статье есть и такие слова: "Напротив, Пуанкаре получил полную инвариантность уравнений электродинамики и сформулировал "постулат относительности" - термин, впервые введенный им. В самом деле, исходя из точки орения, которую я упустил, он вывел формулы (скорости и плотности - пояснения А.Т.). Добавим, что, исправляя, таким образом, недостатки моей работы, он никогда в них меня не упрекнул." (с. 193).

28Так, известный венгерский физик Л. Яноши на основе работы Лоренца развил своеобразный антирелятивистский подход, выдвинув ряд критических замечаний физико-философского характера к теории относительности. Он использовал динамическую модель возникновения релятивистских эффектов в рамках электромагнитной теории. Но при этом он не счел необходимым принять лоренцевское обобщение результатов на все взаимодействия иной природы и тем самым утерял возможность вернуться к теории на новом уровне понимания, когда становится предельно ясно, что выдвинутые автором претензии относятся к недостаткам традиционного изложения теории, а не к самому ее содержанию [16].

29На самом же деле для объективной истории науки ничего не меняет отказ ученого от авторских претензий или даже от самого опубликованного им научного результата (как это было с отказом Галилея от идеи вращения Земли). В этом случае возникают лишь дополнительные вопросы о причинах отказа, но они больше относятся к биографии ученого, чем к самому предмету науки. В обсуждаемом случае такими причинами, помимо отсутствия обычного для ученой среды авторского честолюбия и благородного желания уступить первенство яркому молодому дарованию, безусловно, были и ограниченность понимания физического содержания собственного исследования, и недопонимание того факта, что все расхождения лежат в области возможных интерпретаций одной и той же физической теории.

назад вперед

к оглавлению

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution