Многие задавались таким вопросом, влияют ли на них те люди, с которыми они проводят большую часть времени, и если да, то как именно? А главное, как можно использовать знание про окружение себе на пользу? Давайте посмотрим вокруг и внимательно изучим людей, которые нас окружают.

Наша жизнь в какой-то степени зависит от нашего окружения, более того, именно наше окружение диктует нам правила жизни и изменяет ее. Даже если взять, например, животных: их форма, окраска, повадки и размер обусловлены их средой обитания. Так и поведение людей обусловлено тем окружением, в котором они живут. Ведь не зря говорят: «Скажи кто твой друг, и я скажу кто ты». Исследования доказывают, что если взять десять самых близких нам людей, то есть тех, с которыми мы больше всего проводим времени, то получится, что наш доход будет очень близок к их примерной ежемесячной зарплате.

Еще с давних времен существует большое количество пословиц и выражений по этому поводу, которые очень четко отражают положение дел: «С волками жить, по-волчьи выть», «Яблочко от яблоньки недалеко падает». Согласно мнению психологов, у каждого человека есть такое окружение, изменить которое или повлиять на него они не в состоянии. Это наши родители, язык, район проживания, а дальше – наше образование, социальный статус, профессия и т.п. В общем, все, что у нас было до сих пор, все то прошлое, которое нам не подвластно.

Но, к счастью, работая над настоящим, мы можем изменить свое будущее. Для этого нужно сначала проанализировать: как именно на вас повлияли ваши близкие люди в детстве или юношестве так, что вы сейчас оказались там, где вы есть. Может с самого детства вас родители и учителя убеждали в том, что нужно хорошо учиться, закончить какой-то престижный институт и только тогда вы сможете устроиться на хорошую работу и получать высокую зарплату. Но мы же сейчас с вами знаем, что хорошей учебы и высшего образования не достаточно для того, чтобы стать миллионером. Более того, многие успешные люди признаются, что в школе учились плохо и так и не смогли закончить высшее учебное заведение. Но зато их одноклассники, закончившие школу с золотой медалью так и не нашли себе достойную работу.

Или может быть после 11 класса вы все как один хором решили поступить в один и тот же институт. Это вовсе не означает, что ваши родители, учителя или друзья детства плохие люди, не нужно ставить под сомнение их человеческие ценности и качества. Также не нужно отказываться от них, продолжайте их любить и ценить за то, что они есть у вас, но слушать их советы относительно бизнеса и тем более следовать им не надо. Исключение составляют знакомые, добившиеся чего-то в бизнесе сами.

Почему мы так неизбежно подвержены влиянию своего окружения? Все дело в том, что с самого раннего детства каждый человек способен обучаться только с помощью подражания. Поэтому, если мы окружили себя людьми, жалующимися на свою жизнь, которые недовольны всем и всегда, то мы вскоре сами такими же станем. А если наполнить окружение духовными, богатыми, постоянно развивающимися и успешными людьми, то мы будем вынуждены соответствовать им. Согласно мнению психологов, жизнь любого человека более чем на 90% обусловлена теми примерами, которые у них перед глазами каждый день.

Создайте собственное окружение, которое кардинально повлияет на вашу жизнь. Начните уже сегодня тщательно и сознательно создавать и выбирать свое окружение, игнорировать тех людей, которые тянут вас вниз, мешают расти, и могут украсть мечту о процветании и счастье. Общайтесь только с теми, у кого вы сможете чему-либо научиться, потому что только такие люди, иногда даже не догадываясь об этом, поднимут вашу жизнь на новый уровень.

Только вдумайтесь в эту цифру!

70% нашего успеха — наше окружение.

Это то, о чем нужно помнить, когда очередная подруга детства пытается поныть, как стало тяжело жить. Или когда родители качают головой, когда ты живешь своей жизнью, а не их. О чем нужно думать, когда становится ясно, что ребенок, кажется, связался не с той компанией от безделия или от того, что у него не осталось других вариантов. Всегда надо понимать, к каким глобальным переменам может привести просто изменение компании — отдать в спорткружок, перевести в другую школу или куда-то еще.

70% — это очень много.

Это очень важно и игнорировать это точно не стоит. А стоит плотно поработать над этим моментом в своей жизни.

Окружение — это такая штука, которая вытаскивает вас сама.

Вы можете почти не шевелиться, почти ничего не менять в жизни осознанно, самостоятельно, а жизнь все равно будет меняться.

Потому что будут потихоньку трансформироваться установки в голове, будут появляться другие, чем раньше, новые идеи и желания. Фокус будет переходить на другие цели. Я писала об этом эффекте в своем посте «Как среда стодневщиков помогает тянуться за собой и повышать емкость» .

У Петра Осипова (видео ниже) есть как раз такая «теория рек». О том, что когда ты в нужном тебе контексте, в нужной тебе реке, ты можешь даже пытаться плыть в другую сторону, а река все равно потащит тебя за собой.

«Любое погружение в коллектив с головой меняет интересы, вкусы, взгляды человека, даже если он был устойчивой личностью. Вы можете измениться в кратчайшие сроки, и если вы ищете этих изменений, вам нужны новые друзья, новый коллектив.

Группа поддержки — хороший способ справиться с любой зависимостью . На этом основаны полезные эффекты АА (анонимные алкоголики) и других подобных групп.

Использовать дружбу надо осознавая ее могучее влияние и друзей искать таких, на кого вы действительно хотите быть похожи. Никогда не дружите близко с теми, чей образ жизни и взгляды вам не нравятся, только с теми, к кому вы хотели бы дотянуться .»

Андрей Парабеллум:

«Я много раз уже говорил о том, что если собрать вместе дюжину человек, с которыми мы проводим бОльшую часть нашего времени, и разделить все их достижения, успехи и проблемы поровну – можно с большой точностью предугадать, что это как раз то, где Вы скорее всего окажетесь очень-очень скоро.

Если уже не оказались.»

Мне очень нравится и Петр Осипов (Бизнес Молодость) и особенно то, к чему он пришел в последнее время.

Вышло крутое видео про силу окружения от него. Наконец-то кто-то так четко разложил на полочки все про то, как это работает.

Вот цитата из этого видео, которое можно (и нужно) посмотреть ниже:

«Есть всего 2 способа развиваться:

Первый способ похож на бурлаков на Волге , которые тащат огромный корабль развития за собой, которые прилагают много усилий, полагаются на свою силу, свою силу воли , чтобы сделать шаг вперед. Проблема этой стратегии в том, что, опираясь на личную силу, силу воли, она очень быстро заканчивается, ее не хватает вдолгую.

И есть второй путь развития, который не предполагает большого объема личных усилий , а который предполагает быть в том контексте, который развивает тебя. Представим себе, что вы нахдитесь в некой реке, и вы должны плыть из точки А в точку Б. То есть, если вы сейчас находитесь не в той реке, и река течет в другую сторону, нежели нужно вам, то вам нужно прилагать дополнительные 200-300-1000% усилий, чтобы преодолевать течение реки.

Если же вы находитесь в том потоке, который ведет вас в нужное вам направление, то тогда вам нужно совсем НЕ ПРИЛАГАТЬ усилия, чтобы плыть по направлению к своим целям. Вы можете даже плыть в обратную сторону. Все равно общее течение реки, которой вы находитесь сильнее, чем ваше персональное усилие.»

Получайте ежедневно короткие посты на тему саморазвития и личной эффективности, улучшения жизни:

ВВЕДЕНИЕ 3
1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ 4
2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ЭЙНШТЕЙНА 9
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

ВВЕДЕНИЕ

Достижения современной науки свидетельствуют о предпочтительности реляционного подхода к пониманию пространства и времени. В этом плане в первую очередь надо выделить достижения физики XX века. Создание теории относительности было тем значительным шагом в понимании природы пространства и времени, который позволяет углубить, уточнить, конкретизировать философские представления о пространстве и времени.
Альберт Эйнштейн, физик-теоретик, один из основателей современной физики, родился в Германии, с 1893 года жил в Швейцарии, с 1914 г. в Германии, в 1933 г. эмигрировал в США. Создание им теории относительности стало самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира,
По мнению современных исследователей, теория относительности ликвидировала всеобщее время и оставила только локальное время, которое детерминируется интенсивностью полей тяготения и скоростью движения материальных объектов. Эйнштейн сформулировал принципиально новые и важные в методологическом отношении положения, которые помогли лучше осознать особенности пространства и времени в различных сферах объективной реальности.

1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ

Если сказать, что под материей понимается внешний мир, существующий независимо от нашего сознания, то многие согласятся с таким подходом. Он коррелируется и с представлениями на уровне здравого смысла. И в отличие от некоторых философов, которым казалось несерьезным рассуждать на уровне обыденного мышления, материалисты принимают эту "естественную установку" в качестве основы своих теоретических построений.
Но, соглашаясь с таким предварительным пониманием материи, принимая его как нечто само собой разумеющееся, люди не испытывают чувство удивления и восхищения его глубоким смыслом, богатством методологических возможностей, которые открываются в его содержании. Оценить его значение нам поможет небольшой исторический анализ предшествующих концепций материи, понимания сущности этой категории.
Ограниченность материализма XVIII в. в понимании материи выражалась прежде всего в абсолютизации достигнутых научных знаний, попытках "наделить" материю физическими характеристиками. Так, в трудах П. Гольбаха наряду с самым общим пониманием материи как мира, воспринимаемого с помощью органов чувств, говорится о том, что материя обладает такими абсолютными свойствами, как масса, инерция, непроницаемость, способность иметь фигуру.
Это значит, что главным принципом материальности признавалась вещественность, телесность окружающих человека предметов. Однако при таком подходе за пределами материальности оказывались такие физические явления, как электричество и магнитное поле, которые явно не обладали способностью иметь фигуру.
Существовало и понимание материи как субстанции, что особенно характерно для философии Б. Спинозы. «Субстанция - это не мир, окружающий человека, а нечто, стоящее за этим миром, обусловливающее его существование» . Субстанция обладает такими атрибутами, как протяжение и мышление. При этом оставалось, однако, непонятно, как связана единая, вечная, неизменная субстанция с миром изменяющихся вещей. Это давало повод для иронических метафор, сопоставления субстанции с вешалкой, на которую навешиваются различные свойства, оставляя ее неизменной.
Ограниченность понимания материи в его обоих вариантах отчетливо обнаружилась в XIX в. Обычно главной причиной, вызвавшей необходимость перехода к новому пониманию материи как философской категории, называют кризис методологических оснований физики на рубеже XIX и XX вв.
Как известно, наиболее значительным достижением философии марксизма было открытие материалистического понимания истории. Общественное бытие, согласно этой теории, определяет общественное сознание. Однако экономические отношения лишь в конечном счете определяют функционирование и развитие общества; общественное сознание, идеология относительно самостоятельны и также влияют на социальное развитие. Этим марксистская теория отличается от "экономического детерминизма".
В марксистской теории как бы расширяются границы материальности, к которой относятся не только сами предметы с их вещественностью и телесностью, но также свойства и отношения (не только огонь, но и свойство теплоты, не только сами люди, но и их производственные отношения и т.д.). Именно в этом состоит вклад марксизма в понимание материи, который до сих пор недостаточно исследован.
Понимание материи как объективной реальности, существующей независимо от человека и не тождественной совокупности его ощущений, способствовало преодолению созерцательности предшествующей философии. Это вызвано анализом роли практики в процессе познания, которая позволяет выделять новые предметы и их свойства, включенные на данном этапе исторического развития в объективную реальность.
Особенность такого понимания материи состоит в том, что материальными признаются не только телесные предметы, но также свойства и отношения этих предметов. Стоимость материальна, потому что это количество общественно необходимого труда, затраченного на производство продукта. Признание материальности производственных отношений послужило основой материалистического понимания истории и исследования объективных законов функционирования и развития общества.
Можно попытаться найти определенные границы применения таких категорий, как "бытие" и "материя". Во-первых, бытие более широкая категория, так как она охватывает не только объективную, но и субъективную реальность. Во-вторых, бытие и материя могут использоваться для разграничения сущего и существующего (являющегося). Тогда существующее может быть представлено как объективная реальность, осознанная человеком в процессе его деятельности.
В современной методологии научного познания важное место занимают такие понятия, как "физическая реальность", "биологическая реальность", "социальная реальность". Речь идет об объективной реальности, которая становится доступной человеку в определенной сфере его деятельности и на определенном этапе исторического развития.
Философское осмысление мира обычно начинается с разграничения материального и идеального. Но для более полной характеристики изучаемых объектов нужны и другие категории. Среди них важное место занимают категории "движения" и "покоя".
Марксистская философия, опираясь на лучшие традиции предшествущих мыслителей, признает, что весь мир находится в состоянии непрерывного движения, которое внутренне присуще материальным объектам и не нуждается для своего существования во вмешательстве божественных сил, в первотолчке. Движение понимается как философская категория для обозначения любого изменения, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. Мир - не совокупность законченных вещей, а совокупность процессов.
Основа социальной формы движения - целесообразная деятельность людей, и прежде всего, по Марксу, «способ производства материальных благ» . Человек выступает как объект и субъект истории. В конечном счете история - это деятельность людей, преследующих свои интересы.
Пространство и время как самостоятельные категории появляются уже в философии Древнего Востока, где они рассматриваются наряду с такими первоначалами, как огонь, вода, земля (санкхья). У Аристотеля среди девяти основных категорий называются время, место, положение. В философии Древней Греции начинают складываться основные концепции пространства и времени: субстанциональная и реляционная. Первая рассматривает пространство и время как самостоятельные сущности, первоначала мира; вторая - как способ существования материальных объектов. Такое понимание пространства и времени находит наиболее яркое выражение в философии Аристотеля и Лукреция Кара.
В философии Нового времени основой субстанциональной концепции были положения И. Ньютона об абсолютном пространстве и времени. Он утверждал, что абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему-нибудь внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное время рассматривалось как чистая длительность. Основанием для таких утверждений был опыт классической физики, математические исследования (в частности, геометрия Евклида).

2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА

Как же возникла частная (специальная) теория относительности Эйнштейна, сузившая исследование глобального явления до ограниченной, частной относительности, до относительности некоторых базовых понятий, до частного принципа относительности? Почему она вообще возникла и упала на благодатную почву общественного восприятия?
Нельзя не заметить объективные причины появления работ по теории относительности. Они обусловлены «разогретым, революционным» политическим состоянием общества и стихийно, динамично развивающимся естествознанием второй половины XIX - начала XX веков. В то время наука, во многих своих сферах, систематично отвергала один за другим многие стереотипы – общепринятые тогда эталоны представлений, что наложило отпечаток на методологический нигилизм теории относительности в целом.
В значительной степени, на появление теории относительности повлияли авторитетная и ныне философия Иммануила Канта, признанное, наконец, к тому времени учение о бесконечности, а также некоторые математические труды, например неевклидовы геометрии Лобачевского (1792-1856) и Римана (1826-1866), представления о времени Минковского и Пуанкаре. Вышеприведенные причины и как следствие, появившиеся теории относительности Эйнштейна объединяет общее отсутствие методологии познания, объединяет то, что они не противоречиво, но своеобразно трактуют (или не трактуют вообще) базовые, системно образующие их теории понятия и не применяют общенаучных принципов познания. Почему они посмели это сделать? Потому, что эти понятия и принципы были по естественной незрелости науки, методологически не определены их предшественниками. А применение бурно развивающихся к тому времени технологий "обработки понятий познания" (методов логики, математики, физики и т.д.) позволило получать весьма оригинальные итоговые выводы на выходе.
Древнегреческий учёный Птолемей, а затем и Иммануил Кант постулировали зависимость реальности от самого познания. Объект, по Канту, существует как таковой лишь в формах деятельности субъекта. До сих пор, методология познания применяет принцип Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть". Приходит на ум притча о четырёх слепцах-мудрецах, которые ощупывали слона. Причём каждый ощупывал слона сугубо в определённых местах: один только ногу, другой только живот, третий хобот, четвёртый хвост. А затем они утверждали в разнобой об "истинности" и "правдивости" познанного ими облика слона. Фактически в подходе к познанию Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть", реализован именно такой субъективный подход к познанию и отвергнута возможность объективного познания в сравнении с общепринятыми эталонами - принципами познания.
Понятие бесконечности не определено в общенаучном понятии до сих пор. Это не познаваемое в принципе в величине безотносительное понятие, не имеющее эталона, а значит относительной сравнительной величины.
По этой причине, Минковский определил собственное видение понятия «время». При построении своих «метрических пространств», он ввел понятие синонимичное понятию времени – «плоскость мирового проявляющего процесса», которая «бежит» со скоростью света от произвольно выбранного любого «начала координат». Базисное понятие времени, «подогнали» под имеющийся на вооружении геометрический техпроцесс познания. А современные учёные теперь интенсивно ищут пути и способы путешествий в пространстве-времени.
Симбиоз теорий Минковского и Римана породил четырёхмерную абстрактную интерпретацию пространства – времени, имеющую весьма ограниченную практическую применимость. Например, её нельзя применять для моделирования реальных физических, изменяющихся объектов природы, как функций от изменяющихся их свойств (параметров).
Пространство-время - это интерпретация пространства выхолощенных от размерности событий, имеющих только свойства: пространственные координаты мест возникновения и моменты времени возникновения событий. Свойства пространства и времени несоразмерны друг другу, ибо от изменения одного, причинно-следственно другое не меняется, не зависит. Получается пространство событий, лишённых физической сущности – природы (размерности).
Основанием специальной теории относительности Эйнштейн посчитал сформулированный им принцип относительности, якобы не противоречащий принципу относительности Галилея. Отсутствие в научном арсенале Эйнштейна методологически сформированных понятий «время» и «одновременность», с учётом принятия постулата о глобальном постоянстве скорости света, позволило Эйнштейну «достичь» в специальной теории относительности одновременности событий в различных точках пространства при помощи посылаемых от одного источника к двум объектам световых сигналов, синхронизирующих часы этих объектов, формирующих одинаковую временную шкалу.
По мнению Эйнштейна, формирующих время на часах этих объектов и придав затем объектам различную скорость, он преобразованием Лоренца, математически строго обосновывает, что время в движущихся с различными скоростями объектах течёт по-разному. Что само по себе не только математически но и физически очевидно. Часы в случае такого способа познания «времени», при такой синхронизации будут идти по-разному, ибо шкала времени перестаёт быть единой эталонной для обеих часов «убегающих» по-разному от световых синхроимпульсов шкал времени объектов. А если эталоны шкал разные, то и отношения любой продолжительности любого процесса на объекте к разным эталонам продолжительности будет разное. Системы то познания времени не инерциальные. Если от синхроимпульсов "летящих" со скоростью света «убегать»со скоростью света, то такие часы на объекте вообще остановятся. Эйнштейн пошёл в своём обобщении и выводах намного дальше. Он «кардинально революционно» утверждает, что и длины объектов изменятся и биологические процессы (например, старение в «парадоксе близнецов») будут протекать по-разному в объектах (близнецах), которые двигаются относительно друг друга и относительно источника света с различными скоростями. Фактически Эйнштейн как бы «теоретически обосновал» принцип познания: «Величина свойств познаваемого объекта (например, свойств характеризующих старение, или продолжительность процессов на объекте, или его длины) причинно-следственно зависит от «линейки», от способа, которым эта величина измеряется (познаётся)» .
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА
Самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало создание теории относительности.
В 1905 г. молодой и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал в специальном физическом журнале статью под неброским заголовком «К электродинамике движущихся тел». В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности.
По существу, это было новое представление о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных с ними других видов материи заставили по-новому взглянуть на законы классической механики.
Опыты Майкельсона и теоретические работы Лоренца послужили базой для нового видения мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины мира. Эйнштейн показал, что введенные Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего, нужно отметить, что характеристики пространства и времени будут по-разному выступать в системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.
Так, если измерить на Земле ракету и установить, что ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.
Таков так называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: «Здравствуй, – говорит остававшийся на Земле, – рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет». «Здравствуй, – отвечает космонавт, – и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет». Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.
Это совершенно неожиданный для здравого смысла вывод. Получается, что ракета, которая имела на старте некоторую фиксированную длину, при движении со скоростью, близкой к скорости света, должна стать короче. Вместе с тем в этой же ракете замедлились бы и ход часов, и пульс космонавта, и его мозговые ритмы, обмен веществ в клетках его тела, то есть время в такой ракете протекало бы медленнее, чем время у наблюдателя, оставшегося на месте старта. Это, конечно, противоречит нашим обыденным представлениям, которые формировались в опыте относительно малых скоростей и поэтому недостаточны для понимания процессов, которые развертываются с околосветовыми скоростями.
Теория относительности обнаружила еще одну существенную сторону пространственно-временных отношений материального мира. Она выявила глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел.
Абстрагирующая способность человеческого мышления разделяет пространство и время, полагая их отдельно друг от друга. Но для описания и понимания мира необходима их совместность, что легко установить, анализируя даже ситуации повседневной жизни. В самом деле, чтобы описать какое-либо событие, недостаточно определить только место, где оно происходило, важно еще указать время, когда оно происходило.
До создания теории относительности считалось, что объективность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сохраняются отдельно пространственные и отдельно временные интервалы. Теория относительности обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходят различные расщепления единого пространства-времени на отдельно пространственный и отдельно временной интервалы, но происходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует изменение другого. Если, например, сократился пространственный интервал, то настолько же увеличился временной, и наоборот.
Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному при различных скоростях движения, осуществляется так, что пространственно-временной интервал, то есть совместное пространство-время (расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени), всегда сохраняется, или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Объективность пространственно-временного события не зависит от того, из какой системы отсчета и с какой скоростью двигаясь наблюдатель его характеризует. Пространственные и временные свойства объектов порознь оказываются изменчивыми при изменении скорости движения объектов, но пространственно-временные интервалы остаются инвариантными. Тем самым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С другой стороны, поскольку само изменение пространственных и временных интервалов зависит от характера движения тела, то выяснилось, что пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя.
Таким образом, философские выводы из специальной теории относительности свидетельствуют в пользу реляционного рассмотрения пространства и времени: хотя пространство и время объективны, их свойства зависят от характера движения материи, связаны с движущейся материей.
Идеи специальной теории относительности получили дальнейшее развитие и конкретизацию в общей теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой теории было показано, что геометрия пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое, в свою очередь, определено взаимным расположением тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространства-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тяготения, расположения тяготеющих масс относительно друг друга, то автоматически задается характер пространства-времени. Здесь пространство, время, материя и движение оказываются органично сплавленными между собой.
Особенность созданной Эйнштейном теории относительности в том, что в ней исследуется движение объектов со скоростью, приближающейся к скорости света (300 000 км в секунду).
В специальной теории относительности утверждается, что с приближением скорости движения объекта к скорости движения света «временные интервалы замедляются, а длина объекта сокращается» .
Общая теория относительности утверждает, что вблизи больших полей тяготения время замедляется, а пространство искривляется. В сильном поле тяготения кратчайшим расстоянием между точками будет уже не прямая, а геофизическая кривая, соответствующая кривизне гравитационных силовых линий. В таком пространстве сумма углов треугольника будет больше или меньше 180°, что описывается неевклидовыми геометриями Н. Лобачевского и Б. Римана. Искривление светового луча в поле тяготения Солнца было проверено английскими учеными уже в 1919 г. во время солнечного затмения.
Если в специальной теории относительности связь пространства и времени с материальными факторами выражалась лишь в зависимости от их движения при абстрагировании от влияния гравитации, то в общей теории относительности раскрывалась их детерминированность структурой, характером материальных объектов (вещество и электромагнитное поле). Выяснилось, что гравитация влияет на электромагнитное излучение. В гравитации была найдена связующая нить между космическими объектами, основа упорядоченности в Космосе, сделан общий вывод о структуре мира как сферическом образовании.
Теорию Эйнштейна нельзя рассматривать как опровержение теории Ньютона. Между ними существует преемственность. Принципы классической механики сохраняют свое значение и в релятивистской механике в пределах малых скоростей. Поэтому некоторые исследователи (например, Луи де Бройль) утверждают, что теория относительности в определенном смысле может рассматриваться как венец именно классической физики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Специальная теория относительности, построение которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году, доказала, что в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета к другой.
Система отсчета в физике - это образ реальной физической лаборатории, снабженной часами и линейками, то есть инструментарием, с помощью которого можно измерять пространственные и временные характеристики тел. Старая физика считала, что если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется инерциальным), то пространственные интервалы (расстояние между двумя близлежащими точками) и временные интервалы (длительность между двумя событиями) не меняются.
Теория относительности эти представления опровергла, вернее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тогда, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени остаются одними и теми же, но когда речь идет о движениях со скоростями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При увеличении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003. - 608 с.
2. Асмус В. Ф. Античная философия. 3-е изд. М., 2001.
3. Гольбах П. Система природы // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М.,1983.- С. 59-67.
4. Грюнбаум А. Философские проблемы пространства и времени. М., 1998.
5. Кассирер Э. Теория относительности Эйнштейна. Пер. с нем. Изд. Второе, 2008. 144 с.
6. Кузнецов В.Г., Кузнецова И.Д., Миронов В.В., Момджян К.Х. Философия: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 519 с.
7. Маркс К. , Энгельс Ф. Собрание сочинений. Т. 19. - С. 377.
8. Мотрошилова Н. В. Рождение и развитие философских идей: Историко-философские очерки и портреты. М., 1991.
9. Спиноза Б. Краткий трактат о Боге, человеке и его счастье // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М., 1987. - С. 82 - 83.
10. Философия: Учебник / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко. - 2-е изд., испр. и доп. - M.: Юристъ. 2004
11. Философия: Учебник / Под ред. проф. О.А. Митрошенкова. - М.: Гардарики, 2002. - 655 с.
12. Эйнштейн А. Физика и реальность: Собр. научн. тр. Т. 4. – М., 1967.

Дальнейшее углубление понимания сущности О. т. состояло в открытии связи структуры пространства-времени и причинности (ирл. физик А. Робб и др.). Каждому событию отвечает множество событий, на к-рые, оно воздействует (в принципе может воздействовать), – "область его воздействия" в четырехмерном многообразии событий. При этом скорость передачи воздействия ограничена скоростью света. Математически доказывается, что эти области определяются "геометрией" пространства- времени и, обратно, геометрия пространства-времени полностью определяется структурой совокупности этих областей. Коротко говоря, свойства пространства-времени определяются отношениями воздействия одних событий на другие. Это приводит к след. определению самого пространства-времени: пространство-время есть множество всех событий в мире, отвлеченно от всех свойств, кроме тех, к-рые определяются отношениями воздействия одних событий на другие. Этим устанавливается пространств.-врем. и причинно-следств. структуры мира, т.к. воздействие есть элемент причинно-следств. связи. Т.о., движущейся материи, определяемая связью ее элементов через воздействие и взятая только ст. зр. формы (системы отношений), и есть пространств.-врем. структура материи.

О б щ а я О. т. Включение в частную О. т. всемирного тяготения представляло трудности, к-рые были преодолены Эйнштейном путем построения ОТО (1915). Работы Эйнштейна, В. А. Фока и др. привели к след. пониманию ее основ. 1) Структура пространства-времени оказывается такой же, как в в частной О. т., только приближенно и локально (в достаточно малых областях пространства, в течение достаточно короткого времени). В больших областях пространство-время имеет более сложную структуру (математически оно является римановым или, по др. терминологии, псевдоримановым пространством). Соответ-ственно, все выводы частной О. т. верны лишь приближенно и локально. 2) Отличие структуры пространства-времени от принимаемой в частной О. т. определяется распределением и движением масс материи. Точно это выражается уравнением Эйнштейна, связывающим величины, характеризующие указ. отличие ("тензор кривизны"), с величинами, характеризующими распределение и движение масс ("тензор материи"). Отсюда математически выводится, что массы материи должны двигаться так, как если бы между ними действовали силы тяготения по закону, к-рый в первом приближении совпадает с законом тяготения Ньютона. Т. е. массы материи, определяя структуру пространства-времени, определяют через это и свое собств. движение. Поле тяготения есть не что , как отличие структуры пространства-времени от однородной, принятой в частной О. т. Тело, на к-рое не действует никакое др. и собств. влиянием к-рого на структуру пространства-времени можно пренебречь, движется по инерции, но из-за изменений в структуре пространства-времени, вызванных посторонними массами, движение это будет сложным, что классич. толковала как влияние сил тяготения. С точки зрения О. т. тут действуют не особые силы, а происходит движение по инерции в неоднородном пространстве-времени (представляющееся в нем геодезической, т.е. "прямейшей" линией). Применение ОТО к большим частям Вселенной и даже ко Вселенной в целом привело к важным результатам, но оно зависит от выдвигаемых гипотез, что делает выводы спорными, не говоря уже о спорности применения любой теории ко Вселенной в целом (см. Космология).

Подтверждения и обоснования О. т. Частная О.т. имеет многочисл. подтверждения, из к-рых упомянем следующие. (1) Данные, послужившие источником О. т., как, напр., опыт Майкельсона и др. (2) Закон взаимосвязи массы и энергии, всеобщий характер к-рого установлен несомненно, особенно результатами атомной физики. (3) Эйнштейновская зависимость импульса от скорости, проверенная с большой точностью в многочисл. опытах (ускорители заряженных частиц, космич. лучи и др.). (4) Относительность длительности подтверждается измерением "продолжительности жизни" космич. частиц по отношению к Земле и спец. опытами (релятивистский Доплер-эффект). (5) Заключающееся в О. т. о лоренц-инвариантности физич. законов привело к соответствующей формулировке уравнений квантовой механики. Так, появилась, в частности, теория Дирака, к-рая нашла блестящее , а вместе с ней получила, хотя и косвенное, но столь же блестящее подтверждение частная О. т. В связи с атомной техникой частная О. т. приобрела практич. , инженерные расчеты ускорителей и атомных установок опираются на ее результаты. В целом частная О.т. является бесспорно верной теорией, насколько вообще может быть верной физич. теория (уже ОТО показала, что частная О.т. должна считаться только приближенной).

Подтверждением ОТО служит прежде всего то, что она дает закон тяготения в полном согласии с опытом. До ОТО не существовала собственно теория тяготения: закон тяготения Ньютона не был связан с законами механики, основанная на нем теория была чисто феноменологической. ОТО, открыв органич. связь структуры пространства-времени, осн. законов механики и тяготения, тем самым объяснила это последнее. Поэтому неправильно мнение, что подтверждением ОТО служат только сравнительно небольшие эффекты, к-рые она объяснила или предсказала в отличие от того, что следовало из закона Ньютона. Закон тяготения Эйнштейна точнее закона Ньютона, как показала ; предсказанное О. т. влияние тяготения на распространение света и его частоту также подтверждается. Как теория тяготения ОТО является достаточно обоснованной. Применение ее к большим частям Вселенной объясняет фактов (напр., ).

Т о л к о в а н и я О. т. Относительности теория встречала различные возражения и неверные толкования, основанные на непонимании ее содержания в соединении с филос. ошибками. Возражения по поводу ее необоснованности или парадоксальности ее выводов опровергнуты многочисл. экспериментальными и теоретич. результатами. Попытки заменить О. т. теорией, к-рая сохраняла бы старые представления о пространстве и времени, объясняя подтвержденные опытом результаты О.т. спец. механизмами взаимодействия, ничего не дали. Философски они неудовлетворительны, т.к. отрывают пространство и время от материи. Высказывавшиеся мнения, что О.т. идеалистична, нелепы. Во-первых, теория, настолько точно соответствующая действительности, не может быть идеалистической. Филос. ошибки или неточности в ее толковании не могут сделать идеалистическим ее содержание. Во-вторых, в ее построении Эйнштейн исходил из материалистич. принципа, выводя законы пространства и времени из законов движения материи на новом уровне их познания. Если классич. представления о пространстве и времени отвечали законам механики Ньютона, то представления, данные Эйнштейном, опирались на законы электромагнетизма [ср. замечание. Ленина: "это, конечно, сплошной вздор, будто утверждал... обязательно "механическую", а не электромагнитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную картину мира..." (Соч., т. 14, с. 267)]. Возражения прртив равноправности инерциальных систем (что, напр., система, связанная с Землей, неравноправна системе, связанной с частицей) основаны на непонимании абстракции. Инерциальные системы равноправны не как конкретные физич. системы, но в смысле проявления относительно них общих физич. законов. Система отсчета трактуется иногда как "т. зр. наблюдателя", связанные с ней системы координат объявляются только способом описания явлений, они якобы "фиктивны и не имеют отношения к реальному строению мира". Соответственно, принцип относительности трактуется как зависимость законов от способа описания. Все это неверно. Координация в пространстве и времени по отношению к системе отсчета осуществляется объективно, т.е. отвечает строению мира. Способы же описания и "точки зрения" лишь постольку имеют смысл, поскольку отвечают объективной действительности. Независимость законов от способа описания есть тривиальность, т.к. не может зависеть от описания. Принцип же относительности есть физич. закон и, кстати, он верен лишь приближенно, как показала ОТО.

Более глубокими являются след. возражения и толкования.

1. Т.н. релятивистские эффекты – относительность длительности, расстояния, массы и т.п. – подвергались ошибочным толкованиям. Напр., говорят, что движущийся стержень сокращается, и даже ставился об исследовании молекулярных сил, вызывающих такое сокращение. Однако лоренцово сокращение состоит в другом. В системе S, по отношению к к-рой стержень движется, отмечается одновременное (относительно S) положение его концов. Расстояние между ними (измеренное в S) оказывается меньше длины стержня (определяемой обычным путем в системе, в к-рой стержень неподвижен). Стало быть, стержень вовсе не сокращается, с ним самим вообще ничего не происходит. Только его к системе S отлично от отношения к системе S´, в к-рой он неподвижен. Присущие стержню св-ва, в частности длина, проявляются в S иначе, чем в S´, в др. системе S´´ они проявляются еще иначе, и т.д. Говорить о силах, вызывающих лоренцово сокращение, то же, что говорить о силах, удлиняющих тень к вечеру. То же можно сказать и об относительности массы. Таков смысл "относительности". Предметам и процессам присущи определ. св-ва, к-рые различно проявляются в разных отношениях. Такое зависит не только от самого предмета или процесса, но и от той системы, по отношению к к-рой эти св-ва проявляются. Но как св-ва объективны, так и проявления их в разных отношениях столь же объективны. Метафизич. св-в и отношений, абсолютного и относительного ошибочно, как ошибочно смешивать относительное с субъективным, относительность - с точкой зрения наблюдателя. О. т., обнаружив относительность величин, считавшихся до того безотносительными, присущими самому предмету, открыла вместе с тем более сложные св-ва предметов, проявлениями к-рых оказываются эти величины.

2. В исходных положениях частной О. т. пользуются координатами х, у, z и временем t в инерциальной системе отсчета. Но эти понятия требуют определения. Соответственно Эйнштейн дал одновременности пространственно разделенных событий посредством световых сигналов. На той же основе можно дать определение координат х, у, z и времени t. Утверждалось, что определения их условны и необъективны. Это неверно, т.к. испускание и электромагнитных колебаний (сигналов) происходит в природе без всяких наблюдателей и условных соглашений, устанавливая объективную взаимную координацию явлений. Закон постоянства скорости света есть вместе с тем закон этой координации, так что указ. определение х, у, z, t и этот закон есть два выражения одного и того же объективного универс. факта. Др. определения координат и времени, напр. откладыванием масштабов и часами, сверяются с этим. Представление же об условности таких определений основано на поверхностном взгляде на основы О. т. и противопоставлении определений физич. понятий, как якобы условных,– законам. Но определение понятия имеет смысл лишь постольку, поскольку ему соответствует нечто в действительности. А утверждение о существовании этого "нечто" выражает соответствующий , так что реальные определения и законы всегда взаимосвязаны. Остающаяся же степень условности не больше, чем условный единиц измерения.

3. Зачастую сущность О. т. видят не столько в представлениях о структуре пространства-времени, сколько в отнесении явлений к системам отсчета; гл. отличие общей О. т. от частной усматривают в том, что в ней допускаются любые системы отсчета и что все они равноправны, т.е. выполняется т.н. "общий принцип относительности". Утверждают, в частности, равноправность систем Коперника и Птолемея. Этот общий принцип относительности отождествляется с "принципом общей ковариантности", состоящим в требовании, чтобы общие законы выражались в форме, верной для любых пространств.-врем. координат. Эти взгляды ошибочны. Общая О. т. отличается от частной не общностью "допускаемых" координат, а представлениями о структуре (метрике) пространства-времени. Всякая теория "допускает" любые координаты (стоит лишь подставить вместо координат, в к-рых первоначально написаны уравнения теории, произвольные функции других возможных координат). При этом уравнения будут содержать величины, характеризующие ту или иную координатную систему (в О.т. – это составляющие gik метрич. тензора), и будут соответственно преобразовываться при переходе от одной системы к другой. Отсюда название "ковариантность" – сопреобразуемость. Т.о., ковариантность есть всегда выполнимое математич. требование, к-рое применимо и в общей, и в частной О. т., и в классич. теории. Принцип же относительности математически сводится к тому, что в системах отсчета, к к-рым он относится, уравнения не содержат величин, различающих эти системы, т.е. уравнения инвариантны, а не просто ковариантны. Так, согласно "частному" принципу относительности, уравнения в инерциальных системах не содержат их скоростей. Но уравнения, напр., во вращающейся системе содержат ее угловую скорость, т.е. законы физич. явлений в системах, вращающихся с разными скоростями, различны, что обнаруживается на опыте. Поэтому утверждение о равноправности системы Коперника (невращающейся) и Птолемея (вращающейся) неверно независимо от какой бы то ни было теории, т.к. противоречит опытным фактам. То же, что любые координаты пригодны для описания явлений, есть тривиальность, очевидная и без О. т. Предполагаемая в ОТО сложность структуры пространства-времени приводит к тому, что, вообще говоря, не существует строго равноправных систем отсчета (координат), тогда как в частной О. т. инерциальные системы равноправны.

Математически доказывается, что в пространстве-времени с к.-л. метрикой (псевдоримановой, как в ОТО) вообще невозможно равноправие системы координат более , чем в частной О.т., т.е. в этом смысле (а не в смысле ковариантности) невозможен никакой принцип относительности, более общий, чем частный. Считать все системы координат равноправными можно, если отвлечься от метрики, рассматривая ее не как неотъемлемо присущую пространству-времени, а как физическое поле в нем. В отвлечении от метрики пространство-время оказывается просто четырехмерным (топологич.) многообразием и в нем все координаты действительно равноправны просто потому, что без метрики нет никаких оснований для их неравноправности. В частности, без метрики нельзя определить скорость, ускорение и пр., так что сами понятия ускоренной или неускоренной системы теряют смысл. Метрика при этой т.зр. входит в спец. физич. условия протекания явлений. Но если в двух системах все условия, включая и метрику, одинаковы, то, конечно, явления должны течь одинаково. Т.о., равноправность любых систем – общий принцип относительности – оказывается логич. следствием отвлечения пространства-времени от метрики и совпадает с возможностью одинаково пользоваться любыми координатами, т.е. с "принципом общей ковариантности". Но т.к. это возможно в любой теории, то "общий принцип относительности", отождествленный с "принципом ковариантности", не является специфич. чертой ОТО и как физич. закон не выражает ничего, кроме того, что пространство-время есть четырехмерное многообразие, что одинаково признается и в частной О. т. и в классич. теории. Но в двух последних теориях структура пространства-времени фиксирована и существуют естественно связанные с ней системы отсчета (инерциальные). Поэтому ни отвлекаться от метрики, ни вводить общие координаты в них нет надобности, хотя это и возможно. В ОТО же метрика пространства-времени различна в разных условиях, так что выделить системы координат, преимущественные при любых условиях, невозможно. Поэтому ОТО и формулируется в произвольных координатах, в обще-ковариантной форме, и пространство-время в ней рассматривается без фиксированной метрики. Но это не особый физич. принцип теории, а математич. прием ее формулировки. Смешение этого приема с самим физич. содержанием ОТО связано с использованием координат, из-за чего абсолютное – не зависящее от системы координат – сплетается с относительным – зависящим от нее (так, gik определяют метрику как нечто независимое от координат, но сами зависят от них). Обобщение принципа относительности видят в т.н. принципе эквивалентности, согласно к-рому ускоренная система равноправна системе, покоящейся в соответствующем поле тяготения: силы инерции в первой эквивалентны силам тяготения во второй. Но это верно не для любых систем и имеет смысл лишь с т.зр. классич. теории, в ОТО же, строго говоря, теряет смысл. Поле тяготения, как нечто абсолютное, есть поле "кривизны" пространства-времени; то же, что формально играет роль "сил", зависит от системы координат и по чисто математич. теореме может быть всегда исключено вдоль любой "мировой линии". Т.о., послужив Эйнштейну при обосновании ОТО, принцип эквивалентности как бы растворился в ее осн. положениях. Сплетение абсолютного и относительного обнаруживается еще в вопросе об энергии поля тяготения. Величины, характеризующие ее плотность, всегда можно обратить в нуль в данной точке при подходящем выборе координат, т.е. это не есть абс. физич. величины. В связи с этим возникают трудности в формулировке закона сохранения энергии, дискуссии энергии поля и излучения гравитац. волн. Заранее отделить абсолютное (прежде всего саму по себе структуру пространства-времени) от относительного можно при соответствующей математич. формулировке теории, но пока это не осуществлено в полном объеме. При всех условиях только ясное того, что суть О. т. состоит в представлении о структуре пространства-времени, а не в выборе тех или иных координат, позволяет верно понять ее.

О. т. и ф и л о с о ф и я. О. т. преобразовала представления о мироздании и внесла существенно новое в понимание таких категорий, как пространство, время, движение, энергия и др. Возникновение и развитие О. т. неразрывно связано с рядом гносеологич. проблем: определение осн. физич. понятий, относительное и абсолютное и др. В связи с последним на понимание О.т. оказала заметное влияние субъективно-идеалистич. , т.к. физики не владели материалистич. диалектикой. Сам Эйнштейн, руководствуясь в основном материалистич. методологией, не избежал этого влияния. В результате вместе с критикой старых понятий появились и укоренились указ. неверные толкования осн. понятий О.т., недооценка выявленного Минковским содержания О.т. как теории абс. пространства-времени. Представители метафизич. материализма (хотя нек-рые из них и выступали якобы от лица марксистской философии) тоже не могли дать верного толкования О.т. и, критикуя , нападали на самую О.т. Верное понимание О.т. с позиций диалектич. материализма было развито сов. учеными, особенно В. А. Фоком, давшим первое систематич. изложение О.т. с этих позиций.

Важнейшими филос. выводами из О.т. являются: 1) подтверждение и развитие учения диалектич. материализма о пространстве и времени как формах существования материи; 2) соединение пространства и времени в единую форму существования материи – пространство-время, так что самая формула: "Пространство и время суть формы существования материи" должна быть заменена новой – пространство-время есть существования материи, в к-рой пространство и время суть ее относит, стороны; 3) установление единства пространств.-врем. и причинно-следств. структуры мира; 4) открытие (в ОТО) конкретной зависимости структуры пространства-времени от распределения и движения материи; 5) установив неразрывную связь массы и энергии, взаимную обусловленность структуры пространства-времени – поля тяготения и движения тел в этом поле, О. т. углубляет представление о неразрывности материи, ее движения и форм существования (так, масса – " косности материи" – оказывается вместе с тем мерой энергии, мерой "активности материи", мерой наличного или возможного ее движения); 6) открыв относительность разнообразных характеристик тел и явлений как проявление более общих безотносит: св-в, О.т. раскрывает объективную диалектику абсолютного и относительного, св-в и отношений; 7) ОТО открыла новые возможности для научно обоснованных суждений о строении и развитии Вселенной; 8) и критич. пересмотр ряда осн. понятий физики, неразрывно связанный с возникновением и развитием О.т., вносит существ. вклад в методологию науки и теорию познания. В создании О.т. Эйнштейн руководствовался, в частности, следующим филос. принципом: всякое понятие имеет смысл лишь постольку, поскольку оно отражает нечто , доступное, хотя бы в принципе, эксперименту. На этой основе было пересмотрено понятие одновременности, отвергнуты ньютоновские абс. пространство и время. Данные Эйнштейном формулировки этого принципа недостаточно подчеркивают его материалистич. содержание, и это создало почву для его толкования в духе чистого операционализма, хотя в сущности речь идет о материалистич. положении (ср. "Тезисы о Фейербахе" Маркса). О.т. в наст. время прочно установлена и пока нет достаточных оснований для новой, более глубокой теории пространства-времени, хотя попытки наметить такую теорию в связи с квантовой физикой делались и делаются.

А. Александров. Новосибирск.

Современные проблемы О. т. Если в отношении смысла и содержания спец. О. т. выработалась довольно определ. т. зр., разделяемая значит. большинством ученых, то ОТО продолжает интенсивно развиваться, и до сих пор существует мнений почти по всем ее осн. вопросам. Среди этих вопросов центр. место в наст. время занимает проблема энергии гравитац. поля. Согласно ОТО, поле тяготения проявляется в искривлении и только в искривлении пространства-времени. Величины, описывающие энергию и гравитац. поля, не имеют в осн. уравнении ОТО тензорного характера; это положение истолковывается как локализации гравитац. поля, в связи с чем возникает философски важная проблема природы гравитац. поля – представляет оно собой материи или тождественно с пространств.-врем, характеристиками материи, не обладая субстанциональностью. Несмотря на большое предложенных вариантов локализации поля гравитации, проблема энергии еще не может считаться решенной.

С проблемой энергии тесно связана проблема гравитац. волн: большинство ученых исходит из признания реальности гравитац. излучения, несущего энергию, но нек-рые указывают на принципиальные трудности, связанные с нелокализуемостью энергии поля тяготения.

Поскольку гравитац. излучение может быть порождено или уничтожено простым преобразованием системы координат, его нельзя считать, по их мнению, реальным (Л. Инфельд). Ряд исследователей пытается решить задачу в нек-рых спец. координатах, но подавляющее большинство ученых считает, что привилегированных систем координат в ОТО ввести нельзя без нарушения общего принципа относительности. Исключение в этом отношении представляет В. А. Фока, к-рый, подвергнув пересмотру осн. принципы ОТО в том виде, как они были сформулированы Эйнштейном, защищает привилегированный гармонич. координат (см. "Теория пространства, времени и тяготения", 1961, с. 468–76).

Существует ряд попыток разрешить трудности, связанные с нелокализуемостью поля тяготения, путем видоизменения математич. аппарата теории. Нек-рые авторы вводят в рассмотрение наряду с искривленным римановым пространством плоское пространство Минковского (см. П. И. Пугачев, Использование плоского пространства в теории гравитац. поля, в журн.: "Изв. ВУЗов. Физика", 1959, No 6, с. 152). Одна из наиболее удачных попыток в этом направлении была осуществлена Ю. А. Рыловым, к-рый сумел, не нарушая принципа эквивалентности, перейти от описания поля тяготения в римановом пространстве к его описанию в плоском пространстве, касающемся риманова пространства в нек-рой опорной точке (см. "Об относит. локализации гравитац. поля", в журн.: "Вестник МГУ", сер. 3, 1962, No 5, с. 70, и его же, "Нормальные координаты и общий принцип относительности" – там же, 1963, No 3, с. 55).

Широкой распространенностью пользуется т.н. тетрадная формулировка ОТО, к-рая отличается от обычной (метрической) тем, что осн. средством описания гравитац. поля в ней служат не 10 метрич. тензора gμν , а 16 компонент поля тетрад (тетрада представляет собой совокупность четырех ортогональных друг другу единичных векторов, заданных в каждой точке риманова пространства). Наличие дополнительных 6 степеней свободы по сравнению с метрич. формулировкой позволяет надеяться, что трудности с нелокализуемостью энергии гравитац. поля могут быть в ней преодолены (см. С. Pellegrini, J. Plebański, Tetrad fields and gravitational fields, Kbh., 1963).

Все эти подходы, связанные с модификацией математич. аппарата ОТО, ставят исключительно важную методологич. проблему исследования зависимости физич. содержания теории от конкретного вида ее математич. аппарата.

Ряд проблем связан с попытками распространения идей ОТО на изучение др. видов полей, а не только гравитационного. Среди них в первую очередь должны быть отмечены т.н. единые теории, связанные с попытками истолкования электромагнитного и других полей в геометризованном духе (см. М. А. Тоннела, Основы электромагнетизма и теории относительности, М., 1962, с. 368; П. Г. Бергман, Введение в теорию относительности, М., 1947, с. 325). Одна из последних попыток в этом направлении принадлежит Дж. Уилеру. Его "геометродинамика" вводит "геонную" для массы, построенную из полей, имеющих нулевую массу покоя, и дает чисто геометрич. модель для электричества в рамках топологии многосвязного пространства (см. Дж. Уилер, Гравитация, нейтрино и Вселенная, пер. с англ., М., 1962). Многочисл. проблемы связаны с попытками квантования гравитац. поля, приводящими к существованию гравитонов – частиц со спином 2, являющихся переносчиками гравитац. взаимодействия.

Значит. часть работ посвящена применению идей ОТО в космологии и астрофизике (см. . Б. Зельдович и И. Д. Новиков, Релятивистская астрофизика в журн.: "Успехи физ. наук",1964, т. 84, с. 377; 1965, т. 86, с. 447), в частности попыткам связать космологич. характеристики с характеристиками микромира.

Лит.: Эддингтон Α., Теория относительности, пер. с англ., Л.–М., 1934; Лоренц Г. А. [и др.], Принцип относительности. Сборник работ классиков релятивизма, [М.–Л.], 1935; Паули В., Теория относительности, пер. с нем., М.–Л., 1947; Мандельштам Л. И., Лекции по физич. основам теории относительности (1933–1934 гг.), Полн. собр. трудов, т. 5, М., 1950; Эйнштейн Α., Сущность теории относительности, пер. с англ., М., 1955; Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, Собр. соч., т. 4, М., 1956; Александров А. Д., Теория относительности как теория абс. пространства-времени, в кн.: Филос. вопросы совр. физики, М., 1959; Зельманов А. Л., К постановке вопроса о бесконечности пространства в общей теории относительности, "ДАН СССР", 1959, т. 124, No 5; Фок В. Α., Теория пространства, времени и тяготения, 2 изд., М., 1961; Петров А. З., Пространства Эйнштейна, М., 1961; Мак-Витти Г. К., Общая теория относительности и , пер. с англ., М., 1961; Новейшие проблемы гравитации. Сб. ст., М., 1961; Вебер Дж., Общая теория относительности и гравитац. волны, пер. с англ., М., 1962; Синг Дж. Л., Общая теория относительности, пер. с англ., М., 1963; Борн М., Эйнштейновская теория относительности, пер. с англ., М., 1964; Эйнштейн Α., Инфельд Л., Эволюция физики, пер. с англ., 3 изд., М., 1965; Поликаров Α., Относительность и кванты, пер. с болг., М., 1966; Robb Α. Α., The absolute relations of time and space, Camb., 1921; Reichenbach Η., The philosophy of space and time, N. Y., ; Grünbaum Α., Philosophical problems of space and time, , 1964.

Философская Энциклопедия. В 5-х т. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Ф. В. Константинова . 1960-1970 .

• Большой Энциклопедический словарь Большая советская энциклопедия - физическая теория, рассматривающая пространственно временные свойства физич. процессов. Эти свойства являются общими для всех физич. процессов, поэтому их часто наз. просто свойствами пространства времени. Свойства пространства времени зависят от … Математическая энциклопедия

Эйнштейна, физ. теория, рассматривающая пространственно временные свойства физ. процессов. Т. к. закономерности, устанавливаемые О. т., общие для всех физ. процессов, то обычно о них говорят просто как о свойствах пространства времени (п. в.).… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Физ. теория пространства и времени (специальная О. т.), также тяготения (общая О. т.). Специальная О. т. осн. на двух постулатах Эйнштейна: 1) в любых инерциальных системах отсчёта (ИСО) все физ. явления (механич., электромагнитвые и др.)… … Большой энциклопедический политехнический словарь, А.С. Эддингтон. Эта книга будет изготовлена в соответствии с Вашим заказом по технологии Print-on-Demand. Книга «Теория относительности и ее влияние на научную мысль» А. С. Эддингтона [Эддингтон А. С.]…

Реферат
по философии
.
1. Общие положения теории относительности

Чтобы увидеть значение теории относительности Эйнштейна для
эволюции физической мысли, следует прежде всего остановиться на
самых общих понятиях относительности положения и движения тел и
однородности пространства и времени. В теории Эйншиейна фигуриру-
ет однородность и изотропность пространства-времени.
Представим себе материальную частицу, затерянную в бесконеч-
ном, абсолютно пустом пространстве. Что в этом случае означают
слова "пространственное положение" частицы? Соответствует ли этим
словам какое-либо реальное свойство частицы?
Если бы в пространстве существовали другие тела, мы могли бы
определить по отношению к ним положение данной частицы, но если
пространство пусто, положение данной частицы оказывается бессо-
держательным понятием. Пространственное положение имеет физичес-
кий смысл только в том случае, когда в пространстве имеются иные
тела, служащие телами отсчета. Если брать в качестве тел отсчета
разные тела, мы придем к различным определениям пространственного
положения данной частицы. С любым телом мы можем связать некото-
рую систему отсчета, например систему прямоугольных координат.
Такие системы равноправны: в какой бы системе отсчета мы ни опре-
деляли положение точек, из которых состоит данное тело, размеры и
форма тела будут одними и теми же, и, измеряя расстояния между
точками, мы не найдем критерия, чтобы отличить одну систему отс-
чета от другой. Мы можем поместить начало координат в любой точке
пространства, мы можем затем перенести это начало в любую другую
точку, либо повернуть оси, либо сделать и то и другое - форма и
размеры тела при таком переносе и повороте не изменятся, так как
не изменится расстояние между любыми двумя фиксированными точками
этого тела. Неизменность этого расстояния при переходе от одной
системы отсчета к другой называют 1 инвариантностью 0 по отношению к
указанному переходу. Мы говорим, что расстояния между точками те-
ла являются 1 инвариантами 0 при переходе от одной прямоугольной сис-
темы координат другой, с иным началом и иным направлением осей.
Расстояния между точками тела служат инвариантами таких коорди-
натных преобразований. В инвариантности расстояний между точками
относительно переноса начала координат выражается однородность
пространства, равноправность всех его точек относительно начала
координат.
Если точки пространства равноправны, то мы не можем опреде-
лить пространственное положение тела абсолютным образом, мы не
можем найти привилегированную систему отсчета. Когда мы говорим о
положении тела, т.е. о координатах его точек, то необходимо ука-
зывать систему отсчета. "Пространственное положение" в этом смыс-
ле является относительным понятием - совокупностью величин, кото-
рые меняются при переходе от одной системы координат к другой
системе, в отличие от расстояний между точками, которые не меня-
ются при указанном переходе.
Однородность пространства выражается, далее, в том, что сво-
бодное тело, переходя из одного места в другое, сохраняет одну и
ту же скорость и соответственно сохраняет приобретенный им им-
пульс. Каждое изменение скорости и, соответственно, импульса, мы
объясняем не тем, что тело передвинулось в пространстве, а взаи-
модействием тел. Изменение импульса данного тела мы относим за
счет некоторого силового поля, в котором оказалось рассматривае-
мое тело.
Нам известна также однородность времени. Она выражается в
сохранении энергии. Если с течением времени не меняется воздейс-
твие, испытываемое данным телом со стороны других тел, иными сло-
вами, если иные тела действуют неизменным образом на данное тело,
то энергия его сохраняется. Мы относим изменение энергии тела за
счет изменения во времени действующих на него сил, а не за счет
самого времени. Время само по себе не меняет энергии системы, и в
этом смысле все мгновения равноправны. Мы не можем найти во вре-
мени привилегированного мгновения, также как не можем найти в
пространстве точку, отличающуюся от других точек по поведению по-
павшей в эту точку частицы. Поскольку все мгновения равноправны,
мы можем отсчитывать время от любого мгновения, объявив его на-
чальным. Рассматривая течение событий, мы убеждаемся, что они
протекают неизменным образом, независимо от выбора начального мо-
мента, начала отсчета времени.
Мы могли бы сказать, что время относительно в том смысле,
что при переходе от одного начала отсчета времени к другому опи-
сание событий остается справедливым и не требует пересмотра. Од-
нако обычно под относительностью времени понимают нечто иное. В
простом и очевидном смысле независимости течения событий от выбо-
ра начального момента относительность времени не могла бы стать
основой новой теории, совсем не очевидной, опрокидывающей обычное
представление о времени.
Под относительностью времени мы будем понимать зависимость
течения времени от выбора пространственной системы отсчета. Соот-
ветственно абсолютным временем называется время, не зависящее от
выбора пространственной системы координат, протекающее единооб-
разно на всех движущихся одна относительно другой системах отсче-
та, - последовательность моментов, наступающих одновременно во
всех точках пространства. В классической физике существовало
представление о потоке времени, который не зависит от реальных
движений тела, - о времени, которое течет во всей Вселенной с од-
ной и той же быстротой. Какой реальный процесс лежит в основе по-
добного представления об абсолютном времени, о мгновении, однов-
ременно наступающем в отдаленных пунктах пространства?
Вспомним условия отождествления времени в разных точках
пространства.
Время события, происшедшего в точке а 41 0, и время события,
происшелшего в точке а 42 0 можно отождествить, если события связаны
мгновенным воздействием одного события на другое. Пусть в точке
а 41 0 находится твердое тело, соединенное абсолютно жестким, совер-
шенно недеформирующимся стержнем с телом, находящимся в точке а 42 0.
Толчок, полученный телом в точке а 41 0, мгновенно, с бесконечной
скоростью, передается через стержень телу в точке 4 0а 42 0. Оба тела
сдвинутся в одно и то же мгновение. Но все дело в том, что в при-
роде нет абсолютно жестких стержней, нет мгновенных действий од-
ного тела на другое. Взаимодействия тел передаются с конечной
скоростью, никогда не превышающей скорости света. В стержне, сое-
диняющем тела, при толчке возникает деформация, которая распрост-
раняется с конечной скоростью от одного конца стержня к другому,
подобно тому, как световой сигнал идет с конечной скоростью от
источника света к экрану. В природе нет мгновенных физических
процессов, соединяющих события, происшедшие в удаленных один от
другого пунктах пространства. Понятие "один и тот же момент вре-
мени" имеет абсолютный смысл, пока мы не сталкиваемся с медленны-
ми движениями тел и можем приписать бесконечную скорость светово-
му сигналу, толчку, переданному через твердый стержень или любому
другому взаимодействию движущихся тел. В мире быстрых движений,
при сравнении с которыми распространению света и взаимодействию
между телами уже нельзя приписывать бесконечно большую скорость,
- в этом мире понятие одновременности имеет относительный смысл,
и мы должны отказаться от привычного образа единого времени, те-
кущего во всей Вселенной, - последовательности одних и тех же,
одновременных, моментов в различных пунктах пространства.
Классическая физика исходит из подобного образа. Она допус-
кает, что одно и то же мгновенно наступает повсюду - на Земле, на
Солнце, на Сириусе, на внегалактических туманностях, отстоящих от
нас так далеко, что их свет идет к нам миллиарды лет.
Если бы взаимодействия тел (например силы тяготения, связы-
вающие все тела природы) распространялись мгновенно, с бесконеч-
ной скоростью, мы могли бы говорить о совпадении момента, когда
одно тело начинает воздействовать на другое, и момента, когда
второе тело, удаленное от первого, испытывает это воздействие.
Назовем воздействие тела на удаленное от него другое тело сигна-
лом. Мгновенная передача сигнала - основа отождествления момен-
тов, наступивших в отдаленных пунктах пространства. Такое отож-
дествление можно представить в виде синхронизации часов. Задача
состоит в том,чтобы часы в в точке а 41 и в точке а 42 показывали
одно и то же время. Если существуют мгновенные сигналы, эта зада-
ча не составляет труда. Часы можно было бы синхронизировать по
радио, световым сигналом, выстрелом из пушки, механическим им-
пульсом (посадить,например,стрелки часов в а 41 и в а 42 на один
длинный абсолютно жесткий вал), если бы радиоприемник, свет, звук
и механические напряжения в вале передавались с бесконечно боль-
шой скоростью. В этом случае мы могли бы говорить о чисто прост-
ранственных связях в природе, о процессах, протекающих в нулевой
промежуток времени. Соответственно трехмерная геометрия имела бы
реальные физические прообразы. Пространство в этом случае мы бы
могли рассматривать вне времени, и такой взгляд давал бы точное
представление о действительности. Временные мгновенные сигналы
служат прямым физическим эквивалентом трехмерной геометрии. Мы
видим, что трехмерная геометрия находит прямой прообраз в класси-
ческой механике, которая включает представление о бесконечной
скорости сигналов, о мгновенном распространении взаимодействий
между отдаленными телами. Классическая механика допускает, что
существуют реальные физические процессы, которые могут быть с аб-
солютной точностью описаны мгновенной фотографией. Мгновенная фо-
тография, разумеется стереоскопическая - это как бы трехмерное
пространственное сечение пространственно-временного мира, это че-
тырехмерный мир событий, взятый в один и тот же момент. Бесконеч-
но быстрое взаимодействие - процесс, который может быть описан в
пределах мгновенной временной картины мира.
Но теория поля как реальной физической среды исключает мгно-
венное ньютоново дальнодействие и мгновенное распространение сиг-
налов через промежуточную среду. Не только звук, но и свет, и ра-
диосигналы имеют конечную скорость. Скорость света - предельная
скорость сигналов.
Каков же в этом случае физический смысл одновременности? Что
соответствует последовательности одних и тех же для всей Вселен-
ной моментов? Что соответствует понятию единого времени, единооб-
разно протекающего во всем мире?
Мы можем найти некоторый физический смысл понятия одновре-
менности и таким образом придать самостоятельную реальность чисто
пространственному аспекту бытия, с одной стороны, и абсолютному
времени - с другой, даже в том случае, когда все взаимодействия
распространяются с конечной скоростью. Но условием для этого слу-
жит существование неподвижного в целом мирового эфира и возмож-
ность определить скорости движущихся тел абсолютным образом, от-
нося их к эфиру как единому привилегированному телу отсчета.
Представим себе корабль с экранами на носу и на корме. в
центре корабля на равных расстояниях от обоих экранов зажигают
фонарь. Свет фонаря одновременно достигает экранов, и мгновения,
когда это происходит можно отождествить. Свет падает на экран,
находящийся на носу корабля в то же самое мгновение, что и на эк-
ран, находящийся на корме. Таким образом, мы находим физический
прообраз одновременности.
Синхронизация с помощью световых сигналов, одновременно при-
бывающих в два пункта из источника, расположенного на равном
расстоянии от них, возможна, если источник света и указанные два
пункта покоятся в мировом эфире, т.е. когда корабль неподвижен по
отношению к эфиру. Синхронизация возможна и в том случае, когда
корабль движется в эфире. В указанном случае свет дойдет до экра-
на на носу корабля немного позже, а до экрана на корме - немного
раньше. Но, зная скорость корабля относительно эфира, мы можем
определить опережение луча, идущего к экрану на корме и запазды-
вание луча, идущего к экрану на носу, и, учитывая указанные опе-
режение и запаздывание, синхронизировать часы, установленные на
корме и на носу корабля. Мы можем, далее, синхронизировать часы
на двух кораблях, движущихся относительно эфира с различными, но
постоянными, известными нам скоростями. Но для этого также необ-
ходимо, чтобы скорость кораблей относительно эфира имела опреде-
ленный смысл и определенное значение.
Здесь возможны два случая. Если корабль при движении пол-
ностью увлекает за собой эфир, находящийся между фонарем и экра-
нами, то не произойдет запаздывания луча, идущего к экрану на но-
су корабля. При полном увлечении эфира, корабль не смещается от-
носительно эфира, находящегося над его палубой, а скорость света
относительно корабля не будет зависеть от движения корабля. Тем
не менее, мы сможем зарегистрировать зарегистрировать движение
корабля с помощью оптических эффектов. По отношению к кораблю
скорость света не изменится, но она изменится по отношению к бе-
регу. Пусть корабль движется вдоль набережной: на набережной -
два экран а 41 и а 42,причем расстояние между ними равно расстоянию
между экранами на корабле. Когда экраны на движущемся корабле
оказались против экранов на набережной, в центре корабля зажига-
ется фонарь. Если корабль увлекает за собой эфир, то свет фонаря
дойдет одновременно до экрана на корме и до экрана на носу, но в
этом случае свет дойдет в различные моменты до экранов на непод-
вижной набережной. В одном направлении скорость движения корабля
относительно набережной будет прибавляться к скорости света, а в
другом направлении скорость движения корабля нужно будет вычесть
из скорости света. Такой результат - различные скорости света от-
носительно берега - получится, если корабль увлекает эфир. Если
же корабль не увлекает эфир, то свет будет двигаться с одной и
той же скоростью относительно берега и с различной скоростью от-
носительно корабля. Таким образом, изменение скорости света ока-
жется результатом движения корабля в обоих случаях. Если корабль
движется, увлекая эфир, то меняется скорость относительно берега;
если же корабль не увлекает эфир, то меняется скорость света от-
носительно самого корабля.
В середине XIX века техника оптических экспериментов и изме-
рений позволила уловить очень небольшие различия в скорости све-
та. Оказалось возможным проверить, увлекают движущиеся тела эфир,
или не увлекают. В 1851 г. Физо (1819 - 1896) доказал6 что тела
не увлекают полностью эфир. Скорость света, отнесенная к непод-
вижным телам, не меняется, когда свет проходит через движущиеся
среды. Физо пропускал луч света через неподвижную трубку, по ко-
торой текла вода. По существу вода играла роль корабля, а трубка
- неподвижного берега. Результат опыта Физо привел к картине дви-
жения тел в неподвижном эфире без увлечения эфира. Скорость этого
движения можно определить по запаздыванию луча, догоняющего тело
(например, луча направленного к экрану на носу движущегося кораб-
ля), по сравнению с лучом, идущим навстречу телу (например, по
сравнению с лучом фонаря, направленным к экрану на корме). Тем
самым можно было, как казалось тогда, отличить тело, неподвижное
относительно эфира, от тела, движущегося в эфире. В первом ско-
рость света одна и та же во всех направлениях, во втором на меня-
ется в зависимости от направления луча. Существует абсолютное
различие между покоем и движением, они отличаются друг от друга
характером оптических процессов в покоющихся и движущихся средах.
Подобная точка зрения позволяла говорить об абсолютной од-
новременности событий и о возможности абсолютной синхронизации
часов. Световые сигналы достигают точек, расположенных на одном и
том же расстоянии от неподвижного источника, в одно и то же мгно-
вение. Если же источник света и экраны движутся относительно эфи-
ра, то мы можем определить и учесть запаздывание светового сигна-
ла, вызванное этим движением, и считать одним и тем же мгновением
1) момент попадания света на передний экран с поправкой на запаз-
дывание и 2) момент попадания света на задний экран с поправкой
на опережение. Различие в скорости распространения света будет
свидетельствовать о движении источника света и экранов по отноше-
нию к эфиру - абсолютному телу отсчета.
Эксперимент, который должен был показать изменение скорости
света в движущихся телах и соответственно абсолютных характер
движения этих тел, был выполнен в 1881 г. Майкельсоном (1852 -
1931). В последствии его не раз повторяли. По существу, экспери-
мент Майкельсона соответствовал сравнению скорости сигналов, иду-
щих к экранам на корме и на носу движущегося корабля, но в ка-
честве корабля была использована сама Земля, движущаяся в прост-
ранстве со скоростью около 30 км/сек. Далее, сравнивали не ско-
рость луча, догоняющего тело и луча, идущего навстречу телу, а
скорость распространения света в продольном и поперечном направ-
лениях. В инструменте, примененном в опыте Майкельсона, так назы-
ваемом интерферометре, один луч шел по направлению движения Земли
- в продольном плече интерферометра, а другой луч - в поперечном
плече. Различие в скоростях этих лучей должно было продемонстри-
ровать зависимость скорости света в приборе от движения Земли.
Результаты эксперимента Майкельсона оказались отрицательны-
ми. На поверхности Земли свет движется с одной и той же скоростью
во всех направлениях.
Такой вывод казался крайне парадоксальным. Он должен был
привести к принципиальному отказу от классического правила сложе-
ния скоростей. Скорость света одна и та же во всех телах, движу-
щихся по отношению друг к другу равномерно и прямолинейно. Свет
проходит с неизменной скоростью, приблизительно равной 300000
км/сек., мимо неподвижного тела, мимо тела, движущегося навстречу
свету, мимо тела, которое свет догоняет. Свет - это путник, кото-
рый идет по полотну железной дороги, между путями, с одной и той
же скоростью относительно встречного поезда, относительно поезда,
идущего в том же направлении, относительно самого полотна, отно-
сительно пролетающего над ним самолета и т.д., или пассажир, ко-
торый движется по вагону мчащегося поезда с одной и той же ско-
ростью относительно вагона и относительно Земли.
Чтобы отказаться от классических принципов, казавшихся со-
вершенно очевидными и непререкаемыми, понадобилась гениальная си-
ла и смелость физической мысли. Непосредственные предшественники
Эйнштейна подошли очень близко к теории относительности, но они
не могли сделать решающего шага, не могли допустить, что свет не
кажущимся образом, а в действительности распространяется с одной
и той же скоростью относительно тел, которые смещаются одно от-
носительно к другому.
Лоренц (1853-1928) выдвинул теорию, сохраняющую неподвижный
эфир и классическое правило сложения скоростей и вместе с тем
совместимую с результатами опытов Майкельсона. Лоренц предполо-
жил, что все тела при движении испытывают продольное сокращение,
они уменьшают свою протяженность вдоль направления движения.
Если все тела сокращают свои продольные размеры, то нельзя
обнаружить подобное сокращение непосредственным измерением, нап-
ример прикладыванием линейки с делениями к движущемуся стержню.
При этом движется и линейка и соответственно уменьшаются ее длина
и размеры нанесенных на нее делений. Лоренцово сокращение компен-
сирует изменения скорости света, вызванные движением тела относи-
тельно эфира. Луч света движется медленнее в продольном плече ин-
терферометра, но само плечо, благодаря движению, стало короче, и
свет проходит свой путь в продольном плече в течение того же вре-
мени, что и в поперечном плече. Различие в скорости света в силу
этого компенсируется и не может быть обнаружено. Таким образом
Лоренц рассматривает обнаруженное Майкельсоном постоянство ско-
рости света как чисто феноменологический результат взаимной ком-
пенсации двух эффектов движения: уменьшение скорости света и сок-
ращения проходимого им расстояния. С такой точки зрения класси-
ческое правило сложения скоростей остается незыблемым. Абсолютный
характер движения сохраняется - изменение скорости света сущест-
вует; следовательно, движение может быть отнесено не к другим те-
лам, равноправным эфиру, а к универсальному телу отсчета - непод-
вижному эфиру. Сокращение носит абсолютный характер - существует
истинная длина стержня, покоящегося относительно эфира, иными
словами, стержня, покоящегося в абсолютном смысле.
В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал статью "К
электродинамике движущихся тел". В этой статье изложена теория,
исключающая существование абсолютного тела отсчета и привилегиро-
ванной системы координат для прямолинейного и равномерного движе-
ния. Теория Эйнштейна исключает абсолютное, независимое от прост-
ранственной системы отсчета время и отказывается от классического
принципа сложения скоростей. Эйнштейн исходит из субстанциональ-
ного постоянства скорости света, из того, что скорость света
действительно одна и та же в различных, движущихся одна по отно-
шению к другой системах. У Лоренца абсолютное движение тел приво-
дит к изменению скорости света в этих телах, и, таким образом,
обладает реальным физическим смыслом. Оно - это абсолютное движе-
ние - прячется от наблюдателя в силу сокращения продольных масш-
табов, затушевывающего оптический эффект абсолютного движения. У
Эйнштейна абсолютное движение не прячется от наблюдателя, а прос-
то не существует.
Если движение относительно эфира не вызывает никаких эффек-
тов в движущихся телах, то оно является физически бессодержатель-
ным понятием.
Оптические процессы в теле не могут быть критерием его рав-
номерного и прямолинейного движения. Равномерное и прямолинейное
движение тела А не изменяет хода оптических процессов, оно имеет
относительный смысл, должно быть отнесено к другому телу В и сос-
тоит оно в изменении расстояния между А и В.Мы можем с одним и
тем же правом присвоить роль тела отсчета, т.е. приписать непод-
вижность как телу А, так и телу В; фраза "тело А движется относи-
тельно тела В" и "тело В движется относительно тела А" описывает
одну и ту же ситуацию. Только такой смысл имеет равномерное и
прямолинейное движение. Оно отнесено к конкретным телам; мы можем
отнести движение тела А к различным телам отсчета, получить раз-
личные значения его скорости, и никакое абсолютное тело отсчета
типа эфира не должно фигурировать в научной картине мира. Движе-
ние тел относительно эфира и, следовательно, движение эфира отно-
сительно тел не имеют физического смысла.
Тем самым из физической картины мира устраняется понятие
единого времени, охватывающего всю Вселенную. Здесь Эйнштейн по-
дошел к самым коренным проблемам науки - к проблемам пространс-
тва, времени и их связи друг с другом.
Если нет мирового эфира, то нельзя приписать некоторому телу
неподвижность и на этом основании считать его началом неподвиж-
ной, в абсолютном смысле, привилегированной системы координат.
Тогда нельзя говорить и об абсолютной одновременности событий,
нельзя утверждать, что два события, одновременные в одной системе
координат, будут одновременными и во всякой другой системе коор-
динат.
Вернемся к кораблю с экранами на корме и на носу и к набе-
режной, на которой также установлены экраны. Когда вспышка фонаря
одновременно осветила экраны, мы можем говорить, что освещение
экрана на корме и на носу - одновременные события. В системе ко-
ординат, связанной с кораблем, эти события действительно одновре-
менны. Но мы не остановились на этой констатации и считали воз-
можным говорить об одновременности в абсолютном смысле. Тот факт,
что при движении корабля экраны освещаются не одновременно, нас
не смущал, мы учитывали запаздывание света, догоняющего корабль,
т.е. идущего от фонаря к экрану на носу. Мы всегда могли восполь-
зоваться абсолютно неподвижной, связанной с эфиром системой отс-
чета и перейти от движущегося корабля к неподвижной набережной и
убедиться, что в этой "неподвижной", "истинной", "абсолютной",
"привилегированной" системе отсчета свет распространяется во все
стороны с постоянной скоростью, а в других, движущихся, системах,
он меняет скорость. До теории Эйнштейна слова "неподвижная",
"привилегированная", "абсолютная" система отсчета не ставились в
кавычки: все были убеждены в существовании внутреннего критерия
движения - различия в ходе оптических процессов в неподвижных (в
абсолютном смысле, относительно неподвижного мирового эфира) те-
лах и в движущихся (также в абсолютном смысле) телах. Синхрониза-
ция часов казалась возможной даже в том случае, когда речь шла о
часах, расположенных в двух системах, из которых одна движется
относительно другой.
Когда корабль движется вдоль набережной, свет достигает эк-
ранов на корабле в различные моменты времени; но мы считали эти
моменты различными потому, что видели экраны на набережной, отож-
дествляли мгновения, когда свет попадает на эти неподвижные экра-
ны, приписывали абсолютный характер одновременности, зарегистри-
рованной в неподвижной системе отсчета. Теперь от всего этого
приходится отказаться. С точки зрения теории относительности, на-
ходясь на корабле и не видя набережной, нельзя найти доказатель-
ства неодновременности освещения экранов на носу и на корме. Мы
считали эти моменты неодновременными, потому что во время расп-
ространения света от фонаря к экранам корабль сдвинулся по отно-
шению к набережной, а эту набережную мы признаем неподвижной в
абсолютном смысле. Сверяя часы с помощью экранов на набережной,
т,е, считая одновременными мгновения, когда свет достиг этих не-
подвижных экранов, мы, естественно, должны различать моменты,
когда свет доходит до экранов на движущемся корабле. Но если дви-
жение корабля и неподвижность набережной не имеют абсолютного ха-
рактера, мы можем таким же правом рассматривать корабль в качест-
ве неподвижного тела отсчета. Тогда набережная движется, и на на-
бережной свет достигает береговых экранов в различные моменты
времени. Спор о том, какая система отсчета неподвижна в абсолют-
ном смысле, беспредметен, если нет абсолютно покоящегося тела
отсчета - мирового эфира. События, одновременные в одной системе
отсчета, неодновременны в другой системе.
Если нет абсолютной одновременности, то нет абсолютного вре-
мени, протекающего единообразно во всех смещающихся одна относи-
тельно другой системах. Время зависит от движения.
Какова эта зависимость, как изменяется ход времени при пере-
ходе из одной системе к другой? Еще до появления работы Эйнштейна
Лоренц утверждал, что при сокращении продольных масштабов в дви-
жущихся системах будет вместе с тем замедляться ход часов. Сокра-
щение масштабов и замедление хода часов как раз и будет компенси-
ровать изменение скорости света в движущихся системах. Поэтому
замедление хода часов, как и сокращение масштабов, можно вычис-
лить, исходя из постоянства скорости света.
У Эйнштейна сокращение продольных пространственных масштабов
и замедление времени в движущихся системах имеет совсем другой
смысл, чем у Лоренца. Время замедляется не по сравнению с "истин-
ным", "абсолютным" временем, текущим в неподвижных относительно
эфира, т.е. в абсолютно неподвижных, системах. Длина продольно
движущегося стержня сокращается не по сравнению с некоторой "ис-
тинной" и "абсолютной" длиной стержня, покоящегося в эфире. С
точки зрения Эйнштейна, сокращение масштабов (как и замедление
времени) взаимно.Если система К 5" движется относительно системы
К, то с таким же правом можно сказать, что система К движется от-
носительно системы К 5". Длина стержня, измеренная в системе К, от-
носительно которой он покоится, окажется меньше, если ее изме-
рить в системе К 5". Но, в свою очередь, стержень, покоящийся в
системе К 5", окажется короче при измерении в системе К. Речь идет
о вполне реальном измерении длины, но понятие "реальное измере-
ние" не означает существование неизменной абсолютной "привилеги-
рованной" длины.Причиной лоренцова сокращения служит реальный
процесс взаимного движения систем - процесс, в котором обе систе-
мы играют совершенно равноценную роль. Лоренцово представление о
реальном сокращении длины стержня по сравнению с неизменной, "ис-
тинной" длиной стержня, покоящегося в абсолютном смысле, - это
более "классическое", но вовсе не более естественное представле-
ние, чем представление Эйнштейна о взаимном сокращении масштабов
в системах, движущихся одна по отношению к другой. Взаимное пере-
мещение тел, изменение их взаимных расстояний легче представить
себе, чем абсолютное движение, отнесенное к пустому пространству
либо к однородному эфиру.
Идеи, высказанные Эйнштейном в 1905 году, уже в ближайшие
годы заинтересовали очень широкие круги. Люди чувствовали, что
теория, с такой смелостью посягнувшая на традиционные представле-
ния о пространстве и времени, не может не привести при своем раз-
витии и применении к очень глубоким производственно-техническим и
культурным сдвигам. Разумеется, только теперь стал ясен путь от
абстрактных рассуждений о пространстве и времени к представлению
о колоссальных запасах энергии, таящихся в недрах вещества и жду-
щих своего освобождения, чтобы изменить облик производственной
техники и культуры. Попытаемся несколькими штрихами обрисовать
этот путь, хотя две-три фразы не могут дать представления о цепи
глубоких и сложных математических построений, о многократном пе-
ресмотре самых, казалось бы, очевидных и прочных концепций клас-
сической физики.
Эйнштейн вывел из постоянства скорости света в движущихся
телах невозможность для этих тел превысить скорость света. Тем
самым из картины мира исключаются мгновенные, распространяющиеся
с бесконечной скоростью, воздействия одного физического объекта
на другой. Исключаются также воздействия, распространяющиеся с
конечной скоростью, превышающей скорость света. Два события могут
быть связаны друг с другом причинной связью, одно событие может
быть причиной второго, если время, прошедшее между событиями, не
меньше времени, необходимого свету, чтобы пройти расстояние между
точками, где произошли эти события. Такое представление о при-
чинной связи между событиями можно назвать релятивистским, в от-
личие от классического представления, допускавшего, что событие в
одной точке может повлиять на событие в другой точке при сколь
угодно малом промежутке времени между событиями.
Сопоставляя релятивистскую причинность с классической, можно
увидеть некоторую существенную для истории науки связь между ме-
ханической картиной мира и ее релятивистским обобщением. Причин-
ная связь между двумя событиями в отдаленных точках 4 0а 41 и а 42 сос-
тоит в том, что событие в точке а 41 вызывает отправление некоторо-
го сигнала, который, прибыв в точку а 42, вызывает здесь второе со-
бытие. Первым событием может быть, например, выстрел, а вторым -
попадание снаряда в цель. Причинная связь состоит в движении сна-
ряда, играющего в этом примере роль сигнала. Бесконечная скорость
сигнала означала бы, что причина (отправление передающего воз-
действия сигнала из а 41) и следствие (его приход в а 42) возникают
одновременно. Следовательно, причинная связь может быть представ-
лена в чисто пространственном аспекте. Чтобы придать понятию при-
чинной связи пространственно-временной вид, нужно найти предел
скоростей, и он был найден в постоянной скорости распространения
электромагнитного поля.
Обобщение, о котором идет речь, связано с новой трактовкой
условий тождественности движущегося объекта. Тождественным себе
может быть объект, движение которого подчинено условию: расстоя-
ние между точками а 41 и а 42 пребывания тела в моменты t 41 и t 42 не
должно быть больше, чем скорость света, умноженная на 4 t 41-t 42. Если
это условие не соблюдено, то перед нами не движущийся тождествен-
ный себе объект, а различные нетождественные объекты.
Обратимся теперь к динамическим выводам из существования
границы механических скоростей.
Если тело движется со скоростью, близкой к скорости света, и
на него начинает действовать дополнительная сила, то ускорение не
может быть таким, чтобы тело достигло скорости, превышающей ско-
рость света. Чем ближе к скорости света, тем больше тело сопро-
тивляется силе, тем меньшее ускорение вызывает одна и та же при-
ложенная к телу сила. Сопротивление тела ускорению, т.е. масса
тела, растет со скоростью и стремится к бесконечности, когда ско-
рость тела приближается к скорости света. Таким образом, масса
тела зависит от скорости его движения, она растет при растет при
возрастании скорости и пропорциональна энергии движения. Что ка-
сается массы покоящегося тела, она связана определенным отношени-
ем с внутренней энергией - энергией покоящегося тела. Эта энергия
равна массе покоя, умноженной на квадрат скорости света. Если
энергия движения тела переходит в его внутреннюю энергию (напри-
мер, тепловую энергию или энергию химических связей), от соот-
ветственно возрастанию энергии возрастает масса покоя.
Но масса покоя отнюдь не равна сумме заключенной в теле теп-
ловой, химической и электрической энергии, деленной на квадрат
скорости света. Этой сумме соответствует очень небольшая часть
всей энергии покоя. Переход энергии движения двух тел в энергию
покоя, например при неупругом соударении этих тел, увеличивает
энергию на ничтожную величину по сравнению со всей энергией по-
коя. В свою очередь переход теплоты в энергию движения тел умень-
шает энергию покоя (и массу покоя) на ничтожную долю. Тело с тем-
пературой, равной абсолютному нулю, с нулевой химической и элект-
рической энергией обладало бы энергией покоя и массой покоя, лишь
в ничтожной мере уменьшившимися по сравнению с телом обычной тем-
пературы и с обычными запасами химической и электрической энер-
гии.
До середины нашего столетия во всех областях техники исполь-
зовали лишь подобные ничтожные изменения энергии покоя и массы
покоя тел. Сейчас появились практически применяемые реакции, при
которых затрачивается или пополняется основной массив заключенной
в веществе энергии покоя.
В современной физике существует представление о полном пере-
ходе энергии покоя в энергию движения, т.е. о превращении части-
цы, обладающей массой покоя, в частицу с нулевой массой покоя и
очень большой энергией движения и массой движения. Такие переходы
наблюдаются в природе. До практического применения подобных про-
цессов еще далеко. Сейчас используются процессы, освобождающие
внутреннюю энергию атомных ядер. Атомная энергетика оказалась ре-
шающим экспериментальным и практическим доказательством теории
относительности Эйнштейна.
Разумеется в 1905 г., когда была опубликована первая статья
Эйнштейна о теории относительности, никто не мог предвидеть конк-
ретных путей научно-технической революции, призванной воплотить в
жизнь новое учение о пространстве, времени и движении. В теории
относительности видели поразительно глубокое, стройное и смелое
обобщение и истолкование уже известных экспериментальных данных,
прежде всего фактов, свидетельствующих о постоянстве скорости
света, о ее независимости от прямолинейного и равномерного движе-
ния системы, через которую проходит световой луч.
Вместе с тем ученые понимали, что, отвергнув, казалось бы
очевидное, классическое понятие одновременности, отказавшись от
не менее очевидного классического правила сложения скоростей, до-
пуская и обсуждая парадоксальные, на первый взгляд, выводы, физи-
ка овладевает очень мощным оружием.
Покинув пристань ньютоновской механики, бросив вызов "оче-
видности", не ограничивая отныне свои пути традиционным фарвате-
ром, наука может открыть новые берега. Какие плоды зреют на этих
берегах, что получит практика от новых теоретических обобщений,
тогда еще не знали. Существовала лишь, как уже было сказано, ин-
туитивная уверенность, что смелости и широте новых идей должны
соответствовать некоторые коренные технические культурные сдвиги.
Как бы то ни было, дело было сделано. В науку были пущены
идеи, которым предстояло революционизировать учение о космосе и
микромире, учение о движении и энергии, представление о прост-
ранстве и времени, а впоследствии стать основой атомной энергети-
ки. Эти идеи стали жить своей жизнью.
В 1907-1908 гг. Герман Миньковский (1864 - 1908) придал тео-
рии относительности весьма стройную и важную для последующего
обобщения геометрическую форму. В статье "Принцип относительнос-
ти" (1907) и в докладе "Пространство и время" (1908) теория Эйн-
штейна была сформулирована в виде учения об инвариантах четырех-
мерной евклидовой геометрии. У нас нет сейчас ни возможности, ни
необходимости давать сколько-нибудь строгое определение инвариан-
та и присоединить что-нибудь новое к тому, что уже было о нем
сказано. Понятие многомерного пространства, в частности четырех-
мерного пространства, также не требует здесь строгого определе-
ния; можно ограничиться самыми краткими пояснениями.
Ранее уже говорилось, что положение точки на плоскости может
быть задано двумя числами, измеряющими длины перпендикуляров,
опущенных на оси некоторой координатной системы. Если перейти к
иной системе отсчета, координаты каждой точки изменятся,но расс-
тояние между точками при таком координатном преобразовании не
изменятся. Инвариантность расстояний при координатных преобразо-
ваниях может быть показана не только в геометрии на плоскости, но
и в трехмерной геометрии. При движении геометрической фигуры в
пространстве координаты точек меняются, а расстояния между ними
остаются неизменными. Как уже было сказано, существование инвари-
антов координатных преобразований можно назвать равноправностью
систем отсчета, равноценностью точек, в каждой можно поместить
начало координатной системы, причем переход от одной системы к
другой не сказывается на расстояниях между точками. Подобная рав-
ноценность точек пространства называется его однородностью. В
сохранении формы тел и соблюдении неизменных законов их взаимо-
действия при преобразованиях выражается однородность пространс-
тва. Однако при очень больших скоростях, близких к скорости све-
та, становится очень существенной зависимость расстояния между
точками от движения системы отсчета. Если одна система отсчета
движется по отношению к другой, то длина стержня, покоящегося в
одной системе, окажется уменьшенной при измерении ее в другой
системе. В теории Эйнштейна пространственные расстояния (как и
промежутки времени) меняются при переходе от одной системы отсче-
та к другой, движцщейся относительно первой. Неизменной при таком
переходе остается другая величина, к которой мы и перейдем.
Миньковский сформулировал постоянство скорости света следую-
щим образом.
При координатном преобразовании остается неизменным расстоя-
ние между двумя точками, например путь, пройденный движущейся
частицей. Чтобы вычислить это расстояние - путь, пройденный час-
тицей, - нужно взять квадраты приращений трех координат, т.е.
квадраты разностей между новыми и старыми значениями координат.
Согласно соотношениям геометрии Евклида, сумма этих трех квадра-
тов будет равна квадрату расстояния между точками.
Теперь мы прибавим к трем приращениям пространственных коор-
динат приращение времени - время, прошедшее от момента пребывания
частицы в первой точке до момента пребывания ее во второй точке.
Эту четвертую величину мы также берем в квадрате. Нам ничто не
мешает назвать сумму четырех квадратов квадратом "расстояния", но
уже не трехмерного, а четырехмерного. При этом речь идет не о
расстоянии между пространственными точками, а об интервале между
пребыванием частицы в определенный момент в одной точке и и пре-
быванием частицы в другой момент в другой точке. Точка смещается
и в пространстве и во времени. Из постоянства скорости света вы-
текает, как показал Миньковский, что при определенных условиях
(время нужно измерять особыми единицами) четырехмерный пространс-
твенно-временной интервал будет неизменным, в какой бы системе
отсчета мы ни измеряли положения точек и время пребывания частицы
в этих точках.
Само по себе четырехмерное представление движения частицы
может быть легко усвоено, оно кажется почти очевидным и, в сущ-
ности привычным. Всем известно, что реальные события определяются
четырьмя числами: тремя пространственными координатами и време-
нем, прошедшим до события с начала летосчисления, или с начала
года, или от начала суток. Будем откладывать на листе бумаги по
горизонтальной прямой место какого-либо события - расстояние это-
го места от начального пункта, например расстояние до точки, дос-
тигнутой поездом, от станции отправления. По вертикальной оси от-
ложим время, когда поезд достиг этой точки, измеряя его с начала
суток или с момента выхода поезда со станции отправления. Тогда
мы получим график движения поезда в двумерном пространстве, на
географической карте, лежащей на столе, а время показывать верти-
калями над картой. Тогда мы не обойдемся чертежом, пнадобится
трехмерная модель, например проволока, укрепленная над картой.
Она будет трехмерным графиком движения: высота проволоки в каждой
точке над лежащей картой будет изображать время, а на самой карте
проекция проволоки изобразит движение поезда по местности.
Изобразим теперь не только перемещение поезда на плоскости,
но и его подъемы и спуски, т.е. его движение в трехмерном прост-
ранстве. Тогда вертикали уже не могут изобразить время, они будут
означать высоту поезда над уровнем моря. Где е откладывать время
- четвертое измерение? Четырехмерный график нельзя построить и
даже нельзя представить себе. Но математика уже давно умеет нахо-
дить подобные геометрические величины, пользуясь аналитическим
методом, производя вычисления. В формулы и вычисления наряду с
тремя пространственными измерениями можно ввести четвертое - вре-
мя и, отказавшись от наглядности, создать таким образом четырех-
мерную геометрию.
Если бы существовала мгновенная передача импульсов и вообще
сигналов, то мы могли бы говорить о двух событиях, происшедших
одновременно, т.е. отличающихся только пространственными коорди-
натами. Связь между событиями была бы физическим прообразом чисто
пространственных трехмерных геометрических соотношений. Но, как
уже говорилось, Эйнштейн в 1905 г. отказался от понятий абсолют-
ной одновременности и абсолютного, независимого от течения време-
ни. Теория Эйнштейна исходит из ограниченности и относительности
трехмерного, чисто пространственного представления о мире и вво-
дит более точное пространственно-временное представление. С точки
зрения теории относительности в картине мира должны фигурировать
четыре координаты и ей должна соответствовать четырехмерная гео-
метрия.
В 1908 г. Миньковский представил теорию относительности в
форме четырехмерной геометрии. Он назвал пребывание частицы в
точке, определенной четырьмя координатами, "событием", так как
под событием в механике следует понимать нечто определенное в
пространстве и во времени - пребывание частицы в определенной
пространственной точке в определенный момент. Далее он назвал со-
вокупность событий - пространственно-временное многообразие -
"миром", так как действительный мир развертывается в пространстве
и во времени. Линию, изображающую движение частицы, т.е. четырех-
мерную линию,каждая точка которой определяется четырьмя координа-
тами, Миньковский назвал "мировой линией".
Длина отрезка "мировой линии" инвариантна при переходе от
одной системы отсчета к другой, прямолинейно и равномерно движу-
щейся по отношению к первой. В этом и состоит исходное утвержде-
ние теории относительности, из него можно получить все ее соотно-
шения.
Следует подчеркнуть, что геометрические соотношения, с по-
мощью которых Миньковский изложил теорию относительности, подчи-
няются Евклидовой геометрии. Мы можем получить соотношения теории
относительности, предположив, что четырехмерное "расстояние" вы-
ражается таким же образом через четыре разности - три разности
пространственных координат и время, прошедшее между событиями, -
как и трехмерное расстояние выражается в евклидовой геометрии че-
рез разности пространственных координат. Для этого, как уже гово-
рилось, необходимо только выразить время в особых единицах. Длина
отрезка мировой линии определяется по правилам евклидовой геомет-
рии, только не трехмерной, а четырехмерной. Ее квадрат равен сум-
ме четырех квадратов приращений пространственных координат и вре-
мени. Иными словами, это - геометрическая сумма приращений четы-
рех координат, из которых три - пространственные, а четвертая -
время, измеренное особыми единицами. Мы можем назвать теорию от-
носительности учением об инвариантах четырехмерной евклидовой ге-
ометрии. Поскольку время измеряется особыми единицами, то говорят
о псевдоевклидовой четырехмерной геометрии.
Сумма квадратов четырех приращений - квадрат четырехмерного
расстояния между событиями, квадрат длины отрезка мировой линии -
не меняется при переходе от системы K к движущейся по отношению к
ней системе K". Четырехмерное "расстояние"является инвариантом
преобразований четырехмерной геометрии, соответствующих переходу
от одной системы отсчета K к другой системе K", движущейся отно-
сительно первой прямолинейно и равномерно. Инвариантность следует
из неизменности скорости света при переходе от K к K".
В этой инвариантности выражается однородность четырехмерного
мира. Выше говорилось, что в инвариантности длины трехмерного от-
резка при переносе начала координат выражается однородность трех-
мерного пространства. Теперь мы можем инвариантность четырехмер-
ного отрезка мировой линии рассматривать как45 выражение однород-
ности и изотропности четырехмерного пространства-времени.
Однородность пространства выражается в сохранении импульса,
а однородность времени - в сохранении энергии. Можно ожидать, что
в четырехмерной формулировке закон сохранении импульса и закон
сохранения энергии сливаются в один закон сохранения энергии и
импульса. Действительно, в теории относительности фигурирует та-
кой объединенный закон импульса.
Однородность пространства-времени означает, что в природе
нет выделенных пространственно-временных мировых точек. Нет собы-
тия, которое было бы абсолютным началом четырехмерной, пространс-
твенно-временной системы отсчета. В свете идей, изложенных Эйн-
штейном в 1905 г., четырехмерное расстояние между мировыми точка-
ми, т.е. пространственно-временной интервал не будет меняться при
совместном переносе этих точек вдоль мировой линии. Это значит,
что пространственно-временная связь двух событий не зависит от
того, какая мировая точка выбрана в качестве начала отсчета, и
что любая мировая точка может играть роль подобного начала.
Однородность пространства стала исходной идеей науки после
того, как Галилей и Декарт, сформулировав принцип инерции и прин-
цип сохранения импульса, показали, что в мировом пространстве нет
выделенной точки - начала привилегированной системы отсчета, что
расстояния между телами и их взаимодействия не зависят от движе-
ния состоящей из этих тел материальной системы. Однородность вре-
мени стала исходной идеей науки после того, как физика XIX века,
сформулировав принцип сохранения энергии, показала независимость
процессов природы от их смещения во времени и отсутствие абсолют-
ного начала отсчета времени. Теперь исходной идеей науки стано-
вится однородность пространства-времени.
Таким образом, идея однородности является стержневой идеей
науки XVII-XX вв. Она последовательно обобщается, переносится с
пространства на время, и далее, на пространство-время.
В отличие от известной классической физике однородности
пространства и времени, взятых порознь, однородность пространс-
тва-времени была бы нарушена, если бы в некоторой области проис-
ходила мгновенная передача сигнала. Примером могла бы служить аб-
солютно твердая частица, целиком заполняющая занятый ею объем
пространства и неспособная к деформации. Через занятое такой час-
тицей пространство импульс передавался бы мгновенно, и мы, таким
образом, столкнулись бы с физическим эквивалентом трехмерной гео-
метрии, с пространством, существующим независимо от времени.
В 1911-1916 гг. Эйнштейн создал общую теорию относительнос-
ти. Теория, созданная в 1905 г., называется специальной теорией
относительности, так как она справедлива лишь для специального
случая, прямолинейного и равномерного движения. Распространение
света, как и вообще, все механические и электродинамические про-
цессы, протекает неизменным образом, если перейти от покоящейся
системы K к к системе K", движущейся по отношению к К прямолиней-
но и равномерно. Поэтому, не выходя за пределы движущейся системы
нельзя зарегистрировать ее прямолинейное и равномерное движение,
ни механическим, ни оптическими (электродинамическими) опытами. В
системе, движущейся прямолинейно и равномерно, движение не вызы-
вает внутренних эффектов. В поезде, движущемся без ускорения, не
происходит ничего, что продемонстрировало бы пассажирам его дви-
жение. Это движение имеет относительный смысл, поезд движется от-
носительно Земли и находящихся на Земле неподвижных предметов. С
тем же правом можно сказать, что Земля движется относительно по-
езда; нельзя найти такие явления в поезде, которые указывают на
неравноценность этих двух утверждений. Иное дело - ускоренное
движение. В связи с ньютоновым понятием абсолютного движения уже
говорилось, что пассажир убеждается в ускорении поезда, ощущая
толчок, вызванный силой инерции и направленный назад, когда поезд
набирает скорость, и вперед, когда машинист начинает торможение и
поезд теряет скорость. Таким образом, ускоренное движение создает
внутренние эффекты в движущейся системе.
В этом случае уже как будто нельзя говорить о равномерности
движущихся систем. Если движение поезда относить к Земле, т.е.
считать Землю неподвижной, то ускорение поезда приводит к толчку;
если же считать неподвижным поезд и считать, что поверхность Зем-
ли с ускорением движется относительно поезда, то находящийся в
поезде пассажир не почувствует толчка. Таким образом, фраза "по-
езд движется относительно Земли" и фраза "Земля движется относи-
тельно поезда" в случае ускоренного движения имеют различный фи-
зический смысл: они описывают различные ситуации, сопровождающие-
ся различными эффектами. Поэтому принцип относительности применим
лишь к равномерному и прямолинейному движению, движению по инер-
ции. Ускоренное движение не подчинено этому принципу, в силу чего
теория относительности, выдвинутая Эйнштейном в 1905 г., и назы-
вается специальной теорией относительности.
Долгие годы у Эйнштейна созревала мысль о подчинении уско-
ренного движения принципу относительности и создании общей теории
относительности, рассматривающей не только инерционные, но и все-
возможные движения. Является ли толчок при ускорении или замедле-
нии поезда, иными словами - сила инерции, действующая на пассажи-
ра, абсолютным признаком движения? Не может ли возникнуть в не-
подвижном поезде сила, которую нельзя отличить от силы инерции?
Сила инерции действует единообразно на все предметы, находя-
щиеся в поезде. Когда локомотив придаст поезду резкое ускорение,
все находящиеся в поезде предметы с одним и тем же ускорением,
обязанным силе инерции, будут стремиться в сторону, противополож-
ную движению поезда.Существует сила, которая также действует еди-
нообразно на все тела. Это - сила тяжести.
Если бы дорога имела очень крутые подъемы, мы не смогли бы
определить, что именно толкает назад пассажиров и их вещи - сила
тяжести, действующая на них, когда поезд, движущийся равномерно
по полотну дороги,поднимается в гору, или сила инерции, действую-
щая на поезд, испытывающий в этот момент ускорение на равнине.
Обе они действуют единообразно, поскольку инертная масса тела
пропорциональна его весу.
Эйнштейн говорил не о поезде, а о кабине лифта. Представим
себе, что кабина поднимается с ускорением вверх, причем сила тя-
жести в это время не действует на кабину.
Сила инерции будет толкать людей в сторону, противоположную
ускорению кабины, т.е. вниз, и будет прижимать подошвы людей к
полу кабины. Сила инерции толкнет по направлению к полу подвешен-
ные к потолку кабины грузы и потянет нити, на которых эти грузы
подвешены. Но является ли это доказательством ускоренного движе-
ния кабины? Нет, в неподвижной кабине, испытывающей действие зем-
ного тяготения, те же эффекты производятся силой тяжести.
Эйнштейн назвал принципом эквивалентности утверждение о рав-
ноценности силы тяжести, действующей на систему, и силы инерции,
проявляющейся при ускоренном движении. Этот принцип позволяет
рассматривать ускоренное движение как относительное. В самом де-
ле, проявления ускоренного движения (силы инерции) ничем не отли-
чаются от сил тяжести в неподвижной системе. Значит, нет внутрен-
него критерия движения, и о движении можно судить лишь по отноше-
нию к внешни телам. Движение, в том числе ускоренное движение те-
ла A, состоит в изменении расстояния от некоторого тела отсчета
B, причем мы с тем же правом можем утверждать, что B движется от-
носительно A.
Но чтобы принцип эквивалентности позволил рассматривать ус-
коренное движение как относительное, необходима одна чрезвычайно
важная физическая предпосылка. Пусть кабину лифта пересекает све-
товой луч. Когда кабина поднимается, свет, попав в кабину через
боковое окошечко, достигает противоположной стены несколько ниже:
пока свет пересечет кабину, она уйдет вверх. Когда кабина непод-
вижна и находится в поле тяготения, подобный эффект будет иметь
место, если тяготение действует и на свет, т.е. если свет облада-
ет тяжелой массой.
Этот вывод был очень важным моментом в развитии теории отно-
сительности. Математические расчеты и условные картины привели к
заключению, которое могло быть проверено экспериментом. В истории
физики известен опыт "взвешивания света" - наблюдение искривления
светового луча вблизи Солнца. Задолго до этой проверки Эйнштейну
пришлось решить другую теоретическую проблему.
Дело в том, что действующие на систему тяготение и ускорение
системы вызывает один и тот же эффект только тогда, когда силы
тяжести увлекают тела в одном и том же направлении, по параллель-
ным линиям. Но лишь в очень малых областях направления силы тя-
жести можно считать параллельными. В больших областях силы тяжес-
ти действуют по различным направлениям, и это создает существен-
ное различие между эффектом тяжести и эффектом ускорения системы.
Вернемся к кабине лифта. При ее ускоренном подъеме нити, натяну-
тые подвешенными грузами, будут параллельны. Тяжесть же натянет
их по направлениям, строго говоря, не параллельным, а пересекаю-
щимся в центре Земли. В кабине лифта этим различием можно пренеб-
речь. Но если бы кабина лифта имела в поперечнике несколько сотен
километров, различие стало бы заметным. Тем самым была бы наруше-
на эквивалентность тяготения и ускорения и мы получили бы абсо-
лютный критерий ускоренного движения в виде параллельного движе-
ния нитей.
Как же распространить принцип относительности на ускоренные
движения в больших областях? В поисках ответа на этот вопрос Эйн-
штейн пришел к идее, которая резко отличается по своему характеру
от классических идей. Она отличается от них не только по содержа-
нию, по физическому смыслу, по лежащему в ее основе представлению
о мире.Общая теория относительности открыла собой новую полосу в
истории науки еще и потому, что она изменила соотношение между
геометрическими и собственно физическими построениями. Раньше, до
Эйнштейна, эти построения не сливались в единую теорию. Под гео-
метрией когда-то подразумевали совокупность раз навсегда данных
абсолютно бесспорных и непоколебимых теорем, выводимых из аксиом
и постулатов, сформулированных в древности Евклидом. Потом узнали
о возможности иных, неевклидовых геометрий, допускающих неравенс-
тво суммы углов треугольника двум прямым углам, пересечение пер-
пендикуляров, восстановленных из двух точек на одной и той же
прямой, расхождение перпендикуляров к одной и той же прямой и
другие соотношения, противоречащие евклидовой геометрии. Уже Ло-
бачевский, как мы знаем, предполагал, что физические процессы в
пространстве могут придать ему неевклидовы геометрические свойс-
тва.
Эйнштейн отождествил тяготение, искривляющее мировые линии
движущихся тел, с искривлением пространства-времени. Эта идея
всегда будет образцом смелости и глубины физической мысли и вмес-
те с тем образцом нового характера научного мышления, находящего
реальные физические эквиваленты евклидовых и неевклидовых геомет-
рических соотношений.
Тело, предоставленное самому себе, движется по прямой в
трехмерном пространстве. Оно движется по прямой в четырехмерном
пространственно-временном мире, так как на графике "пространс-
тво-время" каждый сдвиг по оси времени (каждое приращение време-
ни) сопровождается одним и тем же приращением пройденного прост-
ранственного расстояния. Таким образом, движениям по инерции со-
ответствуют прямые мировые линии, т.е. прямые четырехмерного
пространства-времени. ускоренным движениям соответствуют кривые
мировые линиичетырехмерного пространственно-временного мира.
Тяготение сообщает телам одно и то же ускорение. Оно сообща-
ет такое же ускорение и свету. Следовательно, тяготение искривля-
ет мировые линии. Если бы прямые, начерченные на плоскости, вдруг
оказались кривыми, причем обрели бы одну и ту же кривизну, мы
предположили бы, что плоскость искривилась, стала искривленной
поверхностью, например поверхностью шара.Быть может, тяготение,
единообразно искривляющее мировые линии, означает, что пространс-
тво-время в данной мировой точке (в данном пространственном пунк-
те и в данный момент времени) приобрело определенную кривизну.
Изменение сил тяготения, изменение интенсивности и направления
тяжести, можно тогда рассматривать как изменение кривизны прост-
ранства-времени.
Кривизна линии не требует пояснения. Кривизна поверхности
также вполне наглядное представление. Мы знаем, что на кривой по-
верхности, например поверхности земного шара, теоремы евклидовой
геометрии на плоскости перестают быть справедливыми. Вместо пря-
мых кратчайшими линиями становятся иные геодезические линии, нап-
ример в случае поверхности шара дуги большого круга: чтобы чтобы
проехать кратчайшим путем с севера на юг, нужно двигаться по дуге
меридиана. На геодезическую линию, заменяющую собой прямую, из
одной точки можно опустить множество различных перпендикуляров,
например из полюса на экватор. Мы не можем себе представить наг-
лядно кривизну трехмерного пространства. Но мы можем назвать кри-
визной отступление трехмерного мира от геометрии Евклида. То же
самое мы можем сделать с четырехмерным многообразием.
Повторим исходные положения общей теории относительности.
В каждой точке, находящейся в поле действия сил тяготения
какой-либо большой массы, например Солнца, все тела падают с оди-
наковым ускорением, и не только тела, но и свет также приобретает
ускорение, причем одно и то же ускорение, зависящее от массы
Солнца. В четырехмерной геометрии подобное ускорение может быть
представлено в виде пространственно-временного мира. Согласно об-
щей теории относительности, наличие тяжелых масс искривляет прос-
транственно-временной мир, и это искривление выражается в тяготе-
нии, изменяющем пути и скорости тел и световых лучей.
В 1919 году астрономические наблюдения подтвердили теорию
тяготения Эйнштейна - общую теорию относительности. Лучи звезд
искривляются, проходя мимо Солнца, и их отклонения от прямого пу-
ти оказались такими, какие были вычислены теоретически Эйнштейном.
Кривизна пространства-времени меняется в зависимости от
распределения тяжелых масс. Если отправиться в путь через Вселен-
ную, не меняя направления, т.е. следуя геодезическим линиям окру-
жающего пространства, то нам встретятся на пути четырехмерные
пригорки - гравитационные поля планет, горы - гравитационные поля
звезд, большие хребты - гравитационные поля галактик. Путешествуя
подобным образом по поверхности Земли, мы, помимо холмов и гор,
знаем о кривизне земной поверхности в целом и уверены, что, про-
должая путь в неизменном направлении, например вдоль экватора,
вернемся к месту, откуда выехали.
При путешествии во Вселенной мы также сталкиваемся с общей
кривизной пространства, которая так относится к гравитационным
полям планет, звезд и галактик, как кривизна Земли к рельефу ее
поверхности. Если бы искривлено не только пространство, но и вре-
мя, мы вернулись бы в результате космического путешествия в ис-
ходный пространственный путь и в исходное пространственное поло-
жение. Это невозможно. Эйнштейн предположил, что искривлено лишь
пространство.
В 1922 г. А.А.Фридман (1888-1925) выдвинул гипотезу об изме-
нении радиуса общей кривизны пространства с течением времени. Не-
которые астрономические наблюдения подтверждают эту гипотезу -
расстояния между галактиками увеличивается со временем, галактики
разбегаются. Однако космологические концепции, связанные с общей
теорией относительности, еще очень далеки от той определенности и
однозначности, которая свойственна специальной теории относитель-
ности.