Философские проблемы теории относительности А.Эйнштейна

Введение

Создание Теории Относительности позволило пересмотреть традиционные представления и представления о материальном мире. Такой обзор существующих взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существующих теорий. Одной из таких проблем был вопрос о пределе скорости распространения света, который, с точки зрения господствовавшего тогда принципа относительности Галилея, основанного на преобразованиях Галилея, был исключен.
Наряду с этим было много экспериментальных фактов в пользу представлений о постоянстве и пределе скорости света (универсальной постоянной). Примером здесь может служить опыт Майкельсона и Морли 1887 года, который показал, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. А также наблюдения датского астронома Оле Ремера, которые он определил в 1675 году. о замедлении затмений лун Юпитера, конечной величине скорости света.
Другая существенная проблема, возникшая в физике, была связана с представлениями о пространстве и времени. Представления, существовавшие в физике, основывались на законах классической механики, поскольку в физике преобладало мнение, что каждое явление в конечном счете механистично по своей природе, поскольку принцип относительности Галилея казался универсальным, применимым к любому закону, а не только к законам механики. Из принципа Галилея, основанного на преобразованиях Галилея, следует, что пространство не зависит от времени и наоборот-от времени пространства.
Пространство и время мыслились как заданные формы и независимые друг от друга, все открытия, сделанные в физике, складывались в них. Но такое соответствие физических положений концепции пространства и времени существовало лишь до тех пор, пока не были сформулированы законы электродинамики, выраженные в уравнениях Максвелла, поскольку оказалось, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея.
Целью данной работы является определение эпистемологических корней понятий пространства и времени в теории относительности А. Эйнштейна. Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:
1. Рассмотрение философско-методологических тенденций в науке начала ХХ века;
2. Раскрытие особенности подхода Эйнштейна к пониманию статического и динамического времени, материального и математического пространства.
Научная новизна работы отражена в положениях об обороне:
1. Выявление философских особенностей теории Эйнштейна;
2. Определение методологической основы работы ученого;
3. Определение философско-космологического образа мира мыслителя, послужившего основой для разработки концепции относительности.


1. Философские проблемы теории относительности Эйнштейна
Большая часть ранних работ Эйнштейна (1902-1911), предшествовавших его концентрации почти исключительно в теории гравитации, релятивистской (1909-1915), сосредоточена не на теории относительности, а на задачах, поставленных классической физикой для открытия планковской постоянной энергии того же названия в 1900 году. Эти ранние работы показывают, что Эйнштейн был сильным сторонником Людвига Больцмана, а не Эрнста Маха в дебатах по атомизму в начале века.
Однако в 1912 году имя Эйнштейна, наряду с именами геттингенских математиков Дэвида Гильберта и Феликса Клейна, было заметно среди тех, кто присоединился к маху в призыве к формированию "общества позитивистской философии". Ссылаясь на насущную потребность науки "но и нашего века в целом" в" целостном мировоззрении, основанном на материальных фактах, накопленных в отдельных науках", призыв, по-видимому, был в первую очередь организованной попыткой поддержать позитивистскую концепцию науки Маха перед лицом недавней критики со стороны Макса Планка, тогдашнего ведущего физика-теоретика Германии. Это скорее декларация лояльности, чем акт академического нейтралитета, это свидетельство юношеского энтузиазма Эйнштейна по крайней мере в отношении некоторых работ Маха.
В конце своей жизни Эйнштейн писал о "глубоком влиянии", которое механическая наука Маха (1883) оказала на него в студенческие годы, а также о большом влиянии в его молодые годы "эпистемологической позиции Маха". Уже в специальной теории относительности (1905) операционное определение Эйнштейном "одновременности" отдаленно разделенных событий, в которых далекие часы синхронизируются посредством отправки и приема световых сигналов, тесно смоделировано в операционном определении массы в механике Маха. Кроме того, случайные эпистемологические и методологические утверждения, по-видимому, указывают на согласие с основными частями позитивистского учения Маха о субстанции, например: "понятие не существует для физика до тех пор, пока он не сможет определить, выполняется ли оно в реальном случае". Поэтому общую теорию относительности можно рассматривать как полностью согласующуюся с мачо-характеристикой теоретических понятий как простой экономической краткости для конкретных наблюдений или операций.
Махианские влияния, характерные для общей теории относительности, оказались еще более обширными. Идея Маха о том, что инерционная масса и движение тела являются результатом влияния всех других масс на окружающее (тем самым устраняя ньютоновскую концепцию "чудовищности" абсолютного пространства), была, пожалуй, самой сильной мотивацией, которая привела стремление Эйнштейна к теории релятивистской гравитации. В работах, предшествовавших окончательному изложению общей теории относительности в 1916 году, Эйнштейн не скрывал того факта, что МАХ был мозгом эпистемологически обоснованной попытки обобщить принцип относительности. Учитывая вместе с мах, что ни один наблюдаемый факт не может быть связан с понятиями абсолютного ускорения или абсолютной инерции (т. е. сопротивления ускорению), обобщение требовало, чтобы законы природы были полностью независимы от состояния движения любой выбранной системы отсчета. Фактически, стремясь полностью релятивизировать инерцию, Эйнштейн соединил реальный принцип инвариантности форм законов природы (общая ковариация, см. ниже) с ложным "принципом общей теории относительности", согласно которому ускоренные движения, такие как вращения, были бы относительно состояния движения наблюдателя. В тепловатом некрологе Маха, написанном через несколько дней после завершения окончательного изложения его теории в 1916 году, Эйнштейн, широко цитируя знаменитые отрывки механики Маха, критиковавшие Ньютоновские "абсолютные" понятия пространства, времени и движения, великодушно признал, что понимание махом принципов механики очень приблизило его к требованию общей теории относительности полвека назад (1916b: 102-3). Без сомнения, имея в виду эту ссылку, физик Филипп Франк, позднее связанный с Венским кружком, отметил, что сегодня весь мир знает, что общая теория относительности Эйнштейна возникла непосредственно из учения позитивизма о пространстве и движении.
Но, как отмечалось выше, есть подлинные и ложные аспекты, связанные с "принципом общей теории относительности" Эйнштейна, смесь, осложненная собственными сбивающими с толку комментариями Эйнштейна о принципе общей ковариации.
Отрывок из первого полного изложения общей теории относительности Эйнштейна (1916a), по-видимому, послужил еще одним зерном для мельницы махианского позитивизма.
Там Эйнштейн торжественно заявил, что его требование ковариации вообще, для уравнений гравитационного поля (т. е. для того, чтобы оставаться неизменным при преобразовании произвольного, но достаточно непрерывного в координатах пространство-время) "убрало из пространства и времени последний остаток объективности физики". Сопутствующая эвристическая рефлексия над аргументацией, стоящей за этим утверждением, казалась не более чем одобрением феноменализма Маха. "Все наши пространственно-временные проверки, - писал Эйнштейн, - неизменно сводятся к определению пространственно-временных совпадений...".
Это происходит потому, что, согласно предположению Эйнштейна, все результаты физических измерений сводятся в последней инстанции к проверке совпадений, как наблюдать совпадение секундной стрелки часов с отметкой на циферблате, или точечная отметка частицы берется на экране детектирования. Отметив, что только такие (топологические) отношения сохраняются при произвольном преобразовании координат, Эйнштейн пришел к выводу, что "весь наш физический опыт в конечном счете может быть сведен к таким совпадениям". Для последователей Маха рефлексия, иллюстрирующая Эйнштейна, была не более чем явным признанием центральной идеи эпистемологии феноменалиста Маха об ощущениях (Empfindungen), переживаемых непосредственно чувственными восприятиями, реальными и познавательными сами по себе. Так, Йозеф Петцольдт, философ и редактор 8-го издания "механики Маха", появившегося впервые после общей теории относительности, указывал, что наблюдения Эйнштейна означают, что теория "покоится в конечном счете на восприятии перекрытия ощущений" и, следовательно, "полностью согласуется с видением мира Маха, которое лучше всего охарактеризовать как позитивизм релятивистский".
Однако современная наука показала, что комментарии Эйнштейна здесь были только эллиптическими ссылками на аргумент (так называемый "аргумент дыры"), который был полностью восстановлен только из его частной переписки. Его вывод состоит в том, что если теория ковариационная, то голые точки пространственно-временного многообразия не могут иметь присущей им примитивной идентичности (унаследованной, например, от лежащей в основе топологии) и, следовательно, никакой независимой реальности, в частности, значения метрического поля, связанного с каждой точкой конкретным решением уравнений поля Эйнштейна.
Поэтому для общей Ковариантной теории никакая физическая реальность не возникает в "пустом пространстве" при отсутствии физических полей. В риторическом украшении Эйнштейна общая ковариация "отнимает у пространства и времени последние остатки физической объективности"; он должен был сказать, что пространственно - временные координаты-это не более чем произвольные метки или параметры для идентификации физических событий

. Поэтому этот отрывок на самом деле не является одобрением позитивистского феноменализма.
В течение нескольких лет Эйнштейн выражал желание общей теории относительности полностью реализовать программу Маха по релятивизации всех инерционных эффектов, даже добавив так называемую космологическую постоянную в попытке получить для этой цели полностью Маховское глобальное решение его уравнений поля (1917b). Эта реальная точка соприкосновения влияния Маха была четко определена только в 1918 году, когда Эйнштейн выделил то, что он назвал принципом Маха, (тоже) сильно сформулированным как требование к метрике поля (отвечающей за свойства гравитационных и инерционных тел) в левой части своего уравнения поля полностью определяется тензором энергии-времени в правой части-принципом общей теории относительности, который ошибочно интерпретируется как принцип ковариации вообще. Наряду с принципом эквивалентности Эйнштейн утверждал, что эти три принципа являются тремя столпами, на которых покоится его теория, даже если их нельзя считать полностью независимыми друг от друга. Несмотря на намерение Эйнштейна, существуют значительные разногласия относительно того, в какой степени общая теория относительности может соответствовать принципу Маха. Голландский астроном Виллем де Ситтер сразу же продемонстрировал в 1917 году, что уравнения поля Эйнштейна, даже дополненные новой космологической постоянной, допускают решения без материи. Махисты все еще имеют некоторое пространство для маневра из-за капризов о том, что такой принцип действительно требует. С другой стороны, остается трудным точно знать, какой процесс или физический механизм мог бы реализовать этот принцип, независимо от того, как он интерпретируется.
Поскольку основная исследовательская деятельность Эйнштейна после 1919 года была сосредоточена на разработке геометрической теории, объединившей гравитацию и электромагнетизм, его философские высказывания приобретали с каждым разом все более реалистическую окраску или, по крайней мере, антипозитивистскую. Выступая на конференции в Сорбонне в апреле 1922 года (1922: 28), Эйнштейн назвал Маха "Bon mécanicien" (вероятно, ссылка на взгляды Маха на относительность инерции), но "déplorable philosophe". Все чаще представления о ретроспективе Эйнштейна, о генезисе общей теории относительности почти полностью сосредоточивались на успехе стратегии, которая подчеркивает эстетику математики.
Как позитивисты, так и опералисты продолжали указывать на эйнштейновский анализ одновременности как на фундаментальную методологическую особенность теории относительности. Один из них, сетуя на трудность опералистского анализа общей теории, даже предположил, что требование общей ковариации "скрывает возможность катастрофы". Наконец, Эйнштейн испытал вполне понятный дискомфорт, когда узнал об удивительном отрицании магомом какой-либо роли предшественника теории относительности в прологе к посмертной книге Маха (1921) о физической оптике, датированной 1913 годом. Хотя Эйнштейн умер, не зная ничего другого, недавнее расследование убедительно показало, что это утверждение было сфальсифицировано после смерти Маха его сыном Людвигом, под влиянием Хранителя наследия Маха и оппонента теории относительности, философа Хьюго Динглера.
Исходя из сложившейся в литературе системы критики, рассматриваются собственные проблемы специальной теории относительности Эйнштейна (СТО), которые условно можно разделить на следующие три группы. 1. Проблемы, связанные с наличием очевидных недостатков в теории, делающих ее физически неустойчивой (отсутствие в теории физических оснований и пределов ее применимости, наличие парадокса и выводов, противоречащих ее основаниям).
2. Проблемы, связанные с существованием неопределенности в теории относительно самих используемых постулатов как таковых и той роли, которую они играют в теории. В частности, это выражается в использовании в теории различных формулировок принципа относительности и принципа постоянства скорости света, что затрудняет однозначное понимание его сущности.
3. Проблемы, связанные с общим мировоззрением в целом. К ним относятся фактическое устранение в теории объективной реальности идеального наблюдателя, представления об абсолютном пространстве, абсолютном времени и абсолютной одновременности. В ходе поиска причин возникновения этих проблем было установлено, что ее появление в теории обусловлено реализацией неверного Эйнштейном правила вывода преобразований Лоренца, изобретенного им, в связи с проверкой равенства единицы, возникающей в процессе вывода неизвестной функции F(y). Ее результатом сталоВведение

в теорию принципа равенства инерционных систем движения и абсолютизация относительных движений. В результате это привело к исключению эфира и другим вытекающим отсюда последствиям (например, появлению в теории парадокса близнецов). Для решения задач, возникающих при выводе преобразований Лоренца, было предложено решение, позволившее вернуть эфир в теорию, ввести вместо принципа равенства принцип изолированной системы и тем самым устранить причины появления парадокса двойников.
Первый подход связан главным образом с именами Лоренца и Пуанкаре, а второй-с именем Эйнштейна. Эти подходы к присутствию космической субстанции (эфира) занимают противоположные позиции. В теории Лоренца-Пуанкаре, основанной на прямом использовании законов электродинамики Максвелла, предполагается существование абсолютно неподвижного мирового эфира. Эфир, в котором возникают, пребывают и распространяются электромагнитные явления, служит источником причин, объективно вызывающих изменения в инерциальных системах, движущихся относительно эфира. В теории Эйнштейна, построенной по образу и подобию создания чисто математических теорий, то есть с помощью специально подобранного набора постулатов, эфир был отброшен как ненужный предрассудок прошлого. На основе сформированных постулатов Эйнштейну удалось довольно легко и быстро получить основные математические формулы, позволяющие вычислять электромагнитные соотношения в движущихся телах. То есть решить те проблемы, с которых началось создание теорий. Простота и быстрота получения основных результатов предопределили быстрое распространение теории Эйнштейна и ее почти всеобщее признание. В дальнейшем теория Эйнштейна получила название специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, а теория Лоренца-Пуанкаре была практически забыта, так как только теория Эйнштейна освещалась в учебной литературе.
Однако нельзя сказать, что сто Эйнштейнов были приняты всеми и полностью. С момента появления этой теории и по сей день некоторые ее исходные положения и выводы вызывали и продолжают вызывать серьезные сомнения и служить основанием для критики, которая то угасает, то разгорается с новой силой. Сегодня можно встретить восхищение теорией Эйнштейна и протест, который выражается, в частности, в призывах к ее исключению из школьных программ как неустойчивой физической теории [ 1-5, 7].
Согласно названию статьи, ее цель состоит не в том, чтобы отменить чисто математический подход, изобретенный Эйнштейном для решения сформулированной проблемы, которую мы также будем называть проблемой иперциальных систем, а, напротив, сохранить его путем выявления и устранения причин самих проблем в СТО Эйнштейна. В этом смысле можно говорить о двух реализациях подхода Эйнштейна: о развертывании Эйнштейна, сделанном самим Эйнштейном в его теории, и о новой результирующей реализации устранения проблем, существующих в теории Эйнштейна.
Прежде чем говорить о задачах ста Эйнштейна, возникших в результате разрешения проблемы иперциальных систем, и ее решении, мы кратко отметили особенности наиболее решаемой в теории задачи, ставшей одной из первопричин собственно теоретических проблем. Теоретически решается проблема определения закона изменения в преобразовании инерционных движений, но не электромагнитных явлений как таковых, а законов, которым подчиняются эти электромагнитные явления в системе. То есть в теории решается задача поиска закона изменения законов (закона законов). Переход от поиска законов, подчиненных определенным явлениям, к поиску законов, в соответствии с которыми изменяются сами законы, есть переход на качественно более высокий уровень познания окружающего мира.
Если установление фундаментальных законов, подчиняющихся определенным явлениям (например, законам механики Ньютона или законам классической электродинамики Максвелла), является эпохальным событием, то как мы должны относиться к установлению законов, подчиняющихся самим фундаментальным законам при преобразовании инерционных движений? Мы даже не знаем, как работают сами законы, которые представлены в виде систем дифференциальных уравнений, чтобы знать законы их изменения. Более того, мы не можем рассматривать сами законы как таковые. Мы видим только формулы, написанные на листе бумаги. Мы также не знаем, что является причиной изменения, каковы его свойства и как эта причина влияет на законы. На самом деле, мы пытаемся найти решение какой-то неправильной задачи, не имея правильных методов для ее решения. Следует также иметь в виду, что сами фундаментальные законы, которым приписываются те или иные явления, не выводятся. Они встречаются, изобретают, открывают.
Проблемы ста Эйнштейнов и их природа могут быть выражены в виде набора существующих критических замечаний в литературе ста Эйнштейнов. Эти наблюдения и собственные теоретические задачи можно условно разделить на три группы.
1. Проблемы, связанные с наличием в теории очевидных недостатков, делающих ее физически неустойчивой:
1) Отсутствие физических оснований в теории.
2) отсутствие в теории пределов ее применимости,
3) Наличие в теории парадоксов.
4) наличие в теории выводов, противоречащих ее основаниям.
2