Можно ли понять теорию относительности? Все эти "искривление пространства", "замедление времени", неодновременная "одновременность" и т.п.? Это зависит от выбранной точки понимания – начать с математического аспекта или с философских толкований.
У меня есть несколько вариантов ответа на этот вопрос о понимании теории относительности. Но начну, пожалуй, с самого трудного варианта, с которым большинство из вас, пожалуй, не согласится. Но, тем не менее...
Время, пространство, число, геометрия и многое другое вне нас не существуют. Они существуют в нас как схемы и инструменты отображения в нашем сознании внешнего мира. Поэтому вне нас числа, геометрия, пространство, время и тому подобное не могут: ускоряться, замедляться, искривляться, хулиганить, подмигивать и плясать украинского гопака. Все это – недопустимые словосочетания, которые, однако, используются в теории относительности и которые можно понимать в некотором переносном смысле: искривление энергетических полей, замедление процессов и т.п.
Насчет пространства и времени физики и сейчас не пришли к единому пониманию не только в рамках теорий относительности (их у Эйнштейна две), но и в более поздних подходах относительно того, что то ли эти категории существуют объективно (вне нас), то ли они присутствуют лишь в нашей голове, как средство упорядочения впечатлений от внешнего мира. Об этом прямо говорит Брайан Грин – физик с переднего края своей науки.
Я считаю, что понятия время, пространство, одновременность – это врожденные и вместе с этим интуитивно сложившиеся у нас понятия. Сложившиеся, начиная с возраста от пеленок. Иначе говоря, эти понятия входят как неотъемлемая часть в структуру нашего интеллекта. Уродовать эту структуру ради красивых, как кому-то покажется построений теории относительности, подобно тому, как это делал Эйнштейн и продолжают его последователи, а заодно с ними и так называющиеся себя диалектические материалисты, я считаю преступлением. Даже если человек внешне согласится с доводами Эйнштейна или его сторонников, то подсознание зафиксирует это как внутреннюю ложь – самообман. А психика подобной лжи не прощает без неблагоприятных последствий для самой же психики и для интеллекта.
Несколько проще скажу так: все эти "искривления пространства" имеют совсем другой смысл против того, как подобного рода словосочетания может понимать обычный, занятый обычными проблемами человек, а не пребывающий бесконечно в дебрях математических и, в особенности, философских построений теории относительности. Эти внешне знакомые слова, на самом деле – фразы на другом языке, отличном от общепринятого языка.
Теперь попробую ответить на поставленный вопрос по-другому. Если вы хотите понять теорию относительности, начиная с постулатов специальной теории относительности (СТО), то вы ее точно не поймете. Потому что эти постулаты изложены в мистическом ключе. А мистику и религию понять, в научном плане, не возможно – в них можно только поверить. Я имею в виду, что мистические и религиозные утверждения нельзя ни опровергнуть, ни подтвердить, поэтому им можно только верить или не верить.
Пожалуй, приведу один пример. Одновременность пространственно удаленных друг от друга событий можно определить только по результатам сообщений об этих событиях. Эйнштейн, а на этом, обратите внимание, строится его интерпретация относительности, предложил измерительную процедуру для определения одновременности событий. По результатам применения этой процедуры оказывается, что сообщения, одновременные для неподвижного наблюдателя, будут не одновременными для движущегося наблюдателя. Эйнштейн эту ситуацию понимает, вернее интерпретирует в СТО, не как сообщения о событиях, а как сами события. Поэтому, по Эйнштейну, события (а не сообщения) одновременные для одного наблюдателя могут быть не одновременными для другого. Поначалу некоторые известные физики и ученые (Бриджмен, Карнап) четко объяснили и подчеркивали, что события в теории относительности надо понимать как результаты измерительных процедур, но Эйнштейн вдруг резко выступил против этой трактовки, а за ним и нынешние "диалектические материалисты" повторяют, что измерительные процедуры не просто отображают результаты ее применения, а "выявляют структуру времени и пространства".
Второй пример еще ближе к вопросу понимания теории относительности – он даже в некотором отношении ключевой. Речь о постулате постоянства скорости света. В математическом плане, этот постулат используется так, что эта скорость остается постоянной даже, например для скорости света относительно летящей навстречу лучу света ракеты. Иначе говоря, скорость света в этом луче не аддитивна по отношению к любым движущимся или покоящимся относительно этого луча системам. Если вы способны это принять, то можете убедить себя, что вы что-то поняли в теории относительности. Но реально понять, а не просто поверить, в неаддитивную скорость света по теории относительности не возможно, потому что света с такими мистическими свойствами в реальном мире нет.
Следует сказать, что аргументы Эйнштейна очень убедительны для тех, кто предрасположен их принять. Так, по Эйнштейну, до тех пор пока не были изобретены термометры, понятию температуры не могло быть придано точного значения. Эйнштейн подчеркивает этот пункт в дискуссиях, ведущихся по теории относительности. Он обращает внимание на то, что мы не можем точно знать, что мы понимаем под такими понятиями, как «одинаковая продолжительность», «равенство расстояний (в пространстве)», «одновременность двух событий в разных местах» и т. п., пока мы не определим средства и правила, посредством которых такие понятия измеряются. Тем не менее, Эйнштейн возразил против того, чтобы предложенные им в СТО правила измерений понимались как главная суть определенных по этим правилам понятий.
С точки зрения возможности понимания теории относительности, надо иметь в виду, что постулаты имеют не только словесное оформление, но и математическую часть. А математическое выражение постулата имеет довольно слабую связь с ее словесной интерпретацией. С этой точки зрения, то есть с точки зрения понимания правил математического манипулирования математическими постулатами, теорию относительности вполне можно понять. Что касается словесной интерпретации постулатов, то она может быть иной, чем у Эйнштейна, да и сам Эйнштейн не однажды менял словесное отображение своих постулатов. Во всяком случае, его понимания реальности, представленные в СТО и в более поздней общей теории относительности (ОТО) существенно разнятся.
Кроме этого, также надо иметь в виду, что наука многое нам не объясняет, а многое из того, что представляется нам объясненным и понятным, на самом деле является лишь для нас привычным. Например, закон тяготения Ньютона многие из нас воспринимают уже как нечто само собой разумеющееся. Но на самом деле никто еще не объяснил механизм этого закона – просто есть математическая запись этого постулата, найденная эмпирическим путем и не претендующая на его понимание в том плане, как это часто требуют для понимания теории относительности.
Так, например, и уравнение Шредингера в квантовой механике никто не может вывести из каких-то строгих предпосылок. Оно лишь угадано Шредингером путем правдоподобных рассуждений. Так что это тоже лишь постулат, как и закон тяготения, только имеющий более сложный вид.
С подобных позиций можно подойти и к пониманию теории относительности. В ней есть некоторая математическая часть, найденная, неким умозрительным, хотя и довольно сложным, путем. Математики манипулируют с этой теорией в смысле совершения математических преобразований, а потом интерпретаторы манипулируют с тем как все это в совокупности можно понимать.
Например, есть физическое уравнение скорости распространения звука. И в нем, в уравнении, есть константа скорости распространения звука. Спрашивается: где можно применить постулат о постоянстве скорости звука? Очевидно в закрытом помещении дома. А еще в закрытом движущемся вагоне. Все варианты применимости этого постулата можно быстро перепроверить посредством, например, световых сигналов.
Другой пример, есть физическое уравнение скорости распространения света (в более общем плане электромагнитных волн). В этом уравнении есть константа скорости распространения света. Спрашивается: где можно применить постулат о постоянстве скорости света? Если бы в нашем распоряжении были сигналы во столько же раз превышающие скорость света, как скорость света превышает скорость звука, тогда бы можно было быстро разобраться что, где и как можно применить. Но таких сигналов в нашем распоряжении, увы, нет. Зато остается простор для милых чьему-то сердцу или уму, или просто денежному кошельку интеллектуальных спекуляций. Отсюда и возникают проблемы понимания теории относительности, так же как и других еще более крутых современных физических или околофизических теорий.
Можно подойти и с еще одной стороны. Специальная теория относительности (СТО) это для нас уже как данность. Спрашивается: можно ли построить такую же теорию или ей аналогичную, исходя не из столь мистических, как у Эйнштейна, предположений? Оказывается можно, и даже такая теория Лоренца (назовем ее ЛТО) была разработана еще до Эйнштейна. Сейчас в навигационной спутниковой системе испытываются и СТО, и ЛТО – какая из них предпочтительнее, вопрос пока еще не решен.
Но оказывается, что и преобразования Лоренца, которые лежат в основе упомянутых теорий, можно получить несколькими способами. Материалы по этой части вы можете найти в сети интернет. Однако и это еще не все. Преобразования Лоренца можно обратным ходом вернуть к классическим соотношениям и тогда пространство для мистики еще в большей мере сократится. Правда, при этом придется пожертвовать так называемой ковариантностью (неизменностью вида) физических уравнений, да и математический аппарат при этом может усложниться. Но возникнет возможность понимания теории относительности в терминах обычного языка, без излюбленного нынешними физиками-теоретиками и сопутствующими им философами искажения смысла слов.
Я все же осторожно выразился насчет возможности сокращения мистического пространства. Это не случайно. Дело в том, что когда ученые и инженеры переходят в область сверхточных замеров и расчетов, то многие обычные для повседневной жизни представления становятся не очевидными. Как, например, проверить синхронность хода сверхточных атомных часов на Земле и в космосе, если скорости хода часов на Земле и в космосе не совпадают? Подобные вопросы возникают и в отношении сверхточных замеров длин или расстояний. СТО и ЛТО в той или иной мере дают ответы на подобные вопросы, но каких-то средств прямых замеров для проверки тех или иных утверждений, подобных возможностям проверки результатов опытов со звуком посредством световых сигналов, таких средств нет.
Наше мышление рефлекторно устроено так, что оно не склонно различать свои абстракции и внешний мир, моделируемый посредством этих абстракций. По этой причине возникают проблемы понимания теории относительности и других современных физических теорий. По этой же причине нам могут представляться вполне разумными словосочетания типа "пространство имеет геометрию". По такой же причине абстракции, предложенные Эйнштейном, могут пониматься как некая хотя и не очевидная, но объективная реальность. Эта абстрактная реальность построена на единственном факте упомянутого выше отсутствия средств изучения свойств света, независимого от самого света. Гейзенберг, известный физик, в одной из своих статей выразил эту мысль следующим образом: "Согласно теории относительности, понятие "одновременно" нельзя, по Эйнштейну, определить иначе, как через эксперименты, в которых существенно знание скорости распространения света. Если бы существовало более "жесткое" определение одновременности, например, при помощи сигналов, распространяющихся с бесконечно большой скоростью, то теория относительности была бы невозможна".
Так что за вами выбор – верить или понимать. Я лично воспринимаю теорию относительности, прежде всего СТО в интерпретации последователей Эйнштейна, как новую религию с элементами научного эмпиризма. Последователи Эйнштейна пошли еще дальше и создают теорию струн, вообще не имеющую каких-либо экспериментальных подтверждений. Ныне уже целый ряд ученых заявляет, что время разделения науки и религии уже прошло и они должны объединиться. Может быть оно и так, в смысле права выбора, а может быть это как раз то, что заводит нынешнюю физику в тупик.
Абстракции открывают новый путь, но не гарантируют того, что он не заведет в тупик.
17.06.2014г. Протасов Н.Г.
P.S. В прямом смысле понять теорию относительности в философической интерпретации Эйнштейна и его последователей не возможно ввиду наличия в этой интерпретации элементов, не отвечающих реальности. Однако эту интерпретацию можно понять в психологическом плане. В плане понимания психологических причин изобретения такого рода интерпретаций. Гениальные создатели современных физических теорий даже не скрывают того, что цель их теорий не низменное объяснение реалий действительности, а высшая эстетическая красота теоретических построений, позволяющая сделать максимум предсказаний при минимуме подобранных для этой цели постулатов. Правда, самая современная теорий струн еще ничего не предсказала в реальности, кроме собственной красоты.
Смежная и продолжающая тема:
Как понять теорию относительности?
Время и пространство в дебрях словоблудия