Статья "Что Альберт Эйнштейн оставил миру" 

Tелефон: 8-905-701-29-98

E-mail: fuzuka@yandex.ru

Что Альберт Эйнштейн оставил миру? Часть 1

Все современные люди цивилизованного мира слышали о теории относительности А. Эйнштейна, но немногие могут связно рассказать о ней. На протяжении ста лет длится дискуссия в научных кругах по поводу этих работ одного из трех величайших теоретиков физики (кроме А. Эйнштейна в эту тройку входят И. Ньютон и Н. Бор).

Прежде всего, нужно сказать, что теорий относительности две: специальная теория относительности (СТО) и общая теория относительности (ОТО).

В конце XIX века известный английский ученый лорд Кельвин говорил своему молодому родственнику, пожелавшему посвятить свою жизнь изучению физики, что физическая наука практически сформирована и завершена, что ничего нового открыто быть не может, что осталось лишь «два маленьких облачка на ясном небосклоне физики»: тепловое излучение абсолютно черного тела и проблема эфира, который не удалось обнаружить в опытах Майкельсона по измерению скорости света. Поразительно гордо и самоуверенно звучат эти слова, но в те времена бурного развития науки многие люди действительно считали, что наука в скором будущем узнает все, все объяснит, всем поможет и всех спасет. Это был триумф программы Ф. Бэкона (Англия XVI в.), завещавшего опытный путь познания природы и считавшего его возможности практически безграничными.

Гордость человечества не знала границ: люди чувствовали себя богами и восставали против Истинного Бога. Недаром, в те времена большое распространение имели всевозможные атеистические теории и в околонаучных кругах (теория Дарвина, например), и в психологии (антропоцентризм Фейербаха), и в философии (позитивизм О. Конта, нигилизм Ф. Ницше).

Но из этих «двух облачков» и выросла вся современная физика: квантовая физика и теория относительности. Мир оказался не так уж просто устроен, чтобы до конца постичь его человеческим разумом, и современная наука стала куда более скромной в запросах, претензиях на абсолютное знание и в высказываниях о своем могуществе.

Так вот, все началось с опытов Майкельсона, который изобрел очень точный прибор для определения скорости света – интерферометр Майкельсона. Майкельсон хотел с его помощью обнаружить «эфирный ветер», который, являясь средой распространения света, должен был «сдувать» свет при движении против эфирного ветра и подгонять его при движении света «по ветру». Но ничего подобного обнаружить на опыте не удалось: свет всегда и везде двигался с постоянной скоростью.

Тут настало время Эйнштейна: он смело отказывается от классических представлений об эфире и вводит два постулата СТО (аксиомы, не требующие доказательства):

1. Скорость света во всех инерциальных системах отсчета постоянна;

2. Все процессы во всех инерциальных системах отсчета протекают по одним и тем же законам.

Первое из двух утверждений противоречит классическому закону сложения скоростей, по которому если мы едем навстречу автомобилю, то он приближается к нам быстрее, а если мы уезжаем от него, то он приближается медленнее. Оказывается, свет всегда движется с одинаковой скоростью, хоть мы бежим ему навстречу, хоть убегаем от него! Эйнштейн объяснил уже выработанные до него математические преобразования Лоренца и существование четырехмерного пространства – времени Минковского (польский математик, современник Эйнштейна). Оказывается, что время для разных систем отсчета течет не одинаково, и свойства пространства зависят от его состояния: скорости, энергии и т.д. Время – это тоже пространство, пройденное светом. Ограниченность скорости света (максимальной скорости распространения любого сигнала) приводит к понятию относительности одновременности. Идентичные часы идут не одинаково в разных системах отсчета: движущиеся часы идут быстрее неподвижных. Таким же образом, получается, что метровая палка, измеренная в момент ее движения, окажется короче. Мы этого не замечаем и не ощущаем, потому что для сколь-нибудь заметного расхождения с привычными свойствами пространства-времени необходима огромная скорость, близкая к скорости света, а это 300 тысяч км/с, что в 10 тысяч раз больше максимально достигнутой человеком скорости!            

Второе утверждение (постулат) Эйнштейна просто необходимо для существования науки, потому что иначе пришлось бы констатировать полный агностицизм, совершенную непознаваемость природы, непредсказуемость ее поведения. В различных инерциальных системах отсчета (которых бесконечное множество, которые, другими словами, являются точками зрения наблюдателей, рассматривающих одно и то же явление с разных сторон, с «разных мест в зрительном зале», под разными углами) явления происходили бы по разным законам. И тогда единство Истины рассыпается на бесконечное множество частных представлений, субъективных мнений каждого отдельного наблюдателя, которые не имеют ничего общего, никакого общего закона, «все по-своему правы», а значит Правды общей для всех нет, не может быть, да Она и не нужна вовсе. И чтобы избежать подобного самоубийства науки, Эйнштейн жертвует абсолютным пространством, которое для всех одинаково распространяется и абсолютностью времени, которое для всех течет одинаково (представления классической механики Ньютона были именно таковы). На основании своих постулатов Эйнштейн получил новые соотношения между массой, импульсом, силой, временем, скоростью, координатами и энергией материального объекта (эти перечисленные физические величины являются основными, определяющими состояние материи параметрами), в которые входит максимальная скорость движения в нашей ограниченной материальной вселенной – скорость света. «Наука спасена», но теперь у каждого наблюдателя одинаковые часы отсчитывают время по-разному, и одинаковые линейки отмеряют разные размеры пространства: время и пространство относительны, зависят от скорости движения наблюдателя и наблюдаемого им объекта.

Из этих соотношений вытекают еще некоторые примечательные выводы:

1. Любое тело, имеющее массу, благодаря своему существованию уже обладает энергией покоя само по себе. Иными словами, можно констатировать: для существования необходима энергия, сила, поддерживающая существование. Энергия лежит в основе всего существующего (этот «научный факт перекликается с богословием Григория Паламы о тварных энергиях и с учением Максима Исповедника о тварных логосах!).

2. До Эйнштейна было очевидно, что для существования энергии нужна масса, теперь это не обязательно. Формулы Эйнштейна объясняют возможность существования безмассовых объектов с энергией и импульсом. Наиболее известной  из таких частиц является фотон – квант электромагнитного излучения («частичка света»). 

Что Альберт Эйнштейн оставил миру? Часть 2

Что же такое свет? Это великое слово на всех уровнях жизни имеет первостепенное значение. В религии: «Бог есть свет». Познание немыслимо без просвещения. В физике, изучающей материальную природу бытия, познание природы света легло в основу всей современной научной картины мира, то есть научного мировоззрения, а значит «научной веры».

Интересно, что еще Ньютон предполагал, что свет – это поток микрочастиц. Затем его гипотезу вытеснили опыты по интерференции и дифракции света, доказавшие, что свет – это электромагнитные волны, Эйнштейн опять вернулся к гипотезе Ньютона, не отрицая волновой теории света. Впоследствии Л. Де Бройль обобщил факт двойственного сочетания волновых и корпускулярных свойств на всю материю, и появилась концепция корпускулярно-волнового дуализма.

В 1906 году Эйнштейн объяснил появление фотоэффекта, позаимствовав у Планка гипотезу о фотонах, порциях энергии, которыми излучается и поглощается свет, тем самым подтвердив плодотворность квантовой идеи в объяснении свойств материи. А эта идея воплотилась в квантовой механике, поразившей самих ученых, открывших ее, необычностью, почти чудесностью вытекающих из нее следствий: они схожи с апориями Зенона, ставившими в тупик мыслителей древности. Ученым, поборникам самой точной опытной науки, пришлось констатировать, ни много ни мало, принципиальную непознаваемость нашего мира, лежащую в его основе неопределенность, открытую и выраженную соотношением неопределённостей В. Гейзенберга в 1925 году.

Его соотношение неопределенностей можно трактовать так: принципиально невозможно одновременно точно знать и говорить о положении и скорости частицы в данный момент времени. Другими словами, чем точнее мы знаем, где находится частица, тем меньше мы знаем о её скорости . Таких канонически сопряженных пар несколько, из которых мы можем знать только одну, жертвуя знанием о значении другой. Отныне в физике можно говорить лишь о вероятности нахождения частиц в том или ином состоянии (состояние частицы определяется положением ее в пространстве и её импульсом, равным произведению массы частицы на ее скорость). Таким образом, законы природы лишаются жесткого детерминизма, строгой определенности и приобретают лишь вероятностный характер.  Электрон теперь уже не как в классической физике –отрицательно заряженный маленький шарик, летящий в атоме вокруг положительного ядра, а, скорее, отрицательно заряженное «облако вероятности», в котором он как-то находится сразу везде и в то же время нигде конкретно, да ещё и с неопределённой скоростью. Физикам пришлось напрячь все свое воображение, что представить себе и перевести на более или менее понятные человеку образы реалии микромира, природы вещей только лишь «неживой» материи, поразившей людей своей сложностью и «свободной, живой непредсказуемостью и таинственностью». Так что на вопрос, как ведет себя электрон, Дирак (известный физик – теоретик) ответил: «Как хочет. У него свободная воля». В этой шутке большая доля правды.                 

            Дело в том, что теоретики физики с давних пор пытались подогнать реальный живой мир под мертвые абстрактные схемы и модели, заведомо оторванные от реальности, искажающие действительность a priori в целях упрощения математического аппарата и расчетов. То есть как и любой человек, ученый понимает предмет на своем ограниченном уровне, загоняет жизнь в рамки своих ограниченных знаний, опыта, познавательных возможностей. Этот процесс происходит приблизительно так. Некоторыми свойствами объекта ученый пренебрегает, искусственно уменьшая их влияние на процесс до нуля из-за их малой (по его мнению) значимости. Хотя известно, что в жизни малый ветерок – сквозняк, - может привести порой к более серьезным последствиям, чем шквальный ветер: «и не значительное нужно, чтобы значительному быть». А другие свойства учёный экстраполирует, искусственно увеличивая их значимость до бесконечности. Так получается схема, модель явления или объекта, похожая на реальность не более чем труп похож на живого человека. Иногда эти модели что-то объясняют, пока мы довольствуемся поверхностным взглядом и знанием, пока нам не хочется зреть в корень и мы не ищем самую суть явления. Так и ученые иногда теряют бдительность и забывают о том, чем пренебрегали и что преувеличили, и начинают верить в абстрактную иллюзию, придуманную ими самими. Например, в мире нет точек, не имеющих размера, а это основное понятие геометрии и механики; в мире невозможен покой, ничто не может находиться на своем месте, не двигаясь, все дрожит, трепещет, а на первой странице учебника физики всегда говорится о положении тела в пространстве и т.д. Зенон поразительно ясно вскрыл противоречивость наших умозаключений о мире  в апории о том, что движения нет: летящая стрела не движется в том месте, где она находится и, тем более, не движется там, где ее нет, значит, она нигде не движется, подобно, как и все другие тела не движутся, а следовательно, движения нет. Гениально, ибо абсурдно! Но, он делает вывод в противоположном, неверном направлении. На самом деле, скорее у стрелы нет места, где она находится, движение же неистребимо, его не остановить, как время, как свет. Так вот: пришло время науке посмотреть в корень, посмотреть правде в глаза, отказаться от многих безжизненных представлений классической физики, и одним из величайших представителей этой эпохи перемен, революции в физике XX века был А. Эйнштейн. Он не испугался поставленных вопросов и показал пути их решения. Физикам того времени пришлось стать философами и даже богословами. Интересен в связи с этим спор двух гениев физики, которым посчастливилось быть современниками, А. Эйнштейна и Н. Бора, по поводу вероятностного толкования природы в квантовой механике. А. Эйнштейн говорит: «Господь Бог не играет в кости». То есть положение и скорость частицы строго определены, но люди пока не знают закона, которым они определяются. На что Н. Бор отвечает: «Не наше дело указывать Господу Богу, как Ему управлять сотворенным Им миром». Туман вокруг подобных вопросов не рассеялся до сих пор.

            После создания специальной теории относительности, Эйнштейн принялся за главный труд всей своей жизни: создание общей теории относительности (ОТО). Это теория гравитационного поля, уточняющая теорию гравитации  И. Ньютона, не учитывающую ограниченность скорости передачи взаимодействия (скорости света). И тут не обошлось без чудесных открытий. Оказывается, что притяжения никакого нет, а есть искривление пространства в окрестности массивных тел, так что тела, двигаясь свободно и прямолинейно, в этом пространстве вращаются по окружности. Эйнштейну удалось вывести уравнение, связывающее энергии тел с тензором кривизны пространства. По причине сложности этого уравнения, ОТО не проходят даже в физических институтах, и споров по поводу ОТО еще больше, чем по поводу его же СТО. Когда Эйнштейн послал Ч. Чаплину поздравительную телеграмму по поводу выхода в свет его нового фильма: «Ваш фильм понятен всем», - хотя это было немое кино, Ч. Чаплин ответил в телеграмме: «Я Вами восхищаюсь еще больше: все Вас знают и слышат, но никто не понимает». И это правда. Бытует мнение, что ОТО во всем мире понимают несколько человек, и я с этими людьми не встречался и к ним не отношусь.

            Но эта теория уже подтверждена несколькими опытами, и сомневаться в ее верности пока нет никаких оснований. Она предсказала некоторые астрономические явления, проверенные экспериментально. Но до сих пор уравнение Эйнштейна решено только для некоторых частных идеально простых случаев, и загадок в ОТО гораздо больше, чем открытий.

            После выхода в свет ОТО в 1915 году Эйнштейн на просьбу журнала объяснить кратко и понятно, в чем заключается его нашумевшая теория, ответил: «До ОТО считалось, что если убрать все из пространства, то останутся само пространство и время. А моя теория утверждает, что если не будет энергии, то исчезнет и пространство, и время». То есть пространство и время – это свойства, атрибуты энергии, сама энергия творит свое пространство и свое время!

            Это тоже революция, сенсация в науке, и это тоже богословие. Получается, измени себя и вокруг всё изменится, все потечет по-другому, по-новому! Но это уже тема для другой статьи, и Автора этого более древнего Учения или «Теории, подтверждённой исторической практикой» зовут иначе. А по поводу наследия А. Эйнштейна, кажется, все.