Головна ⇒ 📌Довідник с фізики ⇒ Філософське значення теорії відносності

Філософське значення теорії відносності

ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

Розділ 14 ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ СВІТЛА. ОСНОВИ СПЕЦІАЛЬНОЇ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

14.12. Філософське значення теорії відносності

Теорія відносності тісно пов’язана з філософією. Насамперед слід зазначити, що основою її створення став глибокий філософський аналіз А. Ейнштейном понять простору і часу. Крім того, перегляд теорією відносності просторово-часових уявлень, що панували в класичній фізиці, вплинув на розвиток філософської думки.

Однією з центральних філософських

проблем спеціальної теорії відносності є дослідження основ релятивістських ефектів, таких як лоренцівське скорочення довжин, сповільнення часу, відносність одночасності. Дискусія з цих питань сприяла розвитку теорії відносності. З філософської точки зору найбільш цікавим є питання про об’єктивну природу відносності.

Ньютонівська механіка дотримувалась уявлення про інваріантність простору і часу. З її точки зору довжини відрізків або твердих стрижнів і часові інтервали не змінюються при переході від однієї інерціальної системи до іншої, наприклад від такої, що перебуває в стані спокою, до такої,

що рухається. Математична інваріантність виходить як наслідок перетворень Галілея, у відношенні до яких інваріантними є самі закони класичної механіки. Проте було встановлено, що перетворення Галілея не універсальні. По-перше, їх не задовольняли рівняння Максвелла, які виявились неінваріантними щодо них. По-друге, висновки, що випливають із перетворень Лоренца, суперечили результатам досліду Майкельсона. Цей дослід свідчив, що класичний закон додавання швидкостей, пов’язаний з перетвореннями Галілея, не виконується, а саме: швидкість світла не залежить від руху джерела.

Суперечність, що існувала між принципом відносності Галілея, з одного боку, електродинамікою Максвелла і дослідом Майкельсона, з іншого, подолав Ейнштейн. Він узагальнив принцип відносності, поєднавши дві, здавалось би, взаємовиключні ідеї – ідею інваріантності фізичних законів і принцип сталості швидкості світла. Новий принцип відносності стверджував, що фізичні закони є інваріантними, але не відносно перетворень Галілея, а щодо перетворень Лоренца. Із перетворень Лоренца безпосередньо випливала інваріантність довжини і часових інтервалів, а саме: довжини стрижнів і часові інтервали повинні мати різні значення при переході від однієї інерціальної системи до іншої.

Сам по собі факт виведення з перетворень Лоренца релятивістських кінематичних ефектів – неінваріантності простору і часу – ще не розкриває їхньої суті. Цей висновок є суто математичним засобом, який не дає відповіді на питання про реальний зміст релятивістської кінематики.

Історично першою інтерпретацією неінваріантності простору і часу було трактування, запропоноване Лоренцом. Висновок про скорочення довжин стрижнів, що рухаються, було зроблено ним для узгодження теорії з негативним результатом досліду Майкельсона з визначення швидкості світла відносно ефіру.

Лоренцівське трактування скорочення виявилось незадовільним. Його недолік полягав у тому, що воно спиралось на поняття ефіру, яке було внутрішньо суперечливим. За Лоренцом, ефір визначався як привілейована система відліку, відносно якої скорочуються довжини стрижнів, що рухаються.

Теорія відносності з самого початку виключає поняття ефіру. Для неї ефір як особлива система відліку не існує внаслідок принципу відносності. Релятивістські ефекти – скорочення довжин стрижнів і сповільнення часу – є наслідком самої структури простору і часу. Характерною особливістю релятивістського трактування скорочення довжин і сповільнення часу, що відрізняє її від лоренцівської, є розгляд цих ефектів як зворотних.

Великий інтерес для розуміння об’єктивної суті відносності простору становить введена А. Ейнштейном відмінність між геометричною та кінематичною формами тіла. Якщо тіло перебуває у стані спокою, обидві ці форми ідентичні, а коли воно починає рухатися, ці форми розщеплюються. У власній системі відліку тіло характеризується конфігурацією точок, що складають його геометричну форму. У системах відліку, відносно яких тіло рухається, воно має кінематичну форму. До того ж обидві ці форми об’єктивно притаманні предмету і жодна з них не є “більш реальною”.

Інтерпретація теорії відносності за допомогою рухомих систем відліку з установленими в них вимірювальними приладами не є єдиною. Г. Мінковський показав, що теорія відносності припускає суто геометричну побудову. Її положення реалізується в чотиривимірному псевдоевклідовому просторі, три виміри якого мають просторовий характер у звичайному розумінні цього слова, а один відповідає часу. В просторі Мінковського діє група перетворень Лоренца.

Особливість геометричного зображення теорії відносності полягає в тому, що на перший план висувається не відносність, а абсолютність у просторово-часових відношеннях. Проте абсолютне тут не відірване від відносного, а пов’язане з ним. Абсолютний інтервал виражається через просторову і часову складові, що є відносними.

Геометрична інтерпретація теорії відносності має чимало безперечних позитивних моментів. Усі релятивістські ефекти тут дістають наочне виявлення. Із філософської точки зору значення цієї інтерпретації полягає в тому, що вона з’ясовує діалектичний взаємозв’язок відносного і абсолютного. Вище вже зверталась увага на те, що теорія відносності Ейнштейна цілком узгоджується з матеріалізмом. Слід також зазначити, що сам собою геометричний підхід до теорії відносності ще не означає її матеріалістичної інтерпретації. Для того щоб дістати таку інтерпретацію, треба зробити матеріалістичні припущення, що виходять за межі геометрії і відбивають матеріалістичний розв’язок основного питання філософії.

Спеціальна теорія відносності підготувала грунт для створення загальної теорії відносності – ейнштейнівської теорії тяжіння, яка ще тісніше пов’язала властивості простору й часу з матерією.

Теорія відносності відіграла важливу роль у розвитку теоретичної фізики. Слід зазначити, що наявність величезних запасів енергії в ядрі атома була доведена саме на основі відкритого А. Ейнштейном взаємозв’язку маси і енергії, що стимулювало експериментальні й теоретичні відкриття в галузі фізики атомного ядра. Послідовне застосування ідей теорії відносності в різних сферах фізики висунуло низку нових важливих, ще не розв’язаних проблем. Дослідження їх сприяє прогресу науки, поглиблює наші знання про властивості й закономірності реального світу.

Пізнавальне значення теорії відносності безперечне. Торкаючись найважливіших проблем простору, часу і руху, енергії й маси, теорія відносності відіграє значну роль у формуванні наукового, матеріалістичного світогляду, а також правильного наукового уявлення про властивості й закономірності навколишнього світу.

Іноді виникають суперечливі міркування щодо розуміння тих або інших висновків теорії відносності, що пов’язані з наявністю суперечностей між її назвою і змістом. Назва “теорія відносності” немовби свідчить, що змістом теорії є “відносність”. Відносність же, покладену в основу, не завжди відрізняють від релятивізму, тобто вчення про відносність наших знань, відносність у розумінні суб’єктивізму. Таке розуміння фізичної теорії імпонує позитивістам та філософським ідеалістам. Вони вбачають у теорії відносності приклад фізичної теорії, що суперечить матеріалізму. Звідси робиться узагальнюючий висновок про те, що сучасна фізика несумісна з діалектичним матеріалізмом. У зв’язку з цим деякі фізики вводять поняття “фізична відносність”, яка відрізняється від релятивізму. Вони вилучають із теорії суб’єкт, замінюючи його вимірювальним приладом, не помічаючи при цьому, що будь-який вимірювальний прилад лише разом з суб’єктом набуває рис, які принципово відрізняються від усіх інших досліджуваних об’єктів матеріального світу. Ці непорозуміння відпадають, якщо до теорії відносності підійти як до фізичної теорії з її певним конкретним змістом. Змістом теорії відносності є фізична теорія простору і часу, яка враховує існуючий між ними взаємозв’язок геометричного характеру. При цьому виявляється, що “відносність” має підпорядкований характер, іноді навіть суто ілюстративний.

Теорія відносності, як і будь-яка фізична теорія, правильно відображає об’єктивні закономірності природи і є глибоко матеріалістичною. Теорія відносності виходить з того, що фізика вивчає конкретні властивості матерії, яка об’єктивно існує поза нашою свідомістю і незалежно від нас. Основні положення теорії відносності яскраво відображають діалектичний характер закономірностей реального світу, діалектику природи.