Пуанкаре
Шрифт:
Таким образом, Пуанкаре оказал самое непосредственное влияние на развитие теоретической мысли в период поиска выхода из кризисной ситуации в классической физике, выдвинув исходные идеи и принципы будущей теории относительности. Он как бы начертал маршрут предстоящего восхождения к научной вершине. Но вместе с тем он был и среди самых деятельных участников самого восхождения. Его критическое обсуждение теорий Лармора и Лоренца и его замечание о недостаточности гипотезы сокращения длин тел для полного решения проблемы — все это и было участием в передовой группе штурмующих вершину. Лармор остановился под самой вершиной, перед самым трудным участком восхождения, когда оставалось сделать фундаментальное обобщение: распространить на механику и всю физику новые результаты, полученные им для электромагнитных явлений. Пуанкаре, уже сделавший этот главный шаг, ведущий прямо к цели, обнаруживает, что его коллега по восхождению Лоренц, вступив на этот путь раньше, уже достиг вершины. Поэтому свое фундаментальное теоретическое исследование 1905
Сам же Лоренц отмечал, что разработка теории, строго удовлетворяющей принципу относительности, была предпринята им под влиянием критики его прежних работ со стороны Пуанкаре. Но влияние взглядов Пуанкаре сказалось только на выборе Лоренцем конечной цели: "С помощью определенных основных допущений показать^ что электромагнитные явления строго, то есть без какого-либо пренебрежения членами высших порядков, не зависят от движения системы".
Работа Лоренца не представляла собой единого логического построения на основе минимального числа исходных принципов. Она состояла из двух последовательных частей, каждая со своими исходными допущениями. Это электродинамика в движущейся системе и физическое обоснование сокращения размеров движущихся тел, основанное на полученных в первой части результатах. Конечно, постановка задачи построения электромагнитной теории, строго удовлетворяющей принципу относительности, уже заключала в себе самый трудный для Лоренца шаг, состоящий в отказе от надежд обнаружить абсолютное движение. Однако идее существования светоносного эфира Лоренц не изменяет.
На предварительном этапе исследований по электродинамике движущихся тел это не служило для него препятствием. Более того, отказ от гипотезы эфира, как это ни парадоксально, мог тогда помешать выходу физики из критической ситуации на единственно правильный путь решения всей проблемы. Дело в том, что в период кризиса, вызванного «отрицательным» результатом опыта Майкельсона — Морли, не только не были еще известны экспериментальные данные о независимости скорости света от движения источника, но отсутствовали и какие-либо теоретические доводы для принятия этого положения. Поэтому первые шаги в правильном направлении могли сделать только ученые, продолжавшие отстаивать гипотезу неподвижного эфира, в котором независимо от движения каких бы то ни было систем с одной и той же скоростью распространяется световая волна. Как бы на плечах этой ложной гипотезы в науку вошло утверждение, ставшее затем одним из исходных постулатов в теории относительности. [50]
50
[50] Эта весьма нетривиальная ситуация в истории развития новейшей физики, к сожалению, не была еще освещена должным образом в научной литературе.
Но на этапе оформления новой физической теории идея эфира сыграла явно отрицательную роль. Она помешала ее сторонникам занять правильную позицию в понимании новых физических закономерностей. Такова диалектически противоречивая роль гипотезы эфира в становлении теории относительности. Подобно строительным лесам, эту гипотезу следовало отбросить после завершения новой теории. Лоренц же продолжал оставаться в плену старого представления о необходимости привлечь свойства эфира для объяснения наблюдаемых эффектов. Это помешало ему установить истинный смысл полученных теоретических результатов и прийти к полному завершению начатого им своего особого пути построения теории относительности. Пытаясь обосновать принципиальную ненаблюдаемость эффектов, связанных с нарушением инвариантности законов физики относительно преобразований Галилея, он пришел к теории, удовлетворяющей принципу относительности. Но сам автор вовсе не осознал масштабов вершины, на которую он поднялся, не понял подлинного смысла своего открытия. Например, ему было неясно, что им открыт новый по своей форме принцип относительности, отличный от принципа относительности Галилея. Он не осознавал также следующей из его работы инвариантности всех законов физики (а не только уравнений электромагнитного поля) относительно найденных им новых преобразований пространственно-временных координат. Полученные Лоренцем соотношения фактически содержали в себе все проявляющиеся на опыте результаты теории относительности. Но такая расшифровка подлинного смысла работ Лоренца оказалась под силу лишь Пуанкаре.
Вслед за созданием новой научной теории неизбежно возникает проблема ее признания широким кругом ученых. Как правило, далеко не все открыватели сами осознают масштабы необходимой перестройки научных представлений и долго безуспешно пытаются понять свои новые результаты, сохраняя в значительной мере противоречившие им положения старых теорий. Основная же часть ученых остается совсем не подготовленной к восприятию и дальнейшему развитию таких открытий. Как метко заметил по этому поводу известный американский физик Дайсон, "великое открытие, когда оно только что появляется, почти наверняка возникает в запутанной, неполной и бессвязной форме. Самому открывателю оно понятно наполовину. Для всех остальных оно — полная тайна". Поэтому признание принципиально новых научных истин обычно
Дав толчок для дальнейших теоретических исследований, работа Лоренца не оказала сколько-нибудь существенного влияния на последующий процесс утверждения и признания новой теории. Иначе и быть не могло, поскольку сам новатор активно не признавал новаторское начало в своих исследованиях. Но и работе Пуанкаре не удалось решить эту проблему. Слишком краткими были объяснения, содержащиеся в обеих его публикациях. Верный своему стилю написания научных работ, Пуанкаре не повторял прежних своих разъяснений смысла «местного» времени и одновременности, их связи с постулатом о постоянстве скорости света. Между его теоретическим исследованием и работой Лоренца образовался трудный для понимания пробел. Это обстоятельство, а также публикация его подробной статьи в математическом журнале, мало читаемом физиками, в значительной мере объясняют, почему фундаментальное исследование Пуанкаре не оказало заметного влияния на взгляды широких кругов ученых в период осознания уже сложившейся теории относительности. [51] Признание этой теории было завоевано работой двадцатишестилетнего автора, еще не принадлежавшего тогда к научным кругам и не числившегося в группе штурмующих проблему абсолютного движения. Он подошел к вершине тем маршрутом, который несколько лет назад разработал Пуанкаре, но штурм самой вершины повел самостоятельно и достиг цели практически одновременно с Пуанкаре.
51
[51] Но эти причины не могли, конечно, помешать отдельным исследователям воспринять содержащиеся в работе Пуанкаре совершенно новые идеи. И мы действительно находим в трудах других ученых использование и дальнейшее развитие его идеи о преобразовании теории тяготения Ньютона с целью приведения ее в соответствие с принципом относительности, а также идеи четырехмерного представления теории относительности.
Открытие сотрудника патентного бюро
В 1905 году в сентябрьском номере немецкого журнала "Анналы физики" появилась статья, написанная никому не известным тогда автором, молодым экспертом швейцарского патентного бюро в Берне Альбертом Эйнштейном. В статье излагалась теория относительности, решавшая проблему электродинамики движущихся тел.
Название работы — "К электродинамике движущегося тела" — как будто бы не предвещало законченного рассмотрения поставленной задачи. Но уже из краткого введения ясна была претензия автора на полное устранение основной трудности классической физики. Обладая рядом бесспорных преимуществ в изложении трудных для понимания, необычных сторон новой физической теории, статья оказала решающее влияние на распространение и утверждение идей теории относительности.
Статья Эйнштейна поступила в редакцию журнала 30 июня 1905 года, то есть уже после того, как было опубликовано в "Comptes rendus" краткое сообщение Пуанкаре, но опережала его более подробную статью, полученную редакцией итальянского журнала 23 июля того же года и вышедшую в свет в январе 1906 года. Изложение велось молодым автором в довольно необычной для научных публикаций манере, без указаний идей и результатов, заимствованных из других исследований, без сопоставления полученных выводов с итогами более ранних попыток решения той же проблемы. Статья не содержала буквально ни одной литературной ссылки. При чтении ее создавалось впечатление о полной оригинальности как постановки, так и решения задачи, о первооткрытии всех изложенных там результатов.
Что касается постановки задачи о теории, удовлетворяющей принципу относительности, то она, конечно же, совпадала во всех трех работах разных авторов: Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна. Разница состояла лишь в том, что Лоренц указывает источник такой постановки — одно из ранних выступлений Пуанкаре по этому вопросу, а Эйнштейн дает обоснование принципа относительности без всякой ссылки на первоисточник. Всего несколько слов сказал он об экспериментальном обосновании этого принципа, не обсуждая конкретных опытов и даже не упоминая решающий эксперимент Майкельсона — Морли. Эта краткость вполне естественна, если признать, что он считал принцип относительности уже всесторонне обсужденным в научной литературе. И действительно, у этой фундаментальной идеи был вполне конкретный автор — Анри Пуанкаре. Ему пришлось неоднократно высказывать и с энтузиазмом отстаивать ее, поскольку она противоречила глубоко укоренившимся убеждениям о существовании светоносного эфира. Удивительная проницательность Эйнштейна как раз в том и состояла, что он одним из немногих воспринял и осознал значение этой идеи.
Заслуга Эйнштейна состояла также и в том, что он использовал идею принципа относительности в качестве исходного положения своей теоретической системы, то есть так, как и предлагал Пуанкаре. Этим и отличался его подход от подхода Лоренца. Верный традициям старой классической школы, голландский физик не принял аксиоматический путь построения новой теории. Содержание этой теории, по его мнению, как раз и должно заключаться в доказательстве универсального принципа относительности, который является ее конечной целью, а не начальным пунктом.