Современная космология: философские горизонты
Шрифт:
И ещё одно замечание общего характера, которое уместно будет сделать, прежде чем приступить к непосредственному анализу РТГ Логунова. При построении теоретических моделей Вселенной всякий раз приходится считаться с объяснением и описанием феномена красного смещения. Фактически здесь конкурируют две объяснительные альтернативы. Первая увязывает фактор красного смещения с эффектом Доплера, со скоростью удаляющихся друг от друга скоплений галактик, в конце концов, с расширением Вселенной из некоторого первоначального состояния — из состояния «первоатома». (Отметим тут сразу же, что доплеровское объяснение красного смещения обрело в физической литературе хрестоматийный характер. Так, например, в «Теории поля» Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица мы читаем: «Истолковав это смещение как доплеровское, мы приходим к заключению о «разбегании» галактик, т. е. о том, что в настоящее время Вселенная расширяется» [136] .
136
Ландау Л.Д. и Лифшиц Е.М.
Вторая альтернатива увязывает фактор красного смещения с гравитационным эффектом. Логунов — сторонник второй альтернативы, а о том, как она у него реализуется, будет сказано далее.
Со всеми особенностями математического языка, на котором выражаются современные варианты релятивистских теорий гравитации, можно познакомиться в книге В.Ф. Кагана «Геометрические идеи Римана и их современное развитие» [137] .
137
Каган В.Ф. Геометрические идеи Римана и их современное развитие. М.-Л., 1933.
Наиболее лаконично различия между ОТО и РТГ изложены в брошюре А.А. Логунова и Ю.М. Лоскутова «Неоднозначность предсказаний общей теории относительности и релятивистская теория гравитации». Какие особенности и недостатки ОТО в ней отмечаются? Перечислим их в том порядке, в котором они представлены в данной работе.
1. Сомнение вызывает принцип эквивалентности сил инерции и гравитации.
2. Играя по правилам ОТО, можно выбрать такую систему координат, в которой все компоненты тензора энергии-импульса гравитации превращаются в нуль. (В РТГ плотность полного тензора энергии-импульса вещества и гравитационного поля вместе взятых сохраняется, не зависит от манипуляции с координатной системой).
3. Из п. 2 следует нарушение в ОТО фундаментальных физических законов сохранения, что неприемлемо по физическим соображениям. (Здесь, видимо, надо пояснить, что имеются в виду физические системы, не имеющие асимптотического приближения к псевдоевклидову пространству, как это имеет место, скажем, в случае гармонических координат В.А. Фока (примеч. Л.А.)).
4. Неоднозначность предсказаний ОТО для тех или иных конкретных гравитационных эффектов. (Примером такой неоднозначности служит определение (вычисление) времени запаздывания сигнала при локации с Земли других планет Солнечной системы: Меркурия, Венеры).
Заметим сразу относительно п. 4, что на достаточно большом количестве примеров авторы показывают, что неоднозначность предсказаний ОТО возникает всякий раз из-за произвола в выборе в данной теории координатных условий, при которых решается та или иная конкретная задача. Мы показываем, пишут авторы, что для каждой задачи при одних и тех же физических условиях имеется множество решений уравнения Гильберта-Эйнштейна, каждое из которых даёт своё предсказание для эффектов. «Какое из решений следует взять — на это ОТО не может дать ответа, поскольку координатные условия, к которым обычно прибегают в ОТО, полностью произвольны, а их выбор в прямом смысле зависит от «вкусов» исследователя. Всё это неизбежно приводит к общему выводу об органической неспособности ОТО давать однозначные предсказания для гравитационных эффектов» [138] .
138
Логунов A.A., Лоскутов Ю.М. Неоднозначность предсказаний общей теории относительности и релятивистская теория гравитации. М., 1986. С. 27.
Посмотрим теперь, насколько оправданной является данная критика по всем четырём пунктам, независимо от того, что предлагается взамен ОТО. Поставим вопрос: что значит принцип эквивалентности сил инерции и гравитации и как он используется в ОТО? Классическая механика, пишет Эйнштейн, указывает на одно ограничение, которое непосредственно требует распространения принципа относительности и на такие пространства отсчёта, которые не находятся в состоянии равномерного движения друг относительно друга. Отношение масс двух тел определяется в механике двумя принципиально различными способами: с одной стороны, через обратное отношение ускорений, которые сообщает им одна и та же сила (инертная масса), и, с другой стороны, через отношение сил, действующих на них в одном и том же гравитационном поле (гравитационная масса). «Равенство этих двух масс, столь различно определяемых, — указывает далее Эйнштейн, — является фактом, подтверждённым опытами с весьма большой точностью (опыты Этвеша), но классическая механика не даёт никакого объяснения этому равенству. Однако ясно, что утверждение о численном равенстве двух величин становится научно вполне обоснованным лишь после того, как доказано совпадение истинной природы обоих понятий» [139] .
139
Эйнштейн, А. Собрание научных трудов. Т. II. М., 1966. С. 44.
Обоснование «совпадения истинной природы обоих понятий» потребовало создания целой теории, которой и явилась ОТО. Сам автор ОТО говорит об этом так: «Возможность объяснить численное равенство между инерцией и тяготением на основе единства их природы доставляет общей теории относительности, по моему убеждению, столь большое превосходство над представлениями классической механики, что все трудности, с которыми она сталкивается в своём развитии, следует по сравнению с этим считать незначительными» [140] . Эйнштейн, как видим, переходит от равенства двух масс — инертной и гравитационной — к единству инерции и гравитации. Вопрос переносится в плоскость рассмотрения движения. В таком случае, согласно автору ОТО, эффект равноускоренного движения тела нельзя отличить от эффекта тяготения. Наблюдатель, находящийся в системе отсчёта, в которой равноускоренно движущееся тело покоится, не мог бы найти никакой разницы между силой гравитации и силой, возникающей в результате ускоренного движения. (В другом месте приводится конкретный пример с ощущением наблюдателя, находящегося в закрытом падающем лифте).
140
Там же. С. 45.
Отсюда делается вывод, что геодезические линии пространства следует отождествить с теми линиями движения тел, по которым они перемещаются под действием сил тяготения. Если раньше геодезические линии трёхмерного пространства отождествлялись с линиями свободного инерциального движения пробного тела, то в новой теории им не нашлось места. «Формулируя принцип эквивалентности, — пишет по этому поводу Логунов, — Эйнштейн фактически отошёл от представления о гравитационном поле как поле Фарадея-Максвелла, что нашло своё отражение во введённой им псевдотензорной характеристике гравитационного поля» [141] .
141
Логунов A.A., Лоскутов Ю.М. Неоднозначность предсказаний общей теории относительности и релятивистская теория гравитации. М., 1986. С. 3.
Оказывается, не всякое ускорение можно сделать эквивалентным действию силы тяжести. На этот факт обратил внимание ещё в 1923 году А. Эддингтон, констатируя наличие различия между инерцией и гравитацией. Подчиняясь идейному содержанию ОТО, он писал: «Прямые пути звёзд и искривлённые пути планет стоят, с этой точки зрения, на одном уровне и получают объяснение одного и того же рода» [142] . В другом же месте Эддингтон говорит, что «один и тот же род» распадается на две принципиально разные части. Как материальные частицы, так и геодезические линии, снова возвращается Эддингтон к данному вопросу, являются чертами абсолютной структуры мира; и вращение относительно геодезической структуры мира (речь идёт, конечно, о геодезической структуре ОТО.
– Л.А.) есть явление того же порядка, как движение относительно материальных тел [143] . А дальше следует опровержение данного высказывания. Именно: «Здесь, однако, бросается в глаза то обстоятельство, что вращение происходит не только относительно местной геодезической сети данной небольшой области, но и относительно некоторой общепринятой универсальной координатной сети, в то время как во втором случае необходимо специально указать, относительно каких тел рассматривается движение» [144] . Затем Эддингтон поясняет, что не вполне определённая универсальная координатная сеть, к которой мы относим вращение, носит название инерциалъной сети. В плоском пространстве-времени, на большом расстоянии от всяких материальных тел, говорит он, она вполне определена. В противном случае с ней нельзя связать вполне определённого представления.
142
Эддингтон А. Пространство, время и тяготение. Одесса, 1923. С. 140.
143
Эддингтон А. Пространство, время и тяготение. Одесса, 1923. С. 156.
144
Там же. С. 156
Понятно, что без такого представления вся общая теория относительности остаётся неопределённой и не даёт однозначных предсказаний. Поэтому Логунов и берёт за основу построения своей теории пространство Минковского [145] .
При разъяснении второго пункта из вышеприведённого списка Логунов и Лоскутов ссылаются на высказывания и выводы, сделанные другими учёными, компетентными в вопросах ОТО. Д. Гильберт, составивший уравнения ОТО, сам же подверг её критике из-за нарушения в ней законов сохранения. В частности, он писал: «Я утверждаю…что для общей теории относительности, т. е. в случае общей инвариантности гамильтоновой функции, уравнений энергии, которые…соответствуют уравнениям энергии в ортогонально-инвариантных теориях, вообще не существует. Я даже мог бы отметить это обстоятельство как характерную черту общей теории относительности» [146] .
145
Логунов A.A., Лоскутов Ю.М. Неоднозначность предсказаний общей теории относительности и релятивистская теория гравитации. М., 1986. С. 7.
146
Hilbert D. II G"ottingen Nachrichten, 1917. V. 4. S. 21.