Филипп Ленард

О принципе относительности, эфире и тяготении
(Критика теории относительности)
Общая часть

Принцип относительности

Мы имеем принцип относительности в двоякой форме: как первоначальный или простой принцип относительности и как обобщенный принцип относительности. Первый относится только к равномерному движению, последний же будто бы приложим ко всякого рода движениям (J. Einstein, 1905, также 1914, впервые у Г. А. Лоренца, 1895 и 1904.).

С точки зрения повседневного опыта между этими двумя принципами существует громадное различие, на которое я и хочу обратить внимание. В то время как первый из них совершено непосредственно отвечает нашему опыту, характерной особенностью второго является невозможность привести хотя бы один практический пример его применения, который был бы доступен обыкновенному рассудку, более склонного доверяться опыту материального мира, чем считаться с нуждами философии. И это несмотря на то, что действие обобщенного принципа должно бы иметь место всегда и всюду, так как он утверждает относительность всех движений.

Оба принципа легко могут быть разъяснены на примере движения поезда.

Пока движение поезда остается вполне равномерным, нет никакой возможности определить, что именно находится в движении, а что в покое: поезд ли или платформа. Это отвечает первоначальному принципу относительности. Ему отвечает ясный смысл. Устройство материального мира таково, что всегда, в любой момент времени исключает возможность абсолютного решения относительно наличия равномерного движения или покоя и оставляет место только для изучения равномерных движений тел относительно друг друга, так как участие наблюдателя в равномерном движении совершенно не отражается на наблюдаемых явлениях и их законах.

Этот первоначальный, так называемый "специальный" принцип относительности хорошо подтвержден опытом. Как известно, многочисленные попытки обнаружить абсолютное равномерное (или достаточно близкое к равномерному) движение, построенные на чрезвычайно остроумных комбинациях и стоившие огромного труда, показали всю невозможность достичь этого даже при самых совершенных приемах. Таким образом, на деле оказалось не только возможно, но в интересах прогресса необходимо гипотетически принять, что мы здесь имеем неизменное свойство в строе всего материального мира, и что выражающий его принцип, имея всеобщее значение, в свою очередь может быть с уверенностью использован для умозаключений и предсказаний.

Между этим первоначальным принципом относительности и принципом сохранения энергии можно найти сходство во многих отношениях, Оба они имеют почти одинаковое по объему значение, и, пожалуй, оба оказались одинаково плодотворными. Отличительным свойством обоих является возможность делать на основании их предсказания без предварительного исследования относящихся сюда процессов в их деталях, причем иным путем эти результаты и вообще вряд ли удалось бы получить. Они сходны между собой и в том, что оба принципа отчасти опираются на отрицательные результаты: принцип сохранения энергии, как известно, на невозможность perpetuum mobile.

Можно, пожалуй, найти и еще черты сходства: требуется много времени, чтобы и тот и другой принцип прочно вошли в арсенал испытанных орудий критического естествознания. Главными экспериментальными основами этого принципа являются до сих пор, как известно, опыт с интерференцией света Майкедьсона вместе с явлениями аберрации, а также производимые со все большей точностью исследования о действиях сил на летящие с большой скоростью катодные частицы. Все выводы, сделанные на основе этого принципа, ставят его в связь с другими достоверными принципами, доступными проверке опытами, также могут послужить к дальнейшему его упрочению.

Придется выждать, даст ли опыт, поставленный на основе принципа и подвергнутый изощренному анализу, подтверждение принципа или же его опровержение. Для принципа сохранения энергии можно, примерно, указать, как срок постепенного устранения сомнений, 20 лет, протекшие со времени открытия Роберта Майера до полной проверки его на паровой машине.

С принципом относительности часто связывают требование, чтобы естествоиспытатель изменил свое понятие времени, если он хочет, как это и следует, согласовать образы своей мысли с действительностью. Это требование, если хотите, можно считать преувеличенным. Само собой разумеется, что при математической обработке физических проблем релятивистическое понятие времени может быть применено с определенной пользой. Но требование ввести это понятие времени в обиход мышления физиков основано, как мне кажется, на смешении технически неосуществимого с логически недопустимым. Технически неосуществимы такие часы, ход которых с совершенной точностью соответствовал бы нашему обычному понятию времени. Так же обстоит дело с безупречным установлением одновременности в двух отдаленных местах.

Считается, что с точки зрения принципа относительности эта невозможность носит принципиальный характер. В действительности, она носит лишь технический характер, завися от свойств веществ, с которыми и данном случае мы имеем дело ("Материя и эфир"). Оно нисколько не стесняет наше мышление в его обычном понятии о времени. Так, например, ничто не мешает логическому постижению абсолютной одновременности событий у нас и на сколь угодно далекой от нас звезде. Искусственное и в полной мере весьма трудно осуществимое устранение этой свободы нашего мышления доставило бы естествоиспытателю не больше выгоды, чем, например, слияние воедино понятия длины с понятием температуры, чего также можно при желании потребовать на том основании, что все реальные длины меняются в зависимости от температуры.

Дальнейшее развитие принципа относительности привело к уже указанному его обобщению, согласно которому этот принцип имеет силу не только в применении к равномерному движению, но и ко всем, вообще, движениям. Сообразно этому, обобщенный принцип относительности (если только ему можно придать простой физический смысл, который, как известно, всегда легче всего установить именно в отношении основных принципов) утверждает, что невозможность абсолютного распознания имеет место также в применении к неравномерным движениям, ибо при любом движении все явления протекают одинаково, независимо от того, кто находится в движении: наблюдатель или окружающая его среда.

Предположим теперь, что наш поезд совершает резко неравномерное движение (Я умышленно выбрал грубый пример, в котором не могли бы играть никакой роли тонкие искажения длин и времени, фактически выдвигавшиеся для заполнения пробелов, обнаружившихся как будто в специальном принципе относительности.). Если при этом в поезде от действия силы инерции все летит вдребезги, а вне поезда все остается неповрежденным, то ни одному здравомыслящему человеку, я думаю, не придет в голову сделать отсюда иной вывод, кроме того, что именно поезд внезапно изменил свое движение, а вовсе не окрестность. Между тем, согласно непосредственному содержанию обобщенного принципа относительности, нужно допустить, что и окрестность может изменить скорость своего движения так, что катастрофа в поезде явилась бы следствием торможения внешнего мира, который посредством некоего "поля тяготения", существующего где-то во внешнем мире, каким-то образом воздействовал на все предметы, находящиеся внутри поезда.

В этом примере так же, как и при рассмотрении вращения Земли вокруг своей оси (примеч. 10) попытка избежать альтернативы между двумя несовместимыми допущениями, касающимися того, что именно является носителем движения, подставив на их место "два принципиально равноценные способа описания одного и того же положения вещей" (как это делает "релятивист" [г. Эйнштейн], ср. сноску на стр. 5), только запутывает ситуацию. Нас, как естествоиспытателей, интересует не исследование математической допустимости или целесообразности выбора координат. Нам важно получить свободное от противоречий отображение действительности. [В нашем последнем примере] две системы координат не равноценны: одна [связанная с планетами и звездами] приводит к скорости материальных тел, превышающей скорость света, т.е. к дилемме недопустимого логического эксперимента (примеч. 10), другая [связанная с Землей] — от этого свободна. Прийти к их равноценности можно только ценой отказа от физического истолкования [абстрактных математических] координат во всех тех случаях, когда наружу вылезают противоречия. Когда на противоречия закрывают глаза, стремясь всеми путями достигнуть желаемых конечных уравнений, то это уже выглядит произволом и создает впечатление подтасовки.

Отожествление действия тяготения и действия инерции в действительности возможно лишь в том смысле, что и то и другое пропорциональны массе независимо от вещества (первое — согласно опыту [Этвёша], а второе следует из самого понятия массы). Тем не менее, силу, пропорциональную массе, лишь тогда можно рассматривать, как силу тяжести, когда имеется налицо соответствующий материальный центр притяжения. В остальных же случаях, как и в нашем примере с поездом, приходится констатировать силу инерции (при вращательном движении мы называем ее центробежной силой).

Введение полей тяготения без центров тяготения с той только целью, чтобы можно было придать принципу относительности всеобщее значение, носило бы произвольный и необоснованный характер. Если эти предполагаемые поля тяготения представляют собою нечто большее, чем вспомогательные математические построения, если они представляют собою отображение действительности, для которого необходимо должно быть отведено место в общей картине мира естествоиспытателя, то это должно было бы сказаться в тех результатах, которые вытекали бы из этих силовых полей и подтвердились бы при проверке их на опыте. Пока этого нет, гораздо проще и естественнее принять всякое появление таких полей тяготения, как указание на то, что принцип относительности применен к тем случаям, к которым он не приложим. На этом и построены наши рассуждения.

На естественно напрашивающийся вопрос: почему не падает по близости колокольня, если не поезд, а она вместе с окрестностью резко затормозилась при своем движении; почему все эти последствия толчка проявились столь односторонне только в поезде — на этот вопрос принцип относительности не в состоянии дать вразумительного ответа.

На этом простейшем примере можно непосредственно видеть, в чем заключается камень преткновения для обобщенного принципа относительности. Последний не считает необходимым искать неравномерное движение там, где выступают силы инерции. Между тем как проявлением инерции является, согласно опыту, непреложным признаком неравномерного движения данной системы.

Именно указание того, что действие инерции в материальной системе не имеет места без неравномерного движения этой самой системы, как раз и привело, как известно, к определению инерции, как свойственного всякой материи стремления к сопротивлению изменению ее скорости. Если этот опыт и предполагает в каждом случае наличие исходной системы, в отношении к которой наблюдаемое движение является неравномерным, то этим еще ничего не опровергается. В подходящих случаях мы можем наблюдать, что явления инерции имеют место только (или, преимущественно) в одной из обеих систем, притом всегда в той, к которой мы можем приписать существенное изменение скорости при данном соотношении масс и сил. Для надлежащего вывода достаточно и грубой оценки этого соотношения, если только объем второй системы соответственно велик.

Таким образом, я настаиваю на следующем правиле: система, в которой имеет место действие инерции, находится в состоянии неравномерного движения. Это правило противоречит обобщенному принципу относительности, коль скоро его хотят распространить на все без исключения движения. При этом нужно специально оговориться, что обратное положение не имеет силы: неравномерное движение не всегда связано с действием инерции (об этом дальше в тексте).

Также и вращательное движение, как специальный случай неравномерного движения, может быть обнаружено действием инерции, как это, например, имеет место относительно движения земли вокруг своей оси в опыте с маятником Фуко. Сторонники общего принципа относительности отрицают такую безусловную доказуемость вращательного движения или, по крайней мере, подвергают ее сомнению, испытывая, видимо, при этом великое философское наслаждение. Так, например, они подсовывают своим читателям рассуждение о том, что указанный опыт с маятником протекал бы совершенно одинаково как в случае вращения Земли вокруг своей оси, так и в случае вращения всего мира вокруг Земли.

Я не знаю, замечают ли релятивисты, что допущение этой альтернативы — не говоря уже о пренебрежении здравым смыслом Коперника и Галилея — означает логическое исключение постановки эксперимента. Невозможность вытекает именно с точки зрения принципа относительности, так как в этом примере пришлось бы приписать небесным телам, не очень от нас удаленным, скорость движения, во много раз превышающую скорость света (ср. примеч. 8а), а возможность таких скоростей была бы равносильна доказательству недействительности простого (специального) принципа относительности. Пред такой дилеммой стоит в этом примере обобщенный принцип относительности.

Преодолеть этот камень преткновения обобщенный принцип относительности не в состоянии, несмотря ни на какие свои преимущества, даже тогда, когда он предъявляет к широким кругам требование "пожертвовать традиционными воззрениями". Таким образом, определенную жертву должен принести сам принцип. На основании ранее сказанного, можно видеть, в чем эта жертва должна заключаться. Необходимо отказаться от всеобщего характера принципа, от утверждения "относительности всех движений". Самое меньшее, что нужно сделать, это ограничить принцип такими движениями, которые протекают под влиянием сил пропорциональных массам (как сила тяготения). В движениях последнего рода не имеет места действие инерции, всегда являющееся безусловным признаком неравномерного движения и делающее, таким образом, обобщенный принцип неприемлемым для здравого рассудка.

Так, например, в свободно падающей на землю системе мы не наблюдаем никакого действия инерции, несмотря на ее неравномерное движение, и вследствие этого действительно может оказаться невозможным решить, что находится в движении, земля или данная система. Здесь, таким образом, обобщенный принцип относительности был бы действителен; по крайней мере, здесь не с той очевидностью выступают его грубые противоречия, как в случае железнодорожного поезда (движение которого неравномерно благодаря действию сил, не пропорциональных массе, в данном случае сил трения). Предлагаемое здесь ограничение обобщенного принципа относительности случаями исключительного действия силы тяготения представляется значительным, если вспомнить о множестве других почти всегда, по крайней мере, при земных явлениях, привходящих сил, которые все не пропорциональны массе.

Вместе с тем, данный принцип не может быть принят уже в качестве руководящего принципа при описании природы вообще, при формулировании общих законов природы. Отказываясь от этих притязаний, этот принцип, пожалуй, потеряет в глазах философов и прочей публики свою привлекательность. Но в глазах естествоиспытателей, мне кажется, он после этого, как и всякий принцип, свободный от противоречий, благодаря точному установлению границ его приложения, может только выиграть.

Мы пришли, таким образом, к ограниченному обобщенному принципу относительности, который, пожалуй, лучше было бы назвать принципом тяготения. В своих известных работах о движении планет и о распространении света вблизи больших центров тяготения г. Эйнштейн использовал принцип относительности в отношении к тяготению для своих заключений, уже приведших к таким замечательным результатам и обещающих дальнейшие успехи. Если нет необходимости связывать эти заключения с требованиями, насилующими здравый рассудок, — а что ее нет, выяснено, думается, предшествующим изложением, — то лучше бы этого не делать.