<<
>>

Некоторые существенные замечания методологического характера о становлении ОТО.

Теперь сделаем несколько замечаний по поводу выбранных Эйнштейном двух исходных принципов (общего принципа относительности и ПЕГМ), образующих теоретическую программу ОТО. В литературе нет единого мнения, что именно они образуют эту программу.
Чаще всего в качестве программообразующего принципа упоминается принцип эквивалентности (в числе упоминающих есть сам Эйнштейн) .

Вместе с тем есть точка зрения о том, что если ОТО уже построена, то при желании этот принцип можно забыть и "похоронить повивальную бабку с соответствующими почестями" . В соответствующем месте этого исследования мы показали продуктивность ПЭ в построении ОТО, но в то же время и его ограниченность (и недостатки). Поэтому перейдем к рассмотрению других вариантов теоретических программ ОТО. В их числе можно указать точку зрения В. А. Фока, который считает, что в основу ОТО Эйнштейн положил две идеи: "...идея хроногеометрии, т.е. объединение пространства и времени в единое четырехмерное многообразие с индефинитной метрикой (эта идея была осуществлена уже в теории относительности 1905 г.). Вторая основная идея есть идея единства метрики и тяготения" . Прежде чем перейти к обсуяедению этих идей, сделаем несколько "наблюдений" за концепцией Фока. Первое, что можно заметить: он предлагает более правильно назвать ОТО хроногеометрической теорией тяготения, отражающей суть единства теории тяготения и теории пространства и времени, и приводит довольно весомые аргументы . Второе, что можно наблюдать — это "когда создатель физической теории, имеющий большое принципиальное значение, сам неправильно понимал ее основы" , т.е. с намеком на то, что создатель ОТО неправильно понимал идею "общей относительности" как о некоем обобщении галилеевского "частного" принципа относительности (и принципа относительности Галилея-Лоренца СТО) , применимым только к инерциальным системам, и приводит еще более веские основания.

Критика В.

А. Фоком эйнштейновского общего принципа относительности ведется с позиции физического принципа относительности, утвер-ждающего эквивалентность физических условий в двух взаимно движущихся лабораториях. Далее Фок утверждает, что этот принцип не применим для ускоренно движу щихся систем отсчета из-за различия физических условий. Он приводит в качестве иллюстрации данного положения пример со стенными часами с гирями и маятником, которые прекрасно идут на Земле, но вовсе не идут в условиях невесомости, т.е. в космическом корабле. "Этого примера достаточно, чтобы показать, — пишет Фок, — невозможность "общего принципа относительности", понимаемого как физический принцип" . "Тем самым устанавливается, вопреки Эйнштейну, формальный, — приходит к выводу Фок, — а не физический характер "обще-

го принципа относительности", понимаемого как требование общей ковариантности" . Против этого вывода Фока трудно возразить, ибо он правильно понимает то обстоятельство — зачем он нужен был Эйнштейну, если под словом "требование" Фок подразумевает "критерий выбора" об- щековариантных уравнений для описания гравитационного поля. Ранее мы уже подробно писали как Эйнштейн вместе с Гроссманом выбирали в ходе формального исследования "математический наряд" будущей ОТО и показали какими физическими и математическими селективными критериями они руководствовались при его отборе. Более того, мы старались детально проследить весь "драматизм"этого отбора, в особенности, цюрихского и берлинского этапов становления ОТО.

Несколькими страницами ранее, в связи с проблемой рассмотрения эвристической роли принципа эквивалентности (напомним ПЭ) в формировании ОТО, мы указали со ссылкой на Фока на ограниченность и недостаточность этого принципа: он может лишь указать направление поиска математического аппарата, основываясь на мысленный эксперимент с вращающейся системой отсчета (к примеру, диск) с твердыми телами (стержнями) относительно некоторой инерциальной системы отсчета . Но в то же время в силу своей локальной природы, т.е.

локальности и кинематич- ности ПЭ не обеспечивает однозначность "математического" выбора в отличие от общего принципа относительности. В этом смысле прав Фок, утверждая, что последний является "формально-математическим требованием общей ковариантности" (по нашему выражению, физическим селективным критерием, т.е. селектором), но вместе с тем, он не прав, утверждая, что он лишен какого-либо физического содержания. На наш взгляд, объявление Фоком общего принципа относительности псевдофизическим принципом лишено основания. Вот почему: если вспомним парадокс Маха-без- условно имеющее физическое содержание и два возможных следствия его решения, то один из них представляет общий принцип относительности, который гласит: "всякое ускоренное движение относительно". Как мы убедились ранее, этот принцип был выбран Эйнштейном на основании трех философских селекторов: причинности, наблюдаемости и относительности пространства и времени и, поэтому, он логически независим от ПЭ. Более того, является утверждением об относительности всякого ускоренного движения, физический смысл, которого не вызывает у нас сомнений.

Возвращаясь к исходным двум идеям — хроногеометрии, восходящей к СТО в формулировке Минковского и единства метрики и тяготения — можно утверждать, что первая идея воплощает в себе все позитивное со-

держание СТО в форме, приданной Минковским и, следовательно, в некотором роде замещает специальный принцип относительности (а не общий) и принцип постоянства скорости света. Поэтому эта идея не может претендовать на место общего принципа относительности в качестве про- граммообразующего принципа ОТО наряду с принципом ПЕГМ. Что касается второй идеи — идеи единства метрики и тяготения, то она и есть ПЕГМ.

В качестве вывода, касающегося этого замечания об исходных идеях ОТО в версии В. А. Фока, можно выдвинуть методологическое предположение: теоретический анализ, проделанный им по отношению к сформировавшейся ОТО как "готовому" физическому знанию, на наш взгляд, принципиально отличается от историко-методологического анализа формирующейся (или становящейся) теории в силу того, что от взгляда теоретика ( в данном случае Фока) ускользает весь драматизм (или "драма идей") этого становления и другие затемняющие его обстоятельства.

Поэтому создается своеобразная иллюзия, искажающая истинный ход творческого мышления создателя новой теории (в данном случае Эйнштейна), и при этом выпадают из поля зрения теоретика такие "пустяки", как мысленный эксперимент и другие эвристические элементы "строительных лесов" становящейся научной теории (СЛЕНТ по терминологии Э.М.Чуди- нова), которые убираются бесследно после "косметического ремонта" готовой теории, т.е. после того, когда научной теории придали аксиоматическую форму. При историко-методологической реконструкции "готовой" теории методологом шаг за шагом, как в археологической раскопке восстанавливается относительно истинная картина "прошлого" этой же теории — своего рода "ретротеория".

Существует в методологической литературе точка зрения Э.М. Чуди- нова, который считает, что в основе ОТО лежат две гипотезы: а) о геомет-рической природе гравитации и б) о взаимосвязи геометрии пространства- времени с материей \ По Чудинову, сущность гипотезы а) состоит в том, что гравитация "ответственна" за геометрию пространства-времени. К этой мысли Эйнштейн пришел, как считает он, основываясь на ПЭ. В этом пункте или отрезке становления ОТО Чудинов различает гипотезу и исходный принцип теории. Но из-за известной нам локальности ПЭ не может полностью разрешить проблему геометрического описания гравитационного поля. "Утверждение о том, что гравитация проявляется в геометрических свойствах пространства, — пишет Чудинов, — в его неевклидово- сти, не может быть получено в качестве следствия, если речь идет о гравитационном поле в целом. Оно может быть введено лишь посредством не-

которой гипотезы" . Из дальнейшего изложения им материала по ОТО становится ясным, что он под гипотезой в данном конкретном случае понимает физический принцип отбора римановой геометрии, определяемой фундаментальным метрическим тензором gLlv. Следовательно, Чудинов, отождествляя гипотезу с теоретическим принципом, понимает под ней теорию, не прошедшую стадию проверки .

Согласно нашей концепции фундаментальное теоретическое исследование проходит четыре основные стадии: а) теоретическая программа; б) теоретическая схема; в) теоретическая гипотеза; г) фундаментальная теория.

На поверхностный взгляд может показаться, что теоретический принцип и фундаментальный теоретический закон — одно и то же. Но это не так. Как мы убедились, первый служит физическим селективным критерием для отбора математической структуры второго, ибо в противном случае нефундаментальный теоретический закон, объясняющий фундаментальный эмпирический закон, получили бы с помощью дедукции непосредственно из теоретического принципа. После того, как уже выбран теоретический закон (вспомним берлинский этап окончательного становления математического аппарата ОТО), т.е. после долгого, упорного, полного драматизма, поиска — в итоге цюрихского и берлинского периодов формального исследования — Эйнштейн, наконец-то, приходит к уравнению (23)), последний принимает форму проверяемой математической схемы ОТО. Таким образом, если фундаментальный теоретический закон приводит к проверяемым на опыте предсказаниям, то он в этом случае становится гипотезой. Здесь уместно вспомнить два эйнштейновских крупных открытия: а) количественное объяснение прецессии перигелия Меркурия без привлечения гипотез ad hoc и б) удвоенное значение отклонения светового луча вблизи Солнца вместо прежнего, т.е. в обзоре 1907 г., сделанном Эйнштейном в третьей статье 1915 г. берлинского этапа становления ОТО. Эти теоретические "предсказания" были сделаны им с помощью приближенных методов, еще до окончательной формулировки основного теоретического закона (23), что представляет для методологов определенный интерес. Это еще раз подтвердило, что Эйнштейн правильно выбрал направление формального исследования (формальный гештальт будущего уравнения (23 и 24) и математические "идеалы" для замещения его элементов (и, как известно, через неделю он получил математическое выражение фундаментального теоретического закона ОТО).

Значит из вышесказанного следует, что нельзя (или некорректно) отождествлять в методологическом анализе теоретический принцип и теоретическую гипотезу, это приводит не только к путанице методологических

категорий, но и выполняемых ими функций в структуре научной теории.

Если первый играет роль физического селектора отбора фундаментального теоретического закона, т.е. связан с селекцией, то вторая связана с дедуктивным развертыванием этого же закона; иначе говоря, на стадии гипотезы последний становится дедуктивной системой, следовательно, она связана с дедукцией. Напомним, с методологической точки зрения процедура выбора (селекции) прямо противоположна процедуре вывода (дедукции) в научном исследовании. В этом смысле процедура селекции первична (и определяет) по отношению к процедуре дедукции как производной. (В данном случае мы идем, так сказать, на сознательный повтор наших ключевых выводов, но в интересах разрешения этой проблемы.) Стало быть, теоретический принцип первичен по отношению к теоретическому закону и, тем самым, теоретической гипотезе и определяет их. Как говорится: что и требовалось доказать.

Но вернемся к гипотезам Чудинова, в частности, ко второй гипотезе, указывающей на связь геометрии пространства-времени с материей. Эвристическим источником выдвижения этой гипотезы, как считает Чудинов, явился закон тяготения Ньютона, записанный в форме уравнения Пуассона (см.: (11)). По ходу изложения им своей точки зрения на формальное исследование, проведенное Эйнштейном и Гроссманом вначале, т.е. цюрихский период, и Эйнштейном без Гроссмана — в берлинский период, получается, что формальным гештальтом, согласно Чудинову, послужило уравнение Ньютона-Пуассона (11): Acp=47iGp. Здесь ср — скалярное гравитационное поле, G — гравитационная константа, р — плотность массы. Далее: в левую часть уравнения вместо Дер ставится тензор кривизны RL1V. в правую вместо плотности р — тензор энергии-импульса TL1V. а вместо G — релятивистская гравитационная константа % и в итоге получается гравитационное уравнение ОТО (24): l/2g^vR=-%T^v

Второй член - l/2gLlvR вводится в левую часть, так как в целом это уравнение должно соответствовать законам сохранения . Очень легко, предельно просто и изящно! Как будто не было на свете того, полного драматизма поиска уравнений гравитационного поля, ковариантных относительно линейных преобразований (то, что мы назвали гибридной тензорной теорией тяготения (теорией Э-Г)), которые впоследствии оказались ошибочными; также в некотором смысле рокового незнания Эйнштейном тождеств Бьянки, которым должна удовлетворять упомянутая выше левая часть формулы (24), чтобы быть общековариантной относительно законов сохранения и т.д. Нам кажется, не надо забывать тех трех лет мучительно-

го выбора и поиска Эйнштейном фундаментального уравнения (24) после совместной с Гроссманом работы над теорией Э-Г.

В связи с этим, если учесть принципиальное различие между методологиями, касающихся анализа "готовой" теории (ОТО) и становящейся теории (по нашей терминологии "ретро — ОТО"), то вполне объяснимы легкость, простота и изящность получения уравнения (24) путем "обобщения" (Чудинов) формулы Пуассона (11). Безусловно, в ней содержится некий эвристический "намек" на форму потенциального теоретического закона гравитационного поля, но действительным эвристическим содержанием последнего является принцип соотеетстеия. Согласно этому прин-ципу контравариантный тензор второго ранга (см.: (10)), образованный из производных фундаментального тензора должен был служить формальным селективным критерием поиска тензора такого рода, что формула Пуассона (11) являлась его предельным случаем.

После того, как мы выяснили "природу эвристичности" уравнения Ньютона-Пуассона в поиске математического аппарата ОТО , надо перейти к изучению сути гипотезы связи геометрии пространства-времени с материей. На наш взгляд, суть этой гипотезы составляет один из програмооб- разующих принципов ОТО-ПЕГМ, выбранный Эйнштейном с помощью философских принципов для объяснения происхождения гравитационных сил. Когда двумя страницами ранее мы уточнили принципиальное отличие теоретического принципа от фундаментального теоретического закона и, тем самым, теоретической гипотезы, точка зрения Э. М. Чудинова о том, что две гипотезы: о геометрической природе гравитации и о взаимосвязи

геометрии пространства-времени с материей, образующие основу ОТО, является по меньшей мере некорректной.

Возвращаясь к ПЕГМ можно заметить, что он, как программообра- зующий теоретический принцип ОТО, позволил выбрать Эйнштейну и Гроссману метрический тензор, компоненты которого являются в то же время гравитационными потенциалами, в качестве одного из основных элементов математического формализма этой теории. При выборе его они воспользовались эвристической "подсказкой" Римана об изменчивости метрики, но лишь Эйнштейн установил на этой основе единство гравитации и метрики и связал то и другое с движущейся материей. А что касается общего принципа относительности, то мы уже писали о том, что он послужил физическим селектором для выбора общековариантных гравитационных уравнений.

<< | >>
Источник: Очиров Д.Э.. Методологическая физика. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004- 346 с.. 2004

Еще по теме Некоторые существенные замечания методологического характера о становлении ОТО.:

  1. Глава IVОСОБЕННОСТИ ЕДИНСТВА РУССКОЙ КУЛЬТУРЫ( Предварительные замечания)
  2. ЭВРИСТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ФИЛОСОФИИ НА ФИЗИКУ:МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ЭВРИСТИЧЕСКОГО РЕАЛИЗМА И КОМПАРАТИВИСТСКИЙ (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ) АНАЛИЗ
  3. Некоторые существенные замечания методологического характера о становлении ОТО.
  4. СООТНОШЕНИЕ ЭВРИСТИЧЕСКОЙ И РЕГУЛЯТИВНОЙ ФУНКЦИИ ФИЛОСОФСКИХ ПРИНЦИПОВ в ФОРМИРОВАНИИ НОВОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
  5. ОБ ИДЕЙНЫХ И СТИЛИСТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМАХ И МОТИВАХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ПЕРЕДЕЛОК И ПОДДЕЛОК
  6. Введение
  7. Глава 4. Польская тематика в литературе 1880-х–1890-х годов
  8. ГЛОССЕМАТИКА
  9. Глава 3 КУЛЬТУРА РЕЧИ СРЕДИ ДРУГИХ ЛИНГВИСТИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН