<<
>>

Проблема конкурирования и выбора гравитационных теорий в XX в.

С этой проблемой ОТО столкнулась уже в 1913 г., т.е. в самой середине — в венский период своего становления. Имеются в виду рассмотренные нами теории Г. Нордстрёма, М. Абрагама и Г.
Ми. Первая и вторая теории Нордстрёма и теория Ми были основаны на лоренц-ковариантном обобщении скалярного полевого уравнения Пуассона. Особое место в этом ряду занимала комплексная теория Абрагама . К ним можно отнести созданные до начала формирования ОТО теории Пуанкаре и Минковского, опи-рающиеся на лоренц-ковариантное обобщение закона всемирного тяготения. Ход анализа показал, что подлинной альтернативой гибридной теории Э-Г среди конкурирующих теорий была в то время вторая теория Нордстрёма. Чуть позже Эйнштейн вместе с Фоккером доказали, что она является псевдоальтернативной теории Э-Г, будучи фрагментной по отношению к ней2.

В предыдущей главе, связанной с анализом выбора СТО, стремились

показать, что в нем участвовали, конкурируя между собой, две методологии: Лоренца-Пуанкаре ("путь Пуанкаре") и Эйнштейна ("путь Эйнштейна"). Под методологией Лоренца-Пуанкаре подразумевалась более консервативная методологическая тенденция в развитии физического знания, связанная со стремлением сохранить классические представления о пространстве и времени за счет изменения законов физического взаимодействия. Она предполагает, иначе говоря, введения "универсальных" сил в теорию, чтобы сохранить неизменной простейшую физическую геометрию — евклидову, т.е. путем усложнения физических законов. Напротив, суть методологии Эйнштейна выражает, напомним, принцип Рейхенбаха: теория должна строиться таким образом, чтобы не требовалось введения никаких "универсальных" сил. Здесь подразумевается геометризация физического взаимодействия, связанная с относительностью движения.

В предметной области гравитационных теорий не надо было изобретать "универсальную силу": она существовала от века — это сила тяготения, которую нельзя экранировать, например, в отличие от сил электромагнетизма; но действующая одинаково на все тела, независимо от их природы.

Вместе с тем, ее универсальность связана с опытным фактом ра-венства гравитационной и инерционной масс, известным еще Ньютону. Значит, следуя своей методологии, Эйнштейну предстояло отказаться от традиционного понятия силы тяготения, связав гравитацию с искривлением пространственно-временного континуума под действием массивных тел. Это обстоятельство потребовало от Эйнштейна введения в теорию в качестве одного из программных принципов — принципа единства гравитации и метрики (ПЕГМ), согласно которому причиной появления гравитационных сил является изменение метрики пространства-времени. Стало быть, следуя ОТО, инерциальное движение тел происходит по геодезическим ("кратчайшим прямым") линиям в искривленном (неевклидовом) пространстве-времени.

После создания Эйнштейном ОТО появились и продолжают появляться новые гравитационные теории. Предпринимаются попытки построить теории тяготения в псевдоевклидовом пространстве-времени, т.е. так называемые лоренц-ковариантные теории. Некоторые из них мы уже упомянули выше, в том числе и теорию Пуанкаре. Все эти теории следуют "путем Пуанкаре", т.е. оставаясь в рамках наиболее "удобной" геометрии Евклида. Это, в частности, тензорные теории Биркгофа , Уайтхеда и век-

торная теория Кустаанхеймо . Все эти теории удовлетворительно объясняют поворот перигелия Меркурия, отклонение луча света вблизи массивного тела и гравитационное красное смещение, т.е. те опытные факты, которые были предсказаны ОТО. Таким образом, все они "умны" задним числом, не предсказывая качественно новых явлений. В них весьма правдоподобно комбинируются механические идеи и представления с пространст-венно-временными представлениями СТО. По нашей классификации их следует отнести к метафорическим (гибридным) теориям типа электронной теории Лоренца (по отношению к СТО).

Как мы уже знаем, возникновение метафорических теорий является закономерным этапом развития физического знания. Вместе с тем оно происходит, как правило, накануне построения новой фундаментальной научной теории.

Так возникли, например, теория Лоренца в преддверии создания СТО или ранее упомянутые гравитационные теории Пуанкаре, Абрагама, Ми и др. накануне — ОТО. Как же объяснить "природу" тех гибридных теорий, таких, как тензорные теории Биркгофа и др., которые появились позже, чем фундаментальная ОТО?

Отрицательным моментом этих теорий является сложность и надуманность физической части описания, в том числе введения множества гипотез ad hoc типа универсальной силы тяготения. В них вводятся весьма произвольные уравнения, описывающие гравитационное поле, а также уравнения движения, которые в отличие от ОТО Эйнштейна не выводятся из уравнений поля. Таким образом, в них реализована методология Лоренца-Пуанкаре ("путь Пуанкаре"), связанная с выбором удобной и простой псевдоевклидовой (плоской) геометрии и в приспособлении к ней законов физического (гравитационного) взаимодействия.

К новейшим попыткам реализации "пути Паункаре" в теоретических поисках в области гравитации можно отнести теорию Бранса-Дикки. В ней Дикки исходит из негеометрической трактовки гравитации, полагая ее как эффект силового поля в геометрии без метрики, понимаемой как несвязное дифференцируемое многообразие . Так, тензор gLlv. воплощает собой силовое поле, аналогичное электромагнитному и другим полям. Такой подход позволяет варьировать множество теоретических моделей, сочетающих скалярные, векторные и тензорные поля. Из этого множества вариантов была выбрана рассматриваемая нами тензорно-скалярная теория Бранса-Дикки, постулирующая два гравитационных поля — тензорное и скалярное. Так же, как в ОТО, т.е. в ее построении, в теории Бранса-Дик-

ки, согласно принципу Маха, объявляется гравитационное поле источником сил инерции во Вселенной, что, с современной точки зрения, кажется неуместным. Хорошо известно, что сам Эйнштейн впоследствии отказался от этого принципа. Скалярное поле, введенное в структуру этой теории, по своим характеристикам во многом напоминает рейхенбаховскую "универсальную" силу, т.е.

гипотезу ad hoc.

Рассмотренные выше теории, относящиеся к предметной области ОТО — гравитационному полю, подводят нас к проблеме эквивалентных описаний. Согласно концепции Рейхенбаха-Карнапа теоретические построения — модели считаются эквивалентными описаниями, если они описывают одни и те же явления. Неопозитивистская методология производит выбор одного из описаний исходя из конвенциональных соображе-ний удобства, целесообразности и других субъективных селекторов. Говоря об эмпирической эквивалентности теоретических описаний, не надо ду-мать об их семантической (содержательно физической) эквивалентности. То есть последняя автоматически не следует из первой.

В физическом знании можно выделить несколько типов конкурирующих теорий. Например, в работе Е.А. Мамчур выделяются три типа: ^теории, которые эмпирически и семантически эквивалентны, но в то же время лингвистически неэквивалентны (разное математическое описание одного и того же физического содержания) (Bi); 2) теории, которые эмпирически эквивалентны, но семантически неэквивалентны (В2)) и 3) теории, которые неэквивалентны ни эмпирически и ни семантически (В3). Согласно этой классификации названные выше теории, конкурирующие с ОТО, относятся к типу теорий В3. Выбор здесь однозначен в пользу ОТО: они не обладают большей предсказательной силой, чем ОТО, т.е. они обладают так называемым "ретропредсказанием", это во-первых; во-вторых, они придерживаются тупикового "путь Пуанкаре", допускающего введения гипотез ad hoc; в-третьих, они не выдерживают "испытание" философско-мето- дологическими селекторами, выражающими прогрессивные магистральные тенденции развития физического знания .

Возвращаясь к понятию "ретропредсказания", т.е. умению быть "умным" задним числом, можно заметить, что перечисленные выше гибридные (метафорические) теории, объясняя все предсказанные ОТО эффекты, но, не предсказывая новые, являются по своей "природе" псевдотеориями 1-го рода . Отсюда вытекает однозначность нашего выбора в пользу ОТО, но вместе с тем, легко объяснется тот факт, почему они появились позже, чем фундаментальная ОТО.

Возникновение этих теорий в некотором смысле реализует те возможности, которые существовали имплицитно, т.е. нереализованными на умозрительной стадии гравитационных исследований. Независимо, однако, от того, сформированы они или нет, эти "фу- туротеории" (в противовес "ретротеории", в данном случае, ОТО) потенциально существуют, и когда-нибудь исследователь, явно или неявно перебирая варианты умозрительных концепций, "наткнется" на них. Безусловно, он при переборе этого потенциального тезауруса "футуротеорий" будет руководствоваться разного рода селекторами.

Существует в литературе похожая на типологию Мамчур, но в некоторых "деталях", отличающаяся от нее, классификация типов конкурирующих теорий. В работе A.M. Мостепаненко и Е.И. Фокиной выделяются три типа конкурирующих физических теорий: 1. "Физические теории, у которых идентичный математический аппарат, но различна его физическая интерпретация и соответственно различны физические и философ- ско-гносеологические принципы, лежащие в основе теорий". 2. "Физические теории с различным, но изоморфным математическим аппаратом, обладающим различной физической интерпретацией". 3. "Физические теории, математический аппарат которых различен, равно как различен и ряд фундаментальных физических и философско-гносеологических принципов, лежащих в основании теории" . Не будем вдаваться в анализ этих "деталей", но заметим, что в основном они касаются философско-гносео- логических оснований конкурирующих теорий, которые "зримо" не входят в структуру этих теорий. Более того, они обнаруживаются, как показал анализ формирования ряда фундаментальных теорий, после тщательных, порой очень тонких методологических исследований эвристической роли этих оснований. Поиск их затруднен тем, что они после построения теорий не оставляют явных следов и как "строительные леса" (Чудинов) уби-

раются.

Если попытаться иллюстрировать эту типологию примерами конкурирующих теорий, то получится следующая картина. Выделение типа (I) явно связано с соперничеством теории Лоренца и СТО, которые подходят по своим "параметрам" конкурирования: они эмпирически эквивалентны, имеют идентичный матаппарат, но различна их физическая интерпретация и соответственно различны физические и философско-гносеологические основания. В качестве примеров конкурирования типа (2) можно привести а) ОТО и ее тетрадную формулировку , б) ОТО и калибровочную теорию тяготения и ОТО и ее реперную формулировку . Упомянутые теории в этих двух типах являются строго эмпирически эквивалентными. Приблизительно эквивалентны те конкурирующие теории, которые квалифицированы по типу (3). Иллюстрацией последнего являются ОТО и линейные лоренц-ковариантные теории тяготения Биркгофа, Уайтхеда и др.

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

Еще по теме Проблема конкурирования и выбора гравитационных теорий в XX в.:

  1. Проблема конкурирования и выбора гравитационных теорий в XX в.