• 5

Описывает ли теория реальность?

Описывает ли теория относительности реальность или только то, как мы

с ней взаимодействуем? Выражаясь словами Бора, является ли задачей

научной теорииоткрыть нам, какова природа на самом деле? Для того

чтобы показать, что теория относительности в целом не дает оснований

склониться к точке зрения, которой придерживался Бор, начнем с анализа

специальной теории относительности (СТО) (см. дополнение А).

Весьма поверхностный взгляд на СТО действительно может привести

нас к антиреализму Бора. Здесь, как правило, намекают на то, что теория

Эйнштейна говорит, что все в этом мире относительно, т. е. нет универ-

салий, нет единственного истинного взгляда на вещи и т. д.; то, как мы

смотрим на вещи, всегда относительно наблюдателя, взгляд одного может

существенно отличаться от взглядов другого, и нет никакой возможности

утверждать, что один из них ошибочен. Все, о чем можно говорить, – это

субъективные представления, а они относительны.

Конечно, считать, что теория Эйнштейна утверждает, что все относи-

тельно, – это значит весьма далеко отойти от того смысла, который зало-

жил в нее Эйнштейн. СТО в буквальном смысле «построена» на универ-

салиях. К концептуальным основаниям теории относятся абсолютность

(инвариантный характер) законов физики и скорости света. Собственно

говоря, СТОэто теория об абсолютных и универсальных характеристи-

ках нашего мира, относительные характеристики (длина объекта, время в

данной системе отсчета и т. д.) не играют в ее рамках решающей роли.

Например, электрический заряд и пространственно-временной интервал

это инварианты, т. е. сохраняются во всех инерциальных системах отсче-

та, а длина объекта инвариантом не является.

Демонстрация того, что ряд свойств являются относительными (длина

и время), еще ничего не говорит об относительности всех свойств. Более

того, являются ли анализируемые свойства относительными по отноше-

нию к нам, наблюдателю, или нет? Другими словами, является ли знание

об относительности длины или времени субъективным, в том смысле, как

это подразумевает Бор? На наш взгляд, нет. В соответствии с СТО, на-

пример, феномен сокращения длины никак не связан с тем, является ли

он предметом чьего-либо наблюдения или результатом вмешательства

или взаимодействия наблюдателя с процессом (как аналогичное явление

можно интерпретировать в рамках квантовой механики). Относительные

характеристики всегда относительны по отношению к заданной инерци-

альной системе отсчета, а не по отношению к наблюдателю или акту на-

блюдения, они относительны по отношению к состоянию движения.

Эффект сокращения длины не является следствием акта измерения

длины. Данное обстоятельство существенно отличает интерпретацию

этого явления от интерпретации, например, изменения температуры в

комнате, оценка последнего существенно зависит от состояния наблюда-

теля. Время жизни мюонов «растягивается» при движении с большими

скоростями; описание того, как долго они существуют, как быстро дви-

жутся и какой за это время проходят путь, – это описание того, что в дей-

ствительности происходит в природе, например в том случае, когда на

землю обрушиваются космические лучи3.

Вне всякого сомнения, хороший пример демонстрации объективности

СТОэто ее использование для проектирования электронного микроско-

па или ускорителя и способность манипулирования с объектами, которые

в них изучаются [Хакинг, 1998]. Например, линейный ускоритель в Стэн-

форде или ускоритель в Институте ядерной физики в Новосибирске раз-

гоняет электроны практически до скорости света. При таких скоростях

релятивистские эффекты достаточно значительны и обязательно учиты-

ваются. Такие характеристики, как длина, время или масса, определяются

исключительно относительно выбранной системы отсчета4. Можно даже

рассматривать их как двухместные отношения, состоящие из самой ха-

рактеристики (длина 10 м) и указания соответствующей системы отсчета.

В данном случае мы утверждаем относительность не того, как мы «смот-

рим» на вещи, а того, каковы вещи в действительности. Вещи имеют

длину или данные события являются одновременными только по отноше-

нию к данной системе отсчета5.

Вернемся к Бору и к тому, что физика касается вопроса, «что мы мо-

жем сказать о природе?». В рамках СТО мы скорее говорим о том, чего не

можем сказать о природе: длина или одновременность не являются абсо-

лютными свойствами, мы не можем сказать, что скорость света относи-

тельна. Мы не можем принять обратное, поскольку это приведет к не-

связности нашей теории и нарушению ее целостности. Мы не можем ут-

верждать, что скорость света относительна, так как это не верно. Мы не

просто что-то «можем сказать о природе», мы обязаны утверждать это.

Таким образом, интерпретация СТО основана на выделении относи-

тельных и абсолютных характеристик вещей. Отметим, что ряд свойств,

например длина или интервал времени, используют представление о раз-

личных точках в пространстве и времени (длинаэто расстояние между

двумя точками в пространстве и т. д.). В связи с этим особого анализа

требует вопрос об относительности свойств одной (выделенной) точки в

пространстве-времени СТО. Обратимся к парадоксу близнецов, который,

на наш взгляд, адекватно интерпретирует объективный характер понятия

события в рамках СТО (мы предполагаем, что читатель может самостоя-

тельно овладеть основами СТО) (см. дополнение А).

В момент встречи Ричард моложе чем Боб, и нам совершенно не важ-

но, как происходит сравнение или какими они друг другу кажутся. Ри-

чард объективно моложе. Причем мы можем переформулировать пара-

докс близнецов, например для радиоактивных образцов, два из которых

закреплены на противоположных концах стола, а третий движется от од-

ного (первого) к другому (второму). В системе отсчета, связанной со сто-

лом, закрепленные образцы имеют один «возраст» (количество распав-

шихся атомов одинаково), а третий (движущийся) образец в тот момент,

когда достигнет второго, будет «моложе» (в нем количество нераспав-

шихся атомов будет больше). СТО объясняет это явление с позиции

представления о различных системах отсчета: движущейся и неподвиж-

ной, а не с помощью апелляции к различным влияниям, которые оказыва-

ет на него наблюдатель.

Поскольку все измерения должны проводиться в одной системе отсче-

та, релятивистские эффекты, связывающие различные системы отсчета,

должны оказывать влияние на наши измерения (наблюдения). Данный

факт как нельзя лучше подходит для того, чтобы реконструировать иско-

мую взаимосвязь между явлением и реальностью. Любой информацион-

ный сигнал распространяется со скоростью, меньшей либо равной скоро-

сти света, поэтому то, «что мы можем сказать о природе», с точки зрения

СТО является лучшим свидетельством в пользу того, «какова _природа на

самом деле».

Перейдем к анализу ОТО. Что произойдет, если мы перейдем от обсу-

ждения относительности таких свойств, как длина или одновременность,

к таким свойствам, как кривизна или гравитационное красное смещение,

являются ли эти свойства свойствами реальности как таковой или всего

лишь отражают характеристики нашего взаимодействия с ней? Предваряя

анализ такого свойства, как кривизна, мы задавались вопросом: является

ли кривизна свойством реальности, которое мы измеряем, или скорее

свойством самого процесса измерения? На наш взгляд, для того чтобы

разобраться с этим, необходимо сначала обратиться к вопросу о причи-

нах, побудивших Эйнштейна перейти от СТО к ОТО.

В общем случае можно сказать, что согласно СТО некоторые свойства

вещей являются эффектами состояния движения инерциальных систем

отсчета. Переход к ОТО сопровождается расширением нашего представ-

ления о системах отсчета, в которых сохраняются законы физики, мы пе-

реходим от анализа инерциальных систем отсчета к анализу неинерци-

альных (движущихся ускоренно) систем отсчета. Аналогично представ-

лениям СТО эффекты ОТО также будут отражать объективный характер

вещей, не зависящий от воли наблюдателя.

Мы говорим, что ОТОэто теория гравитации Эйнштейна, поскольку

принцип эквивалентности действительно сводит объяснение ряда наблю-

даемых эффектов к эффектам, вызванным наличием гравитационного

поля. Данное обстоятельство является важным, так как обнаруживает

асимметрию наших представлений о релятивистских эффектах ОТО, ко-

торой не было в рамках СТО. Теперь состояния, «близкие» и «далекие»

от источника гравитационного поля, будут подвержены одному и тому же

эффекту с разной «силой» (часы вблизи Солнца будут идти медленнее,

чем в удалении от него). В любом случае следствия принципа эквива-

лентности относятся скорее к тому, «какова природа на самом деле», а не

к тому, «как мы ее наблюдаем», говорим ли мы об искривлении света

вблизи Солнца или о существовании черных дыр.

Таким образом, теория относительности (как специальная, так и об-

щая) в целом не в состоянии служить обоснованием утверждения Бора

относительно природы физики. Теория относительности ни в коей мере

не допускает, что объективная независимая реальность, которую изучает

физика, не существует, и вместе с тем убедительно показывает, что физи-

ческое описание необязательно включает субъективный фактор. Другим

важным моментом является то, что теория относительности не «выстав-

ляет» каких-либо ограничений на исследование реальности «как того, что

мы наблюдаем», она объясняет, какая часть явления связана с нашей

субъективностью, и не препятствует изучению реальности «как она есть

на самом деле».

Все это верно только в том случае, если мы игнорируем следующий

вопрос: как мы можем убедить себя в том, что теория относительности

истинна? Мы можем спросить себя: возможно, более широкий взгляд,

вовлекающий в анализ не только содержание теории, но и ее обоснова-

ние, является достаточным основанием, чтобы выдвинуть утверждение

относительно пределов физики, аналогичное утверждению Бора? Данный

вопрос особенно важен для анализа ОТО, поскольку описание реальности

в ее рамках является более фундаментальным, чем в рамках СТО. СТО

характеризует свойства, которые можно непосредственно наблюдать и

измерять, такие как длина автомобиля или время, за которое жук-короед

съедает полтонны коры. В свою очередь, ОТО описывает свойства, кото-

рые мы не можем непосредственно наблюдать, например кривизну про-

странства-времени. Переход к более абстрактным сущностям или объек-

там накладывает существенные ограничения на эпистемологическую

стратегию обоснования знания о них.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я