ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Теория относительности

Теория относительности – физическая теория, рассматривающая зависимость свойств тел и физических полей от движения. Важнейшей частью теории относительности является физическое учение о пространственных и временных свойствах материальных объектов (размерах тел и длительности процессов).

Теория относительности возникла в начале XX в. в результате разрешения глубоких противоречий учения об электромагнитном поле и его источниках – заряжённых частицах вещества. В электронной теории, разработанной Лоренцом в конце XIX в., электромагнитное поле рассматривалось как особое состояние (род движения) универсальной однородной среды – эфира, заполняющего всё мировое пространство. Эфир представляли себе как абсолютно проницаемую среду, сквозь которую могут беспрепятственно перемещаться частицы (электроны), причём эфир остаётся неподвижным, т. е. его части не перемещаются относительно друг друга. Согласно этой теории, создаваемые электронами электромагнитные поля распространяются по эфиру с абсолютной (по отношению к неподвижному эфиру) скоростью (скоростью света); интенсивность поля также зависит от скорости движения его источников – заряжённых частиц – по отношению к неподвижному эфиру. Это основное положение электронной теории – о зависимости поля от некоей абсолютной скорости его источников – оказалось в противоречии с механикой, согласно которой взаимодействие и движение тел определяются только их относительными расстояниями и скоростями. Оно было опровергнуто и прямыми опытами (Майкельсона и др.). Разрешение этого противоречия оказалось возможным только путём отказа от взгляда на поле как на состояние универсальной неподвижной мировой среды, и, следовательно, путём отказа от представления о самом существовании такой среды – эфира как «субстанции» поля. Физики-материалисты стали рассматривать электромагнитное поле как специфическую форму материи, связанную с веществом и осуществляющую перенос действий от одних заряжённых частиц вещества к другим; взгляд на поле как на форму материи полностью подтверждён открытием взаимопревращения частиц вещества и квантов электромагнитного поля (фотонов). Вместе с тем было показано, что структура поля, связанного с частицей, влияет на многие существенные свойства частицы, в частности на её массу, размер, темпы совершающихся в ней процессов. Эти вновь открытые свойства поля, а также факт изменчивости свойств частиц, их зависимости от поля послужили основой теории относительности.

Теория относительности была разработана главным образом в трудах Лоренца и Эйнштейна. Эйнштейн принимает в качестве исходного пункта теории относительности положение, представляющее собой обобщение опыта и выражающее общий закон передачи действий в поле от одних вещественных частиц (систем) к другим. Согласно этому положению, скорость распространения действий в электромагнитном поле (скорость света) в вакууме является предельной величиной; частица вещества не может двигаться относительно какой-либо замкнутой материальной системы (так называемой инерциальной системы) со скоростью, равной или большей скорости света в вакууме. В основу теории относительности положен также принцип относительности (известный ещё в классической физике), согласно которому скорость инерциального движения материальной системы как целого по отношению к другим системам не влияет на законы движения и взаимодействия частей системы; взаимодействия частиц в такой системе зависят только от их относительных расстояний и скоростей.

Исходя из этих положений теории относительности, был сделан ряд важных выводов. Так, согласно теории относительности, структура электромагнитного поля, связывающего заряженные частицы вещества, меняется с изменением скорости их движения. Перечисленные выше свойства частицы изменяются с изменением её относительной скорости; размер быстро движущейся (со скоростью, сравнимой со скоростью света) частицы уменьшается, темпы процессов замедляются, масса же неограниченно возрастает при приближении скорости частицы к скорости света. Выводы теории относительности подтверждены опытом; особенно широкое применение (в ядерных процессах) нашло соотношение между массой т и энергией Е: Е=тс² (с – скорость света). Опыт показал, что при очень больших энергиях частицы вещества при взаимодействиях превращаются в другие, более устойчивые в данных условиях; расчёт этих превращений, играющих большую роль в физике атомного ядра, невозможен без учёта взаимосвязи между массой и энергией.

Изложенные положения составляют содержание так называемой специальной теории относительности. Дальнейшее развитие этих идей в применении к гравитации (тяготению) составляет содержание общей теории относительности. Согласно последней силы тяготения суть проявления материального гравитационного поля, структура которого зависит от распределения масс и их движений; действия гравитационного поля также передаются с конечной скоростью. От структуры гравитационного поля зависят свойства пространственных и временных величин (геометрия пространства-времени), определяющиеся, таким образом, распределением и движением материи. Некоторые выводы общей теории относительности также нашли экспериментальное подтверждение. Таким образом, теория относительности привела к коренной ломке господствовавших в XIX в. физических представлений о пространстве и времени, о поле, о массе.

До теории относительности в физике господствовал взгляд на пространство и время как на самостоятельные объекты, существующие наряду с материей и независимо от неё, как на пустые «вместилища» вещей и процессов. Физика XIX в. вслед за Ньютоном признавала, что закономерности пространства (геометрия), а также времени являются абсолютными и неизменными: пространственные величины подчиняются эвклидовой геометрии, временные – законам числового ряда. Этот метафизический взгляд на пространство неразрывно связан с метафизическим взглядом на материю, согласно которому последняя состоит из частиц с неизменным объёмом. Представление об абсолютном пространстве и абсолютном времени, друг с другом не связанных, не вступает в явное противоречие с законами ньютоновской механики, согласно которым масса тела не зависит от скорости движения, а сама скорость тела может возрастать беспредельно. Метафизические представления об абсолютности пространственных и временных величин и неизменности их закономерностей были использованы Кантом в качестве доказательства якобы априорности пространства и времени. Первый удар по этим ошибочным воззрениям нанёс Н. И. Лобачевский, доказавший возможность существования неэвклидовых геометрий и указавший на связь геометрии с физикой, на зависимость пространства от материи. Энгельс подверг глубокой критике метафизические воззрения на пространство и время. Диалектический материализм рассматривает время и пространство как формы существования движущейся материи. Пространство и время не существуют вне протяжённых вещей и длящихся материальных процессов. Закономерности пространства и времени определяются общими свойствами материи. Поскольку абсолютно однородной, бескачественной материи не существует, нет и абсолютно однородных пространства и времени, закономерности которых были бы везде и всегда одинаковы. Теория относительности подтвердила учение диалектического материализма о пространстве и времени. Коренные изменения физических представлений о материи – открытие полей, установление связи между свойствами тел и структурой создаваемых ими полей – с необходимостью привели к изменениям физических представлений о пространственных и временных величинах. Физики вынуждены были отказаться от взгляда на пространство и время как на особые объекты, существующие вне и наряду с материей. Протяжённость (размеры) тел и длительность процессов оказались зависящими от движения; они оказались связанными и друг с другом.

Сторонники «физического» идеализма неверно истолковывают содержание теории относительности. Один из творцов теории относительности, крупнейший физик А. Эйнштейн, внёсший основной вклад в разработку её конкретных физических положений, дал под влиянием махистской философии идеалистическое толкование некоторых положений этой теории. Эйнштейн представлял эту теорию как вывод из некоторых, якобы условно принятых, постулатов, позволяющий «описать» зависимости между пространственными и временными величинами. Задача более глубокого изучения процессов изменения свойств быстродвижущихся тел в зависимости от скорости движения сторонниками этой точки зрения снимается, так как сами эти свойства – инертность, протяжённость и др. – рассматриваются ими не как объективно присущие движущимся телам, а лишь как результаты некоторых операций – измерений чисто внешних отношений тела к другим телам. Исходя из формального толкования общей теории относительности, был сделан вывод о равноправии систем Коперника и Птоломея. Это утверждение в корне ошибочно, поскольку оно отрицает материальное, генетическое единство солнечной системы; оно приводит и к другим неверным заключениям, вроде вывода о бесконечной скорости движения удалённых небесных тел относительно (вращающейся) Земли. За идеалистическое истолкование теории относительности ухватились философы-идеалисты; некоторые из них договорились до реальности четвёртого измерения пространства, конечности мира и тому подобных несостоятельных утверждений. Из этих примеров видно, как правильная, прогрессивная физическая теория извращается и используется идеализмом. Материалисты физики и философы опровергли ряд ошибочных утверждений «физических» идеалистов. Однако задача последовательного, диалектико-материалистического обоснования теории относительности, выяснения путей её дальнейшего развития ещё не решена.

Теория относительности

См. Относительности теория.