Абсолютная система отсчета в теории относительности

С возникновением специальной теории относительности А. Эйнштейна появилась возможность говорить об относительности существования таких свойств, которые в классическом естествознании рассматривались как «первичные». Локковская теория «первичных» и «вторичных» качеств обосновывала классическое представление о существовании вещей самих по себе. «Вторичные» качества относительны. Цвет, вкус, запах и т. п. относительны к наблюдателю. Такие же качества, как вес, форма, размер и др., относятся к «первичным». «Первичные» качества безотносительны. Отсюда, кстати, представление о том, что изменение «первичных качеств означает изменение самой вещи, и наоборот.

В теории относительности А. Эйнштейна относительными стали и «первичные» качества. Это касается фигуры и размера предмета. Понятие одновременности также стало относительным. Обращение к теории относительности связано для нас с интересом к тем ограничениям, которые накладывает теория относительности на возможности наблюдения и измерения. Прежде всею отметим, что ограничение касается возможности классического наблюдателя находиться одновременное в любом месте пространства. Наблюдатель в теории относительности оказывается жестко привязанным к системе отсчета. Без этой привязки описываемые теорией результаты наблюдений не могут быть адекватно и непротиворечиво интерпретированы.

В классической механике фундаментальной идеей является идея дальнодействия, связанная с представлением об абсолютности одновременности двух событий. Любые два события, происходящие одновременно в одной системе отсчета, будут одновременными и в любой другой системе отсчета. Это даст возможность связывать в сознании два события как происходящие одновременно независимо от того, кто и как их наблюдает, т. е. интерпретировать временную связь двух событий как объективную. Данная связь имеет нефизический характер. Действительно, если понимать эту связь как физический процесс, то мы должны предположить, что существует способ синхронизации часов, находящихся в разных точках пространства. Все часы в разных точках пространства должны идти как одни часы. Этого можно добиться, посылая информацию из одной точки пространства в другую. Информация может идти с какой угодно скоростью, так что гарантировать синхронизацию часов можно лишь при условии, что скорость информационного сигнала равна бесконечности. Другого универсального способа обмена информацией в классической физике нет. Но сигнал, распространяющийся с бесконечной скоростью, находится одновременно в любой точке своей траектории. Благодаря такому способу синхронизации все точки пространства уже соединены друг с другом протяженными линиями, так что владение информацией о событии в одной точке линии означает владение ею в любых других точках линии. В этом суть идеи дальнодействия. Мы не имеем никаких объективных оснований (даже в рамках классической механики) считать этот принцип физическим и отражающим природу. Однако этот принцип является условием возможности наблюдения и постановки осмысленного эксперимента в классической физике.

Теория относительности строилась Эйнштейном на идее близкодействия, содержавшейся в теории электромагнетизма Максвелла и отраженная в уравнениях, содержащих частные производные. Согласно этой идее никакая информация о физическом событии не может быть передана со скоростью, превышающей скорость света. В соответствии с этим принципом субъект ограничен в своих возможностях наблюдать и непротиворечиво мыслить два события, которые одновременны в одной системе отсчета и не одновременны в другой. Всякий начинающий изучать релятивистскую теорию испытывает огромные трудности в необходимости следовать указанному ограничению. Со временем сознание вырабатывает привычку не представлять себя (наблюдателя) как присутствующего одновременно во всех системах отсчета. Указанные трудности связаны с необходимостью мыслить события физического мира не только в пространстве, но и во времени. Принцип близкодействия накладывает ограничения на самосознание наблюдателя, так что субъект не должен мыслить себя как присутствующего повсюду в пространстве мира. Субъект сознательно локализует свое присутствие в пределах так называемого светового конуса, внутри которого расположены события прошлого и будущего, относительно которых информация может быть получена (пли сообщена) в настоящем (или из настоящего). Другие физические события, не содержащиеся в световом конусе, связанном с данной системой отсчета, не могут быть наблюдаемы. Эти ненаблюдаемые физические события могут быть доступны другому наблюдателю, связанному с другой системой отсчета. Здесь возникает проблема обмена информацией и возможности ее понимания. Необходим какой-то общий язык или средство, расшифровывающее информацию одного субъекта применительно к условиям наблюдения другого. Четырехмерное пространство-время, введенное Г. Минковским, представляет собой тот язык, с помощью которого осуществляется перевод информации с одних терминов наблюдения на другие. Необходимость коммуникации связана с признанием автономности каждого из субъектов наблюдения. Акт понимания требует примирения с этой автономностью «другого» и примирения с «его» видением физического события. Встать на точку зрения другого субъекта можно, лишь отказавшись от собственной частной позиции, от видения явлений из своей системы отсчета. Единство понимания «другого» и осознания своей собственной позиции как неустранимой и обязательной обеспечивается наличием у разных субъектов наблюдения одного универсального представления мира, которое и зафиксировано в теоретической модели пространства-времени Г. Минковского. Такой «образ» мира не может быть получен из данных наблюдения или их обобщения. Напротив, благодаря этому «априорному образу» получают смысл данные наблюдений «другого» субъекта для меня, моей системы отсчета. Существование в сознании каждого наблюдателя некоего универсального «априорного» представления о мире является условием осмысленности результатов наблюдений каждого из наблюдателей и возможности взаимопонимания между ними. В каждом из эмпирических субъектов существует как бы трансцендентальное Я, которое выступает условием возможности концептуального представления опыта и мира в контексте опыта. Отрицание такого Я ведет к субъективистским интерпретациям теории относительности^[87]. Теория относительности показала новый вид относительности существования физических объектов, событий к эмпирическому субъекту, но в то же время она исходит из признания существования неэмпирического субъекта, который не привязан к какой-то системе отсчета, который не является каким-то наблюдаемым объектом в мире. В рассмотренном нами примере этот субъект выступает в форме математической модели. Его существование необходимо как условие объективного истолкования наблюдаемых физических явлений.

Таким образом, теория относительности, несмотря на свое название, не игнорирует абсолютное. Избавившись от некоторых абсолютов механики Галилея — Ньютона, теория Эйнштейна вводит другие абсолюты. К последним, например, относится то, что мы называем скоростью света. До-эйнштейновские представления об электромагнитном поле были основаны на концепции эфира как посредника взаимодействия зарядов и переносчика электромагнитного воздействия. Механистические представления об эфире противоречили, как известно, опытам Физо и Майкельсона — Морли. Эфир, как модель абсолютного пространства, являлся теоретическим представлением, необходимым в качестве логического основания в интерпретации опытов. Логическую функцию основания в теории Эйнштейна стало выполнять представление о поле. Электромагнитное поле не является механической инерциальной системой отсчета. Но по отношению к нему определяются характеристики механического движения тел. В частности, инерциальная система отсчета определяется тем, что в ней скорость света имеет в разных направлениях одну и ту же величину. Хотя электромагнитное поле не является абсолютной системой отсчета в ньютоновском смысле, но скорость распространения электромагнитного излучения не зависит от условий опыта и в этом плане обладает абсолютным характером, определяемым негативно. Эйнштейн писал: «...В предлагаемой теории не вводится наделенное особыми свойствами «абсолютно неподвижное пространство», а также ни одной точке пустого пространства, где происходят электромагнитные явления, не приписывается вектор скорости»^[88]. Поэтому скорость света в действительности (или, по крайней мере, в смысле классической физики) не является скоростью. Однако через отношение к этой нескорости света определяются скорости движения механических тел. Данная абсолютная характеристика поля становится немыслимой в природе, если ей придают смысл эмпирически наблюдаемой скорости движения.

Первоначальный замысел Эйнштейна, что «призраки абсолютного движения и инерциальной системы координат могут быть исключены из физики^[89]» на базе построения общей теории относительности, в полной мере не оправдался. Это связано с тем, что, как показано В. А. Фоком, нельзя утверждать вслед за Эйнштейном равноправность любых систем отсчета и невозможность отличить инерциальное и ускоренное движения^[90]. Исследуя проблему относительности и абсолютности в теории относительности, А. М. Мостепаненко также показывает, что «...и общая, и специальная теория относительности содержит в себе и момент относительности, и момент абсолютности. Макроскопическая структура пространства-времени продолжает сохранять свойства абсолютности, и неудивительно, что не удается изжить из теории «призрак» абсолютного пространства и абсолютного движения»^[91].