Аструс: Новая физика. Физика веры
Шрифт:
Указание на нематериальную природу абсолютных явлений – проявление ньютоновской дихотомии («дихотомия» – «раздвоенность»). Причиной времени и пространства по Ньютону является Бог.
Природа абсолютного времени и пространства имеет отношение только к абсолютному миру. Абсолютный мир – вечен и совершенен, он не подвержен тлению и трению, там существуют другие законы, не подвластные механическим закономерностям. Это прерогатива Бога.
А применяемое в механике время есть артефакт, оно, как и пространство, имеет другую природу, нежели явления внешнего мира. И Ньютон предписывает законы движения только
Вопрос лишь в том, как отличить абсолютное движение от относительного. Прямолинейное движение есть движение относительное. Для формулы не имеет значения, что относительно чего движется. Что находится в покое, зависит только от выбора системы отсчета. Поэтому скорости можно складывать и вычитать, принимая одно тело за покоящееся, другое – за движущееся прямолинейно.
Иное дело вращательное движение. По Ньютону, вращательное движение приближается к абсолютному и не может иметь таких же характеристик, как движение прямолинейное [12].
С вращательным движением все не так просто. Никаких проблем не возникает только в случае вращения точки. Но если вращается шар, то появляются отличия между движениями его центра, оси и любой другой точки.
А вокруг, куда ни глянь, везде вращательное движение. Вращается все, начиная от атома и кончая самой Вселенной.
Выход из положения нашел Л. Эйлер, разработав упрощенный подход. Он предложил принимать любой объект, даже планеты, за точку. Благодаря простоте решения Эйлер описал огромное количество типов движений, и с этого началось триумфальное шествие механики.
И небесная механика, в которой движущиеся по орбитам планеты приняты за точки, оказалась достаточно эффективной.
Правда, при этом пришлось пожертвовать кое-чем, в частности, принять условия, что пространство однородное, гладкое, бесструктурное, безразличное к переносам, поворотам и смещениям, а время – не имеющее направления, без различения прошлого, настоящего и будущего. Из всех свойств, которые присущи времени, используется только одно – длительность, а из всех свойств пространства – протяженность.
В общем, начиная с эпохи античности и почти до XIX века, развитие представлений о пространстве происходило в рамках его интерпретации как объективной характеристики мира. Существенным моментом было то, что эти представления развивались исключительно в рамках евклидовой геометрии, которая даже не ставилась под сомнение.
Неевклидово пространство
Новое представление о пространстве возникло в XIX веке, когда по результатам работ Н. И. Лобачевского, Я. Бойяи, К. Ф. Гаусса стало ясно, что геометрия Евклида не является единственно возможной. Лобачевский первым обнаружил искривление пространства и установил, что геометрия пространства зависит от сил и масс, с которыми тесно связано время.
Словом, создатели неевклидовой геометрии установили наличие прямой связи между геометрией пространства и наблюдаемыми физическими явлениями. В этом аспекте всех превзошел молодой английский математик и философ Уильям Клиффорд (1845–1879), соотечественник и современник Дж. К. Максвелла. Впитавший в себя идеи геометрии Лобачевского, он пришел к выводу, что пространство,
Клиффорд утверждал, что в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, а материя представляет собой сгустки пространства – своеобразные холмы на фоне плоского пространства. В 1876 году Клиффорд опубликовал работу с весьма неожиданным для того времени названием – «О пространственной теории материи». Он писал: «Вариация кривизны пространства отражает то, что действительно происходит при явлении, которое мы называем движением материи, эфирной или телесной. В реальном физическом мире не происходит ничего, кроме этих вариаций, вероятно, удовлетворяющих закону непрерывности» [13].
Пространство Эйнштейна
В начале ХХ века, в связи с появлением теории относительности Эйнштейна, возникла новая точка зрения на пространство и время. Пространство и время были объединены в единый пространственно-временной континуум. Теория относительности отрицает конкретность пространства, тем самым «оно не создается из мира, но только затем уже привносится задним числом и именно в метрику четырехмерного многообразия, которое возникает благодаря тому, что пространство и время связаны в единый (четырехмерный) континуум посредством скорости света» [14]. В соответствие с теорией относительности, время – это еще одно измерение, сплетенное вместе с пространством в пластичную ткань, которая искривляется материей. В рамках теории относительности стало бессмысленным говорить о пространстве и времени за пределами Вселенной.
Немецкий математик Г. Минковский писал: «Отныне пространство само по себе и время само по себе обращаются в бесплотные тени; сохранит физический смысл лишь некоторая форма их объединения».
Причиной для объединения пространства и времени в единый континуум послужила взаимосвязь пространственных и временных характеристик в рамках преобразований Лоренца. Но подобное формальное объединение не делает пространство и время эквивалентными. А в общей теории относительности Эйнштейна центральным стержнем является именно принцип эквивалентности [3] .
3
Принцип эквивалентности фиксирует эквивалентность тяжелой и инертной массы в некоторой системе отсчета. Эквивалентность тяжелой и инертной масс означает эквивалентность ускорения и поля тяготения.
Эйнштейн сумел связать гравитацию со сжатием пространства, а ускорение или замедление времени – со степенью искривления пространства. В общей теории относительности (ОТО) массы, создающие поле тяготения (поле гравитации), искривляют пространство и меняют течение времени. Подчеркнем, что гравитация Эйнштейна – это не причина кривизны пространства, а сама кривизна. Кривизна пространства-времени меняется в зависимости от распределения тяжелых масс, от величины их гравитационных полей. Любое поле можно рассматривать как пространство, в различных точках которого тела ведут себя по-разному.