Вчерашняя "ошибка" становится истиной

В самом начале своей статьи "Пространство и время" Пуанкаре отмечает, что принцип относительности в той форме, в какой он появился у Лоренца, заставляет нас принять совершенно новые представления о пространстве и времени. Но ведь не так давно он утверждал, что геометрия пространства "построена нашим умом" и стоит вне опытной проверки. Напрашивается довольно каверзный для автора вопрос, который он сам и формулирует: "Не кажется ли, что опыты, на которых основана механика, поколебали геометрию?" Основатель научного конвенционализма попал как будто бы в трудное положение, из которого только один выход - признать его конвенциональные взгляды неприменимыми к геометрии пространства - времени.

Однако Пуанкаре не видит оснований для отказа от прежних своих выводов даже в отношении четырехмерной геометрии, которая им еще не рассматривалась с этой точки зрения. Успешное использование преобразований Лоренца он объясняет переходом физиков к новому, более удобному соглашению, заключив свою статью весьма неожиданно: "Это не значит, что они были вынуждены это сделать; они считают это новое соглашение более удобным, вот и все; и те, кто не придерживается этого рода мысли, могут вполне законно сохранять старый, чтобы не нарушать своих привычек. Между нами говоря, я думаю, что они это еще долго будут делать".

Такое утверждение озадачило многих. Большинство восприняло его как отречение от новейшей физической теории пространства и времени^*. Величайшее достижение научной мысли Пуанкаре хочет объяснить пресловутым удобством выбора теоретического описания физических явлений. А его слова о возможности сохранить старое соглашение, то есть использовать преобразования Галилея даже при высоких скоростях движения, представлялись попросту ошибочными. Все были убеждены в том, что физический опыт непосредственно отрицает возможность непротиворечивого использования этих преобразований. Так считал Эйнштейн, который накануне брюссельской встречи с Пуанкаре в статье "Принцип относительности и его следствия" писал о едином времени галилеевских преобразований как о произвольной гипотезе, не отвечающей действительности. Такой же точки зрения придерживались и другие физики.

^* (Если в беседах на Сольвеевском конгрессе Пуанкаре высказывал именно такие взгляды, что весьма вероятно, судя по времени написания статьи "Пространство и время", то неудивительна тогда та реакция Эйнштейна, которая выражена в уже цитировавшемся его письме 1911 года.)

На долгие годы в науке утвердилось мнение, что само развитие физики показало несостоятельность преобразований Галилея при околосветовых скоростях движения. Особому взгляду Пуанкаре на новую теорию не придали серьезного значения. Его сочли результатом ошибочного преувеличения роли конвенции в построении теории пространства и времени. Известный французский ученый Луи де Бройль, автор исходной идеи волновой механики, писал впоследствии: "...Именно эта философская склонность его ума к "номиналистическому удобству" помешала Пуанкаре понять значение идеи относительности во всей ее грандиозности!" Правда, несколькими строчками ниже де Бройль призывает к осторожному обращению с заблуждениями великих. "Всегда полезно поразмыслить над ошибками, сделанными великими умами,-предостерегает он,- поскольку они часто имели серьезные основания для того, чтобы их сделать, и поскольку эти великие умы всегда обладают проникновенной интуицией, возможно, что их утверждения, сегодня рассматриваемые как ошибочные, завтра окажутся истинными".

Это замечание французского физика оказалось на редкость проницательным. Много позднее, уже во второй половине XX века, стало очевидным, что отвергавшееся утверждение Пуанкаре никакой фактической ошибки не содержит. Непонимание простого смысла его слов было результатом ограниченного толкования теории относительности. Во всем этом смогли разобраться уже после того, как обратили внимание на его раннюю работу "Измерение времени". Именно условность одновременности, связанная с невозможностью измерить скорость света в одном направлении, позволяет одинаково строго описывать физические явления и на основе преобразований Галилея, и на основе преобразований Лоренца. Нужно лишь для каждого способа описания выбрать свое определение одновременности^*.

^* (Приняв одновременность, основанную на предположении о равенстве скоростей света в двух противоположных направлениях, и свои для каждой системы, так называемые собственные эталоны длины и длительности, мы связываем пространственно-временные координаты двух движущихся систем преобразованиями Лоренца. Но если выбрать для всех систем единую одновременность и единые эталоны длины и длительности, то пространственно-временные координаты систем окажутся связанными преобразованиями Галилея.)

Анри Пуанкаре был полностью прав, когда утверждал, что никакой физический опыт не может подтвердить истинность одних преобразований и отвергнуть другие как недопустимые. Но он остался одиноким в своих взглядах. Хоть вопросы науки и не решаются большинством голосов, в тех случаях, когда возникают разногласия в понимании научных теорий, сложившееся умонастроение большинства может долгие годы сохранять господствующее положение. Ученые забыли наставление Галилея: "Авторитет, основанный на мнении тысячи, в вопросах науки не стоит искры разума у одного-единственного". В течение нескольких десятилетий научная общественность не принимала точку зрения французского ученого, изложенную в статье "Пространство и время", считая ее ошибочной. Ничего бы не изменилось, если бы вместо публикации этой статьи Пуанкаре изложил свое мнение в виде послания, адресованного грядущим поколениям физиков, как это сделал Майкл Фарадей^*. Впрочем, статья как раз и сыграла роль такого письма в будущее, поскольку изложенные в ней идеи не были восприняты на протяжении полувека. Это весьма красноречиво характеризует глубину мышления ее автора.

^* (В 1832 году Фарадей пришел к выводу, что магнитное воздействие и электрическая индукция должны распространяться в пространстве с конечной скоростью в виде волн. Но, сознавая, насколько его взгляды опережают существовавшие тогда научные представления, он не стал публиковать свою идею об электромагнитных волнах, а направил в Королевское общество запечатанный конверт с надписью "Новые воззрения, подлежащие хранению в архивах Королевского общества". Только через 106 лет конверт был обнаружен в бумагах архива и вскрыт в присутствии видных английских ученых.)

Истоки непонимания взглядов Пуанкаре кроются в забвении его ранней работы "Измерение времени", в которой он вскрывает условный характер одновременности. Это центральное понятие было внесено в теорию относительности Эйнштейном без тех разъяснений его конвенциональной сущности, которые были даны французским ученым. В результате стало возможным такое ошибочное в своей ограниченности понимание этой теории, при котором основное внимание акцентировалось на "несостоятельности" преобразований Галилея^*. Ограниченными оказались связанные с этой трактовкой представления о существовании в каждой системе своего само собой идущего времени и своих пространственных масштабов, истолковываемых в отрыве от общих свойств физических процессов. Это недопонимание нашло отражение в принятой логике построения теории относительности, когда из релятивистских свойств пространства и времени выводятся новые свойства движения при высоких скоростях.

^* (На самом же деле затруднения классической физики состояли вовсе не в использовании преобразований Галилея, а в непонимании того обстоятельства, что необходимо отказаться от галилеевского принципа относительности, от инвариантности законов физики относительно этих преобразований.)

На этот недостаток принятого им построения теории указал впоследствии и сам Эйнштейн, отметив в своей творческой автобиографии неправомерность отделения масштабов и часов от всего остального мира физических явлений. "Можно заметить,- писал он,- что теория вводит (помимо четырехмерного пространства) два рода физических предметов... Это в известном смысле нелогично; собственно говоря, теорию масштабов и часов следовало бы выводить из решений основных уравнений (учитывая, что эти предметы имеют атомную структуру и движутся), а не считать ее независимой от них". Этим высказыванием Эйнштейн фактически признал более логичным тот путь построения теории быстрых движений, который избрал Лоренц и который был своевременно признан лишь Пуанкаре.