Читать интересную книгу Прирожденный лжец. Я или ты? - Александр Тарасов

В 1904 году, накануне появления решающих работ Альберта Эйнштейна по теории относительности, Анри Пуанкаре уже владел всеми наиболее существенными элементами этой теории. Он глубоко проанализировал все трудности электродинамики движущихся тел и ясно сознавал искусственный характер введенного Лоренцом местного времени и сокращения Фицджеральда, с помощью которых эти физики надеялись сохранить инвариантность уравнений Максвелла и объяснить результаты эксперимента Майкельсона. Пуанкаре было ясно, что эти гипотезы, носившие отрывочный характер и произвольно введенные одна за другой, должны уступить место общей теории и стать не более чем частными следствиями из нее. Развитая к тому времени Лоренцом динамика электрона с переменной массой, зависящей от скорости, была хорошо известна Пуанкаре: он сознавал, что теория Лоренца устанавливает для материальных тел существование верхнего предела скорости, равного скорости света в пустоте. В полной мере оценивая все следствия, вытекающие из этого факта, Пуанкаре писал в «Науке и методе» (Science et methode, p. 252): «Можно было бы рассуждать следующим образом. Наблюдатель может достичь скорости в 200 000 км/сек. Тело в своем движении относительно наблюдателя может достигнуть той же скорости. Тогда его абсолютная скорость будет равна 400 000 км1 сек, что невозможно, поскольку это превышает скорость света. Кажущееся противоречие разрешается, если принять во внимание то, каким способом Лоренц вычисляет местное время». Этот отрывок показывает, что Пуанкаре до Эйнштейна были известны формулы релятивистского сложения скоростей. И действительно, в замечательном мемуаре, написанном еще до выхода в свет работ Эйнштейна и опубликованном в «Rendiconti del Circolo matematico di Palermo», в котором Пуанкаре более глубоко исследовал динамику электрона с массой, зависящей от скорости, содержатся формулы релятивистской кинематики.

Еще немного и Анри Пуанкаре, а не Альберт Эйнштейн, первым построил бы теорию относительности во всей ее общности, доставив тем самым французской науке честь этого открытия. Действительно, разве не Пуанкаре принадлежат следующие строки, в которых он подытожил все свои размышления о принципе относительности (Science et methode, p. 240): «Как бы то ни было, нельзя отделаться от впечатления, что принцип относительности есть общий закон природы и что никогда, никакими мыслимыми средствами не удастся измерить что-нибудь иное, кроме относительных скоростей. Под последними я понимаю не только скорости тел относительно эфира, а и скорости одних тел относительно других. Самые разнообразные эксперименты привели к столь хорошо согласующимся между собой результатам, что представляется естественным приписать принципу относительности значение, сравнимое со значением, например, принципа эквивалентности. Во всяком случае, необходимо исследовать, к каким следствиям приведет нас такая точка зрения, чтобы затем подвергнуть эти следствия экспериментальной проверке». Вряд ли можно более близко подойти к идее Эйнштейна.

Однако Пуанкаре так и не сделал решающего шага, и предоставил Эйнштейну честь разглядеть все следствия из принципа относительности и, в частности, путем глубокого анализа измерений длины и времени выяснить подлинную физическую природу связи, устанавливаемой принципом относительности между пространством и временем. Почему Пуанкаре не дошел до конца в своих выводах? Несомненно, чрезмерно критическая направленность его склада мышления, обусловленная, быть может, тем, что Пуанкаре как ученый, был прежде всего чистым математиком. Как уже говорилось ранее, Пуанкаре занимал по отношению к физическим теориям несколько скептическую позицию, считая, что вообще существует бесконечно много логически эквивалентных точек зрения и картин действительности, из которых ученый, руководствуясь исключительно соображениями удобства, выбирает какую-то одну. Вероятно, такой номинализм иной раз мешал ему признать тот факт, что среди логически возможных теорий есть такие, которые ближе к физической реальности, во всяком случае, лучше согласуются с интуицией физика, и тем самым больше могут помочь ему. Вот почему молодой Альберт Эйнштейн, которому в то время исполнилось лишь 25 лет и математические знания которого не могли идти в сравнение с глубокими познаниями гениального французского ученого, тем не менее раньше Пуанкаре нашел синтез, сразу снявший все трудности, использовав и обосновав все попытки своих предшественников. Этот решающий удар был нанесен мощным интеллектом, руководимым глубокой интуицией о природе физической реальности.

Однако блестящий успех Эйнштейна не дает нам права забывать о том, что проблема относительности была еще ранее глубоко проанализирована светлым умом Пуанкаре и что именно Пуанкаре внес существенный вклад в будущее решение этой проблемы. Без Лоренца и Пуанкаре Эйнштейн не смог бы достичь успеха.

Не имея возможности остановиться подробно на содержании прекрасного мемуара Пуанкаре, опубликованного в «Rendiconti del Circolo matematico di Palermo», мы тем не менее хотели бы напомнить следующее. Изучая устойчивость электрона, знаменитый геометр показал, что объяснить ее можно лишь в том случае, если наряду с известными электромагнитными силами допустить существование силы неизвестной природы — «давления Пуанкаре». Эта сила, уравновешивая взаимное отталкивание различных частей электрона, позволяет ему существовать, несмотря на это отталкивание. Открытие Пуанкаре не потеряло своего значения и сегодня: хотя теория элементарных частиц и их структуры ушла далеко вперед (впрочем, ее уровень по-прежнему не может считаться удовлетворительным), в наши дни снова нередко можно услышать разговоры о «давлении Пуанкаре».

Если к работам Пуанкаре по электромагнетизму и теории электронов прибавить те его труды, которые были посвящены исследованию волн Герца, их генерированию, распространению и свойствам, то станет ясно, что Пуанкаре возглавлял авангард физиков-теоретиков своего времени, направляя его победное шествие.

Проблемой, имеющей большое значение как для теоретической физики, так и для всей натуральной философии, является проблема детерминизма и тесно связанная с ней проблема корректного определения случайного, вводящего в детерминизм вероятность. Пуанкаре неоднократно обращался к этим проблемам. В настоящее время, когда они вновь стали предметом рассмотрения, весьма интересно перечитать посвященные им работы Пуанкаре. Как все ученые его времени, Пуанкаре ничуть не сомневался в том, что все физические явления, в том числе и наиболее элементарные, подчиняются строгим законам, незыблемому детерминизму, выражаемому дифференциальными уравнениями, решения которых полностью определяются заданием достаточного числа начальных данных. Такая уверенность в детерминизме делала неизбежным подход к проблеме случайного, по существу полностью совпадающий со взглядами, изложенными великим Лапласом в его фундаментальных работах по теории вероятностей. Для Пуанкаре, так же как и для Лапласа, случай в подлинном смысле этого слова не существовал: если случайность и возникала в каких-либо явлениях природы, то ее появление было обусловлено либо нашей неспособностью решить задачу, трудность которой превосходит силы нашего разума, либо тем, что мы пренебрегли какими-то данными, необходимыми для ее решения.

Известно, что последующее развитие наших знаний о явлениях, происходящих на атомном уровне, или о квантах, существенно повлияли на взгляды большинства физиков на природу случайности и коренным образом изменили эти взгляды. Согласно современным представлениям, явления на этом уровне происходят чисто случайно, и если на макроскопическом уровне нам кажется, будто мы располагаем неким точным законом, то это происходит лишь потому, что макроскопические явления представляют собой статистическое среднее огромного числа элементарных явлений. Эта точка зрения прямо противоположна классической точке зрения на природу случайности, которую разделял еще Пуанкаре. Согласно классической точке зрения, лишь строго детерминированный закон соответствовал глубокому слою физической реальности, а статистический закон был лишь его макроскопическим проявлением. Согласно современной точке зрения, наоборот, статистический закон играет основную роль, а детерминированный служит лишь его макроскопическим проявлением. Однако и при таком понимании соотношения между необходимым и случайным, несмотря на то, что детерминированный закон утрачивает свое привилегированное положение, было бы неверно утверждать, будто природа подчиняется только капризу лишь потому, что, помимо детерминированных, существуют еще и статистические законы.

Эти новые тонкие идеи, завоевавшие всеобщее признание у современных физиков, занимающихся квантовой теорией, определяются развитием физики, о которых Пуанкаре ничего не было известно. Эти фундаментальные результаты не могли быть для него доступны, поэтому Пуанкаре до конца своей жизни оставался непоколебимым приверженцем детерминизма, понимаемого в классическом духе, и связанного с ним понимания случайности. Таким образом, будучи убежденными сторонниками чисто вероятностной интерпретации волновой механики, большинство физиков-теоретиков теперь утверждают, что Пуанкаре придерживался ошибочных взглядов.