Попытка постичь Абсолют

Вступление

Работы Эйнштейна в области теории относительности имеют большой вес в науке как с точки зрения построения новой концепции устройства Вселенной, интерпретации основных физико-философских категорий (материя, пространство, время, энергия, масса), так и с точки зрения опровержения убеждений о совершенстве и завершенности теорий классической физики. Теория относительности Альберта Эйнштейна, будучи одной из наиболее революционных и значительных современных научных теорий, лежит в основе современных физических теорий, в часности струнной теории и теории твисторов Пенроуза. Таким образом, тема, выбранная для данного реферата, является актуальной как с точки зрения современной физики, так и с точки зрения философии.
Научные работы Альберта Эйнштейна внесли значительный вклад в научный прогресс. Ключевую роль во всех работах Эйнштейна занимает теория относительности. Наиболее полно научные и философские аспекты этой теории и последующих попыток её развития представлены в книге А.Пайса “Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна”. В то же время сам факт появления такой революционной теории вызван несовершенством, в часности неполнотой предшествующих теорий. Изъяны постулатов классической физики в свете появления новых моделей, предложенных в начале двадцатого века, рассмотрены в автобиографии Альберта Эйнштейна опубликованной в сборнике “Albert Einstein, Philosopher-Scientist,  The Library of Living Philosophers”. Кроме того, изучение научных трудов Альберта Эйнштейна и глубокое их понимание невозможно без изучения его философских взглядов. Поэтому мировозрение великого ученого в последние полвека было рассмотрено множеством исследователей. В своей работе я опираюсь на  цитаты и высказывания, взятые из статьи Альберта Эйнштейна “Физика и реальность”(1936 год) и книги Грибанова Д.П. “Философские основания теории относительности”. В этих книгах описана эволюция религиозных взглядов Эйнштейна, представлено мнение ученого о познании и познаваемости мира, его суждения о критериях внутреннего совершенства научных теорий.
В целом портрет Эйнштейна-философа хорошо, на мой взгляд, дан в  книге Эйнштейна и Инфельда “Эволюция физики”.
Данный реферат ставит своей целью раскрыть основные научно-философские положения теории относительности, проследить влияние философских воззрений ученого на его научную деятельность, дать характеристику современной физике и её связям с трудами Эйнштейна. В реферате будут рассмотрены проблемы взглядов А.Эйнштейна на познание, интерпретация проблем материи, пространства и времени в теории относительности, продолжение идей теории относительности в современной науке.

Взгляды А.Эйнштейна на познание

Позицию Эйнштейна в физике можно понять только в свете его общефилософской концепции, в свете того, как этот великий ученый понимал единство законов природы и пути его познания, как он понимал связи, существующие в природе, а также предмет исследования физики. Извечную тягу человека к познанию великий физик описывает в следующих словах: “Человек стремится каким-то адекватным способом создать в себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в известной степени попытаться заменить этот мир созданной таким образом картиной. Этим занимается художник, поэт...”.[4, 40] Страсть Альберта Эйнштейна к познанию глубинного появилась еще в раннем детстве: “Чудо такого рода я испытал ребенком 4 или 5 лет, когда мой отец показал мне компас ... этот случай произвел на меня глубокое и длительное впечатление. За вещами должно быть что-то еще, глубоко скрытое.” [4, 261] Таким образом, мы видим, что великий ученый уже тогда интуитивно чувствовал, что за зрительными образами, которые стоят у нас перед глазами, за чувствами, которые мы испытываем, скрывается внутренняя сущность “вещей в себе”. И она может не соответствовать ощущениям. Первый шаг в решении этой проблемы, по мнению Эйнштейна, следующий: “Я считаю, что первый шаг в установлении “реального внешнего мира” состоит в образовании понятия телесных объектов различных видов. Из всего многообразия чувственных восприятии мы мысленно и произвольным образом выделяем постоянно повторяющиеся комплексы чувственных восприятий   (частично в совпадении с чувственными восприятиями, которые могут истолковываться как знаки чувственного опыта других людей) и мы сопоставляем им понятие телесного объекта”. [2] Такой метод познания – поверхностный, в представленной выше классификации он соответствует чувственному познанию. Как видим, критерием объективности чувственного познания является соответствие восприятия объекта познания человеком  восприятию этого же предмета другими людьми. Истолкованием же полученных ощущений должна заниматься наука: “В противоположность психологии, физика истолковывает непосредственно только чувственные восприятия и “постижение” их связи”. [2]  То есть наука, по мнению Эйнштейна, должна выявлять различного рода глубинные связи между явлениями, проникая в их сущность. Идеальным же результатом научных исследований, на мой взгляд, должно стать определение первопричины явления, если таковая имеется. После этого, разумеется, нужно попытаться доказать что эта причина первична, что за ней не стоит что-то еще более глубинное. Это сделать уже намного сложнее.
Физические теории, по мнению Эйнштейна, должны объяснять явления окружающего нас мира, упорядочивать и систематизировать их: “С помощью физических теорий мы пытаемся найти себе путь сквозь лабиринт наблюденных фактов, упорядочить и постичь мир наших чувственных восприятий”. [1, 241]  Таким образом целью физики есть описание реального мира. Но это описание не должно быть плоским, иначе оно ничем не отличалось бы от обычного бытового познания мира. На мой взгляд, физика должна выявлять глубинное, строить новые теории, ведь именно концептуально новые взгляды в науке двигают её вперед. Но при всем при этом жизнеспособность вновь созданой теории со временем должна определяться её практической применимостью.  Сам Эйнштейн был ученым-новатором, не боявшимся выдвигать смелые идеи, противоречащие общепринытым канонам: “Ряд крупных немецких физиков — Нернст, Рубенс, Варбург, во главе с Планком — обратились к прусскому министерству просвещения с ходатайством о приглашении в Берлинскую академию наук Эйнштейна для работы на особо льготных условиях. Мотивируя это ходатайство, его авторы указывали, что Эйнштейн — крупный ученый-новатор, который по всем большим проблемам современной физики занимает примечательную позицию. И далее в ходатайстве было сказано: “То, что он в своих рассужде-ниях иногда выходит за пределы цели, как, например, в своей гипотезе световых квантов, не следует слишком сильно ставить ему в упрек. Ибо не решившись пойти на риск, нельзя осуществить действительно нового даже в самом точном естествознании”. [1, 256]
Из представленных выше цитат может сложиться превратное впечатление об Эйнштейне как о материалисте или позитивисте, единственным критерием истинности считавшим опытный эксперимент. На самом деле это далеко не так: “Тот путь, который подсказывал Мах, не мог удовлетворить Эйнштейна. При всей своей высокой оценке маховской критики априорных понятий ньютоновой физики, Эйнштейн не мог принять тезис позитивизма о существовании только мира ощущений, о понятиях как психических образованиях, о теориях как экономической записи все тех же фактов восприятии. Эйнштейн сам создавал теории и вовсе не таким путем, какой указывал Мах; весь профессиональный опыт Эйнштейна выражал внутренний протест против маховского опрощения проблемы происхождения понятий и теорий. Он вел к более глубоким выводам. … Таким образом, Эйнштейн в своей профессиональной деятельности, как физик-теоретик, подошел ближе к рационализму, чем к позитивизму …” [1, 292] Таким образом мы видим, что гносеология Эйнштейна не может полностью вписаться в рамки какого-то одного философского мировозрения. Сама деятельность ученого и результаты, полученные им несут в себе более глубокий смысл, который целиком не укладывается внутри догм материализма или позитивизма.  Сам эйнштейн утверждал, что истинный ученый не может и не должен придерживаться какой-то одной философской концепции: “Эйнштейн по разным поводам подчеркивает невозможность для естествоиспытателя придерживаться какой-либо одной философской системы” [1, 269] Так же ученый не стал давать категоричной оценки своим собственным философским воззрениям: “Эйнштейн прав, утверждая, что философию такого естествоиспытателя, то есть собственно его, Эйнштейна, философию, одни философы (философы-схоласты) будут причислять к позитивистской, другие — к реалистической (материалистической), и одни будут порицать за то, за что другие будут восхвалять.” [1, 270] В свете этих рассуждений интересной будет выглядеть цитата: “Внезапно он остановился, повернулся ко мне и спросил: "А по вашему, Луна существует, только когда на нее смотриш?" ...  беседа придала мне бодрости, хотя мы и не пришли ни к каким выводам” [9, 11]. В этом вопросе, на мой взгляд, весь Эйнштейн. Его пытливый ум пытался проникнуть в саму сущность вещей и описать их. Я же считаю, что ответа на подобный вопрос может и не быть.
Мечтой Эйнштейна было построение единой теории, которая бы описывала Вселенную в целом, однако ученый так и не смог довести до конца поставленную перед самим сабой задачу: “Альберт Эйнштейн умер около сорока лет назад, так и не осуществив свою мечту — построить единую теорию, описывающую Вселенную в целом. … Эйнштейна постигла неудача, потому что для решения этой задачи ещё не пришло время”[8, 5].  Говоря о научных трудах какого-либо ученого, очень важно, на мой взгляд, определить мотив. Именно от него зависит то, каким путем пойдет ученый и чего достигнет в конечном счете. Для объяснения философского мировозрения А.Эйнштейна и характеризации его попыток дать полное описание реальности следует коротко рассмотреть вопрос веры великого ученого. Ведь от того, верил он в Бога или нет зависит очень много. В первом случае он пытался бы построить концептуальную систему Бытия, во второй – описать четыре стенки, созданные Богом, внутри которых он жил. Будучи ребенком, Альберт Эйнштейн был очень набожным, однако в возрасте двенадцати лет резко изменил свои взгляды: “До 12 лет он был глубоко религиозным, но в эти же годы религия разочаровала его. Что же было тому причиной? “Чтение научно-популярных книжек,— писал он,— привело меня вскоре к убеждению, что в библейских рассказах многое не может быть верным”[1, 243] Эйнштейн перестает верить в личностного Бога и уже будучи взрослым открыто говорит об этом. В 1921 году в ответ на телеграмму нью-йоркского раввина Герберта Гольдштейна Эйнштейн отвечает: “Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей”. Таким образом можно сделать вывод о том, что Эйнштейн не верил в Бога-личность, но верил в Абсолют, в универсальный закон бытия: “…те, кто сохранил пиетет к научному мышлению, часто утверждают, что, якобы, сам А. Эйнштейн признавал существование бога. Это, конечно, заблуждение…”[3, предисловие переводчика]. Богом Эйнштейна, на мой взгляд, был некий универсальный закон, Абсолют, глубинность бытия во всех её проявлениях и её познание было вызовом для ученого. Понимание веры Эйнштейна очень ценно для наших дальнейших рассуждений, так как ученый, не признающий такой трансцендентной сущности как Бог и считающий мир подверженным абсолютной закономерности должен искренне верить в успешность своих попыток дать полное описание реальности. Могли ли эти попытки быть успешными? Я думаю, нет. Ведь во время жизни великого ученого астрономия, к примеру, еще не достигла того уровня развития, когда стало известно про существование черных и белых дыр, сингулярностей. Не зная об этом, Эйнштейн, разумеется, не учел их и в своей теории относительности. Для нас же важно понимать, что Эйнштейн считал реальность познаваемой.
В начале двадцатого столетия ученые сталкиваются с проблемой неполноты общепризнанных фундаментальных теорий, в часности механики ньютона. Многие воззрения, казавшиеся очевидными до того, начинают отвергаться учеными. В частности это касается утверждения Гельмгольца о том, что все физические явления должны в конечном счете свестись к неизменным силам притяжения и отталкивания, величина которых целиком зависит от расстояния. Разрешимость поставленной таким образом задачи в понимании Гельмгольца является условием полного понимания природы. Однако “Физику двадцатого столетия это воззрение представляется недалеким и наивным. Ему страшно было бы подумать, что величайшие успехи исследования могли бы скоро закончиться, перестав возбуждать умы, если бы непогрешимая картина строения Вселенной была установлена на все времена.” [1, 50] Старые теории уже больше не могут в полной мере удовлетворить потребности технической части науки. Становится очевидным неизбежность приближения времени концептуальной научной революции в физике.
В течении нескольких десятилетий возникают две грандиозные теории, ставшие столпами науки на протяжении последующих лет: “Квантовая теория и теория относительности — столпы современной физики. Одна описывает микрокосм, другая (общая теория относительности) — макрокосм, и обе они прекрасно справляются со своими функциями в соответствующих областях. Когда отказывает классическая (ньютонова) теория, когда она больше не может давать ответ на наши вопросы, на сцену выходят две теории, дающие правильные ответы. Правда, расплачиваться приходится потерей наглядности. Если в классической (ньютоновой) теории всегда можно было представить себе, что происходит, в новых теориях это не так. Пользуясь ими, мы вынуждены отказываться от мира ощущений и принимать новые, странные понятия.” [8, 20] В то же время ни одна из теорий не могла претендовать на полноту: “если вспомнить о четырёх фундаментальных взаимодействиях, то проявится новый аспект проблемы — гравитационные взаимодействия описываются общей теорией относительности, а остальные три (электромагнитные, сильные и слабые) рассматриваются в квантовой теории. Ни одна теория не охватывает всех четырёх полей.” [8, 20] Эйнштейн это прекрасно осознавал и приводил целый ряд аргументированных доводов в целях критики квантово-механической теории. Более того, ученый сформулировал свои критерии оценки научных теорий. Два основных вопроса, на которые нужно дать ответ, оценивая теорию, это: 1) Правильна ли теория? 2) Является ли даваемое теорией описание полным? В своей автобиографии Эйнштейн писал: “Первый критерий очевиден: теория не должна противоречить данным опыта. Но насколько очевидным кажется это требование само по себе, настолько тонким оказывается его применение. Дело в том, что часто, если не всегда, можно сохранить данную общую теоретическую основу, если только приспособлять её к фактам при помощи более или менее искусственных дополнительных предположений.” [5, 78]  Кроме того, качество научной теории, по мнению Эйнштейна, зависит от “естественности” или “логической простоты ее предпосылок”. Далее из двух теорий с одинаково “простыми” основными положениями следует выбрать ту, которая содержит наиболее определенные утверждения. Это и есть критерий внутреннего совершенства теории. И, наконец, условие полноты физической теории состоит в том, что каждый элемент физической реальности должен иметь отражение в физической теории.
На тот момент стало понятно, что классическая физика, основанная на механике Ньютона, дает неполное и даже в чем-то искаженное представление о мире: “объектами  изучения   классической  физики  являлись лишь  движущиеся  материальные  тела  в  виде   вещества,   кроме   вещества естествознание не знало других видов и состояний  материи  (электромагнитные процессы относили или к вещественной материи, или к  ее  свойствам)”.[7, 116] Сам же Эйнштейн писал: “существуют электромагнитные процессы, по существу своему оторванные от всякой весомой материи” [5, 79] Таким образом, теоретической базы классической физики становилось недостаточно для потребностей современного мира в эпоху технического прогресса.  Признавая заслуги Исаака Ньютона, Эйнштейн все же обращается к нему со следующими словами: “Прости меня, Ньютон; ты нашёл единственный путь, возможный в твоё время для человека величайшей научной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас ещё остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя мы теперь и знаем, что если мы будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта”[5, 82] Интересен, на мой взгляд, и философский аспект этой фразы. Критикуя Ньютона за его метафизические представления об абсолютном пространстве и времени, говоря о невозможности априорного определения основных понятий и необходимости опытной проверки теорий, А.Эйнштейн все же высказывает уверенность в необходимости введения понятий, далеких от непосредственного опыта. Это, по моему мнению, наиболее красноречиво свидетельствует о сложности и неоднозначности базисных постулатов теоретической науки. Возможно, прийдет день, когда некоторые самоочевидные на наш теперешний взгляд физические постулаты будут признаны неверными.
Также Эйнштейн подверг критике и квантовую теорию, считая ее неполной. Доказательство неполноты он привел в своей работе “Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?”. Исходное утверждение, на котором базировалось доказательство звучит следующим образом: “если можем с единичной достоверностью предсказать значение некоторой физической величины, то существует элемент физической реальности, соответствующий этой величине”[6, 442] Далее находится такое значение, которому в квантовой теории не соответствует ни один элемент. Это все повлекло за собой критику Энштейном квантовой теории как всеохватывающей даже при том, что многие годы своей жизни он отдал изучению вопросов квантовой структуры света и квантования атомных процессов.  Кроме того, он считал неверным идею корпускулярно-волнового дуализма свойств полей: “Он считал чуждым духу физики также и двойственный, корпускулярно-волновой характер свойств полей и объектов атомной физики; соединение таких свойств в одном объекте он считал, по-видимому, невозможным... Отклонить их значило отклонить всю квантовую механику” [1,262]
Интересной, на мой взгляд, является иллюстрация того, что в своей философии Эйнштейну не чужды предубеждения. Так, к примеру, выступая с острой критикой против некоторых сверхпозитивистких предубеждений Эрнста Маха (Мах отрицал факт существования атомов и молекул ), Эйнштейн писал: “Предубеждение этих ученых (Оствальда и Маха.—-С. С.) против атомной теории можно несомненно отнести за счет их позитивистской философской установки. Это — интересный пример того, как философские предубеждения мешают правильной интерпретации фактов даже ученым со смелым мышлением и с тонкой интуицией” [1, 263].  Ответом на это могут послужить слова друга Эйнштейна Нильса Бора, написанные им в статье “Воспоминания об Эйнштейне”: “Мне кажется, что в квантовой механике это оправдывается в отношении его самого”.
Интерестным является мнение Эйнштейна о понятии научной истины. Эйнштейн несомненно понимал всю сложность процесса определения истины в науке в целом и в исследованиях отдельно взятых ученых в частности. Так, в интересной спенсеровской лекции “О методе теоретической физики” (1933) он говорил: “Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах,  которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их действия. Тому, кто в этой области что-то открывает, продукты его творческого воображения кажутся ему столь необходимыми и естественными, что он рассматривает их не как создания мышления, а как данные реальности. И ему хотелось бы, чтобы так их рассматривали и другие” [1, 270-271] Эти слова великого ученого говорят о том, что в науке неизменно присутствует творческий аспект. Он несомненно полезен при продвижении общей научной идеи вперед, при выдвижении новых гипотез. Но в то же время творческие иллюзии могут быть губительны тогда, когда ставится задача определения истинности и применимости вновь созданной теории.
В целом же об истине Альберт Эйнштейн говорит такие слова: “...всякое наше мышление того же рода: оно представляет свободную игру с понятиями. Обоснование этой игры заключается в достижимой при помощи нее возможности обозреть чувственные восприятия. Понятие “истины” к такому образованию еще совсем неприменимо; это понятие может, по моему мнению, быть введено только тогда, когда имеется налицо условное соглашение относительно элементов и правил игры” [5, 73] Таким образом, соответствие чувственным восприятиям ученый еще не считает окончательным критерием истины, есть еще много условностей и договоренностей, которые вводятся “сверху” как определенные “правила игры”. 
Как мы видим, Альберт Эйнштейн был не только выдающимся ученым, но и сильным философом. Веруя в Бога, как в Абсолют, Эйнштейн все же был убежден в познаваемости этого абсолюта. Философские интересы ученого были связаны с изучением Вселенной в наиболее глубинных её аспектах. При этом философское мировозрение ученого невозможно ограничить рамками какой-то одной философской теории. На мой взгляд, не столь важно, каких взглядов придерживается ученый: позитивистских, материалистических, идеалистических. Главное, чтобы эти взгляды у него были. Именно они будут подчеркивать глубину его личности и пытливость ума. Идеальная же и непогрешимая философская концепция, по моему мнению, все еще не создана.

Интерпретация проблем материи, пространства и времени в теории относительности

Как было описано выше, Эйнштейн подверг критике как Ньютоновскую механику, так и попытки восприятия квантовой теории как полной теории, описывающей реальность. Альберт считал, что фундаментальная физическая теория не может быть статистической(вероятностной) по своему характеру, а квантовая теория была именно таковой: “Все, кто знаком с современной физикой, знают, что Эйнштейн весьма скептически относился к квантовой механике. Все биографы Эйнштейна приводят его поговорку о том, что «Бог не играет в кости». Действительно, я слышал, как он произносил такую фразу, а иногда высказывался даже сильнее, например: «Трудно заглянуть в карты господа бога, Но я ни на секунду не верю, что он бросает кости и прибегает к „телепатии" (как то следует из квантовой теории в ее теперешнем виде)»” [9,421] Таким образом ученый не признавал последнего слова за квантовой теорией: “Эйнштейн внёс важный вклад в квантовую теорию на раннем этапе её развития, но не мог согласиться с тем, что за ней останется последнее слово. Ему казалось, что она в лучшем случае представляет собой лишь приближение, и рано или поздно квантовую теорию, сменившую непригодную для описания микромира классическую, заменит более глубокая теория.”[8,14]. Но при этом нужно понимать, что он интересовался идеями квантовой механики на протяжении всей своей научной деятельности. Создав две собственные фундаментальные теории, описывающие макрокосм, ученый все же до конца жизни пытался создать единую теорию, объединяющую в себе все основные физические постулаты – так называемую единую теорию поля: “он не желал ничего иного, кроме создания единой теории поля, которая не только объединила бы гравитационные и электромагнитные силы, но и заложила бы основы нового толкования квантовых явлений” [9, 15].
Специальная теория относительности (СТО) была разработана Альбертом Эйнштейном в 1905 году, когда ему было всего 26 лет. Впервые была представлена в работе “К электродинамике движущихся тел”. Теория описывает движение, законы механики, а также пространственно-временные отношения, определяющие их, при скоростях движения, близких к скорости света. Классическая механика Ньютона в рамках специальной теории относительности является приближением для малых скоростей. Общая теория относительности была ничем иным как теорией гравитации, разработанной Эйнштейном в 1905—1917 годах. Она являлась дальнейшим развитием специальной теории относительности. В общей теории относительности постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а деформацией самого пространства-времени, в котором они находятся. Эта деформация связана, в частности, с присутствием массы-энергии.
В начале-середине двадцатого столетия активно изучается микрокосм. Ученые исследуют все более и более мелкие частицы. Изначально основными неделимыми частицами считались электрон, протон и нейтрон. Позже были обнаружены позитрон(маленький как электрон, но позитивно заряженый), пион. Со временем количество элементарных частиц стало поистине огромным: “По мере увеличения размеров ускорителей тоненький ручеёк открытий превратился в мощный поток, и в конце концов физиков захлестнуло «море» элементарных частиц”[8,8]. Все частицы были разделены на два типа — лептоны и адроны. К лептонам отнесли лёгкие частицы (наиболее известная из них — электрон), а к адронам — тяжёлые.  Позднее адроны стали делить на кварки, которых насчитывалось всего три типа. "Итак, все элементарные частицы, из которых построена Вселенная, самые фундаментальные (насколько можно судить) составляющие материи можно разделить на два класса: лептоны и кварки. Лептон нельзя расщепить на что-то более элементарное, и уж, конечно, нельзя расщепить кварк"[8,11]. Эйнштейн принимал в своих теориях все исследования в области элементарных частиц и в своих работах пытался показать, что они обладают свойствами поля. Фактически общая теория относительности была геометрическая, а не квантовая, отсюда и произошел тот факт, что в ней реальным материальным частицам соответствуют поля. Ключевое уравнение ОТО связывало между собой кривизну пространства(левая часть уравнения) и материю(правая часть уравнения), которая вызывает это искривление. В идеале же ученый пытался свести все к единому уравнению поля, где не было бы величин, характеризующих материю. Сам он об этом писал: “Левая часть — это дворец из мрамора, а правая — хижина из дерева и бумаги”[8,45]. После создания ОТО он занимался этой проблемой до конца своей жизни, но так и не смог ее решить. Таким образом, Эйнштейн полностью признавал атомарную структуру Вселенной, признавал деление материи на мельчайшие частицы, но при этом пытался создать теорию, в которой явно характеристики этих частиц бы не присутствовали.
В целом же теория относительности описывала не мир атомов, а проблемы пространства, времени и массы: “В ней речь шла не о мире атомов, а о понятиях пространства, времени и массы ... В ней говорилось, что происходит с пространством, временем и массой, когда тела движутся со скоростями, близкими к световой ...” [8, 18] В начале двадцатого века, когда была установлена волновая природа света, ученые пришли к мысле о том, что волны могут распространятся только в некой сплошной среде, подобно волнам на воде. Так появилась идея эфира – абстрактной субстании, целиком заполняющей пространство. Эйнштейн же показал, что наличие эфира совсем не обязательно: “Из этой теории следовало также, что эфир не нужен” [8, 18].
Отрицая эфир, Эйнштейн так же отрицал идею абсолютного пространства Ньютона. Теория Эйнштейна показала нам, что пространство — это не неизменная абсолютная пустота, которую представлял себе Ньютон. В определённом смысле это физический «объект», гораздо более сложный, чем можно себе представить. “Оно может не только растягиваться, искривляться и изменяться от точки к точке, но … из него внезапно могут рождаться частицы. Наверное, мы до сих пор не знаем о многих его свойствах и даже не в состоянии их вообразить.”[8,20]
Также ТО отрицала идею Ньютона об абсолютном времени. Согласно СТО, время относительно и зависит от инерциальной системы отсчета. С увеличением скорости и приближением её к скорости света ход времени замедляется: “Пространство растягивается (движущиеся объекты становятся короче), время замедляется, а масса возрастает. (На самом деле это происходит при всех скоростях, но становится заметным при скоростях, близких к скорости света.)”[8, 18]. Замедление времени также есть относительным. Если, скажем, космонавт на скорости, близкой к скорости света начнет отдаляться от Земли для земного наблюдателя будет казаться, что часы космонавта заметно отстают. Но при этом, если сам космонавт чисто гипотетически сможет взглянуть на часы, оставленные на Земле, они для него будут не спешить(как ожидается на первый взгляд), а тоже заметно отставать. Но при этом остановить время целиком не удастся. В теории относительности постулируется, что скорость света предельна и недостижима, а значит полная остановка времени (которая бы гипотетически наступила бы при скоростях, равных скорости света) на практике неосуществима. Ровно как и неосуществимо обращение времени вспять, которое могло бы наступить, превысь некий объект скорость света. Следует отметить, что идея путешествий во времени также неосуществима согласно принципа причинности. Также теория относительности развеяла миф об однонаправленности времени: “Вместе с абсолютным движением теряет смысл и абсолютная одновременность. События, одновременные в одной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, и наоборот. Теория Эйнштейна покончила с фикцией единого потока времени, охватывающего всю Вселенную. Соответственно она покончила с фикцией чисто пространственных мгновенных процессов. Наступила эра четырехмерного, пространственно-временного представления о мире.”[10, 133] Отсюда следует, что во Вселенной нет процессов, мгновенно влияющих на Вселенную в целом. Скорость света недостижима для всех процессов, протекающих в пространстве. Примером этому может послужить субъективное мнение о событии двух наблюдателей, находящихся на отдаленных друг от друга планетах. Событие (скажем, взрыв сверхновой звезды) один наблюдатель увидит сейчас, второй – спустя годы.
Следующей проблемой, которую освещала теория относительности, была проблемма массы. Была показана фактическая эквивалентность массы и энергии. Все частицы в ТО делились на частицы, обладающие внутренней энергией, пропорциональной массе покоя, и частицы, обладающие энергией движения, пропорциональные массе движения. Интересным является и результат теории относительности, говорящий о том, что масса возрастает практически неограничено при скорости, стремящейся к скорости света: “Когда при скорости, приближающейся к скорости света, дополнительные импульсы дают все меньшее ускорение, дело происходит так, как будто масса тела растет по мере увеличения скорости и стремится к бесконечности, когда скорость тела стремится к скорости света.” [10, 139]
Специальная теория относительности рассматривалась для равномерно движущихся инерциальных систем. Попытка Альберта Эйнштейна распространить эту теорию на движение с ускорением и породило общую теорию относительности. Но результаты, которые получил ученый, оказались еще глубже: фактически он создал общую теорию гравитации.
Основной идеей теории было то, что каждое массивное тело во Вселенной создает вокруг себя искривленное пространство, и объекты, двигающиеся мимо этого тела, подвержены влиянию этого искривления. Таким образом на систему объектов действуют не силы гравитации, а геометрия искривленного пространства: “Эйнштейн представил себе луч света, искривляющийся при прохождении у края Солнца, и вскоре понял, что искривляется не луч, а пространство около Солнца. Материя как-то изгибает пространство, и другая материя должна двигаться в таком пространстве «естественно» — так,  как мы это наблюдаем. Он решил, что наиболее естественным был бы кратчайший путь между двумя заданными точками пространства (в математике соответствующая линия называется геодезической).  Иными словами, Солнце искривляет пространство вокруг себя, и планеты движутся в нём по геодезическим. Эти геодезические кажутся нам эллиптическими орбитами, но в искривлённом пространстве они представляют собой прямые линии.”[8,35] Идея искривленного пространства породила массу кривотолков, она казалась современникам ученого нелепой. Однако после проведения ряда опытов, подтверждающих теорию, волна недоверия улеглась. Еще одним критерием истинности теории служило то, что “Эйнштейн показал, что в первом приближении его теория совпадает с ньютоновой, но, кроме того, позволяет пойти ещё дальше.” [8,37]. Иными словами, для теории относительности ньютоновская теория служила приближением при малых скоростях. Так же у ОТО было несколько довольно странных, на первый взгляд, следствий. Так при больших скоростях в районе массивного тела: “…следует, что пространство может быть не только растянуто, но и искривлено, причём настолько сильно, что перестает существовать во Вселенной” [8,20]. Также интересными свойствами обладает искривленное пространство внутри массивного тела, вызывающего искривление: “при достаточно высокой концентрации масс происходит нечто странное — пространство искривляется так сильно, что вся область внутри поверхности определённого радиуса оказывается отрезанной от остальной Вселенной. Эйнштейну это не нравилось, и он много лет безуспешно пытался доказать, что в реальном мире такая возможность физически не реализуется.” [8, 43]
Гораздо позже, подробно анализируя эту предельную искривлённость пространства, Эйнштейн обнаружил нечто ещё более странное — по мере приближения к веществу большой плотности пространство изгибается всё сильнее и становится похоже на бутылочное горлышко или воронку. Эта воронка не заканчивается на веществе; из уравнений следует, что по другую сторону имеется её зеркальное отражение. По сути, получается что-то вроде туннеля в пространстве, который сначала сужается, а потом начинает расширяться. Эйнштейн задался вопросом: куда ведёт этот туннель? Он пришёл к выводу, что мостик может вести только в “Другую Вселенную”, хотя и не понимал до конца, что это такое. В дальнейшем расчёты показали, что для прохождения сквозь туннель потребуются скорости, больше световой, что согласно специальной теории относительности невозможно. В целом же из теории относительности вытекает идея о бесконечном количестве невзаимодействующих между собой Вселенных.
Следует также отметить, что математической моделью пространственно-временных концепций специальной теории относительности может служить пространство Минковского. Минковский показал, что принцип постоянства скорости света может быть выражен в чисто геометрической форме. Он ввел уже знакомое нам понятие “события”(пребывания частицы в данный момент в данной пространственной точке) и представил “событие” в виде точки с четырьмя координатами (три пространственные координаты – место “события” – и четвертая координата, обозначающая время “события”, измеренное особыми единицами). Такую точку Минковский назвал мировой точкой. Движение изображается последовательностью мировых точек – мировой линией, а совокупность всех возможных “событий”, т.е. все,  что происходит или может произойти во Вселенной, соответствует всем четырехмерным, мировым точкам – четырехмерному  пространству-времени, которые Минковский назвал миром.
Таким образом, Эйнштейн отрицал идею абсолютных пространства и времени. Напротив, он показал их относительность, их склонность к изменению своих характеристик в различных системах отсчета. Так же он показал эквивалентность массы и энергии, активно развивал идею единого пространственно-временного континуума. Результаты, полученные ученым, являются действительно выдающимися. Однако, на мой взгляд, они показали, что в науке и сегодня существует намного больше вопросов, чем ответов. Та легкость, с которой Эйнштейн отверг некоторые отдельно взятые постулаты классической физики, наталкивает на мысль о том, что любая, даже самая совершенная на первый взгляд теория не может со стопроцентной уверенностью быть сочтена полной.

Теория относительности А. Эйнштейна и современная наука

Как уже упоминалось выше, главной задачей последних лет жизни Эйнштейна было создание единой теории поля, объединение гравитационного (уравнения ОТО) и электромагнитного (уравнения Максвелла) полей. То, что не далось Эйнштейну, попытались сделать ученые после него: “На сходство электромагнитного и гравитационного полей и на возможность их объединения обращали внимание и до Эйнштейна. Первым взялся их объединить немецкий физик Герман Вейль.”[8,56].  Однако вскоре детальный анализ показал, что теория Вейля несовершенна. Скажем, в ней некорректно определялось понятие длины.  В 1921 году ещё одну интересную попытку объединения предпринял немецкий учёный Теодор Калуца. Он показал, что если уравнения Эйнштейна записать не в четырёх, а в пяти измерениях, то в теории появятся уравнения Максвелла. В 1926 году теорию дальше развил шведский физик Оскар Клейн: “…предположил, что пятое измерение физически не проявляется, поскольку имеет вид петли, столь туго затянутой, что её не видно”[8, 57]. Как уже было сказано выше, долгое время считалось, что простейшими частицами во Вселенной являются кварки и лептоны. Отсюда вполне логично появляется попытка создания теории, охватывающей эти два типа частиц (ранее они исследовались по отдельности): “это пятимерная теория, в которой имеется пять фундаментальных частиц; подобно другим, она базируется 204  на теории групп” [8, 205]. Эти пять частиц – это три кварка разного цвета, позитрон и нейтрино. Помимо этих частиц вещества есть ещё 24 калибровочных частицы, обеспечивающие взаимодействие. Двенадцать из них – Х-частицы, переносчики новой силы взаимодействия – гиперслабой.  Далее было доказана делимость протона и то, что по составу в нашей Вселенной намного больше вещества, чем антивещества. Хотя по предположению ученых сразу после Большого взрыва “вещество и антивещество присутствовали в равных количествах”[8, 206]. Для распада протона требуется очень много времени. Подтверждение тому простое — наши тела состоят из протонов (а также электронов и других частиц), и если бы скорость распада была велика, мы бы являлись источником радиоактивности. Распад протона влечет за собой идею о том, что Вселенная закончит свое существование в виде излучения: “В ней не останется  ничего кроме излучения! Можно сказать, что Вселенная появилась в виде излучения (по крайней мере, так было в эпоху излучения) и закончит своё существование (если она открыта) тоже в виде излучения, без вещества. Странная судьба, что и говорить... ”[8, 211].
Электромагнитное и сильное взаимодействие было объединено при помощи теории великого объединения. Однако в этой терии не учтена гравитационная составляющая. Метод, при помощи которого учёные стараются включить в рассмотрение тяготение, носит название супергравитации. Из этой теории, в часности следует, что на ранних этапах своего существования Вселенная была очень проста, и в ней существовали, возможно, частицы только одного типа. Теория супергравитации была основана на четырех измерениях. Позже она эволюционировала в теорию суперструн, основанную на одиннадцати измерениях. Семь из этих измерений “свернуты”, их нельзя увидеть. В этой теории струны представляются в виде “одномерных порций энергии, подобных знакомым нам струнам, но длиной всего в миллиард миллиардов триллионных частей сантиметра”[8, 215]. Эти струны могут взаимодействовать друг с другом, т.е. сливаться или распадаться на несколько частей, вращаться или колебаться; в результате суперструны позволяют представить любую частицу, наблюдаемую во Вселенной.
Есть и другие подходы к проблеме объединения гравитационного поля с другими полями. Наиболее известный из них — теория твисторов Пенроуза. Пенроузу не нравился разрыв между квантовой теорией и общей теорией относительности. Первая из них строилась на основе комплексных чисел, а вторая — на основе вещественных (протранство Минковского). Он хотел объединить эти теории, переведя общую теорию относительности в комплексную область. Его пространство твисторов имеет восемь измерений, по одному вещественному и одному мнимому на каждое из четырёх обычных пространственно-временных измерений. Компоненты своего пространства Пенроуз назвал твисторами. Наглядно описать понтие “твистор” сложно: “Что они собой представляют, объяснить довольно трудно. Это и не частицы, и не точки в пространстве, а что-то вроде комбинации того и другого”[8, 218].  По теории Пенроуза, все частицы составлены из твисторов. Калибровочные частицы состоят из двух твисторов, так же как электрон и подобные ему частицы, а тяжёлые частицы — из трёх. Также пенроуз заменил пустое пространство-время, где движутся частицы на пространство точек, как набора твисторов: “Точка в пространстве есть, по сути, набор твисторов”[8, 218].
Мечту Эйнштейна о создании единой теории Вселенной осуществить пока не удалось, однако теория, развивающаяся сегодня, стремится объединить квантовую механику и общую теорию относительности, охватить все встречающиеся в природе силы и элементарные частицы. Некоторые исследования, проводящиеся сегодня, в часности говорят об идеальной гармонии основных физических постоянных во вселенной: “При незначительном их изменении в одну сторону не было бы гигантских звёзд … Изменись эти величины в другую сторону, и право на существование получили бы только маленькие красные звёзды, т.е. не было бы таких звёзд, как наше Солнце — основных кандидатов на роль хранителей жизни ”[8, 219]. Также ученых интересуют и будут интересовать два фундаментальных вопроса: 1) Как появилась Вселенная? 2) Что было до Большого взрыва? На первый вопрос пытается ответить современная инфляционная теория. Результаты ее исследований достаточно неожиданны: “Вселенная могла возникнуть из ничего — без колоссальных затрат энергии. Возможно, она в каком-то смысле самозародилась, а уж потом сама стала вырабатывать энергию.”[8,220]. На вопрос же о том, что было до Большого Взрыва (и был ли этот взрыв вообще) по сей день ответа нет.
Таким образом можно сделать вывод о том, что Эйнштейн стал одним из основоположников нового и черезвычайно глубокого видения реальности. Это видение сильно отличается от видения классической физики, господствовашего на протяжении нескольких веков. Это видение абстрактно и непостижимо для непрофессионала. И я не стал бы говорить о том, что современные теории быстро приведут нас к полной разгадке тайн Вселенной. Наоборот, на мой субъективный взгляд, сама возможность такой кардинальной революции в науке, которая произошла столетие тому назад, говорит о бесконечной глубине Бытия, о его непостижимости.