начальном уровне изложения, а затем получают своё физическое
содержание с помощью аксиом через законы движения. Однако они
предшествуют аксиомам, так как служат условием для реализации
аксиом: законы движения классической механики справедливы
в инерциальных системах отсчёта, которые определяются как
системы, движущиеся инерциально по отношению к абсолютному
пространству и времени. У Ньютона абсолютное пространство и
время являются ареной движения физических объектов.
После выхода в свет "Начал" Ньютона физика начала активно
развиваться, причём этот процесс происходил на основе
механистического подхода. Однако, вскоре возникли разногласия
между механикой и оптикой, которая не укладывалась в
классические представления о движении тел.
6
После того, как физики пришли к выводу о волновой природе
света возникло понятие эфира - среды в которой свет
распространяется. Каждая частица эфира могла быть представлена
как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную
скорость света огромной твёрдостью и упругостью частиц эфира.
Иными словами эфир был материализацией Ньютоновского
абсолютного пространства. Но это шло в разрез с основными
положениями доктрины Ньютона о пространстве.
Революция в физике началась открытием Рёмера - выяснилось,
что скорость света конечна и равна примерно 300'000 км/с. В
1728 году Брэдри открыл явление звёздной аберрации. На основе
этих открытий было установлено, что скорость света не зависит
от движения источника и/или приёмника.
О.Френель показал, что эфир может частично увлекаться
движущимися телами, однако опыт А.Майкельсона (1881 г.)
полностью это опроверг. Таким образом возникла необъяснимая
несогласованность, оптические явления всё хуже сводились к
механике. Но окончательно механистическую картину мира
подорвало открытие Фарадея - Максвелла: свет оказался
разновидностью электромагнитных волн. Многочисленные
экспериментальные законы нашли отражение в системе уравнений
Максвелла, которые описывают принципиально новые
закономерности. Ареной этих законов является всё пространство,
а не одни точки, в которых находится вещество или заряды, как
это принимается для механических законов.
Так возникла электромагнитная теория материи. Физики
пришли к выводу о существовании дискретных элементарных
объектов в рамках электромагнитной картины мира (электронов).
Основные достижения в области исследования электрических и
оптических явлений связаны с электронной теорией Г.Лоренца.
Лоренц стоял на позиции классической механики. Он нашёл выход,
который спасал абсолютное пространство и время классической
механики, а также объяснял результат опыта Майкельсона, правда
ему пришлось отказаться от преобразований координат Галилея и
ввести свои собственные, основанные на неинвариантности
времени. t'=t-(vx/cэ), где v - скорость движения системы
относительно эфира, а х - координата той точки в движущейся
системе, в которой производится измерение времени. Время t' он
назвал "локальным временем". На основе этой теории виден эффект
изменения размеров тел L2/L1=1+(vэ/2cэ). Сам Лоренц объяснил
это опираясь на свою электронную теорию: тела испытывают
сокращение вследствие сплющивания электронов.
7
Терия Лоренца исчерпала возможности классической физики.
Дальнейшее развитие физики было на пути ревизии фундаментальных
концепций классической физики, отказа от принятия каких - либо
выделенных систем отсчёта, отказа от абсолютного движения,
ревизии концепции абсолютного пространства и времени. Это было
сделано лишь в специальной теории относительности Эйнштейна.
_______
8
2. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА.
2.1. Специальная теория относительности.
В теории относительности Эйнштейна вопрос о свойствах и
структуре эфира трансформируется в вопрос о реальности самого
эфира. Отрицательные результаты многих экспериментов по
обнаружению эфира нашли естественное объяснение в теории
относительности - эфир не существует. Отрицание существования
эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности
скорости света легли в основу теории относительности, которая
выступает как синтез механики и электродинамики.
Принцип относительности и принцип постоянства скорости
света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла для
покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся
тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность длин и
промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что
понятие одновременности лишено смысла: " Два события,
одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже
не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из
системы, движущейся относительно данной ". Возникает
необходимость развить теорию преобразования координат и времени
от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно
движущейся относительно первой. Эйнштейн пришел к формулировке
преобразований Лоренца:
x-vt t-vx/cэ
x'=ДДДДДДДДД , y'=y, z'=z, t'=ДДДДДДДДДД,
ы1-vэ/cэ ы1-vэ/cэ
где x, y, z, t - координаты в одной системе, x', y', z', t' - в
другой.
Из этих преобразований вытекает отрицание неизменности
протяжённости и длительности, величина которых зависит от
движения системы отсчёта:
________ dt0
l=l0ы1-vэ/cэ, dt=ДДДДДДДДДД
ы1-vэ/cэ
В специальной теории относительности функционирует новый закон
сложения скоростей, из которого вытекает невозможность
превышения скорости света.
Коренным отличием специальной теории относительности от
предшествующех теорий является признание пространства и
времени в качестве внутренних элементов движения материи,
9
структура которых зависит от природы самого движения, является
его функцией. В подходе Эйнштейна преобразования Лоренца
оказываются связанными с новыми свойствами пространства и
времени: с относительностью длины и временного промежутка, с
равноправностью пространства и времени, с инвариантностью
пространственно - временного интервала.
Важный вклад в понятие "равноправность" внёс Г.Минковский.
Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени,
которые оказались компонентами единого четырёхмерного
континуума. Разделение на пространство и время не имеет смысла.
Пространство и время в специальной теории относительности
трактуется с точки зрения реляционной концепции. Однако было бы
ошибочным представлять пространственно - временную структуру
новой теории как проявление одной лишь концепции
относительности. Введение Минковским четырёхмерного формализма
помогло выявить аспекты "абсолютного мира", заданного в
пространственно - временном континууме.
В теории относительности, как и в классической механике,
существуют два типа пространства и времени, которые реализуют
субстанциальную и атрибутивную концепции. В классической
механике абсолютные пространство и время выступали в качестве
структуры мира на теоретическом уровне. В специальной теории
относительности аналогичным статусом обладает единое
четырёхмерное пространство - время.
Переход от классической механики к специальной теории
относительности можно представить так: 1) на теоретическом
уровне - это переход от абсолютных и субстанциальных
пространства и времени к абсолютному и субстанциальному единому
пространству - времени, 2) на эмпирическом уровне - переход от
относительных и экстенсионных пространства и времени Ньютона к
реляционному пространству и времени Эйнштейна.
Однако, когда Эйнштейн пытался расширить концепцию
относительности на класс явлений, происходящих в
неинерциальных системах отсчёта, это привело к созданию новой
теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д.
Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения
физических теорий, в котором первичным выступает теоретический
аспект.
Новая теория - общая теория относительности - строилась
путём построения обобщённого пространства и перехода от
теоретической структуры исходной теории - специальной теории
относительности - к теоретической структуре новой, обобщённой
10
теории с последующей её эмпирической интерпретацией. Далее мы
рассмотрим представление о пространстве и времени в свете общей
теории относительности.
2.2. Пространство и время в общей теории
относительности и в релятивистской космологии.
Одной из причин создания общей теории относительности было
желание Эйнштейна избавить физику от необходимости введения
инерциальной системы отсчёта. Создание новой теории началось с
пересмотра концепции пространства и времени в полевой доктрине
Фарадея - Максвелла и специальной теории относительности.
Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном пункте, который
остался незатронутым. Речь идет о следующем положении
специальной теории относительности: "...двум выбранным
материальным точкам покоящегося тела всегда соответствует
некоторый отрезок определённой длины, независимо как от
положения и ориентации тела, так и от времени. Двум отмеченным
показаниям стрелки часов, покоящихся относительно некоторой
системы координат, всегда соответствует интервал времени
определённой величины, независимо от места и времени".
Следует отметить, что в общей теории относительности
находит наиболее полное воплощение представление
диалектического материализма о пространстве и времени как