Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. 5-е изд

Вид материала

Подобный материал:

1 ... 28 29 30 31 32 33 34 35 ... 62

Теория относительности и квантовая механика не были апофеозом пространственно-временного представления в духе Декарта и не были апофеозом автономной и субстанциальной монады, вырывающейся из пространственно-временной картины. Они были апофеозом рационализма в его реальном движении, в его реальной связи с наукой, апофеозом неразрывной связи логического анализа и эксперимента.

Присмотримся к основному представлению теории относительности: каркас четырехмерных мировых линий - это ratio мира. Присмотримся теперь к основному представлению квантовой механики: в микроскопических областях частица отступает от мировой линии, ее пространственно-временная локализация неопределенна, а если увеличивать точность локализации, то эксперимент изменяет направление мировой линии, изменяет импульс и энергию частицы. Мировая линия оказывается размытой. Но именно это придает мировой линии физический характер, физическое бытие, отличает реальную мировую линию частицы от чисто геометрического, хотя и бы и четырехмерного, но все же лишь геометрического образа. В свою очередь, понятие неопределенности положения частицы теряет смысл без макроскопического представления, без понятия мировой линии.

340

Нам предстоит подробнее познакомиться с этой дополнительностью микроскопического и макроскопического аспектов в современной физике. Такая дополнительность - в фарватере реальной эволюции рационализма. И в фарватере того понимания рационализма, которое не раз высказывалось в работах Эйнштейна. Ограничимся следующими иллюстрациями его гносеологического кредо.

В статье "Физика, философия и научный прогресс" Эйнштейн говорит о сквозных идеях науки и сквозных особенностях научного мышления XVII-XIX вв., которые сохраняются и сейчас, в XX столетии.

Первая из сохраняющихся особенностей научного мышления, на которую указывает Эйнштейн, сенсуалистическая: "Во-первых, мышление само по себе никогда не приводит ни к каким знаниям о внешних объектах. Исходным пунктом всех исследований служит чувственное восприятие. Истинность теоретического мышления достигается исключительно за счет связи его со всей суммой данных чувственного опыта" [5].

5 Эйнштейн, 4, 320.

Это очень далеко от ныотонианского эмпиризма и индуктивизма; сенсуалистический тезис Эйнштейна - целиком в рамках рационализма и потерял бы смысл при буквальном следовании ньютоновскому "hypotheses поп fingo". И в то же время это очень близко ньютоновской ориентации на эксперимент и наблюдение. Сама эта ориентация отличается от "hypotheses non fingo", эксперимент на деле невозможен без логического анализа проблемы, он состоит в освобождении рациональной, в значительной мере предваряющей наблюдение, схемы процесса от осложняющих обстоятельств, причем критерий существенности, отделяющий наблюдаемые процессы от игнорируемых, рационалистический.

У Ньютона, как и у Декарта, как и у всех рационалистов XVII в. и всех естествоиспытателей XVII-XVIII вв., этот рационалистический критерий состоял в следующем. Теоретик XVII - XVIII вв. отделял чистую схему перемещения частей гомогенной материи, дислокацию и передислокацию атомов, движения и ускорения лишенных качественных определений тел от всего, что ему казалось субъективным. Экспериментатор делал нечто аналогичное. Поэтому в результате эксперимента и в результате теоретического анализа получается пространственно-временная схема событий.

341

По мнению Эйнштейна, подобный метод науки и соответственно подобная концепция мира сохраняются и в XX в.

"Во-вторых, - продолжает Эйнштейн, - все элементарные ионятия допускают сведение к пространственно-временным понятиям. Только такие понятия фигурируют в "законах природы", в этом смысле все научное мышление "геометрияно"" [6].

Все научное мышление "геометрично". Но является ли оно только "геометричным"? И что означают кавычки, в которые поставлено основное определение научного мышления?

В четвертой части этой книги в главе, посвященной отношению идей Эйнштейна к картезианству, речь будет идти о невозможности для физического мышления быть физическим мышлением и даже быть вообще мышлением без выхода за пределы геометрии. Но такое заключение - результат неклассической ретроспекции, результат переноса в прошлое современных оценок и соответствующей более глубокой трактовки идей прошлого. Даже не современных в ограниченном смысле, т.е. оценок, вытекающих из современных результатов науки. Речь идет об оценках, вытекающих из современных прогнозов, из современных констатации направления, в котором сейчас развивается наука. В следующей главе будут рассмотрены в таком освещении попытки построения единой теории поля, которые были основным содержанием усилий Эйнштейна в тридцатые - пятидесятые годы. Оценка этих попыток - одна из самых существенных сторон проблемы бессмертия Эйнштейна и его научного подвига. Такая оценка зависит от концепции бессмертия науки. Если бессмертие - статическое понятие, если оно состоит в незыблемости результатов науки, тогда прйнстонские попытки лишены печати бессмертия. Тогда бессмертными в истории науки представляются конкретные воплощения исходных аксиом науки, ее идеалов, метода и стиля. Но существуют ли такие абсолютно неизменные аксиомы, идеалы и особенности стиля, которые бросают отблеск бессмертия на воплощающие их научные результаты?

6 Эйнштейн, 4, 321,

342

Выше были приведены замечания Эйнштейна об исторически инвариантных особенностях научного мышления - они могли бы играть роль инвариантных результатов науки. К ним Эйнштейн относит и "геометричность" научного мышления - возможность свести элементарные понятия к пространственно-временным. Но статья "Физика, философия и научный прогресс" заканчивается несколько неожиданно. "Сохраним ли мы это кредо навсегда?" - спрашивает Эйнштейн. И отвечает: "Думаю, что на этот вопрос будет лучше всего ответить улыбкой" [7].

7 Там же.

Многозначительная улыбка. Она обращена не только к "кредо, сохраняющемуся навсегда". Она обращена, как кажется, и ко всякой статической концепции бессмертия. Бессмертен синтез сохранения и изменения, тождественности и нетождественности, инвариантности и преобразования. В этой главе подобный синтез назван принципом бытия. Действительно, бытие теряет смысл, становится иллюзорным, если система логических, идентифицирующих суждений и математических конструкций исключает индивидуальное, неповторимое, обнаруживаемое эмпирически. Как и наоборот, эмпирическое постижение невозможно без идентифицирующей функции разума. Разум приводит к аксиоматизации науки, он вносит в многообразие явлений некоторые относительно устойчивые тождественные себе принципы. Опыт, который дает информацию о внешнем мире в указанных логических рамках, может изменить аксиоматическую базу науки. В чем же тогда ее бессмертие? Очевидно, в реконструирующей функции научных теорий, в их воздействии на бесконечный процесс самого изменения аксиоматики науки. С этой стороны и надо подойти к единой теории поля. Попытки построения единой теории поля будут бессмертны в смысле бессмертного бытия, в смысле бессмертной жизни, если в них запечатлены и воплощены не только результаты, но и само изменение науки, ее динамизм, то, что Эйн-штейн назвал драмой идей. Так ли это, запечатлена ли в идее единого поля объективная драма науки?

Единая теория поля

...Распалась связь времен. Зачем же я связать ее рожден?

Шекспир. "Гамлет"

Фраза, стоящая в эпиграфе, - ключ к внутренней трагедии Гамлета, представленной с такой мощью художественного обобщения, что самые отдаленные коллизии мысли и чувства находят в ней свой прообраз. На террасе Эльсинора была разбита нравственная гармония мира. Гамлет, воспринимавший "связь времен" как последовательное осуществление нравственного идеала, столкнулся с резким диссонансом, с вероломством и преступлением. На его плечи ложится тяжелое бремя. Месть представляется восстановлением мировой гармонии.

И Гамлет заранее чувствует невероятную сложность этого подвига. В конце концов он видит, что прямолинейная и решительная акция не может восстановить "связь времен".

В мировоззрении Эйнштейна идеалом гармонии был мир Спинозы, единый мир, в котором происходит взаимное, относительное движение действующих друг на друга тел. Эйнштейн восстановил этот классический идеал, распространил принцип относительности, найденный в XVII в., на новые явления, открытые в XIX в. "Связь времен" была восстановлена. Но первоначально она была восстановлена только для инерционного движения. В результате величайшего интеллектуального напряжения Эйнштейну удалось устранить из картины мира абсолютные ускоренные движения. Но дальше пойти не удалось.

344

В науке сохранилось чуждое идеальной гармонии мира различие между электромагнитными и гравитационными полями. С другой стороны, в движении элементарных частиц были обнаружены такие особенности, которые не укладывались в первоначальную схему идеальной гармонии мира. Не только отошедшая от этой схемы механика Ньютона, но и восстановившая гармонию механика Эйнштейна исходят из непрерывного движения частиц, положения и скорости которых определены начальными условиями и взаимодействиями между собой. В двадцатые годы выяснилось, что положение и скорость частицы, вообще говоря, не могут быть с неограниченной точностью определены для каждого последующего момента.

Но здесь аналогия кончается. Квантовая механика не была ни субъективной, ни объективной трагедией Эйнштейна. Прежде всего для Эйнштейна восстановление разорванной "связи времен", т.е. устранение ньютоновых абсолютов и лоренцова эфира не могло быть однократным актом, приводящим к тысячелетнему царству обретенной, наконец, окончательной истины. Как уже говорилось, специальная теория относительности в большей степени, чем все предшествующие физические теории, разрушила не только ньютоновы догмы, но и дух догматизма в целом. Затем Эйнштейну принадлежала идея фотонов, т.е. исток теории, приписывающей частицам волновые свойства, а волнам - корпускулярные. Наконец, Эйнштейн по существу связывал критику квантовой механики с перспективой дальнейшего развития физики, а не с попятным движением к классическим представлениям.

На этом тезисе мы уже останавливались. Эйнштейн весьма органически перешел в конце жизни от признания принципа Маха универсальным принципом природы к отрицанию его универсальности. Он говорил об ограниченности не только ньютоновой механики, но и всех теорий такого же типа, как и ньютонова. Создание новой теории, выходящей за рамки "классического идеала", не было субъективной трагедией для мыслителя, в такой большой мере приблизившего физику к этому идеалу. Когда физика пошла дальше, Эйнштейн не ощущал ее движение как крах мировой гармонии. В начале этой книги была сделана попытка очертить широкий и подвижный рационализм Эйнштейна. Этому живому, не претендующему на последнее слово, рационалистическому мировоззрению чужда трагедия оставленных позиций. Поэтому квантовая механика не была для Эйнштейна субъективной трагедией.

345

Она не была и объективной трагедией его идей, потому что объективным источником усложнения картины мира, выводящего ее за рамки "классического идеала", было последовательное и вполне органическое развитие концепций Эйнштейна.

Органическое, но совсем не идиллическое. Если у Эйнштейна не было трагедии оставленных позиций, то у него была трагедия недостигнутых позиций. Не "последних", "окончательных" и т.д., а ближайших, уже видимых, уже необходимых. Мы знаем, что поиски единой теории поля в двадцатые годы не приводили к физически однозначным и физически содержательным результатам. Вейль рассказывал, что в Принстоне в тридцатые годы Эйнштейн храбро встречал неудачи и произносил: "Ну вот, я опять сбился с пути", так же весело, как и фразы об успехах. Действительно, Эйнштейна не обескураживала каждая неудача, но он тяжело переживал неуверенность в достижении общего замысла - построения единой теории поля.

Эта неуверенность не раз высказывалась в весьма эйнштейновской, мягкой и иронической форме. В одной из первых глав этой книги упомянута надпись в принстонском институте: "Бог изощрен, но не злонамерен". Но, прощаясь в Принстоне с Вейлем, Эйнштейн сказал ему: "А может быть, он все-таки немного злонамерен?"

"Бог не злонамерен" означало для Эйнштейна не только существование мировой гармонии и не только необходимость и принципиальную достижимость единой теории поля. В этом Эйнштейн не сомневался. Но приведенное изречение означало также, что гармония бытия может быть выражена в точных геометрических соотношениях. И здесь у Эйнштейна появлялось ощущение величайшей трудности определения указанных соотношений: "А может быть, он все-таки немного злонамерен?"

Этой злонамеренности во всяком случае хватало, чтобы Эйнштейн мог сомневаться в том, что ему удастся увидеть решение проблемы Чем дальше, тем слабее становилась эта надежда и тем энергичнее работал Эйнштейн. Весной 1942 г. он писал своему другу Гансу Мюзаму (старому врачу, парализованному и лежавшему в то время в Хайфе):

346

"Я стал одиноким старым бобылем, известным главным образом тем, что обхожусь без носков. Но работаю я еще фанатичнее, чем раньше, и лелею надежду разрешить уже старую для меня проблему единого физического поля. Это напоминает воздушный корабль, на котором витаешь в небесах, но неясно представляешь себе, как опуститься на землю... Быть может, удастся дожить до лучшего времени и на мгновенье увидеть нечто вроде обетованной земли..." '

Через два года Эйнштейн вновь писал Мюзаму:

"Быть может, мне суждено еще узнать, вправе ли я верить в свои уравнения Это не более чем надежда, потому что каждый вариант связан с большими математическими трудностями. Я вам долго не писал, несмотря на муки совести и добрую волю, потому что математические мучения держат меня в безжалостных тисках и я не могу вырваться, никуда не хожу и сберегаю время, откладывая все ad colendas graecas. Как видите, я превратился в скрягу. В минуты просветления я сознаю, что эта жадность по отношению ко времени порочна и глупа" [2].

1 Helle Zeit, 50-51.

2 Ibid., 51.

В 1953 г. Эйнштейн на пресс-конференции, устроенной в связи с его 74-летием, говорил:

"Как только была завершена общая теория относительности, т.е. в 1916 г., появилась новая проблема, состоявшая в следующем. Общая теория относительности весьма естественно приводит к теории гравитационного поля, но не позволяет найти релятивистскую теорию для любого поля. С тех пор я стремился найти наиболее естественное релятивистское обобщение закона тяготения, надеясь, что обобщенный закон будет общей теорией поля. В течение последних лет мне удалось получить такое обобщение, выяснить формальную сторону проблемы, найти необходимые уравнения. Но математические трудности не позволяют получить из этих уравнений выводы, сопоставимые с наблюдением. Мало надежды, что это удастся до конца моих дней".

Эту характеристику своих результатов Эйнштейн повторял неоднократно - вплоть до последнего дня жизни, когда он уже знал о близости смерти и был уверен, что теория останется незавершенной, ее математическая корректность не гарантирует физической однозначности.

347

Но Эйнштейн понимал, что дело не только в последующей математической разработке физической теории, в последующем преодолении математических трудностей и получении численных решений уравнений поля. Для Эйнштейна теория но имеет права называться физической, если она по включает физической идеи, допускающей сопоставление с наблюдениями.

Подобная идея была тесно связана с тем или иным отношением к теории микромира. Эйнштейн думал, что единая теория поля позволит вывести квантово-статистические закономерности микромира из нестатистических (управляющих не вероятностями, а самими фактами), более глубоких и общих закономерностей бытия. Тем самым были бы устранены и некоторые позитивистские тенденции в физике.

"Я работаю, - писал Эйнштейн Соловину в 1938 г., - со своими молодыми людьми над чрезвычайно интересной теорией, которая, надеюсь, поможет преодолеть современную мистику вероятности и отход от понятия реальности в физике..." [3]

В письме к Соловину через двенадцать лет Эйнштейн признает, что единая теория поля еще не может быть проверена, так как математические трудности не позволяют придать ей вид, допускающий однозначную оценку. Общие, философские и логические аргументы не убеждают физиков.

"Единая теория поля теперь уже закончена... Несмотря на весь затраченный труд, я не могу ее проверить каким-либо способом. Такое положение сохранится на долгие годы, тем более что физики не воспринимают логических и философских аргументов" [4].

3 Lettres a Solovine, 75.

4 Ibid., 107.

Неужели беспримерное напряжение всех сил гениального мыслителя, продолжавшееся почти тридцать лет, было бесплодным?

Попытке ответа на этот вопрос должно предшествовать изложение другой линии развития физики в тридцатые - пятидесятые годы.

348

Квантовая механика, созданная в 1924-1926 гг., была нерелятивистской теорией. В ней не учитывались процессы, предсказанные теорией относительности, например изменение массы электрона в зависимости от его скорости. В 1929 г. Дирак написал релятивистское волновое уравнение, которому подчинено движение электрона. В нем учитывались такие релятивистские поправки, как изменение массы электрона. Уравнение Дирака точнее описывало движение электрона, обладающего большой энергией, движущегося с очень большой скоростью. Но при этом у Дирака в его расчетах появились отрицательные значения энергии электрона. Этот физически неприемлемый вывод заставил Дирака предположить, что найденное им релятивистское волновое уравнение описывает не только поведение электрона, но и поведение другой частицы, которая отличается от электрона только зарядом - она имеет не отрицательный, как электрон, а положительный электрический заряд. Такая частица была экспериментально найдена и получила название позитрона.

Оказалось, что электрон и позитрон могут слиться и превратиться в два или три фотона. Со своей стороны, фотоны могут превращаться в электронно-позитронные пары. Понятие превращения частиц, их трансмутации, уничтожения одних и порождения других частиц было совершенно новым понятием для "классического идеала" в целом. Классическая наука сталкивалась с качественными превращениями вещества, но сводила такие превращения к перегруппировке атомов, т.е. к движению неуничтожаемых, не превращающихся в другие, тождественных себе атомов. Когда были обнаружены превращения элементов один в другой, это объясняли перегруппировкой составных частей атомов и атомных ядер, т.е. электронов, протонов и нейтронов. Но в случае трансмутации элементарных частиц за ними не стоят перегруппировки и вообще движения каких-то еще меньших субчастиц. В современной научной картине мира трансмутация рассматривается как процесс, который не сводится к перемещению, хотя, может быть, неотделим от перемещения.

Элементарные трансмутации как будто стоят вне тех процессов, которые описывает теория относительности. Здесь нет движения в механическом смысле, т.е. перемещения, смены положения в пространстве с течением времени. Следовательно, здесь теряют смысл, по крайней

349

мере на первый взгляд, понятия скорости частицы и другие понятия механики. Нет смысла говорить об относительности движения в смысле перемещения, если нет самою движения. С другой стороны, трансмутации элементарных частиц являются процессами, возможность которых вытекает из теории относительности. Когда электроны и позитроны превращаются в фотоны, исчезает масса покоя этих частиц. Фотон не обладает массой покоя. Превращение фотонов в электроны и позитроны означает возникновение массы покоя из массы движения. Это чрезвычайно общая и фундаментальная закономерность. При быстрых движениях тел, сопоставимых по скорости с распространением света, становится существенным возрастание массы частицы по сравнению с массой покоя. В случая превращения электронов и позитронов в фотоны масса покоя полностью переходит в массу движения. Такие эффекты следует назвать уже не релятивистскими, а ультрарелятивистскими.

Здесь мы подошли к очень существенному пункту - существенному для оценки творческого пути Эйнштейна во второй половине его жизни. Основной стержень творчества и жизни Эйнштейна - кристаллизация результатов творчества, выходящих за рамки личного. В автобиографических заметках, письмах и беседах Эйнштейна с друзьями тридцать - сорок лет, отданных единой теории поля и выступлениям против официальной квантовой механики, рисуются как очень значительный с этой точки зрения период. Эйнштейн считал его периодом, когда он приблизился к единой концепции, охватывающей все мироздание, к теории, более широкой, чем общая теория относительности. Для Эйнштейна идеи, занимавшие его почти целиком в тридцатые - пятидесятые годы, были итогом творческой жизни, обобщением всего, о чем он размышлял с юности.

Напротив, в большинстве биографий и в большинстве оценок со стороны принстонский период рассматривается как период бесплодных поисков и положительные итоги этого периода сводятся к выводу уравнений движения из уравнений поля. Из таких оценок иногда выводится и освещение самой жизни Эйнштейна. Его одиночество, которое по отношению к периоду создания теории относительности рассматривается как одиночество мыслителя, ушедшего вперед, применительно к позднейшему периоду считается одиночеством ученого, заблудившегося и отставшего от общего движения науки.

350

Новейшие успехи изучения ультрарелятивистских эффектов меняют оценку творчества и жизни Эйнштейна в тридцатые - пятидесятые годы, а значит, и итоговую оценку творчества и жизни в целом. Для Эйнштейна единственная существенная оценка состоит в ответе на вопрос, что в его личных переживаниях, мыслях, результатах стало "надличным" содержанием научного прогресса. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно определить, в чем состоял действительный прогресс научных знаний, а это обычно можно сделать лишь ретроспективно, с позиций более общей и точной теории.

Blog

Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие. 5-е изд