Чтобы увидеть значение теории относительности Эйнштейна для эволюции физической мысли, следует прежде всего остановиться на самых общих понятиях относительности положения и движения тел и однородности пространства и времени. В теории Эйншиейнафигурирует однородность и изотропность пространства-времени. Представим себе материальную частицу, затерянную в бесконечном, абсолютно пустом пространстве. Что в этом случае означают слова "пространственное положение" частицы? Соответствует ли этим словам какое-либо реальное свойство частицы? Если бы в пространстве существовали другие тела, мы могли бы определить по отношению к ним положение данной частицы, но если пространство пусто, положение данной частицы оказывается бессодержательным понятием. Пространственное положение имеет физический смысл только в том случае, когда в пространстве имеются иные тела, служащие телами отсчета. Если брать в качестве тел отсчета разные тела, мы придем к различным определениям пространственного положения данной частицы. С любым телом мы можем связать некоторую систему отсчета, например систему прямоугольных координат. Такие системы равноправны: в какой бы системе отсчета мы ни определяли положение точек, из которых состоит данное тело, размеры и форма тела будут одними и теми же, и, измеряя расстояния между точками, мы не найдем критерия, чтобы отличить одну систему отсчета от другой. Мы можем поместить начало координат в любой точке пространства, мы можем затем перенести это начало в любую другую точку, либо повернуть оси, либо сделать и то и другое - форма и размеры тела при таком переносе и повороте не изменятся, так как не изменится расстояние между любыми двумя фиксированными точками этого тела. Неизменность этого расстояния при переходе от одной системы отсчета к другой называют инвариантностью по отношению куказанному переходу. Мы говорим, что расстояния между точками тела являются инвариантами при переходе от одной прямоугольной системы координат другой, с иным началом и иным направлением осей. Расстояния между точками тела служат инвариантами таких координатных преобразований. В инвариантности расстояний между точками относительно переноса начала координат выражается однородность пространства, равноправность всех его точек относительно начала координат. Если точки пространства равноправны, то мы не можем определить пространственное положение тела абсолютным образом, мы не можем найти привилегированную систему отсчета. Когда мы говорим о положении тела, т.е. о координатах его точек, то необходимо указывать систему отсчета. "Пространственное положение" в этом смысле является относительным понятием - совокупностью величин, которые меняются при переходе от одной системы координат к другой системе, в отличие от расстояний между точками, которые не меняются при указанном переходе. Однородность пространства выражается, далее, в том, что свободное тело, переходя из одного места в другое, сохраняет одну и ту же скорость и соответственно сохраняет приобретенный им импульс. Каждое изменение скорости и, соответственно, импульса, мы объясняем не тем, что тело передвинулось в пространстве, а взаимодействием тел. Изменение импульса данного тела мы относим за счет некоторого силового поля, в котором оказалось рассматриваемое тело. Нам известна также однородность времени. Она выражается в сохранении энергии. Если с течением времени не меняется воздействие, испытываемое данным телом со стороны других тел, иными словами, если иные тела действуют неизменным образом на данное тело, то энергия его сохраняется. Мы относим изменение энергии тела за счет изменения во времени действующих на него сил, а не за счет самого времени. Время само по себе не меняет энергии системы, и в этом смысле все мгновения равноправны. Мы не можем найти во времени привилегированного мгновения, также как не можем найти в пространстве точку, отличающуюся от других точек по поведению попавшей в эту точку частицы. Поскольку все мгновения равноправны, мы можем отсчитывать время от любого мгновения, объявив его начальным. Рассматривая течение событий, мы убеждаемся, что они протекают неизменным образом, независимо от выбора начального момента, начала отсчета времени. Мы могли бы сказать, что время относительно в том смысле, что при переходе от одного начала отсчета времени к другому описание событий остается справедливым и не требует пересмотра. Однако обычно под относительностью времени понимают нечто иное. В простом и очевидном смысле независимости течения событий от выбора начального момента относительность времени не могла бы стать основой новой теории, совсем не очевидной, опрокидывающей обычное представление о времени.

Под относительностью времени мы будем понимать зависимость течения времени от выбора пространственной системы отсчета. Соответственно абсолютным временем называется время, не зависящее от выбора пространственной системы координат, протекающее единообразно на всех движущихся одна относительно другой системах отсчета, - последовательность моментов, наступающих одновременно во всех точках пространства. В классической физике существовало представление о потоке времени, который не зависит от реальных движений тела, - о времени, которое течет во всей Вселенной с одной и той же быстротой. Какой реальный процесс лежит в основе подобного представления об абсолютном времени, о мгновении, одновременно наступающем в отдаленных пунктах пространства? Вспомним условия отождествления времени в разных точках

пространства. Время события, происшедшего в точке а 41 0, и время события, происшедшего в точке а 42 0 можно отождествить, если события связаны мгновенным воздействием одного события на другое. Пусть в точкеа 41 0 находится твердое тело, соединенное абсолютно жестким, совершенно недеформирующимся стержнем с телом, находящимся в точке а 42 0. Толчок, полученный телом в точке а 41 0, мгновенно, с бесконечнойскоростью, передается через стержень телу в точке 4 0а 42 0. Оба тела сдвинутся в одно и то же мгновение. Но все дело в том, что в природе нет абсолютно жестких стержней, нет мгновенных действий одного тела на другое. Взаимодействия тел передаются с конечной скоростью, никогда не превышающей скорости света. В стержне, соединяющем тела, при толчке возникает деформация, которая распространяется с конечной скоростью от одного конца стержня к другому, подобно тому, как световой сигнал идет с конечной скоростью от источника света к экрану. В природе нет мгновенных физических процессов, соединяющих события, происшедшие в удаленных один от другого пунктах пространства. Понятие "один и тот же момент времени" имеет абсолютный смысл. Пока мы не сталкиваемся с медленными движениями тел и можем приписать бесконечную скорость световому сигналу, толчку, переданному через твердый стержень или любому другому взаимодействию движущихся тел. В мире быстрых движений, при сравнении с которыми распространению света и взаимодействию между телами уже нельзя приписывать бесконечно большую скорость. В этом мире понятие одновременности имеет относительный смысл, и мы должны отказаться от привычного образа единого времени, текущего во всей Вселенной, - последовательности одних и тех же, одновременных, моментов в различных пунктах пространства. Классическая физика исходит из подобного образа. Она допускает, что одно и то же мгновенно наступает повсюду - на Земле, на Солнце, на Сириусе, на внегалактических туманностях, отстоящих от нас так далеко, что их свет идет к нам миллиарды лет. Если бы взаимодействия тел (например силы тяготения, связывающие все тела природы) распространялись мгновенно, с бесконечной скоростью, мы могли бы говорить о совпадении момента, когдаодно тело начинает воздействовать на другое, и момента, когда второе тело, удаленное от первого, испытывает это воздействие. Назовем воздействие тела на удаленное от него другое тело сигналом. Мгновенная передача сигнала - основа отождествления моментов, наступивших в отдаленных пунктах пространства. Такое отождествление можно представить в виде синхронизации часов. Задачастостоит в том, чтобы часы вточке а 41 и в точке а 42 показывалиодно и то же время. Если существуют мгновенные сигналы, эта задача не составляет труда. Часы можно было бы синхронизировать по радио, световым сигналом, выстрелом из пушки, механическим импульсом (посадить,например,стрелки часов в а 41 и в а 42 на один длинный абсолютно жесткий вал), если бы радиоприемник, свет, звук и механические напряжения в вале передавались с бесконечно большой скоростью. В этом случае мы могли бы говорить о чисто пространственных связях в природе, о процессах, протекающих в нулевой промежуток времени. Соответственно трехмерная геометрия имела бы реальные физические прообразы. Пространство в этом случае мы бы могли рассматривать вне времени, и такой взгляд давал бы точное представление о действительности. Временные мгновенные сигналы служат прямым физическим эквивалентом трехмерной геометрии. Мы видим, что трехмерная геометрия находит прямой прообраз в классической механике, которая включает представление о бесконечной скорости сигналов, о мгновенном распространении взаимодействий между отдаленными телами. Классическая механика допускает, что существуют реальные физические процессы, которые могут быть с абсолютной точностью описаны мгновенной фотографией. Мгновенная фотография, разумеется стереоскопическая - это как бы трехмерное пространственное сечение пространственно-временного мира, это четырехмерный мир событий, взятый в один и тот же момент. Бесконечно быстрое взаимодействие - процесс, который может быть описан в пределах мгновенной временной картины мира. Но теория поля как реальной физической среды исключает мгновенное ньютоново дальнодействие и мгновенное распространение сигналов через промежуточную среду. Не только звук, но и свет, и радиосигналы имеют конечную скорость. Скорость света - предельная скорость сигналов. Каков же в этом случае физический смысл одновременности? Что соответствует последовательности одних и тех же для всей Вселенной моментов? Что соответствует понятию единого времени, единообразно протекающего во всем мире? Мы можем найти некоторый физический смысл понятия одновременности и таким образом придать самостоятельную реальность чисто пространственному аспекту бытия, с одной стороны, и абсолютному времени - с другой, даже в том случае, когда все взаимодействия распространяются с конечной скоростью. Но условием для этого служит существование неподвижного в целом мирового эфира и возможность определить скорости движущихся тел абсолютным образом, относя их к эфиру как единому привилегированному телу отсчета. Представим себе корабль с экранами на носу и на корме. В центре корабля на равных расстояниях от обоих экранов зажигают фонарь. Свет фонаря одновременно достигает экранов, и мгновения, когда это происходит можно отождествить. Свет падает на экран, находящийся на носу корабля в то же самое мгновение, что и на экран, находящийся на корме. Таким образом, мы находим физический прообраз одновременности. Синхронизация с помощью световых сигналов, одновременно прибывающих в два пункта из источника, расположенного на равном расстоянии от них, возможна, если источник света и указанные два пункта покоятся в мировом эфире, т.е. когда корабль неподвижен по отношению к эфиру. Синхронизация возможна и в том случае, когда корабль движется в эфире. В указанном случае свет дойдет до экрана на носу корабля немного позже, а до экрана на корме - немного раньше. Но, зная скорость корабля относительно эфира, мы можем определить опережение луча, идущего к экрану на корме и запаздывание луча, идущего к экрану на носу, и, учитывая указанные опережение и запаздывание, синхронизировать часы, установленные на корме и на носу корабля. Мы можем, далее, синхронизировать часы на двух кораблях, движущихся относительно эфира с различными, но постоянными, известными нам скоростями. Но для этого также необходимо, чтобы скорость кораблей относительно эфира имела определенный смысл и определенное значение.Здесь возможны два случая. Если корабль при движении полностью увлекает за собой эфир, находящийся между фонарем и экранами, то не произойдет запаздывания луча, идущего к экрану на носу корабля. При полном увлечении эфира, корабль не смещается относительно эфира, находящегося над его палубой, а скорость света относительно корабля не будет зависеть от движения корабля. Тем не менее, мы сможем зарегистрировать зарегистрировать движение корабля с помощью оптических эффектов. По отношению к кораблю скорость света не изменится, но она изменится по отношению к берегу. Пусть корабль движется вдоль набережной: на набережной два экран а 41 и а 42,причем расстояние между ними равно расстоянию между экранами на корабле. Когда экраны на движущемся корабле оказались против экранов на набережной, в центре корабля зажигается фонарь. Если корабль увлекает за собой эфир, то свет фонаря дойдет одновременно до экрана на корме и до экрана на носу, но в этом случае свет дойдет в различные моменты до экранов на неподвижной набережной. В одном направлении скорость движения корабля относительно набережной будет прибавляться к скорости света, а в другом направлении скорость движения корабля нужно будет вычесть из скорости света. Такой результат - различные скорости света относительно берега - получится, если корабль увлекает эфир. Если же корабль не увлекает эфир, то свет будет двигаться с одной и той же скоростью относительно берега и с различной скоростью относительно корабля. Таким образом, изменение скорости света окажется результатом движения корабля в обоих случаях. Если корабль движется, увлекая эфир, то меняется скорость относительно берега; если же корабль не увлекает эфир, то меняется скорость света относительно самого корабля. В середине XIX века техника оптических экспериментов и измерений позволила уловить очень небольшие различия в скорости света. Оказалось возможным проверить, увлекают движущиеся тела эфир, или не увлекают. В 1851 г. Физо (1819 - 1896) доказал что тела не увлекают полностью эфир. Скорость света, отнесенная к неподвижным телам, не меняется, когда свет проходит через движущиеся среды. Физо пропускал луч света через неподвижную трубку, по которой текла вода. По существу вода играла роль корабля, а трубка - неподвижного берега. Результат опыта Физо привел к картине движения тел в неподвижном эфире без увлечения эфира. Скорость этого движения можно определить по запаздыванию луча, догоняющего тело (например, луча направленного к экрану на носу движущегося корабля), по сравнению с лучом, идущим навстречу телу (например, по сравнению с лучом фонаря, направленным к экрану на корме). Тем самым можно было, как казалось тогда, отличить тело, неподвижное относительно эфира, от тела, движущегося в эфире. В первом скорость света одна и та же во всех направлениях, во втором на меняется в зависимости от направления луча. Существует абсолютное различие между покоем и движением, они отличаются друг от друга характером оптических процессов в покоящихся и движущихся средах. Подобная точка зрения позволяла говорить об абсолютной одновременности событий и о возможности абсолютной синхронизации часов. Световые сигналы достигают точек, расположенных на одном и том же расстоянии от неподвижного источника, в одно и то же мгновение. Если же источник света и экраны движутся относительно эфира. То мы можем определить и учесть запаздывание светового сигнала, вызванное этим движением. И считать одним и тем же мгновением 1) момент попадания света на передний экран с поправкой на запаздывание и 2) момент попадания света на задний экран с поправкой на опережение. Различие в скорости распространения света будет свидетельствовать о движении источника света и экранов по отношению к эфиру - абсолютному телу отсчета. Эксперимент, который должен был показать изменение скорости света в движущихся телах и соответственно абсолютных характер движения этих тел, был выполнен в 1881 г. Майкельсоном (1852 -1931). Впоследствии его не раз повторяли. По существу, эксперимент Майкельсона соответствовал сравнению скорости сигналов, идущих к экранам на корме и на носу движущегося корабля. Но в качестве корабля была использована сама Земля, движущаяся в пространстве со скоростью около 30 км/сек. Далее, сравнивали не скорость луча, догоняющего тело и луча, идущего навстречу телу, а скорость распространения света в продольном и поперечном направлениях. В инструменте, примененном в опыте Майкельсона, так называемом интерферометре, один луч шел по направлению движения Земли - в продольном плече интерферометра, а другой луч - в поперечном плече. Различие в скоростях этих лучей должно было продемонстрировать зависимость скорости света в приборе от движения Земли. Результаты эксперимента Майкельсона оказались отрицательными. На поверхности Земли свет движется с одной и той же скоростью во всех направлениях. Такой вывод казался крайне парадоксальным. Он должен был привести к принципиальному отказу от классического правила сложения скоростей. Скорость света одна и та же во всех телах, движущихся по отношению друг к другу равномерно и прямолинейно. Свет проходит с неизменной скоростью, приблизительно равной 300000 км/сек., мимо неподвижного тела, мимо тела, движущегося навстречу свету, мимо тела, которое свет догоняет. Свет - это путник, который идет по полотну железной дороги, между путями, с одной и той же скоростью относительно встречного поезда, относительно поезда, идущего в том же направлении, относительно самого полотна, относительно пролетающего над ним самолета и т.д.. Или пассажир, который движется по вагону мчащегося поезда с одной и той же скоростью относительно вагона и относительно Земли.Чтобы отказаться от классических принципов, казавшихся совершенно очевидными и непререкаемыми, понадобилась гениальная сила и смелость физической мысли. Непосредственные предшественник. Эйнштейна подошли очень близко к теории относительности, но они не могли сделать решающего шага, не могли допустить, что свет не кажущимся образом, а в действительности распространяется с одной и той же скоростью относительно тел, которые смещаются одно относительно к другому.

Лоренц (1853-1928) выдвинул теорию, сохраняющую неподвижный эфир и классическое правило сложения скоростей и вместе с тем совместимую с результатами опытов Майкельсона. Лоренц предположил, что все тела при движении испытывают продольное сокращение, они уменьшают свою протяженность вдоль направления движения. Если все тела сокращают свои продольные размеры, то нельзя обнаружить подобное сокращение непосредственным измерением. Таким образомЛоренц рассматривает обнаруженное Майкельсоном постоянство скорости света как чисто феноменологический результат взаимной компенсации двух эффектов движения: уменьшение скорости света и сокращения проходимого им расстояния. С такой точки зрения классическое правило сложения скоростей остается незыблемым. Абсолютный характер движения сохраняется - изменение скорости света существует; следовательно, движение может быть отнесено не к другим телам, равноправным эфиру, а к универсальному телу отсчета - неподвижному эфиру. Сокращение носит абсолютный характер - существует истинная длина стержня, покоящегося относительно эфира, иными словами, стержня, покоящегося в абсолютном смысле. В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал статью "К электродинамике движущихся тел». У Эйнштейна абсолютное движение не прячется от наблюдателя, а просто не существует. Если движение относительно эфира не вызывает никаких эффектов в движущихся телах, то оно является физически бессодержательным понятием. Тем самым из физической картины мира устраняется понятие единого времени, охватывающего всю Вселенную. Здесь Эйнштейн подошел к самым коренным проблемам науки - к проблемам пространства, времени и их связи друг с другом. Если нет мирового эфира, то нельзя приписать некоторому телу неподвижность и на этом основании считать его началом неподвижной, в абсолютном смысле, привилегированной системы координат. Тогда нельзя говорить и об абсолютной одновременности событий,нельзя утверждать, что два события, одновременные в одной системекоординат, будут одновременными и во всякой другой системе координат.

Идеи, высказанные Эйнштейном в 1905 году, уже в ближайшие годы заинтересовали очень широкие круги. Люди чувствовали, что теория, с такой смелостью посягнувшая на традиционные представления о пространстве и времени, не может не привести при своем развитии и применении к очень глубоким производственно-техническим и культурным сдвигам. Разумеется, только теперь стал ясен путь от абстрактных рассуждений о пространстве и времени к представлению о колоссальных запасах энергии, таящихся в недрах вещества и ждущих своего освобождения, чтобы изменить облик производственной техники и культуры. До середины нашего столетия во всех областях техники использовали лишь подобные ничтожные изменения энергии покоя и массы покоя тел. Сейчас появились практически применяемые реакции, при которых затрачивается или пополняется основной массив заключенной в веществе энергии покоя. В современной физике существует представление о полном переходе энергии покоя в энергию движения, т.е. о превращении частицы, обладающей массой покоя, в частицу с нулевой массой покоя и очень большой энергией движения и массой движения. Такие переходы наблюдаются в природе. До практического применения подобных процессов еще далеко. Сейчас используются процессы, освобождающие внутреннюю энергию атомных ядер. Атомная энергетика оказалась решающим экспериментальным и практическим доказательством теории относительности Эйнштейна.

В 1907-1908 гг. Герман Миньковский (1864 - 1908) придал теории относительности весьма стройную и важную для последующего обобщения геометрическую форму. В статье "Принцип относительности" (1907) и в докладе "Пространство и время" (1908) теория Эйнштейна была сформулирована в виде учения об инвариантах четырехмерной евклидовой геометрии.При движении геометрической фигуры в пространстве координаты точек меняются, а расстояния между ними остаются неизменными. Само по себе четырехмерное представление движения частицы может быть легко усвоено, оно кажется почти очевидным и, в сущности привычным. Всем известно, что реальные события определяются четырьмя числами: тремя пространственными координатами и временем, прошедшим до события с начала летосчисления, или с начала года, или от начала суток. материя пространство естествознание

В 1908 г. Миньковский представил теорию относительности в форме четырехмерной геометрии. Он назвал пребывание частицы в точке, определенной четырьмя координатами, "событием", так как под событием в механике следует понимать нечто определенное в пространстве и во времени - пребывание частицы в определенной пространственной точке в определенный момент. Далее он назвал совокупность событий - пространственно-временное многообразие -"миром", так как действительный мир развертывается в пространствеи во времени. Линию, изображающую движение частицы, т.е. четырехмерную линию,каждая точка которой определяется четырьмя координатами, Миньковский назвал "мировой линией".

Однородность пространства-времени означает, что в природе нет выделенных пространственно-временных мировых точек. Нет события, которое было бы абсолютным началом четырехмерной, пространственно-временной системы отсчета. В свете идей, изложенных Эйнштейном в 1905 г., четырехмерное расстояние между мировыми точками, т.е. пространственно-временной интервал не будет меняться присовместном переносе этих точек вдоль мировой линии. Это значит, что пространственно-временная связь двух событий не зависит от того, какая мировая точка выбрана в качестве начала отсчета, и что любая мировая точка может играть роль подобного начала. Таким образом, идея однородности является стержневой идеей науки XVII-XX вв. Она последовательно обобщается, переносится с пространства на время, и далее, на пространство-время.

В 1911-1916 гг. Эйнштейн создал общую теорию относительности. Теория, созданная в 1905 г., называется специальной теорией относительности, так как она справедлива лишь для специального случая, прямолинейного и равномерного движения.

Долгие годы у Эйнштейна созревала мысль о подчинении ускоренного движения принципу относительности и создании общей теории относительности, рассматривающей не только инерционные, но и всевозможные движения. Сила инерции действует единообразно на все предметы.Существует сила, которая также действует единообразно на все тела. Это - сила тяжести.

Эйнштейн назвал принципом эквивалентности утверждение о равноценности силы тяжести, действующей на систему, и силы инерции, проявляющейся при ускоренном движении. Этот принцип позволяет рассматривать ускоренное движение как относительное. В самом деле, проявления ускоренного движения (силы инерции) ничем не отличаются от сил тяжести в неподвижной системе. Значит, нет внутреннего критерия движения, и о движении можно судить лишь по отношению к внешнем телам. Движение, в том числе ускоренное движение тела A, состоит в изменении расстояния от некоторого тела отсчета B, причем мы с тем же правом можем утверждать, что B движется относительно A.

Эйнштейн отождествил тяготение, искривляющее мировые линии движущихся тел, с искривлением пространства-времени. Эта идея всегда будет образцом смелости и глубины физической мысли и вместе с тем образцом нового характера научного мышления, находящего реальные физические эквиваленты евклидовых и неевклидовых геометрических соотношений. Тело, предоставленное самому себе, движется по прямой в трехмерном пространстве. Оно движется по прямой в четырехмерном пространственно-временном мире, так как на графике "пространство-время" каждый сдвиг по оси времени (каждое приращение времени) сопровождается одним и тем же приращением пройденного пространственного расстояния. Таким образом, движениям по инерции соответствуют прямые мировые линии, т.е. прямые четырехмерного пространства-времени. ускоренным движениям соответствуют кривые мировые линиичетырехмерного пространственно-временного мира. Тяготение сообщает телам одно и то же ускорение. Оно сообщает такое же ускорение и свету. Следовательно, тяготение искривляет мировые линии. Если бы прямые, начерченные на плоскости, вдруг оказались кривыми, причем обрели бы одну и ту же кривизну, мы предположили бы, что плоскость искривилась, стала искривленной поверхностью, например поверхностью шара. Быть может, тяготение, единообразно искривляющее мировые линии, означает, что пространство-время в данной мировой точке (в данном пространственном пункте и в данный момент времени) приобрело определенную кривизну. Изменение сил тяготения, изменение интенсивности и направления тяжести, можно тогда рассматривать как изменение кривизны пространства-времени. Кривизна линии не требует пояснения. Кривизна поверхности также вполне наглядное представление. Мы знаем, что на кривой поверхности, например поверхности земного шара, теоремы евклидовой геометрии на плоскости перестают быть справедливыми. Вместо прямых кратчайшими линиями становятся иные геодезические линии, например в случае поверхности шара дуги большого круга: чтобы проехать кратчайшим путем с севера на юг, нужно двигаться по дуге меридиана. На геодезическую линию, заменяющую собой прямую, из одной точки можно опустить множество различных перпендикуляров, например из полюса на экватор. Мы не можем себе представить наглядно кривизну трехмерного пространства. Но мы можем назвать кривизной отступление трехмерного мира от геометрии Евклида. То же самое мы можем сделать с четырехмерным многообразием. Повторим исходные положения общей теории относительности. В каждой точке, находящейся в поле действия сил тяготения какой-либо большой массы, например Солнца, все тела падают с одинаковым ускорением, и не только тела, но и свет также приобретает ускорение, причем одно и то же ускорение, зависящее от массы Солнца. В четырехмерной геометрии подобное ускорение может быть представлено в виде пространственно-временного мира. Согласно общей теории относительности, наличие тяжелых масс искривляет пространственно-временной мир, и это искривление выражается в тяготении, изменяющем пути и скорости тел и световых лучей. В 1919 году астрономические наблюдения подтвердили теорию тяготения Эйнштейна - общую теорию относительности. Лучи звезд искривляются, проходя мимо Солнца, и их отклонения от прямого пути оказались такими, какие были вычислены теоретически Эйнштейном. Кривизна пространства-времени меняется в зависимости от распределения тяжелых масс. Если отправиться в путь через Вселенную, не меняя направления, т.е. следуя геодезическим линиям окружающего пространства, то нам встретятся на пути четырехмерные пригорки - гравитационные поля планет, горы - гравитационные поля звезд, большие хребты - гравитационные поля галактик. Путешествуя подобным образом по поверхности Земли, мы, помимо холмов и гор, знаем о кривизне земной поверхности в целом и уверены, что, продолжая путь в неизменном направлении, например вдоль экватора, вернемся к месту, откуда выехали. При путешествии во Вселенной мы также сталкиваемся с общей кривизной пространства, которая так относится к гравитационным полям планет, звезд и галактик, как кривизна Земли к рельефу ее поверхности. Если бы искривлено не только пространство, но и время, мы вернулись бы в результате космического путешествия в исходный пространственный путь и в исходное пространственное положение. Это невозможно. Эйнштейн предположил, что искривлено лишьпространство.

В 1922 г. А.А.Фридман (1888-1925) выдвинул гипотезу об изменении радиуса общей кривизны пространства с течением времени. Некоторые астрономические наблюдения подтверждают эту гипотезу, расстояния между галактиками увеличивается со временем, галактики разбегаются. Однако космологические концепции, связанные с общей теорией относительности, еще очень далеки от той определенности иоднозначности, которая свойственна специальной теории относительности.

Пространство и время - всеобщие формы бытия материи. Пространство - протяжённость, сосуществование вещей, время - длительность. На уровне понятий протяжённость и длительность выражаются в абстрагируемых от них признаках - измерениях. Пространство характеризуется двумя измерениями, время одним: оно течёт от прошлого к настоящему и к будущему. Одномерность времени связана, поэтому с однонаправленностью и необратимостью. Пространству свойственна обратимость, движение возможно в прямом и обратном направлении. Пространство и время обладают однородностью, различные точки пространства одинаково тождественны, также и моменты времени. Пространство изотропно, т.е. все направления в пространстве равноценны, одинаковы. Пространство и время - внутренние формы бытия материи, объективные формы (с позиции научного материализма). Пространство и время - две противоположные, взаимосвязанные и взаимодополняющие формы бытия материи. Сосуществующие в пространстве вещи, могут сосуществовать во времени и существующие во времени вещи образуют пространство... . Любая из основных форм бытия, таким образом, выступает в качестве условия другого. ... физические представления о пространстве и времени связаны с теорией Эйнштейна. Теория относительности основывается на принципах: - Постоянства скорости света в пустоте. - Относительности. На их основе Эйнштейн разработал теорию физического пространства и времени, где пространство и время зависимы от движения физических тел по мере приближения к скорости света. Эйнштейн открыл свойство пространство и времени - быть объективно различными в различных физических системах. Общая теория относительности ввела представление о взаимосвязи и взаимодополняемости пространства и времени. Общая теория относительности исходит из признания тяготения, которое определяет свойства пространства и времени. С позиций общей теории относительности протяжённость и длительность зависят от интенсивности гравитации, чем интенсивнее поле тяготения, тем меньше протяжённость и медленнее течёт время. Общая теория относительности ввела понятие о кривизне пространства. - Теория относительности подтвердила диалектико-материалистическое понимание пространства и времени, их неразрывные связи друг с другом и материей. - Теория относительности дала толчок и материал для существенного углубления научно философской концепции пространства, времени, движения и материи. - В науку и философию входит понятие о различных формах пространства и времени.

22. Движение - способ существования материи. Движение и покой. Критика энергетизма.

Наряду с пространством и временем, способом существования материи являются движение и развитие. Движение есть абстрактная сторона развития. Движение - изменение вообще. Все вещи обладают способностью изменения, перехода из одного состояния в другое. Движение - перемена места в пространстве, изменение физических полей, химического состава, структуры и функций организмов, рост знаний и т.д. движение может быть определено как снятие абстрактного тождества предмета с самим собой. Любая вещь, оставаясь до какого то предела самой собой, в то же время непрерывно меняется, перестаёт быть тождественной себе. Вне такого непрерывного движения вещь не существует и не может мыслиться. Поэтому в марксистской диалектике понятие абсолютного покоя рассматривается как несостоятельное. Движение и покой. Движение предполагает материальный субстрат, который изменяется. Это значит, что движение должно быть связано с чем то сохраняющимся, относительно покоящимся. Если абсолютизировать движение и полностью отрицать покой, это приводит к тому, что вещь, как носитель движенья, растворяется в чистом движении, что делает бессмысленным и само понятие движения. Покой и движение не являются полноправными. Покой выступает как момент движения. Поэтому диалектика рассматривает движение как абсолютное, а покой как относительный. Покой относителен в двух смыслах: 1) В пределах каждого покоящегося происходят непрерывные изменения, подрывающие покой изнутри. 2) Всякое состояние покоя рано или поздно сменяется новым состоянием относительного покоя. Так как всякое движение включает в себя моменты покоя, но не сводится к нему, понятие движения получает широкий и узкий смысл: - В широком смысле движение целостный процесс, включающий моменты покоя и собственно движения. - В узком смысле движение за вычетом покоя. Материя и движение неразрывно связаны. Как нет материи без движения, так нет движения без материи. Движение принадлежит материи, являясь её способом существования, свойством материи. С другой стороны, движение существует как изменение чего-либо, некоторого субстрата. Само понятие движения теряет смысл, если его оторвать от понятия движущегося тела. Попытку оторвать движение от материи предпринял в начале двадцатого века Освальд (махизм). Он полагал, что противоположность материализма и идеализма может быть преодолена, если понятия материи и духа заменить нейтральным понятием энергии, но это просто изменение терминологии. Освальд фактически рассматривал энергию, как существующую объективно, вне сознания. С появлением соотношения массы и энергии, энергетизм стремился доказать, что оно свидетельствует о превращении материи в энергию. Однако эта формула фиксировала не превращение материи в энергию, а пропорциональность энергии другому физическому свойству - массе.

Разрешение этого противоречия было осуществлено Эйнштейном А. в 1905 г. созданием специальной теории относительности. Принципиально новым в теории Эйнштейна является утверждение относительности и пространства и времени, рассматриваемых в отдельности. Существенно иным стало понимание смысла одновременности двух событий. С точки зрения специальной теории относительности (СТО), два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, будут неодновременными в другой системе, движущейся относительно первой. Таким образом, мы можем с уверенностью говорить об одновременности двух событий лишь в том случае, если они произошли в одном и том же месте 6, с. 90-91.

Утрата абсолютности одновременности означает, что не может быть единого времени в различных системах отсчета. В каждой такой системе имеется «собственное» время. Длина также стала относительной. В самом деле, что такое измерить длину какого-либо отрезка? Это значит одновременно зафиксировать его начало и конец. Однако поскольку понятие одновременности утратило свой абсолютный смысл, в различных системах отсчета длина отрезка будет различной. Причем установление, что длина отрезка будет сокращаться в направлении движения, а промежутки времени увеличиваться, т.е. течение времени должно замедляться. Возникает вопрос: реальны ли подобные релятивистские эффекты?

Теория утверждает их реальность. Причем дело не в том, что каждый отрезок в разных системах действительно короче другого. Просто наблюдатели в каждой системе отсчета при измерении найдут, что отрезок в другой системе короче отрезка в их системе (например, каждому из двух одного роста людей, стоящих по разные стороны двояковогнутой линзы другой будет казаться меньше, хотя это не значит, что каждый из них меньше другого). Реальной же причиной изменений будет взаимное относительное движение тел. Таким образом, о длине тела, в отличие от классической физики, можно говорить лишь в отношении его к той или иной системе отсчета. То же самое относится и к временным промежуткам. Аналогией этому является то, что мы не можем говорить о скорости тела вообще, безотносительно к какой-либо системе, ибо не существует скорости тела самой по себе. Также лишены смысла понятия «верх» и «низ», «право» и «лево», если не указано, относительно чего устанавливается ориентировка в пространстве 10, с. 108.

Развитие представлений о пространстве и времени показало, что как таковые пространство и время раздельно не существуют. Они являются сторонами единой сущности - четырехмерного «пространства-времени». Окружающий мир при этом, это мир событий, которые характеризуются местом и временем. СТО, показав относительность пространства и времени, ввела новый абсолют - четырехмерное «пространство-время», где три координаты пространственные, а четвертая - временная.

В целом философское значение специальной теории относительности состоит в том, что она открыла неразрывную связь, единство пространства и времени. Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени и их взаимосвязи с материей связано с возникновением общей теории относительности (ОТО), одним из основных постулатов которой являются гравитационные уравнения Эйнштейна, где правая часть есть физическая величина, выражающая материю - энергию - импульс, а левая часть выражает геометрические свойства четырехмерного пространства-времени.

Таким образом, уравнения Эйнштейна описывают одновременно и гравитационное поле, и геометрию пространства-времени. Установление зависимости гравитационного поля, а через него и пространства-времени от распределения в нем материальных масс является важнейшим фактором не только в физическом, но и в общем философском плане. В этом смысле уравнения Эйнштейна следует рассматривать как математическое выражение диалектического принципа, утверждавшего, что пространство и время как формы существования материи должны быть неразрывно связаны с материей и ее свойствами. Это значит, что ОТО в решении проблемы пространства и времени отличается от классической физики.

Своеобразно в ОТО и проявление релятивистских эффектов. Согласно ей сокращение длин и замедление времени наблюдаются даже в рамках одной и той же системы отсчета, при переходе от одних точек системы к другим. Например, во всех точках, расположенных ближе к центру материальных масс, гравитационное поле будет интенсивнее и, следовательно, время будет течь медленнее, а длины отрезков короче, чем в точках, более удаленных от центра гравитации. В 1958 году немецкий физик Мисбауер открыл способ изготовления «ядерных часов», измеряющих время с громадной точностью. Опыты с применением эффекта Мисбауера показали, что у поверхности земли время течет медленнее, чем, положим, на крыше какого-либо здания 6, с. 122.

Итак, общая теория относительности является новым подтверждением диалектико-материалистического учения о неразрывной взаимосвязи пространства и времени с движущейся материей.

В заключение можно сказать, что развитие современной физики подтвердило правильность диалектико-материалистической концепции пространства и времени.

Министерство Образования и Науки РФ

ФГБОУ ВПО

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра философии и культурологии

Реферат на тему “Философские проблемы теории относительности”

Преподаватель: Гвоздецкий А.В. Студент: Паршаков А.В. Группа: ТГР 12-1

Екатеринбург

Введение…………………………………………..……………………………….3

Физика и философия. Теория относительности…………………………..…….4

Заключение……………………………………………………………………… 15

Список используемой литературы……………………………………………...16

Введение.

Темой для моего реферата я выбрал тему, связывающую, казалось бы, на первый взгляд, две разные и несовместимые науки: философию, и физику, а точнее, теорию относительности. Еще в конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности.

Теория относительности всегда играла в современной физике особо важную роль. В ней впервые была показана необходимость периодического изменения основополагающих принципов физики. Поэтому обсуждение тех проблем, которые были подняты и отчасти решены теорией относительности, необходимы для рассмотрения философских аспектов современной физики. В известном смысле можно сказать, что создание теории относительности - в противоположность квантовой теории - потребовало сравнительно немного времени с момента окончательного осознания трудностей, о которых в данном случае шла речь, до их разрешения.

Физика и философия. Теория относительности.

Повторение опыта Майкельсона Морлеем и Миллером в 1904 году явилось первым надежным доказательством невозможности обнаружить поступательное движение Земли с помощью оптических методов, а решающая работа Эйнштейна появилась менее чем два года спустя. С другой стороны, опыт Морлея и Миллера и работа Эйнштейна явились все-таки, пожалуй, лишь последними фазами развития, которое началось гораздо ранее и которое, по-видимому, можно связать с проблемой "электродинамики движущихся сред".

Электродинамика движущихся сред оказалась важным разделом физики и техники. Серьезная трудность выявилась в этой области только тогда, когда Максвелл вскрыл электромагнитную природу световых волн. Эти волны одним отличаются от других, уже известных ранее волн, например от звуковых волн. Они могут распространяться в пустом пространстве. Если звонок заставить звучать в сосуде, из которого откачан воздух, то звук не достигает пространства вне сосуда. Свет же свободно проходит сквозь безвоздушное пространство. Поэтому предположили, что световые волны можно рассматривать как упругие волны в очень легкой субстанции, называемой эфиром, которую нельзя ни видеть, ни ощущать, но которая заполняет как безвоздушное пространство, так и пространство, занятое другим веществом. Мысль о том, что электромагнитные волны обладают своей собственной реальностью, независимой ни от каких тел, в то время еще не приходила физикам в голову. Так как это вещество - эфир - могло проникать во все другие тела, то встал вопрос: что происходит, если тело приведено в движение? Принимает ли эфир участие в этом движении, и если да, то как распространяется световая волна в этом движущемся эфире?

Эксперименты, которые дают ответ на этот вопрос, трудны по следующей причине: скорости движущихся тел обычно чрезвычайно малы по сравнению со скоростью света. Поэтому движение этих тел может вызвать только очень незначительные эффекты. Электронная теория, развитая Лоренцом в 1895 году, дала удовлетворительное описание этих эффектов "первого порядка". Но эксперимент Майкельсона, Морлея и Миллера создал новую ситуацию: чтобы получить большие эффекты, а тем самым и более точные результаты, казалось целесообразным экспериментировать с телами, движущимися очень быстро. Вычисление эффекта, который следует ожидать, показывает, что он в данном случае должен быть очень малым, так как оказывается пропорциональным квадрату отношения скорости Земли к скорости света. Поэтому необходимо поставить точные эксперименты по интерференции двух световых пучков, один из которых направлен параллельно, а другой - перпендикулярно к направлению движения Земли. Первый эксперимент такого рода, выполненный Майкельсоном в 1881 году, был недостаточно точен. Но и последующие повторные эксперименты не обнаружили ни малейших следов ожидаемого эффекта. Такого рода окончательным доказательством того, что эффект ожидаемого порядка величины не имеет места, являются в особенности эксперименты Морлея и Миллера 1904 года.

Их результат казался сначала непонятным, но он имеет отношение и к другому вопросу, незадолго до этого уже осаждавшемуся физиками. В Ньютоновской механике справедлив определенный принцип относительности, который можно характеризовать следующими словами: если в определенной системе отсчета законы Ньютоновской механики выполняются для механического движения тела, в таком случае это имеет место и в любой другой системе отсчета, движущейся относительно первой системы равномерно и прямолинейно. Равномерное и прямолинейное движение не вызывает, таким образом, никаких механических эффектов в этой системе, и поэтому эти эффекты не могут служить средством обнаружения такого движения.

Подобного рода принцип относительности, как казалось физикам, не мог быть справедлив в оптике и электродинамике. Ибо если первая система покоится относительно эфира, то движущаяся система, напротив, не находится в состоянии покоя, и отсюда следует, что движение этой второй системы относительно эфира можно наблюдать благодаря эффектам того рода, которые были исследованы Майкельсоном. Отрицательный результат опыта Морлея и Миллера 1904 года позволял поэтому снова воскресить идею о том, что принцип относительности такого рода все-таки, вероятно, мог быть также справедлив в электродинамике, как и ранее в Ньютоновской механике.

С другой стороны, имелся старый опыт Физо 1851 года, который, казалось, непосредственно противоречил этому принципу относительности. Физо исследовал скорость света в движущейся жидкости. Если бы принцип относительности был справедлив, то суммарная скорость света в движущейся жидкости должна была бы быть равной сумме скорости жидкости и скорости света в покоящейся жидкости. Однако это было не так. Опыт Физо показал, что суммарная скорость была несколько меньше, чем указанная сумма.

Решающий шаг был сделан в 1905 году Эйнштейном, истолковавшим кажущееся время в преобразованиях Лоренца как время реальное и исключившим из рассмотрения время, которое Лоренц называл "истинным". Это означало изменение оснований физики - совершенно неожиданное и радикальное изменение, для которого именно и была необходима смелость молодого и революционного гения. Чтобы сделать этот шаг в плане математического описания природы, надо было лишь применить к опыту преобразование Лоренца непротиворечивым образом. Однако благодаря новому истолкованию этого преобразования изменялись представления физиков о структуре пространства и времени, и многие проблемы физики предстали поэтому в новом свете Эфирная субстанция, например, оказывалась ненужной и могла быть просто вычеркнута из учебников физики. На самом деле принимать во внимание такую субстанцию больше не имеет смысла и много проще говорить, что световые волны распространяются в пустом пространстве и что электромагнитные поля обладают своей собственной реальностью и могут существовать в пустом пространстве.

Решающее изменение, однако, затрагивает структуру пространства и времени. Очень трудно описать это изменение словами обычного языка без применения математики, так как обычные слова "пространство" и "время" уже относятся к структуре пространства и времени, представляющей собой идеализацию и упрощение действительной структуры. Несмотря на это, необходимо попытаться описать новую структуру, и, пожалуй, это можно сделать следующим образом. Когда мы употребляем слово "прошлое", то тем самым имеем в виду все те события, о которых мы, по крайней мере в принципе, можем что-то знать и получить какие-то сведения. Подобным же образом слово "будущее" охватывает все те события, на которые мы, по крайней мере в принципе, еще можем воздействовать, которые мы можем как-то пытаться изменить или воспрепятствовать их свершению. Хотя сразу трудно утверждать, почему эти определения слов "прошлое" и "будущее" следует считать особенно целесообразными, но можно легко показать, что они в самом деле очень точно соответствуют обычному употреблению этих выражений. Если их употребляют подобным образом, то, как показывают результаты многих экспериментов, область событий, относимых к будущему или прошлому, не зависит от состояния движения или других свойств наблюдателя. На более строгом математическом языке можно сказать, что введенное определение инвариантно относительно перемещений наблюдателя. Оно справедливо как в Ньютоновской механике, так и в теории относительности Эйнштейна.

Но здесь возникает существенное различие: в классической теории мы принимаем, что будущее и прошлое отделены друг от друга бесконечно малым интервалом времени, который можно назвать настоящим мгновением. В теории же относительности мы видели, что дело обстоит несколько иначе. Будущее отделено от прошлого конечным интервалом времени, длительность которого зависит от расстояния до наблюдателя. Какое угодно воздействие может распространяться только со скоростью, которая меньше или равна скорости распространения света. Поэтому наблюдатель в данное мгновение не может ни знать, ни оказать влияние на событие, происшедшее в некоторой удаленной точке в промежутке между двумя характеристическими моментами времени. Первый момент - мгновение, в которое должен быть послан из места события световой сигнал, который достигнет наблюдателя в момент наблюдения. Другой момент - мгновение, в которое световой сигнал, посланный наблюдателем в момент наблюдения, достигает места события. Весь конечный интервал времени между обоими этими мгновениями может быть назван для наблюдателя в данный момент наблюдения "настоящим". Ибо любое событие, происшедшее в этот интервал времени, не может в момент выполнения наблюдения ни стать известным наблюдателю, ни испытать какое-либо воздействие последнего, и именно так было определено понятие "настоящее". Всякое событие, имеющее место между обоими характеристическими моментами времени, может быть названо "одновременным с актом наблюдения".

Использование выражения "может быть названо" уже указывает на двусмысленность слова "одновременно", объясняющуюся тем, что слово "одновременно" возникло из опыта повседневной жизни, в пределах которого скорость света можно считать практически бесконечно большой. На самом же деле слово "одновременно" может быть определено в физике несколько иначе, и Эйнштейн использовал в своих работах это второе определение "одновременности". Если два события в одной и той же точке пространства происходят одновременно, мы говорим, что они совпадают. Это выражение совершенно однозначно. Теперь представим себе три точки в пространстве, лежащие на одной прямой линии таким образом, что средняя точка находится на одном и том же расстоянии от обеих крайних. Если два события в обеих внешних точках происходят в такие моменты времени, что световые сигналы, посланные в момент свершения событий, приходя в среднюю точку, совпадают, то оба события можно определить как "одновременные". Это определение является в данном случае более узким, чем первое. Одно из его важнейших следствий состоит в том, что, когда два события одновременны для одного наблюдателя, они, возможно, не одновременны для другого наблюдателя; это будет иметь место, если второй наблюдатель движется относительно первого. Соотношение между обоими определениями слова "одновременно" можно выразить высказыванием: во всех случаях, когда два события одновременны в первом смысле, можно найти также систему отсчета, в которой они одновременны и во втором смысле. Несколько более наглядно положение вещей в целом можно, пожалуй, изобразить следующим образом: предположим, что спутник, вращающийся вокруг Земли, испускает сигнал, который через некоторый малый промежуток времени принимается станцией наблюдения на Земле. Эта станция наблюдения в ответ на данный сигнал посылает спутнику команду, которую он принимает через некоторый малый промежуток времени. Весь интервал времени между посылкой сигнала и приемом команды можно считать на спутнике, согласно первому определению, одновременным с моментом приема сигнала на Земле. Если на спутнике выбирается какое-либо определенное мгновение из этого интервала, то, хотя это мгновение, вообще говоря, в смысле второго определения, не "одновременно" с моментом приема сигнала на Земле, всегда существует система отсчета, в которой эта одновременность имеет место.

Первое определение слова "одновременно" кажется несколько более соответствующим обычному употреблению этого слова в повседневной жизни, так как вопрос о том, одновременны ли два процесса, в повседневной жизни определенно не зависит от системы отсчета. В обоих же релятивистских определениях понятие одновременности приобрело ту точность, которая совершенно отсутствовала у него в языке повседневной жизни. В квантовой теории физики должны были уже заранее осознать, что понятия классической механики описывают природу недостаточно точно, что квантовые законы ограничивают их применимость и что поэтому при их использовании необходима большая осторожность. В теории относительности физики, напротив, пытались изменить смысл слов классической физики, уточнив эти понятия таким образом, чтобы они точно соответствовали новой, только что познанной ситуации в природе.

50 лет назад, когда была создана теория относительности, гипотеза об эквивалентности массы и энергии революционизировала физику, но экспериментальных доказательств этого закона было тогда очень мало. В наши дни можно во многих экспериментах непосредственно видеть, как элементарные частицы рождаются из кинетической энергии и как такие частицы могут снова исчезнуть, превратившись в излучение. Поэтому ныне превращение энергии в массу и наоборот не представляет собой ничего необыкновенного.

Эквивалентность массы и энергии, кроме своего огромного значения для практической физики, подняла также вопросы, связанные с очень старой философской проблематикой. Различные философские системы прошлого исходили из тезиса, что субстанция, или материя, неуничтожима. Эксперименты, которые проводятся в современной физике, показали, что элементарные частицы, например, позитроны и электроны, могут быть уничтожены и превращены в излучение. Означает ли это, что более старые философские системы тем самым опровергнуты новейшим опытом и что аргументы, выдвигающиеся в этих более ранних системах, должны считаться ложными?

Это было бы, несомненно, несколько преждевременное и неоправданное заключение, ибо понятия "субстанция" и "материя" в античной или средневековой философии нельзя просто отождествлять с понятием "масса" в современной физике. Если наши современные знания выразить на языке более старых философских систем, то можно было бы, например, массу и энергию рассматривать в качестве двух различных форм одной и той же субстанции и, таким образом, сохранить представление о неуничтожимой субстанции.

Гипотетическая субстанция "эфир", игравшая столь важную роль в более ранних истолкованиях теории Максвелла в XIX столетии, как это уже упоминалось выше, была устранена теорией относительности. Это обстоятельство часто выражают также в виде утверждения, что теорией относительности было устранено абсолютное пространство. Но такое утверждение нуждается в некоторых оговорках. Правда, согласно специальной теории относительности, больше нельзя выбрать определенную систему отсчета, относительно которой эфир покоился бы и которая по этой причине заслуживала бы название "абсолютной". Но было бы все же неправильно утверждать, что теперь пространство будто бы потеряло все физические качества. Уравнения движения материальных тел или полей все еще принимают различный вид в "обычной" системе отсчета и в другой системе, равномерно вращающейся относительно "обычной" системы отсчета. Если ограничиваются теорией относительности 1905, 1906 годов, то существование, центробежных сил во вращающейся системе отсчета доказывает, что существуют физические свойства пространства, позволяющие отличить вращающиеся системы от не вращающихся.

В философском плане это не кажется удовлетворительным, и было бы предпочтительнее приписывать физические свойства только физическим объектам, как, например, материальным телам или полям, а не пустому пространству. Однако если ограничиться рассмотрением электромагнитных процессов и механических движений, то наличие этих свойств у пустого пространства следует просто из фактов, которые не могут быть оспорены, например из факта существования центробежной силы.

Решающая фундаментальная гипотеза общей теории относительности - предположение о тождестве тяготеющей и инертной масс. Весьма тщательные измерения показали, что масса тела, определяемая его весом, в точности пропорциональна другой массе, определяемой инерцией тела. Даже самые точные измерения никогда не давали никаких отклонений от этого закона. Если этот закон имеет универсальное значение, то силы тяготения могут быть поставлены в параллель с центробежными или другими силами, возникающими как реакция на инерционные воздействия. Так как центробежные силы должны быть поставлены в связь с физическими свойствами пустого пространства, как это показано выше, то Эйнштейн пришел к гипотезе о том, что силы тяготения также соответствуют свойствам пустого пространства. Это был очень важный шаг, который тотчас же сделал необходимым новый шаг в том же направлении. Мы знаем, что силы тяготения вызываются массами. Поэтому если тяготение связано со свойствами пространства, то эти свойства пространства должны быть порождены массой или испытывать воздействия масс. Центробежные силы во вращающейся системе отсчета, возможно, должны вызываться вращением относительно этой системы весьма удаленных масс вселенной.

Чтобы провести в жизнь программу, намеченную в этих утверждениях, Эйнштейн должен был связать эти основополагающие физические соображения с математической схемой общей геометрии, развитой Риманом. Так как свойства пространства, очевидно, непрерывно меняются с изменением гравитационных полей, то геометрия мира должна быть подобной геометрии искривленных поверхностей, на которых прямые линии евклидовой геометрии должны быть заменены геодезическими линиями, то есть линиями наименьшей длины, и кривизна непрерывно меняется от точки к точке. В качестве окончательного результата Эйнштейн смог предположить в конце концов математическую формулировку соотношения между распределением масс и параметрами, определяющими геометрию. Эта теория правильно отображает общеизвестные факты, характеризующие тяготение. Она в очень хорошем приближении идентична с обычной теорией тяготения и, кроме того, предсказывает некоторые очень интересные эффекты, лежащие как раз на границе возможностей измерительных приборов. К ним относится, например, влияние силы тяготения на излучение.

Лучшим экспериментальным доказательством справедливости общей теории относительности является, кажется, движение перигелия орбиты планеты Меркурий, величина которого, по-видимому, находится в очень хорошем согласии с предсказаниями теории.

Хотя, таким образом, экспериментальный базис общей теории относительности еще довольно узок, она, однако, содержит идеи огромнейшей степени важности. В течение всего времени развития математики от античности до XIX столетия евклидова геометрия рассматривалась как самоочевидная. Аксиомы Евклида имели отношение к основаниям любой математической теории геометрического характера и представляли собой базис, который не мог быть поставлен под сомнение. Затем в XIX столетии математики Больяй и Лобачевский, Гаусс и Риман нашли, что можно построить другие геометрии, которые могут быть развиты с той же математической строгостью, что и евклидова. Поэтому вопрос о том, какая геометрия является справедливой, с этого времени становится эмпирическим. И только в трудах Эйнштейна этот вопрос смог быть поставлен как физический. Геометрия, о которой идет речь в общей теории относительности, включает в себя не только геометрию трехмерного пространства, но и четырехмерное многообразие пространства и времени. Теория относительности устанавливает связь между геометрией этого многообразия и распределением масс во вселенной. Значит, эта теория поднимает в новой форме старые вопросы пространства и времени в случае очень больших расстояний, и она предполагает ответы, которые могут быть проверены наблюдениями.

Следовательно, можно снова поставить очень старые философские вопросы, занимавшие человеческий разум со времени самых ранних эпох философии и науки: конечно или бесконечно пространство? Что было до начала времени? Что будет в конце времени? Или у времени нет ни начала, ни конца? Эти вопросы нашли различные ответы в различных религиях и философских системах. В философии Аристотеля, например, все пространство вселенной представлялось как конечное, хотя оно и было бесконечно делимо. Пространство возникает благодаря протяженности тел, оно в известном смысле растягивается телами. Поэтому там, где нет никаких тел, нет и пространства. Вселенная состоит из Земли, Солнца и звезд - конечного числа тел. По ту сторону сферы неподвижных звезд нет никакого пространства. Поэтому пространство вселенной и было конечным. В философии Канта этот вопрос принадлежал к тому, что он назвал "антиномиями", - к числу вопросов, на которые нельзя ответить, так как два различных доказательства ведут к взаимно противоположным выводам. Пространство не может быть конечным, потому что мы не можем себе представить "конец" пространства. И какой бы точки пространства мы ни достигли, мы всегда представляем себе, что можем двигаться еще дальше. Но пространство не может быть и бесконечным, потому что пространство - это нечто, что мы можем себе представить, иначе понятия пространства не возникло бы вовсе, а мы не можем представить себе бесконечное пространство в отношении этого второго утверждения доказательство Канта нельзя передать дословно. Утверждение "пространство бесконечно" означает для нас нечто негативное: мы не можем дойти до "конца" пространства. Для Канта, однако, бесконечность пространства означает нечто действительно данное, нечто, что "существует" в смысле, который мы едва ли можем выразить. Кант приходит к выводу, что на вопрос о том, конечно или бесконечно пространство, нельзя дать никакого рационального ответа, потому что вселенная в целом не может быть предметом нашего опыта.

Подобное же положение возникает и относительно проблемы бесконечности времени. В исповеди Августина, например, вопрос поставлен в следующей форме: "Что делал бог до того, как он создал мир?" Августин не был удовлетворен известным ответом: "Бог был занят тем, что создавал ад для людей, задающих глупые вопросы". Это был бы слишком дешевый ответ, полагает Августин; и он пытается рационально проанализировать проблему: только для нас время течет, только мы ожидаем его как будущее, оно протекает для нас как настоящее мгновение, и мы вспоминаем о нем, как о прошлом. Но бог не находится во времени. Тысяча лет для него - что один день, и один день - что тысяча лет. Время было создано вместе с миром, оно, стало быть, принадлежит миру, и поэтому в то время, когда не существовало вселенной, не было и никакого времени. Для бога весь ход событий во вселенной был дан сразу. Значит, не было никакого времени до того, как мир был создан богом.

Правда, легко понять, что в подобных формулировках понятие "создан" тотчас же приводит к существенным трудностям. Это слово, в том виде как оно обычно употребляется, означает нечто, что возникает и чего ранее не существовало, и в этом смысле оно уже предполагает понятие времени. Поэтому в рациональных выражениях невозможно дать определение того, что можно понимать под оборотом речи "время было создано". Это обстоятельство снова напоминает нам часто обсуждаемый урок, который необходимо извлечь из новейшего развития физики, а именно: что всякое слово или всякое понятие, каким бы ясным оно нам ни казалось, имеет все-таки только ограниченную область применения.

Эти вопросы о бесконечности пространства и времени могут быть в общей теории относительности поставлены и отчасти - на основании эмпирического материала - решены. Если теория правильно описывает связь четырехмерной геометрии пространства и времени с распределением масс во вселенной, то астрономические наблюдения о распределении спиральных туманностей в пространстве могут дать нам информацию о геометрии вселенной. Тогда можно будет построить по крайней мере модели вселенной, космологические картины, следствия которых могут быть сравнены с эмпирическими фактами.

Что касается времени, то здесь, кажется, что-то вроде "начала" имело место. Многие наблюдения указывают на то, что вселенная около 4 миллиардов лет назад имела "начало" или, во всяком случае, что в то время материя вселенной была сконцентрирована в значительно меньшем объеме пространства, чем сейчас, и что с того времени вселенная все еще продолжает расширяться из этого небольшого объема с различными скоростями. Это одно и то же время в 4 миллиарда лет все снова и снова появляется во многих различных наблюдениях, например возраста метеоритов, минералов на Земле и т. д., и поэтому было бы, вероятно, затруднительно найти этому объяснение, совершенно отличное от идеи возникновения мира 4 миллиарда лет назад. Если идея "возникновения" в этой форме окажется правильной, то это будет означать, что по ту сторону указанного момента времени - то есть ранее чем 4 миллиарда лет назад - понятие времени должно претерпеть существенные изменения. Это более осторожное заключение становится на место простой формулировки о создании мира. При современном состоянии астрономических наблюдений эти вопросы геометрии пространства-времени еще не могут быть решены с какой-нибудь степенью надежности. Но уже довольно интересно знать, что эти вопросы, возможно, позднее смогут быть решены в один прекрасный момент на прочной основе астрономических знаний.

Даже если дальнейшее рассмотрение ограничить более надежно обоснованной специальной теорией относительности, то можно не сомневаться, что эта теория в огромной степени изменила наши представления о структуре пространства и времени. Беспокоит в этих изменениях, пожалуй, не столько их особенная природа, сколько тот факт, что они вообще оказались возможны. Структура пространства и времени, которую Ньютон математически установил в качестве основы своего описания природы, не содержала никаких внутренних противоречий, была проста и очень точно соответствовала употреблению понятий пространства и времени, к которому мы привыкли в повседневной жизни. Соответствие фактически было столь близким, что Ньютоновские определения можно было рассматривать просто как точную математическую формулировку этих понятий пространства и времени повседневной жизни. До теории относительности считалось само собой разумеющимся, что процессы могут быть упорядочены во времени независимо от их расположения в пространстве. Мы знаем, что в повседневной жизни это впечатление возникает потому, что скорость света значительно больше каких угодно других скоростей, с которыми имеют дело в повседневной жизни. В то время это ограничение, естественно, никто не представлял себе отчетливо. Но даже при условии, что сейчас мы знаем об этом ограничении, едва ли можно себе представить, что порядок событий во времени должен зависеть от их пространственного расположения, то есть от места, в котором они происходят.

ВВЕДЕНИЕ 3
1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ 4
2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ЭЙНШТЕЙНА 9
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 20

ВВЕДЕНИЕ

Достижения современной науки свидетельствуют о предпочтительности реляционного подхода к пониманию пространства и времени. В этом плане в первую очередь надо выделить достижения физики XX века. Создание теории относительности было тем значительным шагом в понимании природы пространства и времени, который позволяет углубить, уточнить, конкретизировать философские представления о пространстве и времени.
Альберт Эйнштейн, физик-теоретик, один из основателей современной физики, родился в Германии, с 1893 года жил в Швейцарии, с 1914 г. в Германии, в 1933 г. эмигрировал в США. Создание им теории относительности стало самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира,
По мнению современных исследователей, теория относительности ликвидировала всеобщее время и оставила только локальное время, которое детерминируется интенсивностью полей тяготения и скоростью движения материальных объектов. Эйнштейн сформулировал принципиально новые и важные в методологическом отношении положения, которые помогли лучше осознать особенности пространства и времени в различных сферах объективной реальности.

1. МАТЕРИЯ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ

Если сказать, что под материей понимается внешний мир, существующий независимо от нашего сознания, то многие согласятся с таким подходом. Он коррелируется и с представлениями на уровне здравого смысла. И в отличие от некоторых философов, которым казалось несерьезным рассуждать на уровне обыденного мышления, материалисты принимают эту "естественную установку" в качестве основы своих теоретических построений.
Но, соглашаясь с таким предварительным пониманием материи, принимая его как нечто само собой разумеющееся, люди не испытывают чувство удивления и восхищения его глубоким смыслом, богатством методологических возможностей, которые открываются в его содержании. Оценить его значение нам поможет небольшой исторический анализ предшествующих концепций материи, понимания сущности этой категории.
Ограниченность материализма XVIII в. в понимании материи выражалась прежде всего в абсолютизации достигнутых научных знаний, попытках "наделить" материю физическими характеристиками. Так, в трудах П. Гольбаха наряду с самым общим пониманием материи как мира, воспринимаемого с помощью органов чувств, говорится о том, что материя обладает такими абсолютными свойствами, как масса, инерция, непроницаемость, способность иметь фигуру.
Это значит, что главным принципом материальности признавалась вещественность, телесность окружающих человека предметов. Однако при таком подходе за пределами материальности оказывались такие физические явления, как электричество и магнитное поле, которые явно не обладали способностью иметь фигуру.
Существовало и понимание материи как субстанции, что особенно характерно для философии Б. Спинозы. «Субстанция - это не мир, окружающий человека, а нечто, стоящее за этим миром, обусловливающее его существование» . Субстанция обладает такими атрибутами, как протяжение и мышление. При этом оставалось, однако, непонятно, как связана единая, вечная, неизменная субстанция с миром изменяющихся вещей. Это давало повод для иронических метафор, сопоставления субстанции с вешалкой, на которую навешиваются различные свойства, оставляя ее неизменной.
Ограниченность понимания материи в его обоих вариантах отчетливо обнаружилась в XIX в. Обычно главной причиной, вызвавшей необходимость перехода к новому пониманию материи как философской категории, называют кризис методологических оснований физики на рубеже XIX и XX вв.
Как известно, наиболее значительным достижением философии марксизма было открытие материалистического понимания истории. Общественное бытие, согласно этой теории, определяет общественное сознание. Однако экономические отношения лишь в конечном счете определяют функционирование и развитие общества; общественное сознание, идеология относительно самостоятельны и также влияют на социальное развитие. Этим марксистская теория отличается от "экономического детерминизма".
В марксистской теории как бы расширяются границы материальности, к которой относятся не только сами предметы с их вещественностью и телесностью, но также свойства и отношения (не только огонь, но и свойство теплоты, не только сами люди, но и их производственные отношения и т.д.). Именно в этом состоит вклад марксизма в понимание материи, который до сих пор недостаточно исследован.
Понимание материи как объективной реальности, существующей независимо от человека и не тождественной совокупности его ощущений, способствовало преодолению созерцательности предшествующей философии. Это вызвано анализом роли практики в процессе познания, которая позволяет выделять новые предметы и их свойства, включенные на данном этапе исторического развития в объективную реальность.
Особенность такого понимания материи состоит в том, что материальными признаются не только телесные предметы, но также свойства и отношения этих предметов. Стоимость материальна, потому что это количество общественно необходимого труда, затраченного на производство продукта. Признание материальности производственных отношений послужило основой материалистического понимания истории и исследования объективных законов функционирования и развития общества.
Можно попытаться найти определенные границы применения таких категорий, как "бытие" и "материя". Во-первых, бытие более широкая категория, так как она охватывает не только объективную, но и субъективную реальность. Во-вторых, бытие и материя могут использоваться для разграничения сущего и существующего (являющегося). Тогда существующее может быть представлено как объективная реальность, осознанная человеком в процессе его деятельности.
В современной методологии научного познания важное место занимают такие понятия, как "физическая реальность", "биологическая реальность", "социальная реальность". Речь идет об объективной реальности, которая становится доступной человеку в определенной сфере его деятельности и на определенном этапе исторического развития.
Философское осмысление мира обычно начинается с разграничения материального и идеального. Но для более полной характеристики изучаемых объектов нужны и другие категории. Среди них важное место занимают категории "движения" и "покоя".
Марксистская философия, опираясь на лучшие традиции предшествущих мыслителей, признает, что весь мир находится в состоянии непрерывного движения, которое внутренне присуще материальным объектам и не нуждается для своего существования во вмешательстве божественных сил, в первотолчке. Движение понимается как философская категория для обозначения любого изменения, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. Мир - не совокупность законченных вещей, а совокупность процессов.
Основа социальной формы движения - целесообразная деятельность людей, и прежде всего, по Марксу, «способ производства материальных благ» . Человек выступает как объект и субъект истории. В конечном счете история - это деятельность людей, преследующих свои интересы.
Пространство и время как самостоятельные категории появляются уже в философии Древнего Востока, где они рассматриваются наряду с такими первоначалами, как огонь, вода, земля (санкхья). У Аристотеля среди девяти основных категорий называются время, место, положение. В философии Древней Греции начинают складываться основные концепции пространства и времени: субстанциональная и реляционная. Первая рассматривает пространство и время как самостоятельные сущности, первоначала мира; вторая - как способ существования материальных объектов. Такое понимание пространства и времени находит наиболее яркое выражение в философии Аристотеля и Лукреция Кара.
В философии Нового времени основой субстанциональной концепции были положения И. Ньютона об абсолютном пространстве и времени. Он утверждал, что абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему-нибудь внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное время рассматривалось как чистая длительность. Основанием для таких утверждений был опыт классической физики, математические исследования (в частности, геометрия Евклида).

2. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТЕОРИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА

Как же возникла частная (специальная) теория относительности Эйнштейна, сузившая исследование глобального явления до ограниченной, частной относительности, до относительности некоторых базовых понятий, до частного принципа относительности? Почему она вообще возникла и упала на благодатную почву общественного восприятия?
Нельзя не заметить объективные причины появления работ по теории относительности. Они обусловлены «разогретым, революционным» политическим состоянием общества и стихийно, динамично развивающимся естествознанием второй половины XIX - начала XX веков. В то время наука, во многих своих сферах, систематично отвергала один за другим многие стереотипы – общепринятые тогда эталоны представлений, что наложило отпечаток на методологический нигилизм теории относительности в целом.
В значительной степени, на появление теории относительности повлияли авторитетная и ныне философия Иммануила Канта, признанное, наконец, к тому времени учение о бесконечности, а также некоторые математические труды, например неевклидовы геометрии Лобачевского (1792-1856) и Римана (1826-1866), представления о времени Минковского и Пуанкаре. Вышеприведенные причины и как следствие, появившиеся теории относительности Эйнштейна объединяет общее отсутствие методологии познания, объединяет то, что они не противоречиво, но своеобразно трактуют (или не трактуют вообще) базовые, системно образующие их теории понятия и не применяют общенаучных принципов познания. Почему они посмели это сделать? Потому, что эти понятия и принципы были по естественной незрелости науки, методологически не определены их предшественниками. А применение бурно развивающихся к тому времени технологий "обработки понятий познания" (методов логики, математики, физики и т.д.) позволило получать весьма оригинальные итоговые выводы на выходе.
Древнегреческий учёный Птолемей, а затем и Иммануил Кант постулировали зависимость реальности от самого познания. Объект, по Канту, существует как таковой лишь в формах деятельности субъекта. До сих пор, методология познания применяет принцип Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть". Приходит на ум притча о четырёх слепцах-мудрецах, которые ощупывали слона. Причём каждый ощупывал слона сугубо в определённых местах: один только ногу, другой только живот, третий хобот, четвёртый хвост. А затем они утверждали в разнобой об "истинности" и "правдивости" познанного ими облика слона. Фактически в подходе к познанию Канта и Птолемея: "Что вижу то и суть", реализован именно такой субъективный подход к познанию и отвергнута возможность объективного познания в сравнении с общепринятыми эталонами - принципами познания.
Понятие бесконечности не определено в общенаучном понятии до сих пор. Это не познаваемое в принципе в величине безотносительное понятие, не имеющее эталона, а значит относительной сравнительной величины.
По этой причине, Минковский определил собственное видение понятия «время». При построении своих «метрических пространств», он ввел понятие синонимичное понятию времени – «плоскость мирового проявляющего процесса», которая «бежит» со скоростью света от произвольно выбранного любого «начала координат». Базисное понятие времени, «подогнали» под имеющийся на вооружении геометрический техпроцесс познания. А современные учёные теперь интенсивно ищут пути и способы путешествий в пространстве-времени.
Симбиоз теорий Минковского и Римана породил четырёхмерную абстрактную интерпретацию пространства – времени, имеющую весьма ограниченную практическую применимость. Например, её нельзя применять для моделирования реальных физических, изменяющихся объектов природы, как функций от изменяющихся их свойств (параметров).
Пространство-время - это интерпретация пространства выхолощенных от размерности событий, имеющих только свойства: пространственные координаты мест возникновения и моменты времени возникновения событий. Свойства пространства и времени несоразмерны друг другу, ибо от изменения одного, причинно-следственно другое не меняется, не зависит. Получается пространство событий, лишённых физической сущности – природы (размерности).
Основанием специальной теории относительности Эйнштейн посчитал сформулированный им принцип относительности, якобы не противоречащий принципу относительности Галилея. Отсутствие в научном арсенале Эйнштейна методологически сформированных понятий «время» и «одновременность», с учётом принятия постулата о глобальном постоянстве скорости света, позволило Эйнштейну «достичь» в специальной теории относительности одновременности событий в различных точках пространства при помощи посылаемых от одного источника к двум объектам световых сигналов, синхронизирующих часы этих объектов, формирующих одинаковую временную шкалу.
По мнению Эйнштейна, формирующих время на часах этих объектов и придав затем объектам различную скорость, он преобразованием Лоренца, математически строго обосновывает, что время в движущихся с различными скоростями объектах течёт по-разному. Что само по себе не только математически но и физически очевидно. Часы в случае такого способа познания «времени», при такой синхронизации будут идти по-разному, ибо шкала времени перестаёт быть единой эталонной для обеих часов «убегающих» по-разному от световых синхроимпульсов шкал времени объектов. А если эталоны шкал разные, то и отношения любой продолжительности любого процесса на объекте к разным эталонам продолжительности будет разное. Системы то познания времени не инерциальные. Если от синхроимпульсов "летящих" со скоростью света «убегать»со скоростью света, то такие часы на объекте вообще остановятся. Эйнштейн пошёл в своём обобщении и выводах намного дальше. Он «кардинально революционно» утверждает, что и длины объектов изменятся и биологические процессы (например, старение в «парадоксе близнецов») будут протекать по-разному в объектах (близнецах), которые двигаются относительно друг друга и относительно источника света с различными скоростями. Фактически Эйнштейн как бы «теоретически обосновал» принцип познания: «Величина свойств познаваемого объекта (например, свойств характеризующих старение, или продолжительность процессов на объекте, или его длины) причинно-следственно зависит от «линейки», от способа, которым эта величина измеряется (познаётся)» .
3. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА
Самым фундаментальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало создание теории относительности.
В 1905 г. молодой и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал в специальном физическом журнале статью под неброским заголовком «К электродинамике движущихся тел». В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности.
По существу, это было новое представление о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных с ними других видов материи заставили по-новому взглянуть на законы классической механики.
Опыты Майкельсона и теоретические работы Лоренца послужили базой для нового видения мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины мира. Эйнштейн показал, что введенные Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего, нужно отметить, что характеристики пространства и времени будут по-разному выступать в системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.
Так, если измерить на Земле ракету и установить, что ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.
Таков так называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: «Здравствуй, – говорит остававшийся на Земле, – рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет». «Здравствуй, – отвечает космонавт, – и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет». Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.
Это совершенно неожиданный для здравого смысла вывод. Получается, что ракета, которая имела на старте некоторую фиксированную длину, при движении со скоростью, близкой к скорости света, должна стать короче. Вместе с тем в этой же ракете замедлились бы и ход часов, и пульс космонавта, и его мозговые ритмы, обмен веществ в клетках его тела, то есть время в такой ракете протекало бы медленнее, чем время у наблюдателя, оставшегося на месте старта. Это, конечно, противоречит нашим обыденным представлениям, которые формировались в опыте относительно малых скоростей и поэтому недостаточны для понимания процессов, которые развертываются с околосветовыми скоростями.
Теория относительности обнаружила еще одну существенную сторону пространственно-временных отношений материального мира. Она выявила глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел.
Абстрагирующая способность человеческого мышления разделяет пространство и время, полагая их отдельно друг от друга. Но для описания и понимания мира необходима их совместность, что легко установить, анализируя даже ситуации повседневной жизни. В самом деле, чтобы описать какое-либо событие, недостаточно определить только место, где оно происходило, важно еще указать время, когда оно происходило.
До создания теории относительности считалось, что объективность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сохраняются отдельно пространственные и отдельно временные интервалы. Теория относительности обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходят различные расщепления единого пространства-времени на отдельно пространственный и отдельно временной интервалы, но происходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует изменение другого. Если, например, сократился пространственный интервал, то настолько же увеличился временной, и наоборот.
Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному при различных скоростях движения, осуществляется так, что пространственно-временной интервал, то есть совместное пространство-время (расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени), всегда сохраняется, или, выражаясь научным языком, остается инвариантом. Объективность пространственно-временного события не зависит от того, из какой системы отсчета и с какой скоростью двигаясь наблюдатель его характеризует. Пространственные и временные свойства объектов порознь оказываются изменчивыми при изменении скорости движения объектов, но пространственно-временные интервалы остаются инвариантными. Тем самым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С другой стороны, поскольку само изменение пространственных и временных интервалов зависит от характера движения тела, то выяснилось, что пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя.
Таким образом, философские выводы из специальной теории относительности свидетельствуют в пользу реляционного рассмотрения пространства и времени: хотя пространство и время объективны, их свойства зависят от характера движения материи, связаны с движущейся материей.
Идеи специальной теории относительности получили дальнейшее развитие и конкретизацию в общей теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой теории было показано, что геометрия пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое, в свою очередь, определено взаимным расположением тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространства-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тяготения, расположения тяготеющих масс относительно друг друга, то автоматически задается характер пространства-времени. Здесь пространство, время, материя и движение оказываются органично сплавленными между собой.
Особенность созданной Эйнштейном теории относительности в том, что в ней исследуется движение объектов со скоростью, приближающейся к скорости света (300 000 км в секунду).
В специальной теории относительности утверждается, что с приближением скорости движения объекта к скорости движения света «временные интервалы замедляются, а длина объекта сокращается» .
Общая теория относительности утверждает, что вблизи больших полей тяготения время замедляется, а пространство искривляется. В сильном поле тяготения кратчайшим расстоянием между точками будет уже не прямая, а геофизическая кривая, соответствующая кривизне гравитационных силовых линий. В таком пространстве сумма углов треугольника будет больше или меньше 180°, что описывается неевклидовыми геометриями Н. Лобачевского и Б. Римана. Искривление светового луча в поле тяготения Солнца было проверено английскими учеными уже в 1919 г. во время солнечного затмения.
Если в специальной теории относительности связь пространства и времени с материальными факторами выражалась лишь в зависимости от их движения при абстрагировании от влияния гравитации, то в общей теории относительности раскрывалась их детерминированность структурой, характером материальных объектов (вещество и электромагнитное поле). Выяснилось, что гравитация влияет на электромагнитное излучение. В гравитации была найдена связующая нить между космическими объектами, основа упорядоченности в Космосе, сделан общий вывод о структуре мира как сферическом образовании.
Теорию Эйнштейна нельзя рассматривать как опровержение теории Ньютона. Между ними существует преемственность. Принципы классической механики сохраняют свое значение и в релятивистской механике в пределах малых скоростей. Поэтому некоторые исследователи (например, Луи де Бройль) утверждают, что теория относительности в определенном смысле может рассматриваться как венец именно классической физики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Специальная теория относительности, построение которой было завершено А. Эйнштейном в 1905 году, доказала, что в реальном физическом мире пространственные и временные интервалы меняются при переходе от одной системы отсчета к другой.
Система отсчета в физике - это образ реальной физической лаборатории, снабженной часами и линейками, то есть инструментарием, с помощью которого можно измерять пространственные и временные характеристики тел. Старая физика считала, что если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется инерциальным), то пространственные интервалы (расстояние между двумя близлежащими точками) и временные интервалы (длительность между двумя событиями) не меняются.
Теория относительности эти представления опровергла, вернее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тогда, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и ход времени остаются одними и теми же, но когда речь идет о движениях со скоростями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При увеличении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные растягиваются.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003. - 608 с.
2. Асмус В. Ф. Античная философия. 3-е изд. М., 2001.
3. Гольбах П. Система природы // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М.,1983.- С. 59-67.
4. Грюнбаум А. Философские проблемы пространства и времени. М., 1998.
5. Кассирер Э. Теория относительности Эйнштейна. Пер. с нем. Изд. Второе, 2008. 144 с.
6. Кузнецов В.Г., Кузнецова И.Д., Миронов В.В., Момджян К.Х. Философия: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 519 с.
7. Маркс К. , Энгельс Ф. Собрание сочинений. Т. 19. - С. 377.
8. Мотрошилова Н. В. Рождение и развитие философских идей: Историко-философские очерки и портреты. М., 1991.
9. Спиноза Б. Краткий трактат о Боге, человеке и его счастье // Избранные произведения: в 2-х т. Т. 1. - М., 1987. - С. 82 - 83.
10. Философия: Учебник / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко. - 2-е изд., испр. и доп. - M.: Юристъ. 2004
11. Философия: Учебник / Под ред. проф. О.А. Митрошенкова. - М.: Гардарики, 2002. - 655 с.
12. Эйнштейн А. Физика и реальность: Собр. научн. тр. Т. 4. – М., 1967.