РЕЛЯТИВИСТСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ В СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А.ЭЙНШТЕЙНА

АНАТОЛИЙ ЦАФ

Вот уже около 100 лет на страницах научной литературы излагается вопрос о релятивистских эффектах пространства и времени. Однако до сих пор они остаются в ранге противоречащих здравому смыслу явлений. И происходит это потому что данные эффекты излагаются без показа содержания понятий "пространство" и "время" в теории относительности А.Эйнштейна. Жонглирование же терминами "пространство" и "время" без раскрытия их содержания и смысла с приставками - сокращается, замедляется приводит к тому, что читатель сам начинает совмещать эти сокращения и замедления с иным содержанием, которое он почерпнул либо у Ньютона, либо в своем здравом смысле. И вот тут-то и наступают противоречия со здравым смыслом. Так как А.Эйнштейн под эти термины подводил совсем другое содержание, и это содержание не имело ничего общего ни только с абсолютным "математическим" пространством и временем Ньютона, но и с конкретными и относительными - длиной и длительностью. "Кинематическое" пространство-время теории относительности даже по отношению к последним имело, как писал А.Эйнштейн, "весьма сложный смысл".

Вначале, чтобы разговор был предметным, обратимся к революционно опровергаемым представлениям Пространства и Времени Ньютона. Приведём только определения этих понятий, данных Ньютоном в своих знаменитых математических началах натурфилософии.

«Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. Однако необходимо заметить, что эти понятия обыкновенно относятся к тому, что постигается нашими чувствами. Отсюда происходят некоторые неправильные суждения, для устранения которых необходимо вышеприведенные понятия разделить на абсолютные и относительные, истинные и кажущиеся, математические и обыденные.

I. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью.

Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения, мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год.

II, Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.

Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за про-странство неподвижное: так, напр., протяжение пространств подземного воздуха или надземного, определяемых по их положению относительно Земли.»

§ 1. Содержание понятий "пространство" и "время" в СТО

Итак, попытаемся ответить на вопрос, что же А.Эйнштейн понимал под относительным пространством и временем.

Если выразиться кратко, то А.Эйнштейн этими словами обозначал то, что можно измерить соответственно "линейками" и "часами", т.е. конкретную протяженность объектов и конкретную длительность процессов. Правда, с определенным "сложным смыслом". Но об этом позже. Сейчас же постараемся доказать первую часть нашего утверждения.

Как мы помним, такое понимание относительного пространства и времени присутствовало и в физике Ньютона. То есть и там были относительные пространство и время – представлявшие собой конкретную протяженность и длительность. Но там наряду с этим "измеримым" пространством и временем, существовало и абсолютное "математическое" пространство и время. Или пространство протяженность вообще, а не конкретное пространство - протяженность какого-либо тела. Пространство вообще было абстракцией, идеализацией, обобщением конкретных протяженностей, на что и указывает термин "математическое". Следовательно, с одной стороны, взаимоотношение между этим пространством вообще и конкретной протяженностью было аналогично взаимоотношению, например, понятия "плод" вообще с конкретными плодами вишни, сливы и т.д. То есть оно было аналогично взаимоотношениям между абстрактными обобщающими понятиями типа материя, плод и т.д. с их конкретными единичными формами проявления. То есть соответствовало логике категорий общего-особенного-единичного. С другой стороны, понятие "пространство вообще" ("математическое") выполняло роль абстрактного эталона протяженности, не подверженного изменениям. Каждый конкретный эталон (длины, длительности) подвержен изменениям, но абстрагируясь от этих изменений мы можем получить абстрактный идеальный эталон. И слово “абсолютный” (а не относительный) у Ньютона означало – неизменность, независимость от физических условий. Например, в действительности одни часы отстают, другие спешат, но если мы возьмём их достаточно большое множество (реальных движений) и математически усредним показания, то эта величина будет тем ближе к математическому идеалу, чем оптимальнее подобрано данное множество. И в третьих, понятие пространство выполняло главную роль в физике Ньютона, было системой отсчета, «неподвижной» и «абсолютной».

Мы здесь, да и местами выше, ведем речь о пространстве, однако аналогичные рассуждения действительны и для понятия "время". Чтобы не повторяться, мы их опускаем.

Далее, в физике Ньютона, слово "пространство" обычно отождествлялось с этим "абсолютным" "математическим" идеальным пространством, то есть соответствовало логике общего. И в этом смысле пространство Ньютона было абсолютным. Конкретные же единичные его формы проявления отождествлялись с протяженностью и были относительны.

Такова была субординация понятий пространство и протяженность в физике Ньютона. В понятийном смысле понятие пространство было обобщением понятия протяженность. Первое применялось на абстрактном или теоретическом уровне и было абсолютным, второе – на конкретном или эмпирическом и было относительным. Относительным и в том смысле, что эта была "точная или изменчивая" мера абсолютного пространства (и времени). Этим подчеркивается тот факт, что любая конкретная протяженность ( и длительность) не является абсолютной. Тело под воздействием внешних сил, в различных физических условиях изменяет свою форму, протяженность, а процесс – свою длительность. То есть и физика Ньютона признавала относительность, изменчивость длины и длительности, конкретных единичных форм пространства и времени.

Посмотрим теперь каким же образом соотносятся понятия пространство и протяженность, время и длительность в физике А.Эйнштейна. И есть ли там пространство или протяженность вообще, не протяженность конкретных тел, а их абстрактная идеализация. Вот что писал А.Эйнштейн по этому поводу в 1921 году в статье "Сущность теории относительности".

"Для понятия пространства, по-видимому, существенно следующее: прикладывая тела В,С,... к телу А, мы можем образовывать новые тела; мы говорим, что мы продолжаем тело А. Тело А можно продолжить так, что оно соприкоснется с любым другим телом X. Совокупность всех продолжений тела А мы можем назвать "пространством тела А". Тогда справедливо утверждение, что все тела находятся в "пространстве (произвольно выбранного) тела А". В этом смысле мы не вправе говорить о пространстве вообще, а только о "пространстве, относящемся к телу А". Земная кора играет настолько важную роль в нашей повседневной жизни при определении относительных положений тел, что это привело к абстрактному понятию пространства, которое, конечно, не выдерживает критики. Чтобы освободиться от этой фатальной ошибки, мы будем говорить только о "телах отсчета" или "пространстве отсчета". (I, т.2, с.7)

Итак, А.Эйнштейн в теории относительности отбросил пространство вообще как "фатальную ошибку" ввиду его ненаблюдаемости, т.е. абстрактности. И заменил его конкретным "пространством отсчета", т.е. протяженностью или расстоянием до произвольно выбранного тела отсчета. Французский ученый Арзелье, например, так и определяет это пространство: "Пространство физика, - пишет он, - конкретная протяженность, предмет экспериментального исследования". ( 2, с.278 )

Следовательно, когда в теории относительности говорят о пространстве, то подразумевают только конкретную протяженность. Это и только это постоянно повторял А.Эйнштейн на протяжении всей своей творческой жизни в своих трудах. Далее мы приведем в подтверждение этого дополнительные аргументы.

В отношении времени позиция А.Эйнштейна аналогична. В статье "Теория относительности" от 1911 года А.Эйнштейн писал следующее.

"До сих пор всегда довольствовались высказыванием: время есть независимая переменная бытия. (Это А.Эйнштейн об абсолютном "математическом" времени Ньютона - Авт.) На таком определении никоим образом нельзя основывать измерение момента времени фактически происходящего события. Следовательно мы должны попытаться определить так, чтобы на основе нашего определения были возможные измерения времени". (I, т.1, с.180) И дав далее тот способ измерения одновременности, который изложен в первом параграфе его знаменитой статьи от 1905 года, Эйнштейн указал следующее: "Если мы выполним это правило, то получим определение времени с точки зрения физика, который делает измерения. Время события как раз равно показанию часов, поставленных в соответствии с только что принятым правилом". (I, т.I. с.181) При этом он добавил следующее: "Мы получили не время вообще, а время отнесенное к координатной системе". (I, т.1, с.181)

Таким образом, в отношении времени вообще (абсолютного, "математического") А.Эйнштейн занимал позицию полностью аналогичную позиции в отношении пространства вообще. Он отбрасывал таковое ввиду его ненаблюдаемости, и заменял конкретным временем (длительностью) в определенной "координатной системе" отсчета. Это дополнительно подтверждает, например, и Ф.Руссо, по мнению которого Эйнштейн, по сути дела, заявлял следующее: "Я не хочу слышать об абсолютном времени потому, что я не знаю что это такое, я хочу говорить о времени, которое можно определить с помощью наблюдения". (3, с.256) Такое время А.А.Фридман называл - "измеримым", а Э.М.Чудинов, -"специальным", "координатным".

Резюмируя данный параграф, можно сказать следующее: пространство и время в теории относительности ничего общего не имеют с абсолютными пространством и временем. Таковые в теории относительности просто напросто отброшены, а не релятивизированы (т.е. не превращены в относительные). А под термины пространство и время подведены понятия конкретной протяженности и длительности. И как таковые - они являются аналогами ньютонового относительного пространства и времени. Относительность последних очевидна и не противоречит никакому здравому смыслу. Противоречие наступает тогда, когда пытаются представить релятивизацию абсолютных пространства и времени. Что, конечно же, недействительно, так как А.Эйнштейн всегда вел речь только о конкретной протяженности и длительности, доступных в измерении. А их относительность вещь уже представимая. Длина резинки и даже период хода часов - вещи очень изменчивые.

§ 2. "Геометрическое" и "кинематическое" пространство и время

или о "сложном смысле" понятий пространства и времени в СТО

В предыдущем параграфе сделан один шаг к раскрытию содержания и сущности понятий пространство и время в теории относительности А.Эйнштейна. Чтобы сделать следующий шаг, мы обратимся к обещанному выше рассмотрению "сложного смысла" конкретной протяженности и длительности, которые фигурируют в данной теории под терминами пространство и время.

Вначале введем в курс дела, о чем идет речь. Для этого приведем отрывок, иллюстрирующий релятивистские эффекты, из статьи "Теория относительности" А.Эйнштейна от 1911 года. "Если тело в покое имеет форму шара, - писал Эйнштейн, - то при движении в некотором направлении оно принимает форму сплюснутого эллипсоида вращения. Если скорость приближается к скорости света, то тело сплющивается и становится плоским. С точки же зрения наблюдателя, движущегося вместе с телом, оно, как и прежде, сохраняет форму шара, однако все предметы, не движущиеся с этим наблюдателем, точно таким же образом представляются ему укороченными в направлении движения. Этот результат оказывается не таким уж странным, если учесть, что это высказывание о размерах движущегося тела имеет весьма сложный смысл". (I т.1, с.184)

Итак, подчеркнем, высказывание подобного характера имеет "весьма сложный" определенный "смысл". Но прежде чем перейти к его раскрытию, отметим еще раз следующее. Здесь, как и во всех вышеприведенных примерах (из первоисточника) и в примерах, которые будут приведены далее, речь идет и будет идти не о каком-то непредставимом пространстве, которое может сокращаться, искривляться, а о конкретной протяженности, длине реальных объектов. В отношении которых релятивистские эффекты - вещь уже представимая и непротиворечащая "здравому смыслу". Длина и длительность конкретных объектов и процессов – вещи изменчивые, и само собой разумеется, зависимые от физических условий.

А теперь вернемся к "сложному смыслу" данных понятий. Что в данном случае А.Эйнштейн имел ввиду? Разберем это опять на примере пространства, как вещи более наглядной. Итак, в чем же здесь "сложный смысл" понятия длины тела. Ответ заключается в следующем. Вдумчивый читатель, по нашему мнению, конечно же, должен был заметить определенную сложность в приведенном примере с шаром. С одной стороны, А.Эйнштейн утверждает, что для внешнего наблюдателя движущийся шар сократился, с другой стороны, для наблюдателя, перемещающегося с шаром, шар сохранил свою форму. В рамках нормальной двоичной логики должно быть действительно только одно из данных утверждений: либо шар сократился, либо - нет, третьего не дано. И утверждение о действительности обоих противоположных высказываний одновременно, противоречит здравому смыслу. Тот факт, что данные эффекты наблюдают два различных наблюдателя, положения не спасает, т.к. речь идет о длине (форме) одного и того же тела, зарегистрированной одновременно и одноместно. И по поводу которой все равно возникает вопрос - так изменилась она или нет? Альтернатива. Некоторые авторы ее не только не пытаются решить, но даже и боятся поставить. Проще признать, что многие выводы тео-рии относительности противоречат "здравому смыслу" и точка, а мы, мол, их только пересказываем (да и то из вторых рук).

А ларчик то, оказывается, открывается просто. Достаточно обратиться к самому А.Эйнштейну, автору всех этих выводов. И он покажет (точнее показал и неоднократно), что сия альтернатива снимается просто. А именно, таким единственно возможным способом, который допустим и с позиций любого здравого смысла и с позиций двоичной логики. Противоположные высказывания по поводу длины могут быть верны одновременно только в том случае, если речь в этих высказываниях идет о разных вещах. В теории относительности в подобных примерах дело именно так и обстоит. В них речь идет о различных понятиях длины (формы) тела. О так называемых "геометрической" и "кинематической" формах тела, которые в общем случае не равны друг другу. Утверждение о неизменности формы тела - относится к "геометрической" форме. А утверждение о сокращении - к так называемой "кинематической" форме тела. За ответами же на вопрос - что это такое? – мы и обратимся к А.Эйнштейну.

1 вопрос. Что такое геометрическая форма?

Ответ мы находим в параграфе под названием "Общие замечания о пространстве и времени" из статьи от 1907 года. Приведя название параграфа, мы хотели еще раз подчеркнуть тот факт, что несмотря на то, что речь в параграфе ведется о конкретных формах тел ("геометрической" и "кинематической") терминологически, в заглавии параграфа, последние названы пространством. Итак, ответ на первый вопрос: "Рассмотрим ряд неускоренных, движущихся с равной скоростью (покоящихся относительно друг друга) жестких стержней. Согласно принципу относительности, мы, - писал А.Эйнштейн, - заключаем, что законы пространственного расположения этих тел относительно друг друга не меняются при изменении движения всей системы этих тел. Отсюда следует, что законы геометрии всегда определяют возможности одинакового размещения твердых тел, независимо от их общего движения. Поэтому высказывания о форме неускоренно движущегося тела имеют непосредственный смысл. Форму тела в указанном смысле, - писал далее А.Эйнштейн, - мы назовем "геометрической формой". Последняя, очевидно, не зависит от состояния движения системы отсчета". (I, т.1, с.69-70) На последнюю фразу мы просим обратить особое внимание.

Теперь, чтобы уточнить ответ на первый вопрос, зададим к нему дополнительный второй вопрос.

2 вопрос. А как измеряют "геометрическую" форму (длину) тела?

Ответ: "Движение наблюдателя, обладающего масштабом (попросту говоря, метром, линейкой - Авт.), ускоряется до тех пор, пока его скорость не будет равна V, т.е. до тех пор, пока он не будет неподвижен по отношению к стержню. После этого наблюдатель измеряет длину АВ (длину стержня - Авт.), последовательно прикладывая свой масштаб к стержню". (I, т.1, с.150) Такой способ, мы думаем, всем известен. Им измеряют непосредственную или "геометрическую" длину тел. Значит, в данном случае речь идет о той форме объектов, с которой мы все соприкасаемся и в быту, когда берем линейку (метр) и прикладываем ее к измеряемому телу. То есть это то, что мы и понимаем в обыденности под формой, длиной реальных тел. А.Эйнштейном она названа "геометрической", в том смысле, что это есть непосредственная (собственная) геометрическая форма объектов, в отличие от "кинематической", являющейся опосредованной (несобственной). Итак, теперь мы думаем, стало понятным, что такое геометрическая форма (длина) тела. Перейдем к следующему вопросу.

3 вопрос. Что такое "кинематическая" форма?

Ответ А.Эйнштейна: "Пусть тело, состоящее из материальных точек Р, как-то движется относительно системы отсчета С. К моменту времени Т в системе С каждая материальная точка Р обладает в С определенным положением, т.е. совпадает с определенной, покоящейся относительно С точкой П. Совокупность положений точки П относительно системы координат С мы назовем положением, а совокупность взаимных связей между положениями точки П - кинематической формой тела относительно С в момент времени Т. Если тело покоится относительно С, его кинематическая форма относительно С тождественна его

геометрической." (I, т.1, с.70) То есть "кинематическая форма" тела это не есть его собственная непосредственная форма, а есть форма совокупности неподвижных точек отложенных в системе С в момент прохождения через них движущегося тела. Причем каждая точка тела была отражена в системе С одновременно, но не в обыденном смысле, а в смысле правила установления одновременности изложенного в вышеупомянутом первом параграфе статьи А.Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел". И этот смысл одновременности, также расходится с обыденным, как "кинематическая форма" тела расходится с его "геометрической формой". Или, если можно так выразиться, в теории относительности выделяются два вида "измеримого" или "метрического" пространства и времени - "кинематическое" и "геометрическое". О времени чуть позже. А сейчас вернемся к сути "кинематической" длины или формы тела, для чего зададим четвертый вопрос.

4 вопрос. А как измеряют длину "кинематической" формы тела?

Ответ А.Эйнштейна:"С помощью группы синхронизированных часов (по правилу А.Эйнштейна - Авт.), неподвижных по отношению к системе отсчета С, определяют точки П1 и П2 системы С, где в момент времени Т находятся оба конца стержня. После этого определяют длину прямой, соединяющей точки П1 и П2, последовательно прикладывая масштаб (метр, линейку - Авт.) к линии П1П2, которая предполагается материальной". (I, т.1, с. 150)

То есть концы движущегося стержня отражают в системе С при помощи неподвижных точек, расстояние между которыми (в обычном, геометрическом смысле) измеряют уже обычными способами. Изложив два приведенных способа измерения длины Эйнштейн писал далее следующее: "Очевидно, что полученные в том и другом случае результаты можно с некоторым основанием рассматривать как "длину стержня". Однако, априори отнюдь не очевидно, что эти две операции непременно должны приводить к одному и тому же численному значению длины стержня. Все, что можно вывести из принципа относительности и это легко доказывается, - это то, что эти два метода приводят к одному и тому же численному значению, если стержень АВ неподвижен относительно системы отсчета С". (I, т.I, с.150)

Подчеркнем здесь еще раз следующее: в вышеприведенном примере с шаром и ему подобных примерах противоположные высказывания о размерах тела (о том, что для одного наблюдателя тело сократилось, а для другого осталось прежним) относятся не только к разным наблюдателям, но и к разным понятиям формы (длины) тела - к "геометрической" и "кинематической". И будем считать далее этот пункт доказанным.

А теперь перейдем к причине расхождения длин "кинематической" и "геометрической" формы тела. Ведь на первый взгляд кажется, что отложим ли мы точки, отражающие концы стержня и измерим расстояние между ними, либо измерим непосредственно стержень, мы должны получить один и тот же результат. И это действительно так. Даже для способа Эйнштейна, в случае неподвижного стержня. Что было дважды отмечено в приведенных цитатах. “Кинематическая” и “геометрическая” формы тела совпадают в системе отсчета относительно которой тело покоится. И именно на этот частный случай мы со своим здравым смыслом и опираемся, экстраполируя его и на случай движущегося тела. Что было бы действительно (экстраполяция), если бы мы смогли предложить независимый от скорости способ отражения формы движущегося тела. Согласно тому же здравому смыслу такой способ возможен. Однако в теории относительности Эйнштейном предложен совсем иной, зависящий от скорости, способ отражения формы движущегося тела, а потому и результат иной. "Кинематическая форма равномерно и прямолинейно движущегося тела зависит от его скорости относительно системы отсчета, - писал А.Эйнштейн, - причем кинематическая форма тела отличается от его геометрической формы только сокращением в направлении относительного движения в отношении ". (I, т.1, с.74)

Следовательно, релятивистской «формой»-протяженностью является только так называемая «кинематическая». Эта «кинематическая» длина стержня или форма шара изменяются, сокращаются при движении в соответствии с преобразованиями Лоренца.

В то же время, как мы видели выше, А.Эйнштейн не отрицал и обычную геометрическую форму тела, в определенном смысле, не являющуюся объектом теории относительности в интерпретации Эйнштейна. Точнее, А.Эйнштейн не акцентировал на ней внимания. Хотя сейчас эта форма в свете выводов теории относительности обладает одним очень замечательным свойством - "геометрическая" форма тела "согласно принципу относительности" "не зависит от состояния движения системы отсчета". (I, т.1, с.70) И этот очень важный факт почему-то забывают излагать все авторы учебников и научно-популярной литературы, вводя читателей в заблуждение, когда говорят, что это мол-де непосредственная геометрическая форма тела сокращается, а не так называемая "кинематическая", изменчивость которой происходит по определению, точнее, ввиду способа ее определения и измерения.

А сейчас резюмируем сказанное в параграфе. Итак, в теории относительности фигурировали два понятия конкретной протяженности: понятие "геометрической" формы тела и понятие "кинематической" формы тела. Первая имеет обыденный, обычный смысл, вторая – вышеопределенный "сложный смысл". Геометрическая форма протяженности, будучи непосредственной, собственной протяженностью объектов, не зависит от скорости их неускоренного движения. Кинематическая форма протяженности, будучи опосредованной формой, точнее, лишь образом, полученным через операцию отражения при помощи лучей света, зависит от скорости движения по определению. То есть это она является релятивной, а не геометрическая форма. Допуская же здесь путаницу, многие авторы искажают истину. И последнее. Кинематическая форма конкретной протяженности, по определению, имеет статус узкоспециального формального физического представления. "Кинематическое" пространство не есть пространство вообще, а значит оно не обладает статусом всеобщности, и даже более, оно не является и просто геометрической формой конкретной протяженности.

§ 3. О "сложном смысле" понятия времени в СТО

Выше мы уже излагали способ определения и измерения "кинематической" формы тела. Но не объяснили, а только подчеркнули пункт об одновременности отражения всех точек тела по способу Эйнштейна. Без понимания этого пункта, нельзя понять причины изменения, зависимости от скорости «кинематической» формы движущегося тела. Так как понятие "кинематической" формы производно от понятия одновременности.

В вышеприведенном примере с шаром, отмечалось не только то, что высказывание о сокращении размеров тела имеет "сложный смысл", но и то, что эти "размеры тела можно определить только с помощью измерения времени". (I, т.1, с. 184) И не просто времени, а времени определяемом по правилу А.Эйнштейна. То есть и время в теории относительности обладает неким "сложным смыслом". И так как нашей основной задачей является раскрытие содержания и сущности этого времени, перейдем сразу к нему.

В своих работах А.Эйнштейн данному понятию времени уделил достаточно много внимания. Однако, несмотря на это, он не выделил его специальным термином, а называл просто временем. В то же время изредка отмечал следующее. Например после примера с шаром, Эйнштейн, предварив, что он будет сейчас излагать "второе чисто кинематическое следствие теории", изложил вопрос о том, что "движущиеся часы идут медленнее, чем такие же часы, покоящиеся относительно системы К". (I, т.1, с.184) То есть как в случае с сокращением шара, так и в случае замедления часов, имеются ввиду эффекты одного рода - кинематические. Назовем, в дальнейшем, такие часы - часами Эйнштейна, а такое замедляющееся время - кинематическим. Так как А.Эйнштейн и в других местах свое релятивное пространство и время связывал (или отождествлял) с кинематикой. Например, в статье от 1919 года, он писал, что "представления о пространстве и времени, или кинематика, перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего понятиями физики". (I, т.1, с.680) Здесь союз "или" использован в смысле: иначе говоря. (см. I, т.1, с.679)

А теперь обратимся к вопросу - что же А.Эйнштейн понимал под "кинематическим" временем. То, что это не абсолютное время вообще, а конкретная длительность мы уже показали. Но все дело в том, что это "время" даже и не просто конкретная длительность, а длительность с определенным сложным смыслом.

В вышеупомянутой статье от 1905 года А.Эйнштейн задался аналогичным вопросом - "что подразумевается здесь под временем?" (I, т.1, с.8) И показал, там же, во-первых, что под временем понимается конкретная длительность, измеряемая при помощи обыкновенных часов, во-вторых, что это не просто длительность равная показанию любых обыкновенных часов, а длительность равная показанию тех часов, которые установлены в соответствии с определенным правилом предложенным А.Эйнштейном. Вот как сам А.Эйнштейн писал об этом. "Время события как раз равно показанию часов, поставленных в соответствии с только что принятым правилом". (I, т.1, с.181) И вся суть сложного смысла времени, т.е. его зависимости от скорости, заключается в этом правиле установки часов. Разобрав и поняв это правило, мы придем к пониманию того, как это и для кого и в каком смысле обыкновенные часы изменяют свои обыкновенные показания в зависимости от скорости их движения относительно стороннего наблюдателя. Напомним, что для наблюдателя, движущегося с часами, согласно принципу относительности, ход часов, как и длина стержня, не будет зависеть от их совместной скорости.

Здесь картина полностью аналогична примеру с сокращением шара. Так как для равноправных систем отсчета (инерциальных) преобразования пространственных и временных интервалов производятся по одним и тем же так называемым преобразованиям Лоренца, при помощи одного и того же коэффициента Лоренца, дающего их симметричные результаты при переходе от первой системы отсчета ко второй и наоборот. Так, если с позиции первого наблюдателя его "часы" и "линейки" (неподвижные относительно его) не замедляются и не сокращаются независимо от их совместного неускоренного движения, в то время как "часы" и "линейки" второго наблюдателя, движущегося относительно первого, замедляются и сокращаются (для первого наблюдателя). То с позиции второго наблюдателя картина будет аналогичной и симметричной, т.е. для него все будет наоборот. Свои "часы" и "линейки", в противовес первому наблюдателю, он будет считать неизменными (независимыми от их совместного неускоренного движения), в то время как "часы" первого наблюдателя для второго замедляются, а "линейки" - сокращаются. И здесь для "времени" создастся та же ситуация, что для "пространства". По поводу одних и тех же часов мы имеем два противоположных высказывания - для первого наблюдателя свои часы не замедляются, для второго эти же часы замедляют ход. Кто здесь прав, а кто нет? Как мы это уже показали в отношении "пространства", речь здесь идет о различных понятиях времени, зависимого от скорости "кинематического" и независимого, условно "геометрического". Доказательство этой стороны вопроса о времени опустим, так как оно полностью аналогично доказательству этого в отношении пространства и основано математически на одних и тех же преобразованиях Лоренца. И перейдем сразу к раскрытию содержания понятия "кинематического" "времени". Ответ А.Эйнштейна на этот вопрос таков:

"До сих пор всегда довольствовались высказыванием: время есть независимая переменная бытия. На таком определении никоим образом нельзя основывать измерение момента времени фактически происходящего события. Следовательно, мы должны попытаться определить время так, чтобы на основе нашего определения были возможны измерения времени. Представим себе в начале координат системы К часы (например, часы с балансиром). С помощью этих часов можно непосредственно отсчитывать время событий, происходящих в этой точке или в ее ближайшей окрестности. Однако время событий, про-исходящих в какой-либо другой точке системы К, этими часами измерить непосредственно нельзя. Если наблюдатель, находящийся в начале координат системы К, отметит по часам время, когда он получит световой сигнал о происшедшем событии, то это время не будет совпадать с временем самого события, а окажется больше на промежуток времени, необходимый для прохождения светового сигнала от места события до часов наблюдателя. Если бы мы знали скорость распространения света в системе К для заданного направления, то время события можно было бы определить по названным выше часам; однако измерение скорости света возможно только в том случае, если рассматриваемая нами задача определения времени уже решена. Именно, чтобы измерить скорость света в определенном направлении, необходимо измерить расстояние между двумя точками А и В, между которыми распространяется световой сигнал, и затем - время отправления света из А и прибытия света в В. Следовательно, необходимо было бы проводить измерения времени в разных точках, что можно выполнить в том случае, если искомое определение времени уже существует. Но если скорость, в частности скорость света, принципиально невозможно измерить без произвольных допущений, то мы имеем право делать произвольные предположения и о скорости света. Допустим теперь, что скорость распространения света в пустоте из точки А в точку В равна скорости прохождения света из В в А. В силу этого допущения мы действительно можем синхронизировать однотипные часы, покоящиеся в различных точках системы К. Поставим, например, часы, находящиеся в точках А и В, таким образом, что выполняется следующее условие: если из А в момент времени Т (измеренный по часам в А) посылается световой луч в В, прибывающий в В в момент Т + а (измеренный по часам в В), то и, наоборот, световой сигнал, посылаемый из В в А в момент Т (измеренный по часам в В), также должен прибывать в А в момент Т+а (измеренный по часам в А). Это и будет правилом установки всех часов, находящихся в системе К. Если мы выполним это правило, то получим определение времени с точки зрения физика, который делает измерения. Время события как раз равно показанию часов, поставленных в соответствии с только что принятым правилом и находящихся на месте события.

Чего же особо примечательного мы достигли этим способом? Ведь все это выглядит как нечто само собой разумеющееся. Примечательное состоит в том, что для придания вполне определенного смысла показаниям часов это правило относится к системе часов, которая покоится во вполне определенной системе координат К. Мы получили не время вообще, а время, отнесенное к координатной системе К, вернее, к координатной системе К вместе с системой установленных в ней часов, покоящихся относительно К. Конечно, те же самые операции можно выполнить и в том случае, если мы имеем вторую систему координат К1, равномерно движущуюся относительно системы К. Мы можем расположить в пространстве этой системы координат К1 систему часов, но так, чтобы все часы двигались вместе с К1. Тогда эти часы, покоящиеся относительно К1, можно поставить точно по указанному правилу. Если мы это сделаем то получим также время, отнесенное к системе К1. (1, т.1, с.180-181)

Резюме цитаты такое. А.Эйнштейн поставил задачу дать определение "измеримого" времени. И поскольку в качестве посредника между событием и часами (обыкновенными часами) он выбрал световой сигнал, то Эйнштейн в отношении его скорости вынужден был сделать "произвольное допущение". Это "произвольное допущение" является, по сути дела, иной интерпретацией принципа постоянства скорости света. Здесь он сформулирован так: скорость света есть константа в любом направлении, в любой инерциальной системе независимо от ее неускоренного движения. "Произвольное" оно или как сейчас пишут "конвенциальное" в силу того, что не опирается на эмпирическую базу. И вот на этом допущении и держится релятивистское время. А то, что это допущение, суть принцип постоянства, говорит следующая цитата из трудов А.Эйнштейна. "Если признать постоянство скорости света, - писал А.Эйнштейн, - то нельзя будет избежать релятивизации времени". (I, т.4, с.332) И этот вопрос А.Эйнштейн считал "краеугольным камнем всей проблемы" (там же). Значит и нам здесь надо обратить внимание на него. Так как суть всей изложенной процедуры проста. Неясно только одно - почему мы должны делать это "произвольное допущение" и где оно и в каком смысле верно. Но прежде чем приступить к этому вопросу сделаем отступление.

§ 4. Об электромагнитной сущности пространства и времени

в теории относительности

Дело в том, что все эти и правила установки часов и операции измерения длины и длительности соответственно движущихся стержней и часов - вещи не эмпирические, а всего лишь "мысленные" эксперименты, служащие умозрительными лесами при обосновании и выводе формального аппарата для электродинамики движущихся тел. И то лишь в интерпретации А.Эйнштейна.

А.А.Фридман еще в двадцатых годах в работе о теории относительности писал, что даже в научных кругах о данной теории бытуют "превратные" мнения, и преувеличивается ее мировоззренческий статус. Значение теории относительности, по мнению А.А.Фридмана, "для философии не больше, чем значение для нее космогонических гипотез современной астрономии". (4, с.6) И говоря далее о времени теории относительности он писал следующее: "Само собой разумеется, что в указанной главе рассматривается не время философов, а скромное "измеримое" время естествоиспытателей. Особое внимание уделено на подробное выяснение полного произвола установления этого "измеримого" времени. (4, с.7) В своей работе А.А.Фридман показал, с одной стороны, что в теории относительности речь идет о пространственно-временных отношениях частного порядка, присущих определенному кругу явлений, принадлежащему замкнутой электромагнитной физической системе, с другой стороны, что эти отношения отражены в специальных понятиях "пространство" и "время", имеющих статус узко-специального формального представления. Или "мир физический" отражен в формальный, математический "геометрический мир" (Минковского). И вот при помощи этого "геометрического мира" (формализма) с определенной степенью точности (приближенно) исследуется и интерпретируется, далее, "мир физический".

В.А.Фок, в отношении эйнштейновой интерпретации пространства и времени в теории относительности, занимал аналогичную, но более жесткую позицию. "Понятие времени, - писал В.А.Фок, - Эйнштейн пытается вводить исходя из субъективных ощущений длительности... При введении понятия пространства за первичное принимается измерение его некоторым наблюдателем. Эти рассуждения в духе Маха и Пуанкаре не только не нужны для обоснования теории относительности, но являются прямой помехой для правильного ее понимания. Фактически теория относительности была создана на основе изучения и обобщения законов электродинамики движущихся тел. Классическая работа Эйнштейна 1905 года, в которой теория относительности была впервые формулирована, так и называется: "К электродинамике движу-щихся тел". (5, с.170) И в своем варианте теории относительности, В.А.Фок, отбросив все эйнштейновы "мысленные" эксперименты с "часами" и "линейками", выводит ту же зависимость пространственно-временных отношений в электродинамике из рассмотрения вполне реального распространения фронта электромагнитной волны. Где, вполне естественно и очевидно, волна от источника, движущегося по отношению к приемнику, меняет свою частоту и длину (т.е. временную и пространственную характеристики) в зависимости от относительной скорости движения источника и приемника. (Эффект Доплера). В то время как замедления "часов" и сокращения "линеек" (а тем более времени и пространства, так как таковые вообще не могут быть доступны в эксперименте) никто не наблюдал. Эти эксперименты пока так и остались мысленными.

Таким образом, мы должны вскрыть электромагнитную сущность теории относительности А.Эйнштейна, и в частности, электромагнитную сущность ее пространственно-временных представлений. Это тем более необходимо, что форма изложения последних в интерпретации А.Эйнштейна не представляет собой прямое, однозначное отражение пространственно-временных отношений присущих электромагнитным явлениям (что, как отметил Фок, является "прямой помехой" на пути их правильного понимания), в то же время явно опи-сывает их.

Положение с изложением этих представлений мы можем проиллюстрировать образно следующим примером. Всем известно явление преломления предметов на стыке двух различных сред. В частности, прямой стержень, погруженный наполовину в воду, выглядит искривленным в точке вхождения в воду. Так вот, видимое искривление стержня носит такой же опосредованный и относительный характер к сущности явления, как и сокращение "кинематической формы" тела к сущности своего явления (явления ее зависимости от скорости движения тела). Это впридачу к тому еще, что эта форма носит чисто умозрительный характер ("мысленный эксперимент").

Подобным в обоих данных явлениях является то, что непосредственная "геометрическая" форма стержня остается неизменной. То есть, на самом деле, стержень, помещенный частично в воду, не искривляется, а стержень движущийся (неускоренно) не сокращается. Так как это возможно только в случае воздействия какой-либо силы, т.е. явление должно быть динамическим. Эйнштейн же явления сокращения "линеек" и замедления "часов" относил к "чисто кинематическим" эффектам.

Опосредованный характер этих явлений заключается в том, что сущность их относится к световым лучам, а не к самим стержням. В случае преломления стержня, на самом деле происходит преломление лучей света в среде. Преломляются лучи, а не стержень, видимое искривление которого является хотя и объективной, но все же кажимостью. И сущность этой кажимости кроется в природе света. В отношении "кинематической формы" тела мы можем сказать то же самое, т.к. она есть лишь образ движущегося тела, полученный при посредстве лучей света. Здесь также за видимое и то лишь умозрительно, кажущееся сокращение тела в зависимости от скорости, несет ответственность природа света. То есть это лучи света (иначе говоря, образ тела) "сокращаются" (точнее, зависят от скорости), а не само тело.

Относительный характер этих явлений заключается в том, что в случае преломления стержня, данное явление зависит от среды. Относительно одной среды - одно значение преломления, относительно другой - другое. Сокращение стержня, в таком же смысле, является функцией скорости. Но лучшей иллюстрацией относительности сокращения является сравнение, приведенное самим Эйнштейном. Эйнштейн относительность пространственных и временных интервалов своего "кинематического" "пространства" и "времени" сравнивал с относительностью скорости и кинетической энергии. Наглядность последних очевидна. Если тело движется с определенной скоростью относительно какой-либо одной системы отсчета, то оно может обладать одновременно и другой скоростью относительно другой системы. Точно также оно будет обладать одновременно различными значениями кинетической энергии в этих системах. В случае остановки тела относительно любой из систем, в этой системе исчезнет и относительная скорость тела и его кинетическая энергия. Независимо от того с какой скоростью тело до этого двигалось.

Так вот относительный характер пространственных и временных интервалов для так называемого «кинематического» пространства-времени аналогичен. Эффекты их сокращения существуют пока тело, часы движутся и исчезают, когда тело, часы покоятся (для стороннего движущегося наблюдателя). А.Эйнштейн характеризовал эту ситуацию следующим образом. "Вопрос о том, реально лоренцово сокращение или нет, не имеет смысла. Сокращение не является реальным, - писал А.Эйнштейн, - поскольку оно не существует для наблюдателя движущегося вместе с телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом". (I, т.I, с.187). Однако, говоря таким образом, Эйнштейн приравнивает в статусе само тело и его образ, потому как говоря о пространстве-времени, он опускает определение «геометрическое» - «кинематическое». Это главное и сквозное противоречие теории относительности. Например, если бы кинематическое пространство-время было тождественно геометрическому, то утверждение, что движущийся близнец (из небезызвестного парадокса близнецов), прибыв на Землю, остался бы молодым, равносильно было бы утверждениям о том, что он также остался бы и плоским, и обладающим той кинетической энергией, которой он обладал в движении. (Или, что стержень, вытащенный из воды, так и остался бы искривленным.)

Относительность пространственно-временных интервалов тогда приходит в противоречие со здравым смыслом, когда считают что речь идет об объективной реальности, а не об образе с нее, т.е. тогда, когда считают что речь идет о геометрическом пространстве -времени. Относительность же образов (к которым относится и "кинематическое" пространство-время) очевидна. Например, проекция куба имеет относительную форму, в то время как сам куб - абсолютную. Следует помнить, что "линейки" и "часы" Эйнштейна лишь умозрительные образы, леса при постройке теории, имеющие такое же отношение к объективной реальности, как и проекция куба к самому кубу.

Однако, если "линейки" и "часы" Эйнштейна по отношению к природе релятивистских эффектов носят опосредованный и относительный характер, то электромагнитные явления имеют прямое и непосредственное отношение к природе данных эффектов. Как в примере с преломлением стержня, это лучи света действительно преломляются и в абсолютном смысле изменяют свои характеристики, в то время как сам стержень остается без изменений. Так и в случае релятивистских эффектов, - это лучи света действительно меняют свою длину и частоту, т.е. пространственные и временные характеристики, вследствие эффекта Доплера, а не "линейки" и "часы" Эйнштейна. Или, как писал А.Эйнштейн, "суждения" специальной теории относительности в действительности "касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами". (I, т.1, с.8) То есть, даже по мнению самого А.Эйнштейна суждения СТО касаются пространственно-временных отношений присущих электромагнитной форме движения. Однако, несмотря на это высказанное им самим же мнение, А.Эйнштейн все-таки чаще всего отходил от подобного рассмотрения своего пространства-времени. И делал он это из желания придать последнему всеобщий статус, т.е. распространить на другие формы движения. И это не только затрудняло и затрудняет понимание сущности пространства-времени СТО, но и заодно объясняет форму изложения пространственно-временных представлений в данной теории. Подобное желание, кстати, было присуще и творцам теорий механической и тепловой форм движения действительных только для замкнутых физических систем явлений. Они также претендовали на всеобщий характер своих творений, несмотря на их ограниченный статус. И надо думать, что и теория относительности не является теорией всех форм движения и что её выводы не действительны за рамками замкнутой физической системы электромагнитных явлений.

А теперь вернемся к заданным в конце § 3 вопросам, так как мы уже можем дать на них обоснованные ответы.

1. Вышеуказанное "произвольное допущение" является принципом постоянства, высказанным в иной форме. И это является причиной

его допущения в теорию.

2. Данный принцип постоянства верен только для света (электромагнитных явлений) в электромагнитной же теории.

3. Смысл этого принципа следующий:

а)Скорость света для света (электромагнитных явлений) - абсолютный предел. (В том же смысле, что и скорость звука для звука)

б)Скорость света есть относительная постоянная для электромагнитных явлений. (В любой, но не относительно любой, инерциальной системе отсчета)

4. И так как А.Эйнштейн выбрал для синхронизации своих часов световой сигнал, а в качестве правила их синхронизации - принцип постоянства (то и другое относится к электромагнитным явлениям), он, следовательно, получил "время" электромагнитных явлений, а не время вообще, что кстати и следует из определений данных А.Эйнштейном этому "кинематическому" времени.

Резюме: Когда в СТО говорят о пространстве и времени и об изменении их интервалов, имеют ввиду лишь пространственно-временные отношения электромагнитной формы движения. Следовательно, речь там идет не о замедлении времени вообще, и даже не о замедлении часов вообще, а всего лишь о замедлении "часов" Эйнштейна, отражающих умозрительно временные отношения электромагнитной формы движения. Измерения при помощи данных "часов" (умозрительно же) кинематической формы тела, также приводят последнюю к сокращению, присущему вышеуказанной форме движения.

Релятивизм теории относительности проистекает из позитивизма. Позитивизм, в силу своей природы, привнес в физику логику отождествления общего с особенным-единичным, точнее логику замещения общего особенным-единичным, подведение под термин обозначающий общее – смысла и содержания особенного-единичного. Вот почему материя, пространство и время сводились, редуцировались к явным наблюдаемым единичным своим формам. Материя сводилась к веществу-атомам, пространство и время – к электромагнитным пространственно-временным отношениям, длине и длительности. Сказать, что пространство сокращается, время замедляется, а материя есть только наблюдаемое вещество, это всё равно что заявить, что на основании достоверно наблюдаемого и вкушаемого единичного материального – яблока – мы достоверно эмпирически можем лишь только утверждать, что материя круглая, красная, сочная, кисло-сладкая. Это и есть торжество эмпирической достоверности общего редуцированного к единичному в логике позитивизма. Согласно этой логике пространство и время отождествлены с единичной длиной и длительностью, с линейками и часами Эйнштейна. И если эти линейки сокращаются, а часы замедляются, то делается вывод, это, мол, Пространство сокращается и Время замедляется.

Релятивистская интерпретация пространства и времени в "физике" Эйнштейна есть лишь "безумно" - фантастическая экстраполяция эффекта Доплера для электромагнитной волны за пределы замкнутой электромагнитной системы.

ЛИТЕРАТУРА

• 1. Эйнштейн А. Собрание научных трудов, в 4-х т. М., 1965-1967
• 2. Эйнштейновский сборник, 1973, М., 1974.
• 3. Эйнштейновский сборник, 1969-1970, М., 1971.
• 4. Фридман А.А. Мир как пространство и время, М., 1965.
• 5. Фок В.А. Против невежественной критики современных физических теорий, Вопросы философии, вып. I, I953.