Как указывал Эйнштейн,
“Атомную теорию можно наблюдать более как визуальный символ, чем действительную материальную конструкцию”.
Ментальный образ атома служит мостом между нашими богатыми, но меняющимися сенсорными опытами и точными, неабстрактными математическими аксиомами. “Визуальными символами” легче мысленно манипулировать, потому что они упрощают сложность нашего сенсорного опыта и могут быть легко переведены в математические описания. Но, с другой стороны, они также напоминают аспекты символизируемого ими сенсорного опыта, поэтому их легче интуитивно соединить с сенсорными опытами, в отличие от математических уравнений.
Наверное, самое важное в воображаемых конструкциях или “визуализирующих символах” Эйнштейна то, что они не неясные абстрактные диаграммы, а метафорические картины, куда можно проникнуть самим. Вот мы стоим напротив газовой плиты, вот спотыкаемся в “лифте”, влекомом в пространство неким воображаемым существом, а вот мы распластаны в двухмерном сферическом мире, а теперь перед нами — жук, вечно ползущий по поверхности шара.
Целью этих “особых воображаемых конструкций” было добавление “глубины и силы” нашим концепциям реальности и, в конечном счете, исследование и раскрытие того, что Аристотель называл “формальными причинами”. “Формальная причина” явления определяет сущность его характера. Формальные причины соотносятся с нашими фундаментальными определениями и восприятиями мира.
Воображение привело Эйнштейна к созданию его знаменитой теории относительности. Эйнштейн отвечал, что с шестнадцати лет ему было чрезвычайно интересно узнать, как именно выглядел бы мир, если бы он мчался верхом на световом луче со скоростью света. Это было то самое зерно, которое позднее выросло в теорию относительности. Давайте пристальнее посмотрим, как рождалась концепция относительности…
6. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Я уже отмечал ранее, что до Эйнштейна ученые всматривались в окружающий мир, измеряли и описывали его, упуская из виду влияние, которое они как наблюдатели могли на этот мир оказывать: Эйнштейн утверждал, что игнорировать подобное влияние невозможно, даже если предметом наблюдения являются объекты чисто физического характера, например, частицы или планеты. Более того, он доказывал, что процесс наблюдения за системой изменяет саму систему.
Физики сделали следующее открытие: если вы, измеряя пламя, смотрите на него, оно ведет себя так, будто состоит из материальных частиц. Если же нет — подобно волнам, энергии. Суть, качество наблюдаемого объекта зависит от способа наблюдения. В результате ученые так и не пришли к единому мнению о природе света: что это — волны или частицы.
И это одна из дилемм, которую Эйнштейн смог решить пространстве своей знаменитой теорией относительности, подвергнув сомнению наши привычные представления о времени.
История поведала нам, что все началось со сна наяву, когда шестнадцатилетний Эйнштейн сидел в классе на уроке математики. Занятия не слишком интересовали его и оценки были весьма низкими. Но, когда он, блуждая в мечтах, глядел в окно, его посетила мысль: “На что был бы похож мир, если бы вы смотрели на него со светового луча?” Сначала вы могли посчитать эти мечты просто пустой фантазией подростка, но, как мы видим, Эйнштейн буквально до физической осязаемости сжился с этой воображаемой конструкцией. В какой-то момент “путешествия” он представил, что, сидя на световом “скакуне”, держит перед собой зеркало и пытается найти в нем свое отражение. Попробуйте сами вообразить, как, пролетая в космосе, вы глядитесь в зеркало, зажатое в руке.
— Ну и как? Увидели бы свое отражение или нет?
Обычно люди, которым я задаю этот вопрос, отвечали “да” или “ нет”. Некоторые оставались в замешательстве. Вот он, камень преткновения! В зависимости от того, как можно размышлять об этой проблеме, мы или ответим по-разному, или не ответим вообще. Почему же возникают разные ответы?
Что ответил сам Эйнштейн? Сначала он размышлял так: “С позиции стороннего наблюдателя, сидящего, например, на дрейфующем в пространстве астероиде, казалось бы, что путешественник на световом луче не может рассмотреть своего отражения. Отчетливо видно, как “всадник” постоянно подскакивает в луче света, свет ускользает с его лица. Путешественник движется в световом потоке, и себя самого в зеркале разглядеть не может.
Но следующей мыслью было: “Но если я — тот самый несущийся на световом луче всадник, откуда мне известно, что это я лечу со скоростью света, а не наблюдатель на астероиде — в противоположном от меня направлении? Почему его точка отсчета более реальна, чем моя? Как же я узнаю, что совсем не являюсь точкой отсчета для реальности и что тот, странник на астероиде, движется относительно меня? Если это так и я считаю себя главной координатой, то я должен видеть свое отражение, как это было бы в любой обычной ситуации”.
Возникает вопрос: “Чья точка зрения реальна?”
Наблюдатель на астероиде говорит: “Все движется относительно меня!”
А всадник на световом луче возражает: “Минуточку! Почему это маленький астероид более реален, чем мой луч?”
Если бы можно было наблюдать за ситуацией с обеих точек зрения, как бы вы ответили?
Эйнштейн взялся за изучение физики, пытаясь найти решение той явившейся в юношеском воображении проблемы, но столкнулся с некоторыми противоречиями. Согласно традиционным законам физики, скорость волн предположительно зависела только от среды распространения, а не от источника возникновения (например, звуковые волны в воде и в воздухе путешествуют с разной скоростью независимо от того, каков источник звука). В соответствии с волновой теорией, для наблюдателя звуковые волны от проходящего поезда покрывают расстояние за одно и то же время независимо от скорости движения поезда. Свет, предположительно, тоже имеет волновую природу, и эти выводы явятся истиной и для него. Человек на астероиде, наблюдающий за Эйнштейном и его зеркалом, должен всегда видеть, как исчезает свет с лица, неважно, с какой скоростью при этом перемещается Эйнштейн. Это значит, что, если двигаться вслед за светом, отражение в зеркале должно исчезнуть.
И все же Эйнштейн интуитивно чувствовал, что изображение не должно исчезать, это было бы не более вероятным, чем внезапное исчезновение голоса у пассажира лайнера, летящего со скоростью звука. Почему реальность должна искажаться только для движущегося наблюдателя?
С другой стороны, если отражение движущегося наблюдателя не исчезло бы с зеркала, то наблюдатель на астероиде смог видеть, как свет направляется к зеркалу со скоростью, дважды превышающей свою нормальную, а это не подходило бы ни под опыт Эйнштейна, ни под его убеждения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45