kirill_nav_1

Categories:

Пространство и время для философии как "объективная реальность" - 13

Что такое система отсчета как физико-математическое представление — это мы прояснили ранее, то есть объяснили, почему, хотя мы и можем при решении каких-то задач физики произвольно «привязывать» систему отчета к какому-либо телу по нашему усмотрению, тем не менее, система отсчета имеет и объективный физический смысл, который состоит в том, что тела существуют как отдельные системы отсчета совершенно объективно. Конечно, нередко мы можем привязать систему отсчета только к точке тела — как, например, это делается при решение многих задач физики, когда систему отсчета привязывают к какой-то точке на поверхности Земли, или к какому-то предмету, который остается неподвижным относительно поверхности Земли (например, к какому-нибудь дереву), но, как нетрудно понять, по сути мы тем самым просто привязываем систему отсчету к Земле как телу.

Поэтому система отсчета — понятие не только математическое, но и физическое, и как понятие физическое оно имеет огромное значение для понимания природы движения и пространства-времени. С философской точки зрения — это то, что мы называем вещью, единичным бытием, но только в этой вещи мы уже убираем из рассмотрения форму вещи (форму — не только как «сущность вещи», но часто и форму геометрическую), и рассматриваем эту вещь как «материальную точку» (то есть точку с массой) в ее отношении к пространству-времени и в отношении к другим вещам в пространстве-времени (как другим системам отсчета). 

И именно с этого представления — «система отсчета» — и началась современная натурфилософия, когда Галилей ввел это представление. Причем сделал это Галилей сначала только в отношении инерциальных систем отсчета, то есть находящихся в покое или движущихся равномерно и прямолинейно относительно какой-то другой система отсчета. Здесь важно отметить, что уже с самого начала — еще с Галилея — в натурфилософии было какое-то интуитивное понимание, что равномерное прямолинейное движение — какое-то особенное, и объяснить движение по кривой или ускоренное Ньютон мог, только опираясь на это представление об инерциальных системах отсчеты: в своем «первом законе» он по сути вводит (вслед за Галилеем) это представление, во «втором законе» — он показывает как возникает движение по кривой и ускоренное, отличное от прямолинейного и равномерного или от состояния покоя (для этого нужно наличие внешней силы), а в «третьем законе» он формулирует «закон сохранения» при взаимодействии тел. 

При этом, конечно, и Галилей и Ньютон понимали, что идеальных инерциальных систем отсчета не существует — так как если тело (например, на поверхности Земли) находится в покое относительно какой-то одной системы отсчета (относительно Земли), то при этом оно может находиться в движении относительно другой системы отсчета (например, Солнца или Луны), а абсолютно равномерное и прямолинейное движение также в природе встретить невозможно — ведь даже в вагоне поезда, который движется прямо и равномерно, иногда покачивает.

Тем не менее, в физике уже с самого начала, еще с Галилея, повторюсь, было какое-то понимание, что инерциальная система отсчета — какое-то базовое представление не только для физики как науки (как то, что нам удобнее описать и с чего нам удобнее начать описывать всякое прочее движение), но и объективно. Почему именно прямолинейное и равномерное движение, а не, например, равномерное вращение? Ведь круг не менее «совершенная линия», чем прямая линия, и в чем-то равномерное вращение как движение даже более «совершенное движение», чем равномерное и поступательное? Кроме того, в природе, как мы знаем, многие процессы происходят как движение по кругу (или близко к этому) — Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, Луна вращается вокруг Земли, вокруг Солнца вращаются планеты, и сама солнечная система, как и целые галактики, также вращаются вокруг какого-то центра. Мы этого не знаем. Возможно, можно было бы создать и какую-то другую физику, в основе которой лежало бы равномерное вращение, а всякое другое движение объяснялось бы из этого движения. Но в основе физики лежит представление об инерциальных системах отсчета — то есть о поступательном прямолинейном равномерном движении.

И точно так же, в сущности, поступил и Эйнштейн, когда он распространил принципы специальной теории относительности на неинерциальные системы отсчета. При этом свое уравнение ОТО он выводил, как мы уже упоминали ранее, также из представления, что «прямая линия» — это не просто некая идеальная линия в нашем разуме и геометрии, но что и в природе — то есть в физическом пространстве —  прямая линия есть некое базовое явление, а отклонение от прямой линии — например, при движении луча света — уже должно быть объяснено именно как отклонение по какой-то внешней причине, примерно как в физике Ньютона движение по кривой или ускоренное движение объяснялось вмешательством внешней силы. И поэтому «идеальное физическое пространство» — или, как говорят физики, «плоское пространство» —  это пространство прямых «мировых линий», по которым луч свет движется прямо. И, соответственно, отклонение от этих прямых линий — например, в гравитационном поле Земли или Солнца — связано с искривлением самого пространства-времени. 

Отклонение луча света от "прямой линии" в гравитационном поле Солнца или другого небесного тела в ОТО объясняется искривлением пространства-времени.
Отклонение луча света от "прямой линии" в гравитационном поле Солнца или другого небесного тела в ОТО объясняется искривлением пространства-времени.

И вот это странно. С одной стороны, Галилей и Ньютон ввели представление об «инерциальной системе отсчета» как о такой системе отсчета, которая существует и может быть определена как «инерциальная» только в отношении какой-то другой системы отсчета. То есть понятие «инерциальная система отсчета» — относительное по определению, и говорить о равномерном прямолинейном движении или о состоянии покоя какой-либо системы отсчета мы можем только в отношении какой-то другой системы отсчета. А с другой стороны, Эйнштейн рассматривал прямую линию и равномерное движение луча света по этой линии как нечто объективное, что не зависит ни от каких систем отсчета. 

Я сейчас не хочу использовать термин «абсолютная система отсчета», который использовали физики в этих спорах — с философской точки зрения, правильней говорить об «объективной системе отсчета», то есть такой системе отсчета, которая никак не связана с другими системами отсчета и никак через них не определяется. Но если прямолинейное равномерное движение света происходит независимо от каких-либо систем отсчета, то такое движение можно рассматривать как объективно прямолинейное и равномерное. А значит, и понятия «прямолинейность» и «равномерность» уже имеют и объективный смысл — то есть могут быть определены независимо и без всякой связи с какими-либо системами отсчета (как они определялись Галилеем и Ньютоном при введении понятия «инерциальная система отсчета» через другую систему отсчета).     

Более того, одним из постулатов физики (и этот постулат пока экспериментально не был опровергнут) состоит в том, что скорость света — это предельная скорость взаимодействия в пространстве-времени, и при этом скорость самого света (как и волн других полей) никак не зависит от других систем отсчета, от того, как они движутся (навстречу к источнику луча света или от него) и движутся ли вообще относительно каких-либо других систем отсчета. А значит, они движутся объективно, опять-таки независимо от того, из какой системы отсчета мы рассматриваем это движение. 

Более того, мы вполне можем представить некий космический корабль, который уже удалился от Солнечной системы настолько, что действие гравитационного поля Солнца на этот корабль (и все, что в нем) уже настолько мало, что корабль перешел в режим прямолинейного равномерного движения относительно Солнца и движется «по инерции». Потом Солнце исчезает вовсе — вокруг абсолютно пустое космическое пространство, и действие гравитационных сил Солнца и других небесных тел на корабль уже ничтожно мало. И тут корабль по команде командира снова включает двигатели, и корабль начинает ускоряться, что, согласно второму закону Ньютона, приведет к возникновению сил, действующих на экипаж и все вещи в корабле — ровно так же, как ускорение поезда приводит к тому, что пассажиров «отбрасывает» назад относительно движения поезда. 

Но относительно какой системы отсчета произошло это ускорение? Никаких других систем отсчета, с которыми был бы связан корабль, уже нет. Поезд движется относительно поверхности Земли, и для описания того, что происходит с пассажирами при ускорении поезда, мы можем связать систему отсчета поезда с неподвижной системой отсчета «поверхность Земли». Но с чем мы можем связать систему отсчета космического корабля для описания того, что произойдет в нем при включении двигателей? И относительно какой системы отсчета корабль ускорился? Никаких других систем отсчета вокруг и поблизости уже нет. 

Конечно, это только «мысленный эксперимент», и что будет происходить на этом корабле после включения двигателей — этого мы не знаем (и, вряд ли когда-либо узнаем, так как пока ни один космический аппарат еще не покидал пределы Солнечной системы). Но из всего, что мы знаем из физики, а также из наблюдений за кометами и другими телами, у нас нет основания думать, что второй закон Ньютона перестает действовать за пределами Солнечной системы. Но ведь скорость, как и ускорение  — понятия относительные. А значит, несмотря на это, инертность действует везде одинаково, независимо от того, относительно какой системы отсчета мы рассматриваем движение тела. Да, на этот космический корабль уже не действуют какие-то гравитационные силы (или их действие ничтожно мало), но масса — как масса инертная — остается объективным свойством корабля и всех вещей в нем, и поэтому эта инертная масса действует объективно, независимо от того, относительно какой системы отсчета мы рассматриваем движение тел. И если ускорение за счет включения двигателя может быть обнаружено внутри корабля — без относительно к какой-либо системе отсчета — значит, и понятие покой и движение вовсе не являются полностью относительными, но в них есть что-то и объективное.    

И из всего этого можно сделать вывод, что пространство-время вовсе не задается и не определяется полностью системами отсчета — то есть отдельными материальными телами, и что пространство-время не только существует объективно (то есть независимо от каких-либо тел и связанных с ними систем отсчета), но и обладает какими-то объективными свойствами (то есть свойствами, которые не определяются системами отсчета). Хотя все, что связано с системами отсчета в их отношениях в пространстве-времени, вроде бы всегда имеет относительный характер: движение и покой, координаты, скорости, ускорения, кинетическая энергия — все это зависит от того, в какой системе отсчета мы это будем рассматривать, даже вектор (как направление скорости и ускорения) — понятие относительное (ведь в каком направлении движется тело зависит от того, «с какой стороны», из какой системы отсчета, мы наблюдаем это движение). Однако, как мы показали, пространство-время обладает и какими-то объективными свойствами, которые уже не определяются системами отсчета и которые существуют объективно, независимо от каких-либо систем отсчета в этом пространстве-времени. 

И разрешить этот «парадокс», как мне представляется — исходя из того, что уже было сказано ранее — можно только одним способом: признать, что физическое пространство-время уже обладает какими-то физическими свойствами, а не только свойствами геометрическими. То есть пространство-время — это не просто некая математическая «пустота», а некая физическая «среда», которая не существует без материи и ее свойств, а потому пространство-время выступает уже и как некая физическая реальность. И именно этим физическое пространство-время отличается от пространства математического — что это пространство не только геометрическое, но и физическое, свойства которого задаются материей и свойствами самой материи, и свойства которого уже оказывают воздействие и на саму материю (в том числе на то, как движутся материальные тела или волны других полей в этом пространстве-времени).     

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic