ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
физическая теория, в развитии которой необходимо различать 3 этапа. 1) Принцип относительности классической механики (Галилей, Ньютон) гласит: во всех равномерно и прямолинейно движущихся системах механические процессы протекают точно так же, как и в покоящихся. Следовательно, прямолинейное равномерное движение соответствующей системы не может быть определено, установлено без помощи тел, находящихся вне системы. Так, напр., если в прямолинейно и равномерно движущемся железнодорожном вагоне подбросить вертикально вверх мяч, то он снова упадет вниз по перпендикуляру, точно так же, как если бы вагон стоял. Напротив, наблюдателю, стоящему на железнодорожной насыпи, траектория представляется в виде параболы. Исходя из формы наблюдаемой извне и зафиксированной (сфотографированной) параболы, можно определить скорость движения поезда по отношению к местонахождению наблюдателя. Подобным образом обстоит дело с движением небесных тел во Вселенной. Попытки (Физо в 1849, Майкельсон в 1881, В. Вин и др.) при помощи электромагнитных (оптических) средств создать абсолютную систему отношений в мировом пространстве (нечто сходное с покоящимся «эфиром» как абсолютным, неподвижным пространством – Ньютон) окончились неудачно. 2) В специальной теории относительности Эйнштейна (1905) создано новое для физики понятие времени. Время определяется уже не через вращение Земли, а через распространение света (300 000 км/с). Это время так тесно связано с пространственными измерениями, что вместе они образуют пространство, имеющее четыре измерения. Став координатой, время теряет свой абсолютный характер, становится только «относительной» величиной в системе связей. Было найдено такое понятие пространственного времени, которое соответствует всем физическим фактам. 3) Всеобщая теория относительности (Энштейн, 1916) устанавливает, что сила тяжести и ускорение равноценны, что в соответствии с миром Минковского (1908) трехмерная система координат классической физики дополняется временем как четвертой координатой (см. Континуум). Она расширяет наблюдение, включая рассмотрение равномерно-ускоренных и вращающихся систем, что требует сложного математического аппарата; необходимая для этого геометрия впервые определяется благодаря данной физической теории относительности (см. Метагеометрия). Теория относительности разрешает проблемы, которые возникают из наблюдения за распространением электромагнитных и оптических явлений, специально – за распространением света в движущихся системах. Результаты наблюдений, истолкованных с помощью теории относительности, отклоняются от результатов наблюдений классической механики и электродинамики только там, где речь идет о больших скоростях и огромных расстояниях.

Философский энциклопедический словарь. 2010.

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕО́РИЯ
теория пространства и времени, согласно к-рой они суть лишь относит. "стороны" единой формы существования материи – пространства-времени. Различают частную (или специальную) и общую О. т. (ОТО). Общая О. т. есть теория пространства-времени, объясняющая через его структуру всемирное тяготение (поэтому ее называют также теорией тяготения).
Предпосылки О. т. Учение о пространств. формах и отношениях сложилось в древности и было математически оформлено в виде эвклидовой геометрии. Физика восприняла ее в готовом виде. Время вошло в общие законы механики, сформулированные Галилеем и Ньютоном. Представления классич. физики о пространстве и времени отражали прежде всего общие законы взаимного расположения и движения твердых тел. В частности, представление об абсолютном, всюду одинаково текущем времени вполне им отвечало. Согласно второму закону Ньютона, в принципе нет ограничений для скорости, к-рую можно придать телу. Поэтому координация во времени путем передачи воздействий ("сигналов") устанавливается с любой точностью (можно в принципе сверять времена в разных телах с любой точностью), откуда и следует, что время всюду течет одинаково (распространенное мнение, что для этого необходима мгновенная, т.е. с бесконечной скоростью, передача сигналов, ошибочно). Законы механики Галилея - Ньютона формулируются для т.н. инерциальных систем отсчета. В ньютоновской механике выполняется принцип относительности Галилея, согласно к-рому законы механич. явлений одинаковы по отношению ко всем инерциальным системам. Вообще, для нек-рого класса явлений Ρ и для нек-рого класса систем S´ выполняется принцип относительности, или, др. словами, эти системы равноправны в отношении данных явлений, если законы явлений Ρ одинаковы в системах S, т.е. когда в двух системах S´, S" для явлений Ρ´, Ρ" одного типа осуществлены одинаковые (относительно этих систем) условия, то эти явления будут течь относительно этих систем совершенно одинаково. Математич. выражение законов этих явлений в этих системах одно и то же, т.е. оно инвариантно (неизменно) относительно перехода от одной системы к другой, выражающегося соответствующим преобразованием координат и др. величин. После того как Максвелл в 60-х гг. 19 в. сформулировал осн. законы электромагнитных явлений, возникла проблема выявления законов электродинамики движущихся тел по отношению к любой инерциальной системе отсчета. Опыты приводили к результатам, противоречащим тому, что "следовало ожидать". Особенно важную роль сыграл опыт Майкельсона (1881–87), не обнаруживший ожидаемой зависимости скорости света от направления его распространения по отношению к направлению движения Земли. Математич. выражение противоречия дал Лоренц (1904), показав, что уравнения Максвелла инвариантны по отношению к преобразованиям (т.н. преобразованиям Лоренца), отличным от преобразований Галилея, относительно к-рых инвариантны законы ньютоновской механики. Разрешение противоречия было осуществлено Эйнштейном в работе "К электродинамике движущихся тел" (А. Einstein, Zur Elektrodynamik bewegter Körper, 1905) путем построения новой теории пространства и времени – частной О. т. и, соответственно, новой механики – "релятивистской", в отличие от ньютоновской – классической. Независимо к тем же в основном результатам пришел А. Пуанкаре.
Частная О. т. Эйнштейн основал свою теорию на след. положениях (к-рые приводятся в несколько дополненной формулировке):
I. Существуют инерциальные системы отсчета.
II. Геометрия пространства эвклидова.
III. Принцип относительности: все инерциальные системы равноправны в отношении всех физич. явлений. IV. Закон постоянства скорости света: относительно всех инерциальных систем свет распространяется с одинаковой скоростью с. Первые три положения заимствованы из классич. теории, только принцип относительности понимается обобщенно; четвертое является обобщением данных опыта (опыт Майкельсона и др.) и вполне согласуется с теорией электромагнетизма. Из положения II, IV чисто математически вытекает, что для любых инерциальных систем S, S´ координаты х, у, z, x´, y´, z и времена t, t´ связаны преобразованием Лоренца. В частности, если оси координат x, x´ в системах S и S´ параллельны и ось x направлена по движению S´ относительно S, то (при соответствующем выборе масштабов) разности координат и времени в системах S и S´ для любых двух событий - мгновенно-точечных явлений Р1, Ρ2 связаны формулами:
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ <a href=ТЕОРИЯ">
где ν - скорость S´ относительно S. Из этих соотношений вытекают след. выводы: (1) Системы могут двигаться друг относительно друга со скоростью, меньшей скорости света (т.к. при ν≥c формулы теряют смысл). (2) Два события, одновременные в S (t12=0), но происходящие в точках с разными координатами x (x12≠0), не одновременны в S´ (t´12≠0). Более того, событие Р1, предшествующее Р2 относительно системы S, может следовать за ним относительно S´. Именно, если t12>0, но меньше ν/c2 · x12, то t´12<0. Т.о., одновременность и последовательность событий во времени, вообще говоря, относительны. Тут нет противоречия с причинностью, т.к. по О. т. никакое воздействие не передается со скоростью, большей с, и потому, как следует из формул (1), если событие Р1 воздействует на Р2, то в любой системе отсчета оно предшествует Р2. (3) Если в точке, неподвижной относительно S, происходит процесс, длящийся время t, то его длительность в S´ больше:
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
В этом смысле длительность процессов относительна. (4) Если в системе S´ имеется неподвижный относительно нее отрезок длины l, параллельный оси х, то в системе S расстояние между одновременными (относительно S) положениями его концов (т.е. при t12=0) будет меньше:
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
(т.н. "лоренцово сокращение"). (5) Для любых событий Р1, Р2, расстояние и промежуток времени между к-рыми в S в S´ суть соответственно r12, t12, r´12, t´12, верно равенство: r212–c2t212=r´212–c2t´212 т.е. эта величина не зависит от системы отсчета. Она наз. интервалом между событиями Р1, P2. Вместе с тем, вообще говоря, r12≠r´12 и t12≠t´12. (6) Всякой точке - малому телу К, движущемуся произвольным образом, можно сопоставить т.н. собств. время. При этом, если Р1, Р2 - два события в К, то собств. время τ 12 между ними всегда меньше промежутка времени t12 между ними по отношению к любой инерциальной системе S (кроме, конечно, того случая, когда К неподвижно относительно S). В частности, событием Р1 может быть вылет тела из данного места, a P2 – возвращение его в то же место. От вылета до возвращения в теле К протечет меньше времени, чем в системе S (т. н. парадокс Ланжевена). В целом из преобразований Лоренца вытекает вся "релятивистская" кинематика, существенно отличная от классической. Однако это отличие становится заметным лишь при скоростях, близких к скорости света.
Все приведенные выводы основываются только на положениях II, IV о эвклидовости пространства и постоянстве скорости света. Положение I о существовании инерциальных систем означает, что эти выводы имеют физич. смысл. Согласно принципу относительности, все инерциальные системы равноправны, поэтому физич. законы должны быть инвариантны при преобразованиях Лоренца. В отношении уравнений Максвелла это действительно так. Уравнения же ньютоновской механики этим св-вом не обладают. Поэтому Эйнштейн построил новую механику. Ее законы лоренц-инвариантны и при малых скоростях (приближенно) дают законы механики Ньютона. Второй закон Ньютона – пропорциональность изменения импульса (количества движения) силе – и законы сохранения импульса и энергии остаются, но зависимость импульса p и энергии Ε от скорости ν другая:
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
Если в (2) положить
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ
то p=mυ, E=mc2, т.е. ньютоновское выражение для импульса сохраняется, если принять за массу не m0, а величину m, зависящую от скорости. В этом смысле говорят, что масса зависит от скорости. Формула Е=mс2 показывает, что с массой m связана пропорциональная ей энергия и, в частности, при υ=0, Е=m0с2, т.е. тело, находящееся в состоянии относит. покоя, также обладает соответствующей энергией. Эти соотношения обобщаются на электромагнитные колебания, т.к. последние обладают импульсом и энергией. Дальнейшее развитие физики показало, что связь массы и энергии, открытая Эйнштейном, имеет всеобщий характер (см. Сохранения законы). О. т. повлекла пересмотр всех осн. законов физики с т.зр. их лоренц-инвариантности. Теории, где это требование выполнено, называют релятивистскими в противоположность "классическим".
Пространство-время и причин- н о с т ь. Согласно О. т. пространственные и врем, отношения и в этом смысле сами пространство и время зависят от системы отсчета, по отношению к-рой они определяются. Г. Минковский показал, что вместе с тем они объединяются в единую форму существования материи – пространство-время. Каждое событие определяется среди других четырьмя координатами х, у, z, t, т.е. множество всех событий четырехмерно. Взятое в отвлечении от конкретных свойств событий, оно и представляет четырехмерное многообразие – пространство- время. Преобразования Лоренца выражают, что структура его настолько однородна, что все соотношения в нем сохраняются при любых таких преобразованиях (подобно тому, как геометрич. соотношения на плоскости сохраняются при движении). Пространственно- врем. отношения и св-ва тел и процессов не зависят от системы отсчета, но лишь различно проявляются в разных системах. Вообще, физич. величины, зависящие от системы отсчета, являются своего рода проекциями более общих величин, к-рые от систем отсчета уже не зависят. Соответственно, Минковский дал "четырехмерную" формулировку законов релятивистской механики и электродинамики. Он указал, что название "постулат относительности" (теория относительности) несовершенно: не относительность, а абсолютное, но не в старом, а в новом, "четырехмерном" пространств.-врем. смысле, составляет настоящую сущность теории. Т.о., открывается не только более глубокая филос. т.зр., но вносится большая ясность в математич. аппарат и физич. содержание теории.
Дальнейшее углубление понимания сущности О. т. состояло в открытии связи структуры пространства-времени и причинности (ирл. физик А. Робб и др.). Каждому событию отвечает множество событий, на к-рые, оно воздействует (в принципе может воздействовать), – "область его воздействия" в четырехмерном многообразии событий. При этом скорость передачи воздействия ограничена скоростью света. Математически доказывается, что эти области определяются "геометрией" пространства- времени и, обратно, геометрия пространства-времени полностью определяется структурой совокупности этих областей. Коротко говоря, свойства пространства-времени определяются отношениями воздействия одних событий на другие. Это приводит к след. определению самого пространства-времени: пространство-время есть множество всех событий в мире, отвлеченно от всех свойств, кроме тех, к-рые определяются отношениями воздействия одних событий на другие. Этим устанавливается единство пространств.-врем. и причинно-следств. структуры мира, т.к. воздействие есть элемент причинно-следств. связи. Т.о., структура движущейся материи, определяемая связью ее элементов через воздействие и взятая только ст. зр. формы (системы отношений), и есть пространств.-врем. структура материи.
О б щ а я О. т. Включение в частную О. т. всемирного тяготения представляло трудности, к-рые были преодолены Эйнштейном путем построения ОТО (1915). Работы Эйнштейна, В. А. Фока и др. привели к след. пониманию ее основ. 1) Структура пространства-времени оказывается такой же, как в в частной О. т., только приближенно и локально (в достаточно малых областях пространства, в течение достаточно короткого времени). В больших областях пространство-время имеет более сложную структуру (математически оно является римановым или, по др. терминологии, псевдоримановым пространством). Соответ-ственно, все выводы частной О. т. верны лишь приближенно и локально. 2) Отличие структуры пространства-времени от принимаемой в частной О. т. определяется распределением и движением масс материи. Точно это выражается уравнением Эйнштейна, связывающим величины, характеризующие указ. отличие ("тензор кривизны"), с величинами, характеризующими распределение и движение масс ("тензор материи"). Отсюда математически выводится, что массы материи должны двигаться так, как если бы между ними действовали силы тяготения по закону, к-рый в первом приближении совпадает с законом тяготения Ньютона. Т. е. массы материи, определяя структуру пространства-времени, определяют через это и свое собств. движение. Поле тяготения есть не что иное, как отличие структуры пространства-времени от однородной, принятой в частной О. т. Тело, на к-рое не действует никакое др. поле и собств. влиянием к-рого на структуру пространства-времени можно пренебречь, движется по инерции, но из-за изменений в структуре пространства-времени, вызванных посторонними массами, движение это будет сложным, что классич. физика толковала как влияние сил тяготения. С точки зрения О. т. тут действуют не особые силы, а происходит движение по инерции в неоднородном пространстве-времени (представляющееся в нем геодезической, т.е. "прямейшей" линией). Применение ОТО к большим частям Вселенной и даже ко Вселенной в целом привело к важным результатам, но оно зависит от выдвигаемых гипотез, что делает выводы спорными, не говоря уже о спорности применения любой теории ко Вселенной в целом (см. Космология).
Подтверждения и обоснования О. т. Частная О.т. имеет многочисл. подтверждения, из к-рых упомянем следующие. (1) Данные, послужившие источником О. т., как, напр., опыт Майкельсона и др. (2) Закон взаимосвязи массы и энергии, всеобщий характер к-рого установлен несомненно, особенно результатами атомной физики. (3) Эйнштейновская зависимость импульса от скорости, проверенная с большой точностью в многочисл. опытах (ускорители заряженных частиц, космич. лучи и др.). (4) Относительность длительности подтверждается измерением "продолжительности жизни" космич. частиц по отношению к Земле и спец. опытами (релятивистский Доплер-эффект). (5) Заключающееся в О. т. утверждение о лоренц-инвариантности физич. законов привело к соответствующей формулировке уравнений квантовой механики. Так, появилась, в частности, теория Дирака, к-рая нашла блестящее подтверждение, а вместе с ней получила, хотя и косвенное, но столь же блестящее подтверждение частная О. т. В связи с атомной техникой частная О. т. приобрела практич. значение, инженерные расчеты ускорителей и атомных установок опираются на ее результаты. В целом частная О.т. является бесспорно верной теорией, насколько вообще может быть верной физич. теория (уже ОТО показала, что частная О.т. должна считаться только приближенной).
Подтверждением ОТО служит прежде всего то, что она дает закон тяготения в полном согласии с опытом. До ОТО не существовала собственно теория тяготения: закон тяготения Ньютона не был связан с законами механики, основанная на нем теория была чисто феноменологической. ОТО, открыв органич. связь структуры пространства-времени, осн. законов механики и тяготения, тем самым объяснила это последнее. Поэтому неправильно мнение, что подтверждением ОТО служат только сравнительно небольшие эффекты, к-рые она объяснила или предсказала в отличие от того, что следовало из закона Ньютона. Закон тяготения Эйнштейна точнее закона Ньютона, как показала астрономия; предсказанное О. т. влияние тяготения на распространение света и его частоту также подтверждается. Как теория тяготения ОТО является достаточно обоснованной. Применение ее к большим частям Вселенной объясняет ряд фактов (напр., красное смещение).
Т о л к о в а н и я О. т. Относительности теория встречала различные возражения и неверные толкования, основанные на непонимании ее содержания в соединении с филос. ошибками. Возражения по поводу ее необоснованности или парадоксальности ее выводов опровергнуты многочисл. экспериментальными и теоретич. результатами. Попытки заменить О. т. теорией, к-рая сохраняла бы старые представления о пространстве и времени, объясняя подтвержденные опытом результаты О.т. спец. механизмами взаимодействия, ничего не дали. Философски они неудовлетворительны, т.к. отрывают пространство и время от материи. Высказывавшиеся мнения, что О.т. идеалистична, нелепы. Во-первых, теория, настолько точно соответствующая действительности, не может быть идеалистической. Филос. ошибки или неточности в ее толковании не могут сделать идеалистическим ее содержание. Во-вторых, в ее построении сам Эйнштейн исходил из материалистич. принципа, выводя законы пространства и времени из законов движения материи на новом уровне их познания. Если классич. представления о пространстве и времени отвечали законам механики Ньютона, то представления, данные Эйнштейном, опирались на законы электромагнетизма [ср. замечание. Ленина: "это, конечно, сплошной вздор, будто материализм утверждал... обязательно "механическую", а не электромагнитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную картину мира..." (Соч., т. 14, с. 267)]. Возражения прртив равноправности инерциальных систем (что, напр., система, связанная с Землей, неравноправна системе, связанной с частицей) основаны на непонимании абстракции. Инерциальные системы равноправны не как конкретные физич. системы, но в смысле проявления относительно них общих физич. законов. Система отсчета трактуется иногда как "т. зр. наблюдателя", связанные с ней системы координат объявляются только способом описания явлений, они якобы "фиктивны и не имеют отношения к реальному строению мира". Соответственно, принцип относительности трактуется как зависимость законов от способа описания. Все это неверно. Координация в пространстве и времени по отношению к системе отсчета осуществляется объективно, т.е. отвечает строению мира. Способы же описания и "точки зрения" лишь постольку имеют реальный смысл, поскольку отвечают объективной действительности. Независимость законов от способа описания есть тривиальность, т.к. объективное не может зависеть от описания. Принцип же относительности есть физич. закон и, кстати, он верен лишь приближенно, как показала ОТО.
Более глубокими являются след. возражения и толкования.
1. Т.н. релятивистские эффекты – относительность длительности, расстояния, массы и т.п. – подвергались ошибочным толкованиям. Напр., говорят, что движущийся стержень сокращается, и даже ставился вопрос об исследовании молекулярных сил, вызывающих такое сокращение. Однако лоренцово сокращение состоит в другом. В системе S, по отношению к к-рой стержень движется, отмечается одновременное (относительно S) положение его концов. Расстояние между ними (измеренное в S) оказывается меньше длины стержня (определяемой обычным путем в системе, в к-рой стержень неподвижен). Стало быть, стержень вовсе не сокращается, с ним самим вообще ничего не происходит. Только отношение его к системе S отлично от отношения к системе S´, в к-рой он неподвижен. Присущие стержню св-ва, в частности длина, проявляются в S иначе, чем в S´, в др. системе S´´ они проявляются еще иначе, и т.д. Говорить о силах, вызывающих лоренцово сокращение, то же, что говорить о силах, удлиняющих тень к вечеру. То же можно сказать и об относительности массы. Таков общий смысл "относительности". Предметам и процессам присущи определ. св-ва, к-рые различно проявляются в разных отношениях. Такое проявление зависит не только от самого предмета или процесса, но и от той системы, по отношению к к-рой эти св-ва проявляются. Но как св-ва объективны, так и проявления их в разных отношениях столь же объективны. Метафизич. противопоставление св-в и отношений, абсолютного и относительного ошибочно, как ошибочно смешивать относительное с субъективным, относительность - с точкой зрения наблюдателя. О. т., обнаружив относительность величин, считавшихся до того безотносительными, присущими самому предмету, открыла вместе с тем более сложные св-ва предметов, проявлениями к-рых оказываются эти величины.
2. В исходных положениях частной О. т. пользуются координатами х, у, z и временем t в инерциальной системе отсчета. Но эти понятия требуют определения. Соответственно Эйнштейн дал определение одновременности пространственно разделенных событий посредством световых сигналов. На той же основе можно дать определение координат х, у, z и времени t. Утверждалось, что определения их условны и необъективны. Это неверно, т.к. испускание и отражение электромагнитных колебаний (сигналов) происходит в природе без всяких наблюдателей и условных соглашений, устанавливая объективную взаимную координацию явлений. Закон постоянства скорости света есть вместе с тем закон этой координации, так что указ. определение х, у, z, t и этот закон есть два выражения одного и того же объективного универс. факта. Др. определения координат и времени, напр. откладыванием масштабов и часами, сверяются с этим. Представление же об условности таких определений основано на поверхностном взгляде на основы О. т. и противопоставлении определений физич. понятий, как якобы условных,– законам. Но определение понятия имеет смысл лишь постольку, поскольку ему соответствует нечто в действительности. А утверждение о существовании этого "нечто" выражает соответствующий закон природы, так что реальные определения и законы всегда взаимосвязаны. Остающаяся же степень условности не больше, чем условный выбор единиц измерения.
3. Зачастую сущность О. т. видят не столько в представлениях о структуре пространства-времени, сколько в отнесении явлений к системам отсчета; гл. отличие общей О. т. от частной усматривают в том, что в ней допускаются любые системы отсчета и что все они равноправны, т.е. выполняется т.н. "общий принцип относительности". Утверждают, в частности, равноправность систем Коперника и Птолемея. Этот общий принцип относительности отождествляется с "принципом общей ковариантности", состоящим в требовании, чтобы общие законы выражались в форме, верной для любых пространств.-врем. координат. Эти взгляды ошибочны. Общая О. т. отличается от частной не общностью "допускаемых" координат, а представлениями о структуре (метрике) пространства-времени. Всякая теория "допускает" любые координаты (стоит лишь подставить вместо координат, в к-рых первоначально написаны уравнения теории, произвольные функции других возможных координат). При этом уравнения будут содержать величины, характеризующие ту или иную координатную систему (в О.т. – это составляющие gik метрич. тензора), и будут соответственно преобразовываться при переходе от одной системы к другой. Отсюда название "ковариантность" – сопреобразуемость. Т.о., ковариантность есть всегда выполнимое математич. требование, к-рое применимо и в общей, и в частной О. т., и в классич. теории. Принцип же относительности математически сводится к тому, что в системах отсчета, к к-рым он относится, уравнения не содержат величин, различающих эти системы, т.е. уравнения инвариантны, а не просто ковариантны. Так, согласно "частному" принципу относительности, уравнения в инерциальных системах не содержат их скоростей. Но уравнения, напр., во вращающейся системе содержат ее угловую скорость, т.е. законы физич. явлений в системах, вращающихся с разными скоростями, различны, что обнаруживается на опыте. Поэтому утверждение о равноправности системы Коперника (невращающейся) и Птолемея (вращающейся) неверно независимо от какой бы то ни было теории, т.к. противоречит опытным фактам. То же, что любые координаты пригодны для описания явлений, есть тривиальность, очевидная и без О. т. Предполагаемая в ОТО сложность структуры пространства-времени приводит к тому, что, вообще говоря, не существует строго равноправных систем отсчета (координат), тогда как в частной О. т. инерциальные системы равноправны.
Математически доказывается, что в пространстве-времени с к.-л. метрикой (псевдоримановой, как в ОТО) вообще невозможно равноправие системы координат более общее, чем в частной О.т., т.е. в этом смысле (а не в смысле ковариантности) невозможен никакой принцип относительности, более общий, чем частный. Считать все системы координат равноправными можно, если отвлечься от метрики, рассматривая ее не как неотъемлемо присущую пространству-времени, а как физическое поле в нем. В отвлечении от метрики пространство-время оказывается просто четырехмерным (топологич.) многообразием и в нем все координаты действительно равноправны просто потому, что без метрики нет никаких оснований для их неравноправности. В частности, без метрики нельзя определить скорость, ускорение и пр., так что сами понятия ускоренной или неускоренной системы теряют смысл. Метрика при этой т.зр. входит в спец. физич. условия протекания явлений. Но если в двух системах все условия, включая и метрику, одинаковы, то, конечно, явления должны течь одинаково. Т.о., равноправность любых систем – общий принцип относительности – оказывается логич. следствием отвлечения пространства-времени от метрики и совпадает с возможностью одинаково пользоваться любыми координатами, т.е. с "принципом общей ковариантности". Но т.к. это возможно в любой теории, то "общий принцип относительности", отождествленный с "принципом ковариантности", не является специфич. чертой ОТО и как физич. закон не выражает ничего, кроме того, что пространство-время есть четырехмерное многообразие, что одинаково признается и в частной О. т. и в классич. теории. Но в двух последних теориях структура пространства-времени фиксирована и существуют естественно связанные с ней системы отсчета (инерциальные). Поэтому ни отвлекаться от метрики, ни вводить общие координаты в них нет надобности, хотя это и возможно. В ОТО же метрика пространства-времени различна в разных условиях, так что выделить системы координат, преимущественные при любых условиях, невозможно. Поэтому ОТО и формулируется в произвольных координатах, в обще-ковариантной форме, и пространство-время в ней рассматривается априори без фиксированной метрики. Но это не особый физич. принцип теории, а математич. прием ее формулировки. Смешение этого приема с самим физич. содержанием ОТО связано с использованием координат, из-за чего абсолютное – не зависящее от системы координат – сплетается с относительным – зависящим от нее (так, gik определяют метрику как нечто независимое от координат, но сами зависят от них). Обобщение принципа относительности видят в т.н. принципе эквивалентности, согласно к-рому ускоренная система равноправна системе, покоящейся в соответствующем поле тяготения: силы инерции в первой эквивалентны силам тяготения во второй. Но это верно не для любых систем и имеет смысл лишь с т.зр. классич. теории, в ОТО же, строго говоря, теряет смысл. Поле тяготения, как нечто абсолютное, есть поле "кривизны" пространства-времени; то же, что формально играет роль "сил", зависит от системы координат и по чисто математич. теореме может быть всегда исключено вдоль любой "мировой линии". Т.о., послужив Эйнштейну при обосновании ОТО, принцип эквивалентности как бы растворился в ее осн. положениях. Сплетение абсолютного и относительного обнаруживается еще в вопросе об энергии поля тяготения. Величины, характеризующие ее плотность, всегда можно обратить в нуль в данной точке при подходящем выборе координат, т.е. это не есть абс. физич. величины. В связи с этим возникают трудности в формулировке закона сохранения энергии, дискуссии о природе энергии поля и излучения гравитац. волн. Заранее отделить абсолютное (прежде всего саму по себе структуру пространства-времени) от относительного можно при соответствующей математич. формулировке теории, но пока это не осуществлено в полном объеме. При всех условиях только ясное понимание того, что суть О. т. состоит в представлении о структуре пространства-времени, а не в выборе тех или иных координат, позволяет верно понять ее.
О. т. и ф и л о с о ф и я. О. т. преобразовала представления о мироздании и внесла существенно новое в понимание таких категорий, как пространство, время, движение, энергия и др. Возникновение и развитие О. т. неразрывно связано с рядом гносеологич. проблем: определение осн. физич. понятий, относительное и абсолютное и др. В связи с последним на понимание О.т. оказала заметное влияние субъективно-идеалистич. философия, т.к. физики не владели материалистич. диалектикой. Сам Эйнштейн, руководствуясь в основном материалистич. методологией, не избежал этого влияния. В результате вместе с критикой старых понятий появились и укоренились указ. неверные толкования осн. понятий О.т., недооценка выявленного Минковским содержания О.т. как теории абс. пространства-времени. Представители метафизич. материализма (хотя нек-рые из них и выступали якобы от лица марксистской философии) тоже не могли дать верного толкования О.т. и, критикуя позитивизм, нападали на самую О.т. Верное понимание О.т. с позиций диалектич. материализма было развито сов. учеными, особенно В. А. Фоком, давшим первое систематич. изложение О.т. с этих позиций.
Важнейшими филос. выводами из О.т. являются: 1) подтверждение и развитие учения диалектич. материализма о пространстве и времени как формах существования материи; 2) соединение пространства и времени в единую форму существования материи – пространство-время, так что самая формула: "Пространство и время суть формы существования материи" должна быть заменена новой – пространство-время есть форма существования материи, в к-рой пространство и время суть ее относит, стороны; 3) установление единства пространств.-врем. и причинно-следств. структуры мира; 4) открытие (в ОТО) конкретной зависимости структуры пространства-времени от распределения и движения материи; 5) установив неразрывную связь массы и энергии, взаимную обусловленность структуры пространства-времени – поля тяготения и движения тел в этом поле, О. т. углубляет представление о неразрывности материи, ее движения и форм существования (так, масса – "мера косности материи" – оказывается вместе с тем мерой энергии, мерой "активности материи", мерой наличного или возможного ее движения); 6) открыв относительность разнообразных характеристик тел и явлений как проявление более общих безотносит: св-в, О.т. раскрывает объективную диалектику абсолютного и относительного, св-в и отношений; 7) ОТО открыла новые возможности для научно обоснованных суждений о строении и развитии Вселенной; 8) анализ и критич. пересмотр ряда осн. понятий физики, неразрывно связанный с возникновением и развитием О.т., вносит существ. вклад в методологию науки и теорию познания. В создании О.т. Эйнштейн руководствовался, в частности, следующим филос. принципом: всякое понятие имеет смысл лишь постольку, поскольку оно отражает нечто материальное, доступное, хотя бы в принципе, эксперименту. На этой основе было пересмотрено понятие одновременности, отвергнуты ньютоновские абс. пространство и время. Данные Эйнштейном формулировки этого принципа недостаточно подчеркивают его материалистич. содержание, и это создало почву для его толкования в духе чистого операционализма, хотя в сущности речь идет о материалистич. положении (ср. "Тезисы о Фейербахе" Маркса). О.т. в наст. время прочно установлена и пока нет достаточных оснований для новой, более глубокой теории пространства-времени, хотя попытки наметить такую теорию в связи с квантовой физикой делались и делаются.
А. Александров. Новосибирск.
Современные проблемы О. т. Если в отношении смысла и содержания спец. О. т. выработалась довольно определ. т. зр., разделяемая значит. большинством ученых, то ОТО продолжает интенсивно развиваться, и до сих пор существует различие мнений почти по всем ее осн. вопросам. Среди этих вопросов центр. место в наст. время занимает проблема энергии гравитац. поля. Согласно ОТО, поле тяготения проявляется в искривлении и только в искривлении пространства-времени. Величины, описывающие энергию и импульс гравитац. поля, не имеют в осн. уравнении ОТО тензорного характера; это положение истолковывается как невозможность локализации гравитац. поля, в связи с чем возникает философски важная проблема природы гравитац. поля – представляет ли оно собой вид материи или тождественно с пространств.-врем, характеристиками материи, не обладая субстанциональностью. Несмотря на большое количество предложенных вариантов локализации поля гравитации, проблема энергии еще не может считаться решенной.
С проблемой энергии тесно связана проблема гравитац. волн: большинство ученых исходит из признания реальности гравитац. излучения, несущего энергию, но нек-рые указывают на принципиальные трудности, связанные с нелокализуемостью энергии поля тяготения.
Поскольку гравитац. излучение может быть порождено или уничтожено простым преобразованием системы координат, его нельзя считать, по их мнению, реальным (Л. Инфельд). Ряд исследователей пытается решить задачу в нек-рых спец. координатах, но подавляющее большинство ученых считает, что привилегированных систем координат в ОТО ввести нельзя без нарушения общего принципа относительности. Исключение в этом отношении представляет позиция В. А. Фока, к-рый, подвергнув пересмотру осн. принципы ОТО в том виде, как они были сформулированы Эйнштейном, защищает привилегированный статус гармонич. координат (см. "Теория пространства, времени и тяготения", 1961, с. 468–76).
Существует ряд попыток разрешить трудности, связанные с нелокализуемостью поля тяготения, путем видоизменения математич. аппарата теории. Нек-рые авторы вводят в рассмотрение наряду с искривленным римановым пространством плоское пространство Минковского (см. П. И. Пугачев, Использование плоского пространства в теории гравитац. поля, в журн.: "Изв. ВУЗов. Физика", 1959, No 6, с. 152). Одна из наиболее удачных попыток в этом направлении была осуществлена Ю. А. Рыловым, к-рый сумел, не нарушая принципа эквивалентности, перейти от описания поля тяготения в римановом пространстве к его описанию в плоском пространстве, касающемся риманова пространства в нек-рой опорной точке (см. "Об относит. локализации гравитац. поля", в журн.: "Вестник МГУ", сер. 3, 1962, No 5, с. 70, и его же, "Нормальные координаты и общий принцип относительности" – там же, 1963, No 3, с. 55).
Широкой распространенностью пользуется т.н. тетрадная формулировка ОТО, к-рая отличается от обычной (метрической) тем, что осн. средством описания гравитац. поля в ней служат не 10 компонент метрич. тензора gμν , а 16 компонент поля тетрад (тетрада представляет собой совокупность четырех ортогональных друг другу единичных векторов, заданных в каждой точке риманова пространства). Наличие дополнительных 6 степеней свободы по сравнению с метрич. формулировкой позволяет надеяться, что трудности с нелокализуемостью энергии гравитац. поля могут быть в ней преодолены (см. С. Pellegrini, J. Plebański, Tetrad fields and gravitational fields, Kbh., 1963).
Все эти подходы, связанные с модификацией математич. аппарата ОТО, ставят исключительно важную методологич. проблему исследования зависимости физич. содержания теории от конкретного вида ее математич. аппарата.
Ряд проблем связан с попытками распространения идей ОТО на изучение др. видов полей, а не только гравитационного. Среди них в первую очередь должны быть отмечены т.н. единые теории, связанные с попытками истолкования электромагнитного и других полей в геометризованном духе (см. М. А. Тоннела, Основы электромагнетизма и теории относительности, М., 1962, с. 368; П. Г. Бергман, Введение в теорию относительности, М., 1947, с. 325). Одна из последних попыток в этом направлении принадлежит Дж. Уилеру. Его "геометродинамика" вводит "геонную" модель для массы, построенную из полей, имеющих нулевую массу покоя, и дает чисто геометрич. модель для электричества в рамках топологии многосвязного пространства (см. Дж. Уилер, Гравитация, нейтрино и Вселенная, пер. с англ., М., 1962). Многочисл. проблемы связаны с попытками квантования гравитац. поля, приводящими к существованию гравитонов – частиц со спином 2, являющихся переносчиками гравитац. взаимодействия.
Значит. часть работ посвящена применению идей ОТО в космологии и астрофизике (см. Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков, Релятивистская астрофизика в журн.: "Успехи физ. наук",1964, т. 84, с. 377; 1965, т. 86, с. 447), в частности попыткам связать космологич. характеристики с характеристиками микромира.
Лит.: Эддингтон Α., Теория относительности, пер. с англ., Л.–М., 1934; Лоренц Г. А. [и др.], Принцип относительности. Сборник работ классиков релятивизма, [М.–Л.], 1935; Паули В., Теория относительности, пер. с нем., М.–Л., 1947; Мандельштам Л. И., Лекции по физич. основам теории относительности (1933–1934 гг.), Полн. собр. трудов, т. 5, М., 1950; Эйнштейн Α., Сущность теории относительности, пер. с англ., М., 1955; Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, Собр. соч., т. 4, М., 1956; Александров А. Д., Теория относительности как теория абс. пространства-времени, в кн.: Филос. вопросы совр. физики, М., 1959; Зельманов А. Л., К постановке вопроса о бесконечности пространства в общей теории относительности, "ДАН СССР", 1959, т. 124, No 5; Фок В. Α., Теория пространства, времени и тяготения, 2 изд., М., 1961; Петров А. З., Пространства Эйнштейна, М., 1961; Мак-Витти Г. К., Общая теория относительности и космология, пер. с англ., М., 1961; Новейшие проблемы гравитации. Сб. ст., М., 1961; Вебер Дж., Общая теория относительности и гравитац. волны, пер. с англ., М., 1962; Синг Дж. Л., Общая теория относительности, пер. с англ., М., 1963; Борн М., Эйнштейновская теория относительности, пер. с англ., М., 1964; Эйнштейн Α., Инфельд Л., Эволюция физики, пер. с англ., 3 изд., М., 1965; Поликаров Α., Относительность и кванты, пер. с болг., М., 1966; Robb Α. Α., The absolute relations of time and space, Camb., 1921; Reichenbach Η., The philosophy of space and time, N. Y., [1958]; Grünbaum Α., Philosophical problems of space and time, [N. Y.], 1964.

Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия. . 1960—1970.


.

Поможем сделать НИР

Полезное


Смотреть что такое "ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ" в других словарях:

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — физическая теория, рассматривающая пространственно временные закономерности, справедливые для любых физ. процессов. Универсальность пространственно временных св в, рассматриваемых О. т., позволяет говорить о них просто как о .св вах пространства… …   Физическая энциклопедия

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — физическая Теория пространства и времени. В частной (специальной) теории относительности рассматриваются только инерциальные системы отсчета. Относительность движения по ГалилеюВпервые положение об относительности механического движения было… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Относительности теория — ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ, физическая теория, рассматривающая пространственно–временные свойства физических процессов. Так как закономерности, устанавливаемые относительности теорией, общие для всех физических процессов, то обычно о них говорят… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — (14) …   Большая политехническая энциклопедия

  • Относительности теория —         физическая теория, рассматривающая пространственно временные свойства физических процессов. Закономерности, устанавливаемые О. т., являются общими для всех физических процессов, поэтому часто о них говорят просто как о свойствах… …   Большая советская энциклопедия

  • относительности теория — Эйнштейна, физическая теория, рассматривающая пространственно временные свойства физических процессов. Так как закономерности, устанавливаемые теорией относительности,  общие для всех физических процессов, то обычно о них говорят просто как о… …   Энциклопедический словарь

  • Относительности теория — Альберт Эйнштейн автор теории относительности (1921 год) Теория относительности  термин, введённый в 1908 году Максом Планком с целью показать, как специальная теория относительности (и, позже, общая теория относительности) использует принцип… …   Википедия

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — физическая теория, рассматривающая пространственно временные свойства физич. процессов. Эти свойства являются общими для всех физич. процессов, поэтому их часто наз. просто свойствами пространства времени. Свойства пространства времени зависят от …   Математическая энциклопедия

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — Эйнштейна, физ. теория, рассматривающая пространственно временные свойства физ. процессов. Т. к. закономерности, устанавливаемые О. т., общие для всех физ. процессов, то обычно о них говорят просто как о свойствах пространства времени (п. в.).… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ — физ. теория пространства и времени (специальная О. т.), также тяготения (общая О. т.). Специальная О. т. осн. на двух постулатах Эйнштейна: 1) в любых инерциальных системах отсчёта (ИСО) все физ. явления (механич., электромагнитвые и др.)… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

Другие книги по запросу «ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»