Вызов первый – пространству

Вызов первый – пространству

Согласно Эйнштейну, “цель физической механики – описывать, как тела изменяют свое положение в пространстве с течением времени”.

Это утверждение большинство из нас принимает как данность. Но, озадаченный воображаемой дилеммой со световым лучом, Эйнштейн говорил: “Неясно, что здесь понимается под “положением” и “пространством”.3 Чтобы упростить дилемму, Эйнштейн сформулировал ее, но в другой, более близкой к реальности, воображаемой конструкции:

Я стою у окна вагона рейсового поезда и роняю (но не бросаю) камень на перрон. Затем вижу, что независимо от сопротивления воздуха камень снижается по прямой. Пешеход, наблюдающий это безобразие с тротуара, замечает, что камень падает на землю по параболе. И я задаю вопрос: какая из траекторий “реальна” – прямая линия или парабола?

Задумайтесь об этом на минуту. Как и человек на астероиде, мы сначала склонны думать, что перспектива, которую наблюдает прохожий на перроне – “настоящая”, потому что Земля “больше” поезда. Тогда прямая линия, которую видит пассажир, будет оптической иллюзией.

Но если в своем воображении мы увеличим поезд до размера Земли и представим, как он проезжает мимо нее в космическом пространстве, разница в восприятии траектории падения камня сохранится: противостояние останется прежним – чья точка отсчета справедлива? Так, однажды Эйнштейн спросил проводника: “В какое время Цюрих прибывает на этом поезде?”

Эйнштейн понимал: эту проблему тем же типом мышления, который создал ее, не решить. И, следовательно, надо выйти в окружающий мир и там задать тот же вопрос. Эйнштейн решает обратить свои исследования внутрь, на “формальные причины” пространства и времени. Явления, подобные “скорости”, “пространству” и “времени” – это концепции, или паттерны, рожденные нашим сенсорным и психологическим восприятием. Эйнштейн отмечал:

“Наука заимствовала у донаучной мысли концепции пространства, времени и материального объекта. Вместе с ними пришли понятия боли, цели, намерения и т.п., взятые из психологии… Физики жаждали свести цвета и тона до вибрации, психологи – мысль и боль до нервных процессов таким образом, чтобы физический элемент как таковой был исключен из причинной зависимости и потому никогда не выступал в качестве независимого звена в случайных ассоциациях”.

Эйнштейн понимал необходимость восстановления недостающего “звена” в цепи “случайных ассоциаций”. Его интересовал вопрос, что же такое “движение в “пространстве”? Он определил, что оно может восприниматься только “по отношению” к чему-нибудь еще и пришел к выводу, что движение существует только в соотношении с “точкой отсчета” (телом референции). Итак, если убрать и поезд, и перрон, какая траектория падения камня будет “настоящей”? И относительно чего он падает? Большинство людей, возможно, ответит: относительно “пространства”. Но что же такое “пространство”? Для ответа на этот вопрос Эйнштейну пришлось заглянуть глубже в свои собственные представления о природе “пространства”.

“Психологическое происхождение идеи “пространства” или вообще необходимость ее появления далеко не так очевидны, как может показаться с позиций привычного мышления… Они внушены определенными примитивными опытами. Представьте, что сконструирован ящик – куб. Предметы можно разместить в нем таким образом, что он будет полностью заполнен.

Возможность заполняться изнутри – свойство материального объекта, “коробки”. Оно различно для различных коробок, это нечто вполне естественное, не зависящее от того, факта, находятся ли внутри какие-либо предметы или нет. Если нет, то пространство окажется “пустым”.

Итак, до сих пор наша концепция пространства ассоциировалась с коробкой. Оказывается, что возможность размещать предметы внутри данного пространства не зависит от толщины стен коробки. Но можно ли сократить толщину до нуля, не потеряв при этом само “пространство”? Естественность такого ограничивающего процесса очевидна, и теперь перед нашим мысленным взором остается одно пространство, без покрова – самоочевидная вещь, и все-таки нереальная, если забыть о происхождении этой концепции”.

Итак, “пустое пространство” представляет собой коробку “без коробки”, без ограничивающих стен… Таким образом, наше подсознание предполагает, что существует нечто, формирующее нашу “Вселенную”, – необъятная неподвижная пустая коробка, относительно которой движется все остальное. Если убрать и землю, и поезд, то камень будет падать относительно этой огромной, застывшей коробки.

Используя эти “примитивные” представления о пространстве, Эйнштейн смог некоторые из них подвергнуть сомнению.

Когда меньшая коробка s расположена в относительном покое внутри полого пространства большей по объему коробки S, тогда пустое пространство в s-малой является частью пустого пространства S-большого, и “пространство”, содержащее S-большое и s-малое принадлежит им обоим. Когда s-малое движется относительно S-большого, все становится сложнее. Кто-то склонен думать, что s-малое будет заключать в себе всегда то же самое пространство, но в различных частях S. Затем необходимо будет распределить для каждой коробки свое особое пространство… и предположить, что все они двигаются относительно друг друга.

До того, как человек осознает, насколько сложная мысленная конструкция получится, пространство будет казаться ему неограниченной средой или контейнером, в котором плавают материальные объекты. С этого момента надо запомнить еще и то, что пространств существует бесчисленное множество и все они двигаются относительно друг друга7.

Итак, мы представляем Вселенную “безграничной средой или контейнером, заполненным движущимися материальными объектами” – будто Господь Бог разместил в одной огромной коробке все материальные объекты, составляющие нашу Вселенную. Но если задуматься глубже, то придется признать, что это объяснение “слишком простое”. Потенциальных коробок с заключенным в них пространством множество, и не существует единственного большого S-пространства для дрейфующего в нем s-малого. Скорее большее S-пространство – это системавзаимоотношений между всеми малыми s-пространствами.

Эйнштейн говорит: “Мы полностью исключаем смутное слово “пространство”, коему, надо честно признаться, не можем найти ни малейшего объяснения, и заменяем его словосочетанием “движение, относительно практически неподвижного тела отсчета”.

Таким образом, наш всадник на световом луче и наблюдатель с астероида отнюдь не являются “плавающими” в “Божьей коробке” – едином огромном неподвижном и пустом контейнере предмета. Они представляют собой два малых s-пространства, среди множества малых иных s-пространств, движущихся относительно друг друга. То же окажется верным и для пешехода с пассажиром поезда. Вселенная, где обитают все эти персонажи, сотворена “из бесконечного числа пространств, движущихся относительно друг друга”.

Возможно, подобное смещение акцента в базовом представлении о природе “пространства” не кажется столь драматичным, но открываемые им потенциальные возможности – огромны. Они привели Эйнштейна к пересмотру и других фундаментальных представлений о Вселенной.