Стратегия, стоящая за теорией относительности

Стратегия, стоящая за теорией относительности

Теория относительности – один из основных вкладов Эйнштейна в развитие человечества. Она интересна и чарующа сама по себе, но содержание ее – не самое важное в этом исследовании. Нас привлекает стоящий за ней мыслительный процесс.

Легко по-разному увидеть много уровней в макростратегии мыслительного процесса, ведущего к теории относительности. Визуальные и кинестетические ощущения двух наблюдателей со светового луча и астероида, прохожего и пассажира поезда или трамвая, – все это элементы, вовлеченные в “комбинаторную игру”. Восприятия как движущихся, так и неподвижных наблюдателей изменчивы и относительны. С более высокого уровня “визуального” обзора взаимоотношения между этими элементами стабильны и достаточно хорошо определены для соединения с логической, вербальной и математической моделями.

Чтобы изобразить себя на луче света на уровне микростратегии, нужен очень отличающийся от математических символов тип мышления. В действительности Эйнштейн не изобретал уравнения для описания реальности, он использовал уже существующий в области чистой математики язык – уравнение для выражения виденного и ощущаемого в своем воображении.

Для того чтобы придумывать образы, подобные эйнштейновским, не требуются усиленные занятия физикой. Нужно лишь живое, активное воображение, организующее и объединяющее опыты в особую стратегию. Любой подросток (а именно подростком был Эйнштейн, когда возник первый образ) или даже ребенок, никогда не изучавший физику, может придумать подобное. Для Эйнштейна такое визуальное фантазирование было существенным элементом науки. Это позволяет нам оперировать на таком уровне восприятия, где возможен синтез и объединение концепций или систем, кажущихся противоположными или антагонистическими. На этом уровне бессознательно идентифицируются потенциально ограничивающие положения.

Эйнштейн развил стратегию для определения базовых предположений – стратегию вызова, а затем синтеза перспектив, кажущихся конфликтными. Установление четырехмерной пространственно-временной неразрывной среды между движущимся и неподвижным наблюдателями – великолепный тому пример.

Все основные открытия Эйнштейна фактически рождены его способностью показать взаимосвязь между двумя системами, кажущимися несопоставимыми:

а) Эта взаимосвязь различных систем была основой знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc2, устанавливающего взаимоотношение между материей (неподвижной и твердой) и энергией (всегда изменяющейся и подвижной). Эйнштейн считал, что материя в действительности представляет собой форму энергии, а энергия, в свою очередь, является формой материи. Их взаимоотношение выражено вышеприведенным уравнением, где Е – энергия, m – масса, с – скорость света.

б) Эйнштейн получил Нобелевскую премию за то, что продемонстрировал следующее: свет обладает свойствами как частицы (неподвижной и твердой), так и волны (постоянно меняющейся и подвижной). Он полагал, что частицы являются “пакетами” волн (или “квантами”). Сжатые (сконденсированные) в эти “пакеты”, волны приобретают свойства частиц. Эти положения составляют основу квантовой теории в физике.

в) Визуализации Эйнштейна, относящиеся к сферической геометрии (двухмерные существа в плоском мире и его четырехмерные тени), показали взаимоотношение между трехмерной (твердой) и четырехмерной (изменяющейся) системами.

г) Его “мыслительный эксперимент” с человеком в лифте, влекомом в космическом пространстве, объединил концепции “гравитационной” и “инерционной” массы.

Процесс интеграции кажущихся несовместимыми перспектив

Мы видим, что у всех открытий похожая структура. За ними стоит базовая мыслительная стратегия. Она включает в себя интеграцию на высшем уровне двух фундаментально различных перспектив, воплощающую уже известное нам высказывание Эйнштейна: “Наше мышление создает проблемы, которые на том же самом мыслительном уровне не решить”.

Итак, стратегия нацелена на поиск способа мышления, отличающегося от того, что создал существующую проблему. Итог нашего долгого путешествия по теории относительности заключается в следующих шагах, раскрывающих процесс, благодаря которому Эйнштейн определял базовые положения, ассоциирующиеся с “пространством”, “одновременностью”, “временем” и т.д. и бросал им вызов:

1. Эйнштейн начинает с парадокса, который является достаточно необъяснимым и неуправляемым с точки зрения существующих моделей (например, дилемма восприятия человеком, находящимся на световом луче, и наблюдателем на астероиде). Иными словами, ученый находит место, где в современной модели все “слишком просто”.

2. Определяется современная модель проблемы и находятся вербальные термины, стоящие за концепциями, обычно не подвергающиеся сомнению, и после этого задается вопрос в противовес частям утверждениям, которые представляются самыми “незыблемыми”. Например: а) “Цель физической механики – описание того, как тела изменяют свое положение в пространстве с течением времени”. Но неясно, что подразумевается в этом утверждении под “положением” и “пространством”; б) “Есть ли какой-либо смысл в утверждении “две молнии сверкнули одновременно”?; в) “Что мы имеем в виду, объективно истолковывая понятие времени?”

3. Эйнштейн создает ряд простых символов или метафорических образов, представляющих эту концепцию, например: а) поезд, движущийся относительно насыпи; б) удар молнии по рельсам; трамвай, мчащийся со скоростью света.

4. Эйнштейн пытается смоделировать с помощью своих воображаемых конструкций некоторые взаимодействия, соотносящиеся с проблемой, и достаточно ясно “увидеть”, как функционирует “концепция”. Достигается это тем, что Эйнштейн может, мысленно “поселившись” в воображаемом сценарии, посмотреть на концепцию с перспектив: а) пассажира поезда и прохожего, наблюдающего за падением камня; б) “метеоролога”, пытающегося измерить одновременность вспышек молнии; в) пассажира трамвая, наблюдающего за часами на башне, уносясь от них со скоростью света.

5. Благодаря “комбинаторной игре” образов и ощущений, Эйнштейн находит “уязвимое место” концепции. Например: а) “Чем является настоящая траектория падения камня – прямой или параболой?”; б) С одинаковой ли скоростью долетает свет от А до М и от В до М, благодаря которому наблюдатель в точке М видит вспышки молнии? в) Видит ли пассажир трамвая изображение часов с “остановившимся временем”?

6. Эйнштейн формулирует новые положения, основанные на комбинаторной игре с воображаемыми конструкциями: а) “Независимое пространство” заменяется положением о “безграничном числе пространств, движущихся относительно друг друга”; б) Понятие “одновременности” заменяется следующим утверждением: “явления, наблюдаемые одновременно и с железнодорожной насыпи, и с поезда не видятся одинаковыми”; в) Положение об “абсолютном времени” заменяется понятием “сейчас” в пространственно протяженном мире и теряет свое объективное значение.

7. Опираясь уже на новые положения, Эйнштейн находит взаимоотношения, остающиеся неизменными для всех перспектив комбинаторной игры: а) “движение” и “траектория” воспринимаются относительно особого ориентира; б) “у каждого относительного тела свое особое время”; в) “пространство и время должны рассматриваться как четырехмерная непрерывная среда, объективно не определяемая”.

8. Завершающий этап: Эйнштейн вербально формулирует новую концепцию, основанную на новых положениях, – чтобы все было “максимально просто”: а) “Мы полностью исключаем смутное слово “пространство”… и заменяем его на “движение относительно практически неподвижного тела отсчета”; б) “Пока не найдено тело отсчета, с которым соотносится заявление о времени, нет смысла говорить о времени как о событии”; в) “Представляется более естественным размышлять о физической реальности как о четырехмерном существовании, чем об эволюции “трехмерной жизни”.

Итак, очевидно, что вопрос к одной составной концепции с необходимостью влечет за собой вопросы к остальным. Исследование Эйнштейном “движения” заставило его подвергнуть сомнению такие понятия, как “пространство” и “одновременность”. Открытие относительности заставило пересмотреть привычный взгляд на “объективные события”.

Открытия Эйнштейном несоответствий в “объективности” привели к сомнениям о природе времени и, в конце концов, о природе материальных объектов и самой материи.

Концепция Движение Пространство Одновременность Объективные события Время Материальные объекты Вывод Эйнштейна Не существует абсолютного “движения”, а только движение относительно других объектов в пространстве. Нет абсолютного пространства, есть бесконечное число пространств, движущихся относительно друг друга. Нет абсолютной “одновременности”, она существует только относительно позиции наблюдателя. Не существует абсолютно “объективных событий”, есть их восприятие, соотносящееся с восприятиями других. Нет абсолютного “времени”, у каждого относительного тела свое особое время. Нет “постоянных материальных объектов”, материя – это превращение трансформация электромагнитной энергии.

Эйнштейн задавал вопрос: почему необходимо спустить с олимпийских высот Платона фундаментальные идеи естественной науки и попытаться приоткрыть их земную родословную?

Ответ: для того, чтобы освободить эти идеи от приклеенного к ним табу и тем самым достичь большей свободы в формировании идей или концепций…

В предыдущих параграфах мы попытались описать, как понятия пространства, времени и события психологически взаимодействуют с реальными жизненными опытами. Рассмотренные логически, они представляют собой свободные создания человеческого разума, орудия мысли, целью которых является соединение опытов друг с другом. Попытка осознать эмпирические источники этих фундаментальных концепций показывает, до какой степени в действительности мы ограничены данными концепциями. На этом пути мы начинаем осознавать свою свободу, которую всегда достаточно трудно использовать разумно.