Специальная теория относительности и диалектический материализм

Итак, мы начинаем цикл статей о большевизации физики. Первым делом, будет рассмотрена теория относительности А. Эйнштейна, состоящая из двух разделов: Специальной теории относительности (СТО) – той её части, которая касается только наблюдателей, движущихся с постоянными скоростью и направлением относительно друг друга, и Общей теории относительности (ОТО) – современной физической теории пространства, времени и тяготения. СТО описывает преобразования физических величин на больших скоростях, а ОТО – движение материальных объектов в гравитационных полях. Настоящая статья посвящена рассмотрению СТО, а ОТО будет рассмотрена позже в следующей статье. Мы не ставим целью подробное изложение данных теорий, осветим лишь их основные моменты, приведём примеры критики со стороны четырёх советских физиков-материалистов: И. Орлова, А. К. Тимирязева, П. А. Смирнова и З. Цейтлина, проведём анализ этой критики и сделаем выводы о соотношении СТО с диалектическим материализмом.

Критика СТО со стороны перечисленных выше ученых была едина в том плане, что критиковался один и тот же свод теоретических положений, а именно коренной постулат СТО о постоянстве скорости света, на котором построена вся теория, и который отличает принцип относительности Эйнштейна от принципа относительности Галилея; отрицание эфира – светоносной среды, в которой, предположительно, распространяются электромагнитные волны (к которым также относится и видимое излучение, проще говоря - свет), наконец, философские воззрения автора СТО – Альберта Эйнштейна, который утверждал, что между существующими системами отсчёта нет разницы, и за тело отсчёта сойдёт всё что угодно. Различается же критика подходом каждого критикующего к ней: как по своей направленности, которая варьируется от преимущественно научно-физической у Тимирязева до более философской у Цейтлина, так и по степени жёсткости: Цейтлин и Орлов критикуют СТО более осторожно и признают, что в ней есть что-то полезное для науки, в то время как Тимирязев и особенно Смирнов выступают гораздо более решительней и категоричней. Мы, однако, допустили бы ошибку, если бы сказали, что среди советских учёных не было попыток материалистического объяснения теории относительности. В частности, эту попытку предпринял А. Гольцман в своих работах «Наступление на материализм» и «Эйнштейн и материализм». Его оппонентами в дискуссиях о теории относительности и диалектическом материализме выступили Цейтлин и Тимирязев.

Специальная теория относительности возникла вследствие того, что с развитием классической электродинамики её выводы вошли в противоречие с классической механикой. Из электродинамики явно следовало, что скорость распространения электромагнитных волн (скорость света) есть универсальная для любой системы отсчёта константа (постоянная величина), в то время как классическая механика теоретически допускала любую скорость движения материальных объектов, и в ней действовал закон простого сложения скоростей, следовательно, свет, излучаемый движущимися объектами, должен двигаться быстрее или медленнее, чем излучаемый покоящимся источником. Специальная теория относительности родилась как разрешение этого противоречия, подчиняющая механическое движение установленным законами электродинамики естественным пределам. Классическая механика, дополненная СТО, стала релятивистской механикой, которая была уже согласована с классической электродинамикой. Наконец, благодаря её появлению, стало возможно появление нового раздела электродинамики, изучающего взаимодействие электромагнитного излучения с частицами и средами, движущимися с околосветовыми скоростями – релятивистской электродинамики. Так Специальная теория относительности явилась разрешением тех противоречий, которые не могли разрешить физики ранее.

Сопоставим формулы классической механики с аналогичными формулами СТО:

Мы получили систему формул, согласно которой частица, ограниченная по скорости световым пределом с, может иметь неограниченную кинетическую энергию (энергию механического движения) и импульс (его количество), стремящиеся к бесконечности в случае приближения скорости движения этой частицы к скорости света. Кроме того, формулы отражают такие эффекты, как лоренцево сокращение – уменьшение линейного размера движущегося объекта в покоящейся системе отсчёта и замедление собственного времени движущегося объекта в системе отсчёта неподвижного. Приведённые формулы СТО подтверждаются многочисленными экспериментами с элементарными частицами (имеющим ненулевую массу покоя), согласно которым последние ни при каких обстоятельствах не могут достигнуть скорости света и уж тем более превысить её, даже если так должно получаться по классическому правилу сложения скоростей: это и результат опыта Майкельсона [1], и измерение времени жизни элементарных частиц на протяжённости их движения в космических лучах [2], а также измерение скорости синхротронного излучения [3], эксперимент Хафеле-Китига [4] и опыт Саде [5]. Поправки на релятивистское замедление времени используются на практике при работе спутниковых навигационных систем, в частности, GPS и ГЛОНАСС [6].

[1] https://elementy.ru/trefil/21167/Opyt_MaykelsonaMorli ,
[2] https://pikabu.ru/story/myuonyi_i_teoriya_otnositelnosti_6284906 ,
[3] https://ufn.ru/ru/articles/2011/12/l/ ,
[4] https://science.sciencemag.org/content/177/4044/166.abstract ,
[5] http://ritz-btr.narod.ru/sadeh.html ,
[6] https://habr.com/ru/company/ivideon/blog/230117/

Рассмотрим статью И. Орлова «Задачи диалектического материализма в физике», которая является своеобразной «памяткой» для тех, кто решил заняться нелёгким делом большевизации физической науки. Практически в самом начале своей работы Орлов задаётся вопросом: «должен ли диалектический материализм вмешиваться в самую гущу борьбы физических теорий, отдавать предпочтение одним теориям перед другими, иметь свои излюбленные методы работы и приёмы истолкования формул, или он может проводить свою линию иначе – оставаться в стороне от специальных споров и только следить за сменой теорий, приветствовать ту теорию, которая побеждает, и истолковывать её в духе материалистического мировоззрения?» – и отвечает на него следующим образом: «если рассуждать формально, то мы можем так поставить вопрос, поскольку независимо от того, какие теории одерживают победу, реальность остаётся реальностью, поэтому никакие перевороты в основных понятиях и учениях физики не представляют никакой опасности для материализма, и поэтому собственная линия материализма в физике не нужна; однако, это формальные и отвлечённые рассуждения», а на самом деле материалистическая линия в физике нужна, потому что иначе материализм «потерпит определённый ущерб как практически-жизненное мировоззрение».

К сожалению, именно при таком подходе диалектический материализм имеет серьёзный риск превращения в догматическую софистику, оторванную от действительности и отрицающую научные факты, и становится при таком его использовании не намного лучше теорий, используемых когда-то испанской инквизицией, чем-то средним между «слоном в посудной лавке» и «унтер-офицерской вдовой, которая сама себя высекла». Это происходит потому, что естественнонаучные споры разрешаются при помощи опыта, а не философии: «Практика – критерий истины» - говорили классики. Однако, это не значит, что у философии в естественнонаучных спорах нет «своего голоса».

Сами «разработчики» диалектического материализма, Маркс, Энгельс и Ленин настаивали на том, что диалектический материализм не должен становиться догмой. Смысл диалектического материализма –описание материальной действительности такой как она есть в действительном движении, изменении и развитии. А это значит, что отрицание фактов для диалектического материализма недопустимо, а научные теории, объясняющие эти факты, находящие подтверждение в эксперименте и успешно используемые на практике, должны признаваться и материалистически истолковываться. Заходить, вооружившись диалектическим методом необходимо, но только предельно аккуратно, с ясным и полным знанием дела, отдавая себе в этом отчёт, а не бросаться с шашкой наголо, как это предлагает делать Орлов. А «формальность и отвлечённость» Орлов, наверное, видит в том, чтобы дать учёным спокойно работать, делать свои открытия и искать пути практического применения научных теорий. Однако стоит отметить, что в какой-то степени методологический надзор над работой учёных, вообще говоря, целесообразен: увы, как и везде, в научном сообществе встречаются ангажированные элементы, стремящиеся подчинить науку своим интересам в ущерб объективности. Что, как не диалектический метод, способен соединять отдельные знания в единую научную картину мира подобно тому, как цемент соединяет кирпичи здания, и с этой позиции дать оценку тому или иному частному научному выводу?

Работа Орлова «Классическая физика и релятивизм» интересна тем, что в ней противопоставлены друг другу две физики – классическая и релятивистская, которым приписан соответственно дух натуралистического исследования и математической абстракции, а также определённое философское содержание этого духа: «Сторонниками классической физики являются преимущественно натуралисты-экспериментаторы, изучающие реальную природу. Изучение природы является их целью, а математика с её сложным аппаратом – только вспомогательным средством. Сторонники релятивизма – преимущественно математики, не имеющие дела непосредственно с природой; им свойствен известный индифферентизм по отношению к реальным явлениям. Построение стройной математической системы является для них самоцелью, а материал, который дают эксперименты – только вспомогательным средством, наводящим математическую мысль на построение весьма общих теорий. Математики стремятся вместе с тем лишить экспериментальное исследование всякой самостоятельности и превратить его в простую проверку теоретически предуказанных результатов». Но так ли ужасна математическая абстракция, как её в означенной работе представляет Орлов? Не следует забывать, что она может иметь разную степень глубины и использоваться в различных целях: с её помощью можно обобщать опытные данные, а затем дедуктивным методом предсказывать неизвестные ранее явления и эффекты, освещая дорогу натуралисту-экспериментатору, непосредственно и последовательно исследующему природу – т.е. иметь исключительно прикладное применение; но она может использоваться и иначе – абстракция ради абстракции, в этом случае она, конечно, уходит в сторону от научно-исследовательской практики. Последний случай есть излюбленный приём оппонентов философского материализма. Именно они стремятся наполнить теорию относительности философским релятивизмом – принципом абсолютизации условности познания, происходящим из одностороннего подчёркивания непрерывной изменчивости действительности и отрицания её относительной устойчивости.

Но значит ли это, что теория относительности идеалистична сама по себе? Попробуем в этом разобраться. Теория относительности основывается на принципе относительности Эйнштейна, который, по сути, является расширенной за счёт постулата о постоянстве скорости света версией одного из основных принципов классической физики – относительности Галилея. В своей же работе Орлов критикует теорию относительности за то, что ей якобы всё равно, вращается ли Солнце вокруг Земли или Земля вокруг Солнца, в то время как классической физике это не безразлично. Имеется в виду, что мы можем описать физические процессы и получить уравнения движения физических тел как в системе отсчёта, где Земля вращается вокруг Солнца, так и в системе отсчёта связанной с Землёй, где вращается уже Солнце, т.е. выбор конкретной системы отсчёта не принципиален для решения частных физических задач – и сторонники философского релятивизма таким образом абсолютизируют частные физические задачи, отбрасывая общую картину объективной реальности. Однако до появления теории относительности, они с таким же результатом пользовались формальным содержанием классической физики, и, действительно, если из классической физики вырвать её формальное содержание (законы, формулы, теоремы и пр. без практической методологии) и работать только с ним, будет также всё равно, вращается ли Солнце вокруг Земли или наоборот. Аналогично: нам ничто не мешает перенести элементы практической методологии из классической физики в релятивистскую и применить в рамках теории относительности те же кинетическое условие и принцип взаимности для выбора привилегированной (обладающей привилегией истинности параметров движения находящихся в ней тел) системы координат: первое условие заключается в том, что векторные (учитывающие направление) суммы импульсов (количеств движения) и моментов импульса (количеств вращения) всех образующих систему тел равны нулю, второе – в том, что всякому действию соответствует равное ему по силе (в случае вращательного движения – моменту силы) противодействие. Эти условия подобраны исходя из физической возможности превращения энергии механического движения тел в другие её формы: при любом другом выборе системы отсчёта движущиеся тела будут либо обладать заведомо большим запасом энергии, чем её может быть превращено в другие формы, либо напротив – энергия при ускорении тела будет не поглощаться им, а «чудесным» образом выделяться (поясним: в системе отсчёта, движущейся относительно привилегированной, против некоего тела, его скорость, а значит и энергия, будет больше, чем в привилегированной; обратный случай: непривилегированная система отсчёта движется относительно привилегированной в том же направлении, что и тело, с той же начальной скоростью; если тело начнёт тормозить в привилегированной системе координат, то в непривилегированной системе, выбранной описанным образом, оно будет ускоряться. При этом, энергия будет выделяться в обоих случаях, т.к. этот процесс объективен; получается, что в непривилегированной системе координат мы наблюдаем «чудесное» выделение энергии телом при его ускорении; впрочем, этот эффект исчезает, если рассматривать тело совместно с источником действующей на него силы). В восприятии СТО советским научным сообществом сыграли свою отрицательную роль релятивистские философские воззрения самого Эйнштейна. Данный вывод подтверждается тем, что Орлов в своей работе обозначает готовность классической физики ассимилировать формальное содержание теории относительности, её математические построения. Таким образом, мы можем на основании статьи И. Орлова заключить, что теория относительности Эйнштейна, если не связывать её с философским релятивизмом, не находится в противоречии с материализмом, и испытать этот вывод критикой со стороны других учёных.

В привилегированных инерциальных системах отсчёта классической формулой:

где m – масса тела, v – его скорость, обозначается кинетическая энергия [истинного (т. е. не связанного с движением самой системы отсчёта) движения – прим. автора], а в «непривилегированных» ИСО (инерциальная система отсчёта – такая система отсчёта, в которой физические тела, на которые не действуют никакие силы, движутся равномерно и прямолинейно) – «живая сила» (кинетическая энергия кажущегося (связанного с движением самой системы отсчёта) движения).

Такой подход в классической физике позволяет вычислить кинетическую энергию истинного движения тела. А что же с теорией относительности? В ней дело обстоит несколько сложнее. Кинетическая энергия обозначается формулой:

где m0 – масса покоя тела, v – его скорость, а c – скорость света; и является разницей между полной энергией движущегося и покоящегося тела; последняя от механического движения тела как целого не зависит. А в соответствии с формулой:

где E – полная энергия тела, определяется и его истинная масса.

Важно отметить, что современный курс физики, преподаваемый в школах и университетах, «почему-то» не включает в себя теорию привилегированных систем отсчёта. Скорее всего, это сделано в угоду теории относительности в ущерб классической физики. Этого можно было бы избежать, согласовав две указанные теории между собой. Кроме того, современный курс физики учит оперировать пространством и временем, не объясняя, что они являются атрибутами материи. В результате, понимание пространства и времени выпускниками физических факультетов остаётся сугубо интуитивным и метафизичным.

В той же работе Орлов категорически возражает против принятия принципа постоянства скорости света как постулата, лежащего в основе СТО, однако он выражает готовность принять это положение в качестве частного математического вывода: «Математическая сторона специальной теории относительности не противоречит классической физике, но физическая интерпретация теории, какую развивает Эйнштейн, является для классической физики неприемлемой. Основная посылка Эйнштейна – инвариантность (постоянство) относительной скорости света для всякой инерциальной системы – решительно противоречит духу классической физики… Такое воззрение классическая физика может принять только как фиктивный математический приём для описания фактов, но ни в коем случае не может в нём видеть окончательного реального закона распространения света». В этом возражении не учитывается факт диалектического развития научных представлений через разрешение возникающих в процессе накопления знаний противоречий: лежащий в основе СТО постулат о постоянстве скорости света, в свою очередь, сам является выводом из классической электродинамики, согласно которой скорость света в вакууме определяется универсальными константами (постоянными величинами) и сама при этом получается постоянной:

где ԑ0 и µ0 – электрическая и магнитная постоянные соответственно.

Эти константы связывают между собой материальные и силовые характеристики электрического и магнитного поля соответственно:

На этот факт не обращает должного внимания ни один из критиков теории относительности, за исключением, пожалуй, Цейтлина.

Рассмотрим теперь критику СТО со стороны одного из её наиболее последовательных противников – А. К. Тимирязева. В своём учебнике «Введение в теоретическую физику», он критикует СТО за то, что она «в значительной своей части оторвана от текущих задач физики, разрабатываемых в настоящее время». Возможно, во время научной деятельности Тимирязева так и было, но на сегодняшний день, как уже замечено выше, СТО широко используется на практике. В своё время и теория электричества тоже была «далека от задач современной физики», так что перейдём лучше к более конкретным возражениям. Тимирязев ругает СТО за то, что она «не может быть проверена на опыте» и «исходит не из потребности обобщить и улучшить уравнения механики с тем, чтобы они лучше отражали действительность, а для того, чтобы иметь возможность распространить преобразования Эйнштейна на уравнения механики, и тем самым создать картину универсальности теории Эйнштейна». Ранее в настоящей статье отмечалось, что на опыте формулы СТО подтвердились, и что потребность в СТО возникла как следствие противоречий, в которые вошли друг с другом механика и электродинамика, однако Тимирязев, очевидно, видит в этом лишь неуёмные амбиции Эйнштейна.

Тимирязев не раз говорит об экспериментах, результаты которых не вписываются в СТО, которые мы подробнее рассмотрим далее по ходу статьи. Сейчас же поговорим о правильном отношении к научным теориям, ни одну из которых не следует воздвигать на пьедестал абсолютной истины, либо напротив – требовать от неё абсолютно точного соответствия действительности и злорадно громить за каждое несоответствие. Всякая научная теория ценится за способность с определённой точностью описывать действительность, и разные теории достигают в этом деле разного уровня точности. В частности, СТО: те, кто воспринимает её как абсолютную истину, либо как теорию, претендующую на столь высокую честь, не считаются с вышеописанным принципом. Более конструктивная позиция у тех, кто спорит о том, насколько эта теория точна. На сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что СТО описывает действительность точнее, чем классическая механика Ньютона, а большего от неё и не требуется (и требовать бессмысленно). Несоответствия, выявленные в результате экспериментов по проверке СТО, в частности, приводимые Тимирязевым, есть: благо уровень развития техники достаточно высок, чтобы эти несоответствия обнаружить.

Тимирязев также критикует СТО за то, что, согласно ей, мир выглядит по-разному, в зависимости от того, в какой системе отсчёта он рассматривается. Данный вывод трактуется ученым не иначе как «покушение» на объективность окружающего мира. В самом деле, с точки зрения классической механики в случае смены системы отсчёта в окружающем мире изменится лишь скорость каждой его точки в одном и том же направлении и в одинаковом количестве, и ничего более, а с точки зрения теории относительности, при переходе в другую систему отсчёта, изменяются временные масштабы событий и даже их очерёдность. Но этот вывод совершенно логичен, если учесть, что наблюдатель регистрирует то или иное событие в тот момент, когда до него доходит сигнал с места события о том, что оно произошло. Фактически событие происходит тогда, когда оно происходит, лишь для того наблюдателя, который находится в той же точке пространства, для всех остальных наблюдателей оно случится позже, когда они это событие зарегистрируют. Это объясняется конечной скоростью распространения сигнала, информирующего о событии. Более того, регистрация события в той или иной системе отсчёта – тоже событие, которое можно, в свою очередь, зарегистрировать уже в третьей системе отсчёта. Так, события, зарегистрированные одновременно в одной системе отсчёта, будут зарегистрированы с определённой временной разницей в другой системе отсчёта, и разница в регистрации этих двух событий в ней будет зарегистрирована в первой системе отсчёта, таким образом, наблюдателю 1 будет ясно, что одновременные для него события произошли не одновременно для наблюдателя 2. Тем не менее, эти искажения очерёдности событий не лишены определённых ограничений: собственно очерёдность двух событий при смене системы отсчёта может меняться лишь в том случае, когда они разделены пространственноподобным (пространственная составляющая превышает временную) интервалом, и не может меняться, если разделяющий их интервал временеподобен (временная составляющая превышает пространственную) – в этом случае меняется лишь время, эти события разделяющее. Таким образом, в частности, мы видим строгое соблюдение принципа причинности: если одно событие является следствием другого, то они разделены строго временеподобным интервалом, и их очерёдность сохранится в любой системе отсчёта. Описанная ситуация не противоречит материалистическому требованию объективности мироздания, но не сходится с классическими представлениями об объективности и означает, что эти представления нам необходимо развивать в соответствии с новыми знаниями об окружающем мире. Кроме того, следует не упускать из виду тот факт, что понятие «точка зрения» рассматривается в физическом смысле, тождественном понятию системы отсчёта, не зависящей от субъективного восприятия наблюдателем, и не путать его с философским понятием точки зрения, которая от субъективного восприятия зависит.

Как и Орлов, Тимирязев выдвигает возражение против философских воззрений А. Эйнштейна, считавшего, что время есть показания часов, а пространство есть результат измерения масштабом (А.К. Тимирязев, «Введение в теоретическую физику» ч. VI, гл. V, §1, стр.367). Трудно не согласиться: у диалектических материалистов, одним из которых был и сам Тимирязев, всё же принято мыслить пространство и время, как неотъемлемые атрибуты движущейся материи. Пространство и время можно, конечно, мыслить и просто как результат измерения приборами, но это уведёт нас в сторону от их истинной сущности и радикально урежет наш инструментарий применительно к их познанию, в т.ч. и в плане глубокого понимания формул СТО.

Возражая против релятивистских преобразований размеров материальных объектов и замедления времени, Тимирязев пишет: «С философской точки зрения мы впадаем в «релятивизм», и уже не физический, а философский; при только что приведённом объяснении перед нами встаёт вопрос: а есть ли какая-либо объективная продолжительность времени или длина, существующая независимо от измеряющего их наблюдателя? Раз всё зависит от точки зрения, то здесь мы имеем серьёзный разрыв теории относительности Эйнштейна с основами диалектического материализма!». В своих рассуждениях, он упускает из виду следующий факт: диалектический материализм твёрдо стоит на позициях единства материи и движения, их неотделимости друг от друга. Кроме того, как пространство, так и время, неразрывны в своем единстве в материи. И именно при нераздельном рассмотрении пространства и времени СТО дарует нам физическую величину, объективную в своём абсолютном значении и существующую независимо от измеряющего его наблюдателя – пространственно-временной интервал. Концепция пространства-времени Минковского именно и демонстрирует единство и взаимную неотделимость пространства и времени, а его псевдоевклидова метрика (x,y,z,ict), где - мнимая единица, отражает качественные различия между ними. Вообще говоря, метрику пространства-времени Минковского в официальной науке принято представлять не так, как она представлена в настоящей статье, а как (ct,ix,iy,iz). Обе записи представляют собой математическую модель пространства, но наш вариант её рассмотрения более правилен с материалистической точки зрения, поскольку, именно в нашем варианте действительные пространственные координаты представлены как таковые, а мнимая единица в обозначении временной координаты означает, что она не является действительным пространственным измерением, но при этом образует с ними единое целое. И если разделённые в пространстве события происходят одновременно в одной ИСО, это значит, что в иной ИСО интервал между этими событиями не должен измениться. Соответственно, по формуле:

(где s – полный интервал между событиями, r – пространственный интервал, t – временной интервал, c – скорость света), которая составлена в соответствии с рассмотренной выше метрикой, временная компонента интервала изменяется в соответствии с изменением пространственной компоненты так, чтобы интервал s остался в итоге неизменным.

Стоит отметить, что измерительными приборами, позволяющими проводить непосредственные измерения этого интервала, человечество к настоящему времени не располагает, и измерять пространственную и временную его компоненты приходится отдельно друг от друга.

Тимирязев же в своей критике идёт ещё дальше и решительно выступает против принципа постоянства скорости света в любом его виде. Сначала он показывает, что этот принцип несовместим с существованием светоносной среды – эфира, который может покоиться или двигаться, поскольку этот эфир однозначно влиял бы на скорость распространения электромагнитных волн, к которым также относится и свет, как в случае своей неподвижности, так и в случае подвижности. Существование эфира Тимирязев полагает несомненным, потому что это якобы вытекает из уже рассмотренного нами принципа неотделимости материи от движения, так как небытие эфира при условии бытия электромагнитных волн означало бы, что есть движение без материи. Увы, Тимирязев упорно (не гнушаясь при этом иногда прибегать к софистским приёмам) не желает признавать, что электромагнитные волны материальны сами по себе, хотя, из формулы

хорошо ему известной, прямо следует: всё то, что переносит энергию, имеет массу – т.е. материально; даже саму эту формулу Тимирязев интерпретирует так, что масса, указанная в ней – это масса эфира, а не сконцентрированная энергия самих электромагнитных волн. Возможно, играет свою роль предубеждение Тимирязева о том, что всякой волне нужна среда, чтобы в ней распространяться, основанное, в свою очередь, на том, что все исследуемые ранее волны (колебания струны, волны на поверхности жидкости, звук и пр.) эту среду имеют. Действительно, все волны, изученные классической физикой, представляют собой процесс именно колебаний среды, в которой они распространяются, а электромагнитные волны из этого общего ряда выбиваются.

В той части полемики между Гольцманом и Тимирязевым, которая посвящена соотношению между материей и энергией, оба оппонента, ссылаются на работу В. И. Ленина «Материализм и эмпириокритицизм», причём Тимирязев обрушивается на В. Ф. Оствальда, сводящего всю материю к энергии и делающего на основании этого вывод о непознаваемости материи. Можно без преувеличения сказать, что из Оствальда было на скорую руку сделано пугало для тех, кто принимает гипотезу Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии. Стоит сделать пояснение, что Оствальд к энергии сводит и материю, и дух, оформляет энергию не просто как отдельную субстанцию, а как непознаваемую «вещь в себе», и отсюда делает вывод, что и материя тоже непознаваема. Материализм же настаивает на том, что материя есть первичная субстанция, и она познаваема, а дух строго вторичен по отношению к ней. При этом количественное выражение материи вполне может быть дано в виде энергии, если энергия материальна – подобные нестандартные рассуждения, вообще говоря, материализму не противоречат.

«Естествознание ведет, следовательно, к «единству материи»— вот действительное содержание той фразы об исчезновении материи, о замене материи электричеством и т. д., которая сбивает с толку столь многих. «Материя исчезает», это значит, исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор. Наше знание идет глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными (непроницаемость, инерция, масса и т. д.) и которые теперь обнаруживаются как относительные, присущие только некоторым состояниям материи. Ибо единственное «свойство» материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью, существовать вне нашего сознания», – пишет Ленин в указанной работе. Из этой цитаты следует, что если мы полагаем энергию объективно существующей, а основания для этого мы имеем, то она материальна. Материальность энергии – очевидный факт, который не устанавливается теорией относительности, а лишь подтверждается и обретает окончательное оформление в её рамках. Он следует из того, что энергию можно извлекать из природных процессов и переводить из одной формы в другую. Эту цитату В. И. Ленина приводит в качестве аргумента Гольцман, и попадает, как говорится, не в бровь, а в глаз: судя по тому, как в дальнейшем ведёт полемику Тимирязев, ответить ему попросту нечего. Зато есть, что ответить З. Цейтлину.

Тимирязев прибегает к определению энергии как «способности производить работу», стремясь тем самым показать, что энергия – это свойство материи, а материя – её носитель. Посмотрим, что же есть энергия какого-нибудь материального тела: она слагается из энергии механического движения его как целого и энергии внутреннего движения материи, из которой оно состоит, что включает в себя и молекулярное движение атомов в кристаллической решётке, собственную энергию атомов, которые можно расщепить на элементарные частицы, и собственную энергию элементарных частиц. Вся эта энергия может производить работу: движущееся тело приводит в движение другое тело, передаёт теплоту от нагретого тела к холодному, атомы совершают радиоактивный распад и термоядерный синтез, распадаются адроны с образованием более лёгких частиц, наконец, элементарные частицы взаимодействуют друг с другом так, что в энергетическом балансе обнаруживается эквивалентность массы и энергии. Во всех случаях мы обнаруживаем, что энергия присуща всякой материи в абсолютно любых её формах. Оно и понятно: ведь материя не существует без движения, а всякое материальное движение способно совершать работу. Современное естествознание скопило достаточно экспериментального материала, чтобы обоснованно дать новое, диалектико-материалистическое определение энергии, как характеристику движения материи. Сходное с этим определение энергии даёт и Цейтлин, утверждая, что энергия есть движение материи.

Итак, выделим ещё раз два рассмотренных определения энергии:

- Энергия есть способность производить работу (А. К. Тимирязев);

- Энергия есть движение материи (З. Цейтлин)

Эти два определения энергии одинаково точно описывают действительность, однако, между ними видится определённое философское противоречие: первое определение отражает проявление свойства материи, второе – единство материи и движения. Вполне вероятно, что это противоречие и является коренным между теорией светоносного эфира и теорией относительности, которые отстаивают Тимирязев и Гольцман соответственно. Однако, если вдуматься, противоречие это – кажущееся: что есть работа как не изменение количественных характеристик движения материи? Значит, энергия – это возможность изменять движение материи, отсюда и делаем вывод, что единство материи и движения отражено в его способности изменяться – энергии. Оригинально в данном случае поступает Цейтлин, признавая единство материи и движения в энергии и отстаивая при этом теорию светоносного эфира. Тем самым, он показывает, что противоречия между описанными выше толкованиями энергии и вправду нет.

Рассмотрим теперь возражения Тимирязева по части экспериментальной проверки СТО и её теоретической непротиворечивости. Он возражает против того, что опыт Физо является экспериментальным подтверждением СТО, в качестве аргумента приводит две нерелятивистские теории, которыми этот опыт также можно объяснить. Опыт Физо заключается в том, что свет от когерентного источника (в идеале - лазера) расщепляется на два луча, один из которых проходит через поток жидкости, движущийся в ту же сторону, а другой проходит через поток жидкости, движущийся в обратном направлении, а затем эти лучи интерферируют (перераспределяют в пространстве мощность излучения в результате наложения световых волн), и по полученной картине интерференции определяется разница путей, пройденных лучами за один и тот же промежуток времени. Следует отметить, что СТО, в отличие от электронной теории Лоренца, опирающейся на идею неподвижного эфира и теории частичного увлечения эфира Френеля, даёт наиболее простое объяснение результатам данного опыта, не уступающее остальным вышеуказанным теориям в своей фактологической обоснованности, а потому является наиболее ценной согласно принципу бритвы Оккама. Как итог, разумно будет объяснять опыт Физо при помощи СТО, но не считать его экспериментальным подтверждением СТО.

Следующий аргумент, используемый Тимирязевым против СТО - известный «парадокс близнецов», в котором якобы нарушается принцип относительности. В этой части критика Тимирязева уже затрагивает сами формулы СТО, которые на сегодняшний день являются экспериментально подтверждённым научным фактом, используемым на практике, но, возможно, во времена Тимирязева они были не более чем просто теоретическим выводом. Парадокс близнецов заключается в следующем: есть два брата-близнеца, один из которых отправился в длительное космическое путешествие на околосветовой скорости, а другой остался на Земле. Каждый из близнецов, при этом, является телом отсчёта, с которым связана своя система отсчёта, движущаяся равномерно и прямолинейно. Благодаря эффекту замедления времени, «космонавт» должен постареть меньше, чем тот, который остался на Земле. Но если принцип относительности предполагает равноправие всех равномерно движущихся систем отсчёта, то, с точки зрения «космонавта», наоборот, меньше постареть должен «домосед»! Этот парадокс на протяжении почти всего ХХ века тревожил умы учёных-физиков, но последовательный теоретический анализ позволил этот парадокс разрешить: для этого был задействован и эффект относительности одновременности (который заключается в том, что если два события происходят в разных точках пространства, и в какой-либо инерциальной системе отсчёта происходят одновременно, то в другой инерциальной системе отсчёта, движущейся относительно первой, они будут происходить не одновременно) и концепция четырёхмерного псевдоевклидова пространства-времени Минковского, включающая в себя и концепцию «мировых линий» - траекторий движения элементов материи в таком пространстве. Поначалу этот парадокс был вообще неразрешим, поскольку не был проработан вопрос сверки часов «космонавта» и «домоседа». Когда был выведен принцип относительности одновременности, против которого, кстати, решительно выступает Тимирязев, называя его «выдумкой сторонников Эйнштейна», был смоделирован мысленный эксперимент, в котором, по ходу движения космического корабля были расположены неподвижные часы, синхронизированные с Землёй. Такой теоретический ход позволил произвести необходимые расчёты и разрешить парадокс так, что «космонавт» действительно будет наблюдать замедленное течение времени по часам, неподвижным относительно Земли, но в его системе отсчёта синхронность их хода с часами на Земле нарушается. Наконец, замедленное старение «космонавта» получает своё наглядное объяснение в сопоставлении мировых линий пространства-времени Минковского, которая для «домоседа» получается в любом случае прямой, а для «космонавта» - ломанной, а значит – имеющей большую суммарную длину, чем отрезок мировой линии «домоседа», соединяющий события отлёта и прилёта «космонавта». Так с точки зрения современной физики доказывается несимметричность близнецов из этого парадокса и разрешается, собственно, сам парадокс. И если этот мысленный эксперимент с неподвижными синхронизированными часами есть абстракция, открывающая, тем не менее, дорогу для математических расчётов реальных процессов движения космических тел и летательных аппаратов, то введение пространства-времени Минковского открывает дорогу для диалектико-материалистического объяснения эффекта относительности одновременности.

Рассмотрим ещё один парадокс СТО, к которому Тимирязев приблизился вплотную, но не стал его рассматривать: парадокс сарая и шеста. Он заключается в том, что летящий параллельно земле шест испытывает релятивистское сокращение длины, а значит, он мог бы поместиться в сарай, в который он не помещается, находясь в состоянии покоя, однако, в системе отсчёта, связанной с самим шестом, напротив, сокращается продольный размер самого сарая! Впрочем, данный парадокс разрешается точно так же, как и парадокс близнецов: в то время, как в системе отсчёта сарая временные компоненты интервалов нахождения начала и конца шеста внутри сарая перекрывают друг друга, в системе отсчёта, связанной с шестом, этого не происходит (в системе отсчёта, связанной с шестом, один его конец вылетит из сарая раньше, чем влетит второй).

Тимирязев также подвергает критике релятивистскую зависимость изменения массы элемента материи от её скорости:

В пример приводится анализ Тимирязевым опытов Бухерера, которые подтверждают данное соотношение лишь для значений

не превышающих 0.6, а при более высоких скоростях приведённое соотношение перестаёт работать. Тем не менее, Тимирязев умалчивает о том, что формулы классической физики описывают данные этого эксперимента с ещё большей неточностью. Кстати говоря, обнаруженные несостыковки могут быть вызваны квантовыми эффектами, о которых Тимирязев вскользь упоминает, завершая свой анализ.

Тимирязев в защиту теории светоносного эфира приводит опыты Дейтона Миллера и Курвуазье. Этими учёными была проведена целая серия экспериментов, включающих и эксперименты по интерферометрии, и по гравиметрии, и по изменению длины маятника. Сами эти учёные интерпретируют результаты своих опытов так, будто бы им удалось обнаружить эфирный ветер, однако, в дальнейшем группой американских учёных (Роберт С. Шенкленд, С.В. Мак-Каски, Ф.К.Леоне и Г. Кьюерти) было показано, что расхождения между результатами опытов Дейтона Миллера и СТО не превышают пределов статистической погрешности. Возражение Тимирязева, состоящее в том, что всякий опыт по определению скорости света задействует прямой и обратный ход луча, при котором эффекты движения среды взаимно компенсируют друг друга можно считать устаревшими, поскольку были проведены опыты, в частности, опыт Саде, где он измерял скорость света, полученного путём аннигиляции электрон-позитронных пар при помощи фотодетектора, не прибегая к использованию отражающих поверхностей и обращению светового луча вспять.

Против концепции четырёхмерного пространства-времени Минковского возразил и Смирнов, причём возразил более радикально, чем Тимирязев. Тем не менее, видно, что его критика теории относительности очень напоминает «критику» диалектического материализма агностиками. Пару интересных с точки зрения философии моментов можно указать.

Например, взятый совершенно непонятно откуда вывод о том, что якобы согласно концепции пространства-времени Минковского всякое движение является кажущимся и обусловленным ускоренным движением наблюдателя (а на самом деле ничего не движется). Ещё раз подчеркнем: данное соображение Смирнов приводит безосновательно, а потому даже разбирать его нет смысла.

Также Смирнов указывает на «дематериализацию» материи, выражающуюся в том, что масса элемента материи зависит от его движения, скорость которого различна в различных системах отсчёта, и это означает, что масса, физическое выражение материальности объекта, относительна и зависит от наблюдателя. Это уже серьёзное возражение, которое следует рассмотреть подробней. Во-первых, Смирнов, излагая свои мысли, тут же сам даёт нам подсказку: изменение массы движущегося тела происходит за счёт накопления энергии в нём по причине увеличения его скорости, т.е. к массе покоя тела прибавляется материальное выражение его кинетической энергии, а тот факт, что энергия материальна, выше мы уже уяснили. Во-вторых, ситуация, в которой один и тот же материальный объект обладает различными значениями энергии в разных системах отсчёта, не возникает вновь в теории относительности, напротив – она сплошь и рядом встречается в рамках классической физики. Настоящее возражение работает против теории относительности в пользу классической физики лишь постольку, поскольку в рамках последней выработаны методы разрешения этой ситуации посредством выбора привилегированных систем координат, описываемого И. Орловым в работе «Классическая физика и релятивизм», которую мы уже рассмотрели в настоящей статье; в рамках же теории относительности эта проблема неразрешима без отказа от философского релятивизма вообще и от произвольности выбора системы отсчёта в частности.

Ранее мы уже отмечали господствующую среди материалистов точку зрения, заключающуюся в том, что материя представляет собой единство пространства и времени, находящееся в движении. Мы также отмечали, что есть и другая материалистическая точка зрения, развиваемая З. Цейтлиным. Конкретно он развивает её в своей работе «Теория относительности А. Эйнштейна и диалектический материализм»: он выступает против бытия абсолютно пустого пространства, потому что это, якобы, приводит к взаимному неравноправию частей пространства друг к другу, выраженное в том, что «непустое» пространство получает «привилегию материальности», а «пустое» оказывается её лишено. Таким образом, мы можем понять отправную точку для последующих рассуждений Цейтлина: для него материальные тела – суть сегменты пространства, а материя с пространством сливается, вместо того, чтобы его заполнять. Пространство, следовательно, получается физическим телом, образующим все действительные материальные тела, а не атрибутом материи, состоящим в её рядоположенности по отношению к самой себе. Механизм, по которому пространство образует материальные тела, Цейтлин заимствует из теории вихрей Декарта, где всякое материальное тело представлено в виде эфирного вихря, а Цейтлину остаётся лишь отождествить эфир с пространством как таковым, дабы картина мира была законченной, что он и делает.

Цейтлин в указанной статье пишет: «Итак, если материализм признает, что пространство — объективная реальность, а не форма созерцания, он неизбежно приходит к формуле Декарта: пространство — физическое тело, материя», т.е. фактически он утверждает, что всякая объективная реальность есть физическое тело и материя. Но, как раньше говорит Цейтлин, материя — это такая объективная реальность, которая находится в пространстве! А что если речь идёт о самом пространстве? Является ли оно объективной реальностью? Безусловно. Может ли оно быть объективной реальностью, будучи не физическим телом, а атрибутом, имманентным свойством материального? А почему нет? Именно материальные тела, имеющие расположение относительно друг друга, имеющие размеры, и делают пространство реальным, как непосредственная рядоположенность материальных тел по отношению к друг другу. И такой подход никак не только не угрожает материализму, а наоборот полностью с ним сообразуется. Для целого ряда разделов физики, включая классическую физику, СТО и квантовую теорию, такое определение пространства является вполне допустимым. В случае же таких разделов физики, как ОТО и основанных на ней теории квантовой гравитации и теории струн, вопрос об истинной природе пространства, конечно, встаёт в полный рост: в перечисленных теориях свойства пространства предстают весомым фактором, влияющим на физические явления. Подробнее вопрос о пространстве будет рассмотрен в следующей статье, посвящённой общей теории относительности.

Цейтлин вопрошает: «Как же это можно после Декарта продолжать раздваивать мир на «материю» и «пространство», в котором находится эта материя? Декарт, как известно, формулировал основное положение физики так: пространство реальное физическое тело». Эта мысль вызывает следующий вопрос: почему это мир «раздваивается» из-за того, что есть материя и пространство, в котором она находится? Где Цейтлин усматривает второй мир, если пространство составляет саму суть материального? Из материи и пространства, которое определяет её рядоположенность по отношению к себе самой, получается единый мир без всякого искусственно вводимого дуализма. Следующий аргумент Цейтлина в защиту теории пространства как физического тела (а значит, и материальных тел как сегментов пространства), это пример рассуждения Р. И. Босковича, который, приравняв пространство к абсолютной пустоте, пришёл в дальнейшем к тому, что материальные объекты не имеют размеров! При этом, Цейтлин на софизм Босковича, заключающийся в приравнивании пространства пустоте, нагромождает свой собственный софизм, в котором заранее сливает материю с пространством, порождая таким образом «части пространства с привилегией материальности» и рассматривая при этом заведомо отличную от продвигаемой им философскую картину мира. Можно согласиться с Цейтлиным в печальности тех выводов, к которым приходит Боскович. Но разве являются эти выводы последовательно вытекающими из концепции пространства как атрибута материи? Разве может это свойство материи приравниваться к какой-то абстрактной пустоте? Пустота - суть отсутствие материи, но как мы знаем, природа не терпит пустоты.

Наконец, возникают сомнения в том, что точку зрения Цейтлина вообще можно назвать вполне материалистической: важнейшие компоненты материалистического мировоззрения – познаваемость мира и метод выведения научных теорий из самой объективной реальности. Теория вихрей Декарта, которую Цейтлин развивает и использует для описания материального мира, прибегает к спекуляциям, сводя бытие и движение материальных объектов к необъяснимым пространственным вихрям. Можно, конечно, возразить, что наша наука просто ещё недостаточно развита, чтобы объяснить материализацию пространственных вихрей, однако, привычное для материалистов представление о пространстве само по себе вполне самодостаточно.

В своей работе «Теория относительности А. Эйнштейна и диалектический материализм» Цейтлин замечает, что в цитируемом Гольцманом ленинском определении материи имеется удивительное сходство с теологическим определением бога. После этого Цейтлин дополняет ленинское определение материи тем, что она есть в пространстве и времени, а теологическое определение бога тем, что он вне пространства и времени, намекая на то, что Гольцман это упускает. Зачем – неясно. Наверное, Гольцмана хотели выставить кем-то наподобие энергетического пантеиста, который мыслит материю-энергию как что-то божественное. Гольцмана, а вслед за ним и Эйнштейна, Цейтлин обвиняет в том, что они сводят материю к энергии. И если, в случае Эйнштейна это может быть и так, то в по отношению к материалисту Гольцману это обвинение не обосновано, поскольку он не материю к энергии сводит, а лишь её количественное выражение – массу, качество материи оставляя нетронутым. Но самое интересное – этот прямо следующий из повествования Гольцмана логический вывод Цейтлин ему же и противопоставляет, что само по себе выглядит довольно комично. Кроме того, это делается со ссылкой на деятеля науки с похожей фамилией – Людвига Больцмана: «энергия решительно ничем не отличается от движущейся материи».

Весьма элегантен здесь софистский выверт Цейтлина, где он, не в пример Тимирязеву, признаёт, что электромагнитная волна всё-таки непохожа на звук или волны на поверхности воды, но материальность самой электромагнитной волны, которая делает эфир принципиально излишним для описания электромагнитных явлений, признать никак нельзя! Значит, утвердим совершенно бездоказательно, что эфир – это и есть абсолютное декартово пространство! Впрочем, в логику своеобразных представлений Цейтлина о материализме, которые мы уже рассмотрели выше, это вполне себе вписывается. Цейтлин, опираясь на декартову теорию вихрей, весьма интересно и своеобразно объясняет формулу

таким образом, что физическая материя образуется из энергии движения материализованного пространства.

Вопрос о том, в какой среде распространяются электромагнитные волны на самом деле – вопрос далеко не праздный. В нём очень легко заблудиться, если не обладать хотя бы поверхностными знаниями в области квантовой теории. Её мы рассмотрим более подробно в наших будущих статьях. Здесь же упомянем, что материя имеет двойственную природу: всякий элемент материи является частицей и волной одновременно – этот принцип получил название корпускулярно-волнового дуализма. А свет и другие электромагнитные волны являются также потоком частиц, получивших название фотонов. И если электромагнитные волны сами по себе материальны, тогда никакая светоносная среда им попросту не нужна для того, чтобы воплощать в себе диалектическое единство материи и движения.

Цейтлин, как и другие противники теории относительности, берётся доказать, что эфир есть, но, в отличие от остальных, он прибегает не к физическим, а к философским аргументам в пользу существования эфира. И первый его аргумент — это уподобление философов-материалистов, допускающих наличие пустого пространства теологам, над которыми иронизирует Вольтер: «Эти люди похожи на тех, кто утверждает, что клопы и блохи водятся только у них на квартирах. К сожалению, существуют такие непоследовательные философы, которые убеждены, что клопы и блохи дарованы им в качестве особой привилегии». Как уже было сказано, Цейтлин выводит теорию светоносного эфира из теории вихрей Декарта и ассоциирует этот эфир с абсолютным пространством и первоматерией, из которой, путём её вихревого движения, получается «вторая материя» в виде знакомых нам обычных физических тел.

Цейтлин утверждает и следующую удивительную вещь: «Итак, критический философ Кант придает величайшее значение вопросу об эфире, т.-е. абсолютном пространстве, с точки зрения возможности физики, как науки» - здесь он снова не считает нужным воздержаться от софистской подмены понятий (эфир = абсолютное пространство), более того, он опирается на выводы, сделанные одним из знаменитейших идеалистов в истории, чтобы рассуждать о материализме! Критикуя Гольцмана за его утверждение о безразличности материализма к эфиру, Цейтлин опять же подменяет понятия, утверждая, что отсутствие эфира значит отсутствие магнитных силовых линий, магнитного потока и других явлений, которые, хотя и не безразличны для материализма, объяснимы безо всякого эфира. Разбирая «эмпирический софизм» Эйнштейна, Цейтлин бездоказательно (считая это само собой разумеющимся) утверждает, что Эйнштейн «скрыто вводит» эфир Лоренца.

Современная физика обладает достаточно развитой материально-технической базой, однако тот самый загадочный эфир так и не был обнаружен, зато были открыты совершенно иные вещи, которые мы подробнее рассмотрим в статье, посвящённой квантовой механике. В соответствии с научным подходом естественно сделать вывод, что эфира нет, тем более что современная физическая картина мира в состоянии без него обойтись. Кроме того, теория светоносного эфира, в отличие от конкурирующих с нею квантовой теории и СТО, не имеет никакого практического применения на сегодняшний день. Однако эта чрезвычайно популярная в советской науке теория пока что не собирается полностью уходить из мира физики: существуют проблемы, например, спонтанное нарушение симметрии, или эффект скрытой (тёмной) массы, для объяснения которых эфир пока ещё, что называется, держат на дальней полочке. Тем не менее, гипотеза эфира в её современном виде уже не использует само понятие эфира, предпочитая иные слова-синонимы, да и отличия её от той гипотезы эфира, что существовала 50-100 лет назад, весьма существенны: в частности, она более не противоречит ни теории относительности, ни квантовой механике, а, напротив, является для них своеобразным «костылём». Кто знает, может быть, будущие поколения учёных-физиков всё-таки будут изучать и развивать эфиродинамику? Первой «ласточкой» данного направления можно назвать гипотезу пространственного пузыря, сделанную мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре, которая заключается в том, что материальные тела таки могут преодолеть скорость света, если они будут сжимать пространство перед собой и расширять его позади себя.

В заключение краткие выводы из настоящей статьи:

1. Основное содержание специальной теории относительности, свободное от философских воззрений А. Эйнштейна, не противоречит диалектическому материализму, оно может и должно быть истолковано с позиций последнего.

2. Философские воззрения А. Эйнштейна материализму противоречат. Их критика со стороны материалистов в общем и целом справедлива.

3. Принцип постоянства скорости света в вакууме является выводом классической электродинамики, а также экспериментально подтверждённым фактом, который наряду с его следствиями успешно используется на практике. Его необходимо признать вместе со всеми его следствиями.

4. Электромагнитные волны отличны от большинства известных человечеству волн. Они материальны сами по себе и не требуют никакой среды для своего распространения. Эфира в том виде, каким его представляли себе физики до середины прошлого века, нет, однако, вопрос о его существовании в ином виде и непосредственно связанный с ним вопрос об истинной природе пространства нельзя считать закрытыми в рамках СТО.

5. Энергия есть характеристика движения материи, значение которой прямо пропорционально её количеству.

6. Концепция четырёхмерного псевдоевклидова пространства-времени Минковского отражает диалектическое единство пространства и времени. Однако оно также является не более чем математическим приближением действительного пространства-времени.

7. При включении теории относительности в современный курс физики, из него была исключена теория привилегированных систем отсчёта, что нанесло ему ущерб. Эти теории необходимо согласовать друг с другом и обе включить в означенный курс. Кроме того, современный курс физики не объясняет, что пространство и время суть атрибуты материи, что также не лучшим образом влияет на его качество.