Философия оптимизма

Критерии, о которых идет речь, вели науку к слиянию лапласовского «движения разума вперед» с «его углублением в самого себя». Первый критерий Эйнштейн назвал внешним оправданием: оно состоит в соответствии теории и эмпирических наблюдений. Если теория соответствует наблюдениям, в том числе новым, неожиданным, парадоксальным, значит, выдвигая эту теорию, разум движется вперед, охватывая объяснением новые факты. Второй критерий — «внутреннее совершенство» теории: она по возможности не должна включать допущения ad hoc, т. е. специально выдвинутые для объяснения данного факта, она должна исходить из возможно более общих исходных допущений. Великое значение теории относительности Эйнштейна для науки, культуры и стиля мышления людей вытекало из того, что Эйнштейн объяснял некоторые парадоксальные факты, исходя из таких общих принципов, которые означали преобразование самого разума, новые формы познания природы, новые идеалы науки.

Каковы эти факты и в чем состояло объяснение?

Теория относительности исходит из эксперимента, показавшего, что свет распространяется с одной и той же скоростью в системах, которые движутся одна относительно другой. По отношению к подобным системам скорость света одна и та же. Такое постоянство скорости света во всех этих системах противоречит классической механике и, на первый взгляд, противоречит очевидности. Оно противоречит классическому правилу сложения скоростей. Если человек идет со скоростью 5 км в час по коридору вагона в поезде, движущемся со скоростью 70 км в час, и идет в сторону движения поезда, то его скорость по отношению к рельсам будет 70 + 5 = 75 км в час. Оказывается, свет движется в поезде с неизменной скоростью 300 тыс. км в секунду по отношению к поезду, к рельсам и даже к встречному поезду. Из этого парадоксального факта и исходил Эйнштейн. Он увидел здесь весьма общий принцип: движение состоит в изменении расстояний между движущимся телом и другими телами — телами отсчета. Можно с тем же правом считать эти тела движущимися, а телу, которое мы рассматривали как движущееся, приписать покой. Тела движутся взаимно, одно относительно другого, и движение, не отнесенное к другим телам, абсолютное движение, — это понятие, не имеющее физического смысла.

Подобный принцип был уже с XVII в. известен в механике: если система движется без ускорения, то внутри этой системы не происходит ничего такого, что демонстрировало бы ее движение. Уже Галилей говорил о каюте корабля, где летают бабочки, вода каплет в узкое отверстие, дым поднимается вверх, и все эти процессы происходят одним и тем же образом в неподвижном и движущемся корабле. Если по внутренним механическим процессам нельзя судить о движении, значит, оно состоит только в изменении расстояний между телами и имеет относительный смысл.

Но в отношении оптических процессов в классической физике существовала иная точка зрения. Считалось, что все мировое пространство заполнено эфиром и в нем движутся волны, которые являются электромагнитными волнами, светом. Движение по отношению к эфиру — абсолютное движение, его можно обнаружить по ходу внутренних процессов в движущейся системе. Если в каюте того же корабля, о котором говорил Галилей, расположены фонарь со стороны носа и экран со стороны кормы, т. е. сзади по движению корабля, то свет от фонаря до экрана дойдет скорее, когда корабль движется. В этом случае экран и свет движутся навстречу друг другу. Однако оптические опыты уже в конце XIX в. непререкаемым образом показали, что свет распространяется с одинаковой скоростью в неподвижной по отношению к эфиру и в движущейся системах. Оставалось отказаться от классического правила сложения скоростей и признать, что и оптика не спасает понятия абсолютного движения, что никаким способом нельзя обнаружить движения по внутренним эффектам в движущейся системе.

Лоренц попробовал спасти классическую точку зрения, предположив, что все тела, движущиеся в эфире, изменяют свои размеры в такой мере, которая компенсирует изменение скорости света в этих телах. Таким образом, абсолютное движение существует, оно проявляется в изменении скорости света, но эти проявления нельзя обнаружить. Гипотеза Лоренца обладала «внешним оправданием», она соответствовала наблюдениям, но в ней не хватало «внутреннего совершенства», она была искусственной, придуманной ad hoc специально для объяснения результатов оптических экспериментов.

Эйнштейн обратился к весьма общим допущениям. Он обратил внимание на физическую бессодержательность понятий абсолютного времени и абсолютной одновременности.