Механика от античности до наших дней
Шрифт:
По мнению Эйнштейна, XIX век дал достаточно оснований для такого взгляда на ньютоновы законы движения. Особенно поразительными были успехи теорий, в которых применялись уравнения в частных производных. Первым классическим примером применения дифференциальных уравнений в частных производных была ньютонова теория распространения звука. Далее Эйлер написал дифференциальные уравнения гидродинамики. Но это были теории распространения деформаций в непрерывной среде. Для XIX в., по мнению Эйнштейна, характерно систематическое и детальное исследование движения дискретных тел, причем механика дискретных тел оказалась основой всей физики в целом.
Когда Эйнштейн познакомился с основами классической физики, наибольшее впечатление на него произвели не столько структура механики Ньютона и методы решения механических задач, сколько
Эйнштейн писал о себе и о своих сотоварищах студенческих лет: «На студента наибольшее впечатление производило не столько построение самого аппарата механики и решение сложных задач, сколько достижения механики в областях, на первый взгляд совсем с ней не связанных: механическая теория света, которая рассматривала свет как волновое движение квазитвердого упругого эфира, и прежде всего кинетическая теория газов. Здесь следует упомянуть независимость теплоемкости одноатомных газов от атомного веса, вывод уравнения состояния газа и его связь с теплоемкостью, а главное, численную зависимость между вязкостью, теплопроводностью и диффузией газов, которая давала и абсолютные размеры атома. Эти результаты служили одновременно подтверждением механики как основы физики и подтверждением атомной гипотезы, которая тогда уже твердо укрепилась в химии.
Однако в химии играли роль только отношения атомных масс, а не их абсолютные величины, поэтому там атомную теорию можно было рассматривать скорее как наглядную аналогию, а не как познание действительного строения материи»{200}.
Классическая механика может служить основой термодинамики. Правда, для этого необходимо взять статистическую совокупность молекул, движения которых подчиняются соотношениям классической механики. Но факт остается фактом: за статистическими закономерностями термодинамики стоят непреложные законы движения и соударения тел, установленные механикой Ньютона. Поэтому классическая термодинамика считалась — да и действительно была — свидетельством универсального характера механики Ньютона. Эйнштейн пишет, что «глубочайший интерес вызывало и то, что статистическая теория классической механики была в состоянии вывести основные законы термодинамики; по существу это было сделано уже Больцманом»{201}.
Классическую механику Ньютона считали основой и электродинамики. Это было вполне естественным результатом универсального понимания классической механики. Сознательной тенденцией Максвелла и Герца было механическое обоснование электродинамики. В то же время объективная историческая тенденция, пробивавшая себе дорогу в классической электродинамике, состояла в отрицании классической механики как основы физических представлений.
«Нельзя поэтому удивляться, — пишет Эйнштейн, — что физики прошлого века видели в классической механике незыблемое основание для всей физики и даже для всего естествознания; они неустанно пытались обосновать на механике и максвелловскую теорию электромагнетизма, медленно пробивавшую себе дорогу. Максвелл и Герц и своем сознательном мышлении также считали механику надежной основой физики, хотя в исторической перспективе следует признать, что именно они и подорвали доверие к механике как основе основ всего физического мышления»{202}.
Один из создателей теории относительности; провел важные исследования в области квантовой теории света. Дал объяснение закономерностей фотоэлектрического эффекта, разработал теорию броуновского движения.
Сознательную ревизию классической механики Эйнштейн увидел в книге Маха «История механики». Здесь необходимо строго разграничить: 1) мысль о невозможности построить здание науки на фундаменте классической механики; 2) так называемый принцип Маха, согласно которому силы инерции
зависят от взаимодействия масс, и 3) философские взгляды Маха.В части отказа от догматического и универсального понимания классической механики Эйнштейн прочел в «Истории механики» больше того, что в ней содержалось. Мах оспаривал идею абсолютно ускоренного движения в том виде, в каком эта идея была высказана в «Началах» Ньютона. Знаменитый пример с вращающимся ведром казался Маху неубедительным. Но замечания Маха не содержали, хотя бы в неявной форме, мысли о других, неклассических закономерностях механики и не приводили к мысли о немеханических исходных закономерностях природы.
В своей критике ньютоновой механики Эйнштейн исходил из принципиально иных критериев, чем Мах. Для Эйнштейна первым критерием всякой физической теории служило ее соответствие данным опыта, под которым Эйнштейн понимал познание объективных процессов в природе. Физическая теория должна соответствовать опыту. Но это еще непосредственно не гарантирует правильности теории; данным опыта могут соответствовать различные концепции, причем очень часто существующую концепцию можно привести в соответствие с опытом с помощью дополнительных гипотез. Действительно, концепция, объясняющая непротиворечивым образом ряд экспериментальных результатов, еще не имеет гарантированной единственности, она может быть заменена иной, иногда более общей концепцией, объясняющей более широкий круг фактов.
Речь здесь идет, однако, не о расширении, уточнении и обобщении теории в связи с переходом к иному, более широкому кругу явлений. «Относительно «области применимости» теорий мне можно здесь не говорить ничего, поскольку мы рассматриваем только такие теории, предметом которых является вся совокупность физических явлений»{203}. Таким образом, первый эйнштейновский критерий допускает лишь альтернативную оценку: данная теория либо соответствует всей совокупности известных физических явлений, либо не соответствует ей. Разумеется, такое соответствие не гарантировано на будущее, поскольку объем эмпирических физических знаний непрерывно растет. Именно поэтому критерий соответствия фактам (Эйнштейн называет его критерием внешнего оправдания) всегда сохраняет свое значение при оценке научной теории.
Второй критерий Эйнштейн назвал критерием внутреннего совершенства. Речь идет о следующем.
Каждая теория может быть охарактеризована — подчас интуитивно, подчас сравнительно строгим образом — степенью ее логической стройности. Эйнштейн формулирует этот критерий с большой осторожностью, указывая на его неточность.
«Во втором критерии речь идет не об отношении к опытному материалу, а о предпосылках самой теории, о том, что можно было бы кратко, хотя и не вполне ясно, назвать «естественностью» или «логической простотой» предпосылок (основных понятий и основных соотношений между ними). Этот критерий, точная формулировка которого представляет большие трудности, всегда играл большую роль при выборе между теориями и при их оценке»{204}.
Нельзя свести этот критерий к определению числа независимых допущений, из которых исходит теория. Эйнштейн говорит о несопоставимости логического качества одной теории с логическим качеством конкурирующей с ней иной теории. Кроме числа независимых предпосылок здесь существенна их сила, т. е. возможность однозначным образом определить вытекающие из них утверждения, исключив иные.
«Речь идет здесь не просто о каком-то перечислении логически независимых предпосылок (если таковое вообще возможно однозначным образом), а о своего рода взвешивании и сравнении несоизмеримых качеств. Далее, из двух теорий с одинаково «простыми» основными положениями следует предпочесть ту, которая сильнее ограничивает возможные a priori качества систем (т. е. содержит наиболее определенные утверждения)».
К естественности (логической простоте) теории и ее определенности присоединяется еще одна составляющая внутреннего совершенства. Теория совершеннее, если она выбрана с максимальной принудительностью, с наименьшим произволом. «К внутреннему совершенству теории я причисляю также и следующее: теория представляется нам более ценной тогда, когда она является логически произвольным образом выбранной среди приблизительно равноценных и аналогично построенных теорий»{205}.