Окончание. Начало здесь
В календаре этого года много знаменательных научных дат. 120 лет назад была создана специальная теория относительности, а 110 лет назад появилась общая теория относительности. Эти теории коренным образом изменили представление о пространстве и времени и наряду с квантовой механикой, у которой тоже в 2025 году столетний юбилей, стали основным рабочим инструментом науки и техники XX и XXI века.
Кандидат физико-математических наук, автор и ведущий телепрограммы студенческой телерадиокомпании «ЮУрГУ-ТВ» «Золотое сечение» Игорь Клебанов, будучи энциклопедистом, в своих выпусках просто и интересно рассказывает о выдающихся ученых, научных достижениях, открытиях и феноменах. Октябрьский выпуск программы, которая развивает традиции популярной в свое время передачи «Очевидное — невероятное», он посвятил этим знаменательным датам. Точнее — красивым и стройным теориям, без которых просто невозможно себе представить естествознание, технический прогресс, научные исследования, а, значит, и культуру, поскольку наука — ее составляющая. Продолжаем беседовать с ученым на эту тему.
— Расскажите о прикладном значении теорий относительности.
— Если говорить о специальной теории, то без нее невозможно рассчитать работу ускорителей элементарных частиц, работу атомного реактора, невозможно понять поведение космических лучей. Более того, некоторые предсказания специальной теории относительности уже давно проверены экспериментами на реактивных самолетах.
Это очень маленькие поправки к ньютоновской физике, которую мы в школе изучаем. Но точность эксперимента уже достигла такого уровня, что мы можем, например, замедление времени при движении с большими скоростями «увидеть» в процессе полета на реактивном самолете, скорость движения которого на много порядков меньше скорости света в вакууме. Правда, часы должны быть не механическими, а атомными. Они установлены в крупнейших научных центрах и лабораториях мира.
Что касается общей теории относительности, то это рабочий инструмент астрофизиков. С ее помощью, к примеру, были предсказаны такие объекты, как нейтронные звезды, черные дыры, и самое главное — была построена модель эволюции Вселенной.
— …С теорией Большого взрыва у истоков?
— Да. И сама модель эволюции Вселенной тоже эволюционирует. Изначально она была построена Эйнштейном, который считал, что Вселенная стационарна и не меняется со временем. Затем российский математик Александр Фридман показал, что есть и другие решения, что Вселенная может расширяться, и вскоре астрофизики доказали это экспериментально, наблюдая спектры излучения далеких галактик. А это уже, в свою очередь, привело к концепции Большого взрыва.
— А нам это представление что-нибудь дает? Мне кажется, оно только озадачивает…
— Оно скорректировало картину мироздания. Да, чем больше мы получаем знаний, тем больше возникает загадок… Но это же и хорошо. Это же пища для нашего ума, материал для развития. Согласитесь, если все понятно, если не о чем спрашивать, то и мозг наш начинает дремать. Так что иногда полезно задумываться о таких неутилитарных вещах.
Проблемная зона
— Есть ли пробелы в теориях относительности или они вполне стройные?
— Ответить на этот вопрос мне как физику несложно. В специальной теории относительности никаких пробелов нет. Это выверенная теория, признанная мировым научным сообществом. А в общей теории относительности есть не столько пробелы, сколько… ну определенные проблемные зоны. И самая большая из них — неоднозначная формулировка закона сохранения энергии.
Собственно говоря, поэтому многие физики пытаются создать так называемые альтернативные теории гравитации. Но на сегодняшний день никому не удалось построить теорию, более стройно описывающую мир, чем общая теория относительности. Хотя, безусловно, над этими вопросами нужно думать, общую теорию относительности совершенствовать, а, может быть, и создавать альтернативную теорию гравитации.
— Физические законы, на ваш взгляд, существуют сами по себе или… в нашем сознании?
— Вы задаете очень интересный философский вопрос, который волновал Декарта, Беркли и, конечно, Эйнштейна. Но давайте разберемся, что такое физический закон? Это определенная «человеческая формулировка», некое утверждение о том, как ведет себя природа. Это утверждение сделано на основе анализа эксперимента. То есть в основе то, что воспринимали наши органы чувств посредством приборов. По сути, это акт сознания. Значит, законы в наших головах.
Однако возникает «но». «А Луна вообще существует, если я на нее не смотрю?» — задумывался Эйнштейн. И на самом деле это очень сложный вопрос, потому что в рамках формально-логических построений мы никогда не сможем отделить мир от нашего сознания.
Безусловно, законы — это порождение человеческого интеллекта. Но они кое-что говорят о мире, поскольку мы же все-таки этот мир наблюдали. Мы же законы взяли не с потолка, а на основе изучения мира. Любое высказывание о мире, любое восприятие чего-либо — это наше сознание. Я вас сейчас вижу и говорю себе: «Я знаю, что я вас сейчас вижу». Но вот я закрыл глаза. Могу ли я сказать, что вы в этот момент существуете? Формально логически — нет, не могу. Я же вас не вижу.
Для того чтобы вообще могла существовать наука, для того чтобы мы могли как-то мир описывать, философы, например, придумали процедуру объективации. То есть мы вводим постулат о том, что все-таки Луна существует и в тот момент, когда мы ее не видим. И вы тоже существуете (смеется).
— Как ни крути — а получается все относительно…
— Не все. Главное достижение теорий относительности — изменение наших представлений о геометрии пространства-времени. А в основе любой геометрии как раз находятся некоторые абсолютные величины. Но рассуждение об этом заведет нас далеко в область сложной математики, что вряд ли будет интересно читателям. А наш разговор о «высоких материях» я бы завершил шуткой Эйнштейна, который по поводу относительности говорил следующее. «Три часа, проведенные с любимой девушкой, пролетают как одна секунда. Но одна секунда на раскаленной сковородке покажется вечностью».