Знание-сила, 2002 № 01 (895) - [19]
Вообще говоря, формулы, связывающие размеры и показания движущихся часов с неподвижными, несколько раньше были уже установлены голландским физиком X. Лоренцем на основе анализа опытов с распространением света, однако в глазах физиков они выглядели весьма искусственными и даже несколько сомнительными соотношениями, что-то вроде временных строительных лесов, придуманных для того, чтобы как-то связать концы с концами при объяснении экспериментов. Работы Пуанкаре и особенно появившаяся годом позже статья А. Эйнштейна, анализировавшая электродинамику движущихся сред, объяснили смысл формул Лоренца – это всего лишь фрагменты геометрии четырехмерного пространственно-временного мира. В этом мире, как и в трехмерном, можно поворачивать системы координат. Описывающие такие повороты соотношения как раз и есть преобразования Лоренца, а записанные в более абстрактной математической форме – это формулы Пуанкаре.
Оказалось, что в природе есть два типа величин: не зависящие от выбора системы координат, то есть от точки зрения наблюдателя, инварианты – и величины, в частности, длины предметов, зависящие от скорости их движения по отношению к наблюдателю. Неподвижный и движущийся наблюдатели видят их по-разному. Отсюда и название – «теория относительности», утвердившееся после появления в журнале получившей большую известность статьи Эйнштейна.
Вместе с тем в библиотеках можно найти книги, в которых геометрия пространственно-временного четырехмерья излагается чисто математически, на языке теории групп и координатных преобразований без упоминания каких-либо скоростей и других механических величин, имеющих в четырехмерном мире чисто геометрический смысл.
Сменившая наглядную трехмерную геометрию Евклида четырехмерная геометрия Пуанкаре, объединяющая воедино пространство и время, является исходной точкой современной релятивистской физики – физики высоких скоростей. Четырехмерный мир – одно из самых важных открытий XX века. В его справедливости у физиков нет сомнений, хотя с позиций обыденного житейского опыта оно настолько удивительно, что до сих пор предпринимаются попытки доказать его ошибочность [1 Подробнее об этом можно прочитать в статье автора «Кто опроверг теорию относительности?» в №7 нашего журнала за 1993 год.]
С точки зрения четырехмерной геометрии формулы Лоренца описывают повороты координатных осей.
t- временная, х-одна из пространственных осей
Представление о четырехмерном пространстве-времени лежит в основе обеих гравитационных теорий – и Эйнштейна, и Логунова. И вот тут мы встречаемся с фундаментальной неоднозначностью в понимании этого пространства, со своеобразной теоретической развилкой, различающей подход Эйнштейна и подход, развиваемый Логуновым и его сотрудниками.
С точки зрения Эйнштейна, в природе существует бесчисленное множество пространств, различающихся своей кривизной, и плоский мир Пуанкаре – только одно из них. Эту идею высказывали еще в середине XIX века российский геометр Н. Лобачевский и немецкий математик Б. Риман. Понятно, что в искривленном пространстве тела будут двигаться несколько иначе, чем в плоском. Это выглядит так, как если бы на них действовала размазанная по пространству отклоняющая сила. Эйнштейн предположил (и в этом суть его подхода), что всемирное тяготение, гравитация, как раз и является такой силой. Это – поле кривизны, чисто геометрическое, принципиально отличающееся от всех других, материальных полей – электромагнитного, внутриядерных, – действующих на его фоне.
По мнению Логунова, ареной всех происходящих в природе процессов является плоское пространство Пуанкаре, бесконечное по всем четырем своим осям и абсолютно неизменное, ни от чего не зависящее, а гравитация – это такое же материальное поле, как и все другие. Если же «извернуться» и рассматривать явления не по отношению к «чистому пространству», а по отношению к распределенному в нем гравитационному полю, то все будет выглядеть так, как будто наш мир искривлен. При этом гравитация формально становится проявлением «эффективной кривизны».
Итак, искривленное, изменяющееся с течением времени четырехмерное пространство, кривизна которого – сила тяготения, или бесконечное, неизменное, плоское пространство, а гравитация – распределенная в нем, фигурально говоря, намазанная на него полевая субстанция.
Можно до хрипоты спорить, какая из этих концепций «самая правильная». Как любил говорить в таких случаях Д.И. Блохинцев, в наших спорах мы часто ведем себя, как та курица, которая громко кудахчет о том, что ее яйцо – самое лучшее и все другие следует разбить, а на поверку оказывается, что яйцо-то – болтун! В логическом плане обе точки зрения – гипотезы, и ответ на вопрос, какая лучше, может дать лишь изучение их следствий – Обшей теории относительности Эйнштейна (сокращенно ОТО) и Релятивистской теории гравитации (РТГ) Логунова с сотрудниками.
Хотя геометрия искривленных пространств была известна математикам уже более полувека, она описывала застывшие, не изменяющие свои свойства пространства. Время в теории Пуанкаре тоже рассматривалось всего лишь как еще одна геометрическая ось. Эйнштейн потратил целых десять лет на то, чтобы после многих попыток вывести уравнение, описывающее самодвижение пространства – изменение его кривизны с течением времени. Он воспользовался фактом, известным еще из опытов Галилея: ускорение падающих тел не зависит от их массы. Легкий деревянный и тяжелый стальной шарики в отсутствие сопротивления воздуха падают с одинаковой скоростью. На основании законов Ньютона каждый из нас знает, что ускорение тела обратно пропорционально его массе, а вот для силы тяготения это не так. Обычно мы об этом не задумываемся, хотя это – удивительный факт!
