Теория тяготения и современная физика - Физика и философия - Мигдал А.Б. - Философы и их философия

        Общая теория относительности или теория тяготения представляет собой обобщение специальной на неинерциальные системы. На современ­ную теоретическую физику теория тяготения оказала влияние не только сама по себе. Главную роль сыграли те общие идеи, которые Эйнштейн использовал при ее создании. Это, прежде всего, идея о том, что нужно искать уравнения для поля тяготения. Было несколько попыток (одна из них принадлежала Пуанкаре) объяснить поправки к небесной механике, рассматривая звезды как систему тяготеющих центров с запаздывающим взаимодействием, т. е. с учетом конечной скорости распространения взаимодействия. Эйнштейн сразу же отказался от этого направления и ввел полевые переменные.

       Трудно представить себе более поучительное занятие для молодого физика-теоретика, чем изучение десятилетней истории создания теории тяготения. Эйнштейна поразила колоссальная точность, с которой соблю­дается принцип эквивалентности,— пропорциональность весовой и инерт­ной масс для любого тела, независимо от его устройства. Он начал, как и полагается физику, с простейших следствий, вытекающих из принци­па эквивалентности сил гравитации и “сил инерции” для равноускорен­ного и вращательного движений. Универсальность принципа эквивалент­ности убедила Эйнштейна в необходимости той удивительной связи гео­метрии с гравитацией, которая следует из его теории тяготения. С помощью своего университетского сокурсника Гросмана он понял, что для обобщения его идей на случай произвольных систем координат нужно использовать Риманову геометрию, затем овладел соответствующей тех­никой и поставил задачу нахождения общековариантных уравнений, связывающих четырехмерную геометрию с плотностью материи.

        Уравнения Эйнштейна обладают свойством калибровочной инвариант­ности. Это означает, что существует широкий класс преобразований метрического тензора, не изменяющих физические свойства гравитацион­ного поля, подобно тому как остаются неизменными электрические и магнитные поля при определенных преобразованиях описывающего их векторного потенциала. Калибровочная инвариантность — характерная черта всех современных теорий поля. К сожалению, без формул лучше пояснить это невозможно.

       Еще одна особенность современных теорий поля, использованная при создании уравнений тяготения,— требование симметрии. Уравнения тяготения получаются, как уже упоминалось, из требования ковариант­ности (одинаковой вариантности) всех слагаемых уравнения при произ­вольных локальных преобразованиях координат.

       Таким образом, общие идеи теории тяготения, включая и неосуществ­ленные попытки создать теорию поля, объединяющую гравитацию и электродинамику, повлияли на ход развития и направление поисков сов­ременной теоретической физики. Из всех существующих физических теорий теория тяготения, возможно, самая совершенная с эстетической и философской точек зрения. Ландау считал ее самой красивой.

       Нужно ли искать альтернативу этой теории? Теория тяготения логи­чески замкнута и однозначно описывает экспериментальные данные. Поэтому, как мне кажется, нет пи экспериментальных, ни теоретических оснований для поисков альтернативного описания. Впрочем, понятие красоты не абсолютно объективно и поэтому может появиться теория, которая авторам покажется более красивой. Но она будет вправе претен­довать на научную ценность только в том случае, если объяснит какие-либо явления, необъяснимые с точки зрения классической теории тяго­тения. Попытки новой интерпретации уже завершенной теории, как правило, выдвигаются теми научными работниками, которых Паули иронически называл “Grundleger und Neubegrunder”. Этот вид активности если и помогает развитию науки, то только косвенно, побуждая точнее формулировать основы уже существующей и доказавшей свою плодотвор­ность теории.