Теория относительности Пуанкаре

Олег Акимов

Теория относительности Пуанкаре


– I –

Бывший ректор МГУ и создатель собственного варианта теории гравитации А.А. Логунов считает, что открытие теории относительности нужно целиком занести в актив Анри Пуанкаре (1854 – 1912). Он издал основные релятивистские работы французского ученого со своими комментариями, где пытался представить дело указанным образом. А.А. Тяпкин (биограф Пуанкаре и составитель популярного в нашей стране сборника «Принцип относительности» [15]) и Д.Д. Иваненко (крупнейший советский физик-теоретик) тоже отдавали приоритет в создании теории относительности французу. В частности, издатели четырех книг Пуанкаре Тяпкин, Шибанов и Панов в своем послесловии пишут: «Именно в его работах впервые были сформулированы в достаточно полной и ясной математической форме все основные положения специальной теории относительности. Он же первым поставил вопрос о необходимости кардинального изменения теории тяготения Ньютона в соответствии с требованиями нового принципа относительности и рассмотрел первый вариант такой релятивистской теории тяготения... Даже если бы научная деятельность Пуанкаре ограничилась только разработкой специальной теории относительности, этого было бы вполне достаточно для того, чтобы навеки вписать его имя в летопись науки» [36, с. 524].

В книге, посвященной жизни и научной деятельности Пуанкаре, Тяпкин и Шибанов о его приоритете в создании теории относительности говорят подробно. Там они утверждают, что авторство любого научного открытия должно быть отдано тому, кто участвовал в «первом этапе» становления теории, кто первый высказал «новые идеи» и «новаторские мысли», а не тому, кто их развивал и преумножал. Теория относительности постоянно находится в процессе развития, однако основным толчком для ее появления на свет послужили работы французского ученого. Авторы пишут: «В период, когда закладывались исходные идеи теории относительности, наибольший вклад, несомненно, внес Пуанкаре. Он выдвинул принцип относительности как обобщение опытных данных и высказал убеждение, что именно электромагнитную теорию Лоренца необходимо согласовать с этим принципом, чтобы получить окончательное решение проблемы. Пуанкаре показал условность понятия одновременности, центрального понятия теории относительности, и предложил определение этой величины на основе постулата о постоянстве скорости света. Он дал также правильную физическую интерпретацию "местного" времени Лоренца. Таким образом, Пуанкаре оказал самое непосредственное влияние на развитие теоретической мысли в период поиска выхода из кризисной ситуации в классической физике, выдвинув исходные идеи и принципы будущей теории относительности. Он как бы начертал маршрут предстоящего восхождения к научной вершине. Но вместе с тем он был и среди самых деятельных участников самого восхождения. Его критическое обсуждение теорий Лармора и Лоренца, и его замечание о недостаточности гипотезы сокращения длин тел для полного решения проблемы — все это и было участием в передовой группе штурмующих вершину» [50, с. 301 – 302]. Указывалось также,что Пуанкаре первый обратил внимание на групповые свойства преобразований Лоренца и на необходимость привести теорию тяготения в соответствие с этими преобразованиями.

Наряду с этой точкой зрения, имеется другая, признающая приоритет создания теории относительности за Эйнштейном При этом указывается, что Пуанкаре был очень близок к цели, но не достиг ее. Такой позиции придерживался, в частности, французский ученый Луи де Бройль (1892 –1987), который написал, что его соотечественник, будучи «чистым математиком», обладал «чрезмерно критической направленностью мышления», и что поэтому он не мог пойти на те радикальные шаги, на которые осмелился Эйнштейн. Де Бройль писал: «Пуанкаре занимал по отношению к физическим теориям несколько скептическую позицию, считая, что вообще существует бесконечно много логически эквивалентных точек зрения и картин действительности, из которых ученый, руководствуясь исключительно соображениями удобства, выбирает какую-то одну. Вероятно, такой номинализм иной раз мешал ему признать тот факт, что среди логически возможных теорий есть такие, которые ближе к физической реальности, во всяком случае, лучше согласуются с интуицией физика, и тем самым больше могут помочь ему. Вот почему молодой Альберт Эйнштейн, которому в то время исполнилось лишь 25 лет, и математические знания которого не могли идти в сравнение с глубокими познаниями гениального французского ученого, тем не менее, раньше Пуанкаре нашел синтез, сразу снявший все трудности, обосновав и использовав все попытки своих предшественников» [40, с. 707].

Перед этими словами, где однозначно признается приоритет Эйнштейна, де Бройль перечисляет заслуги Пуанкаре в деле создания теории относительности. «В 1904 году, — пишет он, — накануне появления решающих работ Альберта Эйнштейна по теории относительности, Анри Пуанкаре уже владел всеми наиболее существенными элементами этой теории. Он глубоко проанализировал все трудности электродинамики движущихся тел и ясно сознавал искусственный характер введенного Лоренцем местного времени и сокращения Фицджеральда, с помощью которых эти физики надеялись сохранить инвариантность уравнений Максвелла и объяснить результаты эксперимента Майкельсона. Пуанкаре было ясно, что эти гипотезы, носившие отрывочный характер и произвольно введенные одна за другой, должны уступить место общей теории и стать не более чем частными следствиями из нее. Развитая к тому времени Лоренцем динамика электрона с переменной массой, зависящей от скорости, была хорошо известна Пуанкаре: он сознавал, что теория Лоренца устанавливает для материальных тел существование верхнего предела скорости, равного скорости света в пустоте. Оценивая все следствия, вытекающие из этого факта, Пуанкаре писал в "Науке и методе" [этот пассаж имеется и в "Последних мыслях"]:

"Можно было бы рассуждать следующим образом. Наблюдатель может достичь скорости 200 000 км/сек. Тело в своем движении относительно наблюдателя может достигнуть той же скорости. Тогда его абсолютная скорость будет равна 400 000 км/сек, что невозможно, поскольку это превышает скорость света. Кажущееся противоречие разрешается, если принять во внимание то, каким способом Лоренц вычисляет местное время". Этот отрывок показывает, — пишет де Бройль, — что Пуанкаре до Эйнштейна были известны формулы релятивистского сложения скоростей. И действительно, в замечательном мемуаре, написанном еще до выхода в свет работ Эйнштейна и опубликованном в "Rendiconti del Circolo matematico di Palermo", в котором Пуанкаре более глубоко исследовал динамику электрона с массой, зависящей от скорости, содержатся формулы релятивистской кинематики.

Еще немного и Анри Пуанкаре, а не Альберт Эйнштейн, первым построил бы теорию относительности во всей ее общности, доставив тем самым французской науке честь этого открытия. Действительно, разве не Пуанкаре принадлежат следующие строки, в которых он подытожил все свои размышления о принципе относительности (Science et methode, р. 240): "Как бы то ни было, нельзя отделаться от впечатления, что принцип относительности есть общий закон природы и что никогда, никакими мыслимыми средствами не удастся измерить что-нибудь иное, кроме относительных скоростей. Под последними я понимаю не только скорости тел относительно эфира, но и скорости одних тел относительно других. Самые разнообразные эксперименты привели к столь хорошо согласующимся между собой результатам, что представляется естественным приписать принципу относительности значение, сравнимое со значением, например, принципа эквивалентности. Во всяком случае, необходимо исследовать, к каким следствиям приведет нас такая точка зрения, чтобы затем подвергнуть эти следствия экспериментальной проверке". Вряд ли можно более близко подойти к идее Эйнштейна» [40, с. 706 – 707].
 
 
 


– II –

Обе представленные здесь точки зрения возникли на том очевидном заблуждении, что релятивистская теория Эйнштейна является истинной в последней инстанции, а всякое отклонение от нее рассматривается как ошибка. В действительности же, господствующая сейчас специальная теория относительности таковой не является: Эйнштейн создал один вариант спекулятивной теории, Пуанкаре — другой, заметно отличающийся от эйнштейновского. Кроме того, два различных варианта теории относительности появились на свет не самостоятельно. Внимательное исследование постулатов и самой теории относительности Эйнштейна показывает, что этому физику были отлично известны релятивистские работы Пуанкаре, которыми он, несомненно, воспользовался, хотя категорически отрицал это.

Впрочем, и французский ученый тоже размышлял не в полной изоляции от европейских физиков. Мах, Лоренц, Лармор и другие теоретики уже сделали первые шаги в деле становления релятивистского учения, укладывающегося в некую общую позитивистскую идеологию, имевшую довольно расплывчатые границы. В таком эмбриональном состоянии естественно говорить о сходстве отдельных теоретических позиций, а также позволительно вычленять какие-то опережающие элементы, в общем, еще достаточно аморфного учения. Но чем глубже развивался релятивистский процесс, тем дальше расходились дороги участников этого процесса и тем догматичнее становился вариант, предложенный Эйнштейном. Неизвестно, чем бы закончились горячие споры вокруг теории относительности, если бы эйнштейновский вариант не был насильственно внедрен в институт науки грубыми административно-пропагандистскими приемами, затормозившими весь ход дальнейшего развития физики.

Полный текст см.

http://sceptic-ratio.narod.ru/po/TO-poincare.htm