Алексей Тяпкин - Пуанкаре

В то же время Пуанкаре, как и другие авторы, обсуждает в статье релятивистские свойства пространственных отрезков и временных интервалов, проявляющиеся в сокращении длин тел и в растяжении времени. На этот раз он уже явно отмечает обратимость релятивистских эффектов. Заданное в покоящейся системе сферически симметричное тело воспринимается наблюдателем, находящимся в движущейся системе, как эллипсоидальное, говорится в статье, а одновременные в покоящейся системе события не оказываются таковыми для этого наблюдателя. Таким образом, движущийся наблюдатель отмечает те же самые эффекты, что и неподвижный наблюдатель, следящий за движущейся системой. Затем автор кратко касается четырехмерной геометрии, указывая на то, что «в этом новом представлении пространство и время не являются уже двумя совершенно различными сущностями, которые могут быть представлены отдельно, но двумя частями одного и того же целого, столь тесно связанными, что они не могут быть уже легко разделены».

В чем же тогда отличие трактовки Пуанкаре от общепринятой, если и в той и в другой речь идет об одних и тех же свойствах пространства и времени? Прежде всего в источнике происхождения этих свойств. Пуанкаре считает первичным началом новую механику, подчеркивая это даже заглавными буквами в словах Механика и Динамика. Другие, наоборот, первичными считают необычные свойства масштабов и часов, получая из них релятивистскую механику, как это делали Эйнштейн и Планк. С точки зрения математического вывода конечных соотношений теории оба подхода допустимы. Существенное различие между ними проявляется лишь в логике построения теории. Но на конкретный вопрос о том, можно ли использовать преобразования Галилея при высоких скоростях движения, эти трактовки дают прямо противоположный ответ.

В принятом тогда толковании теории относительности преобразования Галилея принципиально исключались. С точки зрения Пуанкаре галилеевские преобразования грешат лишь тем, что относительно их неинвариантны законы механики больших скоростей. Так, может быть, как раз поэтому невозможно их практическое применение? Положительный ответ на этот вопрос разом устранил бы прямое противоречие между двумя различными взглядами на самую важную физическую теорию XX века. Однако Пуанкаре выступает с таким заявлением, которое полностью исключает всякую возможность примирения. И ни у кого не остается сомнений в том, что знаменитый ученый стал жертвой пагубного заблуждения.

Вчерашняя «ошибка» становится истиной

В самом начале своей статьи «Пространство и время» Пуанкаре отмечает, что принцип относительности в той форме, в какой он появился у Лоренца, заставляет нас принять совершенно новые представления о пространстве и времени. Но ведь не так давно он утверждал, что геометрия пространства «построена нашим умом» и стоит вне опытной проверки. Напрашивается довольно каверзный для автора вопрос, который он сам и формулирует: «Не кажется ли, что опыты, на которых основана механика, поколебали геометрию?» Основатель научного конвенционализма попал как будто бы в трудное положение, из которого только один выход — признать его конвенциональные взгляды неприменимыми к геометрии пространства — времени.

Однако Пуанкаре не видит оснований для отказа от прежних своих выводов даже в отношении четырехмерной геометрии, которая им еще не рассматривалась с этой точки зрения. Успешное использование преобразований Лоренца он объясняет переходом физиков к новому, более удобному соглашению, заключив свою статью весьма неожиданно: «Это не значит, что они были вынуждены сделать; они считают это новое соглашение более удобным, вот и все; и те, кто не придерживается этого рода мысли, могут вполне законно сохранять старый, чтобы не нарушать своих привычек. Между нами говоря, я думаю, что они это еще долго будут делать».

Такое утверждение озадачило многих. Большинство восприняло его как отречение от новейшей физической теории пространства и времени.[65] Величайшее достижение научной мысли Пуанкаре хочет объяснить пресловутым удобством выбора теоретического описания физических явлений. А его слова о возможности сохранить старое соглашение, то есть использовать преобразования Галилея даже при высоких скоростях движения, представились попросту ошибочными. Все были убеждены в том что физический опыт непосредственно отрицает возможность непротиворечивого использования этих преобразований. Так считал Эйнштейн, который накануне брюссельской встречи с Пуанкаре в статье «Принцип относительности и его следствия» писал о едином времени галилеевских преобразований как о произвольной гипотезе, не отвечающей действительности. Такой же точки зрения придерживались и другие физики.

На долгие годы в науке утвердилось мнение, что само развитие физики показало несостоятельность преобразований Галилея при околосветовых скоростях движения. Особому взгляду Пуанкаре на новую теорию не придали серьезного значения. Его сочли результатом ошибочного преувеличения роли конвенции в построении теории пространства и времени. Известный французский ученый Луи де Бройль, автор исходной идеи волновой механики писал впоследствии! «…Именно эта философская склонность его ума к „номиналистическому удобству“ помешала Пуанкаре понять значение идеи относительности во всей ее грандиозности!» Правда, несколькими строками ниже де Бройль призывает к осторожному обращению с заблуждениями великих. «Всегда полезно поразмыслить над ошибками, сделанными великими умами, — предостерегает он, — поскольку они часто имели серьезные основания для того, чтобы их сделать, и поскольку эти великие умы всегда обладают проникновенной интуицией, возможно, что их утверждения, сегодня рассматриваемые как ошибочные, завтра окажутся истинными».

Это замечание французского физика оказалось на редкость проницательным. Много позднее, уже во второй половине XX века, стало очевидным, что отвергавшееся утверждение Пуанкаре никакой фактической ошибки не содержит. Непонимание простого смысла его слов было результатом ограниченного толкования теории относительности. Во всем этом смогли разобраться уже после того, как обратили внимание на его раннюю работу «Измерение времени». Именно условность одновременности, связанная с невозможностью измерить скорость света в одном направлении, позволяет одинаково строго описывать физические явления и на основе преобразований Галилея, и на основе преобразований Лоренца. Нужно лишь для каждого способа описания выбрать свое определение одновременности.[66]