«Природа физического мира»

ПРИРОДА ФИЗИЧЕСКОГО МИРА

АВТОР:

А. С. ЭДДИНГТОН

Магистр искусств, доктор права, доктор естественных наук, член Королевского общества

Плумианский профессор астрономии в Кембриджском университете

ГИФФОРДОВСКИЕ ЛЕКЦИИ 1927

НЬЮ-ЙОРК: ИЗДАТЕЛЬСТВО THE MACMILLAN COMPANY

КЕМБРИДЖ, АНГЛИЯ: В УНИВЕРСИТЕТСКОМ ИЗДАТЕЛЬСТВЕ

1929

Все права защищены

АВТОРСКОЕ ПРАВО, 1928, THE MACMILLAN COMPANY.

Набрано и стереотипировано. Опубликовано в ноябре 1928 г. Переиздано в феврале 1929 г. Дважды в марте 1929 г. Переиздано в апреле 1929 г.

НАБРАНО В BROWN BROTHERS LINOTYPERS. ОТПЕЧАТАНО В СОЕДИНЕННЫХ ШТАТАХ АМЕРИКИ В FERRIS PRINTING COMPANY

ПРЕДИСЛОВИЕ

Эта книга по существу представляет собой курс Гиффордовских лекций, прочитанных мною в Эдинбургском университете с января по март 1927 года. В ней рассматриваются философские выводы из тех значительных перемен в научном мышлении, которые произошли в последнее время. Теория относительности и квантовая теория привели к появлению странных новых концепций физического мира; развитие принципов термодинамики вызвало более постепенные, но не менее глубокие изменения. Первые одиннадцать глав по большей части посвящены новым физическим теориям, причинам, приведшим к их принятию, и, в особенности, концепциям, которые, по-видимому, лежат в их основе. Цель состоит в том, чтобы прояснить научный взгляд на мир в его современном состоянии и, там, где он не полон, оценить направление, в котором, судя по всему, движутся современные идеи. В последних четырех главах я рассматриваю положение, которое этот научный взгляд должен занимать по отношению к более широким аспектам человеческого опыта, включая религию. Общий дух исследования, проводимого в лекциях, изложен в заключительном абзаце Введения (стр. xvii).

Я надеюсь, что научные главы можно будет читать с интересом в отрыве от последующих приложений в книге; однако они написаны не совсем в том ключе, который был бы принят, будь они полностью независимыми. В мои цели не входило давать легкое введение в основы теории относительности и квантовой теории; было важно перейти к более поздним и сложным разработкам, в которых можно найти концепции, имеющие наибольшее философское значение. Хотя большая часть книги должна оказаться довольно легкой для чтения, аргументы значительной сложности приходится рассматривать по мере их появления.

Моя главная цель заключалась в том, чтобы показать, что эти научные достижения предоставляют новый материал для философа. Однако я пошел дальше и указал, как, по моему собственному мнению, этот материал может быть использован. Я осознаю, что философские взгляды, изложенные здесь, могут претендовать на внимание лишь постольку, поскольку они являются прямым результатом изучения и осмысления современной научной работы. Общие идеи о природе вещей, которые могли сформироваться у меня помимо этого особого стимула со стороны науки, мало что значат для кого-либо, кроме меня самого. Но хотя эти два источника идей были довольно четко разделены в моем сознании, когда я начал готовить эти лекции, они неразрывно соединились в попытке достичь связного мировоззрения и защитить его от вероятной критики. По этой причине я хотел бы напомнить, что идеалистический оттенок в моей концепции физического мира возник из математических исследований по теории относительности. Насколько у меня были какие-либо более ранние философские взгляды, они были совершенно иного толка.

С самого начала я сомневался, стоит ли ученому так далеко вторгаться на вненаучную территорию. Первичное оправдание такой экспедиции заключается в том, что она может дать лучший обзор его собственной научной области. В устных лекциях не казалось серьезной нескромностью свободно высказывать различные предположения, которые у меня были. Но было трудно решить, стоит ли записывать их навсегда и придавать им более законченный вид. Я многого опасаюсь со стороны эксперта-философа, но еще большее опасение у меня вызывает мысль о читателях, которые могут искать, «на стороне ли ангелов» эта книга, и судить о ее достоверности соответственно. За год, прошедший с момента прочтения лекций, я предпринял много усилий, чтобы придать этой и другим частям книги вид, которым я мог бы быть более доволен. Теперь я выпускаю ее с большей неуверенностью, чем испытывал в отношении своих прежних книг.

Разговорный стиль лекционной аудитории обычно считается довольно неподходящим для большой книги, но я решил его не менять. Научный писатель, отказываясь от математических формул, которые являются его естественным и самым ясным средством выражения, возможно, может потребовать взамен некоторой уступки от читателя. Многие части предмета по своей сути настолько сложны, что моя единственная надежда быть понятым — это объяснять пункты так, как я делал бы это, находясь лицом к лицу с вопрошающим.

Возможно, необходимо напомнить американскому читателю, что наша номенклатура для больших чисел отличается от его, поэтому «биллион» здесь означает миллион миллионов.

А. С. Э.

Август 1928 г.

ВВЕДЕНИЕ

Я приступил к задаче написания этих лекций и придвинул стулья к своим двум столам. Два стола! Да; у каждого предмета вокруг меня есть дубликаты — два стола, два стула, две ручки.

Это не очень глубокое начало для курса, который должен достичь трансцендентных уровней научной философии. Но мы не можем сразу коснуться фундамента; сначала мы должны немного поцарапать поверхность вещей. И всякий раз, когда я начинаю царапать, первое, на что я натыкаюсь, — это мои два стола.

Один из них знаком мне с самых ранних лет. Это обычный предмет той среды, которую я называю миром. Как мне его описать? Он обладает протяженностью; он сравнительно постоянен; он окрашен; прежде всего, он субстанциален. Под субстанциальностью я не просто имею в виду, что он не разваливается, когда я опираюсь на него; я имею в виду, что он состоит из «субстанции», и этим словом я пытаюсь передать вам некоторое представление о его внутренней природе. Это вещь; не как пространство, которое является лишь отрицанием; не как время, которое — Бог знает что! Но это не поможет вам понять мое значение, потому что отличительной характеристикой «вещи» является обладание этой субстанциальностью, и я не думаю, что субстанциальность можно описать лучше, чем сказав, что это природа того рода, примером которой является обычный стол. И так мы ходим по кругу. В конце концов, если вы простой здравомыслящий человек, не слишком обеспокоенный научными сомнениями, вы будете уверены, что понимаете природу обычного стола. Я даже слышал о простых людях, у которых была идея, что они могли бы лучше понять тайну своей собственной природы, если бы ученые нашли способ объяснить ее через легко постижимую природу стола.

Стол № 2 — это мой научный стол. Это более недавнее знакомство, и я не чувствую себя с ним так близко. Он не принадлежит к миру, упомянутому ранее — тому миру, который спонтанно возникает вокруг меня, когда я открываю глаза, хотя сколько в нем объективного, а сколько субъективного, я здесь не рассматриваю. Это часть мира, который более окольными путями заставил обратить на себя мое внимание. Мой научный стол по большей части пуст. Редко разбросаны в этой пустоте многочисленные электрические заряды, несущиеся с огромной скоростью; но их совокупный объем составляет менее миллиардной доли объема самого стола. Несмотря на свое странное устройство, он оказывается вполне эффективным столом. Он поддерживает мою бумагу для письма так же удовлетворительно, как и стол № 1; ибо когда я кладу на него бумагу, маленькие электрические частицы со своей стремительной скоростью продолжают ударяться о нижнюю сторону, так что бумага поддерживается на почти постоянном уровне, подобно волану. Если я обопрусь на этот стол, я не провалюсь сквозь него; или, если быть строго точным, вероятность того, что мой научный локоть пройдет сквозь мой научный стол, настолько ничтожно мала, что ею можно пренебречь в практической жизни. Рассматривая их свойства одно за другим, кажется, что для обычных целей между двумя столами нет никакой разницы; но когда случаются ненормальные обстоятельства, тогда мой научный стол показывает себя с лучшей стороны. Если дом загорится, мой научный стол вполне естественно растворится в научном дыме, тогда как мой привычный стол претерпит метаморфозу своей субстанциальной природы, которую я могу расценить только как чудесную.

В моем втором столе нет ничего субстанциального. Это почти сплошное пустое пространство — пространство, пронизанное, правда, силовыми полями, но они отнесены к категории «влияний», а не «вещей». Даже в той мельчайшей части, которая не является пустой, мы не должны переносить старое понятие субстанции. Расчленяя материю на электрические заряды, мы ушли далеко от той картины ее, которая впервые породила концепцию субстанции, и значение этой концепции — если оно когда-либо было — было потеряно по пути. Вся тенденция современных научных взглядов состоит в том, чтобы разрушить отдельные категории «вещей», «влияний», «форм» и т. д. и заменить их общим фоном всего опыта. Изучаем ли мы материальный объект, магнитное поле, геометрическую фигуру или промежуток времени, наша научная информация суммируется в измерениях; ни измерительный аппарат, ни способ его использования не предполагают, что в этих проблемах есть что-то существенно различное. Сами измерения не дают оснований для классификации по категориям. Мы чувствуем необходимость признать некоторый фон для измерений — внешний мир; но атрибуты этого мира, за исключением тех случаев, когда они отражены в измерениях, находятся вне научного рассмотрения. Наука, наконец, восстала против привязки точного знания, содержащегося в этих измерениях, к традиционной галерее концепций, которые не передают никакой достоверной информации о фоне и привносят неуместные элементы в систему знаний.

Я не буду здесь больше подчеркивать несубстанциальность электронов, поскольку это вряд ли необходимо для данного хода мысли. Представляйте их настолько субстанциальными, насколько хотите, существует огромная разница между моим научным столом с его субстанцией (если она есть), редко разбросанной в виде пятнышек в области, по большей части пустой, и столом повседневного представления, который мы считаем образцом твердой реальности — воплощенным протестом против берклианского субъективизма. Это меняет все дело, покоится ли бумага передо мной, так сказать, на рое мух и поддерживается ли она подобно волану серией крошечных ударов от роя снизу, или же она поддерживается потому, что под ней есть субстанция, причем внутренняя природа субстанции заключается в том, чтобы занимать пространство, исключая другую субстанцию; по крайней мере, вся разница в концепции, но никакой разницы для моей практической задачи письма на бумаге.

Мне не нужно говорить вам, что современная физика с помощью тонких тестов и безжалостной логики убедила меня в том, что мой второй, научный стол — единственный, который действительно существует — где бы это «там» ни было. С другой стороны, мне не нужно говорить вам, что современная физика никогда не преуспеет в изгнании того первого стола — странного соединения внешней природы, ментальных образов и унаследованных предрассудков, — который лежит видимым для моих глаз и осязаемым для моего захвата. Мы должны попрощаться с ним на время, ибо мы собираемся перейти от привычного мира к научному миру, открытому физикой. Это, или предполагается, что это, полностью внешний мир.

«Вы парадоксально говорите о двух мирах. Не являются ли они на самом деле двумя аспектами или двумя интерпретациями одного и того же мира?»

Да, несомненно, в конечном счете они должны быть отождествлены тем или иным образом. Но процесс, посредством которого внешний мир физики трансформируется в мир привычного знакомства в человеческом сознании, выходит за рамки физики. И поэтому мир, изучаемый согласно методам физики, остается отделенным от мира, привычного для сознания, до тех пор, пока физик не закончит свою работу над ним. Поэтому мы предварительно рассматриваем стол, который является предметом физического исследования, как полностью отдельный от привычного стола, не предрешая вопрос об их окончательном отождествлении. Правда, все научное исследование начинается с привычного мира и в конце концов должно вернуться к привычному миру; но часть пути, за которую отвечает физик, находится на чужой территории.

До недавнего времени существовала гораздо более тесная связь; физик обычно заимствовал сырой материал своего мира из привычного мира, но теперь он этого не делает. Его сырые материалы — это эфир, электроны, кванты, потенциалы, гамильтоновы функции и т. д., и в наши дни он скрупулезно заботится о том, чтобы оградить их от загрязнения концепциями, заимствованными из другого мира. Существует привычный стол, параллельный научному столу, но нет привычного электрона, кванта или потенциала, параллельных научному электрону, кванту или потенциалу. Мы даже не стремимся создать привычный аналог этим вещам или, как мы обычно говорим, «объяснить» электрон. После того как физик полностью закончил свое построение мира, допускается связь или отождествление; но преждевременные попытки связи оказались совершенно вредными.

Наука стремится построить мир, который был бы символическим по отношению к миру обыденного опыта. Совершенно не обязательно, чтобы каждый используемый отдельный символ представлял что-то в обычном опыте или даже что-то объяснимое в терминах обычного опыта. Человек с улицы всегда предъявляет это требование конкретного объяснения вещей, о которых говорится в науке; но по необходимости он должен быть разочарован. Это похоже на наш опыт в обучении чтению. То, что написано в книге, символизирует историю из реальной жизни. Все намерение книги состоит в том, чтобы в конечном итоге читатель отождествил какой-то символ, скажем, ХЛЕБ, с одной из концепций привычной жизни. Но вредно пытаться делать такие отождествления преждевременно, до того, как буквы будут сложены в слова, а слова — в предложения. Символ «А» не является аналогом чего-либо в привычной жизни. Ребенку буква «А» показалась бы ужасно абстрактной; поэтому мы даем ему привычную концепцию вместе с ней. «А — это Арчер, который стрелял в лягушку». Это помогает ему преодолеть непосредственную трудность; но он не может добиться серьезного прогресса в составлении слов, пока Арчеры, Мясники, Капитаны танцуют вокруг букв. Буквы абстрактны, и рано или поздно он должен это осознать. В физике мы переросли определения фундаментальных символов в духе «арчер» и «яблочный пирог». На просьбу объяснить, чем на самом деле должен быть электрон, мы можем только ответить: «Это часть Азбуки физики».

Внешний мир физики, таким образом, стал миром теней. Устраняя наши иллюзии, мы устранили субстанцию, ибо, действительно, мы видели, что субстанция — одна из величайших наших иллюзий. Позже, возможно, мы сможем спросить, не слишком ли безжалостно мы использовали нож в своем рвении вырезать все, что нереально. Возможно, действительно, реальность — это ребенок, который не может выжить без своей няньки-иллюзии. Но если так, то это мало заботит ученого, у которого есть веские и достаточные причины для проведения своих исследований в мире теней, и он довольствуется тем, что оставляет философу определение его точного статуса по отношению к реальности. В мире физики мы наблюдаем теневое представление драмы привычной жизни. Тень моего локтя покоится на теневом столе, пока теневые чернила текут по теневой бумаге. Все это символично, и как символ физик это оставляет. Затем приходит алхимик Разум, который трансмутирует символы. Редко разбросанные ядра электрической силы становятся осязаемым твердым телом; их беспокойное движение становится летним теплом; октава эфирных вибраций становится великолепной радугой. И на этом алхимия не останавливается. В трансмутированном мире возникают новые значения, которые едва ли можно проследить в мире символов; так что он становится миром красоты и цели — и, увы, страдания и зла.

Откровенное осознание того, что физическая наука имеет дело с миром теней, является одним из самых значительных недавних достижений. Я не имею в виду, что физики в какой-либо степени озабочены философскими последствиями этого. С их точки зрения, это не столько отказ от несостоятельных претензий, сколько утверждение свободы для автономного развития. В данный момент я настаиваю на призрачном и символическом характере мира физики не из-за его отношения к философии, а потому, что отстраненность от привычных концепций будет очевидна в научных теориях, которые я должен описать. Если вы не готовы к этой отстраненности, вы, вероятно, будете не в ладах с современными научными теориями и можете даже счесть их смешными — как, я полагаю, многие люди и делают.

Трудно приучить себя относиться к физическому миру как к чисто символическому. Мы постоянно срываемся и смешиваем с символами несообразные концепции, взятые из мира сознания. Ненаученные долгим опытом, мы протягиваем руку, чтобы схватить тень, вместо того чтобы принять ее призрачную природу. Действительно, если мы не ограничимся полностью математическим символизмом, трудно избежать облачения наших символов в обманчивые одежды. Когда я думаю об электроне, в моем сознании возникает твердый, красный, крошечный шарик; протон, соответственно, нейтрально-серый. Конечно, цвет абсурден — возможно, не более абсурден, чем остальная часть концепции, — но я неисправим. Я вполне понимаю, что более молодые умы находят эти картины слишком конкретными и стремятся построить мир из гамильтоновых функций и символов, настолько удаленных от человеческих предубеждений, что они даже не подчиняются законам ортодоксальной арифметики. Лично я нахожу некоторую трудность в том, чтобы подняться до этого уровня мышления; но я убежден, что это должно произойти.

В этих лекциях я предлагаю обсудить некоторые результаты современного изучения физического мира, которые дают наибольшую пищу для философских размышлений. Это будет включать новые концепции в науке, а также новые знания. В обоих отношениях мы приходим к мысли о материальной вселенной способом, сильно отличающимся от того, который преобладал в конце прошлого века. Я не упущу из виду ту дальнейшую цель, которая должна быть в уме Гиффордовского лектора, — проблему соотнесения этих чисто физических открытий с более широкими аспектами и интересами нашей человеческой природы. Эти отношения не могли не претерпеть изменений, поскольку вся наша концепция физического мира радикально изменилась. Я убежден, что правильная оценка физического мира в том виде, в каком он понимается сегодня, несет в себе чувство открытости к более широкому значению, выходящему за рамки научных измерений, что могло бы показаться нелогичным поколение назад; и в последующих лекциях я попытаюсь сфокусировать это чувство и предпринять неумелые попытки найти, куда оно ведет. Но я был бы нечестен по отношению к науке, если бы не настаивал на том, что ее изучение — это самоцель. Путь науки должен преследоваться ради него самого, независимо от видов, которые он может открыть на более широкий ландшафт; в этом духе мы должны следовать по пути, ведет ли он к холму видения или к туннелю неясности. Поэтому, пока не будет достигнут последний этап курса, вы должны довольствоваться тем, что будете следовать со мной по проторенной дорожке науки, и не ругать меня слишком строго за то, что я задерживаюсь среди ее придорожных цветов. Таково должно быть понимание между нами. Отправимся ли мы в путь?

CONTENTS

Preface v

Introduction ix

Chapter I. The Downfall of Classical Physics 1

II. Relativity 20

III. Time 36

IV. The Running-Down of the Universe 63

V. “Becoming” 87

VI. Gravitation—the Law 111

VII. Gravitation—the Explanation 138

VIII. Man’s Place in the Universe 163

IX. The Quantum Theory 179

X. The New Quantum Theory 200

XI. World Building 230

XII. Pointer Readings 247

XIII. Reality 273

XIV. Causation 293

XV. Science and Mysticism 316

Conclusion 343

Index 355

ПРИРОДА ФИЗИЧЕСКОГО МИРА

Глава I. КРАХ КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Структура атома. Между 1905 и 1908 годами Эйнштейн и Минковский внесли фундаментальные изменения в наши представления о времени и пространстве. В 1911 году Резерфорд внес самое большое изменение в наше представление о материи со времен Демокрита. Принятие этих двух изменений было удивительно разным. Новые идеи пространства и времени были восприняты со всех сторон как революционные; они были встречены с величайшим энтузиазмом одними и с острейшим противодействием другими. Новая идея материи прошла через обычный опыт научного открытия; она постепенно доказала свою ценность, и когда доказательства стали ошеломляюще убедительными, она тихо вытеснила предыдущие теории. Никакого большого потрясения не было. И все же, когда я сегодня слышу протесты против большевизма современной науки и сожаления о старом установленном порядке, я склонен думать, что Резерфорд, а не Эйнштейн, является настоящим злодеем в этой пьесе. Когда мы сравниваем вселенную, какой она считается сейчас, с вселенной, какой мы ее обычно представляли, самое поразительное изменение — это не переустройство пространства и времени Эйнштейном, а растворение всего, что мы считаем наиболее твердым, в крошечные пятнышки, плавающие в пустоте. Это дает резкий толчок тем, кто думает, что вещи более или менее таковы, какими они кажутся. Открытие современной физикой пустоты внутри атома более тревожно, чем открытие астрономией огромной пустоты межзвездного пространства.

Атом так же порист, как солнечная система. Если бы мы устранили все незаполненное пространство в теле человека и собрали его протоны и электроны в одну массу, человек превратился бы в пятнышко, едва видимое через увеличительное стекло.

Эта пористость материи не была предсказана в атомной теории. Конечно, было известно, что в газе, таком как воздух, атомы далеко разделены, оставляя много пустого пространства; но следовало ожидать, что материал с характеристиками воздуха должен иметь относительно мало субстанции в себе, и «воздушное ничто» — обычная фраза для обозначения несубстанциального. В твердых телах атомы упакованы плотно, в контакте, так что старая атомная теория согласуется с нашими предубеждениями, рассматривая твердые тела как в основном субстанциальные, без больших промежутков.

Электрическая теория материи, возникшая к концу девятнадцатого века, поначалу не изменила этот взгляд. Было известно, что отрицательное электричество сконцентрировано в единичных зарядах очень малого объема; но другой компонент материи, положительное электричество, представлялся как сфера из желе тех же размеров, что и атом, с внедренными в нее крошечными отрицательными зарядами. Таким образом, пространство внутри твердого тела все еще по большей части было хорошо заполнено.

Но в 1911 году Резерфорд показал, что положительное электричество также сконцентрировано в крошечных пятнышках. Его эксперименты по рассеянию доказали, что атом способен оказывать большие электрические силы, что было бы невозможно, если бы положительный заряд не действовал как высококонцентрированный источник притяжения; он должен содержаться в ядре, крошечном по сравнению с размерами атома. Таким образом, впервые основной объем атома был полностью эвакуирован, и атом типа «солнечной системы» был заменен на субстанциальный «бильярдный шар». Два года спустя Нильс Бор разработал свою знаменитую теорию на основе атома Резерфорда, и с тех пор был достигнут быстрый прогресс. Какие бы дальнейшие изменения взглядов ни ожидались, возврат к старым субстанциальным атомам немыслим.

Принятый вывод на сегодняшний день заключается в том, что все разновидности материи в конечном счете состоят из двух элементарных компонентов — протонов и электронов. Электрически они являются точными противоположностями друг друга, протон — это заряд положительного электричества, а электрон — заряд отрицательного электричества. Но в других отношениях их свойства очень различаются. Протон имеет массу в 1840 раз больше массы электрона, так что почти вся масса материи обусловлена составляющими ее протонами. Протон не встречается в чистом виде, кроме как в водороде, который, по-видимому, является самой примитивной формой материи, его атом состоит из одного протона и одного электрона. В других атомах некоторое количество протонов и меньшее количество электронов сцементированы вместе, образуя ядро; электроны, необходимые для баланса, разбросаны, как удаленные спутники ядра, и могут даже покидать атом и свободно блуждать по материалу. Диаметр электрона составляет около 1/50000 диаметра атома; диаметр ядра не намного больше; изолированный протон, как предполагается, еще намного меньше.

Тридцать лет назад было много споров по вопросу об увлечении эфира — увлекает ли Земля, движущаяся вокруг Солнца, эфир за собой. В то время твердость атома не подвергалась сомнению, и трудно было поверить, что материя может проталкиваться сквозь эфир, не тревожа его. Было удивительно и озадачивающе обнаружить в результате экспериментов, что никакого увлечения эфира не происходит. Но теперь мы понимаем, что эфир может проскальзывать сквозь атомы так же легко, как сквозь солнечную систему, и наши ожидания прямо противоположны.

Мы вернемся к атому «солнечной системы» в следующих главах. В настоящее время нас интересуют две вещи: (1) его крайняя пустота и (2) тот факт, что он состоит из электрических зарядов.

Ядерная теория атома Резерфорда обычно не считается одной из научных революций нынешнего века. Это было далеко идущее открытие, но открытие, попадающее в рамки классической схемы физики. Природу и значение открытия можно было изложить простыми словами, т.е. в терминах концепций, уже существующих в науке. Эпитет «революционный» обычно резервируется для двух великих современных разработок — теории относительности и квантовой теории. Это не просто новые открытия относительно содержания мира; они включают изменения в нашем способе мышления о мире. Их нельзя сразу изложить простыми словами, потому что мы должны сначала освоить новые концепции, о которых не мечтали в классической схеме физики.

Я не уверен, что фраза «классическая физика» когда-либо была четко определена. Но общая идея заключается в том, что система естественного закона, разработанная Ньютоном в «Principia», предоставила образец, которому, как можно было ожидать, будут следовать все последующие разработки. В рамках этой схемы были возможны большие изменения взглядов; волновая теория света вытеснила корпускулярную теорию; теплота была изменена с субстанции (теплорода) на энергию движения; электричество — с непрерывной жидкости на ядра деформации в эфире. Но все это было учтено в эластичности первоначальной схемы. Волны, кинетическая энергия и деформация уже имели свое место в схеме; и применение тех же концепций для объяснения более широкого круга явлений было данью уважения всеохватности первоначального взгляда Ньютона.

Теперь мы должны увидеть, как классическая схема потерпела крах.

Лоренцево сокращение. Мы можем лучше всего начать со следующего факта. Предположим, у вас есть стержень, движущийся с очень большой скоростью. Пусть он сначала направлен поперек линии своего движения. Теперь поверните его на прямой угол так, чтобы он оказался вдоль линии движения. Стержень сокращается. Он короче, когда он вдоль линии движения, чем когда он поперек линии движения.

Это сокращение, известное как Лоренцево сокращение, чрезвычайно мало при всех обычных обстоятельствах. Оно совсем не зависит от материала стержня, а только от скорости. Например, если скорость составляет 19 миль в секунду — скорость Земли вокруг Солнца — сокращение длины составляет 1 часть на 200 000 000, или 2½ дюйма в диаметре Земли.

Это демонстрируется рядом экспериментов различных видов, из которых самый ранний и самый известный — эксперимент Майкельсона-Морли, впервые проведенный в 1887 году, повторенный более точно Морли и Миллером в 1905 году, и снова несколькими наблюдателями за последние год или два. Я не собираюсь описывать эти эксперименты, кроме как упомянуть, что удобный способ придать вашему стержню большую скорость — это перевозить его на Земле, которая движется с высокой скоростью вокруг Солнца. Также я не буду обсуждать здесь, насколько полно доказательство, предоставляемое этими экспериментами. Гораздо важнее, чтобы вы поняли, что сокращение — это именно то, чего следовало бы ожидать, исходя из наших текущих знаний о материальном стержне.

Вы удивлены, что размеры движущегося стержня могут быть изменены просто путем направления его разными способами. Вы ожидаете, что они останутся неизменными. Но о каком стержне вы думаете? (Вы помните мои два стола.) Если вы думаете о непрерывной субстанции, простирающейся в пространстве, потому что природа субстанции — занимать пространство, тогда, кажется, нет никакой веской причины для изменения размеров. Но научный стержень — это рой электрических частиц, несущихся вокруг и широко отделенных друг от друга. Чудо в том, что такой рой должен стремиться сохранить какую-либо определенную протяженность. Частицы, однако, сохраняют определенное среднее расстояние, так что весь объем остается практически постоянным; они оказывают электрические силы друг на друга, и объем, который они заполняют, соответствует балансу между силами, притягивающими их друг к другу, и разнообразными движениями, стремящимися раздвинуть их. Когда стержень приводится в движение, эти электрические силы меняются. Электричество в движении составляет электрический ток. Но электрические токи порождают силы другого типа, чем те, что обусловлены электричеством в покое, а именно магнитные силы. Более того, эти силы, возникающие из движения электрических зарядов, естественно, будут иметь разную интенсивность в направлениях вдоль и поперек линии движения.

Приводя в движение стержень со всеми содержащимися в нем маленькими электрическими зарядами, мы вводим новые магнитные силы между частицами. Очевидно, что первоначальный баланс нарушается, и среднее расстояние между частицами должно измениться, пока не будет найден новый баланс. И так протяженность роя частиц — длина стержня — меняется.

В Лоренцевом сокращении действительно нет ничего таинственного. Это было бы неестественным свойством стержня, представляемого по-старому как непрерывная субстанция, занимающая пространство в силу своей субстанциальности; но это совершенно естественное свойство роя частиц, удерживаемых в тонком балансе электромагнитными силами и занимающих пространство путем отталкивания всего, что пытается войти. Или вы можете посмотреть на это так: ваше ожидание, что стержень сохранит свою первоначальную длину, предполагает, конечно, что он получает справедливое обращение и не подвергается никаким новым напряжениям. Но стержень в движении подвергается новому магнитному напряжению, возникающему не из-за несправедливого внешнего вмешательства, а как необходимое следствие его собственной электрической конституции; и под этим напряжением происходит сокращение. Возможно, вы подумаете, что если бы стержень был достаточно жестким, он мог бы противостоять сжимающей силе. Это не так; Лоренцево сокращение одинаково для стержня из стали и для стержня из индийской резины; жесткость и сжимающее напряжение связаны с конституцией таким образом, что если одно велико, то велико и другое. Необходимо избавиться от идеи, что эта неспособность сохранять постоянную длину является несовершенством стержня; он несовершенен только по сравнению с воображаемым «чем-то», которое не имеет этой электрической конституции — и, следовательно, вообще не является материальным. Лоренцево сокращение — это не несовершенство, а фиксированное и характерное свойство материи, подобно инерции.

Мы здесь сделали качественный вывод из электрической структуры материи; мы должны оставить математику для расчета количественного эффекта. Проблема была разработана Лоренцем и Лармором около 1900 года. Они рассчитали изменение среднего расстояния частиц, необходимое для восстановления баланса после того, как он был нарушен новыми силами из-за изменения движения зарядов. Было обнаружено, что этот расчет дает точно Лоренцево сокращение, т.е. величину, уже выведенную из вышеупомянутых экспериментов. Таким образом, у нас есть две опоры. Некоторые предпочтут доверять результатам, потому что они кажутся хорошо установленными экспериментом; другие будут легче убеждены знанием того, что Лоренцево сокращение является необходимым следствием системы электромагнитных законов, общепринятых со времен Максвелла. И эксперименты, и теории иногда ошибаются; так что вполне хорошо иметь обе альтернативы.

Последствия сокращения. Один этот результат, хотя он, возможно, не совсем ведет вас к теории относительности, должен вызвать у вас беспокойство по поводу классической физики. Физик, когда он хочет измерить длину — а он не может далеко продвинуться ни в одном эксперименте, не измерив длину, — берет масштаб и поворачивает его в нужном направлении. Ему никогда не приходило в голову, что, несмотря на все предосторожности, масштаб изменит длину, когда он это сделает; но если Земля не находится в покое, изменение должно произойти. Постоянство измерительного масштаба — это скала, на которой было воздвигнуто все здание физики; и эта скала рассыпалась. Вы можете подумать, что это предположение не могло сильно подвести физика; изменения длины не могут быть серьезными, иначе их заметили бы. Подождите и увидите.

Давайте посмотрим на некоторые последствия Лоренцева сокращения. Сначала возьмем то, что может показаться довольно фантастическим случаем. Представьте, что вы на планете, движущейся очень быстро, скажем, 161 000 миль в секунду. Для этой скорости сокращение составляет одну вторую. Любое твердое тело сокращается до половины своей первоначальной длины при повороте с поперечного на продольное направление к линии движения. Железнодорожная поездка между двумя городами, которая составляла 100 миль в полдень, сокращается до 50 миль в 6 часов вечера, когда планета повернулась на прямой угол. Жители копируют Алису в Стране чудес; они растягиваются и сжимаются, как телескоп.

Я не знаю планеты, движущейся со скоростью 161 000 миль в секунду, но я мог бы указать на спиральную туманность далеко в космосе, которая движется со скоростью 1000 миль в секунду. Она вполне может содержать планету, и (говоря непрофессионально) возможно, я не буду слишком вольно обращаться с фактами, если помещу на ней разумных существ. При скорости 1000 миль в секунду сокращение недостаточно велико, чтобы быть заметным в обычных делах; но оно вполне достаточно велико, чтобы быть заметным в измерениях научной или даже инженерной точности. Одна из самых фундаментальных процедур в физике — измерять длины масштабом, перемещаемым любым способом. Представьте себе смятение физиков на этой планете, когда они узнают, что совершили ошибку, полагая, что их масштаб является постоянной мерой длины. Какое дело — вернуться ко всем когда-либо проведенным экспериментам, применить поправки на ориентацию масштаба в то время, а затем рассмотреть заново выводы и систему физических законов, которые должны быть выведены из исправленных данных! Как должны быть благодарны наши собственные физики, что они не в этой убегающей туманности, а на прилично медленно движущейся планете, такой как Земля!

Но подождите момент. Так ли уж верно, что мы на медленно движущейся планете? Я могу представить астрономов в той туманности, наблюдающих далеко в космосе незначительную звезду, сопровождаемую незначительной планетой под названием Земля. Они также наблюдают, что она движется с огромной скоростью 1000 миль в секунду; потому что, естественно, если мы видим, что они удаляются от нас со скоростью 1000 миль в секунду, они увидят, что мы удаляемся от них со скоростью 1000 миль в секунду. «Тысяча миль в секунду!» — восклицают туманностные физики. — «Как неудачно для бедных физиков на Земле! Лоренцево сокращение будет вполне заметным, и все их измерения масштабами будут серьезно неверны. Какую странную систему законов Природы они вывели, если упустили эту поправку!»

Нет способа решить, кто прав — кому из нас наблюдаемая относительная скорость 1000 миль в секунду действительно принадлежит. Астрономически галактика, членом которой является Земля, не кажется более важной, более центральной, чем туманность. Презумпция, что именно мы находимся ближе всего к покою, не имеет серьезного основания; это просто самодовольство.

«Но», скажете вы, «ведь если бы эти заметные изменения длины происходили на Земле, мы бы обнаружили их своими измерениями». Это подводит меня к интересному моменту. Мы не могли бы обнаружить их никаким измерением; они могут происходить и все же оставаться совершенно незамеченными. Позвольте мне попытаться показать, как это происходит.

Эта комната, скажем, движется со скоростью 161 000 миль в секунду вертикально вверх. Это мое утверждение, и вам предстоит доказать, что оно неверно. Я поворачиваю руку из горизонтального положения в вертикальное, и она сокращается до половины своей первоначальной длины. Вы мне не верите? Тогда принесите ярдовую линейку и измерьте ее. Сначала горизонтально, результат — 30 дюймов; теперь вертикально, результат — 30 полудюймов. Вы должны учесть тот факт, что дюймовое деление масштаба сокращается до половины дюйма, когда ярдовая линейка поворачивается вертикально.

«Но мы видим, что ваша рука не становится короче; разве мы не можем доверять своим собственным глазам?»

Конечно, нет, если вы не помните, что когда вы встали сегодня утром, ваша сетчатка сократилась до половины своей первоначальной ширины в вертикальном направлении; следовательно, теперь она преувеличивает вертикальные расстояния в два раза по сравнению с горизонтальными расстояниями.

«Очень хорошо», отвечаете вы, «я не буду вставать. Я буду лежать в постели и наблюдать, как вы проделываете свой трюк в наклонном зеркале. Тогда с моей сетчаткой все будет в порядке, но я знаю, что все равно не увижу никакого сокращения».

Но движущееся зеркало не дает неискаженного изображения того, что происходит. Угол отражения света изменяется движением зеркала, точно так же, как угол отражения бильярдного шара изменился бы, если бы борт двигался. Если вы рассчитаете по обычным законам оптики эффект движения зеркала со скоростью 161 000 миль в секунду, вы обнаружите, что оно вносит искажение, которое как раз скрывает сокращение моей руки.

И так далее для каждого предложенного теста. Вы не можете опровергнуть мое утверждение, и, конечно, я не могу его доказать; я мог бы с таким же успехом выбрать и защищать любую другую скорость. Сначала это кажется противоречащим тому, что я сказал вам ранее — что сокращение было доказано и измерено экспериментами Майкельсона-Морли и другими, — но на самом деле никакого противоречия нет. Все они были нулевыми экспериментами, точно так же, как ваш эксперимент с наблюдением моей руки в наклонном зеркале был нулевым экспериментом. Искались определенные оптические или электрические последствия движения Земли того же типа, что и искажение изображений движущимся зеркалом; они были бы наблюдаемы, если бы не произошло сокращение как раз на нужную величину, чтобы компенсировать их. Они не были наблюдаемы; следовательно, компенсирующее сокращение произошло. Была только одна альтернатива; истинная скорость Земли сквозь пространство могла бы оказаться нулевой. Это было исключено повторением эксперимента шесть месяцев спустя, так как движение Земли не могло быть нулевым в обоих случаях. Таким образом, сокращение было продемонстрировано, а его закон зависимости от скорости проверен. Но фактическая величина сокращения в обоих случаях была неизвестна, так как истинная скорость Земли (в отличие от ее орбитальной скорости по отношению к Солнцу) была неизвестна. Она остается неизвестной, потому что оптические и электрические эффекты, с помощью которых мы могли бы надеяться измерить ее, всегда компенсируются сокращением.

Я сказал, что постоянство измерительного масштаба — это скала, на которой было воздвигнуто здание физики. Здание также поддерживалось дополнительными опорами, потому что оптические и электрические устройства часто могут использоваться вместо материальных масштабов для установления длин и расстояний. Но мы обнаруживаем, что все они объединены в заговоре, чтобы не выдавать друг друга. Скала рассыпалась, и одновременно все остальные опоры рухнули.

Рамки пространства. Теперь мы можем вернуться к спору между туманностными физиками и нами. Один из нас имеет большую скорость, и его научные измерения серьезно затронуты сокращением его масштабов. Каждый до сих пор принимал как должное, что именно другой парень совершает ошибку. Мы не можем урегулировать спор апелляцией к эксперименту, потому что в каждом эксперименте ошибка вносит две погрешности, которые как раз компенсируют друг друга.

Это любопытный вид ошибки, который всегда несет с собой свою собственную компенсацию. Но помните, что компенсация применяется только к явлениям, которые действительно наблюдаются или способны к наблюдению. Компенсация не применяется к промежуточной части нашего вывода — той системе вывода из наблюдения, которая формирует классическую физическую теорию вселенной.

Предположим, что мы и туманностные физики исследуем мир, то есть мы распределяем окружающие объекты по их соответствующим положениям в пространстве. Одна сторона, скажем, туманностные физики, имеет большую скорость; их ярдовые линейки сократятся и станут меньше ярда, когда они будут измерять расстояния в определенном направлении; следовательно, они будут считать расстояния в этом направлении слишком большими. Не имеет значения, используют ли они ярдовую линейку, или теодолит, или просто оценивают расстояния на глаз; все методы измерения должны соглашаться. Если бы движение вызывало несогласие любого рода, мы смогли бы определить движение, наблюдая величину несогласия; но, как мы уже видели, и теория, и наблюдение указывают на то, что существует полная компенсация. Если туманностные физики попытаются построить квадрат, они построят прямоугольник. Никакой тест никогда не сможет открыть им, что это не квадрат; величайший прогресс, которого они могут достичь, — это признать, что есть люди в другом мире, которым пришло в голову, что это прямоугольник, и они могут быть достаточно широкими в своих взглядах, чтобы признать, что эта точка зрения, какой бы абсурдной она ни казалась, действительно так же защитима, как и их собственная. Ясно, что их вся концепция пространства искажена по сравнению с нашей, а наша искажена по сравнению с их. Мы рассматриваем одну и ту же вселенную, но мы расположили ее в разных пространствах. Первоначальный спор о том, движемся ли они или мы со скоростью 1000 миль в секунду, создал такой глубокий раскол между нами, что мы даже не можем использовать одно и то же пространство.

Пространство и время — это слова, передающие более одного значения. Пространство — это пустая пустота; или это такое-то количество дюймов, акров, пинт. Время — это вечно текущий поток; или это что-то, сигнализируемое нам по беспроводной связи. У физика нет применения для расплывчатых концепций; у него они часто есть, увы! но он не может найти им реального применения. Поэтому, когда он говорит о пространстве, он всегда должен иметь в виду дюймы или пинты. Именно с этой точки зрения наше пространство и пространство туманностных физиков — это разные пространства; расчет дюймов и пинт различен. Чтобы избежать возможного недопонимания, возможно, лучше сказать, что у нас разные рамки пространства — разные рамки, к которым мы относим расположение объектов. Не думайте, однако, о рамке пространства как о чем-то сознательно искусственном; рамка пространства приходит в наш разум с нашим первым восприятием пространства. Рассмотрим, например, более экстремальный случай, когда Лоренцево сокращение равно одной второй. Если человек принимает прямоугольник 2″ x 1″ за квадрат, ясно, что пространство должно было возникнуть в его интеллекте способом, сильно отличающимся от того, каким мы его постигли.

Рамка пространства, используемая наблюдателем, зависит только от его движения. Наблюдатели на разных планетах с одинаковой скоростью (т.е. имеющие нулевую относительную скорость) согласятся относительно расположения объектов вселенной; но наблюдатели на планетах с разными скоростями имеют разные рамки расположения. Вы можете спросить, как я могу быть так уверен в том, как эти воображаемые существа будут интерпретировать свои наблюдения? Если это возражение будет настаиваться, я не буду защищаться; но те, кому не нравятся мои воображаемые существа, должны столкнуться с альтернативой следования аргументу с математическими символами. Наша цель состояла в том, чтобы выразить в удобно постижимой форме определенные результаты, которые следуют из земных экспериментов и расчетов относительно эффекта движения на электрические, оптические и метрические явления. Столько тщательной работы было проделано по этому предмету, что наука находится в состоянии заявить, каково будет следствие проведения измерений инструментами, движущимися с высокой скоростью, — будь то инструменты технического типа или, например, человеческая сетчатка. Только в одном отношении я рассматриваю своего туманностного наблюдателя как нечто большее, чем кусок регистрирующего аппарата; я предполагаю, что он подвержен общей слабости человеческой природы, а именно: он принимает как должное, что именно его планету Бог главным образом имел в виду, когда создавалась вселенная. Следовательно, он (как, возможно, мой читатель?) не склонен серьезно относиться к взглядам на расположение тех людей, которые настолько заблуждаются, что движутся со скоростью 1000 миль в секунду относительно его приходского насоса.

Исключительно скромный наблюдатель мог бы взять какую-то другую планету, кроме своей собственной, в качестве стандарта покоя. Тогда ему пришлось бы скорректировать все свои измерения на Лоренцево сокращение из-за его собственного движения по отношению к стандарту, и исправленные измерения дали бы рамку пространства, принадлежащую стандартной планете, как первоначальные измерения дали рамку пространства его собственной планеты. Для него дилемма еще более острая, ибо нет ничего, что могло бы направить его в выборе планеты для стандарта покоя. Как только он отказывается от наивного предположения, что его собственная рамка — единственная правильная рамка, возникает вопрос: какая тогда из бесчисленных других рамок правильная? Ответа нет, и, насколько мы можем видеть, нет возможности ответа. Тем временем все его экспериментальные измерения ждут своего сокращения, потому что поправки, которые должны быть применены к ним, зависят от ответа. Боюсь, наш скромный наблюдатель будет довольно сильно отставать от своих менее скромных коллег.

Возникающая проблема заключается не в том, что мы обнаружили что-то заведомо неверное в системе отсчета, используемой в нашей физической системе; она не привела к экспериментальным противоречиям. Единственное, что, как известно, «неверно» в ней, — это то, что она не является единственной. Если бы мы обнаружили, что наша система неудовлетворительна, а другая предпочтительнее, это не вызвало бы великой революции в мышлении; но обнаружение того, что наша система — лишь одна из многих, каждая из которых одинаково удовлетворительна, ведет к изменению интерпретации значимости системы отсчета.

Возражения «здравого смысла». Прежде чем идти дальше, я должен ответить критику, который возражает от имени здравого смысла. Пространство — его пространство — столь живо для него. «Этот объект очевидно здесь; тот объект — прямо там. Я знаю это; и я не позволю поколебать себя никаким количеством научного обскурантизма по поводу сокращения измерительных стержней».

У нас есть определенные предвзятые идеи о расположении в пространстве, которые достались нам от предков, похожих на обезьян. Они глубоко укоренились в нашем способе мышления, поэтому очень трудно критиковать их беспристрастно и осознать, на сколь ненадежном фундаменте они покоятся. Мы обычно предполагаем, что каждый из окружающих нас объектов имеет определенное местоположение в пространстве и что мы «осознаем» правильное местоположение. Объекты в моем кабинете действительно находятся в тех положениях, в которых я «осознаю», что они находятся; и если наблюдатель (на другой звезде), осматривающий комнату с помощью измерительных стержней и т. д., обнаруживает иное расположение, он просто выдумывает научный парадокс, который не колеблет реальных фактов расположения, очевидных для любого человека со здравым смыслом. Это отношение с презрением отвергает вопрос: как я осознаю местоположение? Если местоположение определяется научными измерениями с тщательными предосторожностями, мы вполне готовы предположить всевозможные способы, которыми прибор мог сработать неверно; но если знание о местоположении получено без всяких предосторожностей, если оно просто приходит нам в голову без всяких усилий, то оно очевидно истинно, и сомневаться в нем значило бы идти наперекор здравому смыслу! У нас есть своего рода впечатление (хотя мы не любим признавать это), что разум протягивает щупальце в пространство, чтобы непосредственно установить, где находится каждый знакомый объект. Это чепуха; наше знание о местоположении, основанное на здравом смысле, получено не таким путем. Строго говоря, это чувственное знание, а не знание здравого смысла. Оно частично получено с помощью осязания и передвижения; такой-то объект находится на расстоянии вытянутой руки или в нескольких шагах. Есть ли какое-либо существенное различие (помимо его грубости) между этим методом и научными измерениями с помощью линейки? Оно частично получено с помощью зрения — грубая версия научного измерения с помощью теодолита. Наше обыденное знание о том, где находятся вещи, не является чудесным откровением неоспоримого авторитета; это вывод из наблюдений того же рода, что и сделанные при научном исследовании, но более грубых. В пределах своей точности схема расположения объектов, которую я инстинктивно «осознаю», совпадает с моей научной схемой расположения, или пространственной системой отсчета.

Когда мы используем тщательно изготовленную линзу телескопа и сенсибилизированную пластинку вместо хрусталика и сетчатки глаза, мы повышаем точность, но не меняем характер нашего исследования пространства. Именно благодаря этому повышению точности мы «осознали» определенные характеристики пространства, которые не были известны нашему предку, похожему на обезьяну, когда он заложил общие идеи, дошедшие до нас. Его схема расположения работает последовательно до тех пор, пока нет значительного изменения в его движении (несколько миль в секунду не создают заметной разницы); но большое изменение влечет за собой переход к другой системе расположения, которая также внутренне непротиворечива, хотя и несовместима с исходной. Имея любое количество таких систем расположения, или пространственных систем отсчета, мы больше не можем притворяться, что каждая из них указывает, «где именно находятся вещи». Местоположение — это не нечто сверхъестественно открытое разуму; это своего рода условное обобщение тех свойств или отношений объектов, которые обусловливают определенные зрительные и осязательные ощущения.

Не показывает ли это, что «правильное» расположение в пространстве не может быть столь важным и фундаментальным, как это представлено в ньютоновской системе вещей? Различные наблюдатели могут обращаться с ним как угодно без пагубных последствий.

Предположим, что местоположение — я не скажу, что это полностью миф, но не совсем та определенная вещь, какой она представлена в классической физике; что ньютоновская идея местоположения содержит некоторую истину и некоторое дополнение, и именно из-за этого дополнения, а не из-за истины, спорят наши наблюдатели. Это многое объяснило бы. Это объяснило бы, например, почему все силы природы, по-видимому, вступили в заговор, чтобы помешать нам обнаружить определенное местоположение любого объекта (его положение в «правильной» системе отсчета); естественно, они не могут раскрыть его, если его не существует.

Эта мысль будет развита в следующей главе. Тем временем давайте оглянемся на аргументы, которые привели к нынешней ситуации. Она возникает из-за несостоятельности нашей столь надежной измерительной шкалы, несостоятельности, которую мы можем вывести из веских экспериментальных доказательств или, проще, как неизбежное следствие принятия электрической теории материи. Это непредвиденное поведение является постоянным свойством всех видов материи и даже присуще оптическим и электрическим измерительным приборам. Таким образом, оно не выдает себя никаким расхождением при применении обычных методов измерения. Расхождение обнаруживается, когда мы меняем стандартное движение измерительных приборов, например, когда мы сравниваем длины и расстояния, измеренные земными наблюдателями, с теми, которые были бы измерены наблюдателями на планете с другой скоростью. Условно мы будем называть измеренные длины, содержащие это расхождение, «фиктивными длинами».

Согласно ньютоновской схеме, длина определенна и уникальна; и каждый наблюдатель должен применять поправки (зависящие от его движения), чтобы привести свои фиктивные длины к уникальной ньютоновской длине. Но против этого есть два возражения. Поправки для приведения к ньютоновской длине неопределенны; мы знаем поправки, необходимые для приведения наших собственных фиктивных длин к тем, которые измерены наблюдателем с любым другим заданным движением, но нет критерия для решения, какая система является той, что подразумевалась в ньютоновской схеме. Во-вторых, вся современная физика была основана на длинах, измеренных земными наблюдателями без этой поправки, так что, хотя ее утверждения якобы относятся к ньютоновским длинам, на самом деле они были доказаны для фиктивных длин.

Лоренцево сокращение может показаться мелочью, способной обрушить всю структуру классической физики. Но найдется очень мало экспериментов, вносящих вклад в наши научные знания, которые не были бы обесценены, если бы наши методы измерения длин были фундаментально неверными. Мы теперь обнаруживаем, что нет никакой гарантии, что они не подвержены систематической ошибке. Хуже того, мы не знаем, возникает ли ошибка или нет, и есть все основания предполагать, что узнать это невозможно.

Глава II ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ

Принцип Эйнштейна. Скромный наблюдатель, упомянутый в первой главе, столкнулся с задачей выбора между рядом пространственных систем отсчета, не имея ничего, что могло бы направить его выбор. Они различны в том смысле, что по-разному оформляют материальные объекты мира, включая самого наблюдателя; но они неразличимы в том смысле, что мир, оформленный в одном пространстве, ведет себя согласно точно таким же законам, как и мир, оформленный в другом пространстве. Из-за случайности рождения на конкретной планете наш наблюдатель до сих пор бездумно принимал одну из систем отсчета; но он понимает, что это не основание для упрямого утверждения, что она должна быть правильной системой отсчета. Какая система отсчета правильная?

На этом этапе Эйнштейн выступает с предложением —

«Вы ищете систему отсчета, которую называете правильной. В чем заключается ее правильность?»

Вы стоите с ярлыком в руке перед рядом совершенно одинаковых упаковок. Вы обеспокоены, потому что нет ничего, что помогло бы вам решить, к какой из упаковок его следует прикрепить. Посмотрите на ярлык и увидьте, что на нем написано. Ничего.

«Правильная» применительно к системам отсчета — это пустой ярлык. Он подразумевает, что есть нечто, отличающее правильную систему от неправильной; но когда мы спрашиваем, что это за отличительное свойство, единственный ответ, который мы получаем, — «правильность», что не делает смысл яснее и не убеждает нас в том, что смысл вообще есть.

Я готов признать, что системы отсчета, несмотря на их нынешнее сходство, в будущем могут оказаться не совсем неразличимыми. (Я считаю это маловероятным, но не исключаю.) Будущий физик может обнаружить, что система отсчета, принадлежащая, скажем, Арктуру, уникальна в отношении какого-то свойства, еще не известного науке. Тогда, несомненно, наш друг с ярлыком поспешит прикрепить его. «Я же говорил. Я знал, что имел в виду что-то, когда говорил о правильной системе отсчета». Но не кажется прибыльным занятием издавать странные звуки в надежде, что потомки найдут значение, которое можно им приписать. Тем, кто сейчас твердит о правильной системе отсчета, мы можем ответить словами ткача Основы —