Абсолютность и конвенциональность скорости света

В рамках СТО можно обнаружить аналогичный тип конвенционального соглашения. В рамках ОТО геометрия пространства зависит от выбора конвенции относительно измерения. Сама природа не дает нам возможности выбрать одну из моделей интерпретации измерений и соответственно не позволяет выбрать геометрию.
В рамках СТО в пределах одной системы отсчета одновременность двух различных (удаленных) событий зависит от соглашения о скорости света «в одну сторону». Ограничив анализ одной системой отсчета, мы можем рассмотреть одновременные события, например две вспышки света. В любом случае ответ на вопрос о том, были ли события одновременными, будет зависеть от регистрации этих вспышек в середине пространственного интервала, их разделяющего. Говоря об относительности событий в разных инерциальных системах отсчета, мы всегда предполагаем, что свет в различных направлениях движется с одинаковой скоростью, однако это всего лишь наше соглашение. Скорость света является абсолютной, т. е. одинаковой во всех инер- циальных системах отсчета, она не зависит от движения источника света, ни один сигнал не может распространяться быстрее ее и т. д. Однако нет никакого концептуального требования, чтобы в данной системе отсчета она была одинаковой во всех направлениях. Все возможные измерения скорости света - это измерения «туда и обратно», те измерения, которые говорят нам о скорости света «в одну сторону», используют часы, которые уже синхронизованы в терминах одновременности событий, и используют представление о той однонаправленной скорости, которую намереваются измерить. Прямых измерений скорости света «в одну сторону» нет. Нет экспериментальных данных, которые могли бы подтвердить, что скорость света «в одну сторону» отличается от известного значения с. Мы не можем определить скорость света «в одну сторону» в рамках СТО, это предмет конвенции, аналогичный соглашению относительно природы измерительных средств в рамках ОТО.

Данный пример убедительно показывает, что наличие конвенционального элемента в теории не мешает этой теории адекватно отображать реальность. В данном случае конвенциональность - это не синоним субъективности. Приведенные выше рассуждения не затрагивают трактовок релятивистских эффектов, таких как сокращение длины или интервала времени, - это эффекты, возникающие вследствие наличия двух систем от- счета: движущейся и неподвижной. Является ли понятие одновременности относительным? Да, и в этом нет конвенциональности, договоренности или субъективности, - это результат СТО. Являются ли два события одновременными внутри одной системы отсчета? Ответ на этот вопрос зависит от нашего соглашения относительно скорости света «в одну сторону». Данное обстоятельство не означает, что мы не можем чего-то узнать о природе, скорее оно означает, что данное свойство (одновременность внутри одной системы отсчета) является недетерминированным. Это не свойство реальности, но если мы хотим говорить о реальности, то мы обязаны выбрать соглашение, и какой бы выбор мы ни сделали, мы придем к тому же описанию природы.

Приведем еще один пример - вопрос о конвенциональности выбора топологии реального пространства и времени.

Топология как предмет конвенции

Рассуждения, аналогичные приведенным выше, справедливы и для ОТО: один из аспектов теории указывает на то, что другой аспект не определен и является предметом конвенции. Выясним, в чем состоит различие геометрии и топологии. Рассмотрим поверхность (как двумерную, так и многомерную). Она может быть плоской или искривленной, бесконечной или ограниченной, может иметь конкретное число измерений (два для плоскости и четыре для пространства-времени Минковского), быть гладкой и непрерывной или дискретной и т. д. Некоторые из этих свойств требуют измерения интервалов длины, а некоторые не требуют. Например, число размерностей пространства не зависит от интервала длины между двумя точками, такими же являются свойства дискретности и непрерывности, а также ограниченности или неограниченности, - это топологические свойства. Те свойства, которые требуют измерения интервала длины, являются геометрическими.

Как показано выше, кривизна связана с определением длины, например длины окружности и диаметра, - это геометрическое свойство, такое же, как, например, свойство конечности и бесконечности. Различия между геометрическими и топологическими свойствами удобно представить, обратившись к аналогии пространства с мягкой растяжимой поверхностью.

Свойства, которые изменяются при деформации поверхности, являются геометрическими. Свойства, которые могут измениться только вследствие разрезания или склеивания различных частей поверхности, являются топологическими. Если положить на поверхность тяжелый шар, то кривизна будет означать изменение геометрии, но топология останется неизменной; свернув поверхность так, чтобы ее противоположные концы соприкасались, мы изменим топологию, превратим ограниченную поверхность в неограниченную.

Некоторые топологические свойства являются предметом соглашения, в том смысле, что предлагают альтернативные эмпирически эквивалентные интерпретации. Рассмотрим топологическое различие между цилиндром и открытой плоской поверхностью. Муравей, путешествующий по цилиндру в направлении, перпендикулярном оси, будет возвращаться в одно и то же место. Является ли фиксация того, что муравей постоянно будет возвращаться в одно и то же место, свидетельством в пользу топологической закрытости пространства? Нет, поскольку данный факт может наблюдаться и на плоской поверхности, если предположить наличие мест, полностью повторяющих (копирующих) друг друга. То, что кажется возращением в одно и то же место, может оказаться посещением другого, но полностью идентичного места. В силу того что эмпирические данные будут идентичны для обеих топологических моделей, мы можем заключить, что свойство открытости или закрытости пространства является недоопределенным эмпирическими данными.

В случае топологической конвенциональности мы практически всегда избегаем двусмысленности, нет эмпирических данных, которые способны заставить нас выбрать между цилиндрической и плоской поверхностями. Конвенциональность топологии - это абстрактное понятие, касающееся того, что мы можем сказать, а также возможного выбора, который мы сможем сделать, если появятся необходимые эмпирические данные. Более того, достаточно большое количество топологических свойств не являются конвенциональными и не являются недоопределенными эмпирическими данными. Например, свойство непрерывности (или дискретности) пространства не является конвенциональным, но оно является основанием, в свою очередь отвечающим за конвенциональность геометрии.

Четырехмерное пространство-время событий Минковского непрерывно, между любыми двумя точками континуума найдется бесконечное число других точек, с каждой из которых можно связать отдельное событие. Пространственно-временной интервал не может быть измерен как конечная сумма расстояний между точками, его составляющими, поскольку он содержит бесконечное число точек независимо от своей величины. Пространство-время само по себе, в силу своей непрерывности, не может предложить никакого «внутреннего» способа измерения длины, и именно поэтому нет никакой «внутренней» геометрии пространства- времени. Следует отметить, что это справедливо для теории относительности, однако и вся наука считает так же; если мы и говорим о дискретном элементе, то речь идет о пространственных масштабах, которые не поддаются описанию теорией относительности. Если бы пространство было дискретным, то интервал был бы простой суммой составляющих его частей. В данном случае нет необходимости устанавливать какие-либо конвенции относительно измерения, так как пространство-время само бы предложило нам способ измерения расстояний. Однако пространство- время, по крайней мере на макромасштабах, является непрерывным, а не дискретным.

Итак, что же конвенциональность, присутствующая в рамках теории относительности, будет означать по отношению к нашей способности познавать реальность «как таковую» или только то, «как она открывается нам»? Конвенциональность возникает непосредственно внутри теории и затрагивает соответствующие вопросы эпистемологического характера, в частности, относительно принятия или интерпретации теории. Означает ли неизбежный произвол в выборе таких важных составляющих теории, как скорость света «в одну сторону» или природа измерительных средств, то, что в теорию закрадывается субъективность в отношении окончательного описания реальности? Нет, по крайней мере, в том смысле, что наше описание - это не описание природы «как она открывается нам».

<< | >>
Источник: Головко Н. В.. Философские вопросы научных представлений о пространстве и времени. Концептуальное пространство-время и реальность: Учеб. пособие / Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск. 226 с.. 2006

Еще по теме Абсолютность и конвенциональность скорости света:

  1. Понятие об абсолютной и относительной скорости роста
  2. Скорость движения
  3. Скорость химических реакций
  4. Основные представления о скоростях
  5. СКОРОСТЬ ЗВУКА — НЕ ПРЕДЕЛ
  6. Скорость роста и физиологическая активность
  7. О СВОЙСТВАХ СВЕТА
  8. Внутренняя скорость естественного роста
  9. 2.1. Тахограмма скорости подъема талевого блока на высоту одной
  10. Влияние лимитирующих факторов на скорость роста
  11. НАУКА О КОНЦЕ СВЕТА
  12. Скорость, точность и тренировка психомоторики
  13. ЗАПАСЫ МЕТАЛЛОВ И СКОРОСТЬ ДЕНЕЖНОГО ОБРАЩЕНИЯ
  14. Источники света и осветительные приборы
  15. ФЛОТЫ СТАРОГО СВЕТА