Описывает ли теория реальность?

Весьма поверхностный взгляд на СТО действительно может привести нас к антиреализму Бора. Здесь, как правило, намекают на то, что теория Эйнштейна говорит, что все в этом мире относительно, т. е. нет универсалий, нет единственного истинного взгляда на вещи и т. д.; то, как мы смотрим на вещи, всегда относительно наблюдателя, взгляд одного может существенно отличаться от взглядов другого, и нет никакой возможности утверждать, что один из них ошибочен. Все, о чем можно говорить, - это субъективные представления, а они относительны.

Конечно, считать, что теория Эйнштейна утверждает, что все относительно, - это значит весьма далеко отойти от того смысла, который заложил в нее Эйнштейн. СТО в буквальном смысле «построена» на универсалиях. К концептуальным основаниям теории относятся абсолютность (инвариантный характер) законов физики и скорости света. Собственно говоря, СТО - это теория об абсолютных и универсальных характеристиках нашего мира, относительные характеристики (длина объекта, время в данной системе отсчета и т. д.) не играют в ее рамках решающей роли. Например, электрический заряд и пространственно-временной интервал - это инварианты, т. е. сохраняются во всех инерциальных системах отсчета, а длина объекта инвариантом не является.

Демонстрация того, что ряд свойств являются относительными (длина и время), еще ничего не говорит об относительности всех свойств. Более того, являются ли анализируемые свойства относительными по отношению к нам, наблюдателю, или нет? Другими словами, является ли знание об относительности длины или времени субъективным, в том смысле, как это подразумевает Бор? На наш взгляд, нет.

Эффект сокращения длины не является следствием акта измерения длины. Данное обстоятельство существенно отличает интерпретацию этого явления от интерпретации, например, изменения температуры в комнате, оценка последнего существенно зависит от состояния наблюдателя. Время жизни мюонов «растягивается» при движении с большими скоростями; описание того, как долго они существуют, как быстро движутся и какой за это время проходят путь, - это описание того, что в дей- ствительности происходит в природе, например в том случае, когда на землю обрушиваются космические лучи3.

Вне всякого сомнения, хороший пример демонстрации объективности СТО - это ее использование для проектирования электронного микроскопа или ускорителя и способность манипулирования с объектами, которые в них изучаются [Хакинг, 1998]. Например, линейный ускоритель в Стэн- форде или ускоритель в Институте ядерной физики в Новосибирске разгоняет электроны практически до скорости света. При таких скоростях релятивистские эффекты достаточно значительны и обязательно учитываются. Такие характеристики, как длина, время или масса, определяются исключительно относительно выбранной системы отсчета4. Можно даже рассматривать их как двухместные отношения, состоящие из самой характеристики (длина 10 м) и указания соответствующей системы отсчета. В данном случае мы утверждаем относительность не того, как мы «смотрим» на вещи, а того, каковы вещи в действительности. Вещи имеют длину или данные события являются одновременными только по отношению к данной системе отсчета .

Вернемся к Бору и к тому, что физика касается вопроса, «что мы можем сказать о природе?».

Таким образом, интерпретация СТО основана на выделении относительных и абсолютных характеристик вещей. Отметим, что ряд свойств, например длина или интервал времени, используют представление о различных точках в пространстве и времени (длина - это расстояние между двумя точками в пространстве и т. д.). В связи с этим особого анализа требует вопрос об относительности свойств одной (выделенной) точки в пространстве-времени СТО. Обратимся к парадоксу близнецов, который, на наш взгляд, адекватно интерпретирует объективный характер понятия события в рамках СТО (мы предполагаем, что читатель может самостоятельно овладеть основами СТО) (см. дополнение А).

В момент встречи Ричард моложе чем Боб, и нам совершенно не важно, как происходит сравнение или какими они друг другу кажутся. Ричард объективно моложе. Причем мы можем переформулировать парадокс близнецов, например для радиоактивных образцов, два из которых закреплены на противоположных концах стола, а третий движется от одного (первого) к другому (второму). В системе отсчета, связанной со столом, закрепленные образцы имеют один «возраст» (количество распав- шихся атомов одинаково), а третий (движущийся) образец в тот момент, когда достигнет второго, будет «моложе» (в нем количество нераспав- шихся атомов будет больше). СТО объясняет это явление с позиции представления о различных системах отсчета: движущейся и неподвижной, а не с помощью апелляции к различным влияниям, которые оказывает на него наблюдатель.

Поскольку все измерения должны проводиться в одной системе отсчета, релятивистские эффекты, связывающие различные системы отсчета, должны оказывать влияние на наши измерения (наблюдения).

Перейдем к анализу ОТО. Что произойдет, если мы перейдем от обсуждения относительности таких свойств, как длина или одновременность, к таким свойствам, как кривизна или гравитационное красное смещение, являются ли эти свойства свойствами реальности как таковой или всего лишь отражают характеристики нашего взаимодействия с ней? Предваряя анализ такого свойства, как кривизна, мы задавались вопросом: является ли кривизна свойством реальности, которое мы измеряем, или скорее свойством самого процесса измерения? На наш взгляд, для того чтобы разобраться с этим, необходимо сначала обратиться к вопросу о причинах, побудивших Эйнштейна перейти от СТО к ОТО.

В общем случае можно сказать, что согласно СТО некоторые свойства вещей являются эффектами состояния движения инерциальных систем отсчета. Переход к ОТО сопровождается расширением нашего представления о системах отсчета, в которых сохраняются законы физики, мы переходим от анализа инерциальных систем отсчета к анализу неинерци- альных (движущихся ускоренно) систем отсчета. Аналогично представлениям СТО эффекты ОТО также будут отражать объективный характер вещей, не зависящий от воли наблюдателя.

Мы говорим, что ОТО - это теория гравитации Эйнштейна, поскольку принцип эквивалентности действительно сводит объяснение ряда наблюдаемых эффектов к эффектам, вызванным наличием гравитационного поля. Данное обстоятельство является важным, так как обнаруживает асимметрию наших представлений о релятивистских эффектах ОТО, которой не было в рамках СТО. Теперь состояния, «близкие» и «далекие» от источника гравитационного поля, будут подвержены одному и тому же эффекту с разной «силой» (часы вблизи Солнца будут идти медленнее, чем в удалении от него).

Таким образом, теория относительности (как специальная, так и общая) в целом не в состоянии служить обоснованием утверждения Бора относительно природы физики. Теория относительности ни в коей мере не допускает, что объективная независимая реальность, которую изучает физика, не существует, и вместе с тем убедительно показывает, что физическое описание необязательно включает субъективный фактор. Другим важным моментом является то, что теория относительности не «выставляет» каких-либо ограничений на исследование реальности «как того, что мы наблюдаем», она объясняет, какая часть явления связана с нашей субъективностью, и не препятствует изучению реальности «как она есть на самом деле».

Все это верно только в том случае, если мы игнорируем следующий вопрос: как мы можем убедить себя в том, что теория относительности истинна? Мы можем спросить себя: возможно, более широкий взгляд, вовлекающий в анализ не только содержание теории, но и ее обоснование, является достаточным основанием, чтобы выдвинуть утверждение относительно пределов физики, аналогичное утверждению Бора? Данный вопрос особенно важен для анализа ОТО, поскольку описание реальности в ее рамках является более фундаментальным, чем в рамках СТО. СТО характеризует свойства, которые можно непосредственно наблюдать и измерять, такие как длина автомобиля или время, за которое жук-короед съедает полтонны коры. В свою очередь, ОТО описывает свойства, которые мы не можем непосредственно наблюдать, например кривизну пространства-времени. Переход к более абстрактным сущностям или объектам накладывает существенные ограничения на эпистемологическую стратегию обоснования знания о них.