ОБ ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ "ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ"
Алексей Алексеевич Тяпкин
ВВЕДЕНИЕ
|
... В мир с сокрушительной силой ворвалась теория относительности. ... Мне кажется, что ни до, ни после ни одна научная мысль, которой удавалось завладеть умами широких слоев публики, не производила равного по силе эффекта. Поль Дирак (1977) |
Созданная в первые годы нашего века теория положила начало радикальному преобразованию ранее сложившихся физических представлений, легла в основу современной физики. Но, несмотря на столь значительное место этой теории во всей системе современных научных знаний, в традиционном изложении истории ее создания на долгие годы утвердился односторонний подход с несвойственными для точной науки весьма существенными пробелами. В сложившейся историографии оказался особенно недооценен период непосредственно предшествующий созданию, когда в поисках решения возникших противоречий были выдвинуты исходные положения новой физической теории.
Столь невнимательное отношение к периоду формирования исходных принципов фундаментальной теории нельзя объяснить потерей интереса ученых к историческим деталям возникновения новых научных концепций. В тот же период в физике формировались также исходные положения другой новой, еще более радикальной физической теории – квантовой механики. Но в описании истории создания этой теории начальный период развития исходных идей всегда высоко оценивался как важнейший этап отхода от господствующих тогда принципов классической механики. Действительно, началом квантовой эпохи принято считать 1900 год, когда М. Планк выдвинул гипотезу дискретных энергетических состояний осциллятора и на ее основе установил формулу для спектра равновесного излучения абсолютно черного тела. Высоко оценены были и последующие идеи А. Эйнштейна (1905) о фотонах и Л. де Бройля (1923) о гипотетической волне, фазовая скорость которой определялась скоростью микрочастицы. Во всяком случае, всегда отмечалось, что эти идеи лежат в основе созданной Э.Шредингером волновой механики. Для наглядного выявления пробелов в историографии полезно проводить сравнение описаний эквивалентных периодов в развитии этих двух теорий, составляющих фундамент современной физики. Необычность выводов новой теории по самым, казалось бы, простым вопросам неизменно вызывала огромный интерес и за пределами научных кругов. Пожалуй, в широкой известности этой теории, в ее популярности, организованной, в основном, далекими от науки литераторами, и заключена одна из причин историографических отступлений от точного и объективного описания истории крупнейшего научного открытия XX века. Искажения истории состояли не только в полном забвении решающего вклада выдающегося французского ученого Анри Пуанкаре в начальный период формирования исходных идей новой теории, но и в недооценке его фундаментальных работ 1905(06) г. по созданию самой теории. Отступлением от явного замалчивания этих работ стало издание на русском языке в 1935 г. сборника работ классиков релятивизма под редакцией В.К. Фредерикса и Д.Д. Иваненко [I].1В отличие от изданного в 1913 г. в Германии сборника, русское издание включало основную работу А. Пуанкаре 1905(06) г. В примечаниях редакторов к статьям сборника было подчеркнуто, что осно­вная статья Пуанкаре "содержит в себе не только параллельную ей работу Эйнштейна, но в некоторых своих частях и значительно более позднюю - почти на три года - статью Минковского, а отчасти даже превосходит последнюю" ([1], с. 367), а факт забвения этой фундаментальной работы был охарактеризован как не имеющий аналогов в современной физике. Но и эта высокая оценка работы Пуанкаре оказала определенное влияние лишь среди узкого круга физиков-теоретиков и не сразу стала достоянием историков науки даже в России. Отмеченные искажения истории создания теории на примере истории квантовой механики были бы равносильны полному вычеркиванию из истории работы М. Планка 1900 г. и одновременному исключению В. Гейзенберга из числа создателей квантовой теории на основании, допустим, сложности для физиков развитого им в работе 1925 г. операторного формализма.2
Следует, однако, уточнить, что замалчивание основной работы Пуанкаре все же не было абсолютным на весь период до выхода сборника 1935 г. Редкой объективностью описания истории отличалась лишь обзорная статья 1921 г. в немецком издании энциклопедии математических наук, написанная будущим выдающимся теоретиком, двадцатилетним студентом Мюнхенского университета В. Паули [3], изданная затем отдельной книгой. Статья начиналась кратким (всего на 5 стр.) историческим обзором, ко­торый до выхода в 1953 году книги Уиттекера оставался самым полным и объективным.
Закончив неполный перечень работ, опубликованных в период, предшествующий созданию теории, Паули выделил для дальнейшего рассмотрения работы Лоренца [4], Пуанкаре [5] и Эйнштейна [6], "в которых были установлены положения и развиты соображения, образующие фундамент теории" [3]. Действительно, имеются все основания считать авторов этих фундаментальных работ основными создателями теории, хотя имелось различие во вкладах каждого из них. Но несмотря на большой успех книги Паули, многие ученые в последующем игнорировали его историческую оценку и в своих научных публикациях продолжали придерживаться широко распространенной в популярной литературе версии о единственном создателе теории - А.Эйнштейне. Издание в 1935 г. на русском языке сборника работ классиков под редакцией В.К. Фредерикса и Д.Д. Иваненко имело большое значение для последующего уточнения историографии теории. А высокая оценка работы Пуанкаре [5,6)], данная редакторами сборника в заключительных примечаниях, неслучайно была поддержана и получила дальнейшее развитие именно в России в работах следующего поколения физиков. Так, мною был составлен и в 1973 г. издан в "Атомиздате" самый полный сборник пионерских работ по специальной теории относительности, который включал переводы на русский язык статей Пуанкаре за 1895-1906 гг. [7]. А затем в 1984 А.А .Логуновым была опубликована книга "К работам Анри Пуанкаре О ДИНАМИКЕ ЭЛЕКТРОНА" [8]. Предлагая издать более полный сборник работ классиков релятивизма, я, на примере сборника "Принцип относительности" 1935 г.,3 видел в публикациях переводов подлинников забытых ранних работ А.Пуанкаре и Дж.Лармора самый лучший способ убеждения читателей в решающей роли этих ученых в создании концепции пространства-времени и в подготовке научной атмосферы для окончательного решения проблемы. Сборник [7] включал целый раздел - "Возникновение концепции относительности", в который, наряду с ранее опубликованной на русском языке работой Лоренца 1895 г., были включены работы Пуанкаре 1895 г., 1898 г., 1901 г. (лекции 1899г.), 1902г. и 1904г.О том, что жестокая участь постигла и редакторов сборника [1], мне тогда ничего не было известно. Весной 1949 г. на методологическом семинаре физического факультета МГУ при обсуждении "материалистической теории" профессора математики Н.А.Леднева я, тогда студент 5-го курса Инженерно-физического факультета, позволил себе публично выступить на семинаре с резкой критикой, упрекнув и профессора Д.Д.Иваненко в недостаточном мужестве, проявленном им при защите теории относи­тельности. Бестактность этого упрека стала мне ясна только в последние годы после того, как я обнаружил в опубликованных протоколах допроса Л.Д. Ландау упоминание об аресте Д.Д. Иваненко в 1935 году [10].
В книге А.А. Логунова, посвященной двум публикациям А. Пуанкаре 1905-06 гг. [5], выбрана нестандартная форма изложения анализа этих работ. Вместо обычного цитирования отрывков обсуждаемых подлинников в книгу включены были полные тексты этих двух статей, опубликованных А.Пуанкаре под одним названием "О динамике электрона", которые время от времени прерывались весьма существенными дополнениями А. Логунова. Эти комментарии подчинены были в основном одной цели - показать глубокий физический смысл и принципиальную новизну отдельных положений и соотношений, установленных Пуанкаре. При этом А.А. Логунов часто текст своих разъяснений прерывает цитатами из более ранних статей Пуанкаре. Из этих добавлений становится предельно ясно, что основные положения новой теории были выдвинуты французским ученым задолго до 1905 г., а некоторым новым понятиям типа "местного" времени в ранних статьях дано было наглядное объяснение их физического смысла. Одновременно становится ясно, насколько выиграла бы тогда в глазах физиков основная статья Пуанкаре, предназначенная для математического журнала "Rendiconti del Circola Matematico di Palermo", от привлечения его ранних объяснений или хотя бы ссылок на свои статьи по поводу таких разъяснений физического смысла.
Важно отметить, что в книге А.А.Логунова все формулы в приведенных статьях Пуанкаре даны впервые с использованием современных обозначений, что существенно облегчает понимание теоретических соотношений. Рассказ о том, как в основном во второй половине нынешнего века были устранены пробелы в описании истории возникновения механики околосветовых скоростей, и составляет главную цель нашего сообщения. Мы также кратко обсудим те утверждения А. Пуанкаре и Г.А. Лоренца, которые способствовали развитию в последние годы более глубокого понимания сущности теории. Тем самым мы наглядно продемонстрируем, что невнимательное отношение к истории создания крупнейшего научного открытия привело прежде всего к обеднению утвердившегося на долгие годы понимания сущности происшедшего в начале XX века преобразования основных физических представлений. Мы кратко обсудим также возникновение идеи обобщения принципа эквивалентности инерциальных систем отсчета (ИСО) и непростую историю поисков и создания ковариантных уравнений гравитационного поля.1 Новым поколениям физиков мало известно о редакторе этого сборника профессоре Всеволоде Константиновиче Фредериксе (1885-1944), поскольку его имя как "врага народа" тщательно вычеркивалось ио всех публикаций после 1936 г. (он был арестован 20 октября 1936 г., затем в мае 1937 г. безвинно осужден на 10 пет ссылки и скончался, не дождавшись освобождения. Нужно заметить, что В.К. Фредерикс в 30-е годы был уже ученым с мировым именем, не только теоретиком, но и экспериментатором, известным своими исследованиями в области физики твердого тела и первыми опытами по физике жидких кристаллов. Еще раньше, сразу после убийства С.М. Кирова, трагические события в начале 1935 г. разразились над несколькими известными физиками Ленинграда, и в том числе над Д.Д. Иваненко, который после выпавших на его долю тяжелых испытаний появился в Томске, в связи с "усилиями Л.И. Френкеля, А.Ф. Иоффе, С.И. Вавилова и других ученых", как отмечал сам Д.Д. Иваненко в своих воспоминаниях "Эпоха Гамова глазами современника" (см. с. 282 в [2]).
2 Последнее допущение вполне могло осуществиться в реальной жизни, если бы не появление в том же году разъяснения М. Борна и П. Иордана идей В. Гейзенберга на основе матричного подхода и своевременного (1926 г.) доказательства самим Э.Шредингером полной тождественности созданной им волновой механики и окончательно сформулированной в том же 1926 г. матричной квантовой механики.
3Этот сборник мне удалось в 1946 г. раоыскать в библиотеке при Строительной выставке, когда я был студентом Московского инженерно-строительного института. Именно знакомство с этим сборником и с книгой Д.И. Блохинцева "Введение в квантовую механику" (1944 г.) помогло мне принять окончательное решение об изменении специальности. До знакомства с работами создателей теории я прочел только одну книгу об этой теории. Это была книга Б.М.Гессена (см. статью [9]). Его книгу "Основные идеи теории относительности" мне доверительно вручил доцент кафедры математики в МИСИ В.Э.Фриденберг, попросив меня никому ее не показывать, поскольку ее автор был арестован в 1935 г. как "враг народа".