(no subject)
Копаюсь в начальном периоде создания специальной теории относительности (СТО). Не в первый раз, но уж больно момент в истории физики интересный. И вырисовывается очередная интересная картина.
(Напомню широко известные факты. СТО была создана Лоренцем, Пуанкаре и Эйнштейном (впоследствии развита и другими учёными, например, Минковским), причём ядро теории - её базовые математические и физические принципы - было практически полностью выработано многолетним трудом Лоренца с поддержкой Пуанкаре, а завершено в одновременных работах Пуанкаре и Эйнштейна 1905 года. К сожалению, Эйнштейн в работе 1905 года не упомянул ни Лоренца, ни Пуанкаре, а Пуанкаре до конца жизни (1912) не упоминал вклада Эйнштейна.)
Современные историки науки, рассматривая и излагая эту историю, обращают внимание на то, что оказалось наиболее важными последствиями создания СТО: согласование механики и электродинамики, введение принципа относительности и изгнание из физики концепции светоносного эфира, с заменой его на новую структуру пространства-времени (Минковского) и немеханистическое электромагнитное поле. Но не это было в центре внимания самих авторов теории. Их гораздо больше занимало устройство материи на самом микроскопическом на то время уровне. Это была эпоха, когда стали доступными для физического (не химического) изучения опыты с атомами, и даже с электронами (катодные лучи - пучки электронов в разреженном газе). По-видимому, предполагалась (хотя явно не звучала) программа получения модели мельчайших частиц вещества, из которой следовали бы все макроскопические свойства и законы, как механики, так и электродинамики. Именно такие модели в основном и обсуждаются в работах того периода. Известно было, что электромагнитное поле вокруг заряженной частицы обладает собственной энергией, и добавляет сопротивление ускорению, то есть ведёт себя как масса. Поэтому первичная составляющая вещества (именно она называется "электрон" в текстах того времени) представлялась как некоторая простая частица, ведущая себя по законам механики как твёрдый шарик (Абрахам) или упругий, сжимаемый (Лоренц и Пуанкаре) или постоянного объёма (Бухерер и Ланжевен), несущая электрический заряд. Лоренц провозглашал, что инерционные свойства могут быть полностью отнесены за счёт электрического поля этой частицы, и по расчётам такое выглядело возможным (сегодня известно, что реальные электроны намного меньше тех размеров, которые следовали из этих расчётов). Борьба шла между различными моделями "электрона", а что из них следует - рассматривалось во вторую очередь (не было даже адекватного представления об атомах). Обнаруженная Кауфманом зависимость массы электронов катодных лучей от скорости только подливала масла в огонь: зависимость была, но не хватало точности для выбора между теориями.
(Частично по А. Борк, Физика перед возникновением специальной теории относительности (из истории физики), УФН 94, 1, 167-180 (1968), http://www.ufn.ru/archive/russian/abstracts/abst4610.html - перевод с англ. А. М. Воrk, Physics just before Einstein, Science 152 (No. 3722), 597 (1966).)
И тут приходит Эйнштейн, и заявляет, что вообще-то от конкретной модели "электрона" ничего не зависит. Будь он хоть твёрдый шарик, хоть мыльный пузырь, хоть кирпич с рукояткой (§ 10 работы "К электродинамике движущихся тел"). По его измеряемым в эксперименте характеристикам (зависимость массы от скорости) ничего сказать нельзя: они будут определённого вида не потому, что электрон тот или иной, а потому, что механика и электродинамика соответствуют друг другу и принципу относительности безразлично к конкретному устройству электрона. Пуанкаре (автор принципа относительности ещё с 1890-х годов) такого не заявлял: он продолжал возиться со своей моделью, вводя всякие внешние давления, деформирующие шарик, и т. п. Только Эйнштейн берёт и крушит всю, по сути, парадигму физики. Естественно, что это тяжело было не принять на свой личный счёт. Хотя правота Эйнштейна в этом вопросе хорошо видна (не нашлось здравых учёных, которые отрицали, что принцип относительности действительно выполняется, а из него как раз всё следует). И жизнь подтвердила, что адекватно электрон можно стало представить только через двадцать лет (1925 - Гейзенберг, 1926 - Шрёдингер, 1928 - Дирак).
Получается, что главный вклад Эйнштейна в историю СТО (не ОТО) - отрицающий, разрушительный (в хорошем смысле). Именно отрицание необходимости конкретной модели электрона позволило спокойно рассчитывать следствия из СТО без оглядки на неизученность микрофизики. Это отрицание и отрицание эфира привели в физику позитивизм - философский тезис, что теория должна связывать между собой наблюдаемые явления, а не предлагать какое-то внутреннее устройство реальности, не выводимое из наблюдений и не обнаружимое по наблюдаемым проявлениям. Позитивизм сыграл в физике далеко не столь значительную, и далеко не однозначно положительную роль, как это любят представлять философы науки, но долгое время в начале 20 века он был моден, и в конечном счёте весь 20-й век сосуществовал с "метафизическими" теориями, постулирующими некоторое устройство мироздания априорно, и выводящими из него физические следствия. В 20-е годы из позитивизма была построена матричная квантовая механика Гейзенберга, а из "метафизики" - волновая Шрёдингера (и была доказана их эквивалентность). В 60-е на равных использовались "позитивистская" теория S-матрицы и "метафизическая" теория поля (потом теория поля победила). Остальных подробностей истории позитивистского подхода в физике 20 века я пока не знаю, и хотел бы узнать.
Хотел бы услышать отзывы, если вас это не сильно затруднит, flying_bear, sowa, meshulash.
(Напомню широко известные факты. СТО была создана Лоренцем, Пуанкаре и Эйнштейном (впоследствии развита и другими учёными, например, Минковским), причём ядро теории - её базовые математические и физические принципы - было практически полностью выработано многолетним трудом Лоренца с поддержкой Пуанкаре, а завершено в одновременных работах Пуанкаре и Эйнштейна 1905 года. К сожалению, Эйнштейн в работе 1905 года не упомянул ни Лоренца, ни Пуанкаре, а Пуанкаре до конца жизни (1912) не упоминал вклада Эйнштейна.)
Современные историки науки, рассматривая и излагая эту историю, обращают внимание на то, что оказалось наиболее важными последствиями создания СТО: согласование механики и электродинамики, введение принципа относительности и изгнание из физики концепции светоносного эфира, с заменой его на новую структуру пространства-времени (Минковского) и немеханистическое электромагнитное поле. Но не это было в центре внимания самих авторов теории. Их гораздо больше занимало устройство материи на самом микроскопическом на то время уровне. Это была эпоха, когда стали доступными для физического (не химического) изучения опыты с атомами, и даже с электронами (катодные лучи - пучки электронов в разреженном газе). По-видимому, предполагалась (хотя явно не звучала) программа получения модели мельчайших частиц вещества, из которой следовали бы все макроскопические свойства и законы, как механики, так и электродинамики. Именно такие модели в основном и обсуждаются в работах того периода. Известно было, что электромагнитное поле вокруг заряженной частицы обладает собственной энергией, и добавляет сопротивление ускорению, то есть ведёт себя как масса. Поэтому первичная составляющая вещества (именно она называется "электрон" в текстах того времени) представлялась как некоторая простая частица, ведущая себя по законам механики как твёрдый шарик (Абрахам) или упругий, сжимаемый (Лоренц и Пуанкаре) или постоянного объёма (Бухерер и Ланжевен), несущая электрический заряд. Лоренц провозглашал, что инерционные свойства могут быть полностью отнесены за счёт электрического поля этой частицы, и по расчётам такое выглядело возможным (сегодня известно, что реальные электроны намного меньше тех размеров, которые следовали из этих расчётов). Борьба шла между различными моделями "электрона", а что из них следует - рассматривалось во вторую очередь (не было даже адекватного представления об атомах). Обнаруженная Кауфманом зависимость массы электронов катодных лучей от скорости только подливала масла в огонь: зависимость была, но не хватало точности для выбора между теориями.
(Частично по А. Борк, Физика перед возникновением специальной теории относительности (из истории физики), УФН 94, 1, 167-180 (1968), http://www.ufn.ru/archive/russian/abstracts/abst4610.html - перевод с англ. А. М. Воrk, Physics just before Einstein, Science 152 (No. 3722), 597 (1966).)
И тут приходит Эйнштейн, и заявляет, что вообще-то от конкретной модели "электрона" ничего не зависит. Будь он хоть твёрдый шарик, хоть мыльный пузырь, хоть кирпич с рукояткой (§ 10 работы "К электродинамике движущихся тел"). По его измеряемым в эксперименте характеристикам (зависимость массы от скорости) ничего сказать нельзя: они будут определённого вида не потому, что электрон тот или иной, а потому, что механика и электродинамика соответствуют друг другу и принципу относительности безразлично к конкретному устройству электрона. Пуанкаре (автор принципа относительности ещё с 1890-х годов) такого не заявлял: он продолжал возиться со своей моделью, вводя всякие внешние давления, деформирующие шарик, и т. п. Только Эйнштейн берёт и крушит всю, по сути, парадигму физики. Естественно, что это тяжело было не принять на свой личный счёт. Хотя правота Эйнштейна в этом вопросе хорошо видна (не нашлось здравых учёных, которые отрицали, что принцип относительности действительно выполняется, а из него как раз всё следует). И жизнь подтвердила, что адекватно электрон можно стало представить только через двадцать лет (1925 - Гейзенберг, 1926 - Шрёдингер, 1928 - Дирак).
Получается, что главный вклад Эйнштейна в историю СТО (не ОТО) - отрицающий, разрушительный (в хорошем смысле). Именно отрицание необходимости конкретной модели электрона позволило спокойно рассчитывать следствия из СТО без оглядки на неизученность микрофизики. Это отрицание и отрицание эфира привели в физику позитивизм - философский тезис, что теория должна связывать между собой наблюдаемые явления, а не предлагать какое-то внутреннее устройство реальности, не выводимое из наблюдений и не обнаружимое по наблюдаемым проявлениям. Позитивизм сыграл в физике далеко не столь значительную, и далеко не однозначно положительную роль, как это любят представлять философы науки, но долгое время в начале 20 века он был моден, и в конечном счёте весь 20-й век сосуществовал с "метафизическими" теориями, постулирующими некоторое устройство мироздания априорно, и выводящими из него физические следствия. В 20-е годы из позитивизма была построена матричная квантовая механика Гейзенберга, а из "метафизики" - волновая Шрёдингера (и была доказана их эквивалентность). В 60-е на равных использовались "позитивистская" теория S-матрицы и "метафизическая" теория поля (потом теория поля победила). Остальных подробностей истории позитивистского подхода в физике 20 века я пока не знаю, и хотел бы узнать.
Хотел бы услышать отзывы, если вас это не сильно затруднит, flying_bear, sowa, meshulash.