У цьому розділі ми продовжимо обговорення принципу відносності Ейнштейна — Пуанкаре, його впливу на наші фізичні погляди і на весь характер людського мислення.
Пуанкаре сформулював принцип відносності так: «Згідно з принципом відносності, закони фізичних явищ мають бути однаковими для нерухомого спостерігача і для спостерігача, який відносно нього переноситься рівномірним рухом, так що в нас немає і не може бути жодного способу відрізнити, чи несе нас такий рух, чи ні».
Коли ця думка обрушилася на людство, серед філософів зчинилася метушня. Особливо серед «філософів за чашкою чаю», які кажуть: «О, це дуже просто: теорія Ейнштейна стверджує, що все відносне!» Дивовижна кількість таких «філософів» — і не лише тих, хто міркує за чашкою чаю (втім, не бажаючи їх ображати, я говоритиму тільки про «філософів за чашкою чаю») — торочать: «З відкриттів Ейнштейна випливає, що все відносне; це справило глибокий вплив на нашу думку». А потім ще додають: «У фізиці було доведено, що явища залежать від системи відліку». Можна почути чимало подібних речей, але важко зрозуміти їхній сенс. Мабуть, системи відліку, про які йдеться, — це ті системи координат, якими ми користувалися в аналізі теорії відносності. Отже, той факт, що «все залежить від системи відліку», справляє могутній вплив на сучасну думку. Залишається тільки дивуватися, чому? Адже сама ідея: «все залежить від точки зору» — настільки проста, що, безсумнівно, не було потреби обтяжувати себе аналізом труднощів фізичної теорії відносності, щоб її відкрити. Кожен, хто йде тротуаром, знає, що все, що він бачить, залежить від його системи відліку. Спершу він бачить обличчя перехожих, а вже потім — їхні потилиці. І майже в усіх філософських висновках, про які кажуть, що вони випливають з теорії відносності, немає нічого глибшого, ніж твердження на кшталт: «Перехожий спереду виглядає інакше, ніж ззаду». Відома розповідь про кількох сліпців, які сперечалися, на що схожий слон, теж дуже нагадує теорію відносності з погляду таких філософів.
Але в теорії відносності, мабуть, є щось і глибше, ніж спостереження, що людина спереду виглядає інакше, ніж ззаду. Принцип відносності набагато глибший за це, адже з його допомогою ми можемо робити певні передбачення. Але було б більш ніж дивно, якби саме це спостереження дозволило нам передбачати поведінку природи.
Є й інша школа «філософів». Вони почуваються дуже незатишно через теорію відносності, яка стверджує, що не можна визначити свою абсолютну швидкість, не дивлячись ні на що поза кораблем. Вони вигукують: «Цілком зрозуміло, що ніхто не може виміряти свою швидкість, не визирнувши назовні. Само собою очевидно, що безглуздо говорити про чиюсь швидкість, якщо не дивитися навколо. Дурні були ті фізики, які думали інакше. Їх раптом осяяло, от вони й раді; але якби ми, філософи, уявляли, які проблеми стояли перед фізиками, ми б давно розв'язали їх чисто розумовим зусиллям і одразу зрозуміли б, що неможливо визначити швидкість, не визирнувши назовні. І ми зробили б величезний внесок у цю їхню фізику». Ці філософи завжди тупцюють біля нас, вони метушаться на узбіччях науки, раз у раз поривавшись повідомити нам щось. Але насправді вони ніколи не розуміли всієї тонкості й глибини наших проблем.
Наша нездатність виявити абсолютний рух — це результат дослідів, а не підсумок плаского філософствування. Це легко пояснити. Почати з того, що ще Ньютон вважав, що справді неможливо дізнатися свою швидкість, якщо рухаєшся прямолінійно й рівномірно. Адже першим проголосив принцип відносності саме Ньютон (ми цитували його слова в попередньому розділі). Чому ж у ті, ньютонові часи, філософи не здіймали такого галасу про те, що «все відносне» і так далі й тому подібне? А тому, що поки Максвелл не розвинув свою електродинаміку, існували фізичні закони, які дозволяли стверджувати, що можна виміряти свою швидкість, навіть не визирнувши назовні; але невдовзі після Максвелла експериментально було встановлено, що це неможливо.
А тепер скажіть, чи справді так уже абсолютно й безумовно необхідно з філософської точки зору, щоб неможливо було знати свою швидкість, не подивившись навколо? Одним із наслідків теорії відносності став розвиток філософії, яка стверджувала: «Визначати можна тільки те, що піддається вимірюванню! Оскільки ясно, що не можна виміряти швидкість, не бачачи, відносно чого вона вимірюється, то природно, що поняття абсолютної швидкості сенсу не має. Фізики зобов'язані зрозуміти, що можна говорити лише про те, що піддається вимірюванню». Але в цьому й полягає все питання: сказати, чи можемо ми визначити абсолютну швидкість,— це все одно, що вирішити, чи можна з'ясувати з експерименту, чи рухається корабель, не визирнувши в ілюмінатор. Іншими словами, не можна апріорі стверджувати, що щось вимірне, а щось ні; це вирішує не міркування, а експеримент. Мало знайдеться філософів, які холоднокровно оголосять очевидним, що якщо швидкість світла всередині автомобіля дорівнює 300 000 км/с, а швидкість самого автомобіля сягає 100 000 км/с, то світло проноситься повз спостерігача на дорозі теж зі швидкістю 300 000 км/с. Для них це приголомшливий факт; навіть ті з них, для кого відносність розуміється сама собою, виявляють, коли ви пред'являєте їм конкретний факт, що це зовсім не так уже й очевидно.
І нарешті, є навіть «філософи», які стверджують, що взагалі ми не в змозі виявити жодного руху, не визирнувши назовні. А це вже просто неправильно. Справді, не можна помітити рівномірного руху по прямій лінії, але якби вся кімната оберталася, ми б напевно про це знали, тому що все в ній розліталося б до стінок — спостерігалися б різного роду «відцентрові» ефекти. Той факт, що наша Земля обертається навколо своєї осі, можна виявити, не дивлячись на зорі, скажімо, за допомогою так званого маятника Фуко. Отже, неправильно, що «все відносне»; не можна виявити тільки рівномірний рух, не визирнувши назовні. Рівномірне обертання навколо фіксованої осі виявити можна. А коли ви це скажете філософу, він дуже засмутиться, що раніше цього не розумів; йому, бачте, здавалося, що просто неможливо встановити обертання навколо осі, не спостерігаючи зовнішній світ. Щоправда, якщо він достатньо кмітливий, то через деякий час він може повернутися й заявити: «Зрозумів! Насправді жодного абсолютного обертання не існує. Бачте,— скаже він,— насправді ми обертаємося відносно зір. І внаслідок якогось нез'ясованого впливу, який справляють на тіла зорі, виникає відцентрова сила».
Ну що ж! Судячи з усього, це правильно; наразі в нас немає способу дізнатися, чи існувала б відцентрова сила, якби не було зір і туманностей. Не в наших силах поставити такий експеримент — прибрати всі туманності, а потім виміряти наше обертання; отже, тут ми нічого сказати не можемо. Ми маємо припустити, що філософ може виявитися правим. Він тоді розквітає від задоволення й проголошує: «І взагалі конче необхідно, щоб усе у світі врешті-решт підкорялося тому самому принципу: абсолютне обертання — це безглуздя, можна говорити тільки про обертання відносно туманностей». І тут-то ми йому відповімо: «А тоді скажи, друже мій, чи саме собою розуміється, чи ні, що рівномірний рух по прямій лінії відносно туманностей не повинен ніяк відчуватися всередині автомобіля?» І тепер, коли рух уже більше не абсолютний, коли він став рухом відносно туманностей, питання виявляється темним, і на нього можна відповісти, лише поставивши експеримент.
Але в чому ж тоді виявилися філософські впливи теорії відносності? Які нові ідеї та пропозиції навіяв фізикам принцип відносності? Якщо обмежитися тільки впливами такого роду, їх можна описати так. Перше відкриття, по суті, полягало в тому, що навіть ті ідеї, які вже дуже довго тримаються і дуже точно перевірені, можуть виявитися хибними. Яким же це було великим потрясінням — відкрити, що закони Ньютона неправильні, і це після того, як усі роки вони здавалися точними! Тепер, звісно, зрозуміло, що не досліди були неправильними, а просто всі вони проводилися в надто обмеженому інтервалі швидкостей — такому вузькому, що релятивістські ефекти неможливо було помітити. І все ж тепер ми дивимося на наші закони фізики набагато скромніше — адже будь-який із них може виявитися хибним!
По-друге, якщо виникають якісь «дивні» ідеї, на кшталт того, що коли йдеш, то час тягнеться повільніше і т. д., то недоречне питання: чи подобається це нам? Єдино доречне тут інше питання: чи узгоджуються ці ідеї з тим, що показав дослід? Іншими словами, «дивні ідеї» повинні узгоджуватися тільки з експериментом. Єдина причина, чому ми маємо обговорювати поведінку годинників і т. п., полягає в такому: ми маємо довести, що, хоча визначення розтягування часу і дуже дивне, з нашим способом вимірювати час воно цілком узгоджується.
І нарешті, теорія відносності підказала нам ще дещо; можливо, це була суто технічна порада, але вона виявилася надзвичайно корисною при вивченні інших фізичних законів. Порада полягала в тому, що треба звертати увагу на симетрію законів, або, точніше кажучи, шукати способи, за допомогою яких закони можна перетворити, зберігши при цьому їхню форму. Коли ми обговорювали теорію векторів, ми зазначали, що основні закони руху не змінюються, коли ми особливим чином змінюємо просторові й часові змінні (користуємося перетворенням Лоренца). Ідея вивчати операції, за яких основні закони не змінюються, виявилася й справді дуже корисною.