В книге Питера Галисона ‘Часы Эйнштейна, карты Пуанкаре: империи времени‘ сплетаются в неразрывную сеть несколько сюжетов. В качестве общего фона служит установление практического стандарта единого времени, что включает в себя историю техники — хронометры, железные дороги, межконтинентальные телеграфные кабели, радиосвязь. Все это требовалось для удовлетворения нужд империй — картография (определение долготы), организация работы железных дорог, управление войсками, торговля и т.д.
Большое внимание в книге уделяется жизни и научной карьере Анри Пуанкаре и его работам, связанных с теорией относительности. Видение науки Пуанкаре сопоставляется с таковым у Альберта Эйнштейна.
‘Это был мир, в котором инженеры, философы и физики работали бок о бок; в котором мэр Нью-Йорка рассуждал о конвенциональности времени, император Бразилии ждал на берегу океана прибытия по телеграфу европейского времени, а два выдающихся ученых столетия, Альберт Эйнштейн и Анри Пуанкаре, расположили одновременность на пересечении физики, философии и техники.’
Следует отметить, что понимание сущности относительности у обоих ученых сильно отличалось несмотря на схожесть уравнений. Можно даже сказать, что Пуанкаре не принял теорию относительности Эйнштейна.
Пуанкаре принимал непосредственное участие в технических проектах по синхронизации времени. Эйнштейн видел координацию часов на улицах Берна, а также в период работы в патентном бюро он рассматривал патенты об устройствах для синхронизации времени. Таким образом тем или иным образом Пуанкаре и Эйнштейн сталкивались с технической задачей и путями ее решения. При этом идеи физиков в технической среде воспринималась именно практическим образом:
‘Телеграфисты, геодезисты и астрономы понимали координацию часов Пуанкаре-Эйнштейна довольно буквально — как повседневную проводную (и беспроводную) синхронизацию часов.’
Позиция Пуанкаре по отношению к науке в целом характеризуется как конвенционализм. Например, в случае геометрии он подчеркивал равноправность евклидовой и неевклидовой геометрий:
‘Пуанкаре был настолько привержен идее конвенционального выбора, что сравнивал выбор геометрии с выбором между французским и немецким: он утверждал, что можно выбрать тот или этот язык или диалект для выражения одних и тех же мыслей.’
Теперь приведу цитату Пуанкаре:
‘Если теперь мы обратимся к вопросу, является ли евклидова геометрия истинной, то найдем, что он не имеет смысла. Это было бы все равно, что спрашивать, какая система истинна — метрическая или же система со старинными мерами, или какие координаты вернее — декартовы или же полярные. Никакая геометрия не может быть более истинна, чем другая; та или иная геометрия может быть только более удобной.’
Такое отношение переносилось на всю физику:
‘Пуанкаре подчеркивает, что существует свободный выбор в репрезентации мира, выбор определяется не чем-то полностью внешним, но скорее простотой и удобством нашего знания.’
В то же время конвенционализм не означал произвольность, поскольку оставалась неразрывная связь с экспериментами:
‘Для Пуанкаре инвариантами физики (которые обеспечивали объективное знание) были фиксированные отношения между экспериментами, отношения, которые выдерживали постоянно изменяющийся поток теорий.’
Высказывание Пуанкаре:
‘Являются ли закон ускорения и правило сложения сил всего лишь произвольными конвенциями? Условностями — да; произвольными — нет. Они стали бы произвольными, если бы мы упустили из виду эксперименты, которые подвигли основателей науки к тому, чтобы принять их, и которых, при всем их несовершенстве, оказалось достаточно для того, чтобы оправдать их принятие. Время от времени мы должны обращать внимание на экспериментальное происхождение этих конвенций.’
По всей видимости именно это обстоятельство приводило к расхождению позиций Пуанкаре и Эйнштейна:
‘«Принципы, — писал Пуанкаре в “Науке и гипотезе”, — это замаскированные конвенции и определения». Для Эйнштейна принципы были чем-то большим, чем определения: они были столпами, поддерживающими структуру знания.’
Пуанкаре признавал, что в рамках преобразований Лоренца невозможно из проводимых экспериментов установить, находится ли инерциальная система в движении или нет. Тем не менее, он не мог отказаться от идеи эфира, хотя его идеал эфира был уже далек от эфира 19-ого века. Для Пуанкаре реальными были отношения в физике для которых ему был важен эфир; ниже цитата Пуанкаре:
‘Можно сказать, <…> что эфир не менее реален, чем любое внешнее тело; сказать, что это тело существует, означает сказать, что между цветом этого тела, его вкусом и запахом существует глубинная связь, стабильная и устойчивая; сказать, что эфир существует, — значит сказать, что существует естественное родство между всеми оптическими явлениями, таким образом, ни одно из двух утверждений не менее осмысленно, чем другое.’
Галисон описывает позицию Пуанкаре таким образом:
‘Пуанкаре сохранил эфир в качестве интуитивной основы, на которой можно было бы представить дифференциальные уравнения’
‘Пуанкаре никогда не терял убежденности в чрезвычайной ценности эфира как инструмента для мышления, условия для применения плодотворной интуиции.’
‘движение относительно эфира никогда не может быть обнаружено. В этом состоял последний элемент десятилетних попыток Пуанкаре улучшить машинерию физической науки, сохраняя при этом «эластичную рамку» старого: проект «новой механики», который оберегал идею эфира, бросая при этом вызов старым представлениям о пространстве, времени, одновременности.’
Интересно отметить, что Эйнштейн не ссылался на работы Пуанкаре, хотя он был знаком с ними. В первой статье 1905 года ‘Об электродинамике движущихся тел‘ у Эйнштейна вообще не было ссылок. Галисон сравнивает эту статью с патентом и предполагает, что такой стиль статьи явился результатом работы Эйнштейна в патентном бюро. В обзоре 1907 года Эйнштейн цитирует многие экспериментальные и теоретические работы, в том числе Лоренца, но не Пуанкаре. Пуанкаре со своей стороны также оставил работы Эйнштейна без внимания. Галисон охарактеризовал их отношения таким образом:
‘Эйнштейну Пуанкаре, вероятно, казался старомодным: очередной физик старшего поколения, который в 1905 г. не смог понять отказа Эйнштейна от эфира или от различения истинного и кажущегося времени. Пуанкаре, должно быть, воспринимал Эйнштейна в качестве второстепенной фигуры, возможно, как автора эвристических аргументов для выведения преобразований Лоренца, но все же как того, кто не смог даже подступиться к фундаментальным вопросам физики: эфиру и структуре электрона.’
Пуанкаре и Эйнштейн встретились один раз на Сольвеевской конференции в Брюсселе в 1911 году, где Эйнштейн делал доклад о световых квантах и квантовых разрывах. По воспоминаниям Мориса де Бройля их встреча после доклада прошла не слишком гладко:
‘Я помню, как однажды в Брюсселе, когда Эйнштейн объяснял свои идеи, Пуанкаре спросил его: “Какую механику вы используете в вашей аргументации?”. Эйнштейн ответил: “Никакую”, что, по-видимому, оказалось для собеседника сюрпризом.’
Тем не менее, после конференции, когда Эйнштейн подал заявление на должность в родной Швейцарский федеральный технологический институт, Пуанкаре дал ему полную похвал характеристику; ниже заключение характеристики Пуанкаре:
‘В будущем достоинства г-на Эйнштейна станут все более и более очевидными и университет, который примет этого молодого гения, может быть уверен, что этим сделает себе честь.’
В 1912 году, незадолго до смерти, Пуанкаре по-прежнему верил, что возможно достичь успеха в рамках его позиции:
‘Сегодня некоторые физики [имеется в виду относительность в духе Эйнштейна] хотят принять новую конвенцию. Дело не в том, что они вынуждены это делать; они считают эту новую конвенцию более удобной; вот и все. И те, кто придерживается иного мнения, с полным правом могут и дальше придерживаться старой концепции, не изменяя своим привычкам. Я считаю, — только между нами, — что они будут поступать так еще в течение долгого времени.’
Информация
Галисон, П. Часы Эйнштейна, карты Пуанкаре: империи времени, 2022.
Peter Galison, Einstein,s Clocks, Poincaré,s Maps, Empires of Time, 2003.