Материално ли е гравитационното поле – вж
Материално ли е гравитационното поле?
Материал ли е гравитационното поле?
Въпросът за материалността на гравитационното поле може да изглежда тривиален. От философска гледна точка материалността е еквивалентна на обективната реалност. Но обективната реалност на гравитационното поле се потвърждава от цялото ни ежедневие. Благодарение на гравитацията ние се задържаме на повърхността на земята, строим сгради. Състоянието на тегло определя ритъма на тялото ни. Гравитацията не само служи на човека, но е и фактор, с който човек непрекъснато се „бори”: за да преодолее силите на гравитацията, човек създава кранове, космически ракети и т.н.
Тоест има нещо обективно, действащо върху нас и обектите от околния свят. Но сами по себе си подобни явления все още не доказват реалността на гравитацията като физическо поле. Въпросът за природата на гравитацията и по-специално за нейната обективност може да се разглежда само в рамките на определена физическа теория. Именно на теория посочените факти придобиват определено значение, доказателствена сила.
Ежедневният опит наистина е убедително доказателство за обективността на гравитацията като физическо поле, ако обаче я разглеждаме в рамките на Нютоновата физика. От гледна точка на тази физика, гравитацията е реално силово поле, което се подчинява на закона за всемирното притегляне. Ако обект падне на земята, тогава казваме, че върху него действат реални гравитационни сили. Реалността на такива сили се проявява в реалността на самия процес на падение.
Нютоновата теория обаче се оказва неадекватна на природата на гравитацията. Той не обясняваше редица емпирични факти, които бяха обяснени в общата теорияотносителност. Но теорията на относителността третира гравитацията и свързаните с нея явления по съвсем различен начин. Свободното падане на телата под действието на гравитационните сили в него се представя като равномерното им движение в извито пространство по геодезични линии. Гравитацията губи своето значение като силово поле: тя се явява като кривина на пространството, тоест като геометричен феномен. И тук веднага се разкрива нетривиалността на въпроса за обективността на гравитацията. Не е достатъчно да се реши позоваването му на "очевидността на фактите".
В общата теория на относителността гравитационното поле се характеризира с функциите gik, които се идентифицират с потенциалите на полето. Но същите тези функции се появяват и в описанието на евклидовото пространство, т.е. пространство, което има нулева кривина и следователно е лишено от гравитация в криволинейни координати. В резултат на това получаваме "гравитация", която дължи съществуването си на начина, по който описваме пространството.
Възниква проблемът за разграничаване на "истинските" и "фиктивните" гравитационни полета. „Истинското“ гравитационно поле се изразява чрез кривината на пространството, която е инвариант и не може да бъде създадена или елиминирана чрез никаква координатна трансформация. Такова гравитационно поле не зависи от начина, по който го описваме и в този смисъл има обективен характер.
По този начин можем да стигнем до извода за обективността на истинското гравитационно поле не просто въз основа на наблюдение на факти, например фактите за падане на обекти на земята, но чрез теоретичен анализ на проблема за инвариантността на величините, които го характеризират.
Може да се възрази, че тук са объркани два различни въпроса: въпросът дали гравитацията съществува и въпросът каква е нейната природа. В крайна сметка преходът от класическата физика към физикатарелативистката не промени нищо в твърдението за обективната реалност на гравитацията, чиято истинност се потвърждава от ежедневния опит. Тук само представите ни за природата на гравитацията са се променили.
Тези възражения изглеждат несъстоятелни. Невъзможно е да се говори за обективността на гравитацията като физическо поле (а не само на чувствено възприеманите ефекти, причинени от нея) извън определената й природа. Гравитационното поле, от което е изключена неговата природа, е явление без същност, тоест е фиктивно явление. Но природата на гравитационното поле не ни е дадена директно, а се разкрива в рамките на определени теоретични концепции.
Разбира се, общата теория на относителността също не ревизира твърдението за обективния характер на гравитационното поле. Но в нейните рамки това твърдение е по-фино, отколкото в Нютоновата теория за гравитацията, и следователно се нуждае от по-задълбочено обяснение и обосновка.
Въпросът за материалността на гравитационното поле има и друга страна, която е свързана с още по-сложни проблеми. Използваме понятието „материалност“ като еквивалент на понятието „обективна реалност“. Понятието "обективна реалност" обаче е твърде общо и не ни позволява да правим разлика между обективно реалния субстрат и формите на неговото съществуване, като пространство и време, които също са обективно реални. Поради това горният въпрос може да бъде преформулиран по следния начин: дали гравитационното поле е вид материя като другите полета, като електромагнитното, или е подобно на пространство-времето като такова?
Нека погледнем ретроспективно концепцията за поле. Той е въведен във връзка с изучаването на електромагнетизма и се счита за идентично понятиеелектромагнитно поле. Максуел показа, че това е не само удобно описание на действието на електромагнитните сили от разстояние, но и научно плодотворно. Използвайки тази идея, той формулира известните си уравнения, които съдържат редица нови идеи, които предвиждат опита.
Обстоятелството, което определя еволюцията на концепцията за полето, е не само неговата научна плодотворност, но и конкретните физически свойства, открити в полето. И така, при изучаване на полето беше установено, че то има енергия. След въвеждането на концепцията за електромагнитно поле беше
установено е, че има вълнова природа, а електромагнитните вълни са регистрирани експериментално. И накрая, важен аргумент в полза на концепцията за физическата реалност на полето беше откриването на кванти на електромагнитното поле - фотони.
Гравитационното поле се различава значително от електромагнитното и други видове полета. Геометричният характер на гравитацията я отличава от всички физически полета и в известен смисъл я отделя от тях. Вярно е, че може да ни се каже, че връзката на гравитационното поле с геометрията показва физическия смисъл на геометрията. Геометрията вече не се разглежда само като математически начин за описание на пространството, а става обективен елемент от структурата на физическо явление - гравитационното поле. Но, от друга страна, тази връзка може да се тълкува (и наистина се тълкува от някои физици) като "поглъщане" от геометрията на гравитационното поле. Физическото състояние на гравитационното поле би станало по-естествено и очевидно, ако в него освен геометричната му структура бяха открити и други физични свойства, като енергия, маса, вълни, кванти и т.н. Ето защо вниманието на много физици релативисти се насочва къмизследване и търсене на негеометрични аспекти на гравитационното поле.
Учените обаче срещат трудности по пътя си. Всички тези негеометрични аспекти на гравитацията все още принадлежат само на сферата на предположенията. Гравитацията (в рамките на общата теория на относителността) досега се явява пред нас само като геометрия на пространството.
Геометричният характер на гравитационното поле определя спецификата на проблема за неговата енергия. Гравитационното поле, най-общо казано, има енергия. Изглежда, че наличието на такова важно физическо свойство като енергията вече потвърждава неговия физически статус. Но факт е, че енергията на гравитационното поле се различава значително от енергията на други видове полета, като например електромагнитното. Величините, които го характеризират, са неинвариантни и образуват не тензор, а псевдотензор. Чрез прост преход от една координатна система към друга можем да „създадем“ гравитация в дадена точка и, обратно, да я „елиминираме“. Освен това, това се отнася не само за "фиктивните", но и за "истинските" гравитационни полета.
Геометричното описание на гравитацията и отбелязаните характеристики на гравитационната енергия породиха концепция, според която гравитационното поле не принадлежи към видовете материя. Според учените гравитационното поле (за разлика от електромагнитното) не може да се счита за вид материя. То няма субстратен характер, а принадлежи на пространство-времето и подобно на последното е форма на съществуване на материята.
Тълкуването на гравитацията като чисто геометрична форма е, най-общо казано, логически допустимо. Освен това, повече от всяка друга концепция, тя разчита на съвременните релативистични идеи за гравитацията. Той обаче има значителни недостатъци. Първо, неговите поддръжници, идентифициращи гравитацията с кривината на празнотопространството се смята, че именно в тази форма то действа като форма на съществуване на материята. Но в действителност такова разбиране на гравитацията и пространството ги лишава от статута на форми на съществуване на материята. Във философията на диалектическия материализъм понятието "форма на съществуване на материята", отнасящо се до пространството, означава неразделността на пространството и материята, недопустимостта на съществуването на самото пространство. Следователно изложената концепция за гравитацията трябва да се разглежда не като твърдение за гравитацията и пространството като форма на съществуване на материята, а напротив, като отричане на статута им като форми на съществуване на материята.
Второ, вярвайки, че гравитационното поле е напълно сведено до геометрията на пространство-времето, учените смятат за неразумни всякакви опити да се търсят неговите физически свойства, да се идентифицират общите характеристики на полето. По-специално те заключават, че желанието да се създаде квантова теория на гравитацията е безнадеждно. Особеното естество на гравитационните и инерционните полета трябва да се вземе предвид в проблема за квантуване на тези полета. Самото гравитационно поле няма маса енергия и импулс в смисъла, в който другите полета имат тези количества.
В заключение засягаме още два въпроса. Първият от тях може да се формулира по следния начин: тълкуването на гравитационното поле като вид материя противоречи ли на общата теория на относителността? Когато отговаряте, имайте предвид, че има две твърдения:
а) гравитацията се проявява в геометрията на пространството и времето и
б) гравитацията е напълно сведена до геометрията на пространство-времето.
Тези твърдения не си противоречат. Освен това второто е по-силно, тъй като първото може да се получи като следствие от него, но не и обратното. Общата теория на относителността е труднасвързани с първото твърдение. Отхвърлянето й е отхвърляне и на общата теория на относителността. В допълнение, някои релативистични физици приемат второто твърдение. Но тъй като второто твърдение не е тясно свързано с първото в смисъл, че не е негово следствие, в рамките на общата теория на относителността е логично възможно то да се отхвърли. Този отказ може да се състои в прехода от концепцията за гравитационното поле като геометрична структура на пространство-времето към концепцията за гравитационното поле като вид материя, за която геометричната структура на пространство-времето е важен, макар и не единствен аспект.
Трябва да се отбележи, че някои физици са на мнение, че гравитацията е вид материя. Известен специалист в областта на общата теория на относителността А. З. Петров пише: "Всеки опит за философско разбиране на проблема за гравитацията се сблъсква преди всичко с основния въпрос: дали гравитационното поле е специален вид материя? В зависимост от един или друг отговор на този въпрос следват съответните заключения от философски характер, от една страна, и далечни физически конструктивни последици, водещи до такива понятия като потенциал, поле сила и т.н., от друга. Тук изхождаме от факта, че полето Гравитация е особен вид материя."
Втори въпрос. Когато твърдим, че откриването на специфичните физични свойства на гравитационното поле може да бъде принос към обосноваването на тезата за неговата материалност, тогава не смесваме ли философската концепция за материята с естественонаучните представи за нейната структура? Всъщност понятието материя фиксира само едно свойство в явленията на света - свойството на обективната реалност. За да се приеме дадено явление за материално, достатъчно е то да притежава свойствотообективно битие. В същото време е напълно безразлично дали е надарен с определени специфични свойства или не.
В този въпрос има един важен момент, който не винаги се взема предвид. Нека зададем следния въпрос: какво е свойството на битието? Изглежда, че на този въпрос може да се отговори по следния начин: това е такова свойство на обект, което остава с него, ако се абстрахираме от всички негови специфични свойства, с изключение на неговото съществуване. Но всъщност в резултат на тази процедура стигаме, на езика на Хегел, не просто до понятието битие, а до понятието „чисто битие“, което се оказва еквивалентно на „нищо“. Собствеността на реалността в нейния чист вид, без връзка с конкретни свойства, не е просто абстракция, а абстракция без съдържание. Битието на едно нещо има характер на настояща реалност само чрез наличието на конкретни свойства в него: то е функция на конкретни свойства.
Философски погледнато, няма значение какви са тези свойства. Техният характер се установява с помощта на опит и данни от конкретни науки. Но наличието на някакви специфични свойства на нещо е необходимо условие за неговото съществуване.
Въз основа на гореизложеното можем да заключим, че въпреки че позицията за съществеността на гравитацията не е твърдо свързана с определен набор от специфични физически свойства, самият процес на тяхното познаване е принос към обосновката на позицията за нейната същественост.