Алексей Тяпкин - Пуанкаре

• Название: Пуанкаре
• Автор: Алексей Тяпкин
• Издательство: «Молодая гвардия»
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1982

Книга доктора физико-математических наук А. А. Тяпкина и кандидата физико-математических наук А. С. Шибанова посвящена выдающемуся французскому ученому Анри Пуанкаре, оставившему фундаментальные труды практически во всех областях точного естествознания конца XIX – начала XX века. Именно в его работах была сформулирована специальная теория относительности, он обосновал математический аппарат небесной механики, создал качественную теорию дифференциальных уравнений, заложил основы топологии.

---

Вопрос об изменении механики при больших скоростях движения был затронут Эйнштейном лишь в связи с обсуждаемой им возможностью превратить любое тело в электрически заряженное и тем самым подчинить его движение законам электродинамики. Такая постановка вопроса была менее общей даже по сравнению со взглядами Лоренца.[52] Минковский существенно дополнил результаты Лоренца и Эйнштейна, но его работа в значительной мере перекрывалась ранее опубликованной статьей Пуанкаре. В исследовании инвариантов новой теории работа Пуанкаре превосходила даже более поздние выступления Минковского.

В который уж раз французский математик опережал математических светил Геттингена. Это давнее соперничество, результаты которого складывались, как правило, не в пользу немецких математиков, порождало у них определенное раздражение. Оно могло служить одной из причин того, что Минковский ни в одной из своих статей не отметил выдающихся результатов Пуанкаре в развитии математического аппарата теории относительности. Он сослался на основную работу Пуанкаре лишь в связи с его предложением назвать новые преобразования пространства и времени именем Лоренца. Но Минковский ни словом не упомянул предложенную в этой же статье идею четырехмерного представления новой теории.

Правда, в своем первом докладе Минковский упоминает Пуанкаре в связи с разработкой принципа относительности: «Заслуга разработки принципа принадлежит Эйнштейну, Пуанкаре и Планку». Но по поводу использованной им симметрии пространства и времени он весьма уклончиво заявил: «Эту симметрию я с самого начала введу здесь в изложение, что не сделано ни одним из авторов, даже Пуанкаре». Заявление это допускало двойное толкование.

Для незнакомых со статьей Пуанкаре оно звучало как утверждение того, что пространственно-временная симметрия не рассматривалась другими авторами, в том числе и Пуанкаре. И только тем немногим ученым, кому была известна работа Пуанкаре, открывался подлинный смысл этого высказывания: хотя в отличие от других авторов Пуанкаре и пришел к установлению симметрии пространства и времени, но он не вводил ее «с самого начала» в изложение всей проблемы. Действительно, Пуанкаре, излагая электродинамику, не прибегал к четырехмерному формализму, весь арсенал которого он применил при решении новой физической задачи пересмотра теории тяготения в плане согласования ее с принципом относительности. Но это было первое теоретико-инвариантное изложение теории относительности, на два года опередившее построение Минковского. Заслугой же Минковского следует считать не открытие четырехмерного представления теории относительности, а лишь акцентирование внимания на важности этого представления для выражения сущности новой физической теории.

Основной исходный тезис Минковского состоял в утверждении, что физическая реальность предстает перед нами не иначе как в пространстве и во времени, взятых вместе. Поэтому только совместное рассмотрение этих проявлений реальности позволяет, по его мнению, выявить сущность физических закономерностей.[53] Главное внимание он уделил инвариантам группы преобразований в четырехмерном мире. Этот подход вносил в физику новое понимание необходимости синтеза пространственных и временных представлений. При этом возрастала роль математики в установлении сущности связи, возникающей между пространственными и временными характеристиками физических явлений. Подобно тому, как в свое время инвариантно-групповой метод Ф. Клейна позволил с единой точки зрения объяснить разнообразие геометрий как теорий инвариантов, соответствующих групп преобразований, так и распространение этого подхода на четырехмерный физический мир позволяло развить единый взгляд на физические теории как теории инвариантов различных групп движений. Проведенная Минковским перестройка теории относительности в «мировую геометрию» вынудила Эйнштейна к довольно красноречивому признанию: «С тех пор как за теорию относительности принялись математики, я ее уже сам больше не понимаю».

Работы Планка и Минковского сыграли весьма значительную роль в утверждении идей теории относительности. Начиная с 1907 года происходит непрерывный рост числа публикуемых работ по развитию этой теории. На основе релятивистского правила сложения скоростей немецкий физик Макс Лауэ, ассистент профессора Планка, получает френелевскую формулу, описывающую увлечение света движущейся средой.[54] Проблема релятивистского сжатия электрона обсуждается Паулем Эренфестом, работавшим тогда в Петербурге. Поль Ланжевен пишет статью о релятивистском замедлении времени. Ряд статей по теории относительности публикует профессор Мюнхенского университета Арнольд Зоммерфельд.

В те же годы продолжает свои публикации по этим вопросам Эйнштейн. В его статьях 1906 и 1907 годов появляются ссылки и на работу Лоренца 1904 года. Причем он явно признает, что его исследования относятся именно к той физической теории, которая впервые была сформулирована Лоренцем. Так, в краткой статье 1906 года он говорит о необходимости измерить отношение между продольной и поперечной массами электрона, чтобы подтвердить предсказание «по теории Лоренца и Эйнштейна». В следующем году в большой статье «О принципе относительности и его следствиях» автор отмечает, что при изложении кинематических основ теории он «следовал работам Лоренца и своей». Однако во всех последующих работах начиная с 1908 года Эйнштейн уже избегает каких бы то ни было ссылок на работу Лоренца 1904 года. Например, в 1910 году он вновь пишет большую статью о принципе относительности, в которой еще подробнее, чем в работе 1907 года, описывает предысторию создания, теории. Но теперь он уже вообще не ссылается на основную работу Лоренца. Он лишь принял поддержанное Минковским предложение называть именем Лоренца новые преобразования пространственно-временных координат. Так весьма определенно реагировал Эйнштейн на появившуюся тогда тенденцию связывать новую физическую теорию только с его именем. Что же касается развития математического аппарата теории относительности, то эти достижения Эйнштейн целиком приписывал Минковскому, игнорируя более раннее исследование Пуанкаре.

Сам Пуанкаре после 1905 года больше не возвращался к развитию новой механики больших скоростей. Для его научного творчества вообще характерна быстрая и безболезненная смена тем и интересов. Мысль его, устремленная к новым свершениям, торопится перешагнуть через вчерашние свои завоевания. Ему не только некогда наслаждаться заслуженным успехом, некогда даже до конца разработать уже начатую тему и извлечь из нее все выводы и следствия. Он идет в науке вперед с жадностью и ненасытностью завоевателя. Таким и представляет его французский математик Эмиль Борель: «Он больше завоеватель, чем колонизатор; он продвигает свои смелые передовые подразделения в неисследованные районы, оставляя другим заботу организовывать его завоевания; он уходит в другие районы, где его присутствие необходимо». Побуждая свою мысль быстрее следовать дальше, Пуанкаре оставляет тем, кто идет следом за ним, дальнейшую разработку и методичную эксплуатацию своих открытий. В глубоком тылу они смогут более тщательно обрабатывать и возделывать отвоеванную им у небытия землю, собирая весь урожай, весь до единого колоска. Пуанкаре щедро сеял то, что пожинали другие исследователи, сеял не скупясь, лишь бы двигалась вперед наука.

Пока другие обмысливают и осваивают высказанные им идеи, он уже одержим новыми, замышляет штурм новой заоблачной вершины, чтобы затем оставить и ее, устремившись к новому непокоренному пику. «Достигнув однажды вершины, он никогда уже туда не возвращался, — пишет Гастон Дарбу о методе работы Пуанкаре. — Он довольствовался тем, что разрушал препятствия и оставлял другим заботу прокладывать королевские дороги, которые должны более легко вести к цели». Его призвание — это вдохновлять других видением будущего.

Глава 12 ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ

Истина и действие

Адвокатские усы и бородка на живом круглом лице, лысеющая голова с большим лбом, крупный, мясистый нос — таким выглядел Раймон Пуанкаре в свои сорок с небольшим лет. Биографы утверждают, что между ним и Анри всю жизнь сохранялись по-родственному дружественные отношения. Но нельзя не отметить вопиющее, бросающееся в глаза различие этих двух человеческих типов. Это даже не несходство характеров, а полное несовпадение всей системы взглядов и жизненных установок. Неразговорчивый, замкнутый и несколько не уверенный в себе Анри являл резкий контраст с напористым, энергичным кузеном, блещущим в парижских салонах профессиональным красноречием, даже краснобайством. Напыщенность или бьющие на внешний эффект манеры совершенно неприемлемы для Анри, а пребывающий большую часть своего времени в светских и политических кругах Раймон не снимает с себя воображаемую парадную адвокатскую мантию. Анри весьма терпимо и непредвзято относится к чужим взглядам и мнениям. В отличие от твердого и безапелляционного в суждениях Раймона, не ведающего, что такое сомнение, он признает право на жизнь за другой точкой зрения, отличной от его собственной.