Объекты, которые не постулируются чувственным осознанием, могут быть известны интеллекту. Например, отношения между объектами и отношения между отношениями могут быть факторами в природе, не раскрытыми в чувственном осознании, но известными путем логического вывода как обязательно существующие. Таким образом, объекты для нашего знания могут быть просто логическими абстракциями. Например, полное событие никогда не раскрывается в чувственном осознании, и поэтому объект, который является суммой всех объектов, расположенных в событии как таковом взаимосвязанном, является просто абстрактной концепцией. Опять же, прямой угол — это воспринимаемый объект, который может быть расположен во многих событиях; но, хотя прямоугольность постулируется чувственным осознанием, большинство геометрических отношений таковыми не постулируются. Также прямоугольность на самом деле часто не воспринимается, когда можно доказать, что она была там для восприятия. Таким образом, объект часто известен просто как абстрактное отношение, не постулируемое непосредственно в чувственном осознании, хотя оно присутствует в природе.
Идентичность качества между конгруэнтными отрезками обычно имеет такой характер. В некоторых особых случаях эта идентичность качества может быть воспринята непосредственно. Но в целом она выводится путем процесса измерения, зависящего от нашего прямого чувственного осознания выбранных случаев и логического вывода из транзитивного характера конгруэнтности.
Конгруэнтность зависит от движения, и тем самым генерируется связь между пространственной конгруэнтностью и временной конгруэнтностью. Движение вдоль прямой линии имеет симметрию вокруг этой линии. Эта симметрия выражается симметричными геометрическими отношениями линии к семейству плоскостей, нормальных к ней.
Также другая симметрия в теории движения возникает из того факта, что покой в точках β соответствует равномерному движению вдоль определенного семейства параллельных прямых линий в пространстве α. Мы должны отметить три характеристики: (i) равномерности движения, соответствующего любой точке β вдоль ее коррелированной прямой линии в α, и (ii) равенства по величине скоростей вдоль различных линий α, коррелированных с покоем в различных точках β, и (iii) параллельности линий этого семейства.
Теперь мы обладаем теорией параллелей, теорией перпендикуляров и теорией движения, и из этих теорий можно построить теорию конгруэнтности. Следует помнить, что семейство параллельных уровней в любом моменте — это семейство уровней, в которых этот момент пересекается семейством моментов некоторой другой системы времени. Также семейство параллельных моментов — это семейство моментов какой-то одной системы времени. Таким образом, мы можем расширить нашу концепцию семейства параллельных уровней, чтобы включить уровни в разных моментах одной системы времени. С этой расширенной концепцией мы говорим, что полное семейство параллельных уровней в системе времени α — это полное семейство уровней, в которых моменты α пересекают моменты β. Это полное семейство параллельных уровней также, очевидно, является семейством, лежащим в моментах системы времени β. Вводя третью систему времени γ, получаем параллельные ректы. Также все точки любой одной системы времени образуют семейство параллельных точечных треков. Таким образом, существует три типа параллелограммов в четырехмерном многообразии частиц-событий.
В параллелограммах первого типа две пары параллельных сторон являются парами ректов. В параллелограммах второго типа одна пара параллельных сторон — это пара ректов, а другая пара — это пара точечных треков. В параллелограммах третьего типа две пары параллельных сторон являются парами точечных треков.
Первая аксиома конгруэнтности гласит, что противоположные стороны любого параллелограмма конгруэнтны. Эта аксиома позволяет нам сравнивать длины любых двух отрезков либо соответственно на параллельных ректах, либо на одном и том же ректе. Также она позволяет нам сравнивать длины любых двух отрезков либо соответственно на параллельных точечных треках, либо на одном и том же точечном треке. Из этой аксиомы следует, что два объекта, находящиеся в покое в любых двух точках системы времени β, движутся с равными скоростями в любой другой системе времени α вдоль параллельных линий. Таким образом, мы можем говорить о скорости в α, обусловленной системой времени β, не указывая никакой конкретной точки в β. Аксиома также позволяет нам измерять время в любой системе времени; но не позволяет нам сравнивать времена в разных системах времени.
Вторая аксиома конгруэнтности касается параллелограммов на конгруэнтных основаниях и между одними и теми же параллелями, которые также имеют другие пары своих сторон параллельными. Аксиома утверждает, что рект, соединяющий две частицы-события пересечения диагоналей, параллелен ректу, на котором лежат основания. С помощью этой аксиомы легко следует, что диагонали параллелограмма делят друг друга пополам.
Конгруэнтность расширяется в любом пространстве за пределы параллельных ректов на все ректы с помощью двух аксиом, зависящих от перпендикулярности. Первая из этих аксиом, которая является третьей аксиомой конгруэнтности, гласит, что если ABC — треугольник из ректов в любом моменте, а D — средняя частица-событие основания BC, то уровень через D, перпендикулярный BC, содержит A тогда и только тогда, когда AB конгруэнтен AC. Эта аксиома, очевидно, выражает симметрию перпендикулярности и является сутью знаменитого pons asinorum, выраженной как аксиома.
Вторая аксиома, зависящая от перпендикулярности, и четвертая аксиома конгруэнтности гласит, что если r и A — рект и частица-событие в одном и том же моменте, а AB и AC — пара прямоугольных ректов, пересекающих r в B и C, а AD и AE — другая пара прямоугольных ректов, пересекающих r в D и E, то либо D, либо E лежит в отрезке BC, а другой из двух не лежит в этом отрезке. Также, как частный случай этой аксиомы, если AB перпендикулярен r и, как следствие, AC параллелен r, то D и E лежат на противоположных сторонах от B соответственно. С помощью этих двух аксиом теория конгруэнтности может быть расширена для сравнения длин отрезков на любых двух ректах. Соответственно, евклидова метрическая геометрия в пространстве полностью установлена, и длины в пространствах разных систем времени сравнимы как результат определенных свойств природы, которые указывают именно на тот конкретный метод сравнения.
Сравнение измерений времени в различных системах времени требует двух других аксиом. Первая из этих аксиом, формирующая пятую аксиому конгруэнтности, будет называться аксиомой «кинетической симметрии». Она выражает симметрию количественных отношений между двумя системами времени, когда времена и длины в двух системах измеряются в конгруэнтных единицах.
Аксиому можно объяснить следующим образом: Пусть α и β — названия двух систем времени. Направления движения в пространстве α, обусловленные покоем в точке β, называются «β-направлением в α», а направление движения в пространстве β, обусловленное покоем в точке α, называется «α-направлением в β». Рассмотрим движение в пространстве α, состоящее из определенной скорости в β-направлении α и определенной скорости под прямым углом к нему. Это движение представляет покой в пространстве другой системы времени — назовем ее π. Покой в π будет также представлен в пространстве β определенной скоростью в α-направлении в β и определенной скоростью под прямым углом к этому α-направлению. Таким образом, определенное движение в пространстве α коррелировано с определенным движением в пространстве β, поскольку оба представляют один и тот же факт, который также может быть представлен покоем в π. Теперь можно найти другую систему времени, которую я назову σ, такую, что покой в ее пространстве представлен теми же величинами скоростей вдоль и перпендикулярно α-направлению в β, что и те скорости в α, вдоль и перпендикулярно β-направлению, которые представляют покой в π. Требуемая аксиома кинетической симметрии заключается в том, что покой в σ будет представлен в α теми же скоростями вдоль и перпендикулярно β-направлению в α, что и те скорости в β вдоль и перпендикулярно α-направлению, которые представляют покой в π.
Частным случаем этой аксиомы является то, что относительные скорости равны и противоположны. А именно, покой в α представлен в β скоростью вдоль α-направления, которая равна скорости вдоль β-направления в α, представляющей покой в β.
Наконец, шестая аксиома конгруэнтности гласит, что отношение конгруэнтности транзитивно. Насколько эта аксиома применяется к пространству, она излишня. Ибо свойство следует из наших предыдущих аксиом. Однако она необходима для времени как дополнение к аксиоме кинетической симметрии. Значение аксиомы в том, что если единица времени системы α конгруэнтна единице времени системы β, а единица времени системы β конгруэнтна единице времени системы γ, то единицы времени α и γ также конгруэнтны.
С помощью этих аксиом можно вывести формулы для преобразования измерений, сделанных в одной системе времени, в измерения тех же фактов природы, сделанных в другой системе времени. Будет обнаружено, что эти формулы включают одну произвольную константу, которую я назову k.
Она имеет размерность квадрата скорости. Соответственно, возникают четыре случая. В первом случае k равно нулю. Этот случай дает бессмысленные результаты, противоречащие элементарным результатам опыта. Мы откладываем этот случай в сторону.
Во втором случае k бесконечно. Этот случай дает обычные формулы для преобразования при относительном движении, а именно те формулы, которые можно найти в каждой элементарной книге по динамике.
В третьем случае k отрицательно. Назовем его −c2, где c будет иметь размерность скорости. Этот случай дает формулы преобразования, которые Лармор открыл для преобразования уравнений Максвелла электромагнитного поля. Эти формулы были расширены Х. А. Лоренцем и использованы Эйнштейном и Минковским в качестве основы их новой теории относительности. Я сейчас не говорю о более поздней теории общей относительности Эйнштейна, с помощью которой он выводит свою модификацию закона тяготения. Если это тот случай, который применим к природе, то c должно быть близким приближением к скорости света in vacuo. Возможно, это и есть сама эта скорость. В этой связи «in vacuo» не должно означать отсутствие событий, а именно отсутствие всепроникающего эфира событий. Оно должно означать отсутствие определенных типов объектов.
В четвертом случае k положительно. Назовем его h2, где h будет иметь размерность скорости. Это дает вполне возможный тип формул преобразования, но не такой, который объясняет какие-либо факты опыта. У него есть и другой недостаток. При допущении этого четвертого случая различие между пространством и временем становится чрезмерно размытым. Вся цель этих лекций заключалась в том, чтобы утвердить доктрину о том, что пространство и время происходят из общего корня и что конечным фактом опыта является пространственно-временной факт. Но, в конце концов, человечество действительно проводит очень резкое различие между пространством и временем, и именно благодаря этой резкости различия доктрина этих лекций является своего рода парадоксом. Теперь, в третьем допущении, эта резкость различия адекватно сохраняется. Существует фундаментальное различие между метрическими свойствами треков точек и ректов. Но в четвертом допущении это фундаментальное различие исчезает.
Ни третье, ни четвертое допущение не могут согласовываться с опытом, если мы не предположим, что скорость c из третьего допущения и скорость h из четвертого допущения чрезвычайно велики по сравнению со скоростями обычного опыта. Если это так, то формулы обоих допущений, очевидно, сведутся к близкому приближению к формулам второго допущения, которые являются обычными формулами динамических учебников. Ради названия я буду называть эти учебные формулы «ортодоксальными» формулами.
Не может быть никаких сомнений в общей приблизительной правильности ортодоксальных формул. Было бы просто глупо поднимать сомнения по этому поводу. Но определение статуса этих формул отнюдь не решается этим признанием. Независимость времени и пространства является несомненной предпосылкой ортодоксальной мысли, которая породила ортодоксальные формулы. При этой предпосылке и при наличии абсолютных точек одного абсолютного пространства ортодоксальные формулы являются непосредственными выводами. Соответственно, эти формулы представляются нашему воображению как факты, которые не могут быть иными, поскольку время и пространство таковы, каковы они есть. Таким образом, ортодоксальные формулы достигли статуса необходимостей, которые не могут быть поставлены под сомнение в науке. Любая попытка заменить эти формулы другими означала бы отказ от роли физического объяснения и обращение к простым математическим формулам.
Но даже в физической науке вокруг ортодоксальных формул накопились трудности. Во-первых, уравнения Максвелла электромагнитного поля не инвариантны относительно преобразований ортодоксальных формул; тогда как они инвариантны относительно преобразований формул, вытекающих из третьего из четырех упомянутых выше случаев, при условии, что скорость c отождествляется со знаменитой электромагнитной константой.
Далее, нулевые результаты тонких экспериментов по обнаружению изменений движения Земли через эфир по ее орбитальному пути объясняются непосредственно формулами третьего случая. Но если мы примем ортодоксальные формулы, нам придется сделать специальное и произвольное допущение относительно сокращения материи во время движения. Я имею в виду допущение Фицджеральда-Лоренца.
Наконец, коэффициент увлечения Френеля, который представляет собой изменение скорости света в движущейся среде, объясняется формулами третьего случая и требует еще одного произвольного допущения, если мы используем ортодоксальные формулы.
По-видимому, поэтому, только на основе физического объяснения, формулы третьего случая имеют преимущества по сравнению с ортодоксальными формулами. Но путь прегражден укоренившейся верой в то, что эти последние формулы обладают характером необходимости. Поэтому для физической науки и философии является настоятельной необходимостью критически исследовать основания этой предполагаемой необходимости. Единственный удовлетворительный метод проверки — это вернуться к первым принципам нашего познания природы. Это именно то, что я пытаюсь сделать в этих лекциях. Я спрашиваю, что именно мы осознаем в нашем чувственном восприятии природы. Затем я перехожу к исследованию тех факторов в природе, которые заставляют нас мыслить природу как занимающую пространство и сохраняющуюся во времени. Эта процедура привела нас к исследованию характеров пространства и времени. Из этих исследований следует, что формулы третьего случая и ортодоксальные формулы находятся на одном уровне как возможные формулы, вытекающие из базового характера нашего познания природы. Таким образом, ортодоксальные формулы потеряли какое-либо преимущество в отношении необходимости, которым они обладали перед серийной группой. Тем самым открыт путь к принятию той из двух групп, которая лучше всего согласуется с наблюдением.
Я пользуюсь этой возможностью, чтобы на мгновение прервать ход моего аргумента и поразмышлять об общем характере, который моя доктрина приписывает некоторым привычным понятиям науки. Я не сомневаюсь, что некоторые из вас почувствовали, что в определенных аспектах этот характер весьма парадоксален.
Эта жилка парадоксальности отчасти объясняется тем, что образованный язык был приведен в соответствие с преобладающей ортодоксальной теорией. Таким образом, излагая альтернативную доктрину, мы вынуждены использовать либо странные термины, либо привычные слова в необычных значениях. Эта победа ортодоксальной теории над языком вполне естественна. События называются по именам выдающихся объектов, расположенных в них, и поэтому как в языке, так и в мышлении событие отступает за объект и становится простой игрой его отношений. Теория пространства тогда превращается в теорию отношений объектов, а не в теорию отношений событий. Но объекты не обладают прохождением событий. Соответственно, пространство как отношение между объектами лишено какой-либо связи со временем. Это пространство в мгновение без каких-либо определенных отношений между пространствами в последовательные моменты. Оно не может быть единым вневременным пространством, потому что отношения между объектами меняются.
Несколько минут назад, говоря о выводе ортодоксальных формул для относительного движения, я сказал, что они следуют как непосредственный вывод из допущения абсолютных точек в абсолютном пространстве. Это упоминание об абсолютном пространстве не было оговоркой. Я знаю, что доктрина относительности пространства в настоящее время господствует как в науке, так и в философии. Но я не думаю, что ее неизбежные последствия поняты. Когда мы действительно сталкиваемся с ними, парадокс представления характера пространства, который я разработал, значительно смягчается. Если нет абсолютного положения, точка должна перестать быть простой сущностью. То, что является точкой для человека в воздушном шаре с глазами, устремленными на прибор, является треком точек для наблюдателя на Земле, который наблюдает за шаром в телескоп, и является другим треком точек для наблюдателя на Солнце, который наблюдает за шаром с помощью какого-то прибора, подходящего для такого существа. Соответственно, если меня упрекают в парадоксальности моей теории точек как классов частиц-событий и моей теории частиц-событий как групп абстрактивных множеств, я прошу своего критика объяснить точно, что он понимает под точкой. Пока вы объясняете свое значение чего-либо, как бы просто это ни было, оно всегда склонно выглядеть тонким и хитроумным. Я, по крайней мере, объяснил точно, что я имею в виду под точкой, какие отношения она включает и какие сущности являются релятами. Если вы признаете относительность пространства, вы также должны признать, что точки — это сложные сущности, логические конструкты, включающие другие сущности и их отношения. Представьте свою теорию не в нескольких расплывчатых фразах неопределенного значения, а объясните ее шаг за шагом в определенных терминах, ссылаясь на назначенные отношения и назначенные реляты. Также покажите, что ваша теория точек выливается в теорию пространства. Более того, заметьте, что пример человека в воздушном шаре, наблюдателя на Земле и наблюдателя на Солнце показывает, что каждое допущение относительного покоя требует вневременного пространства с радикально иными точками, чем те, которые вытекают из любого другого такого допущения. Теория относительности пространства несовместима с какой-либо доктриной одного уникального набора точек одного вневременного пространства.