«... Никто из вас не пытался, вернувшись к началу, выяснить, верен ли путь и не пошел ли он, не заметив того, не потому пути, по которому надлежало идти. Напротив, все вы шли по следам ушедших вперед, будто стадо баранов за вожаком, вместо того, чтобы в самом начале, при входе, тотчас посмотреть, надо ли было вступать на эту дорогу...

             Но, во имя Афины, бросим сейчас все, что я говорил, и оставим здесь — да будет оно предано забвению...»

 

             Лукиан. «Гермотим, или О выборе философии

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Размышлять специально о Времени по какому-то плану мне не требуется. Что бы я ни делал, о чем бы ни думал, старая загадка постоянно напоминает о себе, тревожит, радует и мучает меня. И вторым слоем сознания (подсознания?), что ли, я размышляю о Времени. О Пространстве и Времени.

Наверное, нет ничего особенного в том, о чем я думаю. Не я один. Осознанно или не осознанно об этом думают все. Только чаще обыденно: «О! Уже шесть часов вечера!», «Ведь совсем недавно был день рождения, а уже следующий подходит». О быстротекущем времени, о невозвратном времени, о невозможности остановить его или хотя бы растянуть, думает, конечно, каждый. Отсюда и печаль, грусть — самые информационные для меня человеческие чувства. В таком состоянии мне хорошо думается.

Классе в седьмом или в восьмом, вот уже и не помню точно, я впервые обнаружил, что существуют Пространство и Время. День, ночь, год, расстояние до школы и леса — это все я, конечно, знал и раньше. Они были обыденными, естественными и понятными. А вот то Пространство, которое само по себе и в котором живут звезды, то Время, которое тоже само по себе, и в котором живу я вся Вселенная... Это поразило меня на всю жизнь.

Весь день падал снег, было тепло и вдруг разъяснилось и резко похолодало, но в воздухе еще чувствовалась влажность. Я шел из школы. Наш дом стоял на склоне горы, так что с улицы он выглядел одноэтажным, а в глубине двора становился двухэтажным. И мы жили в последней квартире на втором этаже, окнами на железнодорожную станцию. С того места, где я шел, открывался вид на вокзал, железнодорожные пути, забитые составами, прожекторы на стальных опорах, виадук, депо. Там, внизу что-то грохотало, лязгало, гудело, переливалось огнями.

Я остановился и посмотрел чуть вверх, потом выше, а затем вообще задрал голову насколько мог. И тут я обомлел. Я не понимал, что произошло. Я вдруг увидел небо объемным. Одни звезды были ближе, другие дальше, а третьи вообще едва мерцали из бездонной глубины. Они были цветными: голубыми, желтоватыми, красными, почти белыми. Какие-то странные фигуры, знаки, таинственные письмена образовывали они на небе. И небо было прекрасно, неописуемо красиво, невыразимо красиво и в то же время жутковато своей необъятностью. Я и прежде тысячи раз видел звезды, они и тогда, они всегда были красивы. Но в эту ночь в них появился какой-то скрытый и непонятный для меня смысл.

Я уже знал, что звезды — это далекие, далекие солнца. А теперь понял, что число их бесконечно. Потрясенный, я простоял на улице часа два. И уже мороз пробрал меня до самых костей сквозь ватную телогрейку и стеганые штаны. Замерзли пальцы ног в залатанных и подшитых в два слоя катанках. Пальцы рук приходилось то сжимать в кулак, то разжимать. А я все стоял и смотрел, иногда поворачиваясь на месте, да изредка поправляя сваливавшуюся с головы шапку.

Звезда — это огромное красивое солнце. Я на космическом корабле приближаюсь к ней, облетаю ее, а за ней — вторая, дальше — третья, тысячная, миллионная, миллиардная. И так — вечно! Бесконечно долго несусь я в бесконечном пустом Пространстве, населенном звездами, и все равно это лишь бесконечно малая часть того, что ждет меня впереди.

Жуткий восторг охватил меня. Восторг и страх перед бесконечностью Пространства и Времени. А в то, что они бесконечны, я поверил сразу. Другой, конечной картины мироздания я представить себе не мог. Ведь если есть предел миру, то что-то должно быть за этим пределом еще! Позже я понял, что представить себе бесконечность невозможно. А тогда я был уверен, что представил, понял, осознал. И изумился красоте и простоте Пространства и Времени. Эта принятая мною бесконечность была «дурной бесконечностью», как определил ее Гегель. Но уж о Гегеле-то я тогда, конечно, ничего не слышал.

Тогда же пришла и мысль о смерти. Но в пятнадцать лет смерть казалась невероятной, невозможной. Как это меня не будет? Все останется, а меня не будет?! Эта мысль потом тоже долго мучила меня, впрочем, как и всех, Но ответ на нее я не торопился получить. Если это неизбежно, то там видно будет...

А вот Пространство и Время, другие миры, звезды и планеты...

Мороз все-таки загнал меня домой. Но с тех пор звездное небо не перестает поражать меня своей таинственностью и красотой. И хотя в ту ночь я узнал о Вселенной, Пространстве и Времени все, мне захотелось убедиться, что я прав. Так у меня появились личные, только мои книги. Да, первые книги, которые я купил, были книгами по астрономии.

Я изучил звездное небо. Сами названия звезд и созвездий завораживали меня. Вега, Лира, Мицар, Алькор, Регул, Сириус, Кассиопея, Орион... Кое-что помню до сих пор. Читая книги, я узнавал не только о звездах, но и многом, о чем ранее и не догадывался: о материи вообще, о космических ливнях, о «главной» звездной последовательности, о сверхплотном состоянии вещества белых карликов, о кратных звездах. Все это было интересно, и мне хотелось узнавать еще и еще, но в главном я оказался прав: Вселенная действительно была бесконечной. Материя существовала в бесконечном Пространстве и Времени. Меня даже не расстроил тот факт, что мысль, к которой я пришел, известна давным-давно. Пусть так. Но я-то сделал это открытие сам.

Светлая, наивная, счастливая пора...

Стоит ли говорить, что в школе любимыми предметами для меня были физика и астрономия.

Но вскоре начались и сомнения. Первым звонком был закон инерции. Он показался мне скучным. Как? Если на тело не действуют никакие внешние силы, оно так и будет бесконечно долго нестись по прямой в бесконечном Пространстве? Я выучил доказательство этого закона по учебнику, а когда вышел на уроке отвечать, не мог открыть рта. Стоял и молчал, пока не получил двойку. Кажется, в школе это была у меня единственная двойка по физике.

К десятому классу вопросов накопилось много. Да и сама концепция статичной бесконечной Вселенной меня уже не удовлетворяла. Останется ли Пространство и Время, если из Вселенной удалить все вещество? Было ли у Пространства и Времени начало? Изменяются ли в каком-либо смысле Пространство и Время? То, что это не кубические метры и не ход часов, я уже осознавал. Словом, картина мира, которая когда-то потрясла меня, разваливалась, а новая никак не складывалась.

Сейчас-то я понимаю, что у меня тогда не было опоры, от которой я мог бы оттолкнуться. Я хотел понять, что такое Пространство и Время просто, сразу, каким-то внутренним прозрением. Ты видишь, Природа (в Бога я не верил), как это меня интересует, как мучительно я размышляю над этим! Что тебе стоит пусть не дать разгадку, но хотя бы подтолкнуть меня на правильный путь, бросить тонкий намек, незаметно подсказать?

Тайна не открывалась. И детское, но непреодолимое желание понять все, да еще в короткий срок, прошло. Это не стало для меня трагедией. Просто загадка оказалась сложнее, чем я предполагал. Ну что ж, значит, нужно работать спокойно, не торопясь, и как-то не так, как я это делал раньше.

Я окончил институт. Появилась семья, новые заботы, новые друзья, началась совсем другая жизнь. Проблема Пространства и Времени как-то незаметно отошла на второй план.

Моя первая, детская библиотека пропала. Я начал собирать новую. В нее входили, в основном, книги по радиоэлектронике, фантастика и литература по физике. Космология, теория элементарных частиц — мне казалось, что где-то здесь лежит ключ к разгадке Пространства и Времени. Помню, как я был счастлив, когда впервые прочитал о гипотезе Большого Взрыва. Это был не научный (или научно-популярный) труд, а критика ложного буржуазного учения, которое стремилось протащить Боженьку в космологию. Начало Времени и Пространства, начало Вселенной! Это было захватывающе и интересно. Это было уже кое-что.

Здесь нужно иметь в виду, что это были за времена. Вот лишь несколько цитат из научной литературы того времени, которую я прочитал, конечно же позже. Авторов я не называю.

«А. Ф. Иоффе не умеет применять марксистско-ленинскую теорию познания и диалектический метод. Я. И. Френкель преклоняется перед буржуазной наукой. То же — М. А. Марков»,

«Бог и Гейзенберг отличаются от фашиствующего Иордана в своих философских позициях лишь большей осторожностью и маскировкой взглядов».

«Эйнштейн объявляет себя сторонником реакционной теории расширяющегося мира».

«Эйнштейн, сползая в философии на позиции идеализма, начинает нести всякий реакционный бред».

«Эйнштейн, Фридман, Леметр, де Ситтер, Эддингтон, Милн и другие... утверждают, будто пространство-время как целое имеет кривизну, будто оно замкнуто и хотя не ограничено, но конечно. Были созданы модели сферической, цилиндрической, неустойчивой, разлетающейся или же пульсирующей вселенной, модели, встреченные с ликованием поповщиной, как подтверждение идеи о сотворении и неизбежной гибели мира».

Только-только кибернетика начала из лженауки превращаться в настоящую науку. А в биологии все еще властвовал Т. Д. Лысенко. Все в мире рассматривалось с точки зрения диалектического материализма, и все, что ему не соответствовало, не имело права на существование. Смешной (или страшный) факт: я уже учился в институте, Альберт Эйнштейн был еще жив, а я о нем не знал. В учебниках он не упоминался.

Я жил, работал, размышлял. Тайна Пространства и Времени так и оставалась тайной. Периодически я собирал компании для решения этой проблемы, потом они распадались. Я просто-напросто не знал, с какой стороны подступиться к ней. Я шел не той дорогой. Пространство и Время были для меня некоторыми сущностями, которые и необходимо было осознать. Я находился в тисках субстанциальной концепции Пространства и Времени. Я бился и над континуальной и над дискретной моделью, все было напрасно. И даже когда я перешел с субстанциальной концепции на реляционную, где Пространство и Время являются некоторыми отношениями в физическом мире, все равно передо мной стояла стена и ни одной трещинки не было в ней.

И тогда я начал писать фантастические рассказы. Наверное, если следовать психоанализу, в моем подсознании произошло какое-то «замещение». Сочинять фантастику я хотел давно, а написал свой первый рассказ, когда мне было уже под тридцать. В общем-то, почти все мои рассказы и повести — о Пространстве и Времени, и еще — о Человеке. Главным, что дала мне фантастика, было какое-то раскрепощение сознания. Я постепенно учился мыслить нестандартно.

Так уж получилось, что со специальной теорией относительности в изложении самого Альберта Эйнштейна я познакомился в зрелом возрасте. В школе я и не подозревал, что существует такой ученый — Эйнштейн. В институте курса специальной теории относительности у нас не было. Хорошая популярная литература (по крайней мере та, что попадалась мне) появилась лишь в 60-х годах. К этому времени я, правда, уже кое-что читал об Эйнштейне и СТО, но в основном о том, что касалось различных парадоксов, сверхсветовых сигналов и прочей «фантастики». Литература по физике скапливалась в моей квартире. Я, буквально, охотился за «Эйнштейновскими сборниками».

А жизнь текла. Инженерная работа меня увлекала. В 1976 году я был принят в Союз писателей СССР. У меня выходили сборники фантастических рассказов и повестей, в том числе и за рубежом. Все было нормально. Только вот тайну Пространства и Времени я все еще не мог разгадать.

В 1973 году Александр Стоянов принес мне два тома «Собраний научных трудов» Альберта Эйнштейна. Они до сих пор стоят у меня на полке. Теперь я мог изучить специальную теорию относительности не по пересказам. И хотя к этому времени я уже достаточно хорошо разбирался в СТО, первые два тома меня потрясли. Третий том (уже в библиотеке) я сначала просмотрел мельком. Ну, а четвертый том — вообще прелесть.

Вот написал я фразу: «... уже достаточно хорошо разбирался в СТО» и понял, что допустил существенную неточность. Да, я мог связно изложить СТО и в то же время я то «понимал» ее, то «понимал, что ничего не понимаю» в ней. Конечно, СТО логически завершена, математический аппарат ее прост и безупречен. Но что-то меня... нет, не беспокоило, наоборот — радовало, что-то я усмотрел в ней, чего не видели другие. Но что — я и сам не мог понять. Что-то в ней было тайное, скрытое и в то же время поразительно явное, лежащее на самом виду. Конечно, если, например, сама функция задана, то в нее можно подставлять любые числовые значения, не сомневаясь, что получится правильный ответ. Но сама функция... Не изменяется ли она? Имеет ли один и тот же смысл в разные времена? Я читал, размышлял, мучительно и радостно. И эта мучительная радость или радостная мука вела меня. Что-то происходило в моем подсознании, что-то там созревало.

Как и каждый человек, я подвержен влияниям других людей, хотя могу даже и не замечать этого или осознавать позднее. Как на писателя-фантаста на меня наибольшее влияние оказали А. Грин и Р. Брэдбери. А из философов, которые помогли мне — И. Кант, Блаженный Августин и Г. В. Лейбниц. Это будет ясно из дальнейшего изложения.

И вот однажды я задумался над тем, что такое скорость света и как ее измерить? Я, конечно, знал о массе экспериментов по определению скорости света. Знал, что все эксперименты подтверждают ее постоянство. Но я задумался над тем, что же мы измеряем, когда измеряем скорость света? Вопрос, наверное, многим покажется ненормальным. А мне было интересно. И прорыв наступил Это произошло 14 марта 1979 года. Да, в день рождения Альберта Эйнштейна, в его столетний юбилей. Здесь нет никакой мистики или загадочного совпадения. Просто, чем ближе подходил этот день, тем больше появлялось статей и книг об Эйнштейне и его научных трудах, тем интенсивнее я размышлял.

В то время я по роду своей основной работы много времени проводил в научной библиотеке Томского политехнического института. И читал, конечно, не только то, что требовала работа, но и то, что меня интересовало. Я отлично помню тот день. Работал в библиотеке я с утра до обеда. Посетителей в это время обычно было мало. И вообще это прекрасная и удобная библиотека. Я вышел покурить в пустую курилку. Ходил там из угла в угол и вдруг все понял. Я понял, что такое скорость света, как ее измерить, каким образом она связана с Пространством и Временем. Я понял, что такое Пространство и Время. Тотчас же возникло множество следствий. Я уже знал, почему в нашем мире наличествуют только «запаздывающие» взаимодействия, почему причина предшествует следствию, почему возрастает энтропия в замкнутой системе, почему вращаются галактики, что такое на самом деле квазар, почему время течет из прошлого в будущее, какова связь между Пространством и Временем и многое другое. Все это произошло мгновенно.

Примерно то же самое происходило со мной всякий раз, когда в голову приходил сюжет рассказа. Он приходил внезапно. Я чувствовал его в свернутом виде. То есть, в нем уже было все от первой до последней буквы (хотя рассказы свои я переписываю по многу раз), я знал весь сюжет, но слов еще не было. Этот свернутый в точку сюжет я носил в голове по многу месяцев или лет, пока не наступала пора слов. Тогда я садился и писал рассказ в день, два или три, смотря по тому, каков был его объем.

Так и здесь. Я знал все. Но это все было свернуто в точку. Это очень странное состояние. Как будто носишь в себе какую-то радостную тайну.

Курил я в тот день не дольше обычного. Вернулся в читальный зал, взялся за книгу и в обычное время пошел домой. Я знал, что начинать писать сейчас бесполезно. «Точка» так просто не оформится в слова. Нужно подождать.

Но я не предполагал, что ждать придется так долго.

Сначала я бросился искать в литературе: не открыл ли я то, что уже давно известно другим. Оказалось, что некоторые физики и философы подходили очень близко к этой идее, но почему-то останавливались. Параллельно я начал свою систематизацию физики. Меня интересовали трудности в физике, которые физика пыталась объяснить или которые остались далеко позади и теперь уже как бы «не имели смысла». Попутно я выяснил, что физику я знаю очень плохо. Пришлось заняться и этим. Но в учебники я заглядывал редко, там трудности в физике обходились, и мне это было неинтересно. Я понял, что нужно изучать труды людей, которые создавали физику. Они никогда не скрывали проблем, стоявших перед ними. Я разработал свою систематизацию, в которой оказалось около пятисот разделов. Более трех тысяч статей и книг насчитывается в моей картотеке. На все это требовалось время. И в 1982 году я навсегда оставил инженерную деятельность и бросил фантастику. Свое научное любопытство я удовлетворял за собственный счет.

Несколько раз я начинал излагать свою идею, но у меня ничего не получалось. Отдельные параграфы, правда, оставались, но полная картина не складывалась. Я тонул в огромном объеме информации, мечтал о персональном компьютере, начинал понимать, что не учитываю какой-то важный момент, который уже давно используется подсознанием, потому что там все удачно складывается, но который еще не проник в мое сознание. И лишь в 1991 году я сказал себе: да, так все оно и есть — понятия Пространства и Времени не просто реляционные, а субъективно-реляционные.

И тогда я без особых затруднений написал черновик в две тысячи страниц. Я понимал, что этот труд нужен только мне самому, как последняя систематизация. Потом написал нормальный, как мне кажется, научный труд «Пространство и время (Физический аспект)». А вот это очень краткое и беллетризованное изложение проблемы Пространства и Времени я предлагаю читателям только для того, чтобы привлечь внимание к своему основному труду.

Так решил ли я вечную проблему Пространства и Времени? Я сделал лишь один шаг вперед. Но это был трудный шаг, он потребовал серьезной ломки стереотипов в физике.

Я надеюсь, что кто-то поддержит меня и продолжит работу. Кое-какие частные идеи у меня еще есть, но меня уже тревожит другая проблема, решение которой я, как всегда, чувствую свернутым в точку.

Сорок два года потребовалось мне, чтобы от первого восторга и благоговейного ужаса перед Пространством и временем шагнуть к их объяснению. Если же я ошибся, то это самая трагичная, но и самая прекрасная ошибка в моей жизни.

 

Глава первая

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В ФИЗИКЕ

 

 «... Что же такое время? Кто мог бы объяснить это просто и кратко? Кто мог бы постичь мысленно, чтобы ясно об этом рассказать? О чем, однако, упоминаем мы в разговоре, как о совсем привычном и знакомом, как не о времени? И когда мы говорим о нем, мы, конечно, понимаем, что это такое, и когда о нем говорит кто-нибудь другой, мы тоже понимаем его слова. Что же такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет не знаю. Настаиваю, однако, на том, что твердо знаю».

 

 Блаженный Августин.  «Исповедь»

 

В основе физической картины мира лежат представления о материи и ее атрибутах — пространстве, времени, движении, причинности, взаимодействии и др.

Одним из недостатков традиционного построения физики является интуитивный характер исходных физических понятий, строгого определения которых не существует. Конечно, развитие физики периодически приводит к тому, что предпринимаются попытки уточнить их, как, например, в специальной теории относительности. Но некоторый успех очень быстро приводит к тому, что эти понятия снова начинают применяться как вполне определенные. Физика так быстро уходит вперед, что, видимо, не остается времени остановиться и оглянуться назад, чтобы задать вопрос: что там позади? На каком основании построено здание физики?

Вторым недостатком является столь же интуитивный, плохо определенный характер исходных аксиом, таких, например, как: время однородно; пространство однородно и изотропно. И более того, непонятно. Почему, например, причина порождает следствие, а не наоборот; почему существуют запаздывающие потенциалы, а опережающих нет; почему энтропия замкнутой системы возрастает?

Конечно, для некоторых ученых таких вопросов не существует. Опережающие потенциалы отбрасываются как не имеющие смысла. Направление течения времени определяется всей совокупностью явлений в мире и т. д. Но это не ответ.

Интуитивный характер исходных аксиом сам по себе, вероятно, не является трагедией для физики. Недостатком является тот факт, что они излишне долго не уточняются, не выводятся логически из каких-то более глубоких, новых аксиом, которые, в свою очередь, на данном этапе развития физики могут быть и чисто интуитивными, пока не настанет пора логически определить и их, опять же исходя из более глубоких интуитивных аксиом.

И третьим недостатком традиционного построения физики является отсутствие единой картины строения физики в целом. Это признается всеми физиками.

Актуальность исследования значения пространства и времени в аксиоматизации физической теории несомненна. Нет ни одного раздела физики, который бы не пользовался этими понятиями. Вся физика в своих принципиальных основах строится на представлении о пространстве и времени. Причем, они являются первичными, неопределяемыми понятиями. И. Ньютон поступил именно так, введя абсолютное и относительное пространство и время до аксиом, до законов движения. Но эти пространство и время не только являются важнейшими элементами самой структуры физической теории, но и сами задаются через соответствующие аксиомы. Здесь мы впервые встречаемся с так называемым «логическим кругом», когда некоторая теория строится на понятиях, которые можно определить только на основании выводов самой теории.

Известно, что определить понятие означает подвести под него другое, более широкое понятие. Наше обыденное представление о пространстве и времени, а также их определения, используемые в современной физике, неразрывно связаны с такими конкретными свойствами, как свойство соседства, позволяющее нам судить о существовании двух точек (явлений, объектов) и свойство следования их состояний. Заранее нельзя сказать, что эти свойства будут присущи всем уровням материального мира. Пространство и время никогда не наблюдаются сами по себе.

Современные представления (математическая модель) о пространстве и времени таковы. Предполагается, что любой интервал в пространстве обладает бесконечной делимостью, так как пространство представляется как бесконечная совокупность точек, расположенных столь плотно, что они образуют непрерывное множество. В непрерывном пространстве (континууме) каждая точка обладает окрестностью, и как бы мы ни стягивали эту окрестность, в ней все равно будет содержаться бесконечное число других точек. Кроме того, математическая модель требует, чтобы около двух несовпадающих точек можно было построить не перекрывающиеся друг с другом окрестности. На континуум можно распространить свойство размерности. Реальное пространство трехмерною С математической же точки зрения для числа измерений, которое могло бы иметь пространство, предела нет. Существует даже раздел математики (с физическими приложениями), занимающийся бесконечномерными пространствами.

Континуальное пространство обладает свойством связности. Пространство может быть «связано» множеством различных способов. Например, как поверхность тора, так и поверхность сферы являются связными пространствами в том смысле, что на каждой из них любые две точки могут быть соединены друг с другом непрерывной кривой, которая будет лежать в этом же пространстве. Но свойства связности в этих двух случаях различны. Простую замкнутую кривую (такую, как окружность) всегда можно непрерывным образом стянуть в точку на поверхности сферы, но не всегда — на поверхности тора. Считается, что та область Вселенной, которая в настоящее время доступна нашему наблюдению, является односвязной, наподобие поверхности сферы.

Еще одно важное свойство реального пространства — ориентируемость. Известно, что перчатку для левой руки невозможно превратить в перчатку для правой, как бы мы ни поворачивали, если только не вывернуть ее наизнанку. Более того, если даже отправить перчатку в удаленную часть Вселенной, а потом вернуть ее назад, то левая перчатка по возвращении не станет правой. Однако в математических пространствах такого рода изменения ориентации могут происходить. Примером служит лента Мебиуса, представляющая собой двумерное пространство. Левая перчатка превратится в правую, если ее перенести по замкнутой кривой вдоль этой ленты. Математически можно ввести и аналогичные трехмерные «пространства Мебиуса». Лента Мебиуса представляет собой неориентируемое пространство. Считается, что не существует никаких свидетельств, что наша Вселенная неориентируема.

Все эти свойства называются топологическими. Они связаны лишь с непрерывностью пространства, но не с такими его характеристиками, как размеры и форма. Но, чтобы построить адекватные модели реальной Вселенной, нужны ее метрические характеристики. Одной из наиболее очевидных и практически используемых характеристик пространства является способ, с помощью которого точки пространства можно пометить непрерывно изменяющимися значками, или координатами. Пространство, в котором заданы согласованные непрерывные координаты, называется многообразием.

Реальное пространство, помимо того, что оно является многообразием, обладает еще и геометрической структурой. Например, между любыми двумя точками существует кратчайший путь. Кроме того, могут быть определены расстояния и углы. Пространства, обладающие этими свойствами, называются метрическими пространствами. Существует много различных типов метрических пространств: евклидово, риманово, пространство Лобачевского и т. д.

Время во многом обладает теми же свойствами, что и пространство. По-видимому, для них одинаковы, например, такие топологические свойства, как непрерывность, связность и ориентируемость, хотя время не трехмерно, а одномерно. У времени также есть метрическая структура, поскольку можно определить «расстояние» между двумя точками во времени как интервал между двумя событиями — длительность.

Но что физически определяет топологические и метрические свойства пространства и времени, до сих пор неизвестно. Собственно, в этом и заключается тайна времени.

На протяжении столетий континуальная модель оставалась наиболее приемлемой моделью пространства и времени. Представления о непрерывности пространства и времени играют значительную роль и в современной физике. Вся физика макромира является континуальной. Общая теория относительности включила в континуум пространство и время объектов Вселенной. Квантовая физика сделала то же самое с пространством и временем объектов и процессов микромира.

Однако развитие квантовых теорий, да и общей теории относительности приводит к тому, что представления о континуальности пространства и времени сталкиваются со значительными трудностями. Квантовая физика была вынуждена заимствовать у классической физики идею точечного, непротяженного элементарного объекта. Сама по себе непротяженная точка — это лишь некая мысленная конструкция. Однако, наделенная такими свойствами, как масса или заряд, она приобретает статус объекта физической реальности. Непротяженная точка — это исходная абстракция континуума. Но непротяженные точечные частицы могут взаимодействовать непосредственно лишь в одной точке — там, где они находятся. Причем, безразлично, взаимодействуют ли они с частицами или непрерывными полями. Это так называемый принцип локальности. Он утверждает, что все физические законы должны описываться дифференциальными уравнениями (или операторами) конечного порядка.

Но отождествление представлений о точечности объектов и взаимодействий с реальностью сталкивается с трудностями уже в классической физике. Помещая в некоторую непротяженную точку пространства конечную массу или конечный заряд, мы тем самым создаем в ней особенность, «сингулярность»: в этой точке становятся бесконечными, то есть физически бессмысленными, плотности масс и зарядов, потенциалы гравитационного и электромагнитного полей.

Преодоление этих трудностей пытались искать в категориях дискретности пространства и времени. Но здесь физику ожидали еще более значительные трудности. Если локализовать взаимодействие не в непротяженных точках, а в пределах некоторой конечной протяженности (элементарной области пространства), то получится модель дискретного пространства. Но здесь возникает другая трудность. В этих элементарных областях пространства, как бы они ни были малы, получается бесконечная скорость распространения физического взаимодействия, так как взаимодействие происходит во всей области протяженности пространства. Такое допущение противоречит общепринятому принципу близкодействия, который утверждает, что любые физические взаимодействия могут распространяться лишь с конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме.

Физики научились обходить эти трудности, но только обходить, а не устранять, с помощью так называемой перенормировки. Суть перенормировки заключается в различении физически осмысленной и «нефизической» (бесконечной) части результата вычисления физических величин. Однако смысл перенормировки еще не понят до конца.

Таким образом, с одной стороны, в физике элементарных частиц, например, используются идеи континуума, а с другой, представления об определенной протяженности квантовых объектов и процессов. Но до сих пор ни один из экспериментов в квантовой физике не обнаружил у электрона каких-либо размеров. Эта частица и в самом деле проявляет себя, как занимающая нулевой объем.

Разное понимание сущности пространства и времени привело к появлению субстанциальной и реляционной концепций пространства и времени.

Субстанциальная концепция рассматривает пространство и время как особого рода сущности или нетелесные субстанции. Это некие самостоятельные вместилища, в которые помещены материальные объекты и процессы. Они существуют сами по себе, совершенно независимо от вещества, поля и взаимодействий между материальными объектами (например, пустота Демокрита, абсолютное пространство и время Ньютона), или находятся в некоторой зависимости от них (например, специальная и общая теории относительности Эйнштейна), однако они оказывают существенное влияние на бытие и движение материальных объектов и систем. Понятие пространства и времени являются в этой концепции первичными, далее не анализируемыми категориями. Вопрос о реальном, физическом содержании этих понятий даже не ставится.

Реляционная концепция рассматривает пространство и время, как некоторые отношения между материальными объектами и физическими событиями. В этой концепции пространство и время не имеют самостоятельного существования, а являются следствиями, результатом взаимодействия материальных систем. Здесь уже можно поставить вопрос о физическом смысле понятий пространства и времени, хотя это до сих пор не было сделано. Наиболее последовательным сторонником реляционной концепции пространства и времени был Г. В. Лейбниц.

Статическая и динамическая концепции характеризуют различные точки зрения на соотношение пространства и времени, с одной стороны, и возникновения, изменения, исчезновения (или более кратко — эволюции), бытия и существования материальных систем вообще, с другой.

Согласно статической концепции, нет никакой разницы в смысле статуса существования между событиями прошлого, настоящего и будущего. Все они существуют реально и «одновременно». Различие между ними примерно такое же, как различие между разными точками пространства. Наше сознание, двигаясь вдоль своей мировой линии от прошлого к будущему, как бы «наталкивается» на различные события. Этот момент встречи переживается нашим сознанием, как «настоящее время», «теперь» или «сейчас».

Никакого объективного возникновения и исчезновения событий и материальных систем не существует, это лишь иллюзия, возникающая в момент встречи сознания с тем или иным событием. Исчезновение события или объекта означает удаление сознания от места встречи с событием в пространственно-временном континууме.

Согласно динамической концепции, реально существуют только события настоящего времени. События прошлого уже реально не существуют, события будущего еще реально не существуют. Все множество реальных событий и материальных систем, составляющих Вселенную, движется во времени — от прошлого через настоящее к будущему, реально возникая и исчезая, превращаясь в другие события и материальные системы. Когда Ньютоном были сформулированы основные понятия классической механики, в частности понятие абсолютного времени, динамическая концепция стала рассматриваться как единственно возможная научная концепция времени. Одним из основных аргументов против нее является то, что ни одна существующая в настоящее время физическая теория, ни один физический закон не дают объективных критериев для выделения момента настоящего времени. Не следует из них и понятие эволюции.

Является ли пространство и время объективной реальностью или оба они конструируются сознанием человека, в любом случае, восприятие пространства и времени человеком является загадкой.

Существует еще одна пара концепций, Концепция объективности пространства и времени считает, что время и пространство являются объективными свойствами реального мира. Общераспространенное доказательство этого заключается в том, что если пространство и время лишь феномен, порожденный сознанием человека, то развитие в природе лишается объективного характера. На это можно возразить, что в природе может существовать «нечто», что только в сознании человека преобразуется в то, что мы называем пространством и временем, подобно тому, как в природе существуют колебания электромагнитного поля различной частоты, которые мы воспринимаем как цвет. Это и будет соответствовать субъективной концепции пространства и времени.

Блаженный Августин считал, впрочем, как и большинство философов, что время создается нашим сознанием, Видимо, он был одним из первых, кто обратил внимание на то, что возникновение понятия «время» было бы невозможным без наличия памяти у человека. Более того, Блаженный Августин считал, что не только понятие времени у человека, но и само «внешнее» время, то, которое обладает длительностью и которое можно измерить, тоже невозможно без существования памяти.

Субстанциальная концепция пространства и времени, несомненно, тесно связана с объективностью пространства и времени, а, возможно, это в каком-то смысле одно и то же. Точно так же, реляционная концепция тесно связана с субъективностью пространства и времени.

Наиболее строго идею об идеальности, субъективности времени и пространства развил И. Кант. Прежде всего нужно отметить мысль Канта о том, что все, что может быть дано нашим чувствам (внешним — в пространстве, внутреннему — во времени), мы созерцаем только так, как оно нам является (феномен), а не как оно есть само по себе (ноумен). В своей трансцендентальной эстетике Кант прежде всего изолирует чувственность. Он отделяет в знании все, что мыслит рассудок посредством своих понятий, чтобы не оставалось ничего, кроме эмпирического созерцания. Затем он отделяет от эмпирического созерцания все, что принадлежит к ощущению — так чтобы осталось только чистое созерцание и одна лишь форма явлений — единственное, что может быть дано чувственностью априори. В результате оказывается, что существуют две чистые формы чувственного созерцания как принципы априорного знания, а именно, пространство и время. Пространство, по Канту, вовсе не представляет свойства каких-либо вещей в себе, оно не есть определение, которое принадлежало бы самим предметам и оставалось бы даже в том случае, если отвлечься от всех субъективных условий созерцания. Только с точки зрения человека мы можем говорить о пространстве, о протяженности и т. п. Этот предикат можно приписать вещам лишь в том случае, если они нам являются, то есть, если они предметы чувственности. Мы имеем полное право сказать, что пространство охватывает все вещи, которые являются нам внешне (феномены), но мы не можем утверждать, что оно охватывает все вещи сами по себе (ноумены) независимо от того, созерцаются они или нет, а также независимо от того, каким субъектом они созерцаются. То же самое относится и ко времени.

Я лишь слегка коснулся проблемы пространства и времени, с единственной целью — показать, что эти плохо определенные понятия и лежат в основаниях физики. Приводит ли это к каким-либо трудностям в самой физике? Несомненно приводит. Далее я попытаюсь дать краткий анализ некоторых «забытых» или «не имеющих смысла» трудностей в физике. Вообще говоря, можно начать с любого из общепринятых свойств пространства и времени. Например, с однородности пространства или его изотропности, а можно и с однородности времени. В итоге мы все равно придем к одному и тому же. Но наиболее интересно проанализировать некоторые физические теории с точки зрения направления течения времени и его необратимости.

 

Глава вторая

ДИНАМИЧЕСКИЕ «СТРЕЛЫ» ВРЕМЕНИ

 

«Сей день я прожил! Завтра — тучей

Пусть занимает Юпитер небо

Иль ясным солнцем, — все же не властен он

Что раз свершилось, то повернуть назад;

Что время быстрое умчало,

То отменить иль не бывшим сделать».

 

Квинт Гораций Флакк. «К Меценату»

 

Мы должны постоянно учитывать, что фундаментальные понятия классической физики — пространство и время — пришли в науку из обыденного языка и смысл их в жизни и науке значительно отличается. Понятие «течения» времени относится к этому же роду. Наиболее яркая метафора течения времени — это течение реки, воды. Вода, вытекающая из клепсидры — вот наиболее точный образ времени для древнего грека или римлянина. Перепад двух уровней позволяет воде течь. И всегда в одну сторону: с более высокого уровня на более низкий, нижний. То же самое относится и к реке.

Необратимость времени понимается как наличие однозначного временного порядка, то есть как единственность направления течения времени для последовательности событий.

Обсуждение этой проблемы в рамках теоретической физики прошлого века Р. Клаузиусом, У. Томсоном, Л. Больцманом, И. Лошмидтом, Э. Цермело и другими, а также исследования ХХ века вплоть до работ Нобелевского лауреата И. Пригожина и его школы, показало полное безразличие математического времени теоретической физики во всех ее областях, начиная с механики и кончая космологией и квантовой физикой, к реальному направлению протекания материальных процессов.

Все локальные физические законы симметричны относительно обращения времени. И тем не менее в окружающем нас реальном мире наблюдается явная временная асимметрия. А. Эддингтон назвал эти асимметрии «стрелами» времени. В этой главе мы кратко рассмотрим динамические «стрелы» времени:

1. «Стрелу» времени в классической механике.

2. Электродинамическую «стрелу» времени.

3. «Стрелу» времени в квантовой механике.

4. Космологическую «стрелу» времени.

В последующих главах будут рассмотрены причинная и термодинамическая «стрелы» времени.

Классическая физика с математической точки зрения представляет собой теорию дифференциальных уравнений второго порядка. Новые физические теории ХХ века с математической точки зрения стали интерпретироваться как теории инвариантов некоторых групп преобразований. Но до сих пор самые изощренные теоретические построения в физике опираются на понятия и структуры, сформировавшиеся в аналитической механике ХУШ — Х1Х веков, таких, как действие, лагранжиан, гамильтониан, вариационные принципы и т. д.

Волновые динамические уравнения в классической и квантовой механике, электродинамике и космологии обратимы по времени. Они имеют два решения: «запаздывающее» и «опережающее». Иллюстрацией запаздывающего решения, например, в классической механике будут волны на поверхности пруда от брошенного камня. В электродинамике — сферические волны, расходящиеся от источника излучения. Никто никогда не видел на поверхности воды волны, сходящиеся в одну точку, или сферические электромагнитные, приходящие из бесконечности и исчезающие в поглотителе. Для космологии «запаздывающее» решение выполняется в виде расширяющейся Вселенной. «Опережающее» же решение соответствовало бы сжимающейся Вселенной.

Несколько сложнее дело в квантовой механике. Само динамическое уравнение — уравнение Шредингера — обратимо по времени и допускает, следовательно, эволюцию волновой функции в любом из двух взаимно противоположных направлений времени. Но одной из проблем квантовой теории является так называемая «редукция волновой функции». До процесса макроскопического наблюдения волновая функция допускает ряд потенциальных возможностей. Например, в опыте с двумя щелями электрон может попасть в любую точку экрана. Однако в процессе наблюдения результатов опыта все эти возможности мгновенно «стягиваются в точку» — реализуется какая-то одна из них. Это явление и называется редукцией волновой функции.

Дж. Фон Нейман развил идею о том, что в квантово-механическом измерении присутствует неанализируемый элемент. Помимо каузального измерения, подчиняющегося уравнению Шредингера, волновая функция претерпевает прерывное, акаузальное и мгновенное изменение, обусловленное вмешательством наблюдателя, его воздействием на объект.

Это в какой-то степени похоже на объяснение, данное Н. Бором существованию спектральных линий. Он исходил из предположения о том, что испускание фотона происходит в результате резкого перехода от одного квантового состояния в другое состояние с меньшей энергией. Допуская, что электрон, прежде чем он совершит спонтанный переход, может оставаться некоторое время в каком-то квантовом состоянии (так называемое «время жизни» возбужденного состояния), он одновременно предполагал, что сам переход происходит мгновенно, что он совершается без какого-либо промежуточного состояния электрона и что речь в данном случае идет о процессе, «не поддающемся описанию в рамках пространства и времени».  Это положение утвердилось впоследствии в интерпретации волновой механики копенгагенской школой. Мы, вообще. Не можем говорить о том, что электрон находится в каком-то состоянии, и тем более о том, что он осуществляет тот или иной переход. Переход проявляется лишь в операции измерения, которая вводит в действие сложную систему, образованную электроном, фотоном, прибором, который его регистрирует, и наблюдателем, который следит за прибором. До измерения электрон «потенциально распределен» между всеми своими начальными состояниями с определенной для каждого из них вероятностью. И только в момент, когда наблюдатель регистрирует в своем приборе прибытие фотона некоторой частоты, он тем самым осуществляет мгновенное сокращение пакета вероятностей и может утверждать, что соответствующий квантовый переход имел место.

Высказывалось утверждение, что мгновенное изменение волновой функции при измерении находится в противоречии с конечной скоростью распространения взаимодействия. А. Эйнштейн, например, считал это явление парадоксальным, несовместимым с нашими представлениями о пространстве и времени. Однако, как полагает большинство физиков, ни о каком распространении действия здесь не может быть и речи. Волновая функция не есть какое-то реальное поле и внезапное ее изменение не есть физический процесс изменения этого поля.

Однако анализ так называемого парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена, неравенства Дж. Белла, эксперименты А. Аспека и других исследователей показали, что нелокальность взаимодействия квантовых объектов все же подразумевает некоторое мгновенное «несиловое» и «неинформативное» взаимодействие.

Но вернемся к самим динамическим «стрелам» времени. Парадокс между номологической обратимостью уравнений и фактической необратимостью их в нашем мире, конечно же, уже давно привлек внимание физиков и философов. Были предприняты отчаянные попытки вывести однонаправленность и необратимость времени из самих симметричных уравнений. В этой работе приняли участие такие выдающиеся физики, как П. Дирак, Дж. Уилер, Р. Фейнман, Дж. Нарликар и многие другие. Попытки не привели к успеху. Во всех случаях пришлось прибегать или к особым граничным условиям, в основании которых лежит принцип причинности, или к термодинамике, а именно к тому экспериментальному факту, что энтропия в будущем больше, чем в прошлом. Р. Пенроуз показал, что это справедливо и для редукции волновой функции.

Теперь можно сделать неутешительный вывод о том, что динамические стрелы времени вовсе и не являются «стрелами». Из симметричных по времени уравнений невозможно вывести причину направленности и необратимости времени, если только заранее не ввести в них какую-либо асимметрию. Более того, часто забывают, что решение любого волнового уравнения не просто предполагает «запаздывающее» или «опережающее» решение, но их сумму. И если условия в будущем и прошлом тоже симметричны, то это решение равно нулю, то есть, не существует ни опережающих, ни запаздывающих действий, в мире ничего не происходит, самого мира просто-напросто нет.

 

Глава третья

ПРИЧИННАЯ «СТРЕЛА» ВРЕМЕНИ

 

«... Если бы мог найтись такой смертный, который мог бы духом своим обозреть всю цепь причин, то он не мог бы ни в чем ошибиться. Ибо тот, кто знает причины будущих событий, тот, несомненно, знает, что произойдет в будущем... Этого никто не может, кроме Бога...»

 

Марк Туллий Цицерон. «О дивинации».

 

Кажется, что нет более простого понятия, чем «причинность». Большинство (а может быть, и все) наших действий вызвано какими-то причинами. Или, наоборот, мы действуем так, а не иначе, чтобы получить определенное следствие. Правда, ошибки, к сожалению, случаются, но в этом виновата не причинность, а, видимо, мы сами. Интуитивная связка «причина — следствие» нам вполне понятна.

Подавляющее число авторов полагают фундаментальным и непререкаемым принцип, согласно которому одинаковые причины при одинаковых условиях порождают одинаковые следствия. Законы физики считаются таковыми, что из характеристик состояния в данный момент времени они позволяют однозначно получить характеристики для любого другого момента времени. Можно сказать: однозначность причинности — это однозначность физических законов.

Объединяя причины и следствия в одно понятие причины, можно прийти к утверждению, что «причина равна следствию». А из равенства причин и следствий вытекает, что любая сколь угодно удаленная причина определенного следствия цепи равна ему (следствию) и поэтому содержит в себе однозначно определяющие условия его наступления. Чтобы познать всю причинную цепь, достаточно познать любое событие в последовательности: в нем уже содержится вся полнота информации и о прошлом и о будущем этой цепи. Эта идея, идущая от древнегреческой философии, была воплощена во многих физических законах. Принцип равенства причины и следствия можно рассматривать и как своеобразную формулировку законов сохранения. Еще Б. Рассел обращал внимание на то, что этот принцип представляет собой простую тавтологию. Именно он ведет к так называемому лапласовскому детерминизму.

Необходимо заметить, что этот принцип, с одной стороны, кажется самоочевидным, поскольку именно на нем действительно основаны все (или почти все) физические законы и наша практическая деятельность, но, с другой стороны, он как бы противоречит тому, что мир имеет способность эволюционировать.

Причинно-следственные отношения основываются на представлении о предшествовании причины следствию в том смысле, что всякое представление о возникновении явления есть представление о его обусловленности из прошлого и настоящего, но не из будущего. Формальное объяснение может идти и от будущего к настоящему и прошлому, однако ответ на вопрос, как протекает процесс, всегда связан с указанием действия от прошлого к будущему, но не наоборот. Однонаправленность причинения считается связанной с сутью самого понятия причинности как отражающего направление возможной деятельности. С понятием однонаправленности причинно-следственного отношения тесно связано понятие необратимости.

Проблема предшествования следствия причине всерьез в научной литературе не рассматривается, хотя экзотическое воплощение этой идеи (тахионы) породило уже огромную литературу.

Физический принцип причинности — один из наиболее общих принципов науки — устанавливает допустимые пределы влияния физических событий друг на друга. Эта формулировка заключается в требовании, чтобы событие, происходящее в некоторой пространственно-временной области, может оказать влияние на эволюцию физической системы лишь в последующие моменты времени. Она включает в себя как частный случай и условие микропричинности, так как в рамках релятивистски-инвариантных теорий она исключает возможность сверхсветовых скоростей, а также инверсию причинных отношений. Физический принцип причинности требует также отсутствия взаимного влияния таких событий, применительно к которым понятия «раньше», «позже» не имеют смысла. Согласно специальной теории относительности, именно такая ситуация возникает, когда пространственное расстояние между событиями столь велико, а временной интервал столь мал, что эти события могли бы быть связаны лишь сигналами, распространяющимися быстрее света. Требование отсутствия причинной связи между ними, которую мог бы осуществить соединяющий их сигнал, и ведет к выводу о невозможности движения со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.

В аппарате физической теории физический принцип причинности используется прежде всего для выбора граничных условий к соответствующим уравнениям динамики, что обеспечивает однозначность их решения, то есть выбор запаздывающего, а не опережающего действия.

Суть принципа «запаздывающей» причинности заключается в том, что причина предшествует следствию. То есть, физический принцип причинности и есть принцип запаздывающей причинности. Его теоретическому доказательству посвящено огромное число работ, но удовлетворительного объяснения этого тезиса до сих пор не существует. Сторонники принципиального существования только запаздывающей причинности иногда ссылаются на конечность скорости взаимодействия. Если бы между причиной и следствием не было определенного временного интервала, то не было бы никакого развития. Это чрезвычайно существенное замечание. Однако оно говорит не в пользу запаздывающей причинности, а причинности вообще

Существует понятие полной или симметричной причинности, из которого следует, что следствия могут как предшествовать, так и следовать за своими причинами. С этой точки зрения запаздывающая и опережающая причинности совершенно эквивалентны. Теоретически — да, эквивалентны. Но что-то, какое-то свойство какого-то взаимодействия столь категорически разделяет их, что в нашем мире существует только запаздывающая причинность.

Итак, будем помнить, что запаздывающая причинность существует в нашем мире лишь де-факто, а не номологически. А теперь посмотрим, доказательно ли существующее в философии и физике направление, считающее, что в основе направленности и необратимости времени лежит именно запаздывающая причинность. Это так называемая «причинная» концепция времени, или причинная «стрела» времени.

Причинная концепция времени начала разрабатываться давно, еще в работах Лейбница и Канта. Кант считал, что понятия причины и следствия составляют единственное условие для определения необходимой последовательности во времени. Причинность же, как априорное понятие рассудка предполагает, по его мнению, необходимую связь предшествования причины своим действиям, так как в противном случае причинная связь являлась бы субъективной игрой воображения.

М. Борн считал, что абстрактный, вневременной смысл причинности является фундаментальным. Сторонников причинной концепции времени очень много. Но, чтобы установить ее состоятельность, нужно выяснить, можно ли понять физический смысл первичных асимметричных причинных отношений, применяемых в этой гипотезе, не используя никаких временных условий, которые эта гипотеза намеревается определить.

Основное положение причинной концепции времени базируется на следующем положении: причина предшествует следствию. Нетрудно видеть, что в этом утверждении наличествует логический круг. Когда говорят о том, что причина предшествует следствию, то явно подразумевают, что следствие появилось позже причины, то есть используют понятие временного предшествования, которое еще только требуется вывести. Различить причину и следствие на языке, который не использует временных критериев, оказывается невозможным.

И тем не менее, попытки вывести временной порядок из причинного не прекращаются. Одной из таких попыток является интерпретация Г. Рейхенбаха этой концепции на основе «метода маркировки». Но, как показал А. Грюнбаум, этот метод оказался несостоятельным по причине логического круга в рассуждениях. Сам Грюнбаум предпринял еще одну попытку, обобщив понятие времени путем исключения из него признака временного порядка, основанного на отношении «раньше» и «позже», и введения в качестве основного отношения специализированного отношения «между», что, по его мнению, не предполагает временного порядка. Но ему в итоге все-таки пришлось ввести, во-первых, граничные условия, которые, по сути дела являются ни чем иным, как классическими временными отношениями «раньше позже», а, во-вторых, критерий для установления причинности, представляющий собой второе начало термодинамики.

Несмотря на явные неудачи обоснования направленности и необратимости времени с помощью запаздывающей причинности, такие попытки предпринимаются вновь и вновь, но из логического круга в рассуждениях или ссылок на термодинамику не удалось обойтись никому.

Поскольку считается, что физический принцип причинности лежал и всегда будет лежать в основе любой естественнонаучной теории, интересно было бы проанализировать, не приводит ли он к каким-либо трудностям в физике.

Законы классической механики были разработаны в трудах Г. Галилея, Р. Декарта и И. Ньютона. Ньютон придал им современную математическую форму, привел механику в систему. Закон об инерциальном движении, являющийся первым законом механики Ньютона, гласит, что тело остается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действуют внешние силы. То есть, если тело предоставить самому себе, то оно не прекратит движения, как считал Аристотель, а будет продолжать движение до тех пор, пока какая-нибудь сила не заставит его отклониться или даже остановиться.

Механика Ньютона отвергает принцип Аристотеля: «все, что движимо, движимо чем-то еще». Вместо этого она признает мысль о том, что движение может быть беспричинным. Можно, конечно, сказать, что причиной равномерного и прямолинейного движения является как раз тот факт, что на тело не действуют никакие силы, но это является лишь попыткой уйти от решения проблемы инерциального движения.

Если инерциальное движение беспричинно, то этот факт вступает в противоречие с формулировкой принципа причинности, согласно которому у каждого явления имеется причина. Трудности, связанные с проблемой инерции и причинности, столь велики, что это позволило Р. Фейнману сказать: «... свободное движение не имеет никакой видимой причины. Почему предметы способны вечно лететь по прямой, мы не знаем. Происхождение закона инерции до сих пор остается загадкой».

С математической точки зрения из второго закона Ньютона, положив силу, действующую на тело, равной нулю, можно получить движение с постоянной скоростью, следовательно, движение по инерции. В этой выводимости принципа инерции из второго закона механики многие усматривают внутреннюю связь сохранения скорости с принципом причинности в механическом движении. Но в этом случае первый закон является просто-напросто частным случаем второго, и становится непонятным столь огромное значение его в физике.

Поэтому многие авторы приписывают первому закону самостоятельное значение. Основной довод сторонников этой мысли заключается в том, что случай, когда на тело не действует сила — особый случай и он должен стать предметом специального анализа. Дело в том, что законы механики справедливы лишь относительно системы, которая или покоится или движется равномерно. Только приняв за основу существование таких систем, можно говорить о том, что физические величины имеют явный смысл и точно определенное содержание.

Формулируя второй закон механики, Ньютон, конечно же, встретился с этой фундаментальной трудностью: каким образом фиксировать систему отсчета, относительно которой измеряется ускорение? Ньютон априори не мог иметь физических оснований для различения инерциальных и неинерциальных систем отсчета. То, что такое различие существует в природе, можно продемонстрировать многими способами. Ньютон обсуждал так называемый эксперимент с ведром. Вращение ведра имеет относительный характер. Если один наблюдатель видит ведро вращающимся, то другой (например, сидящий на ведре) может утверждать, что оно не вращается. В экспериментах Ньютона это различие было сделано абсолютным. Если ведро подвешено на струне и струна закручена, то после того, как мы отпустим ведро, оно начинает вращаться. Если в ведро налита вода, то ее поверхность будет искривляться и понижаться в центре. Этот абсолютный эффект доказывает наличие сил инерции и позволяет различать инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Но почему существует такое различие, Ньютон не знал. Однако он использовал его для постулирования так называемого абсолютного пространства. Фактически мы здесь имеем дело с особой инерциальной системой, все ускорения относительно которой могут быть обнаружены благодаря наличию сил инерции.

Однако понятия пространства и времени вводятся Ньютоном сначала на уровне первичных терминов, но затем получают определение с помощью аксиом, хотя ими определяются, потому что задают фон реализации самих аксиом. Ведь законы движения классической механики справедливы только в инерциальных системах отсчета, которые самоопределяются как системы, движущиеся инерциально по отношению к абсолютному пространству и времени. Мы снова столкнулись с логическим кругом в рассуждениях, на этот раз в попытке определить инерциальное движение через абсолютное пространство и время, которые могут, в свою очередь, быть определены только через инерциальные системы.

Попытки вернуть инерциальному движению причинную основу привели к появлению других определений инерциальности, но вырваться из логического круга в рассуждениях еще никому не удалось.

Традиционную форму закона инерции можно назвать пространственно-временной. Но этому закону можно дать и другую, а именно импульсно-энергетическую формулировку: тело сохраняет постоянный импульс и энергию, пока оно не передаст часть своей энергии и импульса другим телам или полям или пока оно не приобретет от других тел или полей некоторое количество энергии и импульса. Постоянство энергии обеспечивает равномерность движения. Постоянство импульса — прямолинейность движения. Здесь мы имеем дело как бы с классической формой эквивалентности пространственно-временного и импульсно-энергетического описаний.

Таким образом, принцип инерции является первым четко сформулированным законом сохранения. Но если импульсно-энергетическая формулировка верна, мы сталкиваемся с новой трудностью: законы сохранения импульса и энергии непричинны. Но именно законы сохранения подавляющим большинством физиков и философов считаются основой причинного описания. И именно на основе идеи причинности были развиты идеи сохранения, позже сформулированные в специальных принципах сохранения. Вновь мы встречаемся с логическим кругом в рассуждениях.

Принцип наименьшего действия Эйлера-Мопертюи при отсутствии внешних сил содержит требование экстремума для этого самого действия, что дает состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Таким образом, закон инерции и вариационные принципы механики тесно связаны. Но ведь причинность инерционного движения до сих пор остается нерешенной проблемой. Означает ли это, что и сами вариационные принципы, их достоверность, являются проблемой?

На основании понятия инерции Ньютон вводит понятие силы (причины), которая вызывает движение тел и изменение их движения. Второй закон ньютоновской механики гласит, что сила, действующая на тело, равна его массе, умноженной на ускорение. Из этого закона следует, что зная силы, действующие на тело или систему тел во время движения, а также их координаты и скорость в данный момент времени, можно определить координаты и скорость тела или системы тел в любой момент времени. Причинная связь, представленная в этом дифференциальном уравнении, выражает состояние любой системы как функции времени и действующих сил. Понятие причинности в этом законе отождествляется с динамической закономерностью. Как принято считать, в нем наглядно раскрывается смысл классического лапласовского детерминизма.

Насколько мне известно, никто не ставил вопрос о том, возможен ли чистый лапласовский мир с одними детерминированными событиями? То есть, возможно ли строго детерминированное развитие пусть даже не мира, а механической системы в механическом же смысле? И даже не развитие, а просто существование.

С одной стороны, принимается, что все события нашего мира должны быть причинно обусловлены. С другой — в действительном мире происходит постоянное изменение (развитие или деградация), причем, в большинстве случаев упорядоченное. Современная физика построена на принципе: одинаковые причины при одинаковых условиях порождают одинаковые следствия. Здесь сразу же возникает трудность: каким образом в мире происходит изменение? Предположим, что изменяется причина. Но почему может измениться сама причина? Потому что изменилась предыдущая причина, следствием которой является наша?

Та, в свою очередь, потребует изменения своей причины, и так до бесконечности. Но, во-первых, отнесение «причины всех причин» на бесконечность методологически недопустимо, это — так называемая «дурная бесконечность». Во-вторых, неправомерна сама ссылка на бесконечность мира, потому что этот мир (по крайней мере, наша Метагалактика) конечен в пространстве и во времени. Таким образом, привлечение к решению проблемы бесконечной череды причин — это, на самом деле, просто-напросто уход от решения проблемы. То же самое рассуждение применимо и к неодинаковым условиям действия причин, так как условия можно рассматривать тоже как причины и «дурная бесконечность» следования меняющихся условий будет иметь место точно так же, как и в случае цепи причин.

Ссылка на бесконечность связей материального мира не проходит также, так как, во-первых, Эти связи хоть и огромны по количеству, но не бесконечны, а, во-вторых, непонятно, почему изменяются сами связи, если одинаковые причины при одинаковых условиях порождают одинаковые следствия. Ведь будь их даже любое количество, но не изменяйся они сами, никакие изменения в мире не были бы возможны. Ссылки на изменяющиеся связи точно так же приводят к «дурной бесконечности». Идея развития, самоизменения, эволюции в таком случае совершенно невозможна. В лучшем случае получается логический круг в рассуждениях: изменения в мире происходят потому, что меняются причинно-следственные связи, изменение которых, в свою очередь, происходит потому, что изменяется мир. В общем — это тавтология.

Ссылка на пересечение причинно-следственных связей также несостоятельна, поскольку непонятно, почему, пересекаясь вполне определенным, закономерным и постоянным образом, они тем не менее приводят к разным результатам, а в итоге — к эволюции в природе. Кроме того, нужно объяснить, откуда берется само пересечение причин. То есть, мы снова приходим к «дурной бесконечности».

Я считаю, что лапласовский детерминизм до сих пор понимался неправильно. При помощи регулярных неизменяющихся причинно-следственных отношений невозможно получить регулярный, но изменяющийся механический мир. Другими словами, детерминированный мир Лапласа не может развиваться, а следовательно, и существовать вообще, если одинаковые причины при одинаковых условиях приводят к одинаковым следствиям.

Для того, чтобы детерминированный лапласовский мир существовал, необходимо, чтобы одинаковые причины при одинаковых условиях приводили к неодинаковым, но все же закономерным следствиям. Я понимаю, насколько дико звучит эта мысль! Тем более, что пока я не могу предъявить доказательства. Скажу лишь, что слова «одинаковые», «при одинаковых» я понимаю не тривиально. Или, вернее, им можно придать не тривиальный смысл.

Попытки модернизировать лапласовский детерминизм почему-то всегда сводились к тому, чтобы как-то ввести в него случайность, причем эта случайность тоже вводилась регулярным образом. Я не буду ввязываться в дискуссию, связанную с понятием «случайность» до тех пор, пока не будет выяснено, что же скрывается под понятиями причинно-следственного отношения и лапласовского детерминизма в его классической формулировке. Я предполагаю, что в понятии причинно-следственных отношений мы не учитываем какого-то важного элемента, вернее, даже не предполагаем о его существовании.

А. Эйнштейн посвятил несколько своих работ проблеме причинности в специальной теории относительности. Из них следует, что вывод о невозможности сверхсветовых скоростей мотивирован лишь ссылкой на опыт, то есть на тот наблюдательный факт, что в нашем мире причина всегда предшествует следствию. Специальная теория относительности сама по себе вовсе не запрещает сверхсветовых скоростей и, тем самым, временного обращения причинно-следственной цепи. Более того, сверхсветовые скорости вполне естественно и логично вытекают из СТО, а это значит, что она допускает и обращение времени. Нетрудно заметить, что в утверждении о причинно- следственной связи и предельности скорости света существует очередной логический круг. Действительно, из утверждения о том, что во всех инерциальных системах отсчета временная последовательность причины и следствия (запаздывающая причинность) сохраняется, следует, что скорость воздействия не может превосходить скорости света. И наоборот, из утверждения о том, что физические воздействия не могут распространяться со скоростью, большей скорости света, с необходимостью вытекает, что временной порядок причинно-следственных связей (запаздывающая причинность) не зависит от системы отсчета.

Принцип причинности в его запаздывающей форме является своего рода третьим постулатом специальной теории относительности, но выбор именно его для согласования СТО с известной нам физической реальностью является, с номологической точки зрения, произвольным.

И снова мы должны сделать неутешительный вывод о том что принцип причинности не в состоянии обосновать направление и необратимость времени из-за наличия логического круга в рассуждениях. Более того, принцип причинности в его «запаздывающем» варианте до сих пор не имеет номологического обоснования, а является лишь эмпирическим фактом. Существование «опережающей» причинности не противоречит ни одному из законов физики. А из принципа «одинаковые причины при одинаковых условиях приводят к одинаковым следствиям», — следует, что строго детерминированный мир Лапласа в его современной интерпретации существовать не может.

 

Глава четвертая

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ «СТРЕЛА» ВРЕМЕНИ

 

«Если что-нибудь возникает и уничтожается, то оно возникает и уничтожается или в то время, в котором оно существует, или в то время, в котором оно не существует. Если в то время, в котором оно находится, то оно ни возникает, ни уничтожается; ведь поскольку оно существует, оно не возникает и не уничтожается. Но оно не может испытать ничего из того и в то время, в котором оно не существует, потому что, в чем что-нибудь не находится, в том оно не может ни действовать, ни страдать. А если это так, ничто ни возникает, ни уничтожается [вообще].

 

Секст Эмпирик. «Две книги против физиков»

 

У нас осталась последняя твердыня — термодинамика. Почти никто из физиков и философов не сомневается, что причина направления течения времени и необратимости времени заложена именно здесь. Если нагреть какую-нибудь часть макроскопического тела, а затем отделить тело тепловой изоляцией от окружающей среды, то температура тела постепенно выровняется. В таких процессах явная направленность, односторонность чего-то ( как полагают — времени) играет важную роль. Второе начало термодинамики в том виде, как его сформулировал Р. Клаузиус, отражает наиболее характерные особенности таких процессов. Считается, что из второго начала термодинамики для таких систем следует, что существует некоторая функция, называемая энтропией, монотонно возрастающая до тех пор, пока не достигнет своего максимального значения в состоянии термодинамического равновесия. Формулировку Клаузиуса можно обобщить и на системы, обменивающиеся энергией и веществом с внешним миром. На этом основании утверждают, что необратимые процессы приводят к своего рода односторонности времени: положительное направление времени второе начало термодинамики связывает с возрастанием энтропии.

Но это пока лишь опытный факт. Да, время в нашем мире течет из прошлого в будущее. Да, экспериментально подтверждено, что энтропия замкнутых систем возрастает. Но отсюда еще никак не следует, что возрастание энтропии является причиной положительного направления течения времени. Между ними есть явная корреляция, но не зависимость!

Л. Больцман, первым открывший смысл энтропии, как меры молекулярного хаоса, пришел к заключению, что закон возрастания энтропии есть отражение возрастающей дезорганизации.

В классической механике состояние системы точечных частиц принято описывать координатами и импульсами. Особо важную роль играет энергия системы, записанная в этих переменных, называемая функцией Гамильтона, или гамильтонианом. Считается, что движение системы полностью определено, если известен гамильтониан. Законы классической динамики, выраженные на языке гамильтоновых уравнений, основываются на законе сохранения энергии и условии инвариантности, что, впрочем, одно и то же. Закон сохранения энергии, в свою очередь, основывается на том положении, что время однородно, или на том положении, что имеются инерциальные системы, утверждение о существовании которых, как мы видели, основывается на логическом круге.

Чтобы установить связь между динамикой и термодинамикой, Дж. Гиббс ввел понятие представляющего ансамбля, основная идея которого состоит в том, чтобы вместо одной динамической системы рассматривать множество систем, соответствующих одному и тому же гамильтониану. Если начальные условия заданы однозначно, то ансамбль сосредоточен в какой-то области фазового пространства с четко различимой границей. Если начальные условия допускают известный произвол, то ансамбль распределен по широкой области фазового пространства с размытой границей. Это «облачко» можно считать непрерывной средой с некоторой плотностью. Изменение плотности в любом элементе объема фазового пространства происходит из-за разности между потоками, входящими в данный элемент и выходящими из него через границу. Считается, что поток в фазовом пространстве обладает замечательной особенностью — он несжимаем, то есть объем в фазовом пространстве сохраняется во времени. Из этого условия выводится простое уравнение движения для плотности потока в фазовом пространстве. Это — хорошо известное уравнение Лиувилля. Но уравнение Лиувилля, так же как и волновые уравнения динамики, имеет два решения. Обычно берется одно, которое в итоге и приводит к утверждению о том, что энтропия в замкнутой системе увеличивается. Но это совершенно произвольный выбор. Второе решение привело бы к уменьшению энтропии, но его отбрасывают, как не соответствующее реальной действительности. Поскольку мы ищем причину асимметрии в термодинамике, то нам уже нельзя ссылаться на саму термодинамику. А в этом случае у нас не остается никакой внешней или внутренней асимметрии, чтобы выбрать какое-то одно решение Лиувилля. И мы вынуждены брать оба решения вместе, а их сумма, естественно, равна нулю. То есть, не существует никаких ансамблей, потоков и плотностей потоков. Выбор же нужного решения, повторяю, номологически произволен. Ведь мы хотим узнать почему возрастает энтропия, а не просто согласиться с этим опытным фактом.

Представление о том, что такое термодинамическое равновесие, проще всего получить, если предположить, что в состоянии термодинамического равновесия распределение плотности становится постоянным на энергетической поверхности. Именно в этом и состояла основная идея Гиббса. Соответствующее распределение Гиббс назвал микроканоническим ансамблем. Как считается, Гиббсу удалось показать, что из принятого им предположения следуют начала равновесной      термодинамики. Помимо микроканонического ансамбля Гиббс ввел и другие ансамбли, например, канонический ансамбль, соответствующий системам, находящимся в контакте с большим резервуаром энергии при постоянной температуре.

Каноническое преобразование позволяет говорить о четко выделенных телах или частицах, поскольку потенциальная энергия (некая доля энергии «между» телами) в этом случае исключается и речь идет о полной энергии системы. Такие системы называются интегрируемыми системами динамики. Но А. Пуанкаре показал, что большинство наиболее интересных проблем классической динамики, начиная с проблемы трех тел, не сводится к интегрируемым системам. В некотором смысле это означало конец классической динамики. В общем случае, если физические системы принадлежат к классу интегрируемых систем, то они не могут «забывать» свои начальные условия. При этом функция распределения никогда не становится постоянной на микроканонической поверхности, соответствующей заданному значению энергии. Конечное состояние в этом случае весьма существенно зависит от предыстории систем и такое понятие, как приближение к состоянию равновесия, утрачивает смысл. То есть, переход от динамики интегрируемых систем к термодинамике невозможен.

Эти трудности заставили Дж. К. Максвелла и Л. Больцмана ввести предположение о существовании эргодических систем. В эргодической системе фазовая жидкость растекается по всему доступному фазовому пространству на микроканонической поверхности, но, как обычно считается, при этом элемент объема сохраняет форму. Возможны и гораздо более сложные типы потоков в фазовом пространстве: фазовая жидкость не только растекается по всему фазовому объему, но при этом фазовый объем сильно деформируется, выпуская во все стороны амебообразные отростки и, спустя достаточно большой промежуток времени, распределение становится равномерным независимо от того, какова была его начальная конфигурация. Такие системы известны под названием систем с перемешиванием. Любые две точки, сколь бы мало ни было расстояние между ними в начальный момент времени, могут разойтись сколь угодно далеко.

Существуют потоки, обладающие еще более сложными свойствами, чем перемешивание. Это К-потоки, свойства которых особенно близки к свойствам стохастических систем. При переходе от эргодических потоков к потокам с перемешиванием и, далее, к К-потокам движение в фазовом пространстве становится все более непредсказуемым.

Эргодические системы существенно опираются на уравнение Лиувилля. А в этом случае, так же как и для интегрируемых систем, если заранее не вводить какую-либо асимметрию волевым усилием, в итоге мы получим нулевое решение. То есть, если опираться на уравнение Лиувилля в его симметричной форме, то никаких эргодических систем не существует. Я вовсе не хочу сказать, разумеется, что этих систем не существует в природе, я лишь хочу обратить внимание на то, что если выбрать второе, «не имеющее смысла» решение уравнения Лиувилля, то мы с таким же успехом могли бы заявить, что в эргодической системе фазовая жидкость, растекшаяся первоначально по фазовому пространству на микроканонической поверхности, рано или поздно сойдется в свой элемент объема, причем этот элемент будет уменьшаться. Но, повторяю, номологический критерий выбора нам пока неизвестен. Но мы можем утверждать, что перехода от динамики эргодических систем к термодинамике нет, так же как и в случае интегрируемых систем.

Формулировка второго начала термодинамики с точки зрения современного физика представляет собой скорее программу, чем утверждение, допускающее однозначную интерпретацию, так как ни У. Томсон, ни Р. Клаузиус не указали точный рецепт, позволяющий выразить изменение энтропии через наблюдательные величины. Недостаток ясности в формулировке второго начала был, по-видимому, одной из причин, по которой применение термодинамики стало быстро ограничиваться равновесным (конечным) состоянием термодинамической эволюции.

Больцмановское распределение вероятностей дает основной принцип, управляющий структурой равновесных состояний. Называется он принципом порядка Больцмана. Даже в классической физике встречается немало явлений, в которых неравновесное состояние может порождать порядок. Создав температурный градиент в смеси двух различных газов, мы будем наблюдать увеличение концентрации одного газа у горячей стенки, а другого — у холодной. Мысль о том, что неравновесность может быть источником порядка, послужила отправным пунктом для развития брюссельской школы, возглавляемой И. Пригожиным.

Все это так, но с одним существенным вопросом: откуда берется неравновесность? Пока она вводится произвольно, без всякого обоснования, опираясь только на наблюдательные факты. Условно можно назвать имеющийся в физике вариант термодинамики «запаздывающим». Тогда столь же логично разработать «опережающий» вариант термодинамики, в котором энтропия в замкнутой системе будет уменьшаться.

Чтобы совершить преобразование от равновесного к неравновесному состоянию, необходимо вычислить в явном виде производство энтропии. В физике это делается весьма просто, если предположить, что вне состояния равновесия энтропия зависит от тех же переменных как и в состоянии равновесия. Но всякий раз асимметрия постулируется, а не выводится. Учитывая симметричное обращение скоростей и сил в динамике, мы вполне законно можем получить и производство так называемой негэнтропии, т. е. порядка. И существование диссипативных структур, нарушающих симметрию, до сих пор остается загадочным. Основные доказательства сводятся, обычно, к следующему: вдали от термодинамического равновесия системы могут порождать диссипативные структуры, т. е. флуктуации, а макроскопические флуктуации могут приводить к новым типам неустойчивостей. То есть, здесь в рассуждениях присутствует явный логический круг.

И тем не менее, развитый Л. Больцманом подход имел поразительный успех и наложил глубокий отпечаток на всю историю физики, хотя и столкнулся с серьезными трудностями. А. Пуанкаре подробно обсуждал связь второго начала термодинамики с классической динамикой. Вывод его был категорическим: термодинамика и динамика несовместимы. Еще раньше он доказал, что в рамках гамильтоновой динамики не существует функции координат и импульсов, которая обладала бы свойствами функции Ляпунова. Вывод Пуанкаре остается в силе даже в рамках теории ансамблей.

Так называемая теория Пуанкаре-Мисры оставляет нам только две альтернативы, мы можем, следуя Пуанкаре, заключить, что динамической интерпретации второго начала не существует. Тогда необратимость проистекает из каких-то дополнительных феноменологических или субъективистских допущений, из «ошибок». Но каким образом в этом случае мы можем учесть колоссальное количество важных результатов и понятий, следующих из второго начала термодинамики?

И. Пригожин идет другим путем. Пуанкаре пытался поставить в соответствие энтропии некую функцию координат и импульсов, но его попытка закончилась неудачей. А нельзя ли, считает И. Пригожин, сохранить идею о таком введении микроскопической энтропии, при котором макроскопическая энтропия была бы подходящим средним от микроскопической? Тем самым, по мысли И. Пригожина, мы могли бы реализовать программу Пуанкаре в ином направлении. В квантовой механике физическим величинам сопоставляют операторы, В подходе, использующем ансамбли, эволюция во времени описывается оператором Лиувилля. Напрашивается мысль: попытаться реализовать программу Пуанкаре в терминах оператора, соответствующего макроскопической энтропии (или функции Ляпунова).

В итоге И. Пригожин создает цепочку, которая, по его мнению, ведет от законов динамики, инвариантных относительно обращения времени, к описанию природы, содержащему выделенное направление времени. А механизмом, который нарушает инвариантность динамического описания относительно обращения времени, оказывается второе начало термодинамики. По сути дела, И. Пригожин сам признает наличие логического круга в своих рассуждениях. В книге «От существующего к возникающему» он пишет: «После того как мы дополнили динамику функцией Ляпунова, прошлое и будущее стали различными так же, как в макроскопической термодинамике, где будущему соответствует большее значение энтропии. Но и здесь необходимо соблюдать осторожность. Мы можем построить функцию Ляпунова, которая с «течением» времени будет монотонно возрастать, но можем построить другую функцию Ляпунова, которая будет монотонно убывать. На более техническом языке переход от ситуации.., соответствующей динамической группе, к ситуации.., соответствующей полугруппе, может быть выполнен двумя способами: в одном случае равновесие достигается в «будущем», в другом — в «прошлом». Иначе говоря, временную симметрию динамики можно нарушить двумя способами, различить которые трудно».

Чего же тогда достиг И. Пригожин?

Различие между прошлым и будущим является, по его мнению, первообразным понятием, предшествующим научной деятельности. Его можно почерпнуть только из опыта. Как?! Значит, прощай номологическое объяснение «течения» и необратимости времени!

«В качестве фундаментального физического факта мы приняли, — пишет И. Пригожин, — закон возрастания энтропии и вытекающее из него существование «стрелы времени». Задачу удовлетворительной теории необратимости мы видим в изучении тех принципиально важных изменений в концептуальной структуре динамики, к которым приводит принятие второго начала термодинамики в качестве основного постулата».

А ничего в этом случае и делать не надо, так как тогда в динамике, будь то механика, квантовая механика, электродинамика и т. д. , мы принимаем без объяснений запаздывающие потенциалы, запаздывающее действие, запаздывающую причинность, и физика остается такой, какая она есть. Но почему в замкнутой системе энтропия возрастает, а время течет от прошлого к будущему — мы в этом случае так никогда и не узнаем.

Интересно принять к сведению историческую аналогию, которую приводит И. Пригожин. Эта аналогия нам еще пригодится. До появления специальной теории относительности Эйнштейна было предпринято несколько попыток объяснить отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли. Постоянство скорости света авторы теорий пытались объяснить как кажущийся эффект, вызываемый реальным сокращением измерительных стержней, движущихся относительно эфира. Были предложены объяснения, связывающие сокращение с электромагнитным взаимодействием заряженных частиц, образующих измерительный стержень. Эйнштейн поступил иначе: постоянство скорости света он принял за фундаментальный физический факт и проследил, к каким изменениям в наших представлениях о пространстве, времени и динамике приводит принятие такого постулата.

Далее И. Пригожин пишет: «Аналогичным образом поступаем и мы, когда не пытаясь объяснить второе начало термодинамики, как кажущееся свойство, связанное с той или иной аппроксимацией (или вводимым в динамику тем или иным «незнанием»), постулируем второе начало как фундаментальный физический факт и пытаемся выяснить, к каким изменениям в наших представлениях о пространстве, времени и динамике приводит принятие такого постулата».

Замечу здесь лишь одно: если Эйнштейн, постулируя постоянство скорости света, постулировал тем самым некоторую симметрию, то И. Пригожин, принимая второе начало термодинамики как фундаментальный факт, постулирует тем самым некоторую существенную асимметрию, не приводя никаких доказательств в пользу выбора именно этой асимметрии.

И вот что мы получаем в итоге: «Вопрос о том, что физически реализуемо и что нереализуемо, эмпирический. Преимущество нашей формулировки второго начала в том, что она устанавливает взаимосвязь между вторым началом термодинамики и определенной им «стрелой времени» с ограничением (на фундаментальном уровне) на приготовление начальных условий определенных типов. Интересно отметить, что в физически интересных моделях динамических систем типы начальных условий, исключаемые нарушающим симметрию преобразованием.., в точности совпадают с теми, которые на интуитивном уровне никогда не воспринимаются как реализуемые».

И это все? То, что второе начало термодинамики — эмпирический факт, я знал и раньше. Но мне интересно было узнать, что лежит за этим фактом? Почему в нашем мире энтропия возрастает? А мысль И. Пригожина можно сформулировать так: энтропия в замкнутых системах возрастает потому, что эмпирически установлено, что она в замкнутых системах возрастает. Меня такая формулировка не устраивает.

И. Пригожин подчеркивает: «... энтропия дает нам принцип отбора. По своему характеру этот принцип новый: его нельзя вывести из динамики. Он ограничивает класс функций, которые можно наблюдать или приготовить... Наоборот, имеются все основания ожидать, что второе начало термодинамики справедливо только для тех систем, в которых существуют состояния, переходящие при обращении времени в запрещенные».

Сначала: «энтропия дает нам принцип отбора... Он ограничивает класс функций, которые можно наблюдать или приготовить», а потом: этот принцип отбора «справедлив только для тех систем, в которых существуют состояния, переходящие при обращении времени в запрещенные». Неужели непонятно, что это явный логический круг в рассуждениях!

И последняя цитата: «... Из существования законов, ориентированных во времени, таких, как возрастание энтропии по направлению к будущему, следует существование в такого рода системах состояний, ориентированных во времени».

Это — тавтология!

И все же книга И. Пригожина «От существующего к возникающему» — одна из интереснейших книг по физике, которую мне приходилось читать. В ней удивительно четко сформулирована проблема, хотя сама попытка автора вывести направление и необратимость времени из симметричных по времени соотношений термодинамики не удалась. Ясно, что это невозможно, если не ввести какую-нибудь асимметрию заранее. Но таких асимметрий в современной физике больше нет.

Мы стоим перед трагическим фактом: все динамические уравнения физики, принцип причинности, неравенства термодинамики симметричны относительно обращения времени, а в этом случае мы должны брать сумму двух взаимно исключающих друг друга решений. Но тогда наш мир просто-напросто не существует, соответственно нет ни пространства, ни времени. Весьма удручающая картина.

 

Глава пятая

ВАРИАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ, СИММЕТРИИ, ЗАКОНЫ

СОХРАНЕНИЯ

 

 «Вещи уничтожаются в те же самые элементы, из которых они возникли, согласно предназначению; они выплачивают [элементам] законную компенсацию ущерба в установленный срок времени».

 

Анаксимандр.

 

Некоторый объект считается симметричным, если после определенных операций над ним (например, поворота, сдвига и т.д.) он будет выглядеть точно таким же как и до операции. В теоретической физике понятие симметрии переносится и на физические законы. Симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторого преобразования величин, входящих в эти законы.

Во многих случаях инвариантность законов сводится к их симметрии. Например, зеркальная симметрия — инвариантность законов относительно замены правого на левое. СРТ-симметрия — инвариантность законов относительно замены частицы на античастицу, правого на левое и обращения времени и т. д.

Геометрические принципы инвариантности тесно связаны с классическими законами сохранения, а динамические принципы играют решающую роль в структуре законов сохранения, которым подчиняются объекты микромира.

Считается, что до сих пор не обнаружено ни одного явления, в котором бы нарушался какой-либо из классических законов сохранения.

Симметрии имеют прямое отношение к свойствам пространства и времени.

Однородность пространства означает отсутствие избранных точек отсчета. Иными словами, любая точка пространства может быть взята за начало инерционной системы координат, а течение физического закона в ней от этого не изменится. Именно свойство однородности пространства и определяет равноправие инерциальных систем отсчета.

Изотропность пространства означает, что в пространстве нет никаких преимущественных избранных направлений. Так, например, при перемещении из любой точки пространства в любом направлении тело ни в одном из них не получает каких-либо преимуществ: ни в скорости перемещения, ни в энергии, ни в чем-либо другом.

Однородность времени означает, что течение физических процессов не зависит от выбора начального и конечного моментов времени.

В современной физике очень важное значение имеют вариационные принципы, особенно принцип наименьшего действия. Ж. Л. Лагранж впервые рассмотрел законы сохранения энергии, импульса и момента импульса как интегралы дифференциальных уравнений динамики. Новую форму этому принципу придал У. Гамильтон. Он предложил рассматривать входящий в принцип наименьшего действия интеграл после его вычисления как функцию от его пределов. Введя величину, получившую название гамильтониана системы и равную разности кинетической и потенциальной энергии, он вывел свои канонические уравнения для обобщенных координат и обобщенных импульсов.

М. Планк считал, что общим принципом всех обратимых процессов является принцип наименьшего действия, который лежит в основе построения единой физической картины мира, так как он совершенно симметрично включает в себя четыре мировые координаты и инвариантен при всех лоренцовых преобразованиях. Планк показал, что принцип наименьшего действия применим и к электродинамике, и к термодинамике.

Из принципов наименьшего действия Гамильтона и Лагранжа следует, что если пространство и время обладают однородностью и изотропностью, то свободное движение будет всегда являться движением с постоянной скоростью, то есть будет выполняться закон инерции. Таким образом, существование в природе инерциальных систем является прямым следствием особых свойств пространства и времени. Определение этих свойств дано выше, но пока мы еще не знаем, что именно делает возможным существование в природе однородности пространства и времени и изотропности пространства. Если бы пространство и время не обладали этими свойствами, то инерциальных систем отсчета не существовало бы. Кроме того, мы должны помнить о не устраненном логическом круге в рассуждениях при попытке вывести принцип инерции.

 Э. Нетер дала общий алгоритм, позволяющий найти полную систему инвариантов любой физической теории, формулируемой в терминах лагранжева и гамильтонова формализма. Содержание теоремы Нетер, по существу, заключается в утверждении, что всякому непрерывному преобразованию координат, обращающему в нуль вариацию действия, когда задан также и закон преобразования, соответствует определенный инвариант, то есть некоторая сохраняющаяся величина, составленная из соответствующих функций и производных. А так как преобразование тесно связано со свойствами пространства и времени, то последнее утверждение означает, что каждому свойству пространства и времени, выраженному в ковариантности дифференциальных уравнений относительно определенной группы преобразований, должен соответствовать определенный закон сохранения.

Инвариантности лагранжиана относительно смещений времени (однородность времени) соответствует закон сохранения энергии; инвариантности лагранжиана относительно пространственных поворотов (изотропность пространства) — закон сохранения момента импульса; инвариантности лагранжиана относительно смещений начала отсчета — закон сохранения импульса.

Связь закона сохранения энергии с однородностью времени означает, что течение времени само по себе не может вызвать изменение физических состояний некоторой замкнутой системы. Изменения могут произойти только за счет затраты определенного количества энергии. Иными словами, непрерывное развитие или просто изменение замкнутой системы во времени невозможно именно из-за постоянства действия закона сохранения. Связь закона сохранения импульса со свойствами однородности пространства означает, что перемещение замкнутой системы недостаточно для изменения ее состояния. То есть, без взаимодействия с другими системами замкнутая система не изменяет своего состояния. Связь закона сохранения момента импульса со свойствами изотропности пространства означает, что поворот замкнутой системы в пространстве не изменяет механических свойств системы.

При наличии в системе динамических симметрий, то есть связанных не с пространством и временем, а с определенным типом взаимодействия, теорема Нетер также позволяет найти соответствующие сохраняющиеся величины. Именно таким образом может быть обоснован в общем случае закон сохранения электрического заряда.

 Проблема происхождения симметрий явлений и законов сохранения окружающего нас мира пока не имеет убедительного научного решения.

Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, заряда и другие считаются точными и всеобщими положениями, лежащими в основе всей физики. Существует попытка объяснить происхождение свойств симметрии исходя именно из этих законов. Однако, согласно прямой теореме Нетер, законы сохранения выводятся из свойств симметрии. Предпринимаются и попытки вывести свойства пространства и времени из законов сохранения. На эту тему существует обширнейшая литература.

Взятые в целом, законы сохранения в физике утверждают неизменность количественных значений некоторых физических величин в любых процессах. Если абстрагироваться от всего многообразия конкретных законов сохранения, то мы придем к обобщенному принципу сохранения, который выражается принципом причинности применительно к изолированным системам: «причина равна действию» (следствию). В законе сохранения энергии эта сторона наиболее важна и составляет характернейшую черту всех законов сохранения. Но тогда мы возвращаемся к трудностям, к которым приводит принцип причинности. Анализируя закон сохранения энергии, м. Планк писал: «Та сравнительно чрезвычайная быстрота и легкость, с которой закон столь огромного значения, как закон сохранения энергии, после преодоления первых трудностей стал достоянием умов, объясняется не только многочисленными отдельными индуктивными доказательствами, но большей частью также и представлением о его внутренней связи с законом причины и действия».

Особенно важна для физики связь закона сохранения энергии, экстремальности и причинности в принципе наименьшего действия Гамильтона. Формулировка этого принципа утверждает, что из всех возможных движений системы, для которых осуществляется экстремум действия, реализуется то движение, в котором нет нарушения законов сохранения. По сути дела, принцип наименьшего действия есть одно из возможных выражений закона сохранения.

Можно сказать, что вариационные принципы основываются на условии инвариантности, законах сохранения и принципе причинности. Но можно сказать и, что законы сохранения основаны на вариационных принципах, условии инвариантности и причинности. А можно и так: условия инвариантности основываются на вариационных принципах, законах сохранения и причинности. И даже: причинность основана на условии инвариантности, вариационных принципах и законах сохранения. Дело в том, что все эти четыре высказывания являются тавтологией и основываются на положении, что существуют инерциальные системы, то есть на логическом круге.

Связанная с принципом симметрии, инвариантность предполагает неизменность законов природы. Законы сохранения предполагают неизменность определенных физических величин. Причинность определяется равенством (эквивалентностью) причины и следствия. Вариационные принципы основаны на экстремальности действия, которая предполагает неизменность действия. Таким образом, в этом логическом круге нет места никакому изменению.

Справедливость вариационных принципов, симметрий, законов сохранения и принципа причинности выдерживается только для инерциальных систем, что, в свою очередь требует однородности пространства и времени и изотропности пространства. Что представляют из себя эти характеристики, мы уже выяснили. Но каким образом мы можем убедиться, что эти характеристики имеют место в действительности?

У нас имеется только один единственный способ убедиться в этом — измерить скорость света в вакууме. Если она будет постоянной в различные моменты времени, то время однородно; если она постоянна в различных точках пространства, то пространство однородно; если она постоянна в различных направлениях пространства, то пространство изотропно. Известно, что специальная теория относительности как раз и утверждает это, а многочисленные эксперименты подтверждают ее.

Но вот что интересно. Как мы выяснили в предыдущих главах, утверждение о существовании инерциальных систем, а следовательно, и о постоянстве скорости света, сталкивается с непреодолимыми трудностями. А именно: в этом случае решение всех динамических уравнений и термодинамических неравенств равно нулю, то есть наш мир не существует. Правда, в этом случае имеют место законы сохранения, только вот сохранять нечего.

Получается странная картина. С одной стороны, физика безоговорочно признает постоянство скорости света в вакууме, существование инерциальных систем и геометрических симметрий. Но при этом в мире ничего не происходит.

С другой стороны, вполне достоверным опытным фактом является наличие в нашем мире запаздывающих решений для волновых уравнений механики и электродинамики, запаздывающей причинности и возрастание энтропии в замкнутой системе. Но при этом (страшно сказать!), видимо, не существует инерциальных систем, неверны вариационные принципы, «не сохраняются» законы сохранения, нарушаются симметрии и скорость света в вакууме изменяется. Но, как мы и привыкли, время течет из прошлого в будущее.

Более того, теоретически возможен и третий вариант, когда в мире имеют место опережающие решения волновых динамических уравнений, опережающая причинность, а энтропия в замкнутых системах понижается. Время течет из будущего в прошлое. Но при этом происходит какое-то другое глобальное нарушение симметрий и нет законов сохранения. сохранения лучше сказать, что они каким-то образом меняются. Скорость света при этом тоже изменяется, но как-то по-другому, чем в нашем мире. Например, в нашем мире — уменьшается, а в обращенном по времени мире — увеличивается.

Что же нам выбрать? Симметричный, но не существующий мир, или симметричный, но существующий?

В этой работе я не буду говорить о нарушении некоторых симметрий в теории элементарных частиц, о нарушении закона сохранения энергии-импульса в общей теории относительности и о спонтанном нарушении симметрии где-то там, в самом начале существования нашей Вселенной. Но вот что я хочу сказать: все симметрии должны нарушаться. Без этого физике не обойтись. Но ломка стереотипов в физике происходит медленно, с трудом, там, где это становится уже самоочевидным.

Гораздо естественнее предположить, что в мире происходит глобальное и постоянное нарушение всех симметрий. Математически это означает, что гамильтониан (и оператор Гамильтона) неинвариантен относительно всех преобразований. Физическим же воплощением этой неинвариантности гамильтониана будет непостоянство скорости света — фундаментального взаимодействия.

Конечно, это звучит дико, но когда я говорю о непостоянстве скорости света, я имею в виду вовсе не тривиальный смысл этих слов.

Да и, кажется, у физики другого пути преодоления многочисленных трудностей просто-напросто нет.

 

Глава шестая

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

 

«Закон не может быть точным хотя бы потому, что понятия, с помощью которых мы его формулируем, могут развиваться и в будущем оказаться недостаточными. На дне любого тезиса остаются следы догмата непогрешимости»

 

А. Эйнштейн. «О науке»

 

Специальная теория относительности П. Эйнштейна опирается на два постулата: принцип относительности и принцип постоянства скорости света, сформулированные в статье 1905 года «К электродинамике движущихся тел» следующим образом:

«1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которым из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения относятся.

2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с предельной скоростью V, независимо от того, испускается ли луч света покоящимся или движущимся телом».

Оба принципа являются фундаментальными.

Проблема экспериментальной проверки СТО считается, по существу, решенной и, во всяком случае, она не актуальна. Современная физика, а вернее, современные физики не совсем дружелюбно относятся к любым попыткам подвергнуть ревизии основания СТО.

Интуитивно первый постулат представляется вполне понятным и закономерным. Действительно, почему законы, по которым изменяются состояния физических систем у нас на Земле, должны отличаться от законов, действующих в какой-нибудь удаленной галактике? Пока мы не можем назвать таких причин.

Для того, чтобы получить какую-нибудь информацию о состоянии физической системы, удаленной на некоторое расстояние, у нас имеется только одно средство: свет (электромагнитное поле).

До начала ХХ века теория распространения света основывалась на понятии светоносной среды — эфира, который, как тогда думали, и передавал световые колебания. Из опыта Физо 1851 года следовало, что эфир не увлекается веществом, то есть существует движение светоносной среды относительно вещества и наоборот. Но поскольку светоносный эфир представлял собой, по тем понятиям, нечто единое, первичное по отношению к свету и движущейся в самых разнообразных направлениях материи, то вполне логично было предположить, что эфир неподвижен.

Гипотеза Г. А. Лоренца о покоящемся эфире выделяла из всех неускоренных движущихся систем систему с определенным состоянием движения, а именно ту, которая находится в покое относительно этой светоносной среды. Следовательно, абсолютное движение существует, так как имеется одно выделенное состояние, а именно покой относительно эфира. В таком случае мы можем назвать тело абсолютно покоящимся в том смысле, что оно покоится относительно светоносной среды. Системы отсчета, покоящиеся относительно эфира, отличаются от всех прочих неускоренных систем. В этом смысле основные представления Лоренца о покоящемся эфире противоречили принципу относительности. Движение системы отсчета по отношению к эфиру должно было бы оказывать влияние на законы природы, действующие в этой системе. Поскольку, например, Земля вращается по орбите вокруг Солнца, то она вместе с нашими лабораториями не могла бы в течение года оставаться в покое относительно эфира. Необходимо было найти какое-нибудь явление, в котором бы проявилось влияние этого движения на эксперименты, т.к. наше физическое пространство в том виде, в каком мы имеем его на Земле вследствие этого относительного движения должно иметь различные свойства в различных направлениях. Однако ничего подобного не удалось обнаружить ни в одном опыте. Короче говоря, если существует эфир, то законы, по которым изменяются состояния физических систем, зависят от того, к которым из двух координатных систем, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, эти изменения относятся. То есть, для того чтобы доказать первый постулат СТО, нужно доказать, что никакого неподвижного эфира не существует. И наоборот, взяв за основу положение, что никакого неподвижного эфира не существует, можно утверждать, что все инерциальные системы равноценны.

Самым знаменитым из всех опытов по определению существования эфира (или эфирного ветра) был эксперимент Майкельсона-Морли 1887 года, в котором определялась скорость света в различных направлениях. Скорость света оказалась одинаковой. Для объяснения отрицательного результата этого опыта Лоренц выдвинул гипотезу о сокращении длины тела в направлении движения. Получалось, что скорость света в различных направлениях может быть различной, но точно в такой же степени изменяются и длины измерительных линеек и, что то же самое, изменяется темп хода часов, что всегда приводит к одному и тому же результату: измеряемая скорость света всегда остается постоянной. Лоренц пытался выяснить физический механизм процесса изменения длины тела и темпа хода часов, но уровень знаний того времени о структуре материи не позволил ему создать безукоризненную теорию. Хотя сама по себе попытка объяснить факт постоянства скорости света особенностями поведения материальных систем была чрезвычайно важной.

Эйнштейн подошел к проблеме по-другому. Он постулировав принцип относительности, просто-напросто отвергнув гипотезу о существовании эфира. Далее, по-новому определив понятия пространства, времени и особенно одновременности, Эйнштейн пришел к тем же самым уравнениям преобразования, известным как преобразования Лоренца. Путь, которым шел Эйнштейн, был проще, нагляднее, он не требовал знаний о структуре материи. Так же, кстати, поступил и И. Пригожин, постулировав увеличение энтропии в замкнутой системе. Попытка Лоренца оказалась более громоздкой и менее доказательной.

Наиболее острые дискуссии вызвал второй постулат, который находился в очевидном противоречии с классическим правилом сложения скоростей. Были предприняты попытки построить согласующиеся с опытом теории, в которых сохранялся бы принцип относительности, а второй постулат заменялся. Предложение о зависимости скорости света от движения источника ввел в 1908 году В. Ритц. Согласно этому предположению скорость света в вакууме постоянна только относительно источника. Если же источник света движется с некоторой скоростью относительно какой-либо системы отсчета, то скорость света в этой системе складывается из скорости источника и скорости света, как это происходит со скоростью снаряда при стрельбе из движущегося орудия. Такая гипотеза получила название «баллистической». Но она не имела существенных продолжений.

Интересно рассмотреть вопрос о том, не применял ли Эйнштейн каких-либо дополнительных допущений при построении СТО? Таких, отмеченных в статье «К электродинамике движущихся тел» самим Эйнштейном, допущений несколько:

1. «В точке В могут (или должны) существовать такие же часы, как и в точке А». Это требование однородности пространства.

2. «Время, необходимое для прохождения света из А в В, равно времени, требуемому для прохождения света из В в А». Это требование изотропности пространства.

3. «Наличие в природе твердых тел». Имеются в виду, конечно, абсолютно твердые тела.

4. «При переносе абсолютно твердого тела по оси Х его длина не меняется». Это требование однородности пространства.

5. «Пространство имеет свойство однородности».

В статье 1907 года «О принципе относительности и его следствиях» Эйнштейн вводит требование однородности времени.

Таким образом, в качестве постулатов, предшествующих двум основным постулатам СТО, используются требования однородности и изотропности пространства и времени. А затем уже, на их основании вводятся постулаты о принципе относительности и постоянстве скорости света от движущегося источника. Аналогичную картину мы наблюдали при попытке Ньютона ввести понятие инерциальной системы. Вводя требование однородности и изотропности пространства и времени, Эйнштейн тем самым требует постоянства скорости света в инерциальных системах, а затем утверждает, что в различных инерциальных системах скорость света постоянна (принцип относительности). Но это очевидный логический круг.

Второй же постулат по сути дела является лишь более слабой формулировкой первого постулата, несмотря на их кажущуюся несовместимость. Если источник света движется равномерно, то он представляет из себя инерциальную систему отсчета, следовательно, скорость света, испущенного им, для принимающей, тоже инерциальной системы, будет постоянна из-за наличия все того же логического круга. Более того, совершенно безразлично, движется ли источник, приемник или оба вместе. В случае, если источник движется ускоренно, картина значительно усложняется. Но тогда источник движется не в инерциальной системе, и этот случай не имеет отношения к СТО.

Итак, основания и постулаты СТО можно свести к одной фразе: скорость света в вакууме постоянна, если скорость света в вакууме постоянна. Это тавтология.

Зададим простой вопрос: что такое скорость света вообще? В работе 1917 года «О специальной и общей теории относительности» Эйнштейн таким образом ответил на него: «Вряд ли имеется в физике более простой закон, чем тот, согласно которому распространяется свет в пустом пространстве. Всякий школьник знает, или по крайней мере думает, что знает, что свет распространяется прямолинейно со скоростью 300 000 км/сек».

Простота понятия «скорости света» для Эйнштейна здесь очевидна. Но это только на первый взгляд. И раньше и позднее Эйнштейн глубоко задумывался над этим странным понятием. В каком-то обыденном смысле оно действительно не представляет из себя ничего загадочного. Но сколь-нибудь глубокий анализ тотчас же встречается с большими трудностями. Скорость — понятие относительное. Например, скорость автомобиля или поезда относительно Земли. Однако скорость света как-то не согласуется с этим понятием относительности. Относительно чего измеряется скорость света?

При определении скорости света по обычной формуле: скорость равна расстоянию, деленному на время, мы встречаемся с серьезными затруднениями. На одно из них обратил внимание А. Пуанкаре в вышедшей в 1905 году книге «Ценность науки»: «... трудно отделить качественную проблему одновременности от количественной проблемы измерения времени; при этом безразлично, будем ли мы пользоваться хронометром или учитывать скорость передачи, например, скорость света, ибо невозможно измерить скорость, не измерив время».

На наличие логического круга в определении скорости света указывали многие авторы. Для того, чтобы определить значение скорости света, необходимо знать расстояние, которое проходит свет, и время, за которое свет проходит это расстояние. А для того, чтобы определить время, нужно знать скорость света и расстояние. Аналогично и с определением расстояния: нужно знать время распространения и скорость.

Эйнштейн вполне осознавал трудности в определении скорости света. Ж. Пиаже в лекции «Место психологии в системе наук» говорил: «Эйнштейн считал.., что в физике эти понятия образуют заколдованный круг: скорость определяется при помощи времени и пространства, а время, в свою очередь, измеряется скоростью».

Похожие рассуждения есть у С. Лилли в книге «Теория относительности для всех»: «Некоторое беспокойство могло вызвать следующее рассуждение, выглядящее порочным кругом: чтобы решить, что следует понимать под словами «момент времени и расстояние до далекого события», мы пользовались свойствами скорости света, хотя нам ничего не было известно о скорости до тех пор, пока мы не определили, что такое момент времени и расстояние до далекого события. Но теперь я думаю, понятно, что в действительности были введены такие определения, которые заранее давали уверенность в том, что из них будет следовать вывод об инвариантности скорости света во всех случаях. Мы должны были принять такие меры предосторожности, ибо выбор определений, приводящих к любому другому выводу, давал бы совершенно непригодную теорию, так как она противоречила бы одному из самых фундаментальных принципов реального мира».

Интересно отметить, что у многих авторов вначале высказывается мысль о том, что в определении скорости распространения света в вакууме заложен логический круг, но потом делается вывод о необходимости такого круга, так как выход из него, его разрыв будто бы приведет к каким-то неприятным трудностям в физической теории. Но, странное дело, никто из них почему-то не проявляет никакого желания проанализировать причину появления этого логического круга и уж тем более разорвать его.

Напротив, существуют попытки оправдать наличие такого круга. При этом обычно ссылаются на геометрию. Из определения квадрата можно вывести равенство его диагоналей и то, что они пересекаются под прямыми углами, деля друг друга пополам. Но можно и наоборот: из этих посылок определить квадрат. Но все дело в том, что в определении квадрата действительно существует логический круг. И разорван он был лишь после разработки неевклидовых геометрий, то есть после введения в геометрию некоторой внутренне асимметрии.

Итак, можно полагать, что специальная теория относительности Эйнштейна внутренне противоречива. В ее основании лежат положения, которые еще только нужно доказать. До сих пор не удается дать удовлетворительного определения понятию скорости света.

Интересно проанализировать, каким образом все выполненные к настоящему времени эксперименты по определению скорости света доказывают ее постоянство. Нет ли и здесь каких-либо логических кругов или иных подводных камней, о которые может разбиться общепринятое утверждение о постоянстве скорости света?

 

Глава седьмая

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯНСТВА

 СКОРОСТИ СВЕТА

 

 «Понятие никогда нельзя вывести из опыта безупречным образом. Но для дидактических, а также эвристических целей такая процедура неизбежна. Мораль: если не согрешить против логики, то вообще нельзя ни к чему прийти».

 

А. Эйнштейн.  Из письма к М. Соловину.

 

Особых сомнений в постоянстве скорости света у физиков не возникало, особенно после опытов Майкельсона и создания специальной теории относительности.

Для определения скорости света необходимо измерить расстояние, которое проходит свет, и время, за которое это расстояние проходится светом. Или, другими словами, нам нужно измерить длину и длительность. Применение понятий длины и длительности имеют смысл лишь при наличии представлений об их идеальных эталонах. А реальные эталоны должны быть осуществимы.

До 1960 года международным эталоном метра была штриховая мера длины — брусок из платино-ирдиевого сплава, хранящийся в Международном бюро мер и весов в Севре (близ Парижа). Метр равен 1/40 000 000 части парижского меридиана, принятой 10 декабря 1799 года за эталон длины.

Первоначально секунда была принята за интервал времени, равный 1/ 86 400 средних солнечных суток. Это определение обладало существенным недостатком, так как продолжительность солнечных суток увеличивается. В 1956 году за единицу времени — секунду — принята была 1/31 556 925,9747 часть тропического года, который равен промежутку времени между двумя одинаковыми положениями Земли относительно звезд. Однако продолжительность тропического года тоже меняется, поэтому в эталоне принята продолжительность 1900 года. Неудобство состояло в том, что эфемеридное время всегда определялось задним числом из астрономических наблюдений.

По мнению А. Эйнштейна, выраженному в статье 1936 года «Физика и реальность», понятию времени предшествует понятие периодического процесса, и понятию пространства — понятие твердого (или квазитвердого) тела. Из ряда его статей явствует, что СТО построена в предположении существования абсолютно твердых тел и идеальных часов. Опора на эти два определения, по мнению Эйнштейна, сделала психологически возможным создание не только специальной, но и общей теории относительности.

Некоторые физики неоднократно указывали на противоречивость понятия абсолютно твердого тела. Сам Эйнштейн в статье 1923 года «Основные идеи и проблемы теории относительности» писал: «... представляется логически неоправданным предпосылать всему физическому рассмотрению понятие абсолютно твердого тела (или просто твердого), а затем, в конечном счете строить его (тело) на атомистической основе, исходя из первичных физических законов, которые, в свою очередь, сами построены с помощью понятия абсолютно твердого тела. Мы упоминаем об этих методологических недостатках потому, что они в таком же смысле присущи и теории относительности в том ее схематическом представлении, которое мы здесь излагаем. Разумеется, было бы логически более последовательным начать с существа самих физических законов и только к этому существу предъявлять «требование содержательности», т. е. отнести на самый конец установление однозначной связи с миром опыта, вместо того, чтобы осуществить ее в несовершенном виде уже для одной искусственно изолированной части теории, а именно: для пространственно-временной метрики. Однако мы еще не продвинулись достаточно далеко в установлении первичных законов природы, чтобы пойти по этому более совершенному пути, не рискуя потерять твердую почву под ногами».

То есть, Эйнштейн, конечно же, осознавал наличие логического круга в рассуждениях о измерении скорости света, основанных на понятии абсолютно твердого (или просто твердого) тела и идеальных часов.

В «Автобиографических заметках» 1949 года он писал: «Сделаем теперь критическое замечание о теории в том виде, как она охарактеризована выше. Можно заметить, что теория вводит (помимо четырехмерного пространства): 1) масштабы и часы, 2) все остальное, например электромагнитное поле, материальную точку и т. д. Это в известном смысле нелогично; собственно говоря, теорию масштабов и часов следовало бы выводить из решений основных уравнений (учитывая, что эти предметы имеют атомную структуру и движутся), а не считать ее независимой от них».

Мне иногда кажется, что А. Эйнштейн в это время был близок к какой-то серьезной переоценке смысла специальной теории относительности. Но что-то помешало ему сделать это: несомненные успехи СТО, старость, смерть? Не знаю. И никогда не узнаю.

Каким же свойством должно обладать «практически» твердое тело, чтобы из него можно было сделать эталон длины? Это свойство, по мнению Эйнштейна, одно — как можно большая неизменность, постоянство размеров тела независимо от любых внешних условий.

Практически твердые тела, которые можно использовать для создания практических же эталонов длины и длительности, состоят из атомов и молекул. Твердые тела возможны потому, что между атомами и молекулами (а также и в них самих) существуют межатомные и межмолекулярные взаимодействия, которые являются электромагнитным взаимодействием. У атомов и молекул, как известно, есть свои периоды колебаний, и твердыми называются вещества, в которых, благодаря определенным периодам колебаний атомов, между атомами сохраняется одно и то же расстояние независимо от формы сделанного из этих веществ предмета (например, эталона длины). Поэтому можно утверждать, что на самом деле длина эталона определяется периодом колебаний атомов, составляющих этот стержень, причем величина этого периода переводится на язык длины с помощью скорости света.

Если мы (с полным основанием) считаем, что расстояние между атомами в так называемых твердых телах соответствует периодам колебаний этих атомов, то мы можем сказать, что эти расстояния определяются радиолокационным методом.

При таком подходе длина твердого тела (эталона) зависит от скорости электромагнитного взаимодействия как в самом атоме, так и между атомами. Чем меньше скорость этого взаимодействия, тем больше длина тела и тем медленнее темп хода часов (например, маятника).

Радиолокационный метод приводит к результатам, согласующимся с обычными методами измерений. Обычно же мы измеряем расстояние с помощью жесткой измерительной линейки. На первый взгляд кажется, что когда оба способа приводят к одинаковому результату, то это является дополнительным доказательством постоянства скорости света. На самом же деле это не так. Поскольку сохранение неизменного расстояния между атомами, по существу, осуществляется в соответствии с радиолокационным методом, измерение скорости света с помощью жесткой линейки дает не альтернативный способ измерения, а только более сложный вариант способа, требующий использования миллиардов радиолокационных установок вместо одной.

Но теперь утверждение, что скорость света постоянна, лишается всякого основания. Скорость — это пройденное расстояние, деленное на время, но у нас нет другого способа измерить расстояние, кроме радиолокационного, а в нем уже предполагается, что скорость света постоянна.

Снова логический круг. Но теперь уже ясно, на чем он основан. Он основан на том, что мы измеряем скорость света, сравнивая ее с той же самой скоростью света. Это похоже на то, как если бы я измерял свой рост своим же ростом, и больше никаких методов измерения у меня не было. И хотя ясно, что мой рост меняется, я мог бы с полным основанием сказать, что он все время остается постоянным. Но в случае измерения роста человека у нас все же есть другие способы, а в случае измерения скорости света никаких других способов ее измерения нет.

То есть, если бы скорость света по какой-либо причине изменилась, то для нас она все равно осталась бы постоянной скоростью.

Этим скорость света и отличается от всех других скоростей в мире. Ее не с чем сравнить, кроме как с самой собой.

А теперь я могу заявить, что все эксперименты, поставленные для доказательства постоянства скорости света с использованием эталонов длины и длительности — заблуждение. На самом деле в этих экспериментах исследовалась стабильность атомов.

Я сейчас опускаю некоторые тонкости, связанные с тем, что скорость электромагнитного взаимодействия в веществе меньше скорости света в вакууме и различна для различных веществ. Это не влияет на сделанные мною выводы.

Скорость света можно определить и другим способом. Для этого нужно знать длину волны и частоту электромагнитного поля. Скорость света будет равна произведению этих двух величин. Первый эксперимент такого рода провел еще Г. Герц в восьмидесятых годах девятнадцатого века. Опыты не отличались большой точностью, да он и не ставил себе такую цель. Но одно он отметил правильно: для того, чтобы измерить скорость света, длину волны и частоту нужно определять из каких-то независимых процессов. Длину волны он измерял как расстояние между двумя соседними пучностями стоячей волны, а частоту вычислял по значениям индуктивности и емкости вибратора — источника волн.

 Зная геометрические размеры вибратора, это легко сделать. В то время Герц еще не мог знать, что при измерении расстояния между двумя пучностями стоячих волн он пользовался эталонами длины, основанными на электромагнитном взаимодействии, то есть что определение скорости распространения электромагнитных волн таким способом уже содержит логический круг. При изменении скорости света частота и длительность волны изменились бы так, что скорость электромагнитного взаимодействия осталась бы той же самой.

В 1960 году был принят новый эталон длины. Новую единицу решили связать с какой-нибудь «естественной» мерой, взятой у природы. Длина электромагнитной волны оказалась удобной для этих целей. По новому определению метр равен 1 650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между двумя определенными уровнями атома криптона-86. Новое определение секунды принято в 1967 году. Этот эталон представляет собой переход между двумя определенными сверхтонкими уровнями атома цезия-133. Не возмущенного внешними полями. И частоте этого перехода приписывается значение 9 192 631 77 Герц.

Итак, теперь уже оба эталона — и длины и длительности — в явном виде берутся из электромагнитного процесса. А это с очевидностью означает, что определение скорости света смысла уже не имеет, так как эталоны заранее связаны через скорость света. Логический круг здесь настолько явный, что неоднократно отмечался многими физиками. Были сделаны предложения, что спектральная линия должна использоваться для определения частоты или длины, но не того и другого вместе. К сожалению, никакого другого способа для определения частоты и длины волны принципиально нет. Конечно, частотные диапазоны, в которых определяются эталоны длины и длительности, разные. Но это все равно — электромагнитное излучение. А скорость распространения электромагнитных волн в вакууме во всех диапазонах одинакова.

Самые совершенные способы определения скорости света сводятся к сравнению длин излучения лазера и атомов криптона-86 и частоты излучения того же лазера и атомов цезия-133.

Так что же измеряли, когда повышали точность измерения скорости света? Ответ очевиден: стабильность источника света.

ХУП Генеральная конференция по мерам и весам 1983 года постановила дать следующее определение метра: метр есть расстояние, проходимое в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/299 792 458 секунды. При таком определении значение скорости света принимается как величина не подлежащая уточнению и равная 299 792, 458 км/с.

Считается, что указаний на изменение скорости света с течением времени нет. Но вот что я хотел отметить. Думать, что с помощью экспериментов можно будет доказать постоянство или изменение скорости света во времени, не стоит. Мысль о том, что скорость света непостоянна в тривиальном смысле (была, к примеру, 300 000 км/с, а стала 250 000 км/с, бессмысленна. Скорость света непостоянна в нетривиальном смысле. Она изменяется, оставаясь все время одной и той же.

 Обратимся теперь к экспериментам по определению скорости света от движущегося источника. Принципиальная схема такого опыта изображена на рис. 2.

Свет от движущегося источника S поглощается пластинкой В (призмой, зеркалом и т. д. ) и переизлучается по направлению к А. Но при поглощении и переизлучении (отражении, преломлении, дифракции) луч света теряет информацию о своей скорости и распространяется дальше со скоростью С. Вернее, от В к А распространяется уже другой луч со скоростью С от неподвижного источника В. Чтобы убедиться в этом, мы должны сравнить каким-либо образом скорость света на участке l со скоростью света на этом же участке от заведомо неподвижного по отношению к А источника S1.

Ясно, что никаких дополнительных эффектов при этом обнаружено не будет. Скорость света от движущегося и от неподвижного источника окажется одинаковой. Такая ситуация будет наблюдаться как для движущихся небесных источников света, так и для движущихся или неподвижных земных источников. Именно это, собственно, и показывают все эксперименты по определению скорости света от движущегося источника, так как в итоге всегда измеряется не скорость света от движущегося источника, а скорость света на участке l , где она и должна быть постоянной. Другими словами, как бы мы ни старались определить скорость света от движущегося источника, мы каждый раз определяем скорость света от покоящегося относительно наблюдателя источника света! То есть, ни один эксперимент по определению скорости света от движущегося источника не доказал правильность второго постулата СТО. Все они были просто-напросто некорректными.

Следует дать краткий анализ экспериментам по определению эфирного ветра (влиянию движения Земли на скорость света), которые, в конечном счете, и привели к созданию А. Эйнштейном специальной теории относительности. Я не буду касаться экспериментов первого порядка и перейду сразу к опытам второго порядка, вернее, к самом у знаменитому из них — эксперименту Майкельсона-Морли 1887 года. Майкельсон сначала разработал прибор — интерферометр, принцип работы которого хорошо известен. Кратко суть его действия заключается в том, что луч света расщепляется на два, которые движутся по взаимно перпендикулярным путям и затем сходятся. Получается интерференционная картина чередования темных и светлых полос. Одно плечо интерферометра устанавливают в направлении движения Земли, фиксируют получающуюся картину, а затем поворачивают прибор на 90 градусов и снова фиксируют получающуюся картину. Если существует неподвижный эфир, то скорость света в первом и втором случаях будет различной, что и должен зафиксировать прибор по сдвигу полос интерференции. Никакого сдвига полос в пределах погрешности измерения обнаружено не было.

В 1892 году Дж. Ф. Фитцджеральд и Г. А. Лоренц независимо друг от друга выдвинули гипотезу, позволяющую совместить результат опыта Майкельсона-Морли и существование эфира. Суть этой гипотезы заключалась в том, что движение Земли относительно эфира может влиять на величину сил молекулярного взаимодействия, а через них — на длину тел. Длина любого тела (в том числе и плеча интерферометра) в направлении движения уменьшается относительно истинной величины таким образом, что полностью уничтожает возможный эффект изменения скорости света.

В работе 1895 года «Интерференционный опыт Майкельсона» Лоренц писал: «Как ни странна на первый взгляд указанная гипотеза, нужно все же признать, что она вовсе не так неприемлема, если только допустить, что и молекулярные силы передаются через эфир, подобно тому, как мы можем теперь определенно утверждать относительно электрических и магнитных сил. Если это так, то весьма вероятно, что поступательное движение изменит взаимодействие между двумя молекулами или атомами таким же образом, как и притяжение и отталкивание между заряженными частицами. Поскольку форма и размеры твердого тела в конечном счете обусловливаются интенсивностью молекулярных взаимодействий, то в этом случае не может не произойти и изменение размеров. Следовательно, с теоретической стороны нет возражений против этой гипотезы.

...Желая обнаружить столь малые величины, можно, пожалуй, надеяться на успех только с помощью интерференционного метода... Повторяя прежние рассуждения, можно сказать теперь, что смещение, вытекающее из изменения длин, компенсируется максвелловским смещением».

Лоренц в то время еще не мог знать, что «молекулярные» силы и есть на самом деле «электрические и магнитные» силы. Но он подошел поразительно близко к объяснению отрицательных результатов опытов Майкельсона-Морли. Дело в том, что если скорость измеряемого света изменяется, то точно в такой же степени изменяется и скорость электромагнитного взаимодействия в материале плеча интерферометра и в результате сравнения этих двух одинаковых скоростей мы и делаем вывод о том, что скорость света не изменяется. Так что объяснение Лоренца, в принципе, было правильным.

Эйнштейн поступил другим образом. Если никакие эксперименты не приводят к обнаружению эфира, то его нет, а значит, и нет преимущественной системы координат. А раз оптические и электродинамические законы справедливы теперь для всех координатных систем, движущихся равномерно, то скорость света во всех этих координатных системах одинакова и не зависит к тому же от скорости источника. Другими словами, то, что Фитцджеральд и Лоренц пытались объяснить, Эйнштейн постулировал. Лоренц считал, что скорость света может быть непостоянной, но это нельзя подтвердить экспериментально. Правда, Лоренц не сомневался в существовании эфира, а Эйнштейн на основании своего постулата отказался от него. И если физика в конце концов, возможно, вполне справедливо отказалась от эфира, как в свое время отказалась она от теплорода, то с постоянством скорости света дело обстояло сложнее. Невозможно экспериментально доказать именно постоянство скорости света. И существуют косвенные экспериментальные доказательства изменения скорости света, к чему мы вскоре перейдем

В большой работе 1907 года « О принципе относительности и его свойствах» Эйнштейн писал о предположении Лоренца: «... эта гипотеза, выведенная ad hoc, кажется всего лишь искусственным средством спасения теории...». А в работе 1910 года «Принцип относительности и его следствия в современной физике»: «... эта гипотеза уничтожила различия между теорий и экспериментом, Однако эта теория не представляла собой единого целого. Она основывалась на существовании эфира, который нужно было считать движущимся относительно Земли, причем последствия этого движения никогда невозможно было обнаружить экспериментально. Такое странное свойство теории можно было объяснить только с помощью введения априори маловероятных гипотез. Можно ли действительно думать, что вследствие любопытной случайности законы природы представляются нам таким необычным образом, что ни один из них не позволяет изучить быстрое движение нашей планеты через эфир? Не правда ли, было бы более правдоподобно допустить, что нас завело в тупик какое-то ошибочное соображение?».

Таким образом, специальная теория относительности Эйнштейна окончательно покончила с некорректным понятием «светоносного эфира», а заодно и с проблемой постоянства скорости света. После Эйнштейна уже мало кто интересовался тем, что же будет наблюдаться в природе, если скорость света непостоянна?

И все же неоспоримым достоинством теории Лоренца являлось то, что она при интерпретации экспериментов Майкельсона-Морли пыталась учесть поведение материального объекта, имеющего атомную структуру. И если в конце Х1Х века еще нельзя было сказать, каким образом изменяется длина материального тела и темп хода материальных часов, то к 30-м годам ХХ века это уже можно и нужно было сделать.

 Итак, что же показывают все эксперименты по измерению скорости света и определению эфирного «ветра»? Почему-то до сих пор считается, что они неопровержимо доказывают постоянство скорости света во всех возможных смыслах. Но как мы выяснили, это не так.

Эксперименты доказывают лишь тот факт, что при любом изменении скорости света на самом деле, в этих экспериментах она будет казаться постоянной. Поскольку скорость света можно измерить, только сравнив ее с этой же самой скоростью света, она самотождественна. Как бы скорость света ни менялась, экспериментально она всегда будет равна 300 000 км/с.

В пятой главе мы выяснили, что если скорость света постоянна, то любая вариация мира равна нулю и мир просто-напросто не может существовать. Этот вывод вступал в противоречие с традиционными выводами и экспериментальными доказательствами специальной теории относительности. Теперь мы видим, что такого противоречия больше нет. Специальная теория относительности вовсе не доказывает постоянство скорости света, она лишь незаконно постулирует его.

 

Глава восьмая

НОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

(Интерпретация и следствия)

 

«Был Свет истинный, Который просвещает всякого человека, приходящего в мир. В мире был, и мир через Него начал быть, и мир Его не познал».

 

«От Иоанна Святое Благовествование».

 

8.1. Предлагаемая идея.

 

Я выдвигаю следующее положение:

Мир (Вселенная) может существовать только в том случае, если скорость света в вакууме изменяется.

Скорость света в вакууме изменяется, оставаясь при всех экспериментальных определениях равной 300 000 км/с.

Естественно, нужен хотя бы один факт, чтобы подтвердить это.

Предположим, что скорость света в вакууме уменьшается. Будем обозначать такую скорость С¯. Что мы обнаружим при этом? Уменьшение скорости света означало бы, что все линейные размеры тел пропорционально увеличиваются, а темп хода часов замедляется.

Если увеличение размеров тел (и промежутков между ними) и замедление темпа хода часов вызваны уменьшением скорости света, и если мы исследуем этот мир с помощью света, имеющего конечную и тоже уменьшающуюся скорость распространения, то Вселенная предстанет перед нами как расширяющаяся Вселенная.

Именно расширение Вселенной и является тем самым косвенным фактом, который указывает на то, что скорость света в нашем мире уменьшается, оставаясь, естественно, во всех экспериментах равной 300 000 км/с.

В 1929 году Э. Хаббл открыл красное смещение в спектрах удаленных галактик, которое и интерпретируется как эффект разбегания галактик. Относительная скорость изменения расстояний называется постоянной или параметром Хаббла. В наше время ее значение лежит в пределах 50 — 100 км/с/Мпк.

Считается, что явление разбегания, или расширения Вселенной, относится только к расстояниям между галактиками, а расстояния между звездами в галактиках и уж тем более размеры звезд и планет во времени не меняются. Вот что, например, пишет И. Д. Новиков в книге «Эволюция Вселенной» (издание 3-е): «Иногда приходится слышать утверждение, что вследствие расширения Вселенной расширяется все на свете: не только галактики разбегаются, но и сами галактики расширяются, расширяются отдельные звезды, наша Земля — вообще все тела. Это, конечно, неверно. Разбегание галактик никак не влияет на отдельные тела... Точно так же как в разлетающемся облаке газа отдельные молекулы не расширяются, точно так же и в расширяющейся Вселенной гравитационно связанные тела — галактики, звезды, Земля — не подвержены космологическому расширению. (Можно высказать еще более сильное утверждение: если бы расширялись пропорционально размерам абсолютно все тала, включая атомы, то расширение было бы ненаблюдаемо. Действительно, тогда бы не существовало неизменного эталона, по отношению к которому измеряется расширение). Разумеется, они могут и расширяться и сжиматься, но это вызывается внутренними причинами — процессами, которые происходят внутри тел».

Во-первых, И. Д. Новиков ошибается, когда утверждает, что «если бы расширялись пропорционально размерам абсолютно все тела», то «расширение было бы ненаблюдаемо». Автор неявным образом предполагает, что изучение такого мира будет происходить с помощью процессов, имеющих бесконечную скорость распространения. А во-вторых, причину самого увеличения размеров тел и замедления темпа течения времени он не связывает в изменением скорости света, понимая Большой взрыв в буквальном смысле: «Галактики сейчас движутся по инерции и их скорость тормозится тяготением...».

Я же считаю, что разбегание галактик обусловлено глобальным уменьшением скорости света С¯, то есть тем, что скорость электромагнитного взаимодействия уменьшается как между галактиками, так и внутри атома, молекулы и между атомами и молекулами. Конечно, скорость электромагнитного взаимодействия в веществе меньше, чем в вакууме, то есть возможное расширение галактик, звездных систем, звезд и планет должно быть пропорционально меньше, чем постоянная Хаббла, но для нас сейчас важна качественная картина.

Несложный расчет показывает, что скорость расширения галактик составляет несколько километров в секунду. Но обнаружение таких скоростей расширения галактик современными средствами маловероятно.

В середине 60-х годов были проведены эксперименты, состоящие в измерении времени, которое должен затратить посылаемый с Земли сигнал на то, чтобы достигнуть какой-либо планеты, отразиться от нее и вернуться назад, на Землю. Как показали эксперименты группы Шапиро, такое запаздывание сигнала, отраженного Меркурием, действительно наблюдалось. Это запаздывание было объяснено действием гравитационного поля Солнца.

Проводились эксперименты по радиолокации космических аппаратов, в которых выявлено значительное запаздывание радиоволн, которое интерпретировалось как влияние на прохождение электромагнитных волн межпланетной плазмы.

Радиолокация Луны показала, что большая полуось орбиты Луны увеличивается на 3 см в год. Удаление Луны от Земли известно уже давно и объясняется оно, обычно, приливным трением.

Науке хорошо известно замедление вращения Земли вокруг Солнца и вокруг собственной оси.

В настоящее время часть ученых, изучающих Землю, считает, что Земля в своей эволюции расширяется. Этой проблеме посвящена, например, книга М. Гораи «Эволюция расширяющейся Земли». Как считает автор: «Вопрос о физическом механизме и причине расширения Земли представляется наиболее трудным и почти неразрешимым. Поэтому остается только высказывать вероятные предположения».

Для решения этой проблемы Гораи, в основном, опирается на геологические явления: переход металлической фазы в окисную и силикатную, что приводит к увеличению объема вещества, и т. д. Но автор не исключает, что причины расширения Земли, вероятно, нужно искать не только внутри Земли, но и в космосе. Он имеет в виду проблему космологического расширения.

Нет смысла здесь подробно излагать эволюцию расширения Земли, обусловленную уменьшением скорости электромагнитного взаимодействия. Это дело ученых, изучающих Землю. Хочу указать лишь на одну тонкость. Если скорость этого взаимодействия в среднем в породах, составляющих земную кору, больше, чем та же скорость в веществе, подпирающем земную кору, то это подпирающее вещество будет расширяться быстрее, чем кора, и тем самым производить давление на нее, что приведет к разрыву коры в ее наиболее тонких местах, а следовательно, и к расползанию континентов. Площадь, занимаемая древними породами, будет увеличиваться пропорционально меньше, чем общая площадь поверхности земного шара.

Радиолокационные эксперименты показали, что континенты действительно удаляются друг от друга.

В. Н. Мельников и А. Г. Радынов в статье «Влияние космологического расширения на локальные процессы в Солнечной системе» пишут: «При оценке возможного влияния космологической эволюции Вселенной на локальные процессы естественно предположить, что относительная скорость изменения какой-либо величины со временем характеризуется параметром Хаббла Н, значение которого в современную эпоху Н0 = 5 . 10-15 год. Малость Н0 затрудняет экспериментальное обнаружение влияния космологии на локальные процессы в земных (лабораторных) условиях».

Можно было бы провести эксперимент, разместив радиолокационные станции на различных континентах, и измеряя их удаление друг от друга. Расчетное удлинение земной окружности составляет примерно 2 — 3 мм в год. Вполне возможно, что такую величину можно было бы определить экспериментально.

 

8.2. Интерпретации «красного» смещения.

 

Итак, если расширение Вселенной обусловлено уменьшением скорости электромагнитного взаимодействия, то внешне это будет выглядеть как простое удаление объектов друг от друга со скоростями тем большими, чем больше расстояние между объектами. Как принято говорить, галактики разлетаются и «красное» смещение в их спектрах интерпретируется как обыкновенный эффект Доплера. Это можно назвать пространственно-временным объяснением «красного» смещения.

Предположим, что масса любой частицы, например, электрона, была меньше в тот момент, когда фотон был испущен удаленной галактикой, чем масса такой же частицы в наше время. Согласно квантовой теории, при прочих равных условиях длина волны спектральной линии изучения, возникающего при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, изменяется обратно пропорционально массе электрона. Тогда у фотона, испущенного электроном удаленной галактики, длина волны больше, чем у фотона, родившегося в наше время, только потому, что он родился тогда, когда массы элементарных частиц были меньше, чем сейчас.

В статье 1907 года «О принципе относительности и его следствиях» А. Эйнштейн предсказал гравитационное смещение частоты и дал его приближенную формулу.

Объяснение гравитационного смещения состояло в следующем. Эйнштейн постулировал полную физическую равноправность (для всех физических явлений) системы неподвижной в однородном гравитационном поле и системы, движущейся равномерно-ускоренно в отсутствие гравитации. Это, так называемый, принцип эквивалентности. Пользуясь этим эвристическим принципом, Эйнштейн заменил исследование физических процессов в однородном гравитационном поле их исследованием в равномерно ускоренной системе в отсутствие гравитации. Эйнштейн основывался на том, что если в какое-то мгновение одновременные показания двух местных часов совпадают, то уже в следующее мгновение это одновременное совпадение будет нарушено. Применяя к двум показаниям местных часов, разделенных промежутком времени (по часам, установленным в начале координат), преобразования Лоренца, Эйнштейн и пришел к гравитационной формуле для смещения частоты.

В статье 1911 года «О влиянии силы тяжести на распространение света» Эйнштейн дает новое обоснование гравитационного смещения с помощью допплер-эффекта в равномерно ускоренной системе в отсутствие гравитации. В момент испускания света скорость источника и приемника одинаковы, т. е. их относительная скорость равна нулю. Но для преодоления расстояния между источником и приемником требуется время. И за это время скорость приемника благодаря ускорению изменится. Таким образом, скорость источника в момент испускания сигнала и скорость приемника в момент приема сигнала отличаются на некоторую величину, вследствие чего и должен возникнуть допплер-эффект. В силу принципа эквивалентности тот же эффект должен иметь место в однородном гравитационном поле.

В статье 1907 года А. Эйнштейн ошибочно указал: «Можно сказать, что процесс, происходящий в часах, — и вообще любой физический процесс, — протекают тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс».

В статье 1916 года «Основы общей теории относительности» Эйнштейн пишет: «Итак, часы идут медленнее, если они установлены вблизи весомых масс. Отсюда следует, что спектральные линии света, попадающего к нам с поверхности больших звезд, должны сместиться к красному концу спектра».

Таким образом, как считал Эйнштейн, гравитационное смещение — это вопрос системы отсчета. Ход часов (темп течения времени) зависит от гравитационного потенциала того места, где часы находятся. Поэтому величины, зависящие от системы отсчета, такие, как энергия, масса, импульс, продолжительность, частота и другие, имеющие одно значение в системе источника, имеют другое значение в системе приемника, если между источником и приемником имеется разность гравитационного потенциала.

 Заметим здесь, что в этом перечне у Эйнштейна отсутствовала длина.

Эйнштейн вынужден был признать, что вблизи гравитационных масс скорость света непостоянна, она тем меньше, чем больше сама гравитационная масса. Но тут нам нужно остановиться и осмыслить это заявление А. Эйнштейна. Все дело в том, что в гравитационном поле изменяется не только темп течения времени, но и длина. И если мы проведем эксперимент по определению скорости света, то с удивлением обнаружим, что скорость света все равно равна 300 000 км/с.

Никакими экспериментами невозможно доказать, что скорость света отлична от 300 000 км/с. В гравитационном поле эталоны длины и длительности изменяются таким образом (ведь их величина зависит именно от скорости света), что это значение останется постоянным. Хотя вполне очевидно, что если бы эталоны длины и длительности не менялись, то мы получили какое-то другое значение скорости света. То есть мы снова приходим к выводу, что скорость света (на этот раз в гравитационном поле) изменяется, оставаясь численно равной опять-таки 300 000 км/с.

О расширении Вселенной тогда еще не имели представления. А когда этот факт стал общепризнанным, никто почему-то не применил принцип эквивалентности и не высказал мысль о том, что если скорость света вблизи гравитационных масс уменьшается, то и скорость света от любого удаляющегося источника тоже должна уменьшаться.

Все дело в том, что скорость света можно измерить только «здесь-теперь». Этот случай мы и разбирали в г седьмой главе. Существо, находящееся вблизи гравитационной массы, тоже может измерить эту скорость в области, являющейся для него областью «здесь-теперь». Она окажется равной 300 000 км/с. Существо, находящееся в галактике, удаляющейся от нас с большой скоростью, после измерения скорости света также придет к выводу, что скорость света в области, являющейся для него областью «здесь-теперь», равна 300 000 км/с.

Но, поскольку при этом используются разные эталоны длины и длительности, я могу заявить, что скорость света, с моей точки зрения «здесь-теперь», во втором и третьем случаях равна соответственно n1С и n2C. Точка (или область) «здесь-теперь» является выделенной системой отсчета. Что, впрочем, может заявить и любой другой наблюдатель, находящийся в своей точке (или области) «здесь-теперь».

 То же самое можно сказать и о скорости света (скорости фундаментального взаимодействия) применительно к соотношению «здесь-теперь», «здесь-тогда». Скорость света «здесь-тогда» по отношению к скорости света «здесь-теперь» равна n3С.

В нашей Вселенной скорости фундаментального взаимодействия (при учете лишь расширения Вселенной) «здесь-тогда» и «там-тогда» больше, чем скорость этого взаимодействия «здесь-теперь».

Прошу только уяснить, что скорость света, например, «здесь-тогда» равна не 1 000 000 км/с, а именно nС.

И еще, я пока не разделяю выражения «скорость фундаментального взаимодействия» и «скорость света», но вскоре я это сделаю.

 

8.3. Реляционно-субъективное определение пространства и времени.

 

Теперь нужно осмыслить, что такое постоянство и в то же время непостоянство скорости света. Очевидно, что эти свойства скорости света относятся к каким-то двум разным уровням описания мира. Используя идеи И. Канта, я высказываю следующее положение: на уровне вещей в себе (ноуменов) скорость света изменяется, причем там она не имеет размерности, а просто изменяется в какое-то число раз; на уровне явления вещи воспринимающему субъекту (феномена) скорость света постоянна и равна 300 000 км/с.

В работе «Последние мысли» А. Пуанкаре писал: «До сих пор мы не задавали вопроса о том, изменяются ли законы в действительности, мы лишь спрашивали, могут ли люди считать, что законы изменяются. Но являются ли законы неизменными сами по себе, если рассматривать их как существующие вне разума, который их создал или наблюдал? Такой вопрос не только не разрешим, но и не имеет никакого смысла. К чему нам задаваться вопросом, могут ли законы изменяться со временем в мире вещей в себе, если в таком мире само понятие времени, может быть, не имеет смысла? О том, что представляет собой этот мир, мы ничего не можем ни сказать, ни думать, мы можем только говорить о том, чем он представляется уму, не слишком отличающемуся от нашего».

Представим себе, что существует некий мир, состоящий из четырех точек А, В, Д, Я, между которыми происходит взаимодействие с постоянной скоростью С.

Точки А, В, Д, Я изображены не на плоскости, а в некотором конфигурационном пространстве скорости света. Дело в том, что у меня (как и у любого человека) нет возможности изобразить конфигурационное пространство как-либо иначе, кроме как в общепринятом, обычном для нас пространстве (объеме, плоскости). Но будем помнить, что А, В, Д, Я на самом деле изображены не на плоскости. И АВ, ВД, ДЯ, ЯА, АД и ВЯ — не расстояния.

Итак, в некотором конфигурационном пространстве существуют четыре точки, взаимодействие между которыми происходит с постоянной скоростью. Для того, чтобы исследовать этот мир, нужен воспринимающий субъект. Мне могут возразить, что этот мир А, В, Д, Я существует и без воспринимающего субъекта. Я согласен. Но мир, существующий сам по себе (ноумен, вещь в себе) отличается от мира, воспринимаемого субъектом (феномена).

Представим далее, что Я — это воспринимающий субъект «Я». Что «Я» может сказать о мире А, В, Д, Я? Ни-че-го! Мне снова могут возразить, что кое-что все же можно сказать: например, что эти точки все же существуют ( в том числе и «Я»), что расстояния между этими точками не меняются, что время, необходимое для прохождения сигналов от А, В, Д, до «Я» тоже не изменяется. Но я категорически возражаю против этого и вот на каком основании. Вы просто не можете отвлечься от того факта, что все эти точки существуют в пространстве. Нет, они существуют в конфигурационном пространстве скорости света. А это не одно и то же. Для того, чтобы измерить расстояние, если оно есть, от «Я» до А, «Я» должен послать из Я в А сигнал (луч света, фотон) и засечь время отправления этого сигнала, а затем принять переизлученный сигнал и снова засечь время. Но для этого «Я» должен обладать памятью. Я не знаю, что такое память, но одно свойство ее я все же могу назвать: необходимым условием моей памяти должно быть какое-то изменение во мне. Но поскольку в мире А, В, Д, Я ничего принципиально не меняется, «Я» не могу обладать памятью и, следовательно, измерить расстояние ЯВ. Более того, «Я» не могу даже представить себе, что А, В, Д существуют. «Я» будет монотонно испускать фотоны, даже не зная об этом, потому что у него нет механизма для того, чтобы знать, что он уже испустил или испускает фотон. Точно так же «Я» не может знать, что ранее принимал фотоны от А, В, Д.

Другими словами, если скорость взаимодействия в системе А, В, Д, Я постоянна (и внутри»Я» — тоже), то «Я» никоим образом не может знать, что А, В, Д существуют, да и что «Я-сам» существует тоже. То есть, если на уровне вещи в себе мир А, В, Д, Я существует (хотя, как мы увидим далее, такого предположения делать нельзя), то о нем вообще, в принципе, ничего нельзя сказать. Более того, как феномен, то есть как мир для воспринимающего субъекта, этот мир не существует, а следовательно, и не обладает никакими атрибутами, в частности такими, как пространство и время.

Теперь представим себе «сверхъестественный» случай, когда «Я» обладает памятью и сознанием. Это именно тот случай, о котором И. Кант говорит, как об априорности пространства и времени. То есть, эти понятия являются врожденными, доопытными для существа, обладающего памятью и сознанием. Посмотрим, каким же теперь представляется сознающему «Я» мир А, В, Д. Скорость взаимодействия между А, В, Д и «Я» продолжает оставаться постоянной. Теперь «Я» может сказать, что существует внешний мир, от которого «Я» получает сигналы. Что еще? И все. Больше ничего!

«Я» даже не может узнать, что «внешний мир» А, В, Д состоит из трех точек, так как сигналы от них ничем не отличаются друг от друга. «Я» может регулярно посылать сигналы по «направлению» (никаких направлений в этом мире не существует), например, к В и столь же регулярно принимать сигналы, изученные В. В распоряжении «Я» нет никакого способа «замаркировать» свои сигналы, чтобы определить время, за которое они достигнут В и вернутся назад. Из «Я» в В могут приходить только точно такие же сигналы, как и из В в «Я». И даже если бы «Я» смог «замаркировать» свои сигналы, опять же каким-то «сверхъестественным» способом, то в сигнале, полученном от В, эта информация все равно отсутствовала бы, так как В, по-прежнему, посылал бы в «Я» свои собственные сигналы. Другими словами, «Я» не имел бы возможности определить, что В находится на каком-то расстоянии от «Я». Понятие внешнего пространства, по-прежнему, не могло бы возникнуть. Но не только понятие, которое можно сконструировать, но и само пространство вообще, безотносительно к моему «Я». Пространства в этом случае еще нет, как нет и времени.

Сделаем еще одно «сверхъестественное» предположение. Представим, что «Я» все же может послать в А, В, Д какие-то замаркированные сигналы. А, В, Д, в свою очередь, переизлучат в «Я» те же самые, или замаркированные каким-либо другим образом, но понятные для «Я» сигналы. В этом случае «Я» сможет определить, что сигнал, испущенный из «Я» в А и переизлученный обратно, приходит, например, одновременно с сигналом, испущенным из «Я» в Д и обратно. А сигнал, испущенный в В и переизлученный обратно, например, запаздывает.

Поскольку «Я» обладает априорным чувством пространства и времени (что пока еще представляет собой тайну или нечто «сверхъестественное»), «Я» может сделать вывод о том, что А и Д находятся в пространстве на одинаковом расстоянии от «Я», а В находится на каком-то большем расстоянии от «Я», чем А и Д. И только сейчас можно ввести понятие внешнего пространства, но лишь на уровне воспринимаемого или созерцаемого мной («Я»). На уровне ноумена (вещи в себе) никакого пространства, по-прежнему, нет. Пространство существует только для созерцающего субъекта «Я». Для субъекта теперь мир А, В, Д существует в пространстве, но это очень странное пространство: все расстояния между объектами в нем постоянны. Это не только статичное пространство, это статичный мир. И темп хода часов в нем одинаков. Об этом мире можно сказать, что он есть, но в нем ничего не меняется, а следовательно, и не происходит. Кроме того, нужно помнить, что мы сделали несколько «сверхъестественных» предположений, которые ниоткуда не следуют, но без которых этот статичный мир не мог бы быть обнаружен, да и вообще существовать.

Как ни прискорбно, но это и есть физическая реальность, которую исследует физика с помощью симметричных по времени уравнений, рассмотренных нами выше. Причина в ней равна следствию, а решение всех динамических уравнений — нулю. Ее еще можно назвать истинно лапаласовским детерминированным миром, как он на самом деле должен пониматься с точки зрения современной физики. Все законы сохранения в такой физической реальности «сохраняются», а вариации лагранжиана и гамильтониана относительно любых преобразований равны нулю. Но нужно помнить, что и в этой физической реальности мы не можем обойтись без «сверхъестественных» предположений: наличия памяти у субъекта, исследующего мир, и каких-то изменений в ответном сигнале. То есть, даже для существования этого статичного мира нужны какие-то изменения в нем.

А если быть строго последовательным и учесть, что в таком статичном мире опережающие и запаздывающие действия равны друг другу, то есть взаимно уничтожаются, так как мы не можем ни ввести, ни выбрать граничные условия (они одинаковы), то и самого взаимодействия с постоянной скоростью нет.

Статичный мир не может существовать ни на уровне ноумена, ни на уровне феномена.

Может показаться, что мы зря потратили время на все предыдущие рассуждения. Но это не совсем так. Необходимость наличия памяти у воспринимающего субъекта и каких-то изменений во внешнем мире для того, чтобы этот мир существовал, мы все же выяснили.

Существенно отметить, что, когда в предыдущих рассуждениях в этом параграфе я говорил, что скорость света постоянна, я подразумевал, что она равна какой-то отвлеченной конечно, ни в коем случае не конкретной величине «300 000 км/с». Ведь в мире вещей в себе никаких километров и секунд нет. Это, надеюсь, ясно.

Но двинемся дальше.

Если при постоянной скорости взаимодействия мир как ноумен и мир как феномен не могут существовать, то естественно сделать предположение, что в мире ноуменов (вещей в себе) скорость взаимодействия изменяется. Тогда субъект в мире феноменов воспримет эти изменения как удаление или приближение точек А, В, Д. Поскольку в мире вещей в себе изменение скорости взаимодействия может быть, в принципе, любым (эта скорость разная для разных объектов), то созерцающий субъект, обладающий механизмом для восприятия этих изменений (память, сознание), теперь уже может различать эти изменения.

Я уже признавался, что не знаю, что такое память, и сознание — тоже. Меня в какой-то степени оправдывает лишь то, что этого, видимо, не знает никто. И все же я чувствую, надо дать хоть какое-то предельно примитивное определение. Даже не определение, а лишь туманный и, наверное, маловразумительный подход к проблеме. Я предполагаю, что в головном мозге человека существует механизм, который по своему произволу (воля человека) меняет скорость взаимодействия в самом себе и таким образом воскрешает в памяти события прошлого. Это как бы пачка, пучок скоростей. В квантовой механике сказали бы — оператор скоростей. То есть, как предполагал Блаженный Августин, в нас существует настоящее прошедшего, настоящее настоящего и настоящее будущего. Причем, эта «пачка» изменяет какую-то свою основную скорость взаимодействия синхронно с изменением скорости фундаментального взаимодействия в мире вещей в себе и с течением времени расширяется (объем памяти увеличивается). Если основная скорость взаимодействия в головном мозге рассинхронизируется, или сама «пачка» каким-то образом деформируется, перепутывается, то человек, что называется, «слетает с салазок», у него «едет крыша», и он уже воспринимает мир явлений (единственно доступный нашему созерцанию мир) как-то не так, как все остальные люди. Причем, этот механизм в какой-то степени присущ всем системам, которые могут различать хотя бы две скорости фундаментального взаимодействия в мире вещей в себе. Сюда относятся, конечно, и животные, и растения, и сложные химические соединения и т. д. Ер, впрочем, это предмет другого, несравненно более сложного исследования.

Может показаться, что пытаясь дать определение пространству и времени, я сам попал в логический круг, поскольку любое изменение в каком-то смысле предполагает понятие времени. Но тут нужно учитывать, что изменение скорости фундаментального взаимодействия на уровне ноумена сродни «изменению» чисел цифровой последовательности, которая не предполагает наличия пространства и времени.

И еще: мысль о том, что познающий субъект обладает памятью, в явной (или неявной) форме присутствует во всех научных теориях и в физике, во всяком случае, не анализируется. Так что, если я погрешил, то не более других.

Итак, Лейбниц утверждал, что пространство и время — это некие отношения между объектами, «идеи чистого разума, имеющие, однако, отношение к внешнему миру и сознаваемые нами при помощи чувств. Поэтому они и допускают определения и доказательства».

По Канту, «пространство и время суть определения, присущие вовсе не вещам самим по себе, а только их отношениям к чувственности». По его мнению, существуют две чистые формы чувственного созерцания как принципы априорного знания, а именно: пространство и время.

Механизмом для априорного восприятия пространства и времени является память.

Попытаюсь теперь дать определение понятиям пространства и времени. Это определение, возможно, покажется громоздким, но что делать... Если бы существовало короткое и ясное определение, оно уже давно было бы известно людям.

Пространство и время есть субъективные формы нашего чувственного восприятия объектов как явлений, заключающиеся во взаимодействии между субъектом, обладающим памятью, и объектами, как вещами в себе, с помощью фундаментального электромагнитного взаимодействия, скорость которого изменяется (для нашего мира — уменьшается).

Эта формулировка существенно реляционно-субъективная. Из нее следует, что пространство и время могут быть только изменяющимися отношениями и имеющими смысл только для субъекта.

В дальнейшем я не буду каждый раз оговариваться, что пространство и время существуют только на уровне феномена, а изменяющаяся скорость фундаментального взаимодействия — только на уровне ноумена. Это в значительной степени загромождает изложение. Но помнить об этом нужно обязательно.

Пространство — отношение, изменяющееся обратно пропорционально скорости фундаментального взаимодействия.

Время — отношение, изменяющееся прямо пропорционально скорости фундаментального взаимодействия.

Скорость фундаментального электромагнитного взаимодействия (С¯­) на уровне ноуменального мира (мира вещей в себе, или объектов, как они есть сами по себе) является далее не анализируемым понятием. Единственное ее свойство, которое я могу утверждать — изменение.

На уровне феноменального мира, то есть мира объектов, как они нам являются, или как мы их воспринимаем, скорость света (С) представляет собой постоянную величину, равную 300 000 км/с и измеряемую в обыденном смысле скорости вообще.

В качестве своеобразной подпорки своим рассуждениям еще раз приведу распространенный пример. Можно сказать, что в мире явлений существуют цвета. Мы их прекрасно воспринимаем, если наше зрение не нарушено. Но в мире объектов, существующих как вещи в себе, никаких цветов нет. Объекты взаимодействуют между собой и нами с помощью электромагнитных полей разной частоты. И все! Человечество долгое время не имело об этом никакого представления. Открытие частоты (или длины волны) электромагнитного излучения с помощью приборов (создание которых можно рассматривать как расширение области чувственного восприятия) позволило в каком-то смысле мир вещей в себе перевести в мир явлений, феноменов. Но только мы должны все время осознавать, что мир феноменов — это мир не сам по себе, а мир, который мы воспринимаем или который является нам. И другому существу, обладающему неведомыми нам свойствами, он представился бы совсем другим.

Итак, в полном согласии с И. Кантом, я могу заявить, что пространство и время субъективны, они есть лишь субъективные условия нашего человеческого (или в какой-то степени схожего с ним) созерцания, и сами по себе, без субъекта, смысла не имеют.

И в то же время пространство и время объективны, поскольку все (или почти все) вещи как явления, как предметы чувственного созерцания, находятся в пространстве и во времени. Это основоположение обладает объективной истинностью и априорной всеобщностью. Ну и что изменилось? Хоть и на уровне явлений, а пространство и время все равно объективны!

А изменилось все.

Почему я осторожно высказался:»все (или почти все) вещи как явления»? Сейчас попытаюсь объяснить.

Представим себе, что на рис. 3 скорость фундаментального взаимодействия между А. В. Д. Я равна бесконечности. Тогда на уровне явления расстояния между этими точками равны нулю. То есть пространства нет, хотя темп течения времени есть и он равен бесконечности. Все события в этом мире происходят в одно, не имеющее длительности мгновение. Если же взаимодействие между этими точками происходит со скоростью фундаментального взаимодействия равной нулю, то на уровне явления пространство между любыми точками есть и оно равно бесконечности, а темп течения времени равен нулю, то есть времени нет.

Еще раз напомню: если я говорю «скорость фундаментального взаимодействия» (С¯­), это означает, что речь идет о мире ноуменов, то есть вещей в себе; если я говорю «скорость света» (С), то это означает, что речь идет о мире феноменов, то есть вещей, как они нам являются, или как мы их воспринимаем.

А теперь можно получить пять вариантов мира ноуменов и феноменов:

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений мир вообще не существует. Это — невозможный мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений существует расширяющееся пространство и замедляющее свой темп течения время. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений существует сжимающееся пространство и увеличивающее свой темп течения время. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений пространство равно нулю, а темп течения времени — бесконечности. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений пространство между любыми двумя точками равно бесконечности, а темп течения времени равен нулю. Это — антисингулярность.

Других «чистых» случаев ни на уровне вещей в себе, ни на уровне явлений нет. «Смешанные» же случаи могут иметь место в любых сочетаниях (за исключением первого пункта).

Итак! Я исхожу из двух постулатов:

1. Скорость фундаментального взаимодействия на уровне ноуменов изменяется. Причем, в общем случае она изменяется как угодно.

2. Субъект, познающий мир, обладает памятью.

Оба эти постулата в данной теории далее не анализируются. Как я уже отмечал, второе положение в неявной форме присутствует во всех научных теориях и в физике, во всяком случае, не анализируется. Да оно, собственно, мне и нужно только для того, чтобы ввести понятия пространства и времени. Хотя уже в квантовой теории без него обойтись трудно. А в биологии, психологии, социологии и т. д. — просто-напросто невозможно.

На этих двух постулатах я и намерен наметить и кратко изложить (со значительными пропусками, разумеется) новую семантическую интерпретацию физической теории.

 

8.4. Новая семантическая интерпретация физической теории.

 

Свойства пространства и времени.

 

Пространство неоднородно. Это означает, что все точки пространства отличаются друг от друга. Любая точка пространства, взятая за начало отсчета, является выделенной. Это приводит к тому, что течение физических процессов в ней будет отличаться от течения физических процессов в других системах отсчета. Но ни к каким катастрофам в физике (мире явлений) это не приводит. Напротив, мир явлений как бы оживает, он получает возможность эволюционировать.

Пространство неизотропно. Это означает, что направления в пространстве неравноправны. При смене направления перемещения свойства объектов меняются.

Время неоднородно. Это означает, что течение физических процессов зависит от выбора начального момента времени.

Почему-то ранее ни у кого не вызывало удивления то обстоятельство, что пространство обладает изотропностью, а время не имеет такой характеристики. Может быть, потому, что введение изотропности времени привело бы к чудовищным несообразностям в физике. Если время изотропно, то процессы в прямом и обратном направлениях течения времени ничем не должны отличаться друг от друга. Например запаздывающие и опережающие действия (потенциалы). На это физика не могла пойти. Понятия изотропности или неизотропности времени как бы не существовало. Теперь такую характеристику ввести необходимо. Время неизотропно. Это означает, что течение физических процессов зависит от выбора направления течения времени.

Направление течения времени задается знаком градиента изменения скорости фундаментального взаимодействия. В случае уменьшения этой скорости (градиент положителен) время «течет» из прошлого в будущее; в случае увеличения (градиент отрицателен) — из будущего в прошлое.

Связность пространства и времени определяется отсутствием скачков изменения скорости фундаментального взаимодействия.

Размерность пространства определяется количеством взаимно перпендикулярных направлений, в которых скорость фундаментального взаимодействия изменяется.

Если эта скорость по всем направлениям равна бесконечности, то объект представляет собой точку (возможно, электрон). Линия характеризуется тем, что в одном из направлений скорость фундаментального взаимодействия конечна, но изменяется, а в двух других направлениях равна бесконечности (возможно, кварки, суперструны). Если эта скорость в одном направлении равна бесконечности, а в двух других — конечной, но изменяющейся величине, то объект будет представлять собой плоскость. И наконец, если скорость фундаментального взаимодействия в трех взаимно перпендикулярных направлениях конечна и изменяется, то объект представляет из себя некоторый объем.

Здесь уместно сказать несколько слов о пятом постулате геометрии Евклида. Постулат о параллельных прямых не мог быть доказан, так как он является аналогом постоянства скорости фундаментального взаимодействия. Именно такой несуществующий мир и описывает геометрия Евклида. И как пышно расцвели самые разнообразные геометрии после того, как от этого постулата отказались! Аналогия с попытками доказать постоянство скорости света здесь прямая.

Ориентируемость пространства определяется направлением изменения скорости фундаментального взаимодействия. В нашем мире пространство ориентируемо. В мире, обращенном по времени — тоже. Но эти ориентации противоположны. То, что в нашем мире является левым, в мире, пространство которого определяется увеличивающейся скоростью фундаментального взаимодействия, — будет правым, и наоборот.

Обратимость времени (точнее бы теперь говорить: обратимость пространства и времени) вполне теоретически возможна. Для этого нужно лишь обратить направление изменения скорости фундаментального взаимодействия.

 

Вариационные принципы, симметрии, законы сохранения.

 

Рассмотрим сначала вопрос об инерциальных системах отсчета, на которых, собственно, и построена почти вся физика. Мы помним, к каким непреодолимым трудностям приводили попытки ввести в физику это понятие непротиворечивым образом. Все эти попытки оказывались неудачными из-за наличия логического круга в рассуждениях. Теперь же, основываясь на постулате, что скорость фундаментального взаимодействия не может быть постоянной, я могу заявить: инерциальных систем не существует. Конечно, в каких-то конкретных случаях мы можем сделать допущение о существовании инерциальных систем отсчета и принять за такую систему точку А, Землю, Солнечную систему или даже галактику. Но мы должны при этом помнить, что такое допущение произвольно и приводит к недостоверным результатам. И только величина допустимой ошибки будет являться критерием такого произвольного допущения. Принципиально же, повторяю, инерциальных систем не существует.

Как было сказано в пятой главе, содержание теоремы Нетер заключается по существу в утверждении, что всякому непрерывному преобразованию координат, обращающему в нуль вариацию действия, когда задан также и закон преобразования, соответствует определенный инвариант, то есть некоторая сохраняющаяся величина, составленная из соответствующих функций и производных. А так как преобразование тесно связано со свойствами симметрии пространства и времени, то последнее утверждение означает, что каждому свойству пространства и времени, выраженному в ковариантности дифференциальных уравнений относительно определенной группы преобразований, должен соответствовать определенный закон сохранения.

Но вариационные принципы, симметрии и законы сохранения были вовлечены в логический круг. Кроме того, все они существенно опирались на понятие инерциальной системы отсчета, которое мы теперь считаем недопустимым произволом. Последовательное применение вариационных принципов в их общепринятой форме приводило к тому, что любая вариация действия равнялась нулю, и мир явлений просто-напросто не мог существовать.

Теперь же с полным основанием мы можем считать, что любая вариация действия в мире явлений (то есть в мире, который            только нам и известен и который мы исследуем) не равна нулю.

Неинвариантсности лагранжиана относительно смещения начала отсчета (неоднородности пространства) соответствует закон несохранения импульса; неинвариантности лагранжиана относительно пространственных поворотов (неизотропности пространства) — закон несохранения момента импульса; неинвариантности лагранжиана относительно смещений начала времени — закон несохранения энергии; неинвариантности лагранжиана относительно поворота времени (неизотропности времени) — закон несимметричного обращения всех явлений.

Взаимосвязь между вариационными принципами, симметриями и законами сохранения (теперь правильнее было бы сказать: между неинвариантностью лагранжиана и гамильтониана, асимметриями и законами несохранения) получается очень простая и наглядная. Логических кругов больше нет.

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений справедливы вариационные принципы, справедливы законы сохранения и существуют симметрии. Но самого мира, к сожалению, в этом случае нет.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений любая вариация действия больше нуля (к примеру, кратчайшее расстояние между двумя точками больше «кратчайшего» расстояния, которое мы могли бы гипотетически получить, если бы в мире осуществлялся вариант «один»); энергия, импульс, момент импульса в замкнутой системе уменьшаются; симметрии нарушаются. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений любая вариация действия меньше нуля (к примеру, кратчайшее расстояние между двумя точками меньше «кратчайшего» расстояния, которое мы могли бы гипотетически получить, если бы в мире осуществлялся вариант «один»); энергия, импульс, момент импульса в замкнутой системе увеличиваются; симметрии нарушаются. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений любая вариация действия равна минус бесконечности (к примеру, кратчайшее расстояние между любыми точками равно нулю); энергия, импульс, момент импульса в замкнутой системе равны бесконечности; симметрии абсолютно нарушены. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений любая вариация действия равна плюс бесконечности (к примеру, кратчайшее расстояние между любыми точками равно бесконечности); энергия, импульс, момент импульса в замкнутой системе равны нулю; симметрии абсолютно нарушены. Это — антисингулярность.

 

Причинность.

 

Как мы выяснили в третьей главе, трудности, связанные с пониманием причинности, заключаются в том, что, во-первых, не удавалось объяснить теоретически равноправное существование запаздывающей и опережающей причинности и существование на практике только запаздывающей причинности, а во-вторых, не удавалось объяснить существование в мире изменений, если одинаковые причины при одинаковых условиях приводят к одинаковым следствиям.

Теперь эти трудности можно устранить. Причинность в мире явлений зависит от скорости фундаментального взаимодействия. При этом, что вполне понятно, причинно-следственная цепь нелинейна.

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений имеет место полная причинность, равная сумме запаздывающей и опережающей причинности, то есть нулю. Естественно, что одинаковые причины (равные нулю) приводят при одинаковых условиях (равных нулю) к одинаковым следствиям (тоже равным нулю). Это — невозможный мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений имеет место запаздывающая причинность, в которой следствие меньше причины. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений имеет место опережающая причинность, в которой следствие больше причины. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений следствия одновременны с причинами, а так как они бесконечно больше причин, можно сказать, что в этом случае имеют место все возможные следствия. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений следствия никогда не наступают. Это — антисингулярность.

 

«Запаздывающие» и «опережающие» потенциалы.

 

Столь же легко теперь можно объяснить и существование в нашем мире только запаздывающих потенциалов, а в обращенном по времени мире — опережающих. Их наличие или отсутствие в мире явлений зависит только от скорости фундаментального взаимодействия.

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений решение волнового уравнения равно сумме запаздывающего и опережающего решений, то есть нулю. Это — невозможный мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений решение волнового уравнения будет иметь запаздывающий вид. Причем, изменение скорости фундаментального взаимодействия может быть при этом сколь угодно малым. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений решение волнового уравнения будет иметь опережающий вид. Скорость изменения фундаментального взаимодействия в этом случае так же может быть сколь угодно малой. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений решение волнового уравнения равно бесконечности. Системы лишь излучают, но не поглощают. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений решение волнового уравнения равно минус бесконечности. Системы не излучают. Это — антисингулярность.

 

Энтропия.

 

Как мы выяснили в четвертой главе, трудности, связанные с понятием энтропии, заключаются в том, что не удавалось дать номологического объяснения возрастания энтропии в замкнутых системах. Теперь эту трудность можно устранить. Поведение энтропии в мире явлений зависит от скорости фундаментального взаимодействия. При этом необходимо сделать заявление, что замкнутых систем, в которых энтропия является постоянной величиной, не существует.

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений энтропия в замкнутых системах постоянна. Это — несуществующий мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений энтропия в замкнутых системах увеличивается. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений энтропия в замкнутых системах уменьшается. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений энтропия в замкнутых системах равна нулю. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений энтропия в замкнутых системах равна бесконечности. Это — антисингулярность.

 

Общая сводка.

 

Теперь все основные положения физической теории можно объединить в общую семантическую картину (см. Рис. 4).

Между положениями (высказываниями, законами) каждого столбца и скоростью фундаментального взаимодействия существует строгая номологическая связь. Наш мир с его законами существует лишь, если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается. Обращенный по времени мир — если скорость фундаментального взаимодействия — увеличивается. Между положениями (законами) каждого столбца существует лишь жесткая корреляция, но не зависимость.

Сказать, что в мире существует запаздывающее действие, это все равно, что сказать, что в этом мире время течет из прошлого в будущее, или что энтропия в замкнутых системах увеличивается и т. д. Можно взять любое положение из столбца или все сразу. Именно по той причине, что между всеми положениями (столбцами) семантической картины физической теории существует лишь жесткая корреляция, но не номологическая зависимость Попытки вывести одно из другого (например, направление времени из факта возрастания энтропии в замкнутой системе) приводили лишь к логическим кругам, т. е. к неудаче.

 

Классическая механика.

 

Начнем с проблемы инерциального движения. Как я уже говорил, инерциальных систем не существует, а значит, нет и инерциального движения. Возьмем, к примеру, пластинку, состоящую из двух различных по материалу слоев. В традиционной физике этот объект, если на него не действуют никакие внешние силы, будет двигаться по прямой с постоянной скоростью.

Если же скорость фундаментального взаимодействия уменьшается (как в нашем мире), то из-за нарушения закона сохранения энергии скорость объекта начнет замедляться; из-за нарушения закона сохранения импульса траектория движения объекта начнет искривляться; из-за нарушения закона сохранения момента импульса объект начнет вращаться. Так как скорость фундаментального взаимодействия в различных веществах изменяется по-разному, объект начнет деформироваться и примет какую-то иную форму, чем в момент «запуска». Все изменения объекта будут причинными, но причинность эта нелинейна. Картина получается совершенно иная, чем в общепринятой классической физике и, мне кажется, более интересная. Я уже упоминал, что помимо пространственно-временного существует и импульсно-энергетическое объяснение «красного» смещения, из которого следует, что массы элементарных частиц зависят обратно пропорционально от скорости фундаментального взаимодействия. То есть массы элементарных частиц, а значит, и массы объектов вообще «там-тогда» и «здесь-тогда» меньше, чем «здесь-теперь». Но не только гравитационное «красное» смещение, но и само гравитационное поле является следствием изменения скорости фундаментального взаимодействия. При уменьшении этой скорости гравитационное поле увеличивается и проявляется как притягивающее. При увеличении этой скорости гравитационное поле уменьшается и проявляет себя как отталкивающее.

Уменьшение скорости фундаментального взаимодействия приводит к одному интересному эффекту, который, вероятно, можно было бы проверить экспериментально.

L — Солнце, А и В — искусственные спутники, расположенные на одинаковом расстоянии от L (r1 = r2) и с противоположных сторон от L. Поскольку скорость фундаментального взаимодействия Солнца уменьшается, постольку его гравитационный потенциал увеличивается. Это должно проявляться следующим образом. Наблюдатель на спутнике А обнаружит, что расстояние до Солнца медленно увеличивается. То же самое обнаружит наблюдатель и на спутнике В. Но расстояние между спутниками остается постоянным. (Мы сейчас для простоты не будем учитывать расширение пространства, вызванное глобальным уменьшением скорости фундаментального взаимодействия). И если даже изменение расстояния окажется недоступным современным измерениям, то все равно r1 + r2 будет больше d.

Здесь я еще раз остановлюсь на проблеме постоянства скорости света и непостоянства скорости фундаментального взаимодействия. Непостоянство скорости фундаментального взаимодействия, проявляется ли оно в виде допплер-эффекта, или гравитационного «красного» смещения, всегда приводит к пространственно-временным изменениям. Если допплер-эффект равен величине z, или если гравитационное «красное» смещение равно величине z, это означает следующее: удаляющаяся галактика или гравитационная масса взаимодействует со всеми другими объектами с фундаментальной скоростью, равной С¯ = С ( 1 + z ), но при этом сама галактика или гравитационная масса удаляется, с нашей точки зрения, со скоростью V = z С. Так что скорость света от удаляющегося или гравитирующего объекта для нас во всех экспериментах все равно будет равна С, т. е. 300 000 км/с. Это справедливо для любого наблюдателя.

Теперь можно дать определение движению вообще. Движение — это изменение скорости фундаментального взаимодействия, проявляющееся на уровне явления для воспринимающего субъекта в форме (виде) пространственно-временных изменений.

Хотите приблизиться к какому-нибудь объекту? Учтите сначала, что вы — выделенная система, и все другие объекты в нашей Вселенной имеют скорость фундаментального взаимодействия больше, чем вы. А затем затратьте энергию, чтобы скорость вашего фундаментального взаимодействия сравнялась со скоростью фундаментального взаимодействия нужного вам объекта. Когда обе скорости сравняются — вы достигли объекта.

Вот следующие пять вариантов мира:

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений массы элементарных частиц и гравитационный потенциал постоянны. Такой мир существовать не может.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений массы элементарных частиц и гравитационный потенциал увеличиваются. Гравитационное поле ведет себя как притягивающее поле. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений массы элементарных частиц и гравитационный потенциал уменьшаются. Гравитационное поле ведет себя как отталкивающее поле. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений массы элементарных частиц и гравитационный потенциал равны нулю. Гравитационного поля нет. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений массы элементарных частиц и гравитационный потенциал равны бесконечности. Это — антисингулярность.

 

Специальная теория относительности.

 

Собственно, как таковой, специальной теории относительности теперь не существует. Да и отличие между классической механикой, специальной и общей теориями относительности может определяться только условиями задачи и допустимой степенью ошибки решения. Но одно важное положение следует подчеркнуть.

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений никаких скоростей объектов не существует. Это — невозможный мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений все скорости объектов меньше скорости света. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений все скорости объектов больше скорости света. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений все скорости объектов равны бесконечности. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений все скорости равны нулю. Это — антисингулярность.

Отсюда ясно, каким образом решается проблема «горизонта» событий во Вселенной. В сингулярном состоянии все события во Вселенной причинно связаны. По мере уменьшения скорости фундаментального взаимодействия все большая часть объектов будет уходить за «горизонт» событий. Но Вселенная внутри «горизонта» событий будет всегда причинно связана. Когда скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, все события и объекты Вселенной находятся за «горизонтом» событий. На уровне явлений Вселенная перестает существовать. Когда скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, объекты и события «входят» в область «горизонта» событий.

 

Теория элементарных частиц.

 

О массе элементарных частиц уже сказано. Что касается симметрий, то в микромире, так же как и в макромире, все симметрии должны нарушаться. В том числе и СРТ-симметрия. Откуда следует:

1. Если скорость фундаментального взаимодействия равна какой-то постоянной величине, то на уровне явлений заряды элементарных частиц постоянны. Это — невозможный мир.

2. Если скорость фундаментального взаимодействия уменьшается, то на уровне явлений заряды элементарных частиц увеличиваются, имея общепринятые знаки зарядов. Это — наш мир.

3. Если скорость фундаментального взаимодействия увеличивается, то на уровне явлений заряды элементарных частиц уменьшаются, при этом происходит обращение знаков зарядов. Это — обращенный по времени мир.

4. Если скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, то на уровне явлений заряды элементарных частиц равны нулю. Это — сингулярность.

5. Если скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то на уровне явлений заряды элементарных частиц равны бесконечности. Это — антисингулярность.

Отсюда ясно, каким образом решается проблема барионной асимметрии Вселенной. В нашем мире, с самого начала выхода из сингулярного состояния, существует только вещество. В обращенной по времени Вселенной, с самого начала выхода из антисингулярности, существует только антивещество.

 

Интерпретация решения уравнений Эйнштейна в виде сферически-симметричного гравитационного поля.

 

Решение уравнения такого поля было дано К. Шварцшильдом. Темп течения времени на сфере Шварцшильда равен нулю, а поверхность ее бесконечна. О том, что время на сфере Шварцшильда останавливается, при рассмотрении этой пробелы говорится всегда, а вот о бесконечной поверхности сферы почему-то не упоминается. Эта ситуация возможна лишь при условии, когда скорость фундаментального взаимодействия равна нулю, то есть объект уходит в антисингулярность.

Не вызывает сомнения, что антисингулярность, так же как и сингулярность, указывает на то, что в данном случае наши посылки неполны. Но дать точное определение сингулярности и антисингулярности пока никто не в состоянии. Это предмет другой теории с иной аксиоматикой, поскольку любая актуальная бесконечность указывает на принципиальную недостаточность посылок. Сингулярность и антисингулярность — проблема проблем.

Но у нас, к счастью, есть выход: мы можем рассматривать не саму сингулярность или антисингулярность, а бесконечно близкое приближение к ним. Для принципиальной ясности картины этого вполне достаточно.

При обсуждении проблемы «черных дыр» часто рисуется такая картина: фотон выскакивает с поверхности сферы Шварцшильда, но не имея возможности преодолеть тяготение «черной дыры», снова падает на поверхность; или такая: скорость света становится равной нулю и вместо звезды мы теперь «видим» черное пятно. Ничего подобного, конечно, не происходит. Скорость света, измеренная на любом приближении к поверхности сферы Шварцшильда все равно будет равна 300 000 км/с. Изменяются только эталоны длины и длительности. А вот скорость фундаментального взаимодействия на уровне ноумена действительно стремится к нулю. И это изменение скорости фундаментального взаимодействия для удаленного наблюдателя будет проявляться лишь в изменении пространственно-временных характеристик «черной дыры». А именно: «красного» смещения. Звезда, превращаясь в «черную дыру», для удаленного наблюдателя будет стремительно уходить к «горизонту» событий, то есть удаляться. Причем, для наблюдателя, расположенного по другую сторону от коллапсирующей звезды, она будет удаляться с точно такой же скоростью, но в противоположном направлении. И пробные частицы обоих наблюдателей никогда не догонят уходящую звезду, хотя друг с другом наблюдатели вполне могут обмениваться пробными частицами или световыми сигналами. Другими словами, расстояние между двумя наблюдателями, посредине между которыми находится коллапсирующая звезда, остается постоянным (мы сейчас не будем учитывать незначительное увеличение этого расстояния за счет расширения пространства в нашей Вселенной), но расстояние от каждого наблюдателя до коллапсирующей звезды стремится к бесконечности. И это не какой-нибудь кажущийся, а для нашего мира явлений вполне реальный эффект. Такая ситуация представлена на рис. 6.

Не правда ли, интерпретация, представленная здесь, значительно отличается от интерпретации гравитационного коллапса, которую можно найти в любом соответствующем учебнике или в научно-популярной литературе. И еще: эта картина напоминает что-то уже известное. Да, именно квазар. Квазары в космологии считаются объектами, находящимися далеко за пределами нашей и других галактик, по той причине, что их скорость приближается к скорости света. Считается, что если бы они даже и образовались в нашей или близкой к нам галактике, то уже давно «выскочили» бы за их пределы. На самом же деле, если коллапсирующая звезда находилась посреди шарообразно расположенных наблюдателей, то они, после соответствующих переговоров, размышлений и общего обсуждения пришли бы к выводу, что коллапсирующая звезда находится внутри сферы, образованной самими наблюдателями, и в то же время она стремительно уходит за «горизонт» событий Вселенной. Так что, известные сейчас науке квазары, вполне возможно, находятся в пределах нашей Галактики и представляют собой коллапсирующие звезды, хотя расстояние до них стремится к бесконечности. То есть, мы видим процесс образования «черной дыры». Саму же «черную дыру» мы, вероятно, никогда не сможем увидеть и тем более приблизиться к ней.

Внутри сферы Шварцшильда происходит обращение знаков пространства и времени. Это означает лишь одно: скорость фундаментального взаимодействия увеличивается. На уровне явлений это будет проявляться в увеличении темпа течения времени и сжатии пространства. Время при этом «течет» из будущего в прошлое, все взаимодействия являются опережающими. Это, в свою очередь, означает, что из бесконечности приходят шаровые волны, которые и поглощаются в электронах. А сфера Шварцшильда для наблюдателя, находящегося внутри нее, как раз и будет являться бесконечностью.

Все остальное (уменьшение энтропии и прочее) ясно из вышеизложенного. Такой обращенный мир будет эволюционировать до сингулярного состояния.

 

Расширяющаяся Вселенная.

 

Я предлагаю такой сюжет расширяющейся Вселенной.

В сингулярном состоянии, когда скорость фундаментального взаимодействия равна бесконечности, Вселенная обладает следующими свойствами:

1. Вселенная представляет собой точку, не имеющую размеров.

2. Темп течения времени в этой Вселенной равен бесконечности, то есть все события происходят в одно мгновение, не имеющее длительности.

3. Энергия, импульс, момент импульса Вселенной равны бесконечности.

4. Все симметрии абсолютно нарушены.

5. Вариация любого действия равна минус бесконечности.

6. Существуют все следствия.

7. Энтропия Вселенной равна нулю.

8. Масса Вселенной равна нулю.

9. Гравитационный потенциал Вселенной равен нулю.

10. Скорость взаимодействия между объектами Вселенной равна бесконечности. Все события причинно связаны.

11. Заряды элементарных частиц равны нулю.

Этот ряд можно продолжить.

Как я уже говорил, я не знаю, каким образом Вселенная может выйти из сингулярного состояния. Скорее всего это проблема не просто физическая. Но предположим, что скорость фундаментального взаимодействия начинает уменьшаться, и Вселенная выходит из сингулярного состояния. Это происходит не в шуме и грохоте Большого взрыва или великой тоски Инфляции, а в тихом Сиянии и Славе.

Вселенная начинает расширяться, объем ее увеличивается. Появляется темп течения времени. Теперь у Вселенной есть не только настоящее, но и прошлое и будущее. Элементарные частицы обретают заряды. Энтропия Вселенной начинает увеличиваться и из абсолютно упорядоченных структур появляются галактики, звезды, планеты. Поскольку законы сохранения импульса и момента импульса нарушаются, объекты Вселенной вращаются, причем это вращение замедляется. Массы объектов и гравитационный потенциал растут. То есть, мы видим мир, который видим. Этот мир эволюционирует до антисингулярного состояния.

Картину мира, обращенного по времени нарисовать не так легко. Пусть физики или фантасты попытаются сделать это.

И вот только сейчас мы можем сказать, что такой мир полностью детерминирован. Это — эволюционный детерминизм, который только и возможен. Этот мир очень уж непохож на тот мир, который исследует современная физика с помощью своих законов. На уровне явления он конечен в пространстве и времени и возникает из ничего.

 

Квантовая теория.

 

В только что описанном мире отсутствует случайность. Но эта проблема вполне разрешима.

И. Пригожин в книге «От существующего к возникающему» высказал мысль о том, что «... от фундаментального различия между чистыми и смешанными состояниями и привилегированного положения чистых состояний нам так или иначе придется отказаться. Следовательно, проблема состоит в том, чтобы глубоко обосновать различия между чистыми и смешанными состояниями».

Собственно, понятие «чистого» состояния означает, что квантомеханическая система ни с чем не взаимодействует. Оно в какой-то степени аналогично определению инерциальных систем. Теперь можно ввести положение о том, что «чистых» квантовомеханических состояний не существует.

Если скорость фундаментального взаимодействия между двумя объектами (или в самом объекте) равна бесконечности, то на уровне явления расстояние между ними (или в самом объекте) равно нулю. Причем, в то же самое время скорость фундаментального взаимодействия между этими объектами может быть равна какой-то конечной, но меняющейся величине. Между объектами происходит взаимодействие с помощью света и взаимодействие, которое сейчас в физике робко называют «неинформационным», «несиловым» взаимодействием. Причем, скорость его признается равной бесконечности. Это мгновенное дальнодействие. Близкодействие, то есть взаимодействие с помощью света, ответственно за причинно-следственные связи (структуры). А мгновенное дальнодействие нарушает причинность (так как причина и следствие в этом случае одновременны), внося в мир случайность.

Своеобразным «носителем» такой случайности является электрон. Говорят, что электрон, если он не взаимодействует, «размазан» по некоторому пространству, находится сразу «везде». В действительности же пространство, в котором электрон «размазан», для самого электрона представляет точку. Когда он взаимодействует, например, с фотоном, то он взаимодействует именно в своей точке, но для нас — в некотором объеме. Поэтому и нет никакой принципиальной возможности определить заранее, в какой же точке нашего пространства произойдет взаимодействие. Для электрона все это пространство — точка. И только для субъекта, воспринимающего явление, точка электрона представляется объемом пространства, в котором может произойти взаимодействие. Это, как мне кажется, существенное объяснение случайности, которая действительно имеет место в нашем мире.

Теперь должно быть понятно, почему мысленный эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена на самом деле некорректен, а неравенства Белла действительно имеют место.

Должен еще заметить, что многие трудности в квантовой теории можно устранить, если заранее не приравнивать С к единице, как это делается в квантовой электродинамике и хромодинамике. С в данном случае — это не скорость света, а скорость фундаментального взаимодействия С¯­, которая всегда, кроме случая «здесь-теперь», отлична от единицы.

Более подробно и, надеюсь, более доказательно все это и кое-что сверх того изложено в моей работе «Пространство и время. /Физический аспект/».

 

Заключение

 

Для себя я разработал физический аспект концепции Пространства и Времени и дальше этой проблемой заниматься не намерен. Дальнейшая разработка этой эволюционной теории относительности, как бы я ее назвал, не моя забота. Хотя я отчетливо представляю, что нужно сделать, чтобы некая группа физиков быстро и математически достоверно разработала ее, объединив в общую картину все области фундаментальной физики.

И еще одно замечание. В этой работе я часто писал: «... такой-то физик ошибался...». Да, с моей точки зрения, этот физик неправ. Но это вовсе не означает, что я отношусь с каким-то пренебрежением к этим физикам и их идеям. Напротив! Меня всегда поражало и восторгало, как эти идеи приходили людям в голову? В физике нет вздорных идей! И «энтелехия» Аристотеля, и «импетус» средневековых схоластов, и «флогистон», и «закон сохранения материи», и «постоянство скорости света», и и все остальное, что принято и что отброшено современной физикой — все это великолепные и восхитительные идеи. Я уже писал, ч каким наслаждением я читал труды Альберта Эйнштейна и Ильи Пригожина. Ни одна работа ни одного физика или философа не вызвала у меня скептической улыбки. Мне было интересно. Исключение составляли лишь политические доносы в физике и философии. Эти-то, конечно, вызывали отвращение.

А теперь другая точка в моем подсознании, что ли, просит оформить ее в слова. Но на это нужно время.

Ах, да — опять Время...

 

Март 1993 года

Комментарии читателей: