Geum.ru

"законами" движения материи "от простого к сложному", в истмате теория

Вид материалаЗакон
Подобный материал:
1   ...   34   35   36   37   38   39   40   41   ...   51

Ну а что же квантовая физика? Квантовая физика, возникшая в то же время, что и релятивистская, некоторое время развивалась независимо от нее, пользуясь классическими представлениями о пространстве и времени. Однако в рамках этих представлений пришлось пересмотреть сами понятия положения частицы в пространстве и времени. Парадокс квантово-волнового дуализма, согласно которому вся материя имеет корпускулярную природу, но совершает движение по волновым законам полевой физики, невозможно было разрешить в рамках традиционных представлений о траектории движения, как некой непрерывной линии в пространстве, каждой точке которой соответствует момент времени, в котором частица в этой точке находилась. Было выдвинуто множество различных гипотез, призванных сохранить в квантовой физике классическое понятие траектории, но все они подразумевали наличие неких новых гипотетических сил, которые отвечали за волновой характер движения. Другой путь решения этого парадокса заключался в полном отказе от понятия частицы и сведение всех форм существования материи к различным полям, а квантовый характер их взаимодействия, согласно такому подходу, должен был бы объясняться взаимодействием волновых пакетов. И тот, и другой подход приводили к нелинейным моделям взаимодействия и предсказывали явления, не обнаруженные в эксперименте. В конце концов, физики смирились с этим парадоксом как с новым фундаментальным свойством материи, и приняли вероятностную концепцию микромира. Согласно этой концепции, все законы микромира предсказывают вероятности тех или иных событий. В соответствие каждой частице ставится волновая функция или “волна вероятности” – комплексная величина, квадрат модуля которой определяет объемную плотность вероятности нахождения частицы в той или иной точке пространства в тот или иной момент времени.

Апогеем развития квантовой физики было завершение к середине ХХ века квантовой электродинамики (КЭД), уравнения которой отвечают как требованиям квантовой картины мира, так и требованиям релятивистской физики. Как и классическая электродинамика, КЭД оказалась внутренне противоречивой. Не стану здесь останавливаться на ее противоречиях, т.к. это уведет мою работу в слишком специальную область.

С завершением КЭД завершила свое продвижение вперед и фундаментальная теоретическая физика. Завершила в том смысле, что с момента завершения этой теории все, чего смогла добиться фундаментальная теоретическая физика – это установление эмпирических и полуэмпирических закономерностей. Последним рывком было объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в рамках теории электрослабого взаимодействия. Я думаю, что успех в этом направлении обусловлен именно слабостью этого самого слабого взаимодействия, т.к. сама КЭД хорошо работает только для относительно слабых электромагнитных полей, поэтому ее математический аппарат оказался пригоден и для слабого взаимодействия. Но для описания ядерных сил, или сильного взаимодействия, он оказался несостоятельным. Все попытки интегрировать в современную квантовую физику гравитацию так же оказались несостоятельными.

Тупик, в который зашла около полувека тому назад теоретическая физика, слабо отразился на научно-техническом прогрессе, т.к. открытия, сделанные в первой половине ХХ века, обеспечили для прикладной науки широкое поле деятельности. Наступил период освоения просторов, открытых фундаментальной наукой, главным образом в области квантовой электроники, где удалось добиться особенно впечатляющих результатов. Для того чтобы понять, насколько плодотворным оказался прорыв, сделанный фундаментальной наукой в первой половине ХХ века, достаточно осознать тот факт, что вся современная электроника и лазерная техника имеет в своей научной основе именно квантовую электронику – область прикладной физики, теоретической основой которой служат квантовые механика и электродинамика. А осознав этот факт нетрудно представить себе, какие новые перспективы могли бы открыться, если бы вслед за этими отраслями физики последовало бы дальнейшее развитие. Но, при всем моем уважении к множеству людей, работавших и работающих в этом направлении, следует признать, что никакого качественного движения вперед пока не наблюдается. Количественное движение есть, и достаточно большое. В экспериментальной физике микромира получено множество экспериментальных результатов, обнаружено множество новых частиц с различными свойствами, но вот теории, которая бы упорядочила все эти данные, до сих пор не создано.

Для того чтобы понять этот тупик, необходимо проследить весь путь наступления той самой пустоты, о которой я часто упоминаю в этой работе. Этот путь, по сути дела, был путем отказа от наглядных физических представлений, и чем дальше физика заходила по этому пути, тем труднее было понимать те предметы и явления, которые она рассматривала. Индуктивное (от частного к общему) научное познание эффективно только тогда, когда просто сохранять преемственность между старыми и новыми физическими представлениями, а это, в свою очередь, возможно тогда, когда возможно проведение между ними простых и наглядных аналогий. Но этих наглядных аналогий нет, когда мы осуществляем переход из привычного нам мира малых скоростей и энергий, и средних пространственно-временных масштабов, к большим или малым пространственно-временным масштабам, высоким энергиям и большим скоростям. Математически такой переход реализован: доказано, что все уравнения релятивистской и квантовой физики в пределе нашего привычного физического мира переходят в уравнения классической механики и электродинамики. Но физически этот переход не осуществлен.

Полемика на предмет необходимости соблюдения преемственности физических представлений между “новой” (неклассической) и “старой” (классической) физикой была довольно оживленной в 20…30-е годы ХХ века. Существовало две основных точки зрения: первой точки зрения, которая заключалась в признании необходимости этой преемственности, придерживалась “старая гвардия”: Эйнштейн, Шредингер, Де Бройль, Лоренц и ряд других известных ученых, которые и стояли у истоков “новой” физики. Они рассматривали все теоретические достижения этой “новой” физики и связанные с ими новые парадоксы, как промежуточные и временные, на смену которым должна прийти самосогласованная теория, в которой все “несуразности” и “странности” релятивистской и квантовой физики должны быть объяснены с позиций простых и наглядных представлений классической физики. Вторая точка зрения, заключавшаяся в том, что мы просто должны признать невозможность обеспечить эту преемственность, отстаивалась молодыми прагматиками копенгагенской научной школы во главе с Гейзенбергом, которые заявляли, что раз уравнения “новой” физики работают и дают хорошее совпадение с опытными данными, и переход между “новой” и “старой” физикой математически осуществлен, нечего ломать голову над тем, как подогнать новые представления под старые, а следует принять их просто как данность, к которой со временем привыкнут умы по мере отказа от старых привычных представлений.

На практике восторжествовала вторая точка зрения. Точно так же, как к концу ХIХ века умы привыкли к концепции физического поля, которое невозможно представить себе с помощью простых и наглядных механистических аналогий, и которое необходимо воспринимать просто как принципиально иную форму существования материи, к середине ХХ века умы привыкли и к квантово-волновому дуализму, и к искривленному пространственно-временному континууму, как к неким врожденным свойствам материи, пространства и времени, которые сами по себе не имеют внутренней природы, проявляются только в физических условиях, существенно отличных от тех, в которых мы живем, и, следовательно, не могут быть поняты или осознанны с помощью непосредственного жизненного опыта.

Такой подход, являющийся по сути своей умственным волюнтаризмом, привел к тому, что пытаясь отталкиваться от непонятного, но принятого как данность, теоретическая наука очень быстро уперлась в тупик, т.к. выход на новый виток познания оказался невозможен в силу того, что при познании от частного к общему, как и познает природу физика, прийти к непонятному можно, а вот отталкиваться от непонятного невозможно. По пути своего развития физика отталкивалась от простых и понятных представлений, пришла к непонятным, согласилась с тем, что понять их невозможно, и тем самым установила сама себе потолок, выше которого она уже не могла подняться. Упершись в этот потолок, она начала быстро разрастаться вширь, открывая новые элементарные частицы и взаимодействия, эмпирические закономерности, достигая впечатляющих успехов в прикладных областях, но перехода количества в качество не произошло, потому что в основе всей современной физики лежит ни что иное, как пустота, которую невозможно понять, потому что ее не может быть.

Проследим “Этапы Большого Пути Пустоты” вместе с проблемами, с которыми сталкивалась физика на каждом из них. Некоторые из этих проблем не упоминались выше, и будут включены в рассмотрение только сейчас.

1. Ньютоновская пустота – просто пустое пространство между частицами, лишенное всяких свойств. Основным недостатком ньютоновской механики, точнее – ньютоновской небесной механики, считается метафизическая по своей сути концепция дальнодействия силы гравитации. Напомню еще раз, что эта концепция заключается в том, что сила гравитации мгновенно передается через пространство без материального посредника. Но это не столько внутренний парадокс ньютоновской теории тяготения, сколько парадокс ее философских оснований, т.к. эта концепция вносит элемент метафизики внутрь физической теории. Сама по себе эта концепция не ведет (во всяком случае – явно) к внутренней противоречивости самой теории. Основным же физическим парадоксом ньютоновской пустоты, о котором я не упомянул ранее, являлся парадокс гравитационной неустойчивости вселенной, согласно которому вселенная может не иметь временного начала только в случае равенства нулю ее полной энергии, т.е. равенства всей суммарной кинетической энергии движения всех форм материи, рассчитанной в системе центра масс вселенной, суммарной потенциальной энергии всех форм взаимодействия всех форм материи, взятой по модулю.

Невозможность существования временного начала во вселенной (момента “Сотворения Мира”) в рамках ньютоновской механики следует из невозможности существования выделенной инерциальной системы отсчета (принцип относительности Галилея в ньютоновской механике) и временной симметрии (Т-инвариантности) законов ньютоновской механики. Однако само по себе требование расчета кинетической энергии в системе центра масс вселенной, делает эту систему выделенной инерциальной системой отсчета, которая “истинно покоится”. Хотя чисто формально это не нарушает галилеевского принципа относительности скорости ньютоновской механики (всегда чисто формально можно ввести скорость механического движения вселенной как целого, вопрос только в том, относительно чего она движется), это нарушает идеологию эквивалентности всех инерциальных систем отсчета. Этого можно избежать, предположив бесконечность не только пространства и времени, но и количества материи во вселенной, что негласно подразумевалось в рамках ньютоновской механики. При таком предположении вся внутренняя кинетическая и потенциальная энергии вселенной становятся бесконечными, и парадокс гравитационной неустойчивости просто теряет смысл, если не выдвинуть дополнительных гипотез относительно характера распределения материи при переходе к большим пространственным масштабам. Если следовать идеологии принципа эквивалентности всех инерциальных систем отсчета, то единственно возможной становится гипотеза о том, что при переходе к все большим масштабам, распределение материи во вселенной становится все более изотропным, что опять же возможно только в том случае, если при переходе к рассмотрению все больших и больших динамических систем их внутренняя кинетическая энергия стремится сравняться с внутренней потенциальной. Это означает, что при переходе к все большим и большим динамическим системам, система отсчета, связанная с их центром масс, становится все более и более приближенной к инерциальной. На практике так и получается: система отсчета, связанная с Солнцем, “более инерциальна”, чем связанная с Землей.

Но при таком подходе может возникнуть еще одна неприятная проблема – проблема выделенного пространственно-временного масштаба. Ведь понятия “большая” и “малая” – традиционно в классической физике принято считать сугубо относительными. Но если есть некая тенденция в установлении энергетического баланса в относительно больших и малых системах, то, во-первых, необходимо признать нарушение масштабной инвариантности в классической механике, что, опять же, противоречит ее представлениям о пространстве, а во вторых можно ввести “стрелу масштаба”, точно так же, как второй закон термодинамики (см. чуть ниже), нарушающий Т-инвариантность классической механики, позволяет ввести т.н. “стрелу времени”, т.е. однозначно различить прошлое физической системы от будущего. Переходя к пространственно-временной терминологии теорий Эйнштейна, сразу прослеживается связь между этими двумя фактами, не укладывающимися в рамки классических представлений об изотропном пространстве и времени. Более того, “стрела масштаба”, как и “стрела времени”, указывают так же на то, что с некоторых пространственно-временных масштабов классические представления могут вообще оказаться неадекватными, что и демонстрируют теории Эйнштейна и квантовые теории. Как видите, на уровне парадоксов, заложенных в основах классической физики, уже была заложена дальнейшая тенденция развития науки в направлении к релятивистским и квантовым теориям. Сам по себе факт нарушения масштабной инвариантности может считаться физическим следствием принципа относительности Галилея, если принцип относительности Галилея рассматривать не как постулат, принимаемый в ньютоновской механике a priori, а как экспериментально установленный физический закон. На парадокс гравитационной неустойчивости в рамках ньютоновской механики можно ответить, что принцип относительности инерциальных систем отсчета требует соблюдения внутреннего энергетического баланса между кинетической и потенциальной энергией динамической системы, который должен выполняться тем точнее, чем больше рассматриваемая система. Но тогда следует предположить, что величина гравитационной постоянной в Законе Всемирного Тяготения должна быть непосредственно математически связана с самой формой математического выражения принципа относительности Галилея. Но математическое выражение принципа относительности Галилея это просто тривиальная векторная сумма скоростей, в которой вообще отсутствуют массы тел, как их гравитационные характеристики. Из него эту связь никак невозможно вытащить, хотя и можно установить ее существование чисто умозрительно.

Точно так же концептуально из требования устойчивости вселенной, можно объяснить равенство инертной массы, как способности сопротивляться изменению движения, и гравитационной массы, как способности поддаваться изменению движения под действием силы тяготения, принятое a priori, как один из постулатов ОТО. Но если мы считаем, что устойчивость вселенной является физическим следствием принципа относительности Галилея, мы должны предположить, что и равенство инертной и гравитационной масс является его физическим следствием, и математически должно выводится из математической формы принципа относительности Галилея. Но в формуле принципа относительности Галилея нет масс, и тогда все, что остается, это признать, что она является частным случаем более общих преобразований координат, которые могут связать три физических факта: величину гравитационной постоянной, равенство инертной и гравитационной масс, и независимость динамики физических процессов при их рассмотрении из разных инерциальных систем отсчета. Возможно, что в этих общих преобразованиях все эти факты будут нарушаться, но в пределе тех параметров физического мира, при которых они соблюдаются с высокой степенью точности, все эти три факта должны выводиться как следствие, при этом сами преобразования, скорее всего, должны в общем виде быть нелинейными.

Таким образом, становится очевидным тот факт, я повторяю это снова, что потенциал дальнейшего развития классической физики в направлении к релятивистской и квантовой физике на чисто концептуальном уровне уже был заложен в рамках ньютоновской механики. Причем, этот потенциал остался до сих пор невостребованным, потому что в ходе своего развития в физике открывались новые свойства материи и новые взаимодействия (первым после тяготения бал электромагнетизм), и именно новый экспериментальный материал, а не мысли, нереализованные, но заложенные в физике ранее, служили двигателем этого развития. Связи трех фактов, о которых я упомянул несколько выше, нет до сих пор, более того, научных работ, в которых хотя бы ставилась задача установления этой связи, мне не встречалось. Хотя, в определенном смысле, преобразования координат Лоренца, – математическое выражение принципа относительности релятивистской физики, – можно рассматривать как шаг в направлении установления этой общей связи. Преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея в пределе малых по сравнению со скоростью света скоростей.

Завершая рассмотрение “ньютоновской пустоты” можно предположить, что этой гипотетической связи можно поставить в соответствие ту самую гипотетическую физическую среду, – пресловутый эфир, заполняющий собой эту пустоту, – свойствами которого эта связь и обусловлена. То, что те три наблюдаемых факта, о которых сказано выше, в тех физических условиях, в которых мы живем и действуем, распадаются на совершенно несвязанные друг с другом и независимые, можно приписать тому, что эта гипотетическая среда слабо проявляет себя в тех условиях, в которых работают принципы классической механики. Это возможно, например, если предположить что она обладает очень малой плотностью, по сравнению с плотностью материи, в окружении которой мы живем.

Повторю еще раз, что все, что касается “больших” и “меньших” масштабов, даже в предположении существования “стрелы масштабов”, следует понимать в относительном смысле, т.к. абсолютных масштабов в рамках ньютоновской механики, которую я рассматриваю в этой части своей работы, не существует. Абсолютные масштабы, такие как “элементарное действие”, “планковская длина” и т.п. возникают только в рамках квантовых теорий. Что касается скорости, то абсолютную скорость, – скорость света, – устанавливает релятивистская физика. Если обратить внимание на то, на что ученые внимание обычно не обращают, а именно, что эти понятия сложились в процессе эволюции физической мысли как следствие обобщения опыта и, по сути своей, являются просто элементами языка современной физики, созданными для удобства описания Природы, становится ясным тот очевидный факт, что как квантовая, так и релятивистская физика возвела в ранг абсолютных природных ограничений собственные языковые ограничения, что совершенно противоречит материалистическому подходу к описанию Природы, который, несмотря на это явное противоречие, продолжает исповедовать современная наука, и это так же является одной из идейных предпосылок “ренессанса мистики”. Поясню этот момент, который совершенно понятен мне, но может быть непонятен читателю. Т.н. фундаментальные физические константы существовали и ранее в рамках классической физики, и их было всего четыре, а именно: гравитационная постоянная в законе Всемирного Тяготения Ньютона, электрическая постоянная в законе Кулона для электрических сил, магнитная постоянная в законе Био-Саварра-Лапласса для магнитных сил, и постоянная Больцмана, введенная из соображений удобства в статистическую физику для пересчета внутренней энергии в термодинамическую температуру, т.е. для перенормировки “Джоулей” в “Кельвины”. Но есть одно большое отличие этих констант от упомянутых выше констант “нового поколения”, которое заключается в том, что все эти три константы вводятся в уравнения только для согласования размерностей физических величин. Они не описывают природный феномен, описание которого относится целиком и полностью только к закону, в котором они фигурируют! Из чего, кстати говоря, следует, что тем более абсурдно говорить об электрической и магнитной проницаемости вакуума, – с таким же успехом можно говорить о его “гравитационной проницаемости”, связанной с гравитационной постоянной, и если этого не сделали, то только потому, что гравитация не была облечена в рамки пустотно-полевой теории. Но в рамках современных физических представлений возникла совершенно иная ситуация: если раньше роль законов Природы играли только и исключительно взаимосвязи между различными формами движений, которые в своем математическом выражении принимали форму функциональных соотношений, регламентирующих движение материи, то теперь и сами числа, а числа, я подчеркиваю это снова, – это элементы языка, такие же, по сути, как и буквы, стали играть эту роль, – роль фундаментальных ограничений. Числа, как и буквы, сами по себе не несут и не могут нести смысловой нагрузки, которую несут лишь фразы, т.е., в контексте математики, уравнения. Из сказанного прямо следует, что эти фундаментальные ограничения не имеют смысла! Точнее, они возникли как следствие ограниченности человеческого ума на данном этапе развития науки, и эту ограниченность возвели в ранг фундаментальных законов Природы! Этот абсурд породил множество забавных спекуляций часто совершенно некомпетентных людей на темы вроде “а что было бы с Природой, если бы постоянная Планка имела бы другое значение”.

Здесь я сделаю небольшое лирическое отступление и немного порассуждаю на этот предмет. Эти спекуляции развиваются преимущественно в двух направлениях. Первое направление можно охарактеризовать как “физическое богословие”. Суть этого направления в том, что богословы, т.е. профессионалы в области извлечения “истины” из слов, приписываемых Богу, получили теперь возможность извлекать “истину” из цифр, благодаря возникновению в современной науке этой несуразной (и я совершенно уверен – временной) ситуации, суть которой в том, что, пользуясь аналогией с языком, цифрам пытаются приписать смысл, хотя это так же глупо, как пытаться приписать смысл отдельным звукам человеческой речи. Суть их рассуждений сводится к следующему: “Предположим, что все пропорции между фундаментальными постоянными были бы чуть иными, чем они есть на самом деле. Тогда картина физической вселенной неузнаваемо изменилась бы, и существование жизни в том виде, в котором она существует, стало бы невозможным”. Тут я с ними согласен. Но далее они делают совершенно парадоксальный на взгляд рационально-мыслящего человека вывод: “Раз из всей бесконечной числовой прямой эти константы имеют именно те значения, которые имеют, значит кто-то очень умный и могущественный позаботился о том, чтобы они были именно такими, чтобы в конце концов жизнь возникла в той форме, в которой она существует”. Таким образом, якобы, все сделано для того, чтобы, в конце концов, возник “Венец Творения”, очень важная, значимая, заранее запланированная и, безусловно, никем незаменимая во вселенских масштабах фигура, без которой вселенная ну прямо-таки не может существовать – человек (и они, в частности). На роль этого “кого-то” они ставят, как правило, антропоморфного бога, т.е. доброго супермена, запрограммировавшего развитие всей вселенной с учетом их блага, которого, кстати говоря, не было в тот момент, когда вселенная создавалась, потому что, согласно их же верованиям не было их самих, но до этого простейшего парадокса их рассуждения уже не доходят (из известных мне религий только в буддизме и саентологии представлена вера в человека, как в вечного духа, не имевшего ни рождения, ни смерти, в любой другой религии существует концепция “полубессмертия”: человек-душа бессмертен, но был создан, причем как заключительное звено Творения; термин “полубессмертие” я взял по аналогии с “полупространством” в геометрии). Забавно здесь то, что “высший смысл” они находят в явной бессмыслице, в отдельных слогах науки, из которых пока еще не составлены фразы. Это уже даже не вариант на тему “устами младенца глаголет истина”, это уже вариант на тему, когда пытаются слушать младенца, еще не научившегося говорить. Отчасти я их понимаю: это категория людей, для которых мучительно осознавать себя в качестве “космической пыли”, – разумной песчинки, затерянной в огромных глубинах Космоса. Но это, кстати говоря, указывает на отсутствие того самого смирения, к которому призывает человека любая религия, и это – один из психологических аспектов “ренессанса мистики”.