Geum.ru

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

Вид материалаЗакон
Подобный материал:
1   ...   36   37   38   39   40   41   42   43   ...   51

Все же, если закрыть глаза на указанные выше недостатки, а так же на то, что ОТО имеет довольно слабое экспериментальное подтверждение в силу того, что в земных условиях ее поправки к законам классической механики очень незначительны, следует признать, что эта теория более успешна, чем классический электромагнетизм, т.к., по крайней мере, не сильно страдает от внутренних противоречий. Но как только мы пытаемся рассматривать ОТО в контексте всей остальной теоретической физики, она выпадает из него полностью.

Во-первых, эта теория не может органично включить в себя электромагнетизм, ибо, как я упомянул ранее, между зарядами и массами существует своеобразная “несовместимость”. Эта “несовместимость”, кстати говоря, является не только чисто математической проблемой, заключающейся в том, что тензор энергии-импульса электромагнитной волны не поддается геометризации (не является метрическим) в рамках геометрии Римана пространственно-временного континуума ОТО; а в рамках пятимерной модели не удается объяснить электрические заряды и токи. Эта “несовместимость” является физическим фактом: все частицы, активно участвующие в электромагнитном взаимодействии обладают пренебрежимо малой массой с точки зрения гравитационного взаимодействия, и на практике можно считать, что они в нем не участвуют. Создается впечатление, что в естественных природных условиях масса стремится “дистанцироваться” от заряда. Создать для какой-нибудь элементарной частицы условия, в которых гравитационное взаимодействие играло бы ту же роль в ее поведении, что и электромагнитное, на современной экспериментальной базе практически невозможно. На современных ускорителях можно достичь заметного эффекта релятивистского утяжеления частицы, но чтобы утяжелить ее до такой степени, чтобы гравитационное взаимодействие сравнялось по силе с электромагнитным, ее необходимо разгонять на синхрофазотроне размером с Солнечную Систему.

ОТО и электродинамика говорят на разных языках в том смысле, что математически их невозможно объединить в рамках единой теории, т.к. несмотря на схожесть математического аппарата, в них все же содержатся принципиальные различия. На первый взгляд это странно. Ведь сами релятивистские преобразования координат Лоренца родились из уравнений Максвелла классической электродинамики, и пересмотр всех классических представлений о пространстве и времени, проделанный в рамках СТО и ОТО, был проведен исключительно “в угоду” классической электродинамике. Так что же, этого для нее оказалось недостаточно? Дело в том, что в самой классической электродинамике, как было упомянуто несколько выше, уже заложены противоречия, связанные с зарядами и токами. Она является внутренне противоречивой теорией, и именно из-за этого не может быть интегрирована в “более гладкую” ОТО. Но это, в общем-то, проблемы не столько ОТО, сколько классической электродинамики. Но вот дальше…

А дальше – во-вторых. А во-вторых то, что ОТО совершенно не согласуется с квантовой физикой и ее представлениями о движении. ОТО полностью континуальная теория, которая не содержит в себе никаких предпосылок для того, чтобы включить в себя квантовую картину микромира. Хотя, здесь тоже работает своеобразный принцип “разделения теорий”: квантовые эффекты проявляются только в микромире, в котором гравитационная масса играет очень малую роль. Вернее, квантовые эффекты экспериментально обнаружены только в микромире, но являются ли они исключительно его свойством, которое не проявляется нигде более? Сомнительно… Между макромиром и микромиром существует множество аналогий. Атом, например, концептуально похож на Солнечную Систему: и у того, и у другого есть ядро, и у того и у другого есть спутники, и, наконец, электростатическое поле ядра атома имеет в точности ту же геометрию, как гравитационное поле Солнца. И Закон Всемирного Тяготения Ньютона, и Закон Кулона подчиняются формуле обратных квадратов. Это само по себе указывает на тесную связь электромагнетизма и тяготения, связь, которую не удалось установить до сих пор. И если квантовый характер электромагнетизма проявляется в микромире, то почему не предположить, что квантовый характер гравитации должен проявляться в макромире? Например, атмосфера нашей планеты, стабилизированная ее гравитационным полем, имеет ярко выраженную слоистую структуру, которая до сих пор никак удовлетворительно не объяснена. Удовлетворительной физической модели атмосферы нет до сих пор, хотя законы газовой динамики – система уравнений Эйлера, были открыты достаточно давно. Если бы такая модель существовала, мы бы могли не опасаться грозы, когда гидрометцентр предсказывает ясную погоду. Чего стоят погодные предсказания хорошо известно нам всем. Разумеется, я никак не хочу задеть этим людей, работающих в этой области, я лишь указываю на слабую предсказательную силу всех моделей, которые в этой области используются. А орбиты планет Солнечной Системы? Может быть, они тоже квантованы? Мы не знаем этого, ведь мы не в состоянии даже попытаться изменить их, чтобы посмотреть, что из этого получится. А даже если бы и были в состоянии, это был бы чересчур рискованный эксперимент. Конечно, можно говорить, что космические аппараты, которые мы посылали для исследования планет Солнечной Системы, двигались совершенно непрерывно, но… Быть может квантовый характер гравитации сказался на раннем этапе эволюции Солнечной Системы, когда она была раскаленным облаком, и в ней только образовывались первые сгустки вещества – центры, вокруг которых впоследствии сформировались глобусы планет Солнечной Системы? И орбиты этих планет не случайны, а предопределены, и предопределены не случайными флуктуациями распределения вещества на начальном этапе эволюции Солнечной Системы, а неизвестным нам пока фундаментальным законом природы. Вполне возможна и иная ситуация: гравитация действительно может иметь сугубо континуальный характер, но тогда ее можно рассматривать как континуальное дополнение к квантовой электродинамике, если полагать, что континуальность и квантовость – две стороны одной медали, и гравитация, как и электромагнетизм, имеют в своей основе одну и ту же природу, но в одном случае проявляющую свою континуальную сторону, а в другом – квантовую. Все может быть, и все эти вопросы имеют место, но их невозможно задавать в рамках ОТО, потому что в рамках ОТО квантовая модель никак не представлена. На этом завершим рассмотрение “эйнштейновской пустоты” и прейдем к “квантовой пустоте” или, как ее еще называют, “физическому вакууму”.

4. Физический вакуум – это пространство, в котором существуют волны вероятностей событий, определяющие закономерность в целом хаотичных в частностях процессов микромира. Согласно квантовой физике, ни в одной точке пространства не может быть энергетического уровня с нулевой энергией, поэтому в физическом вакууме постоянно происходят процессы спонтанного рождения и аннигиляции частиц, причем рождения “из ничего”, поэтому об этих частицах говорят как о “виртуальных”, в противовес реальным частицам, существующим какой-то продолжительный срок времени. Это пространство в рамках нерелятивистской квантовой механики имеет обычную евклидову геометрию, но вот положение частицы в этом пространстве вещь в рамках квантовой механики довольно странная. Любая частица находится одновременно нигде и везде. Существует вероятность найти ее в таких областях пространства, в которых согласно классическим представлениям она находиться не может, т.к. это бы привело к нарушению классических законов сохранения. Сами законы сохранения классических энергии и импульса носят условный, если так можно выразится, характер. Не стану вдаваться в подробности квантовой картины мира, т.к. все равно ее можно представить себе только чисто умозрительно, ибо никакими привычными аналогиями и образами передать ее невозможно, если только… Если только у Вас настолько богатое воображение, что Вы можете себе представить невероятную картину: элементарную частицу, обладающую памятью. Представьте себе пучок электронов, движущихся с одинаковой скоростью, причем свободных электронов, которые как целое, согласно принципу относительности, движутся по инерции, т.е. сохраняют состояние своего движения неизменным. Нет ни электрического, ни магнитного поля, которое влияло бы на их движение, кроме их собственного поля, создаваемого их зарядами. Допустим, что этот пучок был сформирован электронно-лучевой пушкой с достаточно большой длиной пробега, и является узконаправленным. Этот пучок в результате взаимодействия электронов друг с другом будет претерпевать естественное рассеяние, но для простоты мы будем полагать, что скорость его расширения мала по сравнению со скоростью движения самих электронов в направлении луча, так что их поток с хорошей точностью можно считать параллельным. И вот, оказывается, что этот пучок, налетая на мишень достаточно малого диаметра (в качестве мишени в подобных опытах как правило выступают атомы тонкой металлической фольги, сквозь которую пропускают пучок электронов), соизмеримого с величиной h/mv, рассеивается на этой мишени так, как будто это свет с длиной волны ? =h/mv. Объяснить такое поведение чисто электромагнитными причинами, – влиянием собственного электромагнитного поля пучка или электромагнитными свойствами мишени, – не получается. Более того, чтобы исключить собственное поле пучка из рассмотрения можно поставить эксперимент, в котором электроны будут вылетать из электронно-лучевой пушки по очереди, подобно тому как вылетают пули из пулемета, а не все вместе, и результат такого эксперимента оказывается почти в точности таким же (с точностью до поправок, вносимых собственным полем пучка), как если бы они двигались все вместе. Можно даже временной промежуток между такими “выстрелами” сделать очень большим по сравнению с самим временем движения электронов, можно сделать эти временные промежутки существенно различными, но на исход эксперимента это не повлияет. Получается примерно такая картина: электрон, налетая на мишень, претерпевает на ней рассеяние и попадает затем на регистрирующий экран за мишенью, после чего “выбывает из игры”. Место, в которое он попал нам известно, например, за счет того, что электрон вызвал в этом месте химическую реакцию, изменив вещество экрана. Единственный момент на протяжении его пути, когда электрон претерпевал воздействие извне, был момент, в который он взаимодействовал с мишенью. Все остальное время он двигался по инерции, т.е., согласно классическим представлениям – по прямой линии. В целом, т.о., траектория его движения должна была бы представлять собой ломаную линию, с точкой излома в месте нахождения мишени. Теперь мы выпустим второй электрон, затем – третий и т.д. И, в конце концов, обнаружим, что следы попаданий на регистрирующем экране ложатся т.о., что представляют собой дифракционную картину. (При рассеянии на металлической фольге, атомы которой представляют собой упорядоченную кристаллическую решетку, получится интерференционная картина). Точно так же ведут себя и совершенно лишенные электрических и магнитных свойств фотоны – частицы света: даже выпущенные по одному, они претерпевают дифракцию и интерференцию в соответствии с волновыми законами. Точно так же ведут себя электрически нейтральные нейтроны, для которых электромагнитное поле в их поведении играет меньшую роль, чем для заряженных электронов, т.к. нейтроны обладают только магнитным моментом. Волновое поведение элементарных частиц никак не связано (во всяком случае – в первом приближении) с их электрическими и магнитными характеристиками. Оно не связано вообще ни с чем, кроме их массы и скорости их движения. Таким образом, можно сказать, что само по себе движение по инерции имеет волновой характер, обусловленный произошедшими ранее событиями. Частица, взаимодействуя с мишенью, “запоминает” этот факт и дальше движется, причем по инерции, т.е. вне всяких посторонних воздействий, с учетом этого факта, как будто в результате этого взаимодействия у нее возникли “индивидуальные предпочтения” по отношению к различным траекториям движения, что в корне противоречит идее об изотропном пространстве и времени (или пространстве-времени, если рассматривать явления в рамках СТО). Для элементарных частиц “модно” попадать в дифракционные максимумы и “не круто” в дифракционные минимумы.

Как объяснить такое в предположении, что элементарная частица не имеет внутренней структуры, а если и имеет, то достаточно примитивную? Где находится “запоминающее устройство”, в котором фиксируются все моменты ее жизни? Причем запоминающее устройство с бесконечной информационной емкостью, если мы предполагаем, что временной интервал можно делить до бесконечности. Согласно представлениям квантовой механики, частицы, хоть раз провзаимодействовавшие друг с другом, несут на себе печать этого взаимодействия на протяжении всей своей жизни. А может быть и дальше… Может быть даже в процессах своего распада или аннигиляции они передают эту своеобразную “память” образовавшимся в результате этих процессов продуктам. Этим вопросом, насколько мне известно, ученые вообще всерьез до настоящего времени не задавались.

Это явление, – явление “информированности” элементарной частицы о всех других частицах, с которыми она хоть раз провзаимодействовала, – носит название “Парадокс Эйнштейна–Подольского–Розена”. Парадокс заключается в том, что, согласно уравнениям квантовой механики, возможно существование корреляций между различными измерениями, проводимыми в разных точках, разделенных пространственноподобными интервалами, что согласно СТО совершенно невозможно, т.к. это означало бы прохождение сигнала между этими точками со сверхсветовой скоростью и нарушение релятивистского принципа причинности. Согласно квантовой механике, подобного рода корреляции возникают потому, что результат измерений в какой-либо одной точке меняет информацию о системе в целом и позволяет предсказывать результаты измерения в другой точке. Причем предсказывать без участия какого-либо материального носителя вообще, который должен был бы двигаться со сверхсветовой скоростью, чтобы обеспечить влияние одного наблюдения на другое.

От чего в свете этого парадокса необходимо отказаться? От релятивистского принципа причинности, или от того привычного и совершенно бесспорного с точки зрения т.н. здравого смысла представления о том, что любая информация должна быть записана на материальном носителе? Содержимое жесткого диска компьютера, например, это информация. Может ли она существовать сама по себе, без жесткого диска компьютера, и если может, то где и в чем? Конечно, этот пример взят из макромира, и информация в привычном макроскопическом понимании (как набор символов) это не то же самое, что информация в мире атомов. Но, тем не менее, сам по себе термин “информация” – это термин, не существовавший в традиционной физической терминологии, это – составляющая терминологии кибернетики. И этот термин уместен, когда речь идет о человеке, т.к. мышление человека это, в том числе, обработка информации. Но в свете приведенного выше парадокса получается, что движение элементарных частиц это то же, в некотором смысле, обработка информации. Можно ли тогда говорить о том, что т.н. мертвая материя не может мыслить? И, согласно положениям квантовой механики, получается, что информация сама по себе распространяется мгновенно во всей вселенной сразу. Правильнее в этом случае говорить даже не о распространении, а просто о существовании информации в пространстве и времени. Можно развить эту идею дальше, и говорить об информационном поле вселенной, которое меняется мгновенно после каждого случающегося в ней события.

В квантовой механике есть что-то мистическое… Если ее законы просто принимать как данность и не задумываться над их внутренней природой, можно, конечно, спокойно относится ко всем ее положениям, никак не согласующимся с т.н. здравым смыслом (если допустить, что он здравый). Но если все же попытаться проникнуть вглубь этих законов, в их внутренние причины, и задаться вопросом, почему они имеют именно такой вид, то впору вводить понятие кармы элементарной частицы.

А с фотонами, – частицами света, – вообще получается что-то совершенно несуразное, и это – отдельная тема для разговора… Они обладают теми же волновыми свойствами, что и другие элементарные частицы, но помимо этого, они всегда движутся с одной и той же скоростью, с какой точки зрения на них не посмотри. Более того, если Вы представите себе, что “уселись верхом” на фотон, или, говоря научным языком, связали с ним систему отсчета, все, что есть во вселенной, независимо от своей природы и качеств, будет двигаться относительно Вас со скоростью света. Но это еще не все… Если Вы подставите скорость света вместо скорости относительного движения системы отсчета в релятивистские преобразования координат Лоренца, Вы тем самым обратите все пространственные и временные интервалы в бесконечность. С точки зрения фотона (если тут уместен такой оборот речи), он существует лишь один миг, который и есть все время существования вселенной; существует во всей вселенной сразу, находясь, тем не менее, лишь в одной ее точке, причем в вечном покое, летя при этом со скоростью 300 000 км/сек и “зная” все, что происходит во всей вселенной, т.к. является частью всепроникающего электромагнитного поля. Для человека, незнакомого с релятивистской и квантовой физикой, и полагающего, что фотон есть частица в традиционном понимании, все, что я сказал чуть выше о природе света будет выглядеть как набор абсурдных высказываний и неразрешимых парадоксов. Тем не менее, она именно такова, какой я ее описал в рамках доступных мне языковых возможностей.

Неудивительно, что несуразность этого описания приводит к тому, что физика принимает вероятностную картину мира. Все, что описывают законы микромира с точки зрения их традиционной интерпретации – вероятности тех или иных событий. Невозможность нестатистической интерпретации законов квантовой механики была теоретически доказана Д. фон Нейманом в 1927 году.

Но что есть вероятность? Вероятность – это не факт, фактом является наблюдение, т.е. свершившееся событие. Классическая физика оперировала фактами – конкретным положением частиц в конкретный момент времени. Она была физикой феноменов. Вероятность же – это чисто номинальное понятие. Можно обнаружить электрон, электрон наблюдаем. Но как обнаружить вероятность его положения в данной точке в данный момент времени? Ее что, можно увидеть или как-либо зарегистрировать? Нужно проделать множество наблюдений для того, чтобы вычислить ее. Таким образом, единичный факт в рамках квантовых представлений фактом еще не является. Он вообще ни о чем не говорит. Но утверждать подобное это приблизительно то же самое, что утверждать, что то, что Вы в данный конкретный момент времени видите своими глазами, это еще не факт, и ни о чем не говорит. Конечно, мне можно возразить, что в последнем случае речь идет о макромире, в котором все вероятности, взаимодействуя друг с другом, становятся возможностями и фактами, но это количественное соображение. Качественно же все выглядит именно так, как я сказал. Вроде как получается, что фактов как таковых вообще не бывает, но тогда что же все-таки изучает физика? Пусть понятие факта имеет смысл в макромире, тогда вопрос сужается: что же все-таки изучает квантовая физика? Она, по сути дела, изучает чисто номинальные явления. А если допустить, что будет создана Единая Теория Поля на основании основных положений квантовой механики, получится, что вся физика в целом будет изучать чисто номинальные явления. Она перестанет быть физикой феноменов и станет чисто номинальной наукой. Эта тенденция номинализации физики уже привела к тому, что вопрос о физическом смысле тех или иных характеристик в рамках квантовой механики стал чем-то неудобным. Задавать его стало своеобразным моветоном. В чем, например, физический смысл волновой функции электрона? Да в общем-то ни в чем, потому что волновая функция электрона не описывает феномен объективной реальности – это чисто номинальная характеристика его движения, она даже не имеет физической размерности.

Если вернуться немного назад, и посмотреть на характеристики электромагнитного поля, то можно прийти к выводу, что и они являются чисто номинальными характеристиками. Если у вас нет заряженной частицы, вы не сможете обнаружить электромагнитного поля – оно станет ненаблюдаемым. Если следовать концепции отказа от оперирования в рамках физики ненаблюдаемыми явлениями, которой придерживался Эйнштейн, мы должны признать, что и электромагнитное поле является номинальным понятием. Но это номинальное понятие жестко и однозначно связано с характером движения частиц, – в классическом электромагнетизме не было вероятностей, – поэтому это номинальное понятие еще сохраняло некую тень физического смысла, суть которой в том, что номинальные характеристики, описывающие поведение и распространение поля, все же обладают физической размерностью. Классическое электромагнитное поле – это поле возможности. Если случится так, что в электромагнитное поле попадет электрон, он будет двигаться в соответствии с законами классической электродинамики. Но с приходом квантовой механики, поле “расплылось”, и превратилось из поля возможности, которое ненаблюдаемо само по себе, но однозначно действует на то, что в него попадает, в поле вероятности. Физики провозгласили электромагнитное поле формой существования материи, но с “полем вероятности” квантовой механики, которое, по сути-то дела, можно интерпретировать как “информационное поле”, такого сделать уже не получается, потому что вероятность – это не физическая, а чисто математическая характеристика.

Возможность и вероятность – это неотъемлемые составляющие человеческого мышления, отвечающие за планирование на будущее. Информация – это данные для планирования, то, на основании чего оно осуществляется. Если мы полагаем, что классическая материалистическая философия является достаточным философским основанием для науки, мы должны исключить из науки эти понятия. Материя, тем более мертвая материя, которую изучает физика, не может мыслить (согласно классическому материализму), для нее существует в рамках философских материалистических оснований физики только одна возможность – безусловно подчиняться точным и однозначным фундаментальным законам физики. Однако современная физика вводит эти категории, – “возможность”, “вероятность” и “информация”, – которые ранее вводились только когда речь шла о психической и мыслительной деятельности человека, осознающего самого себя, пространство и время, в описание движения мертвой материи. Виртуальные частицы, имеющие виртуальное положение в пространстве и времени, способные (в соответствии с соотношениями неопределенностей Гейзенберга) “брать в кредит” энергию и импульс, самопроизвольно возникая “из ничего”, из т.н. нулевых колебаний физического вакуума, и исчезая “в ничто”, обладающие своеобразной “памятью” о всем своем прошлом и “знаниями” обо всем, что твориться во вселенной, некоторые собственные характеристики которых, например – масса и дебройлевская длина волны, зависят от того, из какой системы отсчета они измеряются, т.е. просто на просто от конкретной физической точки зрения, – таковы объекты, которые описывает современная квантовая физика. Можно ли вообще это называть объектами, а реальность, в которой они существуют – объективной?