Текст книги "Диалоги (апрель 2003 г.)"
Автор книги: Александр Гордон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 17 страниц)
А.Г. Луна не имеет магнитного поля.
О.К. Не имеет – что, вообще говоря, интересно. Спутник Юпитера Ганимед, который в течение нескольких лет изучался миссией Галилео, при очень маленькой средней плотности имеет огромное жидкое ядро и обладает огромным собственным магнитным моментом. И вообще никому в голову не приходило ещё несколько лет назад, что у Ганимеда есть ядро – железное ядро, железоникелевое ядро. И его стали сравнивать с Землёй. Земля имеет не просто ядро. Вот оно, внешнее ядро. И потом внутреннее ядро. И внешнее ядро жидкое – это доказано методом сейсмологии и лабораторными экспериментами тоже. Почему оно жидкое? Потому что в жидкости модуль сдвига равен нулю. В сейсмологии изучаются как продольные волны, так и поперечные. Так вот, внешнее ядро не пропускает поперечные волны. Значит эта среда жидкая. Так же, как жидкая вода тоже не пропускает поперечные волны.
Но чтобы образовалось магнитное поле (хотя это, так сказать, не наша проблема), должно существовать ещё внутреннее ядро. И вот эти стрелочки олицетворяют собой крупномасштабное движение во внешнем ядре. То, что называется конвекцией.
Внешнее ядро образовалось, вероятно, очень быстро на ранней стадии аккреции Земли. И сейчас новейшие изотопные данные по изотопии таких элементов, как гафний и вольфрам, говорят, что это было катастрофическое событие, которое потребовало (по геологическим меркам) ничтожного времени – 50 миллионов лет на фоне 4.5 миллиардов лет. Тогда образовалось ядро как таковое. Может быть, оно сразу уже было жидким. Потому что температура плавления железа с примесями меньше, чем температура плавления силикатов.
А вот внутреннего ядра, может быть, и не было с самого начала. Земля немножечко охлаждалась, поскольку всегда идёт вынос энергии. Хотя Земля – это термостат, но поскольку существует конвекция (это очень эффективный способ теплопередачи, отвода тепла), то жидкое ядро стало охлаждаться и какая-то часть его стала кристаллизоваться. И за значительно более длительный период времени стало образовываться твёрдое ядро. Сейчас оно имеет размеры весьма приличные – это тысяча с небольшим километров. Это твёрдое ядро тоже не чисто железоникелевое. Там 2-3 процента каких-то дополнительных элемента, вот опять же типа серы.
И твёрдое ядро кристаллизуется и увеличивается в размерах, а жидкое ядро немножко уменьшается в размерах. Но на границе между этим овалом, где написано «внешнее ядро» и мантией существует слой. Это так называемый слой «Д два штриха», с которым связана масса всяких интереснейших идей. Этот слой здесь изображён такой достаточно тонкой пунктирной линией, но на самом деле его мощность – это несколько сотен километров, 200, может быть, 300 километров. И он хорошо отбивается сейсмологическими методами, как граница. Потому что плотность мантийного материала – 5.5 граммов на сантиметр кубический, а плотность на границе ядра и мантии, плотность ядра – 10, больше примерно в два раза. Поэтому сейсмология отлично ловит эту границу. И вот на этой границе (там изображён гипотетический начальный плюм) отделяется вещество, которое, возможно, является поставщиком разного рода магматических жидкостей. Правда, вообще очень плохо понятно как? Ведь мощность мантии – 2890 километров. Представляете, этот плюм должен пройти такое гигантское расстояние. Как? Арнольд Арнольдович, к вам вопрос.
А.К. Конечно, представление о существовании плюмов частично базируется и на геофизических данных, на изменении физических свойств, и по сейсмике прослеживается эта струя до существенных глубин. Иногда и до границы с ядром, но иногда нет. Это чисто динамический процесс, он моделируется теоретически. В общем, возможность подъёма горячей струи существует. И потом это выражается в виде вулканической активности, потому что вещество плюма плавится, и многие горячие точки на дне океана связаны с такими плюмами, по-видимому. Ну, есть и специфика составов магм в этом случае, больше летучих компонентов в них оказываются. Но надо сказать, что, в общем, эта проблема имеет много загадок, конечно, включая и динамику.
Но вот что ещё прямо связанное с ядром я хотел бы обсудить. Как нам быть? Я как раз сейчас хочу это сказать, как нам быть? Дело в том, что есть одна проблема, которая нам не позволяет до конца понять, как формировалось ядро. Это действительно треть Земли по массе. В чём заключается проблема? Есть элементы называемые «сидерафильными элементами», которые любят металл. Если вы приведёте металл в контакт с силикатом, то они предпочтут идти в металл. Это элементы группы железа: кобальт, никель, само железо. Такими же свойствами обладают платиноиды: платина, палладий, иридий, осьмий. Но вот, оказывается, что содержание этих элементов в породах, доступных нам, это в верхних оболочках, таково, что этих элементов слишком много для того, чтобы эти породы были в равновесии с металлом.
О.К. Это вопрос, почему они не ушли в ядро?
А.К. Ещё Рингвуд, знаменитый биохимик, где-то в 65-ом году сформулировал эту проблему избытка сидерафильных элементов. И мы до сих пор не можем выйти из этой ситуации. Конечно, для того чтобы понять, как действует температура на коэффициент распределения сидерафильных элементов между металлом и силикатом, как действует летучесть кислорода, как действует давление, было сделано много экспериментов. Была идея, что в верхней оболочке Земли давление всё-таки не очень высокое, а там, где давление миллионы атмосфер, может быть, эти коэффициенты распределения изменились. Много сделано экспериментов.
О.К. При очень высоких давлениях были сделаны такие эксперименты?
А.К. При самых высоких не было, ну, сотни килобар. И вроде бы иногда можно видеть, что сидерафильность теряется несколько. Но всё-таки такого фактора, который бы привёл металл в равновесие, не найдено до сих пор. И тогда встаёт проблема: как возникает ядро? Мгновенно ли отделилось, раньше ли отделилось, чем силикат?
А.Г. Практически возникает противоречие.
А.К. Да, противоречие. И, кроме того, кроме гипотезы о формировании ядра за короткое время, многие начинают говорить о том, что ядро формировалось более постепенно и даже испытало какое-то изменение внутренней динамики приблизительно около двух с половиной миллиардов лет тому назад. И изменение этой внутренней динамики привело к тому, что возникли дополнительные факторы химической дифференциации, поступления вещества в верхние слои. Вот как всё-таки здесь нам быть, как разобраться с этим? С сидерафильными элементами и с тем, может быть, ядро развивалось более постепенно.
О.К. Когда я начал заниматься этой проблемой (это было уже довольно давно, где-то 30 с лишним лет тому назад), этот вопрос стоял так же остро, как и сейчас.
Вообще говоря, тут, может быть, мы сделали некую методологическую ошибку. Надо было упомянуть имя Отто Юльевича Шмидта, главного редактора Энциклопедии, полярного исследователя, основателя Института физики Земли. Дело в том, что этой проблемой много людей занималось: занимались философы – Кант, занимались физики – Лаплас. Существует знаменитая гипотеза Канта-Лапласа о происхождении Солнечной системы и Земли. Но это было очень далеко.
Шмидт 50 лет тому назад, вообще говоря, сделал резкое продвижение в понимании происхождения планет. Я уже коротко сказал о предположениях о том, что Земля сформировалась как однородное тело, гомогенная аккумуляция, или гомогенная аккреция. То есть и частицы железа, и частицы силиката, хаотически сталкиваясь друг с другом в этом допланетном облаке, сформировали шар, однородный по составу. Потом, как и было сказано, за время порядка нескольких первых миллиардов лет, железо просто в силу законов Архимеда и в силу разогрева стекало вниз. Но это не нравилось многим геофизикам. И тогда была предложена другая гипотеза, тоже очень красивая, она стала называться гипотезой неоднородной аккреции, гетерогенной аккреции.
Суть её понять очень легко – сначала образовалось ядро. Железо пластично, и эти маленькие железные частички, сталкиваясь друг с другом, образовали огромное ядро, и на него уже стала налипать силикатная мантия. И это вообще было простое объяснение. Тогда не нужно было, чтобы частицы железа в готовой земле с поверхности прошли 3 тысячи километров и осели бы в центр. Это вообще до сих пор непонятно. Это толком не поддаётся ни моделированию, ни эксперименту, ни теории.
А.К. Это проблема, конечно.
А.Г. А как тогда возникло жидкое ядро?
О.К. И всё-таки от гетерогенной аккреции отказались. И снова пришли к выводу о том, о чём я уже упомянул, что всё-таки тела росли однородным образом. То есть однородным в том смысле, что железо и силикаты были перемешаны хаотически… Вот метеориты – это же разные тела, да? Есть хондриты, есть железные метеориты.
А.Г. Железных меньше.
О.К. Меньше, да. Есть ахондриты. То есть существует довольно большое количество метеоритов, каждый из них – это индивидуальное тело, оно неповторимо. И те люди, которые занимаются космохимией, теоретики, они знают, что каждый метеорит – это целый мир. Есть брекчи, есть вообще очень сложные метеориты, которые невозможно объяснить с точки зрения баланса кислорода.
Но все они в каком-то динамическом образовании: 4 с половиной миллиарда лет назад всё-таки образовали Землю, но прото-Землю. И на эту прото-Землю выпадали остатки больших тел из роя, они пробивали эту землю, пробивали очень сильно, разогревали её, и ядро стекало.
Арнольд Арнольдович, в нашем же институте вы участвуете в экспериментах как раз по проницаемости железных частиц. Может быть, об этом надо рассказать? Это один из механизмов формирования ядра, не только на первой стадии – пробивания, но и на последующей стадии.
А.К. Формирование ядра действительно ставит проблемы, которые мы не можем понять. Первое – это противоречие с избыточными сидерафильными элементами, и в экспериментах, хотя и сделанных при высоких давлениях, мы не нашли решения. Это первая проблема. Вторая проблема. Если была гомогенная аккреция, были частицы металла между силикатными компонентами, между кристаллами, то вопрос, как они потом сумели сесть?
О.К. Как они сумели через эту толщу пройти?
А.К. Вы знаете, конечно, проблему пытаются решать, но всё-таки полной ясности нет. Конечно, это будет не частица металла, а будет огромный шар, и по закону Архимеда (есть расчёты, модели такие очень ранние) такой шар, в конце концов, может провалиться. Но это должны быть очень большие тела. И трудно представить, как они образовались. Скорее всего, какой-то был металл неизвестного размера, скажем, километровые шары. Вы знаете, мы до сих пор не имеем решения. Но эксперименты по проницаемости кристаллической массы жидким металлом, которые были сделаны…
О.К. В центрифуге, да?
А.К. Да. Они показывают, что металл не садится. В нашем институте мы вместе с доктором Лебедевым делали эксперимент с использованием центрифуг. Дело в том, что мы таким способом пытались ускорить процесс. Есть процессы, где скорость будет очень медленная, и, чтобы увидеть этот процесс, вам, может быть, надо ждать 5 лет. А с центрифугой, с применением теории подобия, мы можем этот процесс ускорить. Мы изучали проницаемость для случая частично расплавленной мантии. Жидкость должна способствовать, по нашим представлениям, проницаемости силикатной каркаса, должна способствовать осаждению этих частиц.
О.К. Вот это железо не смешивается с силикатной жидкостью?
А.К. Да, не смешивается.
А.Г. А жидкость тоже находится в движении?
А.К. Конечно, и это ещё более усложняет…
О.К. Жидкость в жидкости получается, да?
А.К. Да. Понимаете, металл, он антагонист к силикатам, он совершенно не смачивается, он как ртуть. И, хотя есть каналы, это не даёт возможности ему проникнуть через эту матрицу.
И делались эксперименты при высоких давлениях без центрифуг, тоже пытались мерить, как металл смачивает при движении кристаллы. Но тоже приходится делать вывод, что когда частично расплавленный материал мантии… Почему мы рассматриваем частично расплавленный материал? Потому что полного плавления, по всем нашим химическим данным не могло быть, ну, 10 процентов, 5 процентов, а при такой степени плавления металл не садится. И это до сих пор тоже остаётся вопросом.
Но ясно совершенно, что всё-таки должен быть расплав, должна появиться смазка для металла для того, чтобы он туда проник. Какая гипотеза обсуждается? Обсуждается гипотеза такая. Мы начали говорить об океане. Это тоже гипотеза, в значительной степени все признают такое раннее плавление, когда мантия была частично расплавлена на глубину, скажем, 300 километров, может, больше даже. Ищут выход из такого положения. Когда было много расплава, не 10 процентов, а больше, металл тогда может сесть…
О.К. А в нижней мантии?
А.К. Я просто говорю, в чём противоречие. Он мог накопиться на дне.
А.Г. То есть это должен был быть тогда пояс такой…
А.К. Да. Но он может накопиться на дне и создать слой, неустойчивый с механической точки зрения.
О.К. И тогда происходит переворот.
А.К. Да, переворот. Для Луны такая же обсуждается проблема, там такая же задача…
О.К. Но там мало железа, там проще, в общем.
А.К. Может быть, надо искать ответ на этот вопрос в крупномасштабной механической неустойчивости. Слой-то образовался, а потом был неустойчив.
О.К. Вы знаете, ведь все эти проблемы поднимаются очень давно. И вот, может быть, сейчас стоит сказать, что в 1948 году советский учёный Лодочников, известный геолог, и Рамзей, это уже иностранный учёный, понимая трудности образования железного ядра, предложили принципиально другую идею: нет железного ядра в земле, нет железных ядер и в других планетах.
Они предложили идею так называемой металлизации силикатов. То есть при высоком давлении силикаты (а уже было известно, что все силикатные вещества могут претерпевать фазовые переходы под очень высоким давлением) преобразуются в очень плотный субстрат, который проводит электрический ток. Внешняя электронная оболочка сближается, и могут индуцироваться электрические токи, в том числе образуя магнитное поле.
Это была красивая идея, она объясняла состав всех планет – Меркурия, Марса, Венеры, Луны – по одному и тому же типу. Но только в Луне маленькие давления, там нет магнитного поля, там не произошла металлизация. Это была неплохая идея, но потом прямой эксперимент доказал, что невозможно при таком давлении достигнуть нужной плотности, как в центре земли. На это только железо способно, и не просто железо в обычной модификации альфа-железо, а там должна быть специальная, специфическая кристаллохимическая структура, так называемая эпсилон-железо. То есть эта гипотеза рухнула.
Вот видите, люди всё время стараются избавиться от проблемы того, как протащить эту огромную массу железа внутрь. Как её решать? Современная изотопия утверждает, что это было катастрофическое событие, и ядро возникло в момент рождения Земли.
А.К. Это то, что мы знаем.
Я хочу одну проблему обсудить, тоже связанную с ядром, очень важную для понимания концентрации кислорода в виде соединения с водородом, это вода с углеродом СО2 в верхних оболочках Земли, это где-то глубины 100 или 300, может быть, километров.
Несомненно, очень много было процессов, которые приводили к этой концентрации. Но поскольку мы сейчас обсуждаем ядро, я как раз хотел бы коснуться вопроса в этом аспекте. Это кажется странным, ядро – это восстановленное соединение (кислород, правда, может там растворяться в виде нескольких процентов при высоких давлениях). Наверху мы имеем воду и угольную кислоту. И, тем не менее, многие из нас ставят вопрос о том, что когда шло преобразование восстановленной мантии, исчезал метан и водород и формировался водород и углекислота, что это могло быть связано с комплексом процессов.
Например, предполагается, что на последних стадиях аккреции Земли углистые хондриты выпадали на поверхность, они содержат воду, СО2, углерод. И эта оболочка дала нам, собственно говоря, эти окисленные летучие компоненты. Есть и другие гипотезы, очень важные тоже и имеющие обоснование. Кроме диссипации водорода, может быть, играла какую-то роль диссипация кислорода. Сейчас экспериментаторы померили скорость диффузии водорода в кристаллах, и она действительно оказалась достаточно высокой, чтобы в короткие времена при подъёме глубинного вещества (в виде конвективного течения или струй каких-то) этот водород терялся и диссипировал. И тогда мы будем иметь накопление кислорода. Есть и другие реакции есть реакции перераспределения трехвалентного железа, это тоже может приводить к высвобождению кислорода, это недавнее открытие, для очень высоких давлений, но это отдельный вопрос.
Но вынуждены тоже рассматривать и участие ядра. И выдвигается гипотеза, о которой я хотел спросить, о том, что, может быть, на ранних этапах…
Физика и метафизика
16.04.03
(хр.00:50:06)
Участники:
Владимиров Юрий Сергеевич – доктор физико-математических наук, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова
Кречет Владимир Георгиевич – доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической физики Ярославского государственного педагогического университета
Александр Гордон: Начать я хотел бы, а мы уже начинаем, вот с чего. Всё-таки надо в этом случае определиться с терминологией, да? Что такое «физика» понятно интуитивно, а что такое «метафизика», о которой мы сегодня будем говорить?
Юрий Владимиров: Метафизике раньше давались многочисленные определения, в том числе и негативные. Сейчас настало время разобраться, что же это такое. Многолетние занятия физикой вынудили нас разобраться, в чём же причина некоторых тех трудностей, неудач 20 века, которые произошли в физике, а у нас были очень большие проблемы в 20-м веке. Как известно, два кита физики 20-го века – это общая теория относительности и квантовая теория. Они казались разобщёнными. Их нужно было как-то объединить, все чувствовали, что так долго продолжаться не может. Лучшие умы теоретической физики 20 века пытались их как-то совместить, но в 20 веке эту задачу решить не удалось.
И мне, в частности, и моему коллеге пришлось много работать в области общей теории относительности и квантовой теории и анализировать вопрос: в чём же дело? И вольно или невольно нас вынесло на рассмотрение проблем метафизики. Что же такое метафизика? По этому вопросу я написал целую книгу.
А.Г. А в одном определении это можно суммировать?
Ю.В. На обложку вынесено даже несколько определений. Их довольно много имеются. Вот, например, Рассел определял её так, что метафизика – это попытка охватить мир как целое посредством мышления. Макс Борн, один из создателей квантовой теории, так её определял: метафизика – исследование общих черт структуры мира и наших методов проникновения в эту структуру. Несколько ранее математик Д’Аламбер писал: «Строго говоря, нет науки, которая не имела бы своей метафизики, если под этим понимать всеобщие принципы, на которых строится определённое учение и которые являются зародышами всех истин, содержащихся в этом учении и излагаемых в ней». Вот. Если открыть один из современных философских словарей, например, словарь современной западноевропейской философии, там говорится так, что метафизика – это философское учение о граничных внеопытных принципах и началах бытия, знания и культуры. Вот такое даётся определение метафизики. То есть, другими словами, это самые основные принципы и понятия, на которых строится всё наше знание.
А.Г. Но тут, простите, я сразу вмешаюсь вот с какой ремаркой. Всякий раз, когда представители гуманитарных областей знания вторгаются в область естественнонаучную, они сразу слышат грозную отповедь естественнонаучников, и довольно справедливо, потому что мышление о науке и наука – это разные вещи. Насколько я понял из определений, которые вы привели, речь пойдёт в большей степени о философском осмыслении положений физики, которые стали нам известны в 20-м веке и, может быть, откроются в веке 21-м.
Ю.В. Совершенно верно.
А.Г. Вы не боитесь отповеди со стороны философов, что вы не своим делом занимаетесь?
Ю.В. Нет, не боимся. Наоборот, идём на контакты, стремимся к контактам с философами. В частности, сотрудничаем с некоторыми отделами в Институте философии Российской академии наук. Я, в частности, несколько раз выступал в отделе Гайденко, в отделе Мамчур. Перед тем, как издать эту книгу, я считал своим долгом выступить там и изложить философам, которые занимаются естествознанием, те идеи и мысли, которые здесь развиваются. И, собственно говоря, всё как будто бы было встречено доброжелательно. Во всяком случае, конфликта у нас нет.
Владимир Кречет: А мне хотелось бы ещё вспомнить определение Владимира Сергеевича Соловьёва, великого русского философа, который говорил, что метафизика стремится построить окончательное мировоззрение, из которого вытекало бы объяснение всех областей бытия в их взаимосвязи. То есть опять стремление к окончательному и фундаментальному мировоззрению. И ещё границу между физикой и метафизикой в своё время очертил Кант. Эммануил Кант, великий философ.
Ю.В. Пытался это сделать. Пытался.
В.К. Вообще-то, может быть, и построил эту границу. Он говорил, что область применения разума можно разбить на феномены, то есть на объекты, доступные чувственному созерцанию, опыту, опытной проверке и объекты, которые не могут быть доступны чувственному созерцанию, которые суть чисто мыслимые объекты, названные им ноуменами. И вот ноумены он причислил к области метафизики. И такова граница, грань между физикой и метафизикой, которую Кант очертил.
А.Г. Но квантовая механика в мир ноуменов вторглась достаточно активно.
В.К. А мы к этому и ведём речь, что современная физика как раз вторглась, можно сказать, в заповедную область метафизики, в область, которую Кант определил за метафизикой. Но об этом мы попозже скажем.
Ю.В. Я вижу изображение Эрнста Маха, и в связи с этим можно сказать, что Эрнст Мах относился как раз к метафизике тоже отрицательно. А ещё раньше, до Маха, отрицательно к метафизике относился Ньютон. Ему приписываются такие слова: «Физика, бойся метафизики».
Но анализ показывает следующее. Мах, Дюгем, некоторые другие естествоиспытатели и философы рубежа 19-20-го веков, говорили, что нет области человеческого знания, где были бы столь острые дискуссии как в метафизике. И то, что сделано в науке на основе одной какой-то метафизической парадигмы, то, что принимается сторонниками одной школы, то отвергается сторонниками другой школы. И Мах, и некоторые другие пытались очистить физику от таких вопросов, от метафизики, чтобы не внести в физику эти острые дискуссии, которые происходят в метафизике.
Но анализ показывает, что на самом деле, пытаясь очистить физику от метафизики, они очищали физику от предшествующей метафизики, от предшествующей парадигмы. Оказывается, метафизика представляет собой совокупность некоторого количества метафизических парадигм. И Ньютон, и Эрнст Мах, и некоторые другие, которые отвергали метафизику, они на самом деле отвергали какую-то определённую парадигму. Но способствовали внедрению и некоей другой метафизической парадигмы.
И вот тут, наверное, нужно определить, что же за парадигмы имеются в физике. Ведь во всех ваших передачах, когда приходят к вам специалисты, в частности, в той области, в которой мы занимаемся, то я вижу, что, как правило, у вас поднимались на самом деле метафизические вопросы, в чём, может быть, вы не отдавали отчёт, говоря об этих вопросах.
Дело в том, что основа, исход метафизики, состоит в следующем: как вы относитесь к природе, к мирозданию? Или вы подходите с позиций холизма, то есть предполагаете, что мир в целом – это первоначало, и, так сказать, имеет онтологический смысл. А отчасти это некие вспомогательные стороны бытия, которые нужны для характеристики каких-то явлений, каких-то сторон. А другой подход, противоположный подход, это редукционистский подход. Это когда понимают так, что онтологический смысл имеют части – не целое, а части. А целое, оно слагается из этих частей и является уже вторичным. И вот эти две крайности – это две крайние метафизические парадигмы.
А.Г. Основной вопрос метафизики?
Ю.В. Ну, в какой-то степени…
В.К. Основной вопрос бытия, даже так можно сказать.
Ю.В. Да – как вы понимаете бытие. Так вот, оказывается, что когда вы редукционистским образом подходите к природе, к мирозданию, то, как правило, получается так, что у вас три каких-то начала берутся. Три начала – не четыре, не пять, не шесть. Хотя бывают ситуации, что и 5 и 6 можно взять. Но, как правило (особенно физика 19-20 века это показала), в физике было три основных начала, на которых строилось всё здание теоретической физики. Назовём такую метафизическую парадигму «триалистической», то есть она основана на трех началах.
А другая, противоположная парадигма – «монистическая». Так вот, между этими двумя крайностями, оказывается, имеется ещё совокупность из шести, из трех пар, метафизических парадигм, которые естественно назвать «дуалистическими». И физика 20 века, она оказалась промежуточной, имела промежуточный характер.
Триалистическая парадигма была введена Ньютоном, который как раз определил эти три основные физические начала, на которых всё можно строить. Это «абсолютное пространство» (и время сюда добавилось, уже в 20 веке). Это «частицы» или «тела», которые вносятся в пространство-время. И «силы», во времена Ньютона это силы были. Сейчас это уже понимается как поля, которые переносят взаимодействие между телами.
И когда вы рассматриваете физику 20 века, да и 19 века, то, собственно говоря, вокруг этих трех понятий речь и идёт. Всё, так сказать, этим и определяется. Есть пространство-время, туда помещаются тела, которые там находятся в разных местах, как в ящике, и между ними переносятся, передаются чем-то взаимодействия. Вот о чём речь идёт.
В.К. Тут можно даже привести в качестве иллюстрации знаменитый второй закон Ньютона: сила равняется массе на ускорение. Тут как раз три основных категории и фигурируют. Масса – это относится к категории частиц. Сила – к категории взаимодействий. А ускорение – это как раз пространственная характеристика, характеристика движения пространства-времени.
Ю.В. И такая ситуация просуществовала от Ньютона до начала 20 века, с некими, так сказать, нюансами.
А в 20 веке что произошло, если сейчас, на рубеже веков, с позиции метафизики охватить единым взглядом, что же делалось в физике 20 века и что нас ожидает в 21-м веке?
В 20 веке мы оторвались от ньютоновской парадигмы и перешли на дуалистические парадигмы. Ну, а когда у вас три начала, то, как вы к дуализму перейдёте? Вы как-то будете пары соединять, правильно? Собственно говоря, два кита в теоретической физике 20-го века, о которых я уже говорил – общая теория относительности и квантовая теория, – как раз яркие примеры этой процедуры.
Вот что такое общая теория относительности? Много на эту тему у вас было передач, рассказывали о разных теориях, с разных сторон освещались закономерности – и чёрные дыры, и вселенная, и космология, и прочие вопросы. Так вот, если в нескольких словах, то общая теория относительности провозгласила следующее, и вот на что она опирается: нет отдельно пространства-времени, нет отдельно гравитационного поля как такового. Нет этих категорий или этих начал. А есть у нас единое искривлённое риманово пространство-время.
А что касается третьей категории, или третьего начала – частиц, то они общей теорией относительности не охватываются, то есть они просто включаются в это искривлённое пространство-время, в уравнение Эйнштейна, в правую часть. Если, как сказал Владимир Георгиевич, уравнения Ньютона содержали три части (сила равняется масса на ускорение), три категории, то общая теория относительности, уравнения Эйнштейна состоят из двух частей. Левая часть – геометрическая, или как Эйнштейн говорил, это некая монолитная часть его теории, а правая часть – это, как он говорил, глиняная нога – это материя, та материя, которая вносится, это тензор энергии импульса, это характеристика материи. И вот геометрия определяется, определяется материей. Вот суть. Вот что такое общая теория относительности.
В.К. А в свою очередь материя определяет арену своего действия, то есть, свойства пространства и времени. Такая получается взаимосогласованная система: геометрия плюс материя. То есть получается, что слева у нас стоят объединённая категория полей и пространства-времени, а справа – категория отдельных материальных частиц. Типичная получилась дуалистическая теория.
Ю.В. Так вот, что ещё нужно к этому добавить. То, что, может быть, не так явно звучало в тех передачах, которые у вас были. Ведь общая теория относительности эту программу не довела до конца. Эйнштейн это чувствовал, и последние 20-30 лет он, так сказать, мучался, пытался довести программу до конца. Ведь не все поля были геометризованы. С гравитацией это удалось сделать, а дальше что? Ведь есть электромагнитное поле как минимум, электромагнетизм – из полей, которые на больших расстояниях чувствуются. И вот как это геометризовать? Оказывается, это продолжают многомерные теории, теория Калуцы, которую сейчас называют теорией Калуца-Клейна. Для этого пришлось увеличить число измерений. Если в общей теории относительности их 4, то там – 5. И тут есть очень интересный вопрос, который в книге у меня затрагивается. Я много занимался многомерными теориями: сутью этого многомерия, почему не принимали это многомерие? Ведь работы Калуцы 19-го года, они в 21-м году были опубликованы. И с тех пор тут была очень интересная история. Было очень трудно преодолеть тот психологический барьер, что количество измерений нужно увеличить. А что такое пятая координата? Ведь это что-то необычное. Когда строилась теория относительности, было проще. Было пространство – три измерения, – было время. И просто их соединили. Хотя там тоже большой психологический барьер надо было преодолеть, как они соединяются, пространство и время.
В.К. Вообще-то, сделал это Минковский всё-таки, наверное.
Ю.В. Такие важные идеи они приходят одновременно в разные головы. Как время созревает, так и делаются эти открытия. А что такое пятое измерение? Так вот, оказывается, каждый из нас, когда приходит вечером домой и щёлкает выключателем, включает пятое измерение, начинает работать пятое измерение. Это электромагнитные поля.
В.К. То есть четвёртое пространственноподобное измерение или пятое пространственно-временное.
Ю.В. Да, пятое измерение является пространственноподобным. Вы щёлкнули выключателем, и у вас пошёл ток, значит, у вас заработало пятое измерение или четвёртое пространственное. И самое интересное тут то, что, оказывается, импульс заряженной частицы вдоль пятого измерения – это есть заряд. Заряд – это пятая компонента импульса. Три компонента нам хорошо известны, четвёртый – это энергия, а пятый – это электрический заряд. Вот такая ситуация.
