Текст книги "Знак вопроса 1993 № 1-2"
Автор книги: Николай Непомнящий
Соавторы: Станислав Зигуненко,Алим Войцеховский,Алексей Маслов,Зоя Семенова,Владимир Ацюковский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 16 страниц)
О кризисе современной физики, или разговор о том, как плохо опираться на постулаты, которые сам же и выдумал.
В.А.Все основные теории физики, родившиеся в XX столетии, имеют в своей основе квантовую механику и специальную теорию относительности А.Эйнштейна. А эти главные теории основываются на постулатах, т. е. положениях, которые принимаются без доказательств, как аксиомы.
С.З.Но такое положение вещей, насколько мне помнится, вовсе не Эйнштейном было заведено. Еще в школе, изучая Евклидову геометрию, мы зубрили некие аксиомы. Так ведь?
В.А.Все это верно… И в квантовой механике начало постулативному подходу положил не Эйнштейн, а по всей вероятности, М. Планк. Чтобы спасти выведенный им закон излучения абсолютно черного тела, он предположил, что энергия этого излучения строго пропорциональна частоте излучения, а само излучение происходит определенными микропорциями – квантами. Иначе попросту получалось, что энергия равна бесконечности, чего никак не может быть на самом деле.
Обо всем этом Планк и доложил 14 декабря 1900 года на заседании Берлинского физического общества. И к его предположению физики отнеслись весьма положительно, поскольку оно вскоре подтвердилось на практике.
Однако плохо то, что в дальнейшем отступления от этого закона, которые опять-таки случались на практике, во внимание почему-то не принимались. Тем самым закон был как бы абсолютизирован, чего нельзя делать ни с каким законом, касается ли он науки или, скажем, практической жизни общества.
Но дело было сделано. Был создан прецедент, показавший многим: можно на каком-то частном основании выдвинуть постулат, а потом, опираясь уже на него, строить теорию.
С.З.Ну и в чем тут особая опасность? Если теория правильная, то в конце концов не так уж важно, на чем она базируется… История науки знает немало случаев, когда из неправильных предпосылок делались правильные выводы. Скажем, тот же закон сохранения материи был в свое время сделан на основании теории флогистона (некая материя, из которой, как считалось, состоит многое в этом мире), впоследствии, как известно, не подтвердившийся…
В.А.А опасность тут такая. Теория, овладев умами, заставляет их затем фильтровать опытные данные, становится плотиной на пути действительного познания явлений. Вспомните хотя бы, какой крови стоило опровергнуть теорию Лысенко. Находились ведь у него последователи, которые в угоду тогдашней научной моде не останавливались и перед прямой фальсификацией данных. А уж о том, что в расчет прямо не принимались те результаты, которые противоречили господствующей догме, и говорить не приходится. Такое случалось сплошь и рядом. «Ошибка опыта, чего на нее смотреть. Ведь этого не может быть, потому что не может быть никогда…»
Примерно такая картина получилась и в нашем случае. Судите сами. В 1905 и далее в 1910 году А.Эйнштейн выдвинул уже пять постулатов, на основе которых затем и построил свою знаменитую специальную теорию относительности. Вот они, эти постулаты:
В природе отсутствует мировая среда – эфир.
Все инерциальные системы отсчета одинаковы, т. е. все системы, движущиеся равномерно и прямолинейно, равноправны между собой. И более того, нет способа внутренними измерениями в системе определить, движется она или нет.
Скорость света не зависит от скорости движения источника и постоянна в любой системе отсчета.
Время и координаты какого-либо события связаны между собой через скорость света.
За одновременность событий принимается момент прихода светового сигнала от этих событий.
С.З.Пять постулатов для одной теории – это, наверное, многовато. Но видно, у Эйнштейна были какие-то основания взять их за основу?
В.А.В том-то и дело, что, если говорить строго, все эти пять постулатов не имеют под собой никакого основания!
Правда, поначалу были использованы ссылки на якобы нулевой результат эксперимента Майкельсона по обнаружению эфирного ветра. Однако извините! Давайте заглянем в первоисточники. Перед нами как раз тот случай, когда надо «зрить в корень». Я ознакомился с работами Майкельсона на английском языке и выяснил довольно-таки интересные факты.
Первый эксперимент был проведен А.Майкельсоном в 1881 году. Однако этот опыт не обладал нужной точностью и потому точкой для дальнейших рассуждений быть не может. Ведь не случайно же сам А.Майкельсон в 1887 году провел дополнительную серию экспериментов. Как это было, мы с вами еще поговорим подробно. А сейчас – сразу о результате. Майкельсон в своей работе ясно указывает, что в 1887 году он зарегистрировал эфирный ветер. Правда, скорость его оказалась не 30 километров в секунду, как предполагалось, а всего лишь несколько километров в секунду. В 1904 году на Кливлендских высотах аналогичные опыты проводил Э. Морли и получил скорость эфирного ветра более трех километров в секунду. Позже в лаборатории на горе Маунт-Вилсон результаты опытов показали скорость около десяти километров в секунду.
Но, как говорится, к тому времени «поезд уже ушел». Авторитет А.Эйнштейна и его теории стал настолько велик, что эти данные просто проигнорировали…
С.З.В общем, тут мы имеем ситуацию, как в английском детективе: господин Х не может быть преступником, поскольку он происходит из хорошей семьи и получил правильное воспитание…
В.А.Ну, насчет преступника – это слишком. Хотя на совести Эйнштейна есть трупы некоторых научных теорий. Но факт остается фактом: по сути, мы имеем дело с научной фальсификацией, с которой долгое время мирились, пока она не стала мешать ученым-практикам.
Теоретики ведь иногда поступают, как малые дети: если созданная теория им очень нравится, они будут оберегать ее, как любимую игрушку, не замечая всякие там факты, полученные экспериментаторами. «Мало ли что они там намеряли!»
Примерно так было и в случае с А.Эйнштейном. Получив первые положительные результаты в своей специальной теории относительности, в 1915–1916 годах он приступил к возведению здания общей теории относительности, добавив к имеющимся еще пять постулатов. Это были:
постулат о связи пространства и времени с гравитационным полем;
распространение инварианта четырехмерного интеграла на теорию гравитации;
ковариантность, то есть независимость систем уравнений относительно преобразований;
равенство скорости распространения гравитации и света;
наличие в пространстве эфира…
С.З.Минуточку, минуточку! Если я правильно понял, в специальной теории относительности Эйнштейн наличие эфира отрицает, зато в общей теории относительности всячески приветствует?
В.А.Да, дела, получается, обстоят именно так: к 1920 году мировоззрение великого теоретика развернулось на 180 градусов, но этого предпочли не замечать. Хотя он сам пишет в 1920 году, что «пространство немыслимо без эфира», а в 1924 году, возвращаясь к той же теме, утверждает: «Мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира».
С.З.Тут бы самое время разобраться, что это за эфир такой? Как это можно его то начисто отрицать, то вновь к нему обращаться? Куда, в конце концов, смотрели экспериментаторы? Неужто они не могли прямо ответить на вопрос: «Есть эфир или нет его?»
В.А.В том-то вся и беда, что на этот вопрос с достаточной степенью категоричности не удалось ответить и по настоящее время! Однако давайте не будем ставить телегу впереди лошади. И сначала доведем до конца рассказ о том, к чему привело такое «жонглирование» постулатами…
С.З.Уж верно, ни к чему хорошему?
В.А.Вы правы, и тем не менее хроника событий развивалась так.
Кроме вышеназванных, в квантовой механике с 1900 по 1927 год добавилось не менее 9 новых постулатов. Это и принцип квантования энергии М. Планка, о котором мы уже говорили. И стационарность орбит в атоме, выдвинутая Н. Бором в 1913 году. И всеобщность корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому по предложению Л. де Бройля начиная с 1924 года ученые стали считать, что электрон может проявлять в одинаковой степени свойства как частицы, так и волны… И так далее. И все в том же духе.
Возьмем в качестве примера геометрии Евклида и Лобачевского. Евклид предположил, что на плоскости через точку, не лежащую на данной прямой, можно провести только одну прямую, параллельную первой. И этот факт прекрасно подтверждается всем тысячелетним опытом человечества.
Лобачевский предположил, что таких прямых, параллельных данной, но не совпадающих между собой, можно провести не менее двух. На этом построена его неевклидова геометрия. Однако это исходное положение никогда не было подтверждено практикой, а значит, оно не отражает реальной действительности. Следовательно, реальная ценность геометрии Лобачевского равна нулю. На ней нельзя базировать ни одного практического начинания.
Примерно то же самое произошло и в современной физике. Судите сами.
Постулативный подход к построению теорий в свое время получил «теоретическое обоснование» со стороны главных идеологов современной физики, прежде всего А.Эйнштейна, который считал, что многие аксиомы физики могут быть «свободно изобретены». Сюда же можно прибавить Н. Бора, который полагал, что физика должна развиваться посредством «сумасшедших» идей, Э.Маха, проповедовавшего принцип «экономии мышления», и еще некоторых других теоретиков.
Положительные результаты опытов Майкельсона, Морли и Миллера были ошельмованы и забракованы. Зато были подняты на щит отрицательные результаты поисков эфирного ветра в экспериментах Кеннеди и Иллингворта, Пиккара и Стаэли, а также группы Седархольма и Таунса.
Далее, вторая теоретическая основа современной физики – квантовая механика – возвела в принцип непознаваемость микромира, узаконив в качестве философской основы принцип неопределенности Гейзенберга. Получается, что в микромире вообще нет никаких точных законов и механизмов, а есть только «вероятность появления электрона в данной точке пространства».
Причем нигде не говорится, чем же обусловлена эта самая вероятность и почему она имеет именно такую, а не другую величину.
Сразу же получила на этой основе обоснование «элементарность», т. е. бесструктурность элементарных частиц, которые тем не менее имеют массу, заряд, магнитный момент, спин… То есть те свойства, которые можно измерять в эксперименте. Однако нигде не указываются причины, по которым эти свойства стали возможны! Заодно зачастую предполагается, что частицы эти не имеют размеров. Правда, при этом оказалось, что точечные частицы, не имеющие размеров, но имеющие заряд, должны обладать бесконечно большой энергией. Математически эту трудность научились обходить, а физический смысл уравнений, похоже, перестал интересовать многих теоретиков. «Подумаешь, парадокс! В этом странном микромире еще и не такое бывает…»
Наконец, в довершение всего, из физики исчезла материя. Все процессы стали сводить к тем или иным пространственно-временным искажениям – искривлениям пространства, дискретности пространства-времени и т. п. У времени появилось «начало» – момент «Большого взрыва», у пространства – сингулярность (возможность возникновения из некой единой точки всей Вселенной). Поле приобрело ярлык «особого вида материи», как будто такое название хоть что-то объясняет.
В результате всего этого современная физика стала все более склоняться ко всякого вида абстракциям, не имеющим никакого отношения к реальной действительности. Стали вводиться разнообразные частицы, обеспечивающие различные взаимодействия, например, глюоны, гравитоны, гравитино, «векторные бозоны» и т. д., а также многомерные пространства с числом измерений до 506!
Но почему же тогда все это свойственно только микромиру, а в макромире никак не проявляется?
С.З.Вам не кажется, что мы с вами поменялись ролями. Теперь вы начинаете задавать вопросы, на которые придется отвечать мне. Ну что же, попробую… Из всего вышесказанного, похоже, вытекает, что современная теоретическая физика микромира стала во многом напоминать некую религию. Но с религией, по крайней мере, дело обстоит значительно честнее: там сразу говорится, что некоторые дела и помыслы Господни нам понять не дано. И точка.
Физики-теоретики же так просто сдаваться не хотят. И пытаются обойтись своими силами, продолжая нагромождать горы все новых и новых канонов. За деревьями они уже давно не видят леса, но все не хотят себе в этом признаться. Никто, например, не может сегодня ответить на такой простой вопрос: «Почему же все-таки произошел тот самый „Большой взрыв“, с которого все и началось?» Зато очень многие делают вид, что такого вопроса вовсе не существует, и пишут толстенные монографии, посвященные рассмотрению процессов, которые должны были произойти в первые миллисекунды после этого взрыва. Конечно, это тоже интересно. Но так ли уж суть важно, если мы не знаем ответа на главный вопрос?
В.А.Вот-вот, именно это я и хотел подчеркнуть. Природе ведь нет дела до ученых замысловатостей. «Не умеете решать задачи – тем хуже для вас!» И она продолжает подбрасывать все новые вопросы. Вот уже более четверти века бьются ученые умы над решением проблемы управляемой термоядерной реакции – и все никак. Не потому ли, что задачу стали решать не с того конца?
А что мы будем делать с проблемами НЛО, полтергейста?
С.З.Вы задаете вопросы, на которые пока нет ответа. Хотя, впрочем, последние годы предпринимались многочисленные попытки как-то выправить положение. Например, академик А. Логунов и его коллеги в МГУ много сделали для уточнения теории относительности. Проблемами времени много занимался пулковский астроном и теоретик Н. Козырев. Примерно те же идеи развивает сегодня член-корреспондент Академии наук Беларуси А. Вейник.
В.А.И тем не менее пока эти попытки не привели к особым практическим результатам. И чтобы сдвинуть этот тяжелый воз, похоже, придется вернуться к истокам, к классической физике.
С.З.Ну что же, давайте попробуем…
Диалог второйО методологии эфиродинамики, или разговор о том, как можно выкрутиться из создавшегося положения.
В.А.Поверьте, я всем этим занялся не от хорошей жизни. Насущные потребности каждодневной практики заставили. Вспомните хотя бы известный анекдот.
– Что такое электричество? – спрашивает профессор студента на экзамене.
– Забыл, – сокрушенно сознается тот.
– Вот беда, – вздыхает профессор, – один человек в мире знал, что это такое, и тот забыл…
И это было бы смешно, если бы не было грустно. Потому что отсутствие четких понятий, а значит, и знаний попросту мешает работать.
Я впервые столкнулся с такой проблемой лет тридцать тому назад. Надо было решить элементарную на первый взгляд задачу, имеющую важное практическое значение: определить, как будет распределяться ток между двумя электродами, опущенными в морскую воду. Казалось бы, подставь все параметры в уравнения Максвелла – и ответ готов. Но получалось, что в таком случае уравнения попросту не имеют решения. Я поначалу думал, что трудности решения существуют только в моей голове, подкидывал задачу многим профессорам и докторам. Но тщетно – орешек оказался не по зубам и им.
И тогда я впервые осознал, что существует целая серия вопросов, на которые современная наука ответить не в состоянии. Ну а раз теоретики молчат, значит, нам, специалистам-прикладникам, приходится уповать на собственные силы.
Я не смог придумать ничего иного, как в 1979 году организовать в подмосковном городе Жуковском, где я живу, первую в мире конференцию по эфиру. И забегая вперед, должен сказать, что именно такой подход позволил нам разрешить многие загадки.
С.З.Но ведь всем известно, и мы сами об этом уже говорили, что теория эфира еще в начале века была признана антинаучной, ошибочной…
В.А.Ну, кто тут ошибался – Эйнштейн ли, который то признавал эфир, то отвергал его, или те, кто его слушал, – мы с вами еще разберемся…
С.З.Но в любом разбирательстве надо от чего-то отталкиваться. Что мы примем в качестве исходной точки?
В.А.Отталкиваться надо всегда от реальных фактов. В данном случае, от физики Ньютона, который, как известно, гипотез не измышлял. Заметил он определенные закономерности – вывел закон всемирного тяготения. Ну а не смог выяснить, что собой представляет сила гравитации, так этого, по-моему, физики не знают до сих пор.
В общем, нужно отметить, что лично у меня к классической физике претензий нет: она вся базируется на опыте и, следовательно, соответствует реальной практике. А вот дальше надо разбираться, что отражает действительность, а что, извините, нет.
Тот же Эйнштейн, например, в основу своей теории положил незыблемость скорости света. Говоря научным языком, в качестве всеобщего физического инварианта принял четырехмерный интеграл, составной частью которого является скорость света. Но эта величина ведь есть частное свойство (скорость) частного явления (света)! Спрашивается, можно ли использовать частные свойства частного явления для всеобщего инварианта?
С.З.Если вы меня спрашиваете, отвечу: «По-моему, нельзя». Это же все равно как если бы мы, например, попытались определить, что такое транспортное средство, скажем, таким выражением: «Это устройство, в которое наливают бензин». Но бензин в принципе можно залить и в примус, а его никак не назовешь транспортным средством. В то же время трамвай прекрасно обходится и без бензина.
В.А.Совершенно верно. А у Эйнштейна получается, что масса (всеобщее, между прочим, свойство материи) зависит от отношения ее скорости к скорости света. Длина и время (тоже всеобщие свойства) опять-таки зависят от той же скорости… Всеобщее определяется частным! А если этого частного нет в данном определении? Как же, например, гравитация может зависеть от скорости света, если этого самого света в гравитационном взаимодействии нет и в помине?
С.З.Хорошо, допустим, вы меня убедили: Эйнштейн поступил опрометчиво. Но указать на ошибку – это одно, а найти путь к ее исправлению – совершенно другое. Что же предлагаете вы?
В.А.Очевидно, что на роль всеобщих физических инвариантов пригодны лишь те категории, которые имеются абсолютно во всех известных физических структурах и явлениях. Такими всеобщими категориями являются материя, пространство, время. Сюда же, пожалуй, стоит отнести и движение материи в пространстве и времени. Нет ведь ни одного явления в природе, в котором бы так или иначе не участвовала материя, и это явление не происходило бы в пространстве и времени, что, собственно, и означает движение материи.
С.З.Словом, вы предлагаете именно эти величины считать аргументами, от которых так или иначе зависят все остальные функции. Ну и что из этого следует?
В.А.А из этого простого рассуждения следуют, в общем-то, вовсе не тривиальные выводы. А именно:
материя, пространство, время и движение никогда никем не создавались и никаким способом не могут быть уничтожены;
пространство в природе существует только евклидово, время линейно и однонаправлено, никаких «кривизн» и «дискретностей» в них нет;
не существует и никаких предпочтительных масштабов у этих категорий, так что на всех уровнях материи должны действовать одни и те же физические законы, хотя параметры явлений в микромире, конечно, сильно отличаются от параметров явлений в макромире.
С.З.Придираясь к вам, я могу сказать, что в первом выводе, например, никак не отражена роль Господа Бога в создании Вселенной. Во втором пункте своих рассуждений вы никак не отразили возможное существование «черных дыр» и других подобных объектов. В третьем выводе вы опять-таки упустили из виду некоторые явления, имеющие место в микромире и нигде больше…
В.А.В ответ на ваши придирки могу сказать следующее. Во-первых, как материалист я, конечно, отрицаю существование творца Вселенной. Материя и все ее атрибуты вечны и ни в каком создателе не нуждаются. Во-вторых, евклидовость пространства не означает, что «черные дыры» не могут существовать. Представьте себе большие сгустки вещества, поглощающего потоки эфира так, что они движутся со скоростью выше скорости света. Вот вам и «черная дыра»! Она не может существовать вечно, когда все это вещество распадется. Но если она существует, то существует в вечном евклидовом пространстве. Безо всяких чудес. А что касается «в-третьих», то никаких особых явлений в микромире действительно нет. Аппарат обычной газовой механики прекрасно описывает любые явления микромира, всему есть аналогия в нашем обычном макромире. В том числе и квантовые явления.
С.З.Хорошо, допустим в первом приближении, что вы меня убедили. Ну и что дальше?
В.А.На вопрос отвечу вопросом: «В чем сегодня основная трудность физики?» В том, что мы не понимаем глубинной сути явлений.
Но ведь мы знаем, что молекулы состоят из атомов, а атомы из элементарных частиц. Правда, мы не ведаем, из чего состоят эти самые «элементарные частицы», а лишь на основании имеющихся фактов можем предполагать, что они далеко не столь элементарны, как это считали, скажем, в первой половине нашего века. Значит, надо разобраться с данной проблемой, а уже потом двигаться дальше.
Причем помочь нам в этом может опыт прошлых веков. На протяжении столетий учеными была отработана следующая методология решения подобных задач. Когда материальных образований освоенного уровня организации материи накапливалось много, то в рассмотрение вводился новый «первокирпичик» строения Вселенной.
Так, скажем, когда в конце 18 столетия оказалось, что вариантов строения молекул слишком много, в рассмотрение были введены более мелкие «элементы», как их назвал Лавуазье. Впоследствии, в 1824 году, Дальтон вспомнил о греческом «атомос» (так древние греки именовали мельчайшие частицы вещества) и ввел в обиход понятие «атомы».
А когда выяснилось, что и «неделимые» атомы имеют свойство делиться, в рассмотрение ввели элементарные частицы. Это случилось в начале нашего века, но уже к середине столетия оказалось, что и этих «первокирпичиков» материи достаточно много, они обладают способностью делиться, превращаться друг в друга и т. д. Словом, похоже, надо вводить в обиход новые элементы, из которых, как из кирпичей здание, придется возводить основы современной физики.
С.З.Но ведь такие частицы уже введены. Последнее время достаточно много говорят, скажем, о кварках. Чем они вам не нравятся?
В.А.Да хотя бы тем, во-первых, эти кварки никому до сих пор не удавалось зафиксировать, так сказать, в чистом виде, а стало быть, неизвестно, существуют ли они в действительности или это просто очередная выдумка теоретиков. И во-вторых, самих этих кварков – чем дальше, тем становится больше. Сначала было достаточно всего трех. Потом теоретикам понадобилось вводить еще «очарованные», «красивые», «цветовые» кварки. И если дело пойдет так дальше, то вскоре, видимо, с кварками произойдет то же, что и с элементарными частицами, которых на сегодняшний день то ли двести, то ли две тысячи – все зависит от того, как считать.
А главное, кварки – это не более мелкие, чем элементарные частицы, образования: по своим размерам и массе они могут быть даже больше. Скажем, масса одного кварка предположительно равна пяти (!) массам протона…
С.З.И что же вы предлагаете взамен?
В.А.Не изобретать велосипед! Применительно к нашему случаю эта расхожая фраза означает, что есть смысл вернуться к тому, от чего когда-то отказались при довольно сомнительных обстоятельствах, а именно, к теории мирового эфира.
С.З.Но позвольте, насколько я помню, мировой эфир – это некая субстанция с немыслимыми свойствами. И разные взаимодействия должна передавать со скоростями чуть ли не выше скорости света. И обладать нулевой инерцией. И быть материей настолько тонкой, что ее присутствие практически не обнаруживается существующими ныне приборами… Стоит ли связываться со столь сомнительным изобретением ума человеческого?
В.А.Вот-вот, вашими устами заговорила та самая психологическая инерция, в которой погрязли ныне многие ученые умы. «Эфир? Это мы уже проходили…»
И почему-то никого не настораживает, например, тот факт, что вакуум – ту самую субстанцию, которая, по мнению многих, заполняет ныне межпланетное и межзвездное пространство, давно уже перестали считать просто пустотой. Нечего сказать, хороша пустота, если из нее, согласно современным физическим канонам, вполне можно получать и многие элементарные частицы, и энергию. Эта «пустота» обладает диэлектрической и магнитной проницаемостью, поляризацией, разного рода флуктуациями (колебаниями).
Именно в вакууме распространяются поля, обеспечивающие четыре основных взаимодействия – ядерные сильные и слабые, электромагнитные и гравитационные.
В общем, не случайно академик В. Ф. Миткевич, еще в 30-е годы, размышляя об этом, высказал такую мысль: «Абсолютно пустое пространство, лишенное всякого физического содержания, не может служить ареной распространения каких бы то ни было волн».
Ну а если пустота чем-то заполнена, то в конце концов какая разница, как это нечто называть – вакуум или эфир? Я лично предпочитаю последнее название. Оно и появилось раньше, за ним и стоит больше содержания. Доказать это я и берусь в следующем диалоге.
