О философских аспектах проблем
теоретической физики

Долгое время физика считалась чуть ли не самой «благополучной» из наук, и только совсем
недавно и как-то вдруг о проблемах в теоретической физике заговорили, и не
только сами физики. Казалось бы, нормальное явление – любая наука развивается,
преодолевая возникающие проблемы. Но тут особый случай: свои проблемы теорфизика
создала «собственными руками» и, по мнению автора, преодолеть их самостоятельно
без помощи философии не в состоянии.

Одна из наиболее ярких работ о современных проблемах в теоретической физике – книга Ли Смолина «Неприятности с физикой: Взлет теории струн, упадок науки и что за этим следует». На нее и будем ориентироваться, анализируя современное состояние развития теоретической физики. И начнем с показательной цитаты из этой книги.

«История, о которой я буду говорить, могла бы читаться некоторыми как трагедия. Говоря прямо, – и чтобы обозначить линию удара, – мы потерпели неудачу. Мы унаследовали науку, физику, которая прогрессировала настолько быстро и настолько долго, что часто принималась за образец того, как должны действовать другие области науки. На протяжении более чем двух столетий до сегодняшнего времени наше понимание законов природы быстро расширялось. Но сегодня, несмотря на все усилия, то, что мы достоверно знаем об этих законах, не превышает того, что мы знали о них в 1970е».

Казалось бы – и всего-то! Каких-то 30-40 лет длится пауза в «расширении понимания законов природы», и люди уже чуть ли не в панике! Знать, действительно, настолько привыкли к непрерывным успехам, что малейшая заминка вызывает тревогу. В чем дело? Давайте разбираться.

Специалисты различают два вида теорий в физике: теории принципов и конструктивные теории. Теории принципов устанавливают системы взглядов, позволяющие описывать природу. Конструктивные теории описывают явления в терминах моделей и уравнений. Основной по длительности период развития физики был периодом преобладания конструктивных теорий, к которым можно отнести, например, принцип относительности Галилея, законы механики Ньютона. Показателем появления насущной потребности в теории принципов, несомненно, явился закон всемирного тяготения. Характерной особенностью этого закона было то, что формула, по которой он «работал», была известна и многократно проверялась на достоверность, а причина возникновения сил тяготения была неизвестна. В этом, кстати, признавался и Ньютон: «…причину этих свойств силы тяготения я до сих пор не могу вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».

Однако сравнительно недавно наступил период доминирования теории принципов в физике, и это произошло, несомненно, после появления СТО, квантовой механики и ОТО. Этот период насчитывает уже сотню лет, более 30 из которых, по мнению Ли Смолина, продолжается застой. То есть, по его мнению, эффективными в этот период были и остаются до сих пор только первые 70 лет после признания истинной СТО – специальной теории относительности Эйнштейна.

«Но эта красивая картина была разрушена с триумфом СТО, ибо, если целое понятие быть в покое или в движении является бессмысленным, эфир должен быть фикцией.

Поиски унификации велись тут и там, но на самом деле было только одно направление движения. Это была противоположность теории эфира: если поля не сделаны из вещества, вероятно, поля являются фундаментальной материей. Материя тогда должна быть сделана из полей. Уже были модели электронов и атомов как напряжений в полях, так что это был не такой уж большой шаг.

Но как раз, когда эта идея приобретала приверженцев, все еще оставались загадки. Например, имелось два различных вида полей, гравитационное поле и электромагнитное поле. Почему два поля, а не одно поле? И конец ли это истории?».

«Красивая картина» – это период, когда время было само по себе, пространство было наполнено эфиром, все двигалось только в нем, и над всем этим не просматривалось ни облачка. «Фикцией» эфир стал после того, как не удалось установить его наличие, вернее, наличие «эфирного ветра» при движении Земли «по ветру» и «против эфирного ветра». Отрицательный эксперимент (единственный, кстати) поставил знак равенства между равномерным движением «сквозь эфир» и состоянием покоя в нем. Об этом и говорит фраза Ли Смолина «если целое понятие быть в покое или в движении является бессмысленным, эфир должен быть фикцией».

Но давайте подумаем: что было бы, если бы в природе между движением «по эфирному ветру» и «против эфирного ветра» не было бы знака равенства? Это означало бы, что эфир способен оказывать сопротивление движению в нем! Следовательно, это означало бы, что вся Вселенная давным-давно должна была бы замереть в неподвижности! Только поэтому следует признать, что заключению «значит, эфир – фикция» существует естественная альтернатива: «значит, эфир вообще не оказывает сопротивления материальным телам при их движении сквозь него, поэтому в нем состояние покоя РАВНО движению сквозь него». Но это «попутные размышления». Продолжим.

Обращает на себя внимание еще два важных момента: во-первых, вместо эфира появляется без особой проверки и обоснования понятие «поля», «не сделанного из вещества», но, тем не менее, материального, и, во-вторых, «вероятно, поля являются фундаментальной материей» и «материя тогда должна быть сделана из полей» (!). Отметим эти утверждения и вернемся к ним несколько позднее.

Проблемы, характерные для времени преобладания конструктивных теорий, канули в Лету, нам весь тот период развития физики представляется сплошным и безостановочным движением теоретической физики вперед и выше. Проблемы, по признанию г-на Смолина, начались, можно сказать, на наших глазах, в царствование иного вида физических теорий. Помимо нашей воли закрадывается сомнение: а не в этом ли на самом деле таятся причины возникших проблем?

Теории принципов, естественно, затрагивают самое глубинное в понимании природы, изменяя подчас революционным образом само мировосприятие.

«Его (Эйнштейна, Е.К.) глубочайшим прозрением было то, что гравитация и движение тесно связаны друг с другом и с геометрией пространства и времени. Эта идея завершила сотни лет раздумий о природе пространства и времени, которые до нее рассматривались как фиксированные и абсолютные. Будучи вечными и неизменными, они обеспечивали фон, который мы использовали для определения таких понятий как положение и энергия». Зафиксируем этот момент для более детального дальнейшего анализа: «глубочайшим прозрением» Эйнштейна было то, что гравитация и движение тесно связаны «с геометрией пространства и времени(!!!)». Запомним и это утверждение: движение и гравитация связаны с ГЕОМЕТРИЕЙ пространства, а ВРЕМЯ тоже ИМЕЕТ ГЕОМЕТРИЮ!

Это «прозрение» восприняла, как свое, вся «элита» теоретической физики. С этого момента началось развитие физики с измененным в корне представлением о фундаментальных понятиях и явлениях природы. Следовало ожидать, что все теории и законы, созданные и открытые на основе прежних пониманий, будут заново переосмыслены и переформулированы. Однако этого не произошло. Почему? По словам Ли Смолина, потому, что теории не удалось и до сих пор не удается решить пять фундаментальных проблем: «Ядро нашей неспособности завершить текущую научную революцию состоит из пяти проблем, каждая из которых в высшей степени неподатлива. Эти проблемы противостояли нам, когда я начинал мои занятия физикой в 1970е, и, хотя мы много узнали о них за последние три десятилетия, они остались нерешенными. Так или иначе, любая предлагаемая теория фундаментальной физики должна решить эти пять проблем, так что стоит бросить краткий взгляд на каждую».

Что же это за проблемы? Они достаточно подробно проанализированы в книге Ли Смолина, им посвящено уже значительное количество аналитических статей, поэтому здесь мы их просто повторим с комментариями, необходимыми для целей содержания именно нашей статьи.

«ПРОБЛЕМА 1: Объединить ОТО и квантовую теорию в одну теорию, которая может претендовать на роль полной теории природы.

Это называется проблемой квантовой гравитации».

А какой смысл в таком объединении, зачем объединять эти две теории – квантовую и ОТО (общую теорию относительности) – в одну?

В мире квантовой механики все представляет собой частицы и волны одновременно – и вещество, и силы взаимодействия между элементами вещества или отдельными объектами вообще. Квантовая механика (или «квантовые» механики?) нисколько не сомневалась, что и гравитация той же природы, вот только частиц, «переносящих» гравитацию, обнаружить не могла.

Общая теория относительности (ОТО) явилась логичным продолжением специальной, в которой время, линейные размеры и даже масса зависели от скорости перемещения объекта наблюдения. В ОТО объединенные в нечто целое пространство и время были не явлением, а своего рода процессом, поскольку имели изменяющуюся под влиянием различных факторов геометрию. Гравитация в ОТО была следствием изменения геометрии пространства-времени под воздействием масс: эти массы как бы «скатывались» по «прогнутому» пространству-времени к их общему центру тяжести, как арбузы в гамаке.

Логика подсказывала: если одно и то же явление находит непротиворечивое объяснение в двух различных теориях, значит, эти теории являются составными частями более общей теории. Вот и бьются теоретики уже несколько десятилетий над проблемой квантовой гравитации – над созданием полной теории природы. Пока безуспешно.

«Эйнштейновское объединение гравитационного поля с геометрией пространства-времени сигнализировало о глубочайшей трансформации того, как мы постигаем природу. До Эйнштейна пространство и время мыслились как имеющие свойства, которые были навечно фиксированы. Геометрия пространства была, есть и всегда будет такой, как ее описывал Евклид. Время движется независимо ни от чего. Вещи двигаются в пространстве и изменяются во времени, но сами пространство и время никогда не видоизменяются».

«Мы имеем название для теорий, которые зависят от такого фиксированного, абсолютного каркаса: мы называем их зависимыми от фона теориями. ОТО Эйнштейна совершенно иная. Здесь нет фиксированного фона. Геометрия пространства и времени меняется и эволюционирует, как и все остальное в природе».

Обратите внимание: теоретики уже несколько десятилетий безрезультатно бьются над проблемой квантовой гравитации – над созданием полной теории природы. А мы читаем: «ПОКА безуспешно». Значит, теоретики намерены и впредь «безрезультатно биться над проблемой квантовой гравитации». Они уверены в своей правоте, они убеждены что создание «полной теории природы» возможно и что – рано ли, поздно ли – они ее «создадут»! У них нет ни тени сомнения в истинности того, что «в мире квантовой механики все представляет собой частицы и волны одновременно», что пространство и время вполне успешно воссоединяются в нечто целое, что они и поврозь, и вместе обладают геометрией, и не просто какой попало, а ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ, эволюционирующей! Оторопь берет….

Можно было бы в раздражении сказать: «Ну, что ж! Флаг вам в руки, продолжайте куражиться над здравым смыслом!». Но мы пригласили всех попытаться разобраться в происходящем. Поэтому продолжим анализ.

«За пределами аргументов, основывающихся на единстве природы, имеются проблемы, специфические для каждой теории, которая требует объединения с другой. Каждая теория имеет проблему бесконечностей. В природе мы еще не столкнулись с чем-то измеримым, что имеет бесконечную величину. Но как в квантовой теории, так и в общей теории относительности мы сталкиваемся с предсказаниями физически осмысленных величин, становящихся бесконечными. Это похоже на то, что природа таким путем наказывает нахальных теоретиков, которые осмелились разрушить ее единство».

Поясним, что здесь имеется в виду.

В формулах СТО при скоростях объекта, равных световой, в знаменателе релятивистского коэффициента появляется ноль. Отсюда и возникает запрет на скорости объектов, которые никак не имеют право приближаться к световой, тем более – превышать ее (нам бы с бесконечностями от деления на ноль разобраться, а тут мнимые числа возникают!). В ОТО нет ограничений на расстояние между гравитационно взаимодействующими объектами (вплоть до бесконечного), только скорость распространения гравитации также не должна превышать световую. И в квантовой механике нет ограничений на расстояния, на которые распространяется то или иное поле, была бы возможность замерять каким-то из способов его напряженность. Отметим попутно, что и здесь ограничена лишь скорость распространения изменений напряженности полей – той же скоростью света. Вот об этих бесконечностях, возможных в теориях и не имеющих места в природе, Ли Смолин и говорит, как о наказаниях со стороны Матушки Природы, поступающих в адрес «нахальных теоретиков». Но это же подсказка со стороны Реальности: не в «ту степь» идете, господа теоретики! Не слышат….

Но это только цветочки. Здесь можно предполагать некие пределы, в которых применима какая-либо из теорий на фоне ничтожно малого влияния другой. Либо ставить наперед заданные величины, значениями ниже которых можно пренебрегать. То есть, в этом случае есть возможность обходить проблемы, поставленные природой, не решая их. А что? Им же хуже: не хотят теории объединяться, пусть работают поодиночке, не хотят проблемы бесконечностей решаться, пусть так и стоят нерешенные!

Однако дальше – еще больше (или хуже?).

«Квантовая теория содержит внутри себя некоторые очевидные концептуальные парадоксы, которые даже после восьмидесяти лет остаются неразрешенными. Электрон проявляется как волна и как частица. Так же ведет себя свет. Более того, теория дает только статистические предсказания субатомного поведения. Наша способность сделать что-нибудь лучше этого ограничивается принципом неопределенности, который говорит нам, что мы не можем в одно и то же время измерить положение и импульс частицы.… квантовая теория скрывает нечто существенное о природе, о чем нам нужно узнать».

Таким образом, квантовая механика подразумевает наличие НАБЛЮДАТЕЛЯ, который вмешивается в процесс своим выбором, что именно измерять – положение частицы или ее импульс: определяя положение, мы фиксируем ее, лишая этим импульса, измеряя импульс, мы лишаем ее «статуса частицы», превращаем в нечто размытое, «размазанное» в довольно значительном (по сравнению с ее размером) объеме. В этом случае физика не в состоянии дать ответ на вопрос: «А какова РЕАЛЬНОСТЬ на самом деле?».

«… термины, в которых наука описывает реальность, не могут включать любым существенным образом тот факт, что мы выбираем, измерять нам или не измерять».

Становится непонятным, как будет выглядеть мир в наше отсутствие!

Вся эта проблема известна под названием проблемы обоснований квантовой механики. Она является второй великой проблемой современной физики.

ПРОБЛЕМА 2: «Решение проблемы обоснований квантовой механики или путем придания смысла теории в ее существующем виде, или путем изобретения новой теории, которая имеет смысл».

Возможное решение – одно из двух, озвученных формулировкой проблемы. И что мы выбираем – «придание смысла существующей уже теории» или создание новой?

Выходит, у существующей смысла маловато. Тогда почему она существует? А почему не создается новая, у которой смысла было бы достаточно?

Ну, прерывается существующая теория в каком-то месте и переходит на язык вероятностей. А что, у нас в природе не существуют процессы, определяемые полностью статистически? Что нам мешает так поступать в этом случае?

Но если мы с таким положением согласимся, нам придется ОТКАЗАТЬСЯ от претензии нашей теории описывать Реальность. Давайте разберемся.

Вот перед нами некая Реальность. Она была какой-то в естественном состоянии до того момента, как мы к ней подступили со своим намерением ее измерить. Но как только мы приступили к измерениям, она потеряла свою естественность под воздействием наших измерений. Мы «влезли» в Реальность, как слон в посудную лавку, и стали там «ворочаться». «Поворочавшись» и получив от Реальности что-то, мы «вылезли» из нее и предоставили ей возможность двигаться по своей истории без нас. Какова она была, пока мы в нее не «влезли»? Какой она стала, когда мы из нее «вылезли»? А какой она была бы, если бы нам не вздумалось что-то в ней измерять? Не дает наша «надежная всеобъемлющая» теория ответов на эти вопросы. Вот в чем смысл проблемы, отсюда и вытекает сформулированный Ли Смолиным вывод: необходимо либо «придать смысл теории в ее существующем виде», либо «изобрести новую теорию, которая имеет смысл». Пока не удается ни того, ни другого. Почему? Почему «сбоит» «теория в существующем виде»? Может быть, зря мы «перегрузили» субатомную частицу волновыми функциями? А может, мы просто проигнорировали влияние среды, в которой осуществляются процессы с участием частиц? И если мы будем упорствовать в игнорировании этих вопросов, возможно ли «изобретение новой теории», имеющей смысл? Пока ответов на эти вопросы нет.

Однако идем дальше.

Несколько упрощая вопрос, можно сказать, что квантовая механика – это наше проникновение в микромир, это изучение частиц вещества и их взаимодействия. Взаимодействия – проявления сил природы – осуществляются тоже частицами, которые называются бозонами. На каждое взаимодействие – свой особый вид бозонов. При этом бозоны электромагнитных и слабых взаимодействий легко выявились и так же легко объединились в теоретическом смысле, гравитационные и сильные ядерные взаимодействия «отказались» участвовать в объединении, да и проявляться не очень-то стараются.

«Имеются две фундаментальных силы природы (из тех, что мы знаем), которые остаются за пределами объединения электромагнитных и слабых сил. Это гравитация и сильное ядерное взаимодействие, отвечающее за связь между собой частиц, именуемых кварками, чтобы сформировать протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра. Можно ли объединить все четыре фундаментальные силы?».

Это наша третья великая проблема.

ПРОБЛЕМА 3: «Определить, могут или нет различные частицы и силы быть объединены в теорию, которая объясняет их все как проявление единственной, фундаментальной сущности.

Назовем эту проблему проблемой объединения частиц и сил, чтобы отличить ее от унификации законов, которую мы обсудили ранее».

Я попытался прокомментировать «для себя» эту проблему, избегая спекуляций на тему Большого Адронного Коллайдера и прочих «распиаренных» проектов, призванных высасывать умопомрачительные бюджетные средства для прокормления и обеспечения всестороннего благополучия «элитных» теоретиков. Но тщетно. Раздражение по этому поводу срывает с позиции взвешенной оценки и корректной критики. Поэтому просто процитирую Ли Смолина близко к тексту.

Суть этой проблемы сводится к тому, что ожидание создания Всеобщей Теории Всего может оказаться сокрушительной фикцией.

«Я принадлежал к первому поколению физиков, образовавшемуся с момента установления стандартной модели физики частиц. Когда я встречаю старых друзей из колледжа и высшей школы, мы иногда спрашиваем друг друга: «Что такого мы открыли, чем бы наше поколение могло гордиться?». Если мы имеем в виду новые фундаментальные открытия, установленные экспериментом и объясненные теорией, … ответ, который мы должны признать, таков: «Ничего!»».

Как было несколько десятков лет тому назад, так и сегодня есть. По-прежнему «имеются две фундаментальных силы природы (из тех, что мы знаем), которые остаются за пределами объединения электромагнитных и слабых сил. Это гравитация и сильное ядерное взаимодействие». И все ожидания, связанные с решением этой проблемы, понимающим людям ситуацию не облегчают: они (ожидания) только оттягивают в неопределенное будущее возможность просто понять природу этой проблемы.

«С самых ранних времен становления физики как науки находились люди, которые представляли себя последним поколением, сталкивающимся с неизвестным. Физика всегда казалась ее деятелям почти завершенной. Это самодовольство разбивается только во время революций, когда честные люди вынуждены признать, что они не знают основ. Но даже революционеры все еще представляют, что главная идея – та, что все объединит и приведет поиск знания к завершению, – лежит прямо за углом».

ПРОБЛЕМА 4: Объяснить, как в природе выбираются величины свободных констант в стандартной модели физики частиц.

Есть глубокая надежда, что правильная единая теория частиц и сил даст однозначный ответ на этот вопрос”.

ПРОБЛЕМА 5: Объяснить темную материю и темную энергию. Или, если они не существуют, определить, как и почему гравитация модифицируется на больших масштабах. Более общо, объяснить, почему константы стандартной модели космологии, включая темную энергию, имеют те величины, которые имеют”.

Я объединил 4-ю и 5-ю проблемы на том основании, что теоретики не могут объяснить, практически, одно и то же: как «в природе выбираются величины свободных констант в стандартной модели» и «почему константы стандартной модели космологии» имеют те или иные величины.

К тому же, на мой взгляд, эти проблемы носят уже не физический, а математический характер. Поясню.

Мы исследуем некий процесс. Это исследование вооружает нас некими определениями, позволяющими группировать параметры процесса. Мы приступаем к обработке данных и выводим некую формулу, определяющую зависимости одних параметров от других. Ясно, что эта формула определяет лишь приближенную взаимозависимость параметров. То есть, мы никогда не сможем формулой точно определить взаимозависимость параметров, да и число самих параметров процесса может увеличиваться при продолжении наблюдения за процессом. Математики поступают следующим образом: они признают, что есть некая Реальность «Р», которую полученная формула определяет приближенно. То есть, математическая, формульная Модель «М» Реальности «Р» отличается от этой «Р» на некоторую величину Остатка «О». Иными словами, если из «Р» вычесть «М», то мы получим «О». Математики выражают «Р», «М» и «О» в одних и тех же переменных, приравнивают «О» нулю и таким образом определяют, при каких коэффициентах при переменных (при каких константах) «М» становится равна «Р». Процесс обработки данных и определения параметров может продолжаться сколь угодно долго, увеличение числа параметров будет все более и более усложнять вычисления, но мы всегда сможем определять коэффициенты при параметрах, «обнуляющие» остаток, а процесс вычислений продолжать до тех пор, пока число параметров нас не удовлетворит. То есть, мы сами можем определить момент прекращения вычислений.

Приблизительно по такой схеме и определяются константы, о которых идет речь в формулировках названных проблем. И стоит задуматься над смыслом этой процедуры, как становится очевидным: «правильная единая теория частиц и сил» не будет создана никогда, и тщетно ожидание «однозначного ответа на вопросы» названных проблем.

Подводим «промежуточную» черту под списком проблем: ну, и что же?

Отвечает Ли Смолин.

«Когда вы оглядываетесь назад на историю физики, замечается одна вещь: когда, наконец, предлагается конечная теория, она быстро достигает триумфа. Несколько действительно хороших идей по унификации появились в форме, которая убедительна, проста и однозначна; они не пришли со списком вариантов или настраиваемых свойств. Ньютоновская механика определена тремя простыми законами, ньютоновская гравитация простой формулой с одной константой. СТО была совершенной, когда появилась. Могло потребоваться двадцать пять лет для формулирования квантовой механики, но с самого начала она развивалась в согласии с экспериментом. Многие из ключевых статей по этой теме с 1900 года или объясняли недавние экспериментальные результаты, или делали определенные предсказания для экспериментов, которые были в короткое время проведены. То же самое верно и для ОТО».

На мой взгляд, слова «конечная теория» и «хороших идей по унификации» в приведенной цитате следовало взять в кавычки – оба выражения выглядят довольно иронично, если припомнить, что дальше последуют слова: «СТО была совершенной». Но это, в конце концов, малосущественно, в ней (в цитате) основная мысль содержится в списке теорий, которые, по мнению г-на Смолина, «работали» в условиях отсутствия перечисленных выше проблем. Проблемы начались, как это можно понять, после появления «супер-теорий», призванных объединить все предшествовавшие теории и все на свете существующее вообще. К ним относятся теория струн, критикуемая Ли Смолиным, или теория петлевой квантовой гравитации, одним из создателей которой он сам является.

«Чего бы другого не говорили о теории струн, петлевой квантовой гравитации и других подходах, они не добились обещанного на этом фронте. Стандартное извинение – что эксперименты на этих масштабах невозможно провести, но, как мы видели, это не так. Так что должна быть другая причина. Я уверен, что имеется нечто основополагающее, что мы упускаем, некоторое ошибочное предположение, которое мы все делаем. Если это так, тогда нам нужно изолировать ошибочное предположение и заменить его новой идеей».

А вот здесь и далее – внимание всем!

«Что может быть таким ошибочным предположением? Моя догадка, что оно содержит две вещи: основания квантовой механики и природу времени. Мы уже обсуждали первое; я нахожу многообещающим, что недавно были предложены новые идеи по поводу квантовой механики, мотивированные изучением квантовой гравитации. Но я сильно подозреваю, что ключом является время. Все больше и больше я чувствую, что квантовая теория и ОТО обе глубоко ошибаются по поводу природы времени. Не достаточно объединить их. Имеется более глубокая проблема, возможно, восходящая назад к истокам физики».

И еще:

«Мы должны найти способ разморозить время – представить время без превращения его в пространство. У меня нет идей, как это сделать. Я не могу представить себе математику, которая не представляет мир, как если бы он был заморожен в вечности. Это ужасно тяжело, представить время, и поэтому тут имеется хороший шанс, что это представление и является потерянным кусочком».

Мне глубоко симпатичны и книга, по страницам которой мы идем, и ее автор. И, поверьте, я был бы рад не находить в этой книге противоречий, но … истина дороже. И сам автор, если только я его правильно понял, приглашает нас, своих читателей, к ее поиску.

На мой взгляд, Ли Смолин проявляет замечательную интуицию и демонстрирует свой исследовательский талант, когда говорит, что «Имеется более глубокая проблема, возможно, восходящая назад к истокам физики». Но «водораздел» проходит не там, где обозначает его Ли Смолин. Не позади ОТО и перед появлением струнных и прочих теорий. Если «квантовая теория и ОТО обе глубоко ошибаются по поводу природы времени», и нам необходимо «найти способ разморозить время – представить время без превращения его в пространство», то совершенно очевидно, что естествоиспытатели свернули с магистральной дороги на какой-то «боковичок», гораздо раньше – приняв за истинную специальную теорию относительности Эйнштейна (СТО). И, если «восходить назад к истокам физики», нам необходимо рассмотреть ситуацию, сложившуюся в теоретической физике после неудачи эксперимента Майкельсона и Морли по обнаружению «эфирного ветра». То есть, необходимо «находить способ разморозить» не только время, но и пространство, и даже материю.

Материя, пространство, время…. Мы этими понятиями пользуемся обыденно, походя, на бытовом уровне, как чем-то всем понятным и даже самим собой разумеющимся. Полистайте учебники и учебные пособия по физике, не говоря уж о работах физиков-теоретиков. Там вы чуть ли не через абзац увидите все названные философские категории применительно к элементарнейшим физическим формулировкам и уравнениям. Сегодня даже начинающий лаборант не снизойдет в своей работе до «плебейского» уровня физического объекта, вещества или какой-нибудь среды: он занимается исключительно деятельностью, объекты которой никак не ниже МАТЕРИИ и ПРОСТРАНСТВА. Еще чуть-чуть подождать и мы услышим, что в школьной мастерской из материи при помощи времени пространством сколачивают табуретки!

А философы куда при этом смотрят?! Они, скромно потупив очи, стоят в стороночке и тихо радуются: «И мы к чему-то нужному причастны!».

А что должны философы разъяснить физикам-теоретикам, и могут ли они это сделать? Ну, сообщат «физической общественности», что физики используют философские категории не по назначению, как простые явления в моделях и уравнениях, а этого делать нельзя. Ну, услышат в ответ очередное: «А почему, собственно?». И это в лучшем случае, а в худшем им вновь порекомендуют не соваться не в свои дела и заняться вопросами языкознания. Кто может запретить физикам использовать эти самые «категории», как им заблагорассудится?

И бесполезно огорчаться и раздражаться. Нужно разбираться и анализировать.

Что означают эти понятия – материя, пространство и время?

Те, кто «проходил» в институте через философию, знают, что это философские категории. Давайте вспомним, что это такое – «философские категории».

Философский словарь, Википедия и учебные пособия по философии сходятся на том, что философские категории – это предельно общие, фундаментальные понятия, отражающие наиболее существенные, всеобщие свойства и отношения явлений действительности и познания. Ключевыми словами в этом определении являются «предельно общие», «фундаментальные понятия», «отношения явлений действительности и познания». Уже само определение и эти «ключевые слова» подводят нас к заключению, что философские категории – это плод человеческого ума, это то, что без познающего, обобщающего и понимающего субъекта в природе просто невозможно. Ведь обязательно должен быть кто-то, кто «предельно обобщает», «фундаментально понимает» и «познает отношения явлений». То есть, в «естественном виде», в Реальности, в Природе философские категории отсутствуют. И это «информация для понимания» не только изучающим философию, но и для физиков, которые обязаны помнить, что «философская категория» – это «предельное обобщение», «фундаментальное понятие». А что это означает не вообще, а более конкретно применительно к самим философским категориям?

Вот категория «материя». Что это такое? Что лежит в основе «понятийной пирамиды», вершиной которой является философское обобщение – «материя»?

Первое и наиболее важное – в основе «понятийной пирамиды», вершиной которой является философское обобщение «материя», лежат объективно существующие явления, сущности. Это всевозможные физические объекты, вещества, различные среды – вода, воздух, прочее, способное быть средой чего-либо. Это различные микрочастицы, включая субатомные. Хотел добавить: все то, что имеет какой-то размер и какую-нибудь массу, и осекся. А куда отнести эфир, если его вернут в «физический обиход»? А если не вернут, куда относить признанное существующим «поле»? Это материальные сущности или нематериальные?

После некоторых размышлений, решил определиться так: «материальное» – всякое сущее, которое так или иначе можно проявить, обнаружить. И вновь осекся: а как же быть с нейтрино, которое уже десятки лет определяют через разницу между расчетом и наблюдением. Ведь если вдруг обнаружится, что расчет – фикция, такой же фикцией окажется и нейтрино. А куда его относить, пока «фикция» не обнаружилась?

Так и не определившись с окончательным определением «материального», решил признать материальным всякое наблюдаемое сущее. Ведь если нечто наблюдается тем или иным способом, оно является сущим и материальным, а «не сущее» и наблюдать невозможно. Но, в конце концов, это не принципиально. «Пролистав» свой не очень-то обширный «багаж» физических знаний, я обнаружил единственный закон, в котором понятие «материя» фигурирует в явном виде – закон сохранения материи. Но это закон «категорийного» уровня, поэтому использование в нем философской категории вполне оправдано.

Стоит обратить внимание на то, что мы постоянно переключаемся с «философского» подхода на «физический» и с «физического» на «философский». Это объясняется тем, что философ и физик не только «говорят на одном и том же языке», они и ОБЯЗАНЫ ЭТО ДЕЛАТЬ.

Если исходить из того, что все сущее в природе материально, материя – это то, из чего «сделано» все это самое «сущее». Начинаем искать более конкретное содержание этого «сущего», и начинаются мучения. Немного помучившись, понимаем, что мы не в состоянии определить то, ИЗ ЧЕГО ВСЕ СДЕЛАНО. Возвращаемся в начало нашей статьи и вспоминаем сказанное Ли Смолиным: «…если поля не сделаны из вещества, вероятно, поля являются фундаментальной материей. Материя тогда должна быть сделана из полей». Выходит, то, что теоретики назвали «полем», и есть «предельно общее, фундаментальное понятие, отражающее наиболее существенные, всеобщие свойства» материального сущего? Позвольте в это не поверить. Слово «вероятно» в приведенном определении Ли Смолина положение не спасает. Тем более что «поле» призвано заменить эфир и, подобно ему, – это то, чего физическая форма или физическое же присутствие пока еще не обнаружены, что определяется по косвенным признакам.

Зайдем с другой стороны. Что является предметом наблюдения, исследования и анализа в физике? Это физические объекты, вещества, субатомные частицы, процессы, в которых все наблюдаемое принимает участие, различные среды, в которых эти процессы протекают…. В каждом из случаев мы наблюдаем нечто материальное, но мы не знаем случаев, когда физика «добралась» до чего-то «фундаментального» и «всеобщего», что можно было бы назвать «материей» – максимально возможным обобщением материальности наблюдаемого.

Что мы этим хотим сказать? Да то, что употребление термина «материя» в физике должно быть строго ограничено. Его нельзя употреблять там, где речь идет о конкретных физических объектах, частно-физических формулировках, о веществе, частицах и т.п.

Но я специально начал с наиболее «безгрешного» понятия. Если где-то и проскользнет термин «материя» вместо «вещества» или «физического объекта», каких-либо пагубных последствий не последует ни в любом из конкретных таких случаев, ни для физической теории вообще.

Дальше у нас идет философская категория «пространство». Одинаково ли воспринимают это понятие философы и физики?

Давайте еще раз повторим, как формируется «понятийная пирамида», вершиной которой является любая философская категория.

В ее основании лежат сущности и явления самого широкого характера, объединенные какими-то общими свойствами. Затем уровень за уровнем идут обобщения на основе наиболее представительных свойств, а завершает это построение такое понятие, сущность которого СВОЙСТВЕННА АБСОЛЮТНО ВСЕМ сущностям и явлениям, формирующим «понятийную пирамиду». Давайте построим такую «пирамиду» для понятия «пространство», в равной степени «категорийного» и для философов, и для физиков.

В ее основу ляжет все то, что вмещает что-либо другое. Это различные емкости, помещения, всевозможные среды – то есть, все то, в чем помещаются какие-либо объекты или протекают какие-то процессы. Это может быть воздух, водная толща или иная какая-то среда, в которой происходит тот или иной процесс, или какая-то своего рода «коробка сцены», в пределах которой совершается какой-то из процессов, биосфера, межпланетная или межзвездная среда. Словом, это может быть что угодно, лишь бы оно что-то иное вмещало. Может ли это быть Ничто, пустота без ничего? Я придерживаюсь той точки зрения, что пространства без материи не существует, то есть что пространство невозможно без материального заполнения и материальная сущность невозможна без вмещающего ее пространства. Такая точка зрения на пространство сформировалась у меня под влиянием мировидения, согласно которому Мироздание не имеет пределов. Это утверждение вызвало у моих оппонентов наиболее яростные возражения, основой которых послужила убежденность, что пространство возможно и в виде пустоты, ничем не заполненной. Но эта убежденность тоже основывается на особом мировидении, согласно которому Мироздание имеет предел, за которым безбрежно раскинулось Ничто. В конечном итоге, ни одно из этих утверждений проверить невозможно. Они являются типичными представителями примеров веры, сравнимой с религиозной, поэтому ни обосновывать что-либо, опираясь на них, ни отвергать нельзя. А мы и не будем. Нам для окончательного вывода ни одно из этих мнений не понадобится.

Что из свойств явлений и сущностей «понятийной пирамиды» категории «пространство» может быть всеобщим, характерным для любого из них? И в этом случае главнейшим из возможных свойств является ОБЪЕКТИВНОЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ в природе всего того, что легло в основание «понятийной пирамиды» категории «пространство». Перебираем другие свойства разнообразных «вместилищ» и видим: ни одно из свойств всех возможных «вместилищ» и сред не может быть характерным для всего «содержания» «пирамиды». Может геометрия? Увы, тоже нет. «Вместилища» своей геометрии не имеют, они принимают ту, которую имеет вмещаемое. А оказывается, в природе реально существуют разные геометрии: по утверждению В.И.Вернадского «живое вещество» выстраивается по геометрии Римана, неживая материя – Евклида. А если допустить существование пространства в виде пустоты – в виде Ничего – само существование у него геометрии отпадает, как принципиально невозможное свойство: «ничто» не может быть «каким-то». Остается единственное, кроме объективного существования, – способность вмещать объекты и процессы. То есть, для максимально обобщенного понятия «пространство» есть только одно-единственное свойство, отвечающее его сущности как понятия – способность вмещать объекты и процессы. Все, больше ничего. Это в равной мере обязаны понимать и философы, и физики. Понимать и помнить: «пространство», по сути своей, – мысленная конструкция, такого идеального обобщенного понятия в каком-то явном виде в природе просто-напросто не существует.

А как же быть с его «способностью соединяться в нечто неразделимое» с чем-то иным, совсем на него непохожим? А что делать с его способностью «прогибаться» под воздействием каких-то масс, с его «искривлениями» вблизи больших масс? А как по этой «придумке» может что-либо «скатываться»? Давайте постараемся забыть обо всех этих «экстравагантных выходках», которые пространству приписывают болезненные воображения физиков-теоретиков. Все они (экстравагантные выходки) – не что иное, как математические упражнения, которым приписывается физическое содержание. Во всех таких случаях категории «пространство» физики-теоретики приписывают мифические способности и особенности, продиктованные требованиями математических абстракций.

А что это означает для физических теорий? Вновь придется повторить: Богу – богово, кесарю – кесарево. Нельзя бездумно поминать всуе «категорийные» понятия, им не место на уровне лабораторных опытов и частно-научных формулировок. Даже космические процессы проистекают в соответственных для них средах, так же, как и внутриядерные процессы – в своих. Обратите внимание: в «средах», а не в «пространствах»! Все конкретные естественные и экспериментальные процессы протекают в конкретных средах, но никак не в отвлеченных, идеализированных обобщением пространствах. И независимо от того, учитываем мы этот факт или нет, все «участники» процессов взаимодействуют с теми средами, в которых эти процессы протекают. Любая теория должна выстраиваться с учетом этого факта. И, конечно же, при такой трактовке предполагать возможность соединения «предельного обобщения понятия», философской категории по названию «пространство» с чем угодно в некое единое явление выглядит, по меньшей мере, наивно и малограмотно.

И, наконец, философская категория «время». Давайте попытаемся и под нее выстроить «понятийную пирамиду».

С самого начала нас встретила пренеприятнейшая неожиданность: мы не смогли найти в Реальности, в Природе кандидатов на заполнение объективного основания «пирамиды времени». Ни единого естественного явления, ни единой объективно существующей сущности не удалось отобрать в обоснование понятия «время»!

Позвольте, скажут нам, но в природе существуют процессы, имеющие начало и конец, следовательно, имеющие длительность, ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ! Да, это так. Продолжительность есть у каждого из естественных процессов. Но эта особенность КАЖДОГО из процессов крепко-накрепко ЗАКРЕПЛЕНА за КАЖДЫМ из них, является его «личной», неотъемлемой особенностью. Подчеркнем это особо: продолжительность каждого из процессов «закреплена» и является НЕОТЪЕМЛЕМОЙ ОСОБЕННОСТЬЮ ТОЛЬКО того процесса, продолжительностью которого она является! Она в каждом конкретном случае причинно обусловлена и не распространяется ни на один из иных процессов. В Природе не существует какой-либо продолжительности, общей для двух или нескольких процессов. Продолжительность ни одного из процессов НЕ ОБОБЩАЕТСЯ с какой-либо из иных – подчеркнем это еще раз особо. Сколько есть в Мироздании процессов, ровно столько же в нем существует продолжительностей этих процессов, но не было, нет, и никогда в Мироздании не будет ВСЕОБЩЕЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ, которая послужила бы для разума основой для обобщения, для создания некой философской категории. Более того, ни одна из продолжительностей не может сама по себе, без вмешательства НАБЛЮДАТЕЛЯ, служить основанием для формирования простого ПОНЯТИЯ под название «ВРЕМЯ».

Но ведь такое понятие существует. Как оно формируется?

В этом и состоит суть понятия «время» – в способе его формирования. Для этого обязательно наличие двух определяющих элементов: НАБЛЮДАТЕЛЯ, производящего измерение, и МЕРЫ – процесса, признанного научной общественностью за ЭТАЛОН ВРЕМЕНИ. В формировании у себя понятия «время» участвует все человечество, которое в качестве наблюдателя подходит ко всем процессам, к очередности всех событий с ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ, ОБЩЕЙ ДЛЯ ВСЕГО ЧЕЛОВЕЧЕСТВА, МЕРОЙ – ЭТАЛОННЫМ ПРОЦЕССОМ. Эта процедура стала неотъемлемым элементом жизни всего человечества, а в подсознании всех без исключения его представителей сформировалось не просто понятие времени, выработалось неосознанное ощущение, что эталоном для определения этого понятия является сама их жизнь.

Свое видение того, что мы называем «временем», я достаточно полно и недвусмысленно изложил в статье «Уважаемые классики диамата, извините!», размещенной на сайтах ../pub/efk_cl.php и http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/12404.html. Поэтому здесь приведу лишь окончательные выводы из приведенных там обоснований.

ВРЕМЯ – МЕРА ДВИЖЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЕМАЯ С ПОМОЩЬЮ ПРОЦЕССОВ, ПРИНЯТЫХ ЗА ЭТАЛОН. Обращаю внимание на два важных, по моему убеждению, момента: время – во-первых, некая мера, параметр движения и показатель изменения состояния, а во-вторых, определяется оно с помощью некого, признанного таковым, эталона. То есть, как только мы произнесли слово «время» относительно чего-либо, мы признали наличие у этого «чего-либо» НАБЛЮДАТЕЛЯ. А это означает лишь одно: «ВРЕМЯ» БЕЗ НАБЛЮДАТЕЛЯ – БЕССМЫСЛИЦА. Времени как явления в природе не существует, оно появляется ТОЛЬКО как ПОНЯТИЕ в сознании НАБЛЮДАТЕЛЯ.

Что это может означать для физики вообще и теоретической физики в частности? Да то, что все построения, связанные с зависимостью «времени» от скорости объекта наблюдения, с соединением его с пространством, с наличием некой геометрии у этого симбиоза, с возможностью «прогибания» его – не более чем измышления, оторванные от естественной реальности и от естествознания.

А вместе с приведенной трактовкой понятия «пространство» означает это также еще одно, для простого озвучивания которого даже язык поворачивается с трудом: СТО вместе с ОТО – либо грандиозная мистификация мирового масштаба, либо такого же масштаба коллективное помешательство «элиты» теоретической физики, которое длится уже около века!

В начале статьи мы приводили суждение специалистов о выделении в физике теорий принципов и конструктивных теорий. В теориях принципов, несомненно, должны фигурировать максимально обобщенные, фундаментальные понятия. Конструктивные теории допускают применение частно-научных понятий. То есть, теории принципов – «поле деятельности» философских категорий. В конструктивных теориях – теориях, оперирующих «терминами моделей и уравнений», – применяются понятия (явления), составляющие основу «понятийной пирамиды», «вершиной» которой служит философская категория.

В связи со сказанным, приходится констатировать: при создании СТО и ОТО была предпринята попытка создания теорий принципов на основе субъективных суждений, сформированных «терминами моделей и уравнений».

Означает ли предложенное понимание запрет на применение в физике понятия «время»? Конечно же, нет, не означает. Это понятие способствует анализу физических процессов на уровне конструктивных теорий, упорядочивает хронологию событий, быт и организацию общественной и личной жизни. Оно вполне применимо в частно-научных определениях, в формулах описания процессов как математический параметр «t». Но не более того.

Ему нет места в обобщающих теориях принципов, в обобщениях широкого распространения. Понимание сути этого показателя диктует необходимость незамедлительного пересмотра таких «теорий», как СТО и ОТО, квантовой механики в целом.

У меня уже есть некоторый опыт обсуждения такой трактовки понятия «время» и требования исключения его из списка философских категорий. Не могу сказать, что эта трактовка встретила единодушное признание. Но признание истинности того или иного утверждения никогда не принималось голосованием, как на профсоюзном или колхозном собрании. И достойно удивления другое: как ни непривычно и необычно звучит утверждение, что время без наблюдателя – бессмыслица, у него нашлось немало сторонников.

Ну, хорошо, а дальше-то что? Как мы после таких выводов с нашими проблемами в теоретической физике разберемся?

Вспомним некоторые из утверждений, приведенные в начале нашей статьи: «глубочайшим прозрением» Эйнштейна было то, что гравитация и движение тесно связаны «с геометрией пространства и времени», «Эйнштейновское объединение гравитационного поля с геометрией пространства-времени сигнализировало о глубочайшей трансформации того, как мы постигаем природу». И сопоставим эти утверждения с идеей г-на Смолина: «Мы должны найти способ разморозить время – представить время без превращения его в пространство». Идея явно противоречит утверждениям, хотя у них один и тот же автор.

И вот мы убеждаемся: время нет нужды «размораживать», его просто не нужно «замораживать», «превращать» в пространство. А, кроме того, ни у пространства, ни (тем более!) у времени никогда не было, и нет никакой геометрии, и «объединение гравитационного поля с геометрией пространства-времени» сигнализирует о глубочайшем ЗАБЛУЖДЕНИИ В ПОСТИЖЕНИИ ПРИРОДЫ. Выходит, нет нужды разбираться с проблемами в теоретической физике, а есть острейшая необходимость начинать кропотливую работу по созданию новых теорий принципов?

Повторим наш вопрос, заданный к формулировке 1-й проблемы: «а какой смысл в объединении, зачем объединять эти две теории – квантовую и ОТО (общую теорию относительности) – в одну?», но уже с позиций нового взгляда и на время, и на пространство, и на квантовую и ОТО-шную теории в целом.

Во-первых, «пространственно-временного» «гамака» нет и быть не может вообще, и каких-то особых индивидуальных или совместных «геометрий» нет ни у мыслительного построения «времени», ни у категорийного понятия «пространство». Геометрия какая-либо может наблюдаться у среды с вмещенным в нее объектом наблюдения, но только такая, какую вмещенный объект имеет. Таким образом, место сформулированной в книге Ли Смолина проблемы №1 занимает невыясненный еще со времен Ньютона вопрос, – «какова природа гравитации?». Но это привычный для теорфизики вопрос. Зато несколько проясняется вопрос совмещения свойств частицы и волны в одной точке.

Похоже, де Бройль пошутил – частица, проникая сквозь материальную среду (не имеет значения, какую именно – сквозь эфир или сквозь «поле», обладающее материальными свойствами), порождает в этой среде волны. То есть, это два сопутствующих друг другу явления – движущаяся субатомная частица и порожденные ею в окружающей ее среде волны. А после такого утверждения должна последовать кропотливая исследовательская работа, для которой у автора настоящей статьи нет ни средств, ни возможностей, ни, похоже уже, и времени. Есть только некоторая аудитория, к возможностям которой я и взываю.

В свете уже сказанного, можно предположить, что и Гейзенберг с его принципом неопределенности оказался шутником, похожим на де Бройля. Мы можем, конечно, полагать, что булыжник, брошенный на озерную гладь, и волны, поднятые им, – суть одно и то же. Но разумнее разделить определение параметров падающего на воду булыжника и энергии поднятой им волны. Чем и стоит предложить заняться взамен решения проблемы, как мы влияем на Реальность своими измерениями параметров «энергично взволнованного» булыжника. По крайней мере, мы избежим проблемы определения в процессе еще и роли НАБЛЮДАТЕЛЯ.

Поможет ли новое понимание «времени» и «пространства» в решении проблемы №3, сказать трудно. Возможно, вопрос: «могут или нет различные частицы и силы быть объединены в теорию, которая объясняет их все как проявление единственной, фундаментальной сущности?» остается актуальным. Но совершенно очевидно, отвечать на него следует, опираясь на новую, еще не созданную, теоретическую базу. Эта база должна уже в скором времени сменить и СТО с ОТО, и современную квантовую механику в целом.

Очевидно, и проблемы №№ 4 и 5 претерпят кардинальные изменения, но это произойдет уже в процессе создания нового витка развития теоретической физики.

В завершение темы, на мой взгляд, имеет смысл обратить внимание физиков-теоретиков на необходимость сотрудничества с философами, которым естествознание не чуждо, а философов пригласить к анализу практики применения старых и хода разработок новых теорий принципов в физике.

Ну, и, конечно же, пожелать успехов и тем и другим.

г.Киев, декабрь 2012 – январь 2013 гг.

©    Е.Ф. Коваленко