Как физики от реальности отказались.

Физика отличается от математики тем, что описывает не голые цифровые абстракции, а конкретный мир, хотя и с помощью математики. За математическими формулами в физике всегда стоит какая-то реальность, и если формулы эту реальность описывают неправильно, значит теория не верна, нужно подобрать другие формулы. Или даже не подобрать, а вывести, построив у себя в голове некую наглядную модель того, как происходят физические процессы — течет вода, летит тело под действием силы тяжести, нагревается тело, преломляется луч. Если выведенная формула соответствует результатам экспериментов, значит, наглядная модель, возникшая в голове теоретика, соответствует действительности — по крайне мере до определенных пределов.

Однако все было так только до начала ХХ века, поскольку ранее физика занималась изучением в основном макромира, а потом перешла к изучению микромира. И вот в физике микромира наглядность начала пропадать. Представить себе частицу в виде маленького шарика — легко. Представить себе волну — тоже не сложно. А вот как представить себе волно-частицу? Как представить, что один электрон прошел одновременно через две щели? Как представить себе виртуальный квант или возбужденный вакуум?..

В нашем макромире подобных объектов нет. В этом и состоит проблема современной физики: человек есть животное, приспособленное к жизни в мире твердых тел, то есть в макромире. То, к чему мы привыкаем с детства, живя в этом мире твердых тел, мы и считаем наглядным, то есть понятным. Наглядность есть функция привычки, не более. А проникновение силою ума в микромир лишило физиков наглядных картинок, оставив в их инструментарии только абстрактное мышление и чистую математику. У нас нет и не может быть представлений о микромире: наше тело заточено под выживание в макромире.

Но так больно было расставаться с наглядностью! Так трудно было расставаться с привычным и естественным! Например, для нас совершенно естественно, что параллельные линии не пересекаются. Однако для нас это естественно только потому, что мы привыкли жить в так называемом эвклидовом пространстве, где работает привычная школьная геометрия. Однако физики уже оперируют и другими геометриями — геометриями искривленных пространств, в которых параллельные вполне себе пересекаются.

— Физика изучает мир и потому не может обойтись без наглядности, — считали физики старой школы. — Ведь за формулами всегда стоит какая-то реальность! Нужно просто придумать такие модели, которые бы реальность адекватно описывали и давали возможность ее понять не только на уровне формул. Вот мы же может формулами описать сжатие пружины или полет пули, и можем эти процессы наглядно себе представить. Давайте же найдем такие наглядные модели, которые бы давали наглядное представление о событиях в микромире.

— А это невозможно, — жестко возражало новое, молодое поколение физиков. — Как можно представить себе «вектор состояния» или «волновую функцию»? Придется вам теперь обходиться только формулами! Хе-хе.

— Какие же вы все-таки мерзкие! — обижались старички. — Ведь быть такого не может, чтобы природа сама о себе чего-то не знала. Скорее всего это мы о ней чего-то еще не успели узнать, раскрыть каких-то ее секретов, поэтому нам и кажется, что в природе микромира царят случайность и неопределенность и что летящий электрон находится одновременно во всех точках пространства. А на самом деле — он где-то в одном месте. Просто нужно дальше изучать мир и постичь наконец скрытую пока еще от нас реальность. Потому как то, что получается из формул, просто противоречит интуиции!

— Да нет никакой скрытой реальности, дедки! — цинично смеялось над физиками старого поколения поколение молодое. И называло стремление стариков к наглядности «наивным реализмом». — А что касается интуиции, то она всего лишь порождение макромира и наших чувств, завязанных на макромир, забудьте про нее.

И вы уже знаете, что среди обиженных дедков были такие зубры, такие столпы физики, как Планк, де Бройль и Эйнштейн, которые сами стояли у истоков мировоззренческой катастрофы. Эти люди растерянно пытались найти хоть какие-то наглядные модели, чтобы описать корпускулярно-волновой дуализм и прочие чудеса микромира. А новое поколение только рукой махало, даже не пытаясь найти каких-то картинок, довольствуясь только формулами.

Об этом драматичном споре один из физиков новой волны — Макс Борн высказался так: «Нашу полемику нельзя назвать чисто научной дискуссией. Скорее, она напоминала религиозные споры времен Реформации. Так что надежд на примирение мало». И в общем, был прав. Мировоззренческая катастрофа была такой, что кое-кто из физиков на этой почве даже увлекся древнеиндийской философией, как это сделал, например, Эрвин Шредингер.

Усугубило катастрофу и то обстоятельство, что физике пришлось отказаться не только от концепции физической реальности, но и от концепции объективности! Раньше считалось, что есть объективный мир и есть субъект, то есть человек, который этот мир изучает. Объективность же мира в том и заключается, что он от субъекта никак не зависит. Он просто существует, вне зависимости от того, изучаем мы его или нет и кто этим занимается — Иванов, Петров или Сидорчук. Законы природы от нас не зависят, мы их просто познаем…

Но законы микромира оказались столь странными, что в них наблюдение субъекта за реальностью очень даже влияло на реальность! Объективная реальность оказалась зависящей от субъекта!

Вот пример.

Двухщелевой эксперимент с электроном, который пролетает в две щели и рисует на экране интерференционную картину. Итак, один электрон пролетел в две щели. «А может, все-таки в одну?» — с надеждой вопрошали физики-классики. Что ж, можно проверить. Можно неподалеку от одной из щелей поставить регистратор, который будет засекать, пролетел в эту щель электрон или нет. Если регистратор электрон засечет — значит, он действительно пролетел в эту щель. А если не засечет — значит в другую!

Ну, и что же вы думаете? Как только ставят регистратор, как только начинают проводить наблюдение, так электрон и вправду начинает пролетать только в одну щель — либо в эту, либо в соседнюю. Но при этом интерференционная картинка на экране исчезает!

Интерференция исчезает, когда электрон «узнает», что мы за ним наблюдаем, вот в чем проблема. Электрон начинает вести себя, как обычная частица. А когда не наблюдаем (выключаем прибор регистрации), он снова ведет себя, как волна, и картинка сложения волн на экране возникает снова.

Как неожиданно…

И одна из главных физических формул микромира, которая описывает так называемый «вектор состояния», она ведь описывает математическими значками не только само состояние изучаемой квантовой системы, но и наши знания о ней. Они включены в формулу. Ну, разве могли физики старой школы так легко с этим смириться?

А уж когда физики-теоретики стали изучать вакуум и самые мелкие структуры бытия, последние остатки наглядности в виде мысленных картинок или рисунков растворились и остались одни сплошные формулы.

Что поделаешь, миром руководит математика!

Глава 3

Откуда берется время

Те, кто не поленился и прочитал информационный блок о теории относительности, наверняка остался впечатлен фокусами со временем. Как это так — время замедляется при росте скорости?! Что это означает? А это означает, что все процессы в месте замедления времени идут медленнее.

— Но позвольте! — скажет умный человек в круглых очках. — Если все процессы идут медленнее, и часы в том числе, то откуда мы знаем, что время замедлилось? Мы этого просто не заметим, ведь замедлились все процессы!

Верно. Внутри такой системы, в которой замедлилось время, никто ничего не заметит. Это будет заметно только снаружи. Ведь все познается в сравнении! Размеры предметов измеряются методом сравнения их с линейкой, временны е промежутки — путем сравнения их с промежутками времени, отмеряемыми часами. А если не с чем сравнивать, то как узнаешь?

Поэтому о замедлении времени в какой-то системе может судить только внешний наблюдатель, находящийся вне этой системы. Вот он как раз и может сказать:

— Ой! А у вас часы идут медленнее. И стареете вы как-то медленнее, чем я. И двигаетесь. И думаете. Вы, наверное, тормоз!

В общем, теория относительности показала, что относительны не только масса и пространство, но и время: масса тела с увеличением скорости растет, линейные размеры тела (то есть само пространство) сокращается, а время замедляется.

Но что такое время?

Немало философов ломало голову о природе времени. Физики ньютоновской эпохи полагали: вот есть материя, из которой сделано все; есть пространство как вместилище всех вещей; и есть время как мера длительности происходящих процессов. Материя — это актеры, сцена — это пространство, а длительность спектакля — это время. Причем пространство и время останутся, даже если из мира убрать материю.

Современная физика полагает иначе: есть только квантовое сущее, которое проявляет себя в трех ипостасях — как материя, пространство и время. Есть бескрайний океан вакуума, в котором все происходит и волнения которого мы воспринимаем как вещество и поле.

На бытовом уровне с веществом все понятно. Мы и сами вещество и имеем дело с веществом всю жизнь. С пространством тоже нет непоняток — если далеко, то лучше лететь на самолете: он быстрее перемещается в этом самом пространстве. И вообще, если бы не пространство, где бы тогда помещалось вещество? Тут у нас непонимания нет. Все очень просто.

А вот время…

Оно — что? Как его пощупать? Можно ли его выделить в некую отдельность? Почему люди говорят о стреле времени, о том, что оно проходит безвозвратно, и что прошлого не вернуть?

Я вам на эти вопросы отвечу сразу: никакого «отдельного» от материи времени нет. Есть только происходящие процессы.

Мы говорим о наличии времени только тогда, когда происходят события. Нет событий — нет времени.

Столкнулись позитрон с электроном, превратившись в кванты электромагнитного излучения — это событие. Каркнула ворона — это событие. Умер человек — это событие. Поскольку в мире все время что-то происходит, мы и говорим о наличии времени.

Время, как и массу, как и расстояние, мы отсчитываем по калиброванным отрезкам. Мы договорились: вот такой вот отрезок пространства считать метром, вот такой вот кусок массы — килограммом, а вот такой отрезок времени — секундой. Эталоны метра и килограмма хранятся в парижской Палате мер и весов. Эталонный метр сделан из твердого и почти не подверженного температурным расширениям платино-иридиевого сплава. Эталон килограмма сделан из того же материала и представляет собой цилиндр высотой и диаметром в 39 мм.

А вот секунду в Палату мер и весов не положишь. Ее эталон овеществлен в особо точных атомных часах — чертовски сложном приборе, в котором используются неизменные природные процессы — электромагнитные колебания возбужденного атома цезия, например.

Эталонные метры имеют в сечении сложную форму. Это чтобы не гнулись!

Эталонный килограмм накрыт колпаками, чтобы уменьшить все воздействия, включая оседающую пыль.

Атомные часы

В быту для измерения времени нами используются приборы попроще — обычные механические или электронные часы, которые из-за их примитивности все время приходится подстраивать под сигналы точного времени. А некоторые электронные наручные часы уже умеют ловить сигналы точного времени, передающиеся по радио, и сами подстраиваются.

Мы смотрим на круговое движение стрелок и так определяем время. Раньше люди измеряли время по течению песка в песочных часах или воды в водяных, по движению тени в солнечных часах. В общем, всегда люди отмеряют время по какому-то равномерному движению.

Потому что времени, как отдельной субстанции нет, есть только движение материальных объектов в пространстве, которое мы и воспринимаем, как время.

— Но если времени нет, почему тогда у времени есть свойства? — спросит тот же умник в круглых очках. — Такое, например, свойство, как однонаправленность. В пространстве можно перемещаться во все стороны. А во времени — только в будущее.

Верное замечание. Но что мы понимаем под однонаправленностью времени? Что значит «нельзя переместиться в прошлое»?

А это значит, что нельзя стать моложе, например. Мы все своим чередом идем от детства через юность и молодость к зрелости и старости. И остановить этот процесс не можем. Если стакан разбился, мы не можем вернуться в прошлое и переставить его от края стола подальше. Если у нас кончились деньги или другие ресурсы, мы не можем вернуться в прошлое, когда они у нас еще были, и перепланировать траты.