Опыт истории научных конфликтов

Из книги Б.Грина можно узнать, что всего было три крупных научных конфликта, предшествующих созданию Теории струн. Разрешение каждого из конфликтов подвигало учёных к пересмотру понимания функционирования Вселенной. Роль в истории развития физики «скромного чиновника патентного бюро из швейцарского города Берна»[17], Альберта Эйнштейна, ставшего известным учёным XX века, можно понять из истории его научных трудов. Она состояла в подведении «удобной» теоретической базы под все крупнейшие научно-практические открытия, которые появлялись незадолго до него и в период его жизни, и не вписывались в прошлые научные теории.

Вопрос о соответствии его теоретических разработок реальности не вставал до тех пор, пока не появлялось следующее крупное научное открытие, которое опровергало предыдущие теоретические обобщения Эйнштейна.

При жизни Эйнштейна ему почти удавалось вписывать все новые достижения науки в свою общую теорию относительности. Весьма интересно, что через полсотни лет после смерти авторитетного швейцарского учёного с мировым именем группа учёных, создателей Теории суперструн, теоретически почти объединили[18] достижения теории относительности Эйнштейна с трудами по квантовой механике, несмотря на ряд серьёзных противоречий[19] — пойдя по стопам опыта хитрого швейцарского старика.

Как можно понять из истории западной научной мысли, учёные типа Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна (большинство из них — евреи по происхождению) с незапамятных времён (самое раннее — от древнегреческих исследователей мельчайших частиц) искали ответ на вопрос «что представляет собой объективная реальность?». В каждую историческую эпоху западная наука давала на этот вопрос разные ответы, соответствующие как правило опытным научным экспериментам, касающимся уровня микромира. Последние же, в свою очередь, давали результаты, соответствующие возможностям измерительной техники.Но учёные занимались техническим совершенствованием точности измерительных приборов ради поиска всё новых материальных “кирпичиков” объективной реальности (для описания поведения материи) — ради того, чтобы этой объективной реальностью управлять по своему западному произволу (таковы намерения хозяев учёных Запада). Именно поэтому к новейшим достижениям науки и техники во все века допускались в первую очередь учёные еврейского происхождения.

Первый научный конфликт в физике связан с опытами Д.К.Максвелла. Ньютоновская механика[20], возникшая в Европе в конце XVII — начале XVIII вв., на базе открытого И.Ньютоном в 1666-1669 гг. закона тяготения, успешно описывала законы движения небесных тел во Вселенной до появления максвелловской теории электромагнетизма.

Ньютон был продолжателем дела Коперника и Галилея, против теории которых боролись церковные инквизиторы. Ньютон вывел «законы движения небесных тел вокруг солнца» по эллиптическим орбитам и описал их согласно открытой им теории тяготения, выведя квадратичную зависимость силы тяготения от расстояния между телами и произведения масс небесных тел — исходя из понятия абсолютных пространства и времени. Ньютон не попал в немилость к церкви. Мало того, в 1670 г. он был избран в члены Лондонского королевского общества (британской Академии наук) по представлению епископа. Занимаясь в Кембриджском университете исследованием влияния оптики на прохождение через неё света (разложением света и телескопами), Ньютон до конца своей жизни был уверен в том, что свет ведёт себя также как и любое другое движение микрочастиц в пространстве (корпускулярная теория света: теория «простых атомов света»)[21], описываемое законами ньютоновской механики. В течение почти всего XVIII века почти все западные учёные придерживались и довольствовались ньютоновской корпускулярной теорией света. А формулы ньютоновской механики служили удобным средством описания движения больших и очень больших тел.

Так научная практика больше столетия подтверждала мягко говоря не совсем объективно реальную теоретическую модель описания объективной реальности. Мало того, ньютоновская механика вплоть до наших дней удачно описывает механическое движение и взаимодействие крупных тел[22], движущихся со скоростями гораздо меньшими скорости света, блаженно пренебрегая своей теперь уже не универсальностью. Но ведь когда-то она была универсальной теорией, правдоподобно описывающей даже движение небесных светил. Правда в Космос тогда ещё не летали…

Окончательные сомнения в универсальности ньютоновской механики внесли открытия шотландского учёного Джеймса Клерка Максвелла[23], сделанные во второй половине XIX века. По “случайности”, Максвелл также, как и Ньютон, также учился в Кембридже, прежде чем стал научным первооткрывателем, труды которого перевернули взгляды учёных на ньютоновскую универсальную теорию.

На основе экспериментов сделанных английским физиком Майклом Фарадеем (1791 – 1857 гг.; также член британского Королевского института), открывшим явление электромагнетизма, его коллега Максвелл подвёл под них теоретическую базу. В 1865 году появилась максвелловская система уравнений, описывающая теорию электромагнитного поля[24]. В теории электромагнитного поля Максвелл дал определение электромагнитного поля и предсказал новый важный эффект — существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (электромагнитных волн) и его распространение в пространстве со скоростью света. Последнее дало ему основание считать свет одним из видов электромагнитного излучения (идея электромагнитной природы света) и раскрыть связь между оптическими и электромагнитными явлениями.

К этому времени уже существовала волновая теория света, основателем которой был также британский подданный Томас Юнг (1773 — 1829 гг.)[25]. Он считал, что «свет это распространение продольных колебаний во всепроникающей среде — эфире; а светоносный эфир, в высокой степени разреженный и упругий, заполняет вакуум; колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светиться». Помимо интерференции Юнг в конце XVIII века открыл зависимость между характеристиками поведения света и длиной световой волны, объяснил явление дифракции[26].

Но главное, что противоречило ньютоновской теории взаимодействия, было открытие Максвелла о том, что свет, как и все электромагнитные возмущения, распространяются с постоянной, никогда не изменяющейся скоростью, около 300 тыс. км/сек. Это означает, что свет «никогда не останавливается», т.е. «неподвижного света» не существует. Максвелл утверждал, что свет является волной, а не движением частиц (корпускул), как это утверждал Ньютон. Это открытие практически доказало, что ньютоновская механика не является универсальной теорией объективной реальности.

Первое противоречие между корпускулярной и волновой теорией «универсального устройства» объективной реальности взялся разрешить (точнее “развести”) швейцарский учёный Альберт Эйнштейн (1879 — 1955 гг.)[27]. Понятно, что на рубеже XIX – XX веков нужна была новая универсальная научная теория, чтобы не потерять лицо европейской науки (представленной до XX века в основном англичанами, многие из которых были еврейского происхождения).

В 1900 г. Максу Планку (немецкий учёный, 1858 – 1947 гг.) удалось описать излучение, испускаемое горячими телами. Он принял радикальную гипотезу о том, что энергия испускается не непрерывно, а дискретными порциями, которые получили название квантов. Физический смысл происхождения квантов оставался неясным, но величина кванта оказалась равна произведению некоторого числа (постоянной Планка) и частоты излучения.

Идея Эйнштейна состояла в том, чтобы установить соответствие между фотоном (квантом электромагнитного излучения) и энергией выбитого с поверхности металла электрона. Каждый фотон выбивает один электрон. Кинетическая энергия электрона (энергия, связанная с его скоростью) равна энергии, оставшейся от энергии фотона за вычетом той ее части, которая израсходована на то, чтобы вырвать электрон из металла[28]. Оказалось, что чем ярче свет, тем больше фотонов и больше число выбитых с поверхности металла электронов, но не их скорость.

Более быстрые электроны можно получить, направляя на поверхность металла излучение с большей частотой, так как фотоны такого излучения содержат больше энергии. На основе этого Эйнштейн выдвинул ещё одну смелую гипотезу, предположив, что свет обладает двойственной природой. Как показывают проводившиеся на протяжении веков оптические эксперименты, свет может вести себя как волна, но, как свидетельствует фотоэлектрический эффект, и как поток частиц. Правильность предложенной Эйнштейном интерпретации фотоэффекта была многократно подтверждена экспериментально, причём не только для видимого света, но и для рентгеновского и гамма-излучения.

Впоследствии подтверждение потенциальной мощи введённой Планком новации поступило в 1913 году от датского физика Нильса Бора (1885 — 1962)[29], применившего квантовую теорию света к строению атома. В модели Бора электроны в атоме могли находиться только на определённых энергетических уровнях, определяемых квантовыми ограничениями. Переход электронов с одного уровня на другой сопровождается выделением разности энергий в виде фотона излучения с частотой, равной энергии фотона, делённой на постоянную Планка. Тем самым получали квантовое объяснение характеристические спектры излучения, испускаемого возбуждёнными атомами.

Таким образом открытие Планка, можно сказать, положило начало квантовой теории, но её дальнейшее вероятностное развитие в 20-х годах XX века пришлось не по душе как Планку, так и Эйнштейну. Оба искали не вероятностную, а классически точную модель объективной реальности на квантовом уровне[30]. Однако в 20-х годах начался «век вероятностных моделей», основанный на открытиях квантовой механики.

В то же время, Эйнштейн, ссылаясь на максвелловские разработки[31], создал специальную теорию относительности, в основу которой положил утверждение, что нет ничего превыше скорости света — 300 000 км/сек. Специальная теория относительности появилась в 1905 году и принесла Эйнштейну мировое признание.

В то время большинство физиков полагало, что световые волны распространяются в эфире — загадочном веществе, которое, как принято было думать, заполняет всю Вселенную. Однако обнаружить эфир экспериментально никому не удавалось. Поставленный в 1887 г. Альбертом Абрахамом Майкельсоном (1852 — 1931) и Эдвардом Морли (1838 — 1923) эксперимент по обнаружению различия в скорости света, распространяющегося в гипотетическом эфире вдоль и поперёк направления движения Земли, дал отрицательный результат. Если бы эфир был носителем света, который распространяется по нему в виде возмущения, как звук по воздуху, то скорость эфира должна была бы прибавляться к наблюдаемой скорости света или вычитаться из неё, подобно тому как река влияет, с точки зрения стоящего на берегу наблюдателя, на скорость лодки, идущей на вёслах по течению или против течения.

Многие считают, что специальная теория относительности Эйнштейна была создана непосредственно под влиянием эксперимента Майкельсона-Морли. Опыт Майкельсона – Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. И, сколько бы Эйнштейн впоследствии ни утверждал, что вообще не обращал внимания на результаты экспериментальных исследований при разработке теории относительности, сомневаться в том, что результаты опытов Майкельсона – Морли способствовали быстрому восприятию столь радикальной теории научной общественностью всерьез, вряд ли приходится. В основу специальной теории относительности были положены два универсальных допущения, делавших излишней гипотезу о существовании эфира:

· все законы физики одинаково применимы для любых двух наблюдателей[32], независимо от того, как они движутся относительно друг друга;

· свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения его источника.

Выводы, сделанные из этих допущений, изменили представления о пространстве и времени:

· ни один материальный объект не может двигаться быстрее света;

· с точки зрения стационарного наблюдателя, размеры движущегося объекта сокращаются в направлении движения, а масса объекта возрастает; чтобы скорость света была одинаковой для движущегося и покоящегося наблюдателей, движущиеся часы должны идти медленнее;

· движение или покой определяются всегда относительно некоего наблюдателя.

Наблюдатель, едущий верхом на движущемся объекте, неподвижен относительно данного объекта, но может двигаться относительно какого-либо другого наблюдателя.

Поскольку время становится такой же относительной переменной, как и пространственные координаты x, y и z, понятие одновременности также становится относительным. Два события, кажущихся одновременными одному наблюдателю, могут быть разделены во времени, с точки зрения другого.

Из других выводов, к которым привела специальная теория относительности, заслуживает внимание эквивалентность массы и энергии.

· Масса тела m представляет собой своего рода «замороженную» энергию E, и связана с ней соотношением E = mc2, где c – скорость света. Таким образом, испускание фотонов света происходит ценой уменьшения массы источника.

Принцип относительности, сформулированный Эйнштейном в 1905 году, был, что называется в науке, его «интуитивным прозрением». Хорошо владея математикой и тщательно усвоив все самые последние научные достижения в цюрихской гимназии, Эйнштейн подвёл под своё «интуитивное прозрение» нужную теоретическую базу.

Научная практика следующих десятилетий (особенно развитие квантовой механики) показала, что специальная теория относительности не может быть универсальной теорией для описания всех наблюдаемых явлений объективной реальности[33]. Однако специальная теория относительности позволила объяснить такие особенности процессов, происходящих в атомной и ядерной физике, которые до того оставались непонятными. Так, почти через сорок лет после создания теории относительности, физики, работавшие над созданием атомной бомбы, сумели вычислить количество выделяющейся при её взрыве энергии на основе дефекта (уменьшения) массы при расщеплении ядер урана.

Специальная теория относительности «успокоила» европейское научное сообщество умелым авторским объяснением явления постоянства скорости света, не укладывающегося в существовавшую до этого научно-материалистическую картину мира, основанную на том, что все материальные тела движутся в пространственно-временном эфире по законам Ньютона. Теперь точную абсолютную величину — любую характеристику тела и его положение в трёхмерном пространстве и времени — можно было найти лишь только, зная какой «наблюдатель» выполняет измерения. Нужно отметить, что все выводы специальной теории относительности были сделаны на базе исследования электромагнитного излучения (электромагнитного поля), фотонов света, и «интуитивно» перенесены автором теории на большие тела, и, главное — на гравитацию.

Главное:несмотря на те задачи, которые выполнял сам Эйнштейн, это был первый опыт, когда научно-практические исследования доступного учёным для измерений XIX – начала XX вв. — электромагнитного поля — привели к следующим нестандартным для материалистической науки выводам:

· Три пространственных измерения и временное измерение не являются абсолютными величинами и зависят от «наблюдателя», относительно которого происходят измерения этих величин[34].

· Масса «материального тела» (вещества) представляет собой «замороженную» энергию.

Таким образом, в начале XX века у науки были все основания открыто высказаться о том, что пространство и время не являются «абсолютными» предельно обобщающими категориями объективной реальности, а энергия является одной из разновидностей материи. Несмотря на эти очевидные выводы, весь XX век научные рассуждения и гипотезы строились на основе объективно устаревших к началу XX века предельно обобщающих понятий. А последние так и остались главными понятиями в разнообразных околонаучных “философских” системах до наших дней. Сам же Эйнштейн, хотя и высказался за «относительность» пространственно-временных величин, но выходить за рамки научно-теоретического понимания реальности, видимо, не имел возможности (по причинам своего происхождения). Так материалистическая наука впервые крупно доказала, что её представители, хорошо владея «алгеброй», не могут с помощью её аппарата вывести «гармонию», хотя последняя и лежит на поверхности их исследований. Чего-то очень важного не хватает таким математикам…

Как пишет автор «Элегантной вселенной», Б.Грин, предел скорости света, который установил своей теорией Эйнштейн, породил второй научный конфликт:

«Создание специальной теории относительности подготовило почву для второго конфликта. Одно из следствий работы Эйнштейна состоит в том, что никакой объект, никакое воздействие или возмущение не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость света. Но … универсальная теория гравитации Ньютона включает в себя взаимодействия, которые мгновенно распространяются на огромные расстояния в пространстве. И снова в разрешение конфликта включился Эйнштейн, предложивший в 1915 г. новую концепцию тяготения в своей общей теории относительности. Эта теория точно так же опрокинула существовавшие представления о гравитации, как раньше это сделала специальная теория относительности с понятиями пространства и времени».

Как известно, свет — разновидность электромагнитного излучения. «Сгусток света» называют фотоном — «минимальным пакетом электромагнитного поля», «частицей», передающей электромагнитные взаимодействия. Учёные к настоящему времени признают четыре вида полей (взаимодействий) — электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Последние два вида — это взаимодействия субатомного внутриядерного уровня. Каждому из этих взаимодействий учёные присвоили свой минимальный «сгусток». Если у электромагнитного это фотон, то гравитационному взаимодействию они приписали гравитон.

Столкнувшись с проблемой теоретического объяснения второго взаимодействия (поля) — гравитации — Эйнштейн применил им же созданную специальную теорию относительности к гравитационному взаимодействию, которое, согласно Ньютону, распространялось мгновенно. Напомним, что главным постулатом специальной теории относительности являлся тезис о том, что скорость света (300 000 км/сек.) — предельная скорость распространения взаимодействий (полей) во Вселенной. Именно под этот свой тезис и подогнал Эйнштейн другой вид полевого взаимодействия — гравитацию, создав целую теорию о происхождении Вселенной. Так знаменитый учёный вписал в теорию относительности и второе (гравитационное) взаимодействие, не поддающееся практическому исследованию на квантовом уровне. Общая теория относительности не вызывала сомнений у большинства западных учёных до тех пор, пока опытным путём не было доказано, что всё-таки существуют взаимодействия, распространяющиеся мгновенно.

Поиски «абсолютной» теории устройства объективной реальности постоянно наталкивались на физические опыты, отрицающие предыдущие величины, которые учёные считали «абсолютными». Так специальная теория относительности Эйнштейна опровергла «абсолютность» пространства и времени[35]. Вопрос о том насколько эта теория отвечает критериям создания «единой теории поля» — это вопрос о соответствии математического описания характеристик электромагнитного взаимодействия в рассматриваемых условиях — всей объективной реальности)[36]. Физические опыты проведённые после Эйнштейна, показали, что скорость света — тоже не «абсолютная» физическая величина. Однако, Общая теория относительности исходит из того, что скорость света — «абсолютная» предельная величина распространения физического поля во Вселенной. А значит выводы Общей теории относительности тоже нельзя считать «абсолютными». Однако, как мы увидим далее, авторы Теории суперструн употребили их для объединения теории макромира и микромира.

Рассмотрим основные идеи «интуитивного озарения», вошедшие в Общую теорию относительности. В 1915 году Эйнштейн создал Общую теорию относительности, выходившую далеко за рамки Специальной теории относительности, в которой движения должны быть равномерными, а относительные скорости постоянными. Общая теория относительности охватывала все возможные движения, в том числе и ускоренные (т.е. происходящие с переменной скоростью). Господствовавшая ранее механика, берущая начало из работ Исаака Ньютона (XVII в.), становилась частным случаем, удобным для описания движения при относительно малых скоростях. Эйнштейн заменил многие из введённых Ньютоном понятий. Такие аспекты ньютоновской механики, как, например, отождествление гравитационной и инертной масс, «вызывали у него беспокойство». По Ньютону тела притягивают друг друга, даже если их разделяют огромные расстояния, причём сила притяжения, или гравитация, распространяется мгновенно. Гравитационная масса служит мерой силы притяжения. Что же касается движения тела под действием этой силы, то оно определяется инерциальной массой тела, которая характеризует способность тела ускоряться под действием данной силы. Эйнштейна заинтересовало, почему эти две массы совпадают.

Эйнштейновский «принцип эквивалентности», утверждающий, что гравитационные и инерциальные эффекты неотличимы, объяснил совпадение гравитационной и инертной массы в механике Ньютона. Затем Эйнштейн «расширил картину», распространив её на свет. В результате Эйнштейн чисто абстрактно-интуитивно вывел теорию о том, что в реальном мире лучи света искривляются, когда проходят на достаточно малом расстоянии от массивного тела.

Общая теория относительности Эйнштейна заменила ньютоновскую теорию гравитационного притяжения тел пространственно-временным математическим описанием того, как массивные тела влияют на характеристики пространства вокруг себя. Согласно этой точке зрения, тела не притягивают друг друга, а изменяют геометрию пространства-времени, которая и определяет движение проходящих через него тел. Как однажды заметил коллега Эйнштейна, американский физик Джон Арчибалд Уилер (09.07.1911 — 13.04.2008), «пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться».

Общая теория относительности была чистой фантазией её автора, основанной на примитивных бытовых наблюдениях за инерционной силой, воздействующей на тела при ускорениях[37]. Под эту фантазию автор подогнал необходимую математику. Следуя этому своему «озарению», Эйнштейн уподобил пространство и время (четыре измерения) тканому полотну, которое искривляется под воздействием положенной на него массы. Искривление удерживает массу, а сила инерции позволяет массе двигаться по искривлённому пространственно-временному вместилищу. Влияния больших тел друг на друга, согласно теории Эйнштейна, происходит не по законам Ньютона, а в соответствии с тем, что масса тел искажает четырёхмерную “гладь” пространства-времени — тем больше, чем массивнее тело. Всё это было основано на пределе скорости света, который Эйнштейн ещё раз “утвердил” через математический аппарат Общей теории относительности. Общая теория относительности подвергалась сомнению многими учёными… правда до 1919 года[38].

Главное, что, несмотря на напрашивающиеся выводы Специальной теории относительности о «неабсолютности» пространства-времени — Эйнштейн в Общей теории относительности ещё больше, чем ранее у Ньютона, вывел на первый план пространственно-временные рассуждения и расчёты. А небывалая популярность учёного, пришедшая к нему в 1919 году, поставила долгую точку в обнадёживающем потенциале правильной формулировки «абсолютных» обобщённых категорий Мироздания — материи-информации-мhры. Кроме того, на базе Общей теории относительности возникла новейшая научная гипотеза о происхождении Вселенной — теория Большого взрыва — которая доминирует в научных кругах по настоящее время[39].

Так немецко-швейцарско-американский физик Альберт Эйнштейн “разрешил” второй научный конфликт. Видимо, мягко говоря, не совсем несправедливо в Германии 20-х годов его теорию считали «еврейской физикой». Сам же Эйнштейн был сторонником сионизма[40] и приложил немало усилий к созданию Еврейского университета в Иерусалиме в 1925 г. Но к теме еврейского влияния на науку мы ещё не раз вернёмся.

Исторически получилось так, что Планк был первым, кто вывел понятие квант. Исследуя излучение чёрного тела, он предположил, что вещество не может испускать энергию излучения иначе как конечными порциями (квантами), пропорциональными частоте этого излучения. Коэффициент пропорциональности при этом есть некоторая универсальная постоянная, имеющая размерность механического действия. Это и есть знаменитая постоянная Планка — «h». Эйнштейн, исследуя фотоэффект, развил теорию квантования, доказав, что любое монохроматическое излучение[41] состоит из совокупности квантов, причём энергия каждого кванта пропорциональна частоте, а коэффициент пропорциональности равен, разумеется, постоянной Планка. Это позволило легко объяснить законы фотоэффекта: электрон, находящийся внутри вещества, поглощая квант света, либо покинет вещество, либо останется внутри него. Всё зависит от того, превышает ли энергия светового кванта работу, которую надо совершить электрону, чтобы покинуть вещество, т.е. как говорят, работу выхода. Следовательно, кинетическая энергия выбитого электрона будет равна энергии поглощённого светового кванта минус работа выхода.

Однако в 20-е гг. XX в. произошло развитие Эрвином Шрёдингером (1887-1961), Вернером Гейзенбергом (1901-1976), Полем Дираком (1902-1984) и другими учёными квантовой механики, оснащённой сложным математическим аппаратом квантовой теории. Планку пришлась не по нраву их новая вероятностная интерпретация квантовой механики, и, подобно Эйнштейну, он пытался примирить предсказания, основанные только на принципе вероятности, с классическими идеями причинности. Его чаяниям не суждено было сбыться: вероятностный подход устоял и стал развиваться вплоть до появления Теории суперструн.

Третий конфликт, как считает автор книги «Элегантная Вселенная», был разрешён лишь в 80-х годах XX века создателями Теории суперструн (выделения в цитате сделаны нами):

«Создание общей теории относительности, разрешив одно противоречие, породило другое. Начиная с 1900 г., в течение трёх десятилетий физики развивали квантовую механику для решения нескольких кричащих проблем, возникших при попытке применить понятия XIX в. к микромиру. Третье и наиболее глубокое противоречие возникло из несовместимости квантовой механики и общей теории относительности. Гладкая искривлённость пространства в общей теории относительности находится в противоречии с вытекающим из квантовой механики неистовым, вихревым поведением Вселенной на микроскопическом уровне. До середины 1980‑х гг., когда теория струн разрешила этот конфликт, он справедливо считался центральной проблемой современной физики. Более того, теория струн, построенная на основе специальной и обшей теории относительности, требует нового серьёзного пересмотра наших концепций пространства и времени. Например, большинство из нас считает само собой разумеющимся то, что наша Вселенная имеет три пространственных измерения. Однако, согласно теории струн, это неверно. Теория струн утверждает, что Вселенная имеет гораздо больше измерений, чем доступно нашему глазу, но дополнительные измерения туго скручены и спрятаны в складчатой структуре космического пространства. Теория струн, по существу, отражает историю развития представлений о пространстве и времени в постэйнштейновскую эпоху».

Физика и теория поля

Понятие физика происходит от древнегреческого «physis», что означает «природа». Древние учёные называли «физикой» любое исследование окружающего их мира. На всём протяжении развития физики и других сопряжённых с нею наук (химии, исследующей свойства вещества, обусловленные особенностями его атомной структуры, биологии, изучающей живые организмы и т.п.) учёные исследовали как правило «материю» природы.

Физики, опираясь на определённые аксиомы и гипотезы, проводя эксперименты и используя математические методы, стремятся объяснить всё многообразие природных явлений, исходя из небольшого числа взаимосогласующихся принципов[42]. Физик всегда надеется, что, когда о природных явлениях станет известно достаточно много и когда они будут достаточно хорошо поняты, множество других, на первый взгляд разрозненных и не связанных с ними фактов, уложатся в простую, допускающую математическое описание схему[43]. Эту схему-формулу и искали все крупные учёные последних нескольких веков, и эта схема-формула ими идентифицировалась как универсальное средство описания поведения Объективной реальности.

Как правило, продвижение физической мысли относятся к двум категориям и их компиляции:

· Экспериментальные открытия — состоят в обнаружении неожиданно нового явления в эксперименте, который может быть повторен с тем же результатом кем угодно; такое открытие заставляет пересмотреть понятия, ранее считавшиеся твёрдо установленными.

· К открытиям другого рода принадлежат такие, в которых наблюдаемые явления оставляют место для размышлений и выводов. Такие открытия в конечном счёте основаны на свойственном учёному «интуитивном ощущении природы вещей»[44], и именно к ним принадлежат теория строения Солнечной системы Коперника, Специальная и, главное, Общая теории относительности Эйнштейна.

Когда один (или оба) вышеназванных способа сработали, в ход идёт математика, которая даёт возможность систематизировать все следствия некой физической гипотезы, выражая их в виде формул и соотношений, истинность или ложность которых зачастую поддаётся экспериментальной проверке с точностью измерительной техники.

Можно сказать, что научно-материалистическим изучением передачи информации на расстоянии в окружающей среде физики занялись одновременно с возникновением понятия «физика». Так, изучение свойств распространения звука возвращает нас в античность, где традиция связывает начало таких исследований с именем Пифагора. Физическую природу звука изучал Аристотель, занимаясь распространением звуковых волн в воздухе.

Ньютон поставил перед собой задачу — описать на языке математики процесс распространения звуковой волны в воздухе. Проведённый им анализ, опиравшийся на известные тогда данные об упругости воздуха, дал теоретическое значение скорости звука 298 м/с, тогда как из опытов Флемстида (1646-1719) и Галлея (1656-1742) было получено значение 348 м/с. Столь значительное расхождение удалось объяснить лишь в 1816, когда Лаплас (1749-1827) указал на то, что величина упругости воздуха, на основании которой вычисляется скорость звука, должна отличаться от обычно измеряемой, так как изменения в звуковой волне происходят очень быстро и в воздухе не успевает установиться тепловое равновесие. Внеся в вычисления Ньютона поправку в этом единственном пункте, Лаплас получил формулу, прекрасно согласующуюся с самыми точными экспериментальными данными. Сегодня часто ставят обратную задачу: определяют упругость газа по измеренной скорости звука в нём. Так у физиков появилось понятие физической звуковой волны, которая, естественно несёт на себе информацию от источника излучения к приёмнику. Скорость же распространения звуковой волны колеблется в зависимости от «упругости» среды распространения.

Если исследования звука укладывались в то, что называлось «механической картиной мира», то с открытием Фарадеем электромагнетизма учёные пытались сначала объяснить электрический ток как «некую жидкость, текущую по проводнику под действием электрических сил», но электромагнитные явления не поддавались такому простому механистическому объяснению, и от них пришлось отказаться.

Считается, что Ньютон открыл гравитационное поле, хотя он утверждал лишь, что «…Тяготение должно вызываться неким агентом, постоянно действующим по определённым законам; а материален этот агент или нематериален, я предоставляю судить читателям». Во времена Ньютона такой агент назывался эфиром, и этому представлению предстояло трансформироваться в более утончённоепонятие поля.

Теория поля заняла центральное место в современной физике — так же как материальный атомистический механизм был центральной проблемой изучения физиков предшествующих столетий. Теорий эфира было много, и каждая из них возникла в ответ на необходимость объяснения действия той или иной невидимой силы на расстоянии. Так, были эфиры гравитационный, электрический, магнитный и светоносный (последний эфир был гипотетической средой, обеспечивающей распространение света). Под воздействием общефизических представлений своего времени теории эфира приобретали более механистический характер — эфиры были жидкостями, подчинявшимися законам Ньютона или другим аналогичным законам, а передаваемые ими влияния носили характер механического действия. По мере накопления знаний о свете сам свет начали представлять как волновое движение в светоносном эфире, аналогичное распространению звука в воздухе.

Как мы уже знаем, последние три типа «эфира» — электрический, магнитный и светоносный — после опытов Максвелла учёные свели к явлению электромагнитного взаимодействия. Максвелл заложил в физику основы представления о поле, которое проявляется в том, что оказывает силовое воздействие на вещество, а также переносит энергию.Позднее учёные научились передавать информацию с помощью электромагнитного взаимодействия.

Эйнштейн на основе своего «озарения» и постулатов Специальной теории относительности “доказал”, что превыше скорости света ничего нет и приписал гравитационному взаимодействию ограничения скорости света, вписав гравитацию в Общую теорию относительности. Как мы увидим дальше, Эйнштейн ошибся, “доказав” в Общей теории относительности, что никакая информация не может быть передана со скоростью, превышающей скорость света.

В принципе современная физика в основном занята изучением взаимодействующих полей, одним из которых является поле, открытое Максвеллом — электромагнитное поле. Интерес физиков представляют поля, которые распространяются в виде волн, но не в какой-либо среде, как звуковые волны в воздухе, а просто как волны поля в вакууме.

Повторим, что современное состояние физической науки таково, что учёные выделяют четыре вида взаимодействий — электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. До сих пор учёные придерживаются мнения, что если эти четыре фундаментальных типа взаимодействий существуют в физике, значит они существуют и в природе, в Объективной реальности. Каждому из эт<