Бухалов И.П.

Физика инерции и гравитации

Soderzhanie

Vvedenie

Problema ob'edineniya fundamental'nikh vzaimodejstvij, nesmotrya na ogromnie zatrachennie usiliya, tak i ostalas' nereshennoj problemoj teoreticheskoj fiziki XX veka. Dva ee stolpa -- obschaya teoriya otnositel'nosti (OTO) i kvantovaya teoriya polya (KTP) -- okazalis' nesovmestimimi. Ni kalibrovochnij podkhod KTP, pozvolivshij ob'edinit' tri iz chetirekh vzaimodejstvij, ni mnogomernie geometricheskie modeli tipa "teorij Kalutsi-Klejna", ni supersimmetrichnie teorii (postroennie na simmetrii bozonnikh i fermionnikh polej), vklyuchaya supergravitatsiyu i teoriyu strun, ne dali ozhidaemogo rezul'tata [1], [2]. Kamnem pretknoveniya okazalas' gravitatsiya -- universal'noe vzaimodejstvie, v kotorom odinakovo uchastvuyut vse vidi materii. Kvantovanie gravitatsii, podobno kvantovaniyu drugikh polej, okazalos' nevozmozhnim vvidu neperenormiruemosti teorii, osnovannoj na lagranzhiane OTO [3]. Razvivayutsya, pravda, teorii, naprimer binarnaya geometrofizika, osnovannie na pryamom mezhchastichnom vzaimodejstvii (v kotorikh otsutstvuyut bozonnie polya), gravitatsiya pri etom okazivaetsya indutsirovana drugimi vidami vzaimodejstvij [2]. Suschestvuyut varianti soglasovaniya TO s printsipom Makha vvedeniem dopolnitel'nikh skalyarno-tenzornikh polej [1]. Odnako i eto ne reshaet problemu. V silu ryada prichin, prezhde vsego kontseptual'no-metodologicheskogo kharaktera, ni odna iz perechislennikh teorij ne v sostoyanii dat' otvet na osnovnoj vopros: kakova priroda gravitatsii, v chem ee fizicheskaya sut'? Na segodnyashnij den' gravitatsiya, s tochki zreniya ofitsial'noj fizicheskoj nauki, opirayuschejsya na TO i kvantovuyu teoriyu, ostaetsya samoj zagadochnoj i neponyatnoj siloj prirodi. Skazannoe zastavlyaet sdelat' vivod: predstavleniya o pustom prostranstve TO (pust' dazhe napolnennom kvantovimi fluktuatsiyami virtual'nikh chastits) v sochetanii s abstraktnoj metodologiej vedut k nesootvetstviyu nauchnogo znaniya real'nosti i ne pozvolyayut dvigat'sya dal'she po puti iziskaniya Istini. "V obidennom soznanii znamenitaya teoriya otnositel'nosti schitaetsya neponyatnim, no nepostizhimo strojnim produktom chelovecheskogo razuma, chem-to vrode neformuliruemogo bozhestvennogo otkroveniya", -- skazano v [4]. Sto let upornoj raboti, polagaem, dostatochno dlya postizheniya nekotorikh istin, pochemu bi ne nachat' poiski otveta na postavlennij vishe osnovnoj vopros na kakomnibud' inom, kardinal'no al'ternativnom puti?

Vspomnim, chto sozdanie TO bilo obuslovleno nulevim rezul'tatom opitov A.Majkel'sona po opredeleniyu vliyaniya dvizheniya Zemli na skorost' sveta. G.A.Lorentsu i Dzh.Fitszheral'du udalos' postroit' teoriyu svetovogo efira, ob'yasnyayuschuyu nevozmozhnost' obnaruzhit' eto dvizhenie (sokraschenie plech interferometra pri dvizhenii skvoz' efir, a takzhe videlennost' sistemi otscheta, v kotoroj efir pokoitsya), odnako A.Ejnshtejn v 1905 g. s tsel'yu sokhraneniya simmetrii uravnenij Maksvella i stremleniya k prostote "elektrodinamiki dvizhuschikhsya tel" predlozhil otkazat'sya ot "svetonosnogo efira" i "absolyutno pokoyaschegosya prostranstva" vidvinuv t.n. "printsip otnositel'nosti". V dejstvitel'nosti eto bilo idealizatsiej real'nosti. Vidnie fiziki nachala XX v. prizivali k razumnoj ostorozhnosti po otnosheniyu k pospeshnomu priznaniyu TO. Tak, I.I.Borgman, professor peterburgskogo universiteta, virazhal nadezhdu na sokhranenie kontseptsii efira: "Ideya efira... rukovodila iziskaniyami vsekh krupnejshikh issledovatelej v oblasti fiziki... Veroyatno, i v buduschem ona posluzhit nam..." (1911 g.). Professor D.A.Gol'dgammer (Kazanskij un-t) v 1916  g. pisal, chto TO "vnosit chereschur bol'shie izmeneniya v nashi predstavleniya o vremeni i prostranstve i vedet k inim zatrudneniyam, znachenie kotorikh, po-vidimomu, ves'ma veliko". K sozhaleniyu, k takim preduprezhdeniyam vovremya ne prislushalis'. Sejchas izvestno [4], [5], [7], [21] chto rezul'tati ni opitov Majkel'sona-Morli, ni posleduyuschikh opitov D.Millera, TroutonaNobla, Morli-Millera, Pikkara-Staelya i dr. strogo govorya ne bili nulevimi i esli b razobrat'sya v fizike yavlenij i v prichinakh protivorechij suschestvovavshikh v to vremya efirnikh teorij (spor mezhdu storonnikami nepodvizhnogo efira Frenelya (Lorents) i uvlekaemogo (Gerts)), v fundamental'noj nauke mozhno bilo bi ozhidat' progressivnikh sdvigov. Poluchilos' zhe tak, chto eksperiment Majkel'sona-Morli okazalsya sokrushitelem kontseptsii efira, posle chego priverzhennost' ej stala rassmatrivat'sya ne bolee kak svidetel'stvo konservatizma vzglyadov, porozhdaemogo "neponimaniem relyativistskoj kartini Mira".

V dejstvitel'nosti, pobeda Ejnshtejna "bila lish' dan'yu pozitivistskoj mode". Dejstvie sostoyalos' i fizika, otvernuvshis' ot real'nosti, poshla po naibolee udobnomu, abstragirovannomu ot dejstvitel'nosti sub'ektivno-idealisticheskomu puti. Na nachal'nom etape takoj podkhod esche bil otnositel'no produktiven, odnako so vremenem sebya polnost'yu ischerpal i v nastoyaschee vremya neobkhodimo priznat', chto v svoej kontseptual'noj osnove sovremennaya fundamental'naya fizika zashla v tupik -- vmesto yasnoj fizicheskoj kartini Mira mi imeem nabor abstraktno-matematicheskikh modelej, prizvannikh s toj ili inoj stepen'yu adekvatnosti otrazhat' kakuyu-libo iz storon real'nosti. Dal'nejshee dvizhenie po etomu puti bol'she ni k chemu konstruktivnomu ne privedet. Po-vidimomu, sejchas eto stali ponimat' dazhe storonniki relyativizma.

V poslednee vremya nametilas' tendentsiya, po suti novoe napravlenie v fundamental'noj fizike -- issledovanie gipotezi t.n."relyativistskogo efira" (Einstein Ether). Rol' "efira" v teoriyakh otvoditsya kvantovannim polyam rozhdayuschikhsya i annigiliruyuschikh chastits-antichastits fluktuiruyuschego vakuuma KTP. Teoriya kvantovannikh polej beret nachalo v 1928 g., kogda P.Dirak dlya ustraneniya trudnostej kvantovoj mekhaniki relyativistskogo elektrona (suschestvovanie reshenij s otritsatel'noj polnoj energiej) prishel k vivodu o neobkhodimosti vvedeniya elektronpozitronnogo vakuuma -- "morya" zaryazhennikh chastits, nakhodyaschikhsya v samom nizkom energeticheskom sostoyanii. Pozzhe ponyatie vakuuma KTP rasshirilos'. V 1947  g. U.E.Lemb i R.Rezerford pokazali, chto smeschenie urovnej energii svyazannikh sostoyanij elektrona vo vneshnem pole vizvano kvantovimi fluktuatsiyami vakuuma elektromagnitnogo i elektronpozitronnogo polej (effekt Lemba-Rezerforda obuslovlen polyarizatsiej vakuuma, t.e. izmeneniem v raspredelenii virtual'nikh par chastitsantichastits pod vozdejstviem elektromagnitnogo polya). Poskol'ku vakuum KTP v sovremennoj fizike v opredelennoj mere beret na sebya rol' efira, ryad issledovatelej-relyativistov, soznavaya eto i usomnivshis' v absolyutnoj spravedlivosti TO, ischut granitsi ee primenimosti. Naprimer, Alan Kosteleki (un-t Indiani) vidvigaet gipotezi, dopuskayuschie narushenie lorentsevoj SO (1,3) i SRT -simmetrii v ryade suschestvuyuschikh teorij (obobscheniya Standartnoj modeli, teorii strun, N-bran i dr.). Planiruyutsya i provodyatsya eksperimenti po poisku predskazivaemikh effektov (asimmetrii svojstv chastits i antichastits, ikh tsiklicheskikh izmenenij, svyazannikh s vrascheniem Zemli (R.Bluhm i dr.), opredelenie ogranichenij na parametri Standartnoj modeli (J.A.Lipa), eksperimenti s "chasami" na bortu MKS). Sozdayutsya "strunnie" modeli vakuuma, v kotorikh fermioni i kalibrovochnie bozoni predstavleni kvazichastitsami -- kollektivnimi kolebaniyami vakuuma-efira kak nekogo "strunnogo kondensata" (M.Levin, X.-G.Wen, Massachusetskij tekhnol. in-t). O drugom napravlenii -- nerelyativistskom efirnom podkhode -- budet skazano nizhe. Itak, razvitie fiziki, v osnovnom blagodarya uspekham v izuchenii svojstv vakuuma i chastits visokikh energij, diktuet neobkhodimost' vernut'sya k istokam -- k kontseptsii efira, no na sovremennom urovne, ispol'zuya dostizheniya fiziki elementarnikh chastits, toj zhe TO i kvantovoj teorii, pereosmisliv ikh i vzyav iz nikh vse polozhitel'noe, ratsional'noe. Pri etom vozmozhni dva podkhoda. (1) Otkazat'sya ot postulatov TO i rassmatrivat' vakuum-efir kak klassicheskuyu sredu, predstavlennuyu zapolnyayuschej prostranstvo neprerivnoj libo diskretnoj nekvantovannoj material'noj substantsiej, otvetstvennoj za vzaimodejstviya i rasprostranenie vozmuschenij. Takoj podkhod apelliruet k klassicheskim ponyatiyam prostranstva i vremeni, k determinirovannosti lyubikh, ne tol'ko makro, no i skol' ugodno malikh mikroskopicheskikh protsessov, a takzhe k suschestvovaniyu "subkvantovikh" urovnej organizatsii materii. (2) Sledovat' metodologii sovremennikh teorij i rassmatrivat' relyativistskij vakuum-efir KTP kak kvantovopolevoe vakuumnoe sostoyanie v prostranstve-vremeni Minkovskogo. Takoj efir predpolagaet kinematicheskuyu lorents-invariantnost', nedeterminirovannost' protsessov (lish' otsenku veroyatnosti), subkvantovie urovni materii zdes' ne suschestvuyut (kvantovie teorii v subkvantovikh urovnyakh ne nuzhdayutsya, poskol'ku chastitsi elementarni i kvanti ikh polej nedelimi). V oboikh podkhodakh mi imeem osoznanie togo, chto vakuum yavlyaetsya osoboj formoj materii, inache govorya, "pustota" -- eto ne "nichto", a "nechto", pretenduyuschee na status ontologicheskogo bazisa materii.

Nesmotrya na yavnie uspekhi kvantovopolevikh teorij v reshenii opredelennogo kruga zadach, pri nalichii gravitatsionnikh polej situatsiya rezko menyaetsya: dlya opisaniya gravitatsionnikh vzaimodejstvij, imeyuschikh svyaz' so strukturoj prostranstva i vremeni, metodologiya KTP v printsipe neprigodna. Vo-pervikh, esli provodit' analogiyu s elektrodinamikoj i schitat', chto analogichno fotonam perenoschikami gravitatsionnogo vzaimodejstviya yavlyayutsya gipoteticheskie kvanti polya -- "gravitoni" (chastitsi s nulevoj massoj pokoya i spinom 2), to o probleme kvantovaniya gravitatsii, ochevidno, mozhno bilo bi govorit' lish' posle eksperimental'nogo dokazatel'stva suschestvovaniya gravitatsionnogo izlucheniya, prichem v tom ego vide, kotorij predskazivaet OTO (vozmozhno, drugaya polevaya teoriya "tyagoteniya"), u nas zhe est' veskie osnovaniya utverzhdat' nevozmozhnost' etogo. Krome togo, esli b dazhe suschestvovanie gravitonov OTO bilo dokazano, kvantovanie gravitatsii standartnimi metodami KTP vse ravno bilo bi nevozmozhno vvidu universal'nosti "tyagoteniya" i printsipial'noj nelinejnosti polevikh uravnenij teorii (graviton vzaimodejstvoval bi ne tol'ko, skazhem, s protonom, no i s drugimi gravitonami, inache govorya, "gravitatsiya" bi "gravitirovala"), kvantovanie okazivaetsya vozmozhnim lish' na osnove linearizovannoj OTO i vdali ot t.n. plankovskoj oblasti... Absurdni i protivorechivi popitki kvantovoj interpretatsii inertsii. V silu printsipa ekvivalentnosti OTO inertsiya lokal'no tozhdestvenna gravitatsionnomu polyu, ili s kvantovoj tochki zreniya -- polyu gravitonov. Odnako etomu "polyu" nevozmozhno pridat' status real'nogo fizicheskogo ob'ekta -- esli bi takoe pole kvantov suschestvovalo, ego suschestvovanie okazalos' bi v zavisimosti ot zhelaniya uskorenno dvizhuschegosya nablyudatelya, poskol'ku v OTO pole sil inertsii yavlyaetsya koordinatnim, a ne fizicheskim, kak gravitatsionnoe. Dobavim, chto vsledstvie effekta Fullinga-Unru imeyutsya trudnosti v opredelenii vakuumnikh sostoyanij drugikh (negravitatsionnikh) polej materii. Vo-vtorikh -- i eto glavnoe -- gravitatsionnoe vzaimodejstvie kachestvenno otlichno ot ostal'nikh, porozhdaemikh veschestvom vzaimodejstvij i ponyatie "kvant polya" kak beruschee nachalo iz TO, k nemu v printsipe neprimenimo. Dejstvitel'no, TO potrebovala otkaza ot efira kak sredi peredachi vzaimodejstvij i ponyatie "pole" ("energiya") stalo v sovremennoj fizike nekoj samostoyatel'noj material'noj suschnost'yu, v takom vide ono prishlo i v KTP. Gravitatsionnoe zhe vzaimodejstvie, kak uvidim, trebuet drugogo vzglyada na prirodu veschej, predpolagayuschego chetkoe razgranichenie ponyatij "materiya" i "energiya" i trebuyuschego spustit'sya s "veschestvennogo" (kvantovogo) na bolee glubinnij, subkvantovij uroven' organizatsii materii. Esli zhe govorit' o "kvantakh gravitatsii", to v subkvantovoj srede vozmozhni sostoyaniya v vide lokal'nikh vozbuzhdenij -- "polej kvazichastits sredi", ne svyazannikh s perenosom materii.

Vakuum "virtual'nikh gravitonov" kak "kvantov polya tyagoteniya" ne suschestvuet. Po etoj prichine "relyativistskij efir" KTP neobkhodimo ostavit', priznav, chto eto ne bolee chem dan' mode fiziki XX veka, i iskat' reshenie zadachi v ramkakh drugogo podkhoda -- vernut'sya k klassike i lish' potom dvigat'sya dal'she, no v drugom, otlichnom ot TO i KTP napravlenii. Razumeetsya, gravitatsiyu i rodstvennoe ej yavlenie inertsii nevozmozhno rassmatrivat' v otrive ot veschestva i drugikh vzaimodejstvij -- elektromagnitnogo, yadernogo, slabogo -- vse oni dolzhni najti adekvatnoe virazhenie v ramkakh takogo podkhoda. Po povodu zhe kvantovorelyativistskogo podkhoda dopolnitel'no otmetim, chto v ramkakh ego abstraktnoj formalizovannoj skhemi imeet mesto lish' opisanie yavlenij i v etom -- prichina ego printsipial'noj fizicheskoj ogranichennosti, lishayuschej ego svobodi i ratsional'nosti klassicheskikh teorij.

U ratsional'nogo vzglyada na Mir est' svoi metafizicheskie korni, prichem bolee glubokie, nezheli u postulirovaniya simmetrii elektromagnitnikh yavlenij ili besstrukturnosti elementarnikh chastits. Esche v XIX veke bila izvestna klassifikatsiya form dvizheniya materii, virazhayuschaya kachestvennuyu ierarkhiyu material'nogo ustrojstva Mira, i vmeste s tem otrazhayuschaya evolyutsiyu materii Mirozdaniya ot prostejshego mekhanicheskogo peremescheniya do visshej formi -- mishleniya. Form etikh pyat': mekhanicheskaya, fizicheskaya, khimicheskaya, biologicheskaya i sotsial'naya. Kazhdaya nizshaya forma posredstvom kachestvennogo skachka perekhodit v visshuyu. Kazhdaya visshaya forma soderzhit v sebe kak podchinennij element nizshuyu formu, no kak virazhayuschaya bolee visokij uroven' organizatsii materii, ne svoditsya k nej. Ne eto li est' pryamoe ukazanie na to, chto v osnove material'nogo ustrojstva Mira (ot "fizicheskogo vakuuma" do Vselennoj v tselom), vsekh ego proyavlenij (vklyuchaya fenomen zhizni), dolzhna lezhat' nekaya pervomateriya -- substrat, edinstvennoj formoj suschestvovaniya kotoroj yavlyaetsya mekhanicheskoe dvizhenie? Logika i zdravij smisl (sovershenno otsutstvuyuschij v abstraktnoj fizike) podskazivayut, chto takoe utverzhdenie imeet pod soboj ser'eznie osnova niya, v nastoyaschee zhe vremya k etomu est' i real'nie ob'ektivnie predposilki. Analiz dannikh fiziki vakuuma i eksperimentov s chastitsami visokikh energij pozvolyaet postroit' neprotivorechivuyu model' nerelyativistskogo efira [5], [6], [7] kak gazopodobnoj sredi, zapolnyayuschej prostranstvo i yavlyayuschejsya v to zhe vremya stroitel'nim materialom elementarnikh chastits, vsekh vidov veschestva. Prinyav takuyu, nepriemlemuyu s tochki zreniya abstraktnoj fiziki kontseptsiyu, stanovitsya tem ne menee ponyatnim, lishennim oreola misticheskoj tainstvennosti prakticheski vse iz togo, chto v sovremennoj fizike prinyato otnosit' k kategorii abstraktnoj fenomenologii: kvantovopolevie effekti (polyarizatsiya vakuuma, annigilyatsiya chastits-antichastits i rozhdenie chastits iz vakuuma, "rezonansnie" sostoyaniya materii, effekt Kazimira, effekt FullingaUnru i t.d. i t.p.), iskrivlennoe prostranstvo i effekti TO, fizicheskaya suschnost' massi, elektricheskogo zaryada, spina, nakonets, chetirekh fundamental'nikh vzaimodejstvij i ikh polej, v tom chisle i gravitatsii. Bolee togo, okazivaetsya vozmozhnim nevozmozhnoe v sovremennoj abstraktnoj fizike -- svedenie vsekh vzaimodejstvij k odnomu universal'nomu, ikh ob'edinenie. V etoj svyazi khotelos' bi napomnit' slova G.Gel'mgol'tsa: "Ee [fizicheskoj nauki] missiya zavershitsya, kak tol'ko udastsya okonchatel'no svesti yavleniya prirodi k prostim silam i dokazat', chto takoe svedenie -- edinstvennoe, dopuskaemoe etimi yavleniyami".

Nepriyatie ratsional'nogo vzglyada na Mir sovremennoj fizikoj svyazano s ego kazhuschimsya "tekhnicheskim" kharakterom, apelliruyuschim k "grubim material'nim elementam", v protivoves prinyatomu eyu za metodologicheskuyu osnovu "chistomu kontseptual'nomu" podkhodu, abstragirovannomu ot etikh "elementov" i veduschemu v oblast' "visokikh sfer". Teoretikam i filosofam takoj podkhod predstavlyaetsya bolee glubokim i fundamental'nim (khotya v dejstvitel'nosti on okazivaetsya prosto bolee udobnim, pozvolyayuschim stroit' "chistie" abstraktnie konstruktsii, ne obyazannie sootnosit'sya s fizicheskoj real'nost'yu). Po vsej vidimosti oba podkhoda mogli bi imet' pravo na zhizn', pri etom ne tol'ko sopernichaya, no i vzaimno dopolnyaya drug druga, esli bi opirayas' na raznie metodologii, oni presledovali bi i raznie tseli: pervij, v bol'shej stepeni materialistichnij, stavil bi vopros "kak ustroen Mir?", v ramkakh zhe vtorogo, sklonnogo k poisku "ideal'nikh nachal", mozhno bilo bi stavit' vopros po-drugomu -- "pochemu Mir ustroen tak, a ne inache?" Postanovka voprosov tsenna uzhe sama po sebe i potomu takaya vzaimosvyaz' podkhodov (esli bi poslednij ogranichil svoyu missiyu lish' postanovkoj voprosov) bila bi plodotvorna kak dlya fizicheskoj nauki, tak i dlya metafizicheskogo osmisleniya real'nosti. Nas sejchas, odnako, interesuet ne eto, a chisto fizicheskij vopros "kak?" i poskol'ku, kak mi viyasnili, vtoroj podkhod otveta ne daet, obraschaemsya k pervomu.

Sovremennaya nauka priznav, nakonets, chto v fizicheskom otnoshenii prostranstvo predstavlyaet soboj nekij slozhnij ob'ekt -- "fizicheskij vakuum", tem ne menee v polnoj mere ne priznaet za poslednim "vakuumnogo sostoyaniya materii". Vakuum-efir nedostupen nashim organam chuvstv i pryamomu pribornomu nablyudeniyu, status "efira" ne opredelen i pod ponyatiem "materiya" v sovremennoj fizike ponimaetsya "veschestvo" ili "pole" v pustom besstrukturnom prostranstve. Poetomu, polagaya "materiej" ne tol'ko veschestvo, no i "vakuumnoe sostoyanie" prostranstva i ostavlyaya kvantovo-relyativistskie postulativnie formulirovki sfere "visokoj nauki", primem za osnovu efirodinamicheskuyu model' Mira, yavlyayuschuyusya konstruktivnim obobscheniem gazodinamicheskikh efirnikh modelej, predstavlennikh v rabotakh [5], [6], [7] i ryada dr. Kvantovie i relyativistskie effekti pri etom vozniknut kak sledstviya prinimaemoj modeli, a ne abstraktnikh umozritel'nikh postulatov TO i KTP, vozvedennikh sovremennoj fizikoj v rang "absolyutnikh istin".

V kratkom izlozhenii sut' modeli takova. Vse mirovoe prostranstvo mezhdu telami ot kosmicheskikh ob'ektov do elementarnikh chastits zapolneno material'noj sredoj -- visokoenergeticheskoj gazopodobnoj substantsiej, pustota v prirode ne suschestvuet. Eta substantsiya -- vakuumnaya sreda, kotoruyu uslovno budem nazivat' "vakuumom", "efirom" ili "efirnim gazom", -- po predpolozheniyu obladaet nekotorim naborom svojstv idealizirovannikh veschestvennikh gazopodobnikh sred i pri opredelennikh usloviyakh -- visokoj stepen'yu sklonnosti k samoorganizatsii v vide vikhreobrazovanij, kotorie yavlyayutsya zachatkami elementov obichnoj materii -- elementarnikh chastits. Takim obrazom, ona yavlyaetsya "stroitel'nim materialom" i elementarnikh chastits, i veschestva kak mikro, tak i makrotel Vselennoj. "Transformatsiya efira v vesomoe veschestvo bila genial'noj teoreticheskoj dogadkoj", skazano v [7]. Veschestvo, vse chastitsi i material'nie tela neprerivno pogloschayut energiyu efira okruzhayuschego prostranstva i etot protsess yavlyaetsya neobkhodimim usloviem ikh suschestvovaniya. Efir est' pervomateriya, t.e. predshestvuyuschij elementarnim chastitsam, bolee glubinnij uroven' organizatsii materii. Razmer "atomov" efira mal, tak chto dazhe na urovne "obichnikh" elementarnikh chastits ego mozhno rassmatrivat' kak sploshnuyu sredu, tem ne menee, po predpolozheniyu k opisaniyu efira kak sredi primenimi obichnie metodi klassicheskoj fiziki -- gidro- i gazovoj dinamiki, a takzhe termodinamiki, statistiki i kineticheskoj teorii. Voznikayut, pravda, voprosi: v kakoj mere efirnij gaz mozhno schitat' "klassicheskim" i vse li parametri veschestvennikh gazov (naprimer, massa i massovaya plotnost') adekvatno primenimi k efirnoj srede? Kak uvidim, voprosi eti ne prosti. Fizicheskimi invariantami vakuumnoj, ili efirnoj dinamiki (dalee sokraschenno EFD), v otlichie ot sovremennoj relyativistskoj fiziki, yavlyayutsya: trekhmernoe evklidovo prostranstvo, nezavisimo tekuschee vremya i materiya v dvukh sostoyaniyakh -- v vide elementarnikh chastits, strukturirovannikh v "obichnoe" veschestvo, i v vide zapolnyayuschego prostranstvo razrezhennogo szhimaemogo efirnogo gaza. Kinematika EFD (pri lyubikh skorostyakh dvizheniya) predpolagaet, poetomu, spravedlivost' preobrazovanij Galileya, a ne Lorentsa (lorents-invariantnost' v EFD neobkhodimo ponimat' lish' kak lokal'noe ogranichenie na skorost' rasprostraneniya malikh vozmuschenij v efirnoj srede). Energiya s tochki zreniya EFD est' svojstvo materii, kharakterizuyuschee sostoyanie ee dvizheniya i sama po sebe ne yavlyaetsya substantsiej, mass-energeticheskie prevrascheniya chastits (annigilyatsiya, izmenenie massi pri yadernom raspade i t.d.) opredelyayutsya poetomu ne perekhodom massi v energiyu (ili naoborot), a efirodinamicheskim kharakterom protsessov -- materiya iz odnogo sostoyaniya (naprimer, chastits veschestva) polnost'yu ili chastichno mozhet perejti v drugoe (szhimaemij efirnij gaz) v polnom sootvetstvii protsessov zakonam sokhraneniya massi-energii-impul'sa. Imenno tak neobkhodimo ponimat' sootnoshenie E = ms², virazhayuschee svyaz' materii s ee svojstvom - energiej. V etom zaklyucheno korennoe otlichie EFD ot relyativistskikh teorij, gde pole (energiya) naryadu s veschestvom ob'yavleno samostoyatel'nim vidom materii, ne nuzhdayuschemsya v material'nom nositele -- efire. (Utverzhdeniya Ejnshtejna o tom, naprimer, chto "vsyakaya energiya vedet sebya podobno veschestvu; kusok zheleza vesit bol'she, kogda on raskalen dokrasna, chem kogda on kholoden; izluchenie, ispuskaemoe Solntsem i prokhodyaschee cherez prostranstvo, soderzhit energiyu i poetomu imeet massu...", sdelani im v ramkakh filosofskikh kontseptsij energetizma.)

Energiya est' svojstvo materii. Odnako efirnaya materiya printsipial'no ne nablyudaema, energeticheskie zhe ee proyavleniya v ryade sluchaev okazivayutsya dostupni pribornomu nablyudeniyu. Inache -- efirnaya materiya vosprinimaetsya kak energeticheskoe napolnenie prostranstva. Pri etom material'nost' efira virazhaetsya v tom, chto vakuum soderzhit v sebe vse potentsial'no, imenno eto proyavlyaetsya v ryade kvantovopolevikh effektov, naibolee naglyadnij primer - rozhdenie chastits iz vakuuma v sil'nikh elektromagnitnikh polyakh.

Vopros o fundamental'nosti vakuuma EFD, t.e. vopros "Chto nakhoditsya v promezhutkakh mezhdu efirnimi chastitsami i iz chego sostoyat sami eti chastitsi?" - ostaetsya, voobsche govorya, otkritim. Dlya opredelennosti budem schitat', chto chastitsi pogruzheni v nekij besstrukturnij fizicheskij kontinuum, otozhdestvlyaemij s fizicheskim prostranstvom. Chto kasaetsya samikh chastits, to imeyut mesto dva varianta. (1) Chastitsi besstrukturni, t.e. fundamental'ni. (2) Chastitsi imeyut strukturu i predstavimi v vide strun, nitej, toroidal'nikh vikhrej i t.d., vozmozhno sostoyat iz bolee melkikh chastits efira-2, kak eto dopuskaetsya v [5]. V etom variante materiya ne imeet "dna" i ee mozhno drobit' vglub' do beskonechnosti. Nas v dal'nejshem budet interesovat' fizicheski beskonechno malij ob'em, soderzhaschij bol'shoe chislo chastits, dostatochnoe dlya togo, chtobi sredu schitat' neprerivnoj i ukazannim voprosom ne interesovat'sya. V "kvazichastichnom" podkhode, pri kvantovanii sredi s tsel'yu videleniya strukturnikh edinits na urovne elementarnikh chastits veschestva, kvazichastitsi, razumeetsya, ne budut fundamental'ni, odnako takoe zhe polozhenie imeet mesto i v otnoshenii "obichnikh" elementarnikh chastits, tak chto slozhnostej kontseptual'nogo kharaktera zdes' takzhe ne voznikaet.

Sovremennaya nauka ne raspolagaet informatsiej o stroenii materii na subkvantovom urovne, poetomu v dal'nejshem budem ispol'zovat' ryad rezul'tatov, prezhde vsego kasayuschikhsya stroeniya veschestva, predstavlen nikh v ukazannikh vishe rabotakh. Elementarnie chastitsi v sootvetstvii s [5], [6], [7] yavlyayutsya protyazhennimi plotnimi ob'ektami, predstavlyayuschimi soboj kvazizamknutie toroidal'nie efirnie vikhri, obrazuyuschie ustojchivie dinamicheskie strukturi. Ikh vzaimodejstvie obuslovleno vikhrevimi vakuumnimi potokami. Razumeetsya, predstavlennie modeli priblizhenni i daleki ot zaversheniya i, kak skazano v [7], "...dlya poznaniya nevidimikh protsessov mikromira potrebuyutsya mnogochislennie i dolgovremennie issledovaniya". Tem ne menee predstavlennie rezul'tati vse zhe blizhe k istine, nezheli eto mozhet bit' predlozheno sovremennoj abstraktnoj fizikoj, postuliruyuschej v sootvetstvii s trebovaniyami TO i printsipom neopredelennosti tochechnost' (besstrukturnost', nedeformiruemost') elementarnikh chastits veschestva. Takoj vivod mozhno sdelat' uzhe khotya bi potomu, chto na osnove ukazannikh modelej okazalos' vozmozhnim ponyat' prirodu i postroit' neprotivorechivuyu model' inertsii i gravitatsionnikh vzaimodejstvij.

V rabotakh [5] i [6] dani chislennie znacheniya parametrov efirnogo gaza, poluchennie na osnovanii prinyatikh efirodinamicheskikh modelej. Pokazan protsess formirovaniya elementarnikh chastits veschestva szhatiem efirnikh vikhrej. Predstavlena efirodinamicheskaya model' osnovnikh fundamental'nikh vzaimodejstvij: yadernogo, slabogo, elektromagnitnogo, pokazana struktura svetovikh kvantov (fotonov). Chto kasaetsya gravitatsii, to etot vopros trebuet utochnenij, izmenenij i dopolnenij. Krome togo, v [5] polnost'yu ostalos' v storone yavlenie inertsii, a takzhe printsip ekvivalentnosti -- opitnij fakt, virazhayuschij ravenstvo inertnoj i gravitatsionnoj mass. Da i samo ponyatie massi nuzhdaetsya v utochnenii, poskol'ku v sovremennoj fizike ono otneseno k kategorii neopredelyaemikh i ne imeet odnoznachnogo tolkovaniya [19]. Nakonets, osnovu podkhoda EFD, bez chego nevozmozhno ob'yasnenie i opisanie nikakikh yavlenij fizicheskogo Mira, sostavlyaet obosnovanie mekhanizmov vzaimodejstviya plotnikh efirnikh obrazovanij -- elementarnikh chastits veschestva -- s razrezhennoj visokoenergeticheskoj efirnoj sredoj, chego takzhe v dostatochno udovletvoritel'noj mere poka ne bilo sdelano. Etim voprosam, a takzhe mnogim drugim, svyazannim s nimi, posvyaschena predlagaemaya rabota.

Osnovivayas' na klassicheskoj gidrodinamike i impul'sno-energeticheskoj modeli nuklon-efirnikh vzaimodejstvij v pervoj glave rassmotren mekhanizm vozniknoveniya sil inertsii i inertnoj massi kak dinamicheskoj kharakteristiki material'nikh tel. Vvedenie ponyatiya "massa", kak stanovitsya yasno iz § 1.1, svyazano s opredelennimi trudnostyami kontseptual'nogo kharaktera. Dalee, v § 1.2, rassmotreni "relyativistskie" effekti, voznikayuschie pri subsvetovom dvizhenii tel (chastits), kotorie na samom dele (isklyuchaya otnositel'nost' odnovremennosti) est' sledstviya EFD, a ne TO. Viyasnen smisl, zalozhennij v energeticheskom sootnoshenii E₀ = ms² -- sobstvennaya energiya chastitsi kak mera "vnutrennikh dvizhenij materii" i "vnutrennikh uprugikh deformatsij".

Vtoraya glava posvyaschena gravitatsionnim vzaimodejstviyam. V ramkakh prinyatoj kontseptsii vakuuma kak szhimaemoj sredi pokazana fizicheskaya sut' yavleniya gravitatsii, takikh kharakteristik tel kak passivnaya i aktivnaya gravitatsionnie massi, svyaz' gravitatsii s yavleniem inertsii i, kak sledstvie modeli EFD, -- estestvennim obrazom vitekayuschij iz nee printsip ekvivalentnosti, kotorij, tem ne menee, v § 2.1 i v posleduyuschikh glavakh podvergnut zhestkomu analizu. Dalee rassmotreni "relyativistskie" gravitatsionnie effekti i ogranicheniya, pri kotorikh uravneniya EFD formal'no svodyatsya k uravneniyam OTO. Pokazano, chto kul'minatsiej takogo "formalizma" yavlyaetsya model' "chernikh dir" OTO, v ramkakh zhe podkhoda EFD suschestvovanie takikh ob'ektov nevozmozhno, bolee togo, vivodi EFD po etomu voprosu kardinal'no otlichayutsya ot vivodov OTO. V § 2.3 i § 2.4 predstavlen astrofizicheskij aspekt voprosa i na osnove kharakteristik "virozhdennikh" zvezd -- "belikh karlikov" opredeleni klassicheskie gazodinamicheskie parametri sredi (plotnost', davlenie i t.d.). Esli ikh ponimat' kak efirodinamicheskie "veschestvennie" parametri, to v sootvetstvii s model'yu nuklon-efirnikh vzaimodejstvij mozhno govorit' o chisto gidrodinamicheskom opisanii i ob effektivnoj neszhimaemoj srede s plotnost'yu poryadka yadernoj. V zaklyuchenie 2-j glavi predstavlen termodinamicheskij podkhod k raschetu energii gravitatsionnikh polej i dana kontseptsiya aktivnoj gravitatsii, vskrivayuschaya svyaz' gravitatsionnikh i yadernikh sil i edinstvo prirodi vzaimodejstvij.

V tret'ej glave rassmatrivayutsya nestaticheskie gravitatsionnie polya i vozmozhnost' suschestvovaniya gravitatsionnikh voln. Obsuzhdaya strukturu i energetiku voln, a takzhe napravleniya i vozmozhnosti gravitatsionnikh eksperimentov stanovitsya yasno, pochemu eti volni do sikh por ne obnaruzheni i mogut li oni voobsche kogda-libo bit' obnaruzheni. Parallel'no obsuzhdayutsya voprosi fizicheskikh model'nikh predposilok i strukturnogo analiza metricheskikh (OTO) i drugikh polevikh teorij gravitatsii, v osnove kotorikh lezhit kontseptsiya "tyagoteniya".

V chetvertoj glave izlagaetsya sut' kvantovogo podkhoda k postroeniyu modeli inertsii i gravitatsii v ramkakh EFD. Osnovoj podkhoda yavlyaetsya predpolozhenie o suschestvovanii kvazichastits efirnoj sredi. Pokazano, chto neobkhodima inaya, otlichnaya ot veroyatnostnoj, interpretatsiya kvantovikh yavlenij. Indeterminizm sovremennikh kvantovikh teorij est' sledstvie nevernikh iskhodnikh polozhenij -- otsutstviya sredi i fundamental'noj "elementarnosti" (besstrukturnosti, tochechnosti) chastits, chto v lokal'noj KTP s neizbezhnost'yu vedet k singulyarnostyam i raskhodimostyam. Printsip neopredelennosti KTP s etoj tochki zreniya yavlyaetsya lish' udobnoj dlya raschetov skhemoj, dopuskayuschej narushenie zakonov sokhraneniya ("neopredelennost'" voznikaet pri lokalizatsii chastits vsledstvie "energetichnosti" potokov). V § 4.3 vnov' obsuzhdaetsya printsip ekvivalentnosti, gde dokazivaetsya ego polnaya nesostoyatel'nost' vvidu narusheniya prichinnosti pri formal'noj zamene gravitatsii silami inertsii. Neobkhodimost' ucheta prichinnosledstvennikh svyazej yavlyaetsya vazhnim vivodom EFD, pozvolyayuschim postroit' model' vzaimodejstvij s uchastiem sil inertsii i gravitatsii. § 4.4 posvyaschen kvantovo-polevomu opisaniyu sredi, ustanovlena svyaz' s podkhodom metricheskikh teorij gravitatsii. Obsuzhdayutsya "gravitoni" -- chem oni yavlyayutsya s tochki zreniya EFD. V gl. 3 dokazano, chto poperechnie gravitatsionnie volni ne suschestvuyut, vsledstvie chego model' "gravitonov" OTO -- KTP okazivaetsya nesostoyatel'noj.

Pyataya glava posvyaschena voprosam, svyazannim s rasprostraneniem sveta v gravitatsionnikh polyakh i gravitatsionno-opticheskim eksperimentam (v tom chisle poiskam neulovimogo "efirnogo vetra"), rassmotren ryad drugikh voprosov.

V poslednej glave obsuzhdayutsya gravitatsionnie eksperimenti -- osuschestvlennie i planiruemie, real'nie i nereal'nie, za isklyucheniem gravitatsionnovolnovikh i opticheskikh, obsuzhdaemikh v prediduschikh glavakh. Sleduet skazat', chto nesmotrya na neprerivno rastuschij uroven' chuvstvitel'nosti izmeritel'noj tekhniki, progressa zdes' poka malo. Neobkhodimo sovershenstvovat' kak metodiku, tak i ideologicheskij aspekt postanovki eksperimentov. Sil'nie gravitatsionnie polya dlya eksperimentov nedostupni, interpretatsiya astrofizicheskikh nablyudenij dostatochno proizvol'na, poetomu na "gravitatsiyu" privikli smotret' kak na sugubo teoreticheskuyu oblast', otsyuda -- kanonizatsiya OTO, a takzhe obilie inikh "teorij gravitatsii". Poetomu eksperimental'nij aspekt gravitatsionnikh issledovanij krajne vazhen.

Predstavlennie v tekste rascheti, vipolnyaemie v ramkakh EFD, sopostavleni s vivodami OTO i KTP, pri etom dana adekvatnaya nashej modeli traktovka ispol'zuemikh velichin. V kachestve naimenovaniya sredi ostavleno slovo "efir", khotya mozhno bilo bi govorit' o "polevoj" materii, "energeticheskoj plotnosti vakuuma" i t.d., chto, razumeetsya, ne dolzhno imet' printsipial'nogo znacheniya. Pod sokrascheniem "EFD" v dal'nejshem budem ponimat' predstavlennuyu vishe model' i razvivaemuyu v dannoj rabote ee teoreticheskuyu realizatsiyu. Predlagaemaya kniga yavlyaetsya prodolzheniem i razvitiem idej, izlozhennikh v pervoj knige avtora "Inertsiya i gravitatsiya. V poiskakh resheniya problemi". M.: KomKniga, 2007. Dlya udobstva chteniya v nee vklyucheni neobkhodimie materiali (suschestvenno pererabotannie i dopolnennie) iz ukazannoj pervoj knigi.

Yavleniya inertsii i gravitatsii vsegda ostavalis', i v sovremennoj fizike poka esche ostayutsya, "samimi zagadochnimi i neponyatnimi" proyavleniyami svojstv materii. Ponyat' ikh prirodu v ramkakh traditsionnoj kontseptsii "tyagoteniya", ostavayas' na makrourovne etikh yavlenij i dazhe spustivshis' na "mikrouroven'" sovremennoj abstraktnoj fiziki, nevozmozhno. Neobkhodimo spustit'sya na sleduyuschij, bolee glubinnij i ratsional'no ponimaemij, subkvantovij uroven' organizatsii materii.

V dokazatel'stvo neobkhodimosti podkhoda EFD (naryadu s OTO) privedem takie slova A.Ejnshtejna: "...stremlenie k edinoobraziyu v ponimanii prirodi sil privodit k gipoteze ob efire. Vprochem, neposredstvenno eta gipoteza ne imela vliyaniya na razvitie teorii tyagoteniya i fiziki voobsche, tak chto na zakon tyagoteniya N'yutona privikli smotret' kak na nekotoruyu aksiomu, ne trebuyuschuyu dal'nejshego izucheniya". (1920 g.) A dal'nejshee izuchenie neobkhodimo. Kstati, sozdatel' OTO A.Ejnshtejn (v otlichie ot ego posledovatelej) ne mislil vozmozhnosti suschestvovaniya rimanovoj strukturi prostranstva bez efira (sm. [11] -- [12]). V etom zaklyucheno odno iz osnovnikh protivorechij TO kak "logicheski zamknutoj, okonchatel'noj teorii". Po etoj prichine stanovitsya yasnim, chto predlagaemij al'ternativnij put' neobkhodim. Neobkhodim dlya togo, chtobi pokazat' -- yavleniya inertsii i gravitatsii, nikak ne ob'yasnyaemie v ramkakh TO, imeyut na samom dele dostatochno prozrachnij smisl, lishennij kakoj bi to ni bilo "misticheskoj tainstvennosti", khotya, razumeetsya, i suschestvuyut opredelennie trudnosti v ikh ponimanii.

Utochneniya i opechatki

About the author