http://www.youtube.com/watch?v=KBPZcvKMOmQ
Передача довольно сложная для восприятия, особенно в начале. Гордон "поплыл" дважды. Вначале идут очень тяжёлые математические рассуждения, с большими пропусками в середине логических выводов. Рекомендую прочитать стенограмму.
См. также:
Гордон - Диалоги: Структура вакуума (29.10.2002)
Цитата из стенограммы:
...частица как бы то есть, то ее нет. Такова ее природа, что она флуктуирует. Есть фундаментальная планковская частота — 1044 -1043 цикла в секунду. Так вот можно представить себе, что вакуум — это реальность, которая перевозникает с определенной частотой, с планковскои частотой 1044... то, что нам кажется непрерывным, на самом деле вибрирует и колеблется, бытие мерцает. Такова природа, изначальная природа вакуума.
Приведу другую цитату без комментариев:
Начинается эта глава так: "В начале сотворил [бара] Всесильный небесное и земное"[4]. Всевышний сотворил все из абсолютного ничто[5]. Из этого следует[6], что сотворение продолжается постоянно, каждую минуту и каждое мгновение.
Вот что произошло при сотворении: то, что не существовало (абсолютное ничто), стало существующим материальным нечто. Это нечто - совершенно новое, чего до того не было. И это сотворение продолжается постоянно: ежеминутно все в мире возникает заново - вновь и вновь.
Так и объясняется в книге "Тания"[7] стих "Навсегда, Б-же, слово Твое стоит в небесах"[8]. Это означает, что все творения и сейчас есть ничто и что их существование постоянно зависит от творящей воли Б-га. Более того - это значит, что сама сущность всякого творения есть Б-жест-венность.
...
[4] Брейшит, 1:1.
[5] Слово бара («сотворил») на древнееврейском языке означает «сотворение из ничего; см. комм. Рамбана к этому стиху.
[6] См. Тания, ч. 2. гл. 2.
[7] Тания, ч. 2, гл. 3.
http://chassidus.ru/likutey_sichoys/bereyshis/1/bereyshis.htm#_ftnref4
Ниже есть полная стенограмма.
Ниже есть продолжение.
Форматирование моё.
МИР КАК ВАКУУМ
Полищук Ростислав Феофанович — доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева РАН
Шелест Виталий Петрович — доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент Национальной Академии наук Украины
Ростислав Полищук. Вакуум... мир как вакуум. И физика современная является по существу физикой вакуума. И вся видимая материя — это только небольшая глава из теории вакуума. Как люди пришли к такой точке зрения, что мир есть вакуум? Вспомним самые первые представления о мире, 2,5 тысячи лет назад, древних греков. У Демокрита — мир есть сочетание атомов и пустоты. У Пифагора — мир есть число, ну а числа исчисляют атомы, поэтому это как бы теория все тех же атомов Демокрита. У Демокрита пустота — это небытие, а атомы суть бытие. Итак, пустота — это ничто. С точки зрения современной физики, пустота — это всё. А атом — это только какое-то небольшое отклонение от того, что называется пустотой, возникающее потому, что вакуум флуктуирует, он не может быть совершенно пустым. Как к этому пришла физика? Это совершенно нельзя наглядным образом себе представить, но эти взгляды появились тогда же, когда появились первые натурфилософии — Платона, Демокрита, Пифагора. Тогда же появилось умозрение, которое стало работать с несуществующими вещами, как с существующими. И было постулировано, например, Платоном существование идей, которые имеют большую реальность, чем та материя, которая этими идеями описывается. И число — это тоже идея числа, которая из податливой материи нарезает разные фигуры и весь видимый мир. И развитие физики шло параллельно развитию понятия числа, обобщению этого понятия. Поэтому для начала я скажу о числе, что это такое, как оно развивалось. И потом перейду к физике, в смысле Демокрита, чтобы показать, что вакуум — это не вакуум, не пустота, а основная физическая реальность.
Весь мир чисел можно построить из натуральных чисел, целых чисел, которые легко нам всем представить. Дальше возникли дроби. Каждая дробь определяется через пару чисел. Вещественные числа — это границы в мире дробей. Ну, например, вещественное число корень из двух — это множество тех дробей положительных, квадрат которых меньше двух. Вещественная единица — это множество всех дробей, которые меньше дроби единицы, и эта вещественная прямая будет всюду плотная. Если мы будем умножать эти прямые, скажем, сами на себя, мы получим уже плоскость. И тогда мы можем описывать комплексные числа как пару вещественных чисел.
Лейбниц говорил, что мнимые числа — это убежище божественного духа, наводил мистику. На самом деле требовалось просто обобщить понятие числа. Вообще, наука есть развивающееся понятие, физика есть наука о природе, или понятие природы, и физика в широком смысле слова включает в себя все науки. Потому что все имеет какую-то природу, структуру, и физика может их описывать. Если у нас будет время, я расскажу, как она делает нетривиальные выводы относительно динамики социальных структур.
Итак, о комплексном числе... Было, вообще говоря, три числовых парадигмы. Мир есть число — это Пифагор, мир есть функция -это парадигма Галилея, и далее — до Эйнштейна, у которого вещество прогибает пространство-время, делает его искривленным и таким образом объясняет гравитацию. А в XX веке возникла квантовая механика, для которой мир есть оператор. В каком смысле это обобщение понятия числа, которое связывает вот эти все три числовых парадигмы? Если мы возьмем бесконечное произведение числовых прямых, мы получим бесконечномерное пространство. И точка этого пространства — это бесконечная последовательность чисел. Если мы задаем непрерывную функцию, ее можно задавать только в рациональных точках дробей. А дроби можно все пересчитать, указать в таблице — числитель, знаменатель. Поэтому дробей столько же, сколько всех целых чисел. И таким образом функция может быть задана значением при дробных аргументах и получается обобщенным числом, то есть бесконечной последовательностью чисел.
Александр Гордон. Простите, что я перебиваю вас... я «поплыл» уже. Потому что, во-первых, в математике не очень силен, как, думаю, большинство из нашей аудитории. А кроме того, мне кажется, что история эта про то, что мир есть вакуум, про то, что вакуум — это некое новое принятое физиками состояние вещества, она уже достаточно на слуху для того, чтобы мы могли, отталкиваясь от этого убеждения — (тем более, что не физики сидят в большинстве своем у экранов телевизоров ) — логику доказательства такой картины мира построить по-другому.
Р. П. Нет, я сейчас прямо вот к этому и приду. Финиш уже близко. Значит, состояние физической системы можно описать функцией. В нее "закачали" бесконечно много информации в виде точки бесконечномерного пространства, то есть это — вектор бесконечномерного пространства. А вектора можно преобразовывать матрицей, бесконечной матрицей, которая дает другой вектор, стало быть, другую функцию. Эволюцию мира мы таким образом можем описать с помощью эволюции бесконечномерных векторов, а оператор тоже выводится как обобщенное число в виде бесконечномерной матрицы. Так вот, квантовая механика, которая запретила вакуум Демокрита, как раз работает с бесконечномерными матрицами, так называемыми квантовыми q -числами, которые в отличие от обычных чисел обладают новыми свойствами. Ну, например, если мы их будем умножать, меняя порядок, мы получим разный результат. И операторы — ну, например, какая-то координата и производная по этой координате — их нельзя переставлять, результат будет разный. Что это значит физически? Это означает, что не могут существовать одновременно определенные координаты и определенный импульс, который говорит о том, как частица эволюционирует, как она движется. Поля физические тоже можно рассматривать как координаты бесконечномерного пространства. И полная пустота есть точное нулевое значение физического поля и точная нулевая скорость его изменения. Так вот, квантовая механика открыла, что не может быть такого. Потому что есть принцип неопределенности, гласящий, что неопределенность координат связана с неопределенностью импульса, и она больше конечной величины, пропорциональной постоянной Планка. Поэтому, если мы точно знаем мгновенное состояние, скажем, трехмерного пространства, мгновенное состояние нашей Вселенной, то мы абсолютно не знаем, куда оно скакнет в следующий момент времени. В физике существует только то, что можно измерить. А в математике, которая является теоретическим каркасом физики и частью (в этом смысле) физики, существует все, что можно непротиворечиво мыслить. Значит, бесконечная делимость, бесконечность — это все в математике. В физике этого нет. И если мы не можем, задав точно современное состояние пространства, сказать, куда оно скакнет, то времени нет. Значит, на квантовом уровне нет классического пространства-времени вообще. Здесь можно просто процитировать Дж. Уилера. И таким образом, представление о мире как мире событий является приближенным представлением, и тут уже нужен совершенно другой математический аппарат. Как к этому пришли? Вот здесь вернемся снова к Демокриту.
А. Г. Давайте все-таки... А то я уже второй раз «поплыл» и... Просто я хочу задать один, на мой взгляд простой и имеющий закономерное отношение к названию этой программы, вопрос: что такое вакуум? Потому что определение вакуума, которое я проходил в школе, явно уже не годится.
Р. П. Вакуум — это состояние без частиц. И вакуум это...
А. Г. Состояние материи?
Р. П. Нет. Состояние физической системы.
А. Г. Давайте попробуем ясность какую-то внести.
Виталий Шелест. Мне кажется, Ростислав, что вы сейчас очень хорошо рассказали, как выглядит описание мира. И даже такой исторический экскурс был для профессионалов, которые более-менее понимают, что такое теоретическая физика. Мы с вами как физики-теоретики понимаем, что вопрос описания, крайне важен. Он, собственно говоря, создает ту парадигму, в которую потом встраиваются экспериментальные данные, понимание и так далее. Но все-таки это аппарат. Это только аппарат. И когда мы говорим: мир как вакуум, речь идет все-таки о некой... Ну, о том, что в прежних, как говорится, наших философских категориях принято было говорить как об объективной реальности. Так вот, каким образом возникло такое понимание вакуума, физического вакуума — а не его математического описания, — которое позволяет определять мир как вакуум? Потому что название сегодняшней передачи — оно действительно адекватно. Итак, в школе говорили нам: вакуум — это пустота. А это примитивно, это, безусловно, неверно. И надо сказать, что еще у тех же наших предшественников, древних греков, были некие проблески понимания того, что все далеко не так просто, и была не только простенькая атомистическая теория, вот летают там шарики, как говорится, цепляются крючочками и так далее... Это сыграло свою роль в создании атомистической теории, но гораздо более глубокой была концепция, с моей точки зрения, принадлежавшая Анаксагору. Его имя не так на слуху, как, скажем, того же Платона, Демокрита, Аристотеля... Анаксагор полагал, что существуют такие «гомеомерии», то есть некие частицы, которые в себе содержат потенциально все другие частицы, объекты существующего мира. И строго говоря, каждый из этих объектов — маленьких, микроскопических, ну такое примитивное пока понятие было — позволяет из себя родить другие и, собственно говоря, каждый столько же глубок и неисчерпаем, как и остальные. То есть вот некое такое прозрение. Учитывая, что экспериментальной физики, экспериментальной науки вообще в те времена не было, это и осталось одним из направлений мысли. Были ученики, были школы, последствий это не имело. И потом это прозрение, оно реализовалось на много веков и даже тысячелетий позже. И вынырнуло оно, собственно говоря, в момент, когда в обиход естествоиспытателей, буду говорить так, вошло понятие поля. Поля как некоего объекта, который расположен в каждой точке пространства... Я пока говорю на более-менее понятном языке, потому что слово «пространство», как и «время», они более-менее понятны, но вот дальше мы увидим, что это все далеко не так просто. Пока говорю на простом языке. В каждой точке существует некий материальный объект, который каким-то образом развивается, взаимодействует с соседними точками.
Причем, поскольку он расположен во всем окружающем пространстве, то таких точек бесконечно много, и описывать их как просто набор объектов нельзя. Это поле, и оно отличается от набора частиц тем, что в нем бесконечно много точек, каждая из которых несет какую-то материальную сущность в себе. Так вот, когда возникла концепция поля, сначала электромагнитного поля, потом постепенно другие поля вошли в обиход, наконец возникла квантовая механика, как единственная адекватно описывающая их теория. Выяснилось, что от этого поля можно отнимать элементы энергии только определенными кусочками — квантами. Собственно, отсюда и слово «квант». И если, например, мы попробуем отнять так, чтобы остался чистый ноль энергии, допустим, или других характеристик поля, то окажется, что вот это как раз и невозможно. Квантовая теория диктует эту корреляцию двух характеристик каждого объекта, которые одновременно никогда не могут быть измерены, не могут быть определены. То есть если мы узнаем абсолютно точно один параметр — допустим положение в пространстве, — то второй параметр (импульс, или скорость) становится абсолютно неопределенным. Пытаясь пришпилить частицы к какому-то месту, мы теряем всякую информацию о их скорости. Отсюда вывод такой: если, например, у нас будет ноль энергии поля, то у нас стало быть совершенно неясным станет, что с пространственным расположением. Этого быть не может. Значит, сам по себе принцип неопределенности, примененный к полю, из которого улетели все кванты — фотоны, частицы света и так далее, — показывает, что там все равно должна остаться, по законам квантовой механики, остаточная энергия. То есть это некий физический неустранимый объект, который пронизывает абсолютно все. В отличие от конкретных частиц — протонов, нейтронов и так далее, которые могут где-то рождаться, исчезать и так далее — вакуум, он существует везде.
A. Г. Но это состояние вещества в любом случае...
B. Ш. Это состояние материи, потому что поле — это не вещество, а вакуум — это все-таки состояние поля.
A. Г. Состояние материи. И этой материи, как мы тут выяснили в одной из программ, чуть ли не 80 процентов во Вселенной.
B. Ш. Это смотря как считать. Дело в том, что вакуум — он исключительно богат, он действительно содержит в себе все. В этом смысле «мир как вакуум» надо понимать таким образом, что вакуум — он есть мир. То, что мы видим, все частицы элементарные, все объекты, мы с вами здесь — это суть некие всплески, рябь, как говорится, на поверхности этого океана, который именуется вакуумом. Из вакуума может потенциально рождаться что угодно. А может и не рождаться. То есть там все содержится потенциально и периодически как бы выплескивается в результате нарушений, флуктуации и так далее. Вот представьте себе поверхность океана. Вы плаваете сверху и думаете, что вы видите только гребешки волн, каких-нибудь дельфинчиков и так далее. А на самом деле там глубина 12 км, там происходят настоящие процессы, которые все это и выплескивают. Вот раньше, до XX века, прошедшего уже, такого понимания не было, то, что изучалось сверху, то и считалось предметом физики. Сейчас стало ясно, что это только некая поверхность сущности явлений.
А. Г. Так, а за этой поверхностью... Если вы уже начали говорить об этом, тогда нужно подвергать сомнению основные принципы, на которых до сих пор покоилось наше понимание, что такое мир, что такое пространство, что такое время. Как быть с материей? Как быть со всеми этими определениями?
Р. П. Я предлагаю, видимо, неоригинальное определение принципа финитизма, а именно, что каждое понятие имеет конечный предел применимости. Нас учили: пространство, время — коренные способы существования материи. Для Демокрита и для Ньютона тоже был характерен дуализм пустоты и материи. В квантовой механике они друг с другом оказались связаны, как Виталий Петрович сказал. Произошло это из экспериментальных наблюдений. То, что волны интерферируют — это всем известно, известно как они складываются. Но если мы будем электроны через две щели пропускать, мы увидим, что там тоже будет интерференционная картина. Значит, электрон — это не только частица, но и поле. Виталий Петрович сказал о концепции поля как континууме осцилляторов. Но вот q -числа, вот эти бесконечные матрицы, позволяют утверждать, что поля и частицы — это не два различных объекта, а различные способы описания одного и того же объекта. И как представить этот дуализм «волна-частица», который соответствует квантовому подходу? Ну, мы можем частицу представить как плоскую волну, заполняющую все пространство определенной частоты. Тогда у нас вполне определенный импульс, который связан с частотой, но нет координат: волна находится сразу всюду. И мы должны наложить очень много волн, чтобы они компенсировали друг друга всюду, кроме данной точки. Тогда у нас получается вполне определенная локализация вот этой суммы волн, но бесконечно много импульсов. И возможны промежуточные случаи. Когда у нас есть какой-то пакет конечного числа волн, то есть определенное количество импульсов, он размыт и занимает какое-то место в пространстве. И неопределенность того и другого, их произведение, как раз будет больше постоянной Планка с небольшим множителем. Вот это и есть истинная реальность. Плотность энергии флуктуации вакуума (она ищется из фундаментальных физических констант: скорости света, постоянной Планка, постоянной тяготения) на 94 порядка превосходит нашу с вами плотность — плотность воды, десять в нулевой степени. И она на 80 порядков превосходит ядерную плотность — 1014 грамм в куб. см.
В. Ш. Речь идет не о 80 процентах, а о 80 порядках!
Р. П. Да, 80 порядков, то есть единица и 80 нулей. Наша плотность — это единица, а флуктуации вакуума — это еще 94 порядка. Значит вакуум — это гетерогенная, сложная, сложнейшая структура. Ее можно представить в виде кристалла с дислокациями разных уровней. Существуют целая иерархия нарушений этой дислокации, и каждое соответствует определенному энергетическому и пространственно-временному масштабу, каждое отвечает за различные физические взаимодействия — гравитационные, электромагнитные, которые на 40 порядков больше гравитационных, сильные, которые удерживают протоны и нейтроны в ядре вопреки тому, что они электрически отталкиваются с огромной силой.
А. Г. Вот очень хорошо, что вы об этом сказали, потому что тогда у меня возникает вопрос. Раз вся видимая материя, ну, мы с вами, даже сама Вселенная — это флуктуации вакуума... Причем очень незначительные — вы сказали, что это рябь на поверхности океана, а учитывая названные цифры, наверное даже не рябь, а что-то неизмеримо малое на поверхности этого огромного океана. Что тогда вызывает эти флуктуации? Что может возмутить вакуум для появления материи в том виде, в каком мы ее можем ощущать, измерять, видеть?
Р. П. Понимаете, Демокрит открыл с помощью глубокой физической интуиции, что мир структурирован в пространстве — как атомы и пустота. А мы пустоту пересмотрели и связали ее с атомами. Но каждая частица у него существует вечно во времени. Она колеблется как угодно, но время идет вперед всегда, и она неизменна в этом времени. И у Ньютона — то же. А теория относительности объединила свойства пространства и времени. Если можно, я скажу два слова о том, что такое теория относительности. Когда Майкельсон открыл больше ста лет назад, что эфира не существует и скорость света постоянна относительно любого состояния движения любого наблюдателя, то инвариантом стали не пространство и время, а четырехмерное пространство-время, и физика стала физикой событий. Событие — это то, что происходит в данной точке в данный момент времени. И в этом пространстве и времени расстояние между событиями связано с квадратом гипотенузы, как в теореме Пифагора, что, я думаю, все помнят из школы. Но только здесь не сумма квадратов катетов, а разность. И поэтому, если катеты одинаковы, что соответствует событиям, идущим вдоль светового сигнала, то эта гипотенуза равна нулю. Ну, например, если мы представим себе барона Мюнхгаузена, который сел на фотон, а не на пушечное ядро, долетел до Луны и вернулся, то у него прошел ноль времени, потому что из-за релятивистского сжатия это расстояние уже равно нулю, ему некуда лететь, ему не надо лететь, а здесь прошло две секунды. А если он долетел до Туманности Андромеды и вернулся тоже за ноль секунд своего светового времени, то здесь прошло четыре миллиона лет. Значит, любые события можно связать ломаной линией нулевой длины. Вот это существенный релятивизм. Далее. Чтобы разогнать частицу до скорости света, нужно затратить бесконечно много массы-энергии. В релятивистской механике масса и энергия тождественны.
В. Ш. Частицу, имеющую массу, вообще нельзя разогнать до скорости света.
Р. П. Значит, если частица световая, то ее нельзя остановить. Она представляет собой релятивистски вырожденное состояние, а не скорость. А если у нее масса покоя не нулевая, то ее нельзя разогнать. Поэтому два электрона со сверхбольшими скоростями можно стукнуть, и родится целая вселенная. В нашей вселенной десять в восьмидесятой степени частиц, значит, всю вселенную можно родить. Если же говорить наглядно... Два бильярдных шара, если очень сильно стукнуть, они остановятся, и сразу будет гора этих бильярдных шаров. И так можно всю вселенную создать. Вот это и есть релятивизм.
Значит, свойства пространства и времени соединены, и по отдельности они просто тени, разные катеты-проекции одной четырехмерной гипотенузы, своей для каждой пары событий. Релятивизм сближает свойства пространства и времени, и структурированность в пространстве полезно примерить и к структурированности во времени. Как может выглядеть эта структурированность во времени? Ну, вот у Демокрита есть атом и пустота, бытие и небытие. А структурированность во времени — это значит, что частица как бы то есть, то ее нет. Такова ее природа, что она флуктуирует. Есть фундаментальная планковская частота — 1044 -1043 цикла в секунду. Так вот можно представить себе, что вакуум — это реальность, которая перевозникает с определенной частотой, с планковскои частотой 1044.
В. Ш. Можно, я добавлю...
Р. П. Сейчас, я закончу... Представим лампочку. Пусть она мигает с такой определенной частотой, и еще представим два прибора.
А. Г. Ну, скажем для простоты, раз в секунду мигает лампочка.
Р. П. Да. И два прибора, которые с той же частотой включаются и выключаются. Тогда может оказаться, что один прибор ничего не видит, для него все время лампочка не горит, а для другого лампочка будет все время светиться. Значит, то, что нам кажется непрерывным, на самом деле вибрирует и колеблется, бытие мерцает. Такова природа, изначальная природа вакуума. И образован он, видимо, именно световыми образами. У Аристотеля было понятие абсолютного покоя, и надо было еще продумать, что такое движение - этим и занимались Галилей, Ньютон, Эйнштейн. А теперь нужно объяснить, наоборот, что такое покой. Покой — это стоячая волна, когда два световых движения друг на друга идут, а волна, следовательно, стоит. Значит, вот эти новые релятивистские образы, они влекут за собой множество следствий, то есть они совершенно переворачивают все наши привычные представления о пустоте, якобы пустоте, о пространстве, времени, материи. И физики уже несколько десятилетий назад поняли, что это вторичные понятия, которые вырастают из какого-то более глубокого первичного понятия, природу которого мы более детально сможем описать, когда создадим теорию великого объединения всех физических взаимодействий, которая опишет, как все частицы и поля друг в друга переходят.
Телезритель. Алло!
A. Г. Да, у нас вопрос есть, пожалуйста.
Т. Разрешите вопрос. Не могли бы вы сказать пару слов именно о современном состоянии теории. Потому что тот рассказ, который вот мы слышим, он, я пониманию, относится к физике вплоть до первой половины XX века. А те проблемы, с которыми столкнулись сейчас, это только что упомянутая теория великого объединения. Это противоречие доказанное, по-моему, Бронштейном, противоречие классической квантовой теории и теории относительности Эйнштейна, потом, невозможность квантования гравитационных полей... Вот на эти темы. А они все связаны...
B. Ш. Можно, я отвечу... За исключением гравитации, где вам, Ростислав Феофанович, карты в руки.
A. Г. У меня только одна просьба и к Вам, и к Вам, и к нашим уважаемым слушателям и зрителям: давайте все-таки учтем, что некая часть аудитории, она хоть и с меньшей частотой, чем постоянная Планка, но тоже то включается, то выключается... Давайте все-таки сноски делать. Можете перевести на простой русский язык, вот мне, вопрос, который сейчас раздался от нашего телезрителя?
B. Ш. Ну, давайте я попробую. Я прошу прощения, я вначале, чтоб ответ был понятен, все-таки прокомментирую часть того, что говорил Ростислав Феофанович, и то, что говорили Вы, Александр. Вы сказали, что таким образом надо менять все понятия, к которым мы привыкли, и так далее. На самом деле это не так. Это не означает, что на свалку надо выбрасывать представления о мире, обычном, повседневном мире нашего человеческого уровня. Ту же теорию Ньютона, на которой базируется вся техника и электроника. Дело в том, что мы сейчас говорим о более глубоком уровне понимания материи. Строго говоря, формулами квантовой механики или даже квантовой теории поля или даже квантовой хромодинамики можно и вот этот стакан с соком описывать. Но это не производительно. Потому что множество тонких эффектов, которые возникают, они будут взаимоуничтожаться при этом описании. Поэтому для описания такого грубого, большого объекта как стакан или табуретка достаточно старых формул, классических формул или даже квантовомеханических. Вот, скажем, для стакана достаточно классической механики. Для атомной бомбы достаточно квантовой механики и теории относительности. А квантовая теория поля — это уже следующий этап. Поэтому мы говорим о следующем этапе развития понимания структуры материи и о следующем этапе проникновения в глубину ее структур. Это некая преамбула. Теперь, что касается современного положения теории, я бы сказал так: героический период физики высоких энергий, она же физика элементарных частиц, она же физика структуры материи, он несколько притормозился последние два десятка лет. Где-то к концу 70-х, даже к концу 80-х годов практически произошел переход в новую парадигму, которая заключается в том, что возник следующий уровень понимания структурности материи. Ну, атом, ядро, элементарные частицы, составляющие ядро — протон, нейтрон — это начало, действительно, XX века. Затем возникло понимание того, что и вот эти элементарные частицы, в частности, протоны и нейтроны, не являются элементарными, а являются составными частицами. Возникло представление о так называемых кварках, которые составляют вот эти частицы. Кварки должны вместе с тем взаимодействовать между собой. Возникло представление о квантах, которые переносят взаимодействие между кварками. Дальше, следующая задача, которая была поставлена — это вопрос, а что такое слабые взаимодействия, ответственные за распад ядерных частиц. Они стояли совершенно особо и от электромагнитных, и от сильных, и большие усилия были предприняты, я бы сказал так, двумя по крайней мере поколениями послевоенных физиков, чтобы понять, что, собственно говоря, электромагнитные взаимодействия и слабые взаимодействия — это разные аспекты одного и того же более общего взаимодействия. Возникло объединение. Теперь это именуется «электрослабые взаимодействия». Наконец, возникает теория великого объединения — когда и сильные взаимодействия подключаются к этой же концепции. Их теперь можно описывать. Вот три основных взаимодействия, которые в физическом мире есть. Я бы сказал так: сейчас термины «единая теория поля» или «великое объединение» заменяются более скромным описанием. Сейчас это именуется «стандартная модель», всего-навсего. Но гравитация пока что, с моей точки зрения, — может быть Ростислав Феофанович с этим и не согласится, — она остается за рамками такого возможного объединения. А это не позволяет считать создавшуюся теорию — стандартную модель, в основе которой лежит квантовая хромодинамика плюс электрослабые взаимодействия, — считать истинной и единой теорией поля, или единой теорией, описывающей материю.
А. Г. Но почему гравитация так плохо себе ведет?
Р. П. Теория тяготения была геометризована общей теорией относительности. У Ньютона все тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадратам расстояний между ними...
Что такое гравитация? В теории Ньютона постулируется закон всемирного тяготения, где каждое тело взаимодействует гравитационно со всеми другими телами Вселенной. В этом смысле движение Земли вокруг Солнца бесконечно сложно, потому что оно отзывается на все другие звезды и другие планеты. Но эту сложную видимость можно объяснить одним простым законом тяготения, который, в сущности, позволяет свести все множество явлений к одному простому принципу или нескольким простым принципам. А все физические законы, которые управляют динамикой, можно свести к одному так называемому принципу экстремума действия, когда мы складываем — оказывается, их можно складывать — все эволюции, и тогда природа сама нащупывает ту эволюцию, где так называемое действие имеет экстремум-резонанс, который нащупывает сама природа при этой эволюции.
Вообще, мир, как говорили греки, начался из Хаоса, но потом родил Космос. Каким образом? Если мы натянем струну — туго натянутая струна или пленка барабана может быть неким прообразом вакуума, — то вся видимая материя — это какие-то слабые возбуждения, которые по ней бегут. И выживает на этой струне только определенный тон... Как бы мы не возмутили струну, звучание будет одно и то же — данная нота, потом октава, кварта, квинта и так далее. Если у нас протопланетное облако, то там выживают только резонансные круговые орбиты и шаровые формы планет. То есть мир сам симметризуется, и вот эта идея симметрии есть великая идея, которая определяет все физические взаимодействия, и даже вся динамика — это попытка компенсировать ту асимметрию, которая возникает. Скажем, брось в воду камень, волны расходятся и потом все успокаивается.
В. Ш. А гравитацию как описать с этой точки зрения?
Р. П. Гравитацию тоже так же можно объяснить. Как Эйнштейн геометризовал гравитацию? Вещество прогибает пространство-время, и никакой силы тяготения ньютоновской нет, а есть движение по инерции, но в искривленном пространстве. Ну, например, Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду, вот мы сейчас сидим и путешествуем с этой скоростью. И даже было объявление в позапрошлом теперь уже веке сделано: кто хочет путешествовать со скоростью 30 километров в секунду?.. Ну, люди заплатили, а им говорят: сидите спокойно, вы уже путешествуете...
В. Ш. Земля летит.
Р. П. Да, Земля летит, значит, не волнуйтесь. Это вдоль пространства, а вдоль времени она 300 тысяч километров в секунду делает, в 10 тысяч раз быстрее, и получается, что Земля летит по инерции, но по такой винтовой мировой линии. А прогибает пространство-время в основном Солнце. Значит, таким образом гравитация свелась к кривизне пространства-времени. Но как же гео-метризовать все остальные физические взаимодействия?
В. Ш. Очень существенно, что это понятие «прогибания» под действием гравитации, понятие идентичное действию гравитации, оно создает нелинейность, которая не позволяет квантовым образом адекватно описывать процессы, и в этом плане автоматически встроить описание квантовой гравитации в квантовое описание других сил — это дополнительная проблема нелинейности.
Р. П. Физика только на пути к этой геометризации, и на этом пути были разные попытки и интуитивные ходы. А именно, если по Демокриту мир состоит из атомов, которые уже имеют какую-то структуру, а по Платону мир — это континуум, поле (у Платона пространство было эквивалентно по существу материи), то как соединить эти два различных подхода? Они были соединены в квантовой механике, где все частицы одного рода совершенно тождественны. И для того, чтобы описать все физические взаимодействия, было предположено, что не точки являются основой природы мира, как у Платона, и как у Демокрита были атомы. По Платону движение точки рождало линию, движение линии — поверхность, движение поверхности — объем, и так далее, и числа структурировали эти формы, и тогда только симметрия определяет, как вот эти нульмерные бесструктурные точки сопрягаются. И тут можно ввести непрерывную кривизну, а как непрерывная поверхность изгибается, это мы можем наглядно представить. А из бесструктурных точек мы, физики, по большому счету ничего построить не можем, и поэтому, чтобы геометризовать все другие взаимодействия, кроме гравитации, было предположено, что элементом мира является уже структурированный какой-то элемент — струна, которая заметает в пространстве-времени какую-то полоску, или, если ее концы замкнуты, то какую-то трубку, и появилась теория струн.
В. Ш. Это произошло уже в рамках квантовой хромодинамики и последующего новейшего развития физики.
Р. П. Да, и для того, чтобы геометризовать квантовый аналог внутреннего момента частиц, так называемый «спин», который тоже квантован, теория струн была обобщена до теории суперструн. И тогда получается, что то, что мы считаем точкой, на самом деле есть некое зерно пространства с дополнительной размерностью. В теории струн общая размерность пространства-времени — 26, а в теории суперструн — 10, из них 4 на пространство и время и 6 на эту внутреннюю размерность.
И вот геометрия этих шестимерных слоев проектируется в наше уже макроскопическое пространство-время в виде дополнительных физических взаимодействий, и они все свернуты на уровне примерно планковского или чуть большего масштаба, и таким образом, геометризация приходит по пути существенного пересмотра даже размерности, истинной размерности пространства-времени.
Гравитация описывается уравнениями Эйнштейна, написанными в 15-ом году, а Фридман в 1922-ом году нашел очень простое решение: материя расширяется, и в масштабе сотен миллионов световых лет — а нашей Вселенной их 15 миллиардов — ее можно считать однородной. Это так же как с воздухом: он кажется непрерывным, на самом деле это различные молекулы. И мир расширяется. Значит, 15 миллиардов лет назад это было все, грубо говоря, в одной точке, но там современная классическая физика уже будет неприменима. И вот в том минимальном состоянии такой сжатости была сверхвысокая температура, и не было вообще геометрии, не было пространства и времени, и все частицы могли переходить друг в друга. Но когда Вселенная стала расширяться, одни размерности стали отделяться от других, вакуум рвался.
И снова мы приходим к тому, что вакуум флуктуирует. Что представляет собой эти флуктуации? Там непрерывно рождаются пары частица-античастица, причем, у каждого поля свой вакуум — электрон-позитронный, фотонный, кварк-глюонный вакуум и так далее.
Когда мир был сжат в небольшой объем порядка планковского (10 сантиметра) или немного больше, то кривизна была такая, что приливные силы рвали эти виртуальные частицы и превращали их в видимые частицы, в реальные, и вакуум таким образом распадался, и рождение частиц увеличивало энтропию, которая придавала этому процессу характер необратимости, уменьшала давление и создавала фазу инфляции такого сверхбыстрого расширения. То есть за первые-три 10 доли секунды уже произошло вот такое сильное раздувание. При этом излучение и вещество вели себя по-разному, и вещество стало отделяться от излучения.
Сегодня мы наблюдаем след того первичного излучения, излучение температурой около трех Кельвинов, это минус 270 градусов по Цельсию.
В. Ш. Реликтовые излучения...
Р. П. Реликтовое излучение так называемое. И сначала сверхэнергичные фотоны рождали электрон-позитронные пары, потом они снова схлопывались, потом, когда излучение ослабло, все, что могло схлопнуться, схлопнулось, и остался только небольшой избыток электронов, который мы сейчас наблюдаем во Вселенной, и какое-то количество света. И так вот постепенно происходили фазы перехода вакуума, которые дали современную картину состояния Вселенной. Гравитацию действительно не удалось до сих пор геометризовать — предполагается, что переносчиком гравитационных взаимодействий между суперструнами являются гравитоны. Это безмассовые частицы, то есть они имеют скорость света.
Каким же образом объясняется гравитация? Здесь первый шаг сделал Сахаров - создав теорию индуцированной гравитации. Как я уже сказал, эволюция нащупывается, когда мы складываем все возможные эволюции и когда получается наиболее вероятный резонанс в пространстве функций, то, что описывается физическими уравнениями. Если мы движемся ускоренно, то у нас появляется горизонт событий, и в интеграле по путям возможных эволюции те события, которые за границей, мы никогда не увидим. Значит, некоторые звезды мы никогда не увидим, если, конечно, движемся с постоянным ускорением. И тогда меняется, естественно, та сумма, из которой выключены эти дополнительные условия. Поэтому, если мы возьмем граничные условия, скажем, две пластинки, то они даже нейтральные будут притягиваться на очень близком расстоянии, которое пропорционально расстоянию в минус 4-ой степени. Так вот, гравитация по Сахарову тоже индуцирована этими граничными условиями и является квантовым эффектом.
Вообще любопытно, что то, что мы находим в теории, на самом деле это то, что у нас на поверхности знаний, это уровень тех понятий, с которыми мы работаем, а уже имплицитно там содержатся другие совершенно понятия, которые мы с необходимостью потом выносим на поверхность.
A. Г. У меня вопрос до гравитации, до того, как поговорить о том, почему гравитация не вписывается в единую теорию поля или в стандартную модель. Мы говорили о том, что эти видимые флуктуации вакуума, вот эта поверхность, рябь, — это собственно вся видимая материя и не только материя...
B. Ш. Вещество и поле...
А. Г. Вещество и поле в космосе, окружающем нас. Но каковы те причины, которые заставили вакуум рваться на части во время большого взрыва, которые привели к этой начальной флуктуации или не начальной, это уж дело терминологии, да?
В. Ш. Это действительно вопрос очень коренной, Александр, и ответа на него стопроцентного нет, это один из вопросов, которые сейчас являются предметом тщательного изучения, и ответ зависит от применяемой теории или, как говорится, парадигмы, от тех методов, которые есть, и от экспериментального знания. Конечно, это достаточно общее заявление, а не конкретное, но если говорить более конкретно, то скажу сейчас не о моменте большого взрыва первоначального, а о нынешнем физическом вакууме в тот период существования Вселенной, в которой и мы живем. Почему он рождает частицы и почему эта глубина обладает возможностью порождения всех событий в ней? Дело в том, что вакуум — это не стабильная структура, в нем происходят так называемые спонтанные нарушения, причем обусловлено это самими свойствами вакуума. Я уже говорил о принципе неопределенности, который вызывает это, но есть и более глубокие основания такой нестабильности. То есть все время в нем возникает нарушение симметрии. Он никогда не остается, как говорится, мертвым. В нем по его существу, по его свойствам, — в детали мне не хотелось бы входить — происходят все время некие выплески, как говорится, нарушения симметрии. Перебросы, течения и так далее. Вот, собственно говоря, это и делает его тем самым живым, бесконечно большим океаном. Я имею в виду и то, что в нем и потенциально содержится, и серьезные внешние проявления этих процессов. Собственно говоря, в начале существования Вселенной, о чем уже говорил Ростислав Феофанович, это было просто в более концентрированном виде отражено все. И вот первая, будем говорить, секунда, а даже и меньше, история этой первой секунды существования Вселенной в этой модели Большого Взрыва — она не менее, как говорится, увлекательна и не менее сложна, чем вся остальная история в течение миллиардов лет после этого.
А. Г. У нас есть вопрос. Да, пожалуйста.
Телезритель . Алло, здравствуйте.
A. Г. Здравствуйте.
Т. Вот у меня вопросик такой. Кем была выведена современная теория вакуума. И каким институтом.
B. Ш. Ну, теория вакуума — это неупотребляемое слово. Как уже я говорил здесь, существует так называемая большая объединенная теория или стандартная модель и так далее. И авторов достаточно много, почти все они получили, кстати, Нобелевские премии за это. У истоков этого стояли те люди, которые создавали квантовую теорию поля. И среди них можно назвать людей от Дирака до Гелл-Мана. Затем возникло понятие кварков, крайне существенное, исключительно существенное для современной физики, там были Гелл-Ман, и Цвейг и другие. Затем возникла теория электрослабого объединения — Абдусалам, Глэшоу и кто еще там был у нас третий, я забыл.
Р. П. Еще и в дираковском пространстве состояния вакуумные были.
В. Ш. И так далее. Последующее развитие дало, в частности, теорию суперструн и нынешнее понимание квантовой хромодинамики, здесь уже следующее поколение теоретиков. Последняя Нобелевская премия по физике за работу в этой области была получена, если я не ошибаюсь, Тхуфтом. То есть это работа многих поколений ученых. К сожалению, среди советских, а впоследствии и российских физиков, которые внесли существенный вклад в эти разработки, нобелевских лауреатов в данной области нет. И должен сказать, что крайне существенный вклад был внесен в эту работу, в частности, школой академика Боголюбова и лично покойным Николаем Николаевичем Боголюбовым. И многие коллеги считают, что он, безусловно, заслуживал Нобелевской премии за работы в этой области, по созданию и как бы шлифованию, окончательному приданию классического блеска квантовой теории поля, как основы теорий, касающихся вакуума. Но по ряду причин, как говорится, вненаучного характера, такую Нобелевскую премию он не получил. Поэтому не следует думать, что если мы будем смотреть только на список нобелевских лауреатов, то это адекватно отразит вклад наших отечественных ученых. Много авторов у современной теории. Нет такого человека, на которого можно было бы указать как на Энштейна по отношению к вакууму.
А. Г. Вопрос еще у нас.
Телезритель. Здравствуйте. Я хотел бы узнать о следующем. Я вот слышал, что в 2000-м году, насколько мне известно, было открыто 11 -ое измерение. Хотелось бы понять, что представляет собой измерение дальше третьего и четвертого. Это какая-то математическая модель или есть в этом физический смысл.
A. Г. Спасибо, что вы заговорили об этом. Не знаю насчет одиннадцатого измерения — вы приводили другие цифры...
B. Ш. 26 и 10.
Р. П. 26 и 10, да. Это для того, чтобы замкнуть те векторные поля, их алгебру, правила манипулирования с ними, чтобы исключить бесконечную расходимость. Если сделать такую размерность, то получается, что теория сходится, как бы перенормировка получается.
В. Ш. Переводя это на язык обычного гражданина, не физика-теоретика... Это примерно означает следующее. Это дополнительное измерение вводится для того, чтобы математически корректно решить ряд внутренних проблем теории. Убрать так называемые бессмысленные бесконечные величины, расходимости и так далее, и так далее. И таким образом вводится это десятимерие или двадцати-шестимерие. Что касается ненаблюдаемых нами остальных, кроме четырех измерений времени и пространства, измерений... Они являются, ну, внутренней кухней физики. Однако это не означает, что при определенных физических условиях эти измерения, которые в настоящее время для нас являются свернутыми где-то в глубине материи при очень высоких энергиях и очень малых расстояниях, они не развернутся. Если будет на них оказано соответствующей величины энергетическое воздействие, они могут развернуться. То есть нельзя исключить, строго говоря, что, действительно, истинный мир не четырехмерный, а он многомерный — 10-ти или 26-мерный. Но мы в нашем мире вот эти 10, 26 и другие варианты мер не можем видеть, а можем только предполагать их проявление в условиях мощных силовых полей.
Р. П. Да, ну и то, что наше пространство трехмерное, это тоже не случайно. Посмотрим: а что было бы в двумерном пространстве? Тогда, например, животные не могли бы существовать, потому что путь движения пищи через желудок животного привел бы к тому, что оно развалилось бы на две части.
В. Ш. У Ростислава Феофановича есть замечательная картинка...
Р. П. Это я взял у Хокинга, из его книги «Краткая история времени: от большого взрыва до черных дыр».
В. Ш. Если вы нарисуете плоскую картинку, допустим, собачки и нарисуете путь, который идет изо рта в желудок и далее насквозь, то на двумерной картинке собачка окажется разрезанной на две части. Еще одно доказательство, что живые существа в двухмерии не могут существовать.
Р. П. Если размерность больше трех, то закон убывания электромагнитной силы тяготения будет другим, будет более сильное убывание, и все орбиты, как электронов вокруг атома, так и Земли вокруг Солнца, будут нестабильны. И все эти объекты, и электрон, и Земля, упадут на центр ими, наоборот, улетят в бесконечность. Значит, природа нащупывает ту устойчивую структуру, которая обеспечивается нужной размерностью пространства.
А. Г. Почему вы так легко говорите о четырех, десяти, двадцати и так далее измерениях?
Р. П. Математика заставляет нас.
A. Г. A как представить обычному трехмерному человеку четырехмерный мир хотя бы, я уж не говорю про одиннадцатимерный и десятимерный?
Р. П. Ну. трехмерный кубик — это граница четырехмерного.
B. Ш. Представить это себе достаточно сложно. Вот поставьте себя на место двухмерного существа... Кстати, существует классическая английская книга под названием «Флэтланд» еще может быть в XIX веке написанная...
Р. П. "Плосколандия".
В. Ш. "Пласколандия" или "Плоскострания", где описывается, что было бы, если бы существа были бы двумерны. И там описывается, как вдруг возникают в этой двумерной стране трехмерные существа. Они, оказывается, открыли третье измерение... Но вот через четвертое измерение у нас, допустим, возникает какой-нибудь эффект, который на самом деле трансформируется через дополнительное измерение. Что, кстати сказать, не является просто фантазией или вненаучной вещью, те самые силовые воздействия, в частности, о которых мы говорили, они и являются эффектом в нашем мире оттого, что происходит в дополнительных измерениях...
А. Г. Вопрос у нас есть, пожалуйста.
Телезритель. Добрый вечер, меня Федор зовут, у меня такой вопрос: сейчас многие физики занимаются вопросами квантовой телепортации. Что это - просто софизм, основанный на неправильной интерпретации постулатов или это реальность? И, если можно, второй вопрос: попытка объяснить загадку темной материи через нейтрино себя не оправдала, и какие новые идеи по этому поводу существуют?
Р. П. Квантовой телепортации нет, мы не можем телепорт и ковать макроскопическое тело. Так называются обычные квантовомеханические эффекты, когда определенные частицы распадаются на части, и одно и то же состояние регистрируется в различных частях так что это просто модный термин. Какой же у телепортации реальный смысл? За счет топологии мы можем делать "кротовые норы" в пространстве-времени, тогда снаружи мы будем двигаться очень долго, а внутри вынырнем довольно быстро. Существование макроскопических «кротовых нор» никем не доказано, а первичные черные дыры могут быстро схлопываться и рождаться, давать такие «кротовые норы», и имеют положительную энергию, которая, может быть, и позволяет объяснить существование «темной материи».. . Но поскольку я отвечаю за гравитацию, то хочу немного сказать и про черные дыры.
Если мы сейчас подбросим вверх тело со скоростью 11,2 километра в секунду или более, оно навсегда покинет пределы Земли. Если сжать Землю до радиуса 1 сантиметр — это называется гравитационным радиусом — то от нее не сможет оторваться даже свет, и он упадет «внутрь». У Солнца гравитационный радиус — 3 километра. Гравитационный радиус одновременно является горизонтом событий, потому что изнутри наружу ничего не поступает. Если частица падает в черную дыру, то с точки зрения внешнего наблюдателя ее энергия меняет свой знак. Если около горизонта событий возникает пара частица-античастица, то частица отрицательной массы может упасть туда, в черную дыру, и уменьшить ее массу. А другая, потеряв партнера, пойдет наружу. Значит, черная дыра сжимается и излучает частицу. Это открыл Хокинг и называл «квантовым испарением черных дыр». А потеря информации означает, что у черной дыры есть энтропия — мера хаоса, но она компенсируется вот этим излучением. И при этом чем меньше дыра, тем больше радиус кривизны ее горизонта, тем легче она захватывает эти частицы и тем самым у нее, можно сказать, больше температура, она больше излучает.
A. Г. Так какова же должна быть скорость частицы в этом излучении?
Р. П. Ну, она может быть произвольной.
B. Ш. Это от массы зависит.
A. Г. Если это черная дыра, то значит, что даже фотоны не могут оторваться от ее поверхности.
Р. П. Нет, нет. Если они попали внутрь черной дыры, то они никогда не появятся снаружи. Но речь идет о паре частица-античастица вне черной дыры, откуда можно-таки убежать. Значит, черная дыра «кипит». Она уже не такая черная, она раскалена добела.
B. Ш. И на поверхности кипит.
Р. П. И даже она взрывается, схлопывается. И вот эти первичные черные дыры могут отвечать также за темную материю. Кроме того, есть еще проблема космологического члена, которая тоже не решена. То ли он равен нулю, то ли он от большой величины уменьшился до почти нулевой величины сейчас. Тут говорилось о нерешенных проблемах — квантование гравитации до сих пор нерешенная проблема. И проблема темной материи до сих пор не решена, потому что оказывается, что вся видимая материя — это всего только несколько процентов массы Вселенной. Ну, не более 30 процентов от всей массы, которая определяется по гравитации. Черная дыра, она создает поле тяготения. Что там внутри — неважно, но так мы можем оценить полную массу.
В. Ш. Я хочу здесь сказать, что такое космологический член, если не все наши зрители и слушатели знают что это. Это искусственно введенный параметр в уравнение Эйнштейна, описывающий некую систему, Вселенную в том числе. И в зависимости оттого, какова величина этого космологического члена, Вселенная наша может быть плоской или, как говорится, бесконечно плоской. Или она может схлопываться, или она может бесконечно расширяться. Вопрос о космологическом члене, это, собственно говоря, тот же самый вопрос о темной материи и о других проблемах. Мы не знаем на сегодня, какова наша Вселенная. Экспериментальные данные на сегодня не позволяют судить точно: расширяется Вселенная, сужается или она статична. Космологический член может повлиять на это. Наличие черной материи, безусловно, может внести вклад в космологический член. Что входит в темную материю? Да, нейтрино, по-видимому, не описывают полностью, как одно время предполагалось, те параметры космологического члена, которые в ряде моделей применены. Но существуют другие виды материи, они постоянно возникают в процессе развития физики высоких энергий. Ну, тяжелые, скажем, лептоны...
Р. П. Хиггсовские бозоны.
В. Ш. Хиггсовские бозоны, совершенно верно, которые могут вносить дополнительный вклад. Поэтому утверждение о том, что чисто нейтринная модель описания темной материи неадекватна, оно справедливо. Но новооткрытые частицы, новые поколения вот этих объектов, они все время подпитывают эту темную материю, которая так или иначе сказывается, будем так говорить, на судьбе нашей Вселенной. Неясно, что с ней произойдет, вернется ли она опять в то состояние, в каком была до первоначального Большого Взрыва, или будет бесконечно расширяться...
Р. П. Но есть такая критическая плотность, 10 грамма в кубическом сантиметре.
В. Ш. Эксперимент как раз вокруг нее и крутится.
Р. П. Вот если плотность всей материи больше, то она замыкается. Вы если прогибаете плоскость, то постоянный радиус кривизны превращает ее в сферу. Если плотность меньше, то получится псевдосфера отрицательной кривизны. Если говорить точно, то это будет пространство трехмерное и плоское. И эти открытые и закрытые модели до сих пор рассматриваются в космологии. Между тем как Гильберт еще в 30-м году в статье «Познание и природная логика» сказал: «Актуальной бесконечности нигде не существует в природе. И астрономы скоро нам скажут, сколько километров в длину, в высоту и ширину занимает наша Вселенная». И этот вопрос тоже пока не решен. Конечный мир или бесконечный. Но если он конечный, то Большой Взрыв может закончиться Большим Хлопком. И тогда можно говорить даже о том, что дискретность является основной структурой вселенной - атомы вводят идею дискретности, - а непрерывное есть только результат усреднения. И тогда можно представить себе мир как иерархию мгновений. Космос существует одно космическое мгновение — допустим, сто миллиардов лет. А мы существуем 15 миллиардов лет. Мы возникли, наше вещество, в недрах сверхновых звезд, которые взорвались. Солнце — звезда второго поколения, потому что и оно, и планеты из этих тяжелых элементов. Солнце только водород в гелий пережигает. И ему пять миллиардов лет, поэтому оно звезда не первого поколения.
В.Ш. Простенькая, довольно примитивная звезда.
Р. П. Вот и многообразие мира как раз объясняется тем, что у нас есть тяжелые элементы. Откуда появляется представление о непрерывности и вечности? У индусов есть такой красивый образ, что такое вечность. Это алмазная гора километровой высоты. Ворон раз в тысячу лет прилетает, чешет клюв о вершину. И вот когда все сточит, тогда будет вечность. Это все глупости.
В. Ш. Это все равно конечная величина.
Р. П. На самом деле мир гораздо более динамичен, и мы с вами живем между двумя релятивистскими фазовыми переходами этого вакуума, который необратимо расширяется, и потом снова Большой Взрыв закончится Большим Хлопком. Значит, если вакуум перевозникает, флуктуирует на уровне 10 циклов в секунду, то космос — большой и поэтому у него цикл другой, а все промежуточные структуры занимают промежуточные масштабы. И вот тогда дискретная картина будет превалировать. То есть тут нужно менять уже самые исходные интуиции и представления. А пока этого нет.
А. Г. То есть тогда бесконечностью стоит считать не бесконечность расширения, скажем, нашей видимой Вселенной, и не бесконечность ее существования во времени, а бесконечность существования таких пульсирующих с определенной частотой Вселенных, частотой, которая пока не определена. Вы назвали сто миллиардов лет, но может быть там плюс-минус 20-30 миллиардов.
Р. П. Да, вот черная дыра образует сингулярность в классической теории относительности. А может быть, с другой стороны другое пространство-время пришито. Может быть. И вообще Вселенных может быть много, не исключено, что могут возникать дочерние Вселенные, но вообще пока это только фантазии, о которых не хотелось бы говорить. Однако, на самом деле логика научного исследования приводят нас вот к таким радикальным выводам.
В. Ш. Это фантазия, не противоречащая логике существующих теорий.
A. Г. Это не вполне математическая фантазия.
B. Ш. Да, да.
А. Г. Все-таки, если говорить о фантазиях в математике и физике. За 20 лет произошло заметное замедление самого процесса открытий в этой сфере. Чего вы ждете от следующих 20 лет?
Р. П. Здесь перед нами энергетическая пустыня. Ведь для того, чтобы узнать, как устроено вещество в своем фундаменте, нужно очень сильно частицы столкнуть, чтобы преодолеть их устойчивость. Ну, вот если яйца сталкиваются, они могут сохранить целостность, а могут разбиться. Если мы сожмем вещество, то электроны не будут сжиматься, потому что они фермионы, а фермионы нельзя сжимать сколько угодно. Но может произойти фазовый переход, они вдавятся в протоны, и получатся нейтроны - так возникают нейтронные звезды. Тогда масса Солнца превратится в шар диаметром в десять километров. Если мы и дальше будем сжимать, будут размазаны и разрушены протоны и нейтроны, и получится кварк-глюонная плазма, о которой говорил Виталий Петрович Шелест. Что там дальше получится, неизвестно, потому что мы здесь стоим перед энергетическим пределом. Наши ускорители имеют недостаточную мощность для того, чтобы достигнуть той энергии, которая характеризуют данные уровни материи.
A. Г. Но тут есть и логический предел...
Р. П. Требуются огромные энергии, мы же говорили, что плотность вакуума на 80 порядков превосходит ядерную. Значит, просто ускорители такие трудно построить. Тут требуется очень дорогостоящая международная программа.
B. Ш. Следующие важные для понимания структуры Вселенной объекты — это хиггсовские бозоны, так называемые. Ну, кто знает, — тот знает, а входить в детали не будем. Достаточно сказать, что это некие частицы, отвечающие за то, что флуктуации вакуума приобретают массу и проявляются как частицы с массой покоя, то есть как обычные частицы. Это очень примитивное объяснение, но его здесь достаточно. Хиггсовские бозоны по разным оценкам проявятся не при нынешнем поколении ускорителей и даже не при следующем, когда мощности будут в 10 раз большими. По-видимому, вообще здесь какие-то другие физические принципы должны быть использованы. Или другие принципы расчета и извлечения косвенных данных. Ибо на ускорителях, как вы, наверное, знаете, и зрители наши знают, впрямую почти ничего не наблюдается. Все просчитывается по косвенным следствиям соударения и распада частиц. Впрочем, даже так многое достаточно хорошо можно оценить. Да — да, нет — нет. В большинстве случаев. Так вот хиггсовские бозоны, они, по-видимому, в ближайшее время не просматриваются. Хотя кто его знает... Там есть варианты.
Телезритель. Алло!
А. Г. Да. Здравствуйте.
Т. Из Иванова вас беспокоят.
A. Г. Да, пожалуйста.
Т. Спасибо ведущему, что пригласил таких замечательных собеседников. У меня два вопроса. Первый. Почему наблюдается такой дисбаланс материи и антиматерии в нашей Вселенной? Почему античастицы так неустойчивы? И еще второй вопрос, хотелось бы, чтобы кто-нибудь из наших собеседников дал определение понятию торсионных полей.
B. Ш. Я хотел бы первый вопрос прокомментировать, если не возражаете... Античастицы не являются неустойчивыми, они столь же устойчивы, как и обычные частицы. Они просто, сталкиваясь с обычной материей, аннигилируют. Но сами по себе они достаточно устойчивы. Почему нет равновесия между частицами и античастицами, материей и антиматерией в нашем мире? Сложный вопрос. Непонятно, почему такая несимметрия существует. Одно из объяснений, я считаю, состоит в том, что в момент первоначального взрыва, на очень ранних этапах развития Вселенной, когда разлетался первоначально симметричный первичный объект, из которого все происходило, часть частиц улетела в одну сторону и создала где-то Антивселенную, в которой все наоборот. А часть прилетела к нам. И часть антиматери и осталась у нас. Кстати сказать, античастицы ежесекундно и повсеместно рождаются при столкновениях высокоэнергетичных частиц.
А. Г. И потом — если предположить, что количество античастиц будет равно количеству положительных частиц, произойдет мгновенная аннигиляция всего.
В. Ш. Вначале их и было примерно одинаковое количество, по некоторым теориям, которые, я считаю, более-менее справедливы. И в момент первоначального взрыва произошло расслоение, нарушение этой симметрии. И поэтому у нас возникла Вселенная, большая часть которой состоит из материи, хотя это понятие, конечно, условное. Можно было бы ее и антиматерией назвать. А вот где-то избыток антиматерии существует. Но и та, и другая Вселенная, они одинаково стабильны.
A. Г. Но та Вселенная ненаблюдаема?
B. Ш. А та Вселенная ненаблюдаема. Вопрос наблюдения других Вселенных и Вселенных в других измерениях, то есть с другими параметрами — это достаточно актуальный и не вполне фантастический вопрос.
А. Г. Давайте мы вернемся к вопросу о торсионных полях, на который вы еще не ответили. А после поговорим о том, что вы сейчас сказали, что наблюдение других Вселенных не столь фантастично. Имеется в виду эксперимент, который уже проводится?..
В.Ш. Нет, до эксперимента здесь далеко. Не фантастично опять-таки в том смысле, что это внутренне не противоречиво.
A. Г. То есть умозрение уже заставляет нас делать такие предположения.:.
B. Ш. Показывает, где копать.
А. Г. Итак, все-таки о торсионных полях.
Р. П. Что касается торсионных полей. Пространство-время имеет структуру, структуру кривизны. Это открыто Лобачевским. Кроме того, в этой области работали Клиффорд, Риман, Эйнштейн. И структуру кручения может иметь пространство-время. Это открыто в 20-е годы. Структура кривизны означает, что если мы перенесем параллельно вектор по окружности, то он немножечко повернется. И отношение окружности к радиусу будет не равно двум «пи», и сумма углов треугольника будет отлична от двух прямых. Есть работы, которые пытаются какие-то следы структуры кручения в микромасштабе найти. Но здесь ничего не доказано. Что касается торсионных полей и того, как они стали модной тематикой, так это типичный научный миф. Откуда появляются такие научные мифы? Дело в том, что люди различного биологического возраста имеют очень разный познавательный интеллектуальный возраст. И в периоды фазовых переходов в обществе, перестроек, социальная память общества ослабевает. И выживают, усиливаются примитивные и устойчивые в своей примитивности первобытные структуры магического сознания. Этому также способствует то, что наша наука обросла тяжеловесными структурами — административными, финансовыми и так далее. И трудно там человеку свободно мыслящему, а ведь только независимое творческое мышление рождает новые идеи. А рождение мифов паранауки может напоминать рождение мафии. Если суды не могут защитить человека, стихийно человек пытается сам себя защитить. Потом эта функция отрывается от первоначала и формируется как мафия.
А. Г. То есть, грубо говоря...
Р. П. Это социальная болезнь! Учение о псевдоторсионных полях — это пара наука.
A. Г. Есть некие ученые, которые пытаясь продвигать свои истинные идеи, не находят взаимопонимания в обществе и вынуждены прибегать к идее, скажем, торсионных полей для того, чтобы найти источник финансирования, зарабатывать себе на жизнь...
B. Ш. Но есть и люди, заведомо не имеющие никакой конструктивной программы, которую надо реализовать. Но они понимают психологию тех, от кого зависит финансирование и поддержка научных направлений. И пытаются им продать то, чего нет.
Р. П. Да, общество устроено сложно. Идеи генерируются в одном месте, а финансирование происходит в другом месте. И эти вещи, особенно в современной России, далеко разошлись.
A. Г. Вернемся к науке все-таки. Несколько раз уже на протяжении программы вы сказали, что «это не фантастично, потому что это не противоречит основной теории», то есть логике. Значит, в науке существует принцип, я так понимаю, что все, что не запрещено — разрешено. Почти такой же принцип, как в развитом обществе. Значит ли это, что в принципе теоретической физике должен рано или поздно наступить конец? Ведь если мы убедились на ряде экспериментов, на ряде довольно дорогостоящих опытов, что все наши предыдущие гипотезы, которые не противоречили одной большой теории, подтверждаются, так зачем дальше копья ломать? Грубо говоря, если я провел один эксперимент, второй, третий, и основной постулат мой в том, что все мои наработки не противоречат логике, а, значит, истинны, то зачем же я буду строить ускорители и делать дальнейшие эксперименты, если все, что не предположу, не фантастично, потому что не противоречит логике?
B. Ш. Вопрос понятен, Александр. Это не простой вопрос, надо сказать, не простая проблема для фундаментальной науки и для общества. Я позволю себе разбить ответ на несколько степеней сложности. И начну прежде всего с точки зрения общества, с точки зрения рядового гражданина и того общества, которому гражданин предположительно платит налоги: готово ли общество тратить деньги на постройку нового ускорителя? Зачем это делается? Раньше в пределах обозримости было открытие или подтверждение важных теорий, из которых потом, как из любой хорошей теории, проистекали практические следствия, например, расширение технологических возможностей. Сейчас же, действительно, караван, как говорится, фундаментальной физической науки бредет через пустыню. И следующий оазис, где будут новые серьезные открытия — достаточно далеко. Стоит ли тратить на это деньги?
Ответ, по-видимому, следующий. На развитие не-материало- и не-финансовоемких направлений, таких, как теоретическая физика и соответствующие математические модели, не только стоит, но и абсолютно необходимо и неизбежно. Потому что там далеко не все ясно. Что касается вопроса о строительстве больших ускорителей и сопутствующих им объектов — камер, в которых наблюдаются частицы, компьютерного обеспечения и так далее. Это вопрос, который в каждом конкретном случае требует отдельного рассмотрения. Вот даже достаточно процветающая американская экономика решила, что не стоит позволять себе тратить деньги на так называемый сверхпроводящий суперколайнер, который начали уже было строить, по-моему, в Техасе. И где-то лет 5 назад остановили это строительство, остановили, потратив 2,5 миллиарда долларов. И консервация, собственно говоря, этого объекта, который предполагался как международный, она стоит почти столько же, сколько стоило бы его достроить. Но господа конгрессмены сочли, что это неразумное расходование средств, потому что ученые не смогли объяснить, а что можно будет получить, если достроить этот ускоритель. Вопрос, конечно, не вполне корректный на самом деле, потому что фундаментальная наука тем и отличается от обычной техники и технологии, что отвечать, а что мы собираемся открыть — бессмысленно. Мы собираемся исследовать некую область, а что уж там откроется — это как природа устроена. Но тем не менее решение было принято такое. Вопрос чисто прагматичный, надо ли вкладывать деньги в существующее поколение ускорителей, построенных на общепринятых физических принципах, или надо подумать и продвигаться в новых направлениях. То есть попробовать открыть, скажем, двигатель внутреннего сгорания вместо парового двигателя для того, чтобы двигаться дальше. Это вопрос, который надо специально и очень профессионально исследовать. Это что касается возможных перспектив развития физики высоких энергий, экспериментальной физики. Вместе с тем, у нас существует лаборатория, которая нам природой, как говорится, дана. Астрофизика... Та самая лаборатория, в которой мы можем проверять множество теорий и производить их калибровку с точки зрения их адекватности или неадекватности в существующей Вселенной. Непротиворечивых теорий и непротиворечивых моделей Вселенной может быть достаточно много, но мы живем в одном-единственном экземпляре Вселенной... Какая из этих моделей на нашу долю выпала, это предмет экспериментальной проработки. Я думаю, что астрофизический аспект здесь приобретает большую значимость.
Р.П. Да, вот у нас в Астрокосмическом центре ФИАН готовится запуск космического радиотелескопа «Радиоастрон» через несколько лет для глубокого зондирования Вселенной. Мы сможем видеть объекты, появившиеся в самом начале рождения нашего видимого мира. Мы не можем в земных условиях создать сверхвысокие энергии, которые требуются для «великого объединения» и которые существовали в момент рождения Вселенной, но в космосе мы можем наблюдать такие процессы. И нас математический аппарат ведет в этих поисках. То есть умозрение, родившееся вместе с физикой, приводит нас к точным выводам и о других мирах, и о сверхвысоких энергиях - хотя мы вынуждены судить о них на основании замкнутого и логического объяснения только видимой картины мира. Это демонстрация мощи человеческого разума. И на самом деле физика только начинается, а не кончается.
...
Библиография
Арнольд В. «Жесткие» и «мягкие» математические модели. М., 2000.
Каку М. Введение в теорию суперструн. М., 1999.
Латыпов Н., Бейлин В., Верешков Г. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. М., 2001.
Мизнер Ч., Торн К., Уилер Д. Гравитация. М., 1977. Т.1–3.
Полищук Р. Гравитационное поле как двухмерная геометродинамика и диадные координаты//ДАН CCCР. 1987. Т.292.
Полищук Р. Истоки физических законов. Законы сохранения и гравитация//Наука и технология в России. 2000. N 5–6 (42–43).
Полищук Р. О соотношении рациональных и мистических начал в познании человека/IX Международные Рождественские образовательные чтения. М., 2001.
Kukharenko Yu, Polishchuk R. Non-Equilibrium States of a Scalar Quantum Field in the Unsteady Universe//Gravitation and Cosmology. 1995. V.1. No.4.
Polishchuk R. Conservation Laws in General Relativity/Proc. 8th Marcel Grossmann Meeting in General Rewlativity 22–27 June 1997. Singapore, 1997.
Polishchuk R. Man as a Siingularity of the Universe//Studies in Science and Theology. 1994. V.2; Origin, Time and Complexity. Part 2. Labor et Fides. Geneva, Switzerland, 1994.
Тема № 42
Эфир 06.12.2001
Хронометраж 1:15:00
http://gordon0030.narod.ru/archive/2011/index.html
http://transurfing.newmail.ru/gordon.html#16
