Естественная механика природы

Теперь перейдём к более подробному рассмотрению потенциальной энергии гравитационного взаимодействия (гравитационной энергии). В практической деятельности на Земле мы применяем упрощенное представление об этом виде энергии, принимая приближенно ускорение свободного падения за постоянную величину (g = const). В этом случае любое тело массой m будет обладать потенциальной энергией Еg=mgh, находясь на высоте h над уровнем, принятым за нулевой. За нулевой уровень всегда принимается самое нижнее (ближайшее к центру Земли) положение тела из всех возможных в каждой конкретной задаче. Например, механика движения лифтов в небоскрёбе и в стволе горной шахты рассчитывается совершенно одинаково, хотя уровень поверхности Земли приближённо соответствует в первом случае нижнему положению лифта, а во втором верхнему. При свободном (без трения) падении тел здесь всегда полная энергия равна сумме потенциальной и кинетической энергии, которые, в свою очередь, всегда положительны либо равны нулю. Всё логично. Нет никаких противоречий.

Картина кардинально изменяется, когда мы начинаем учитывать закон всемирного тяготения. Самым правильным, мне кажется, будет просто процитировать здесь позицию официальной науки. Из всех прочитанных мной одинаковых по смыслу современных определений гравитационной энергии, наиболее краткое и ясное приведено, пожалуй, в Википедии [5] (статья «Гравитационная энергия»):

«Гравитационная энергия – потенциальная энергия системы тел (частиц), обусловленная их взаимным гравитационным тяготением… Общепринята шкала, согласно которой для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна, а для бесконечно удалённых, то есть для гравитационно не взаимодействующих тел, гравитационная энергия равна нулю. Полная энергия системы, равная сумме гравитационной и кинетической энергии постоянна. Для изолированной системы гравитационная энергия является энергией связи. Системы с положительной полной энергией не могут быть стационарными».

Следовательно, для двух тяготеющих точечных масс, исходя из данного определения и формулы (1), получается, что потенциальная энергия гравитации равна:

                        Eg = – G m1 m2 /r. (2)

Эта общепринятая формула [1], [5] позволяет нам считать, что закон сохранения энергии при переходе гравитационной энергии в кинетическую формально соблюдается при нулевой полной энергии, но давайте проанализируем, что ещё из этого вытекает. Из сопоставления формулы (2) с E = mc2 (с объединением законов сохранения энергии и массы) однозначно следует необходимость введения понятия отрицательной массы. Мы можем это сделать, посчитав инертную массу положительной, а тяжёлую отрицательной и сохранив принцип их эквивалентности только по абсолютной величине. Получается, на первый взгляд, очень логично, и странно, что такой вывод в рамках ККМ до сих пор не сделан, так как для этого мировоззрения он представляется неизбежным. Только вот в целом, мнение, что полная энергия столкновения двух тел, в том числе и космических объектов, под действием гравитации всегда равна нулю, является одним из самых противоречивых, если не сказать абсурдных положений в современной физике. А понятие стационарная система? Разве оно не противоречит самому принципу эволюции мироздания?

Теперь посмотрим, что получится, если к процессу сближения двух материальных тел под действием гравитации привлечь известную функциональную зависимость СТО, что «для любого процесса в изолированной системе выполняется равенство:

                 Δ (Σ Ек) = – с2 Δ (Σ m0), (3)

согласно которому увеличение кинетической энергии пропорционально уменьшению суммы масс покоя» [1] (статья «Относительности теория», с. 511). Очевидно, что рассматриваемая нами система из двух тел изолированная (энергетически замкнутая), и что в ней явно присутствует рост кинетической энергии. Как будем уменьшать произведение тяжёлых масс покоя при расчёте тяготения? Согласно теории относительности только за счёт одного тела, тогда какого? Или за счет обоих тел, тогда как? А разве ТО разрешает уменьшать массу покоя конкретного количества вещества при отсутствии электромагнитного излучения, ведь масса покоя является для него абсолютным минимумом? Тогда, может быть, попробуем объяснить всё с помощью отрицательной потенциальной энергии гравитации и отрицательной массы, в результате чего, устраняя одни противоречия, создадим другие? А как связать всё это с тем, что рост кинетической энергии приводит к увеличению массы движения? Получается, что тяжёлая масса покоя должна уменьшаться одновременно с ростом инертной массы движения? Как же тогда при этом соблюдается принцип эквивалентности тяжёлой и инертной массы? Если же в законе всемирного тяготения не изменять массу покоя и учитывать массу движения, как тяжёлую массу, то получается, что вечный двигатель первого рода всё же возможен? Это не трудно показать, если отказаться от представлений о «нулевой» полной энергии при столкновениях тел. В ОТО и СТО [3] конкретных ответов на все эти вопросы найти я не смог. Более того, у меня сложилось впечатление, что эти разделы теории относительности логически вообще слабо взаимосвязаны и противоречат друг другу. Я могу, конечно, предположить, что ошибаюсь. Просто не смог разобраться, как и многие другие. Но почему тогда официальная наука не дает точных ответов на перечисленные вопросы в любом справочнике по физике? Они же явно напрашиваются.

Примечание. Например, в [5] (в статье посвящённой эквивалентности массы и энергии) можно найти некоторые объяснения, но с таким количеством оговорок, включая дополнительные толкования сущности массы для каждого конкретного случая, что говорить о какой-либо стройной теории, лежащей в основе всего этого, на мой взгляд, не приходится.

Напоследок, давайте попробуем разобраться насколько принцип передачи гравитационного взаимодействия с помощью излучения гравитонов вообще можно связать хоть с какой-то логикой. Мы знаем точно (по крайней мере, у нас нет причин считать иначе), что гравитация одинаково действует между любыми частицами вещества и, в то же время, не экранируется и не сдерживается ничем. Представьте себе полёт гравитона в пространстве со скоростью света. Встретившись с любой частицей материи (хоть с имеющим массу веществом, хоть с безмассовым фотоном) гравитон должен сообщить ему импульс силы, направленный в сторону противоположную направлению своего полёта, не меняя, однако, траекторию и скорость последнего и, получается, без всяких энергетических затрат на это. Продолжая свой полёт, гравитон должен иметь возможность повторять вышеуказанное действие бесконечное количество раз. Такие невероятные свойства сегодня объясняются тем, что, согласно ОТО, полёт гравитона искажает само пространство-время, что и является первичной причиной существования в природе гравитации. Так как нет экранирующего эффекта, то об обмене гравитонами между частицами вещества речи быть не может. Гравитоны могут «принадлежать» только той частице вещества, из которой первый раз вылетели. В бесконечной Вселенной гравитон, раз появившись, будет существовать вечно. Но можно ли представить себе, что бесконечная Вселенная существует конечное время и появилась из одной точки? В конечной (геометрически замкнутой) Вселенной единственно возможным для гравитона способом прекратить существование (или начать новый цикл существования) является его встреча с той частицей вещества, из которой он вылетел, если допустить именно это, а не притяжение частицей самой себя через всё замкнутое пространство, которое облетел гравитон. Но, так как согласно ККМ гравитон и испустившая его частица движутся в пространстве независимо друг от друга, вероятность их встречи практически отсутствует, поэтому замкнутая Вселенная в любом случае будет «насыщаться» гравитонами всё больше и больше. А раз в зависимости от плотности потока гравитонов должен искривляться пространственно-временной континуум, через который этот поток идёт, то представляете, как должно искривиться пространство-время в перенасыщенной гравитонами замкнутой Вселенной за миллиарды лет, прошедшие после Большого взрыва? Комментарии? Комментариев нет.

Итак, теория относительности, которая, казалось бы, очень логично связала инертную массу с кинетической энергией, явно приводит к противоречивым, лишенным как физического смысла, так и математической логики результатам при попытке установить аналогичную связь между тяжёлой массой и потенциальной энергией гравитации. Но, даже если вообще не учитывать ТО (что, по сути, уже означает отказ от ККМ), то закон всемирного тяготения всё равно представляет собой такой клубок загадок и противоречий, что, не устранив их, мы не можем рассчитывать на дальнейшее улучшение понимания нами мироздания. Ведь гравитация – это одна из очевидных главных основ нашего Мира. Три века попыток объяснить гравитацию с помощью отдельных специально посвящённых ей теорий конечного результата, приходится признать, не дали. Это приводит к мысли, что не поможет и отдельная квантовая теория гравитации, будь она, наконец, создана в рамках ККМ и математически согласована с общей теорией относительности и квантовой теорией поля, что без изменения самого нашего мировоззрения, то есть без иного понимания общих принципов устройства Мира, мы здесь уже явно не в состоянии двигаться дальше. Причем, модернизации существующего мировоззрения, скорее всего, будет недостаточно. Помочь, очевидно, могут лишь глобальные изменения, сопоставимые с теми, которые произошли в нашем мировоззрении, когда мы перестали считать Землю центром Мира (чуть ниже выяснится, что, оказывается, ещё не перестали).

Раз уж мы решились на формирование, на базе устранения противоречий в законе гравитации, принципиально нового мировоззрения, то нет практического смысла продолжать анализ других накопившихся в физике противоречий (их слишком много, и к некоторым из них, по мере необходимости, мы в этой книге ещё вернёмся). Теперь мы вправе рассчитывать на то, что, в случае успешного объяснения гравитации, новое мировоззрение одновременно значительно проще и понятнее объяснит нам и те явления природы, которые мы сегодня способны объяснять лишь математически, с помощью корпускулярно-волновой дуализма, принципа неопределённости в квантовой механике, теории относительности, тёмной материи, тёмной энергии и прочих недоступных пониманию большинства людей представлений. Мы можем также надеяться, что в рамках нового мировоззрения, нам не придётся считать «паранормальными» те загадочные и непонятные явления, знания о которых мы накопили в своих наблюдениях за природой. Более того, новое мировоззрение, безусловно, должно приблизить нас к лучшему пониманию лежащего в основе эволюции нашей Вселенной физического процесса и физического принципа существования и роли жизни в нашем Мире и Мире вообще. Несмотря на все ждущие нас на этом пути сложности, ставить перед собой задачу по-иному мы, согласитесь, не имеем права. Раз формируется новое мировоззрение, то оно должно быть комплексным, более комплексным, чем то мировоззрение, которое призвано заменить.

Для формирования нового мировоззрения не остается ничего другого, как сначала взять на вооружение самую первую в истории человечества науку – философию. Объявленная сегодня гуманитарной наукой (или даже чем-то вне рамок науки) и почти отстраненная от дел своей великой и могущественной дочерью, теоретической физикой, философия единственная (это будет показано) способна поставить здесь граничные условия буйству нашей фантазии и направить нас в нужное русло. Макс Планк считал, что абсолютные закономерности можно постигать при помощи чистого мышления, но мышления, конечно, материалистического, то есть основанного на осознании наблюдаемой объективной реальности и признании её действительно существующей вне зависимости от наших наблюдений, хотя это, казалось бы, и опровергается им же самим основанной квантовой теорией. Поверим Планку.

Профессиональный философ, возможно, почувствует в моих дальнейших рассуждениях «сильный инженерный акцент», но я не вижу в этом ничего страшного, так как в мировой философии канонизации стиля изложения мыслей не существует. И хорошо, что не существует.

Глава 2. Мир, каким он может быть. Философские начала структурно-квантового мировоззрения

Естественные науки не могут обойтись без философии… не следует думать, что даже в самой точной из всех естественных наук можно продвигаться вперед без всякого мировоззрения.

М. Планк

Примечание. В этом высказывании Макса Планка последнее слово обычно переводят на русский язык, как «миросозерцание», но я решил заменить его более, как мне кажется, подходящим по смыслу синонимом – «мировоззрение».

…для истинной философии, в которой причину всех естественных явлений постигают при помощи соображений механического характера. По моему мнению, так и следует поступать, в противном случае приходится отказаться от всякой надежды когда-либо и что-нибудь понять в физике.

Х. Гюйгенс («Трактат о свете»)

«Математические начала натуральной философии» – так назвал Ньютон величайший из своих научных трудов. Во времена сэра Исаака термины натуральная (естественная) философия и физика были синонимами, вернее даже, физика, как отдельная научная дисциплина, практически, вообще ещё не существовала.

Давайте разберёмся, что мы сегодня понимаем под терминами физика и философия. Для начала я приведу их официальные определения из одного и того же вполне солидного источника [2]:

«ФИЗИКА (греч. Ta physika, от physis – природа), наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира…

ФИЛОСОФИЯ (от греч. Phileo – люблю и sophia – мудрость), рефлексия о последних (предельно общих) принципах (основаниях) бытия и познания, о смысле человеческого существования».

Если вдуматься в эти определения, то получается, что физика накапливает знания о природе, тогда как философия, опираясь на них, формирует наше сознание, рефлексию, то есть понимание природы, в том числе и своего места в ней, а именно это и определяет наше мировоззрение.

Так уж сложилось, что в естественной философии, как и принято в философии, доказательством являются логика и смысл наблюдаемых нами явлений природы, тогда как в теоретической физике, которая, лишь в конце девятнадцатого века сформировалась, как отдельная научная дисциплина – формулы, выражающие количественные результаты наших наблюдений математически. Образно говоря, в естественной философии применяется аналоговая система, а в теоретической физике – цифровая. Но цифровая система не может полностью заменить аналоговую. В фундаменте технического устройства любой цифровой системы лежит аналоговый принцип, пусть самый простейший. Без этого цифровая система теряет связь с материальным миром, и реализовать её невозможно. Можно также сказать, что физика – это наука, изучающая количественную взаимосвязь реально существующих природных явлений, а естественная философия – саму их качественную природную сущность. То есть, термины физика и естественная философия сегодня, строго говоря, уже не синонимы.

В основе накопления знаний о природе, безусловно, лежат наблюдения и эксперименты. Затем следует этап обработки экспериментальных данных, в том числе и математической. А можно ли провести лишь математическую обработку результатов наблюдений и считать, что процесс познания завершён, что мы, сделав это, получаем не только знания о природе, но и понимание её? Математика – это ведь просто особый язык человеческого общения, а также наука, изучающая и формирующая этот язык. В основе здесь лежит количественный принцип, тогда как все другие языки основаны в целом на качественных понятиях. Но ведь согласно известному закону диалектики количество всегда переходит в качество. Без этого количество теряет для нас смысл. Математически, конечно, можно ответить на вопрос, какие функциональные зависимости количественно связывают параметры различных физических явлений, но сказать, почему это так и что объединяет между собой эти явления – невозможно. И вообще, можно ли считать, что язык сам по себе является необходимым и достаточным объяснением чего-либо? Согласитесь, что формировать естествознание, опираясь исключительно лишь на математику – это почти то же самое, что формировать антропологию и социологию с помощью только филологии и лингвистики. Во втором случае абсурдность подхода очевидна. Ну, а в первом?

Итак, несмотря на огромную, можно сказать даже определяющую, роль языков (в том числе языка математики) в появлении и развитии человечества, науки, изучающие языки и формирующие их единые правила, являются, всё же, вспомогательными. Более того, физика, химия, биология, физиология и другие точные естественные науки, для которых математика по логике является союзницей или, вернее даже, служанкой, в свою очередь, являются вспомогательными по отношению к естественной философии, которую, на мой взгляд, следует считать наукой одновременно и гуманитарной, и точной, вершиной естествознания и миропонимания. Таким образом, все основанные на количественных оценках реальности естественные науки (не только физика, которую, как говорилось, полностью отождествлять с естественной философией сегодня уже некорректно) действительно есть «математические начала натуральной философии». Ньютон назвал свою книгу исключительно удачно.

Отсюда следует, что без последнего этапа смысловой (философской) обработки полученных экспериментальных данных о природе, мы способны лишь накапливать знания о количественных закономерностях в ней, а обеспечить понимание природы, лежащее в основе нашего мировоззрения, нет.

Давайте ещё поразмышляем над тем, что определяет наше мировоззрение, и почему. Сознание каждого человека с детства формируется механистическими представлениями об окружающем мире. Большинство людей не может представить мироздание реально существующим и понять его (то есть сформировать материалистическое мировоззрение) без помощи привычных механических аналогов (иначе в сознании материализм уже уступает место идеализму). Даже если находятся люди, которые считают, что понимают материальный мир не механистически, а, например, идеалистически или чисто математически (по сути, тоже идеалистически), то, как показывает наша история, следующие за ними поколения людей либо создают механистическое объяснение таким взглядам, либо их отвергают, либо в обществе вновь начинают преобладать мистические представления о природе, которым естественные науки только мешают. То есть, отсутствие механистического, наглядного объяснения природы, безусловно, приводит к кризису материалистического мировоззрения, без которого естественные науки не могут не только развиваться, но и вообще существовать. Да, сегодняшняя теоретическая физика, согласившись с Эйнштейном [4], пока ещё официально придерживается мнения, что с помощью одной математики можно описать мироздание, а механистические подходы в науке устарели. Но сколько такая точка зрения господствует в науке? Всего-то около ста лет. Поэтому можно считать это лишь экспериментом, который, вполне возможно, действительно стоило провести, чтобы получить подтверждающий вышесказанное окончательный отрицательный результат. С чистым-то идеализмом уже экспериментировали и убедились. И ещё одно. То, что теоретическая физика не может сегодня, опираясь на признанное официально и, в основном, ею же сформированное мировоззрение, механистически объяснить наблюдаемые природные явления, в первую очередь, есть лишь подтверждение несовершенства и кризиса самого этого мировоззрения, а, следовательно, и самой теоретической физики. Абсурдность чисто математического подхода к фундаментальной теоретической физике сегодня широко обсуждается и уже давно признаётся многими. В качестве примера приведу высказывание академика С. П. Новикова (не я первый его цитирую): «Думаю, сейчас определённо можно говорить о кризисе мировой теоретической физики. Дело в том, что очень многие чрезвычайно талантливые и хорошо подготовленные для решения вопросов физики элементарных частиц или квантовой теории поля люди, по существу, стали чистыми математиками. Круг задач, которыми они занимаются уже не мотивируется физическими реальностями… Процесс математизации физиков-теоретиков ничем хорошим для науки не кончится.» [Вестник Российской академии наук, 1995, т.65, №2]. Мнение Сергея Петровича особо ценно ещё и тем, что сам он профессиональный математик.

Так что давайте договоримся считать, что мы можем понять любое природное явление, только объяснив его с помощью механических аналогов. Но это не значит, что первая же попавшаяся механистическая модель, объясняющая полученные экспериментальные данные о каком-либо физическом процессе, обязательно соответствует его природной сущности. Чем меньше экспериментальных данных, тем большим количеством разных механистических моделей может быть объяснен один и тот же физический процесс. При этом механистические воззрения ничуть не противоречат и математическому подходу к естествознанию, так как любую механистическую модель можно описать математически, причём тоже несколькими способами. Поэтому считать, что математика способна автоматически объяснить сущность природного явления абсурдно, даже если это математическое описание его механистической модели. Лишь накопление дополнительных экспериментальных данных позволяет постепенно уменьшать количество возможных вариантов механистических моделей, пока не остается практически один единственный.

Примечание. Уже в школе мы убеждаемся, что многие задачи количественного анализа можно решить различными математическими способами. Причём, все эти альтернативные способы являются верными. А вот среди механистических смысловых моделей физических явлений верным может быть только один вариант. Возможность альтернативных вариантов означает здесь лишь недостаточность экспериментальных данных и незавершённость теории.

Но в истории науки, если не рассматривать последние сто, сто пятьдесят лет, прослеживается одна очень чёткая закономерность. В подавляющем большинстве случаев, единственным вариантом остаётся самый простой и рациональный из всех ранее рассматривавшихся. Этот факт, безусловно, может, и даже должен быть использован в естественной философии. А ведь он уже использовался, и не раз, только, к сожалению, не всеми и не всегда. Вот как, например, сформулировал указанную закономерность Аристотель [17]: «…если результат получается один и тот же, всегда следует предпочитать ограниченное количество, так как природным [вещам] должно быть присуще ограниченное и лучшее, если это возможно». Браво, философ Аристотель! Полностью согласен здесь с Аристотелем и Галилей: «Природа не употребляет многих средств там, где она может обойтись немногими» [20]. Идём дальше. Формулируя в своих «Началах» [18] «правила умозаключений в физике», Ньютон пишет: «Правило I. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений (курсив издания, – С.С.) … природа ничего не делает напрасно, а было бы напрасным совершать многим то, что может быть сделано меньшим. Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей».

Если бы мы всегда последовательно придерживались таких взглядов, то гелиоцентрическая теория Аристарха Самосского (ок. 310 – 230 до н.э.), простотой и рациональностью превосходившая все альтернативные ей варианты объяснения причин наблюдаемого движения небесных тел, вряд ли ждала бы своего признания почти две тысячи лет. Ведь тогда большинство людей, понимая это её превосходство, старались бы собрать факты в подтверждение именно такой оптимальной гипотезы, а не обвинять её сторонников в ереси. Но разве можно упрекать Аристотеля, умершего незадолго до рождения Аристарха, за то, что именно его мнение о геоцентрическом строении Вселенной противники теории Аристарха так долго и успешно использовали? Ведь, наверняка, обширное научное наследие и блестящие законы логики Аристотеля применял в своих рассуждениях и Аристарх. Учитывая ещё прижизненную славу Аристотеля и то, что они с Аристархом были соотечественники, по-другому просто быть не могло. С другой стороны, то, что Аристотель не рассмотрел гелиоцентрический вариант строения Вселенной и даже не упомянул о нём (насколько это известно), есть лишь надёжное свидетельство, что Аристарх Самосский действительно был автором идеи гелиоцентризма или, по крайней мере, одним из самых первых её сторонников. Браво, философ Аристарх!

Примечание. Я полностью отдаю себе отчёт в том, что отказ от механистических воззрений многими физиками воспринимается сегодня, как выдающееся достижение научной мысли начала двадцатого века. Но сравним это с судьбой гипотезы Аристарха. Во времена античности для доказательства этой гипотезы не хватало объёма и технического обеспечения наблюдений, а также математического аппарата для обработки их результатов. Кроме того, такая гипотеза в момент её появления противоречила стереотипам мышления большинства современников. От неё отказались в пользу более традиционных и доступных для практического применения, хотя и более сложных, теоретических взглядов. Однако, в конце концов, науке пришлось вернуться именно к этой гипотезе, вернее даже, выдвинуть её заново. Аналогия с отказом от механистических воззрений здесь вполне очевидна и достаточна, чтобы не считать этот отказ абсолютно правильным, то есть вечным и не допускающим альтернатив решением.