Диалоги на руинах империи

Подобные рассуждения Джуры совпадали с представлениями хозяина. Мало того, они отвечали на вопросы, существовавшие в его голове по другим научным проблемам, так же отвергаемым официальными представлениями современников, хотя вполне соответствующим здравому смыслу и формальной логике не только нынешних маргиналов, но и представлениям великих мыслителей прошлого. Хозяину нестерпимо захотелось обсудить со своим собеседником свои соображения на этот счет, испытав при этом на прочность критикой свои идеи со стороны непредвзятой логики, которой, несомненно, обладал собеседник. Но вот проявит ли он к этому интерес, оставалось неясным.

Эфир

Во время очередной беседы при посещении Восточного хозяин вспомнил предыдущий разговор о превратности судеб отдельных здравых научных идей и предложил обсудить одну весьма интересовавшую его тему, которая хоть и имела общие черты с предыдущей, но имела свои специфические исторические особенности. Это была идея эфира – некой мировой среды, заполняющей все пространство, обладающей признаками материальности. Джура удивился, сказав:

– А что тут обсуждать-то? Здесь, кажется, все ясно. Это устаревшее представление об окружающей среде, известное с незапамятных времен. Об этом говорили еще древние греки, в философии древних индусов об этом говорилось и того ранее. Но эти представления были исключительно умозрительные, вытекавшие из созерцательного наблюдения за природой, и не опирались на научный эксперимент. И неудивительно, что в период формирования экспериментального подхода к изучению природы в странах западной цивилизации был изменен подход к этому вопросу. И сделано это было не в интересах какого бы ни было правящего класса, а в целях получения логичного ответа на поставленные экспериментом вопросы. Все это происходило в умах ученых и не имело никакой социальной составляющей. Более того, тот древний эфир простому обывателю до сих пор гораздо более понятен, чем то, о чем говорят ученые сейчас. Ты с этим не согласен?

Сделав глубокий вздох, как будто нужно было сейчас подойти к тяжелому грузу и поднять его, хозяин сказал:

– В твоих словах в целом не видно изъянов. Мысли полностью соответствуют реальным событиям, но дьявол, как известно, кроется в деталях. Именно их я и хотел обсудить.

– Ты заинтриговал. Какие еще детали? Давай, не таи!

– Слушай! И возражай, когда будет коробить! Начну с того, как произошел отказ от эфира, бывшего официально признанной субстанцией в науке ХVIII—ХIХ веков. Экспериментальное изучение свойств света привело к осознанию его как некоего волнового явления. Интерференция, дифракция – всеми этими свойствами обладал свет, как волна на водной поверхности, как звук в газовой среде. Для того чтобы соответствовать этим представлениям, необходима была среда. Ею и считали эфир. Все было на редкость стройно и логично. Параллельно шло накопление новых экспериментальных данных. Выяснилось, что свет наряду с волновыми свойствами обладает также свойствами частицы (корпускулы). Это качество позволяло перемещаться при отсутствии какой-либо среды, необходимой для волны. Но вот незадача, волна распределена в пространстве и не имеет границ, а частица ограничена объемом. Назрело внутреннее противоречие. Объяснения ему в рамках классических представлений найдено не было, но экспериментальный факт налицо. Было принято, как говорят, соломоново решение. Признать корпускулярно-волновую природу материи ее врожденным свойством, тем более что в это же самое время были установлены волновые свойства электрона – очевидной элементарной частицы. А несовместимость распределенности с ограниченностью объема преодолевалась утверждением о невозможности совмещения наших представлений, рожденных макромиром, с явлениями микромира, которые не имеют общих аналогов для сравнения. Тут ставилась точка, и вопрос считался закрытым. Великий советский физик-теоретик Л. Ландау на эту тему говорил: «Квантовую механику (науку о микромире) невозможно понять (сравнить с тем, что хорошо известно), к ней можно только привыкнуть». Отсутствие привычной логики в изучении микромира стало обычным делом, с чем в дальнейшем придется сталкиваться не раз. Абсурдность некоторых явлений была возведена в ранг закона природы. Но это еще не было достаточным основанием для отказа от существования эфира. Причиной стало следующее. Хорошо известно, что космические объекты движутся в пространстве, при этом не испытывая какого-либо сопротивления со стороны мировой среды, это было замечено астрономами задолго до появления сомнений в существовании эфира. Но как это могло быть с материальной средой, которая обладала инерцией, какой бы тонкой она ни была? Ответа на этот вопрос не находилось. Свет всегда был основным инструментом изучения космоса. И тут вспомнили, что ему в отличие от прежних времен теперь не требовалась среда для распространения. Если ее теперь изъять, то и сопротивления никакого не будет. Простота решения казавшейся сложной задачи придала ей ореол гениальности. Все, искать больше ничего не нужно, свет «абсолютной истины» засиял над физической наукой. И он осветил путь, по которому она пошла в 20-м столетии. И, как мы знаем, весьма успешно.

Все ли поголовно были так уверены в существовании пустого пространства? Да, конечно, нет. Честная наука всегда предполагает сомнения. Чтобы их устранить, нужны новые доказательства. Начались эксперименты. Эфир предполагался некоей неподвижной средой, в которой происходило движение объектов. Если эфир материален, то он должен был как-то взаимодействовать с ними. Увлекаться частично или полностью, образуя некое подобие ветра, как в газовой среде. Вот это и было предложено проверить. Физики Майкельсон и Морли разработали и осуществили эксперимент, основанный на дифракции расщепленных пучков света, прошедших через среды, движущиеся относительно друг друга. Более тонкого и чувствительного инструмента на то время не существовало. Многократно проведенные измерения не дали положительного результата, из которого бы следовало наличие эфирного ветра. Это было принято экспериментальным доказательством отсутствия эфира. С этого времени и началось триумфальное шествие идеи пустого пространства в официальной науке.

До сего момента все было так, как ты и говорил. Сомневающихся поубавилось, их позиции сильно ослабли, но они не исчезли совсем. Удивительней всего было то, что среди сомневающихся были такие фамилии, как Эйнштейн и Майкельсон. Их голоса не были услышаны, большинству все было ясно, успехи в стремительном развитии физики кружили голову. Не было мотивации к возврату тем, казавшихся пройденными и закрытыми. Остались маргиналы, для которых мнение авторитетов не казалось критерием истины. Они пытались опираться на свои собственные представления, базирующиеся на логике и новых экспериментальных данных. Их шанс скрывался именно в нюансах и деталях.

Вот тут и открывается пространство для нашей дискуссии. Попытайся, по возможности аргументированно, развеять мои утверждения сомневающегося!

Начну с логики, это то, что позволяло древним рассуждать на такие темы, не располагая экспериментом, основываясь исключительно на созерцательные ощущения, проверяя их на соответствие здравому смыслу. Что есть пространство, пусть космическое? Это то, в чем материальные тела размещены и могут двигаться. Интуитивно очевидно. Теперь мы говорим, что оно абсолютно пустое, как это и было сделано в науке, т. е. не содержит ничего материального. Не означает ли это, что в нем нет ни одной точки, которая бы отличалась от другой? Здесь этот вопрос я задам тебе.

– Подожди, дай подумать, — Джура задумался, пытаясь поднять в памяти все, что могло пригодиться для ответа. Почесав затылок, начал рассуждать: – В качестве аналога предлагаемой тобой ситуации я вижу пустыню, однообразную, ни деревца или кустика. Глаз остановить не на чем. В ней действительно теряешься и не знаешь куда идти. И это при том, что она совсем не пуста, а лишь однообразна. Дискомфорт ощущается. При этом я не понимаю, к чему твой вопрос?

– В пустыне твой дискомфорт только от того, что ты не можешь различить одну ее точку от другой. Есть люди, которые в пустыне чувствуют себя прекрасно, имея навыки ориентироваться в ней, пустыня на самом деле не пуста, а лишь однообразна. Тогда же когда она станет совсем пуста, исчезнут не только барханы, но и сам песок, никакие навыки не помогут. Не возникает ли у тебя при этом ощущение, что пространство при этом сжимается до размеров твоего собственного тела?

– Мне кажется, что да. Ведь перемещение в пространстве теряет всякий смысл.

– А если начать уменьшать размер твоего тела, в пределе доведя его до нуля? Не исчезнет ли пространство совсем, превратившись в точку?

– Нет, тут я не согласен. Эксперимент твой, так уменьшай размер своего собственного тела до нуля, а я еще поживу. Ну а если серьезно, то кажется, что в твоем рассуждении есть смысл. Правда, есть некоторые представления, которые сопротивляются твоим предположениям. Задам себе такой вопрос: существует ли материя без пространства? Ответ однозначный – нет. Материя сама занимает некоторое пространство. А существует ли пространство без материи? Исходя из твоих предположений, нет. Но как быть с тем, что все хорошо знают? С декартовой системой координат в математике. Три взаимно перпендикулярных оси, и внутри абсолютная пустота. В математике отсутствует материя вообще. Тут мы видим пустое пространство, которое не хочет обращаться в нуль. Что ты можешь возразить против этого?

– Вопрос логичен. И на него есть ответ. Заговорив о математике, мы отклонились от физики. В реальном физическом пространстве нет никаких декартовых координат. Поэтому ориентироваться на них не удастся. Что же такое математика? Наука о закономерностях в дискретных пространствах, ибо число это и есть дискретность, каждое отличается от другого. Так что декартово пространство не пусто, оно «заселено» числовыми точками, отличными друг от друга набором трех координатных чисел. Декартово пространство является математической абстракцией реального пространства, предполагая, что оно дискретно и никак не иначе. Абсолютно пустое пространство не может быть дискретным, в нем нет ничего, даже песчинки. Поэтому не может быть описано декартовой системой, сославшись на нее, мы автоматически признаем дискретность пространства. Каждая точка реального пространства отличается от любой другой. Координаты существуют только у нас в голове. Чем же тогда они отличаются друг от друга? Отличаться они могут только свойствами, больше ничем. Возникает среда в виде множества материальных точек, т. е. точек, отличных друг от друга свойствами. Пространство материально, оно и есть сама материя. Разделение окружающего на пространство и материю – это всего-навсего результат работы сознания, а не свойство природы. Итак, пространство материально, вопрос только в том, каковы его свойства. Что скажешь на это?

– По твоей логике возразить вроде бы нечем. Но как быть с экспериментом? Он-то говорит об обратном.

– Вопрос абсолютно верен. Как мы знаем, критерием истины является эксперимент. Так вот именно тут и есть свои нюансы. Эксперимент – это измерение. Первый вопрос в том, насколько адекватна схема эксперимента измеряемым параметрам. Иначе, то ли измеряем, что ответит поставленной задаче? Второй вопрос: а позволяет ли точность измерений гарантировать репрезентативность результатов? Иначе говоря, не скажется ли на результаты искажающее влияние окружающей среды, закрыв от наблюдателя искомую закономерность? Не вдаваясь в подробности эксперимента Майкельсона-Морли, для нас это будет неподъемно, следует отметить, что неспроста Майкельсон сомневался в абсолютной достаточности результатов своего эксперимента для утверждения об отсутствии эфирного ветра. Сомневающиеся продолжили поиск новых схем и принципов в рассматриваемом направлении, несмотря на всю сложность задачи. В 70-х годах прошлого столетия болгарский физик-экспериментатор Стефан Маринов провел разработанный им самим эксперимент и определил скорость движения Земли относительно эфира. Казалось бы, научный мир должен был бы насторожиться и сконцентрировать в этом направлении свои усилия. Ничего подобного не произошло. Молчаливое равнодушие повисло над этим событием. Маринов не сдавался и вел активную популяризацию своих результатов. Его критики атаковали различные слабые стороны его работы, хотя у Майкельсона и Морли их было даже больше. И вдруг Маринов загадочно гибнет, якобы покончив с собой самоубийством, выпав из окна номера гостиницы. Полиция Австрии быстро закрывает дело, уверенная в версии самоубийства, игнорируя факты, разрушающие их уверенность. Планируя самоубийство, Маринов бронирует себе гостиничный номер на ближайшей конференции в другом городе. Сын Маринова, будучи высокопоставленным чиновником в Болгарии, даже не информируется о случившемся. Налицо признаки какого-то заговора. С тех пор результаты эксперимента живут только на просторах интернета, но не в научной среде. Такова история. Сомнения в отсутствии эфира только множатся. А воз и ныне там. Что скажешь на все это?

– А что тут скажешь. Сомнений действительно много. А поэтому и ответа однозначного нет.

– Чтобы укрепить свои позиции, предлагаю продолжить обсуждение по темам, которые тесно связаны с рассмотренной и в которых в этой связи наблюдаются парадоксы (внутренние противоречия), но это уже в следующий раз.

СТО. Специальная теория относительности Эйнштейна

Спустя месяц.

– Ну что, продолжим наше путешествие по дебрям современной фундаментальной физики? – сказал один другому.

– Ты произносишь такие слова, от которых оторопь берет. Фундаментальная физика! Да что я в этом понимаю? Что может понимать в этом простой инженер? Самое большее – это классическая механика, да и то поверхностно.

– Джура, ты удивишься, но именно это и требуется, для беспристрастной критики сознанием, не затуманенным современными стереотипами и догмами. Знаешь, что говорил на эту тему Эйнштейн? А он сказал как-то: «Все знают, что нечто невозможно, тут приходит тот, который этого не слышал и решает задачу». Так что бодрее и с оптимизмом в путь! Мне тоже раньше казалось, как и многим, что фундаментальная физика недоступна простому смертному, она лишь для узкого круга посвященных «жрецов». Думаю, что не в последнюю очередь именно из-за этого круг критиков весьма узок. Фундаментальные понятия обязаны быть простыми и понятными, иначе на них не построить устойчивого здания. Если они недоступны осознанию, тогда это не наука, а религия. То, что они просты, я попробую доказать. Возьмем, например, СТО – специальную теорию относительности Эйнштейна. Звучит грозно. На самом деле это всего-навсего теория о законах природы в инерциальных системах отсчета (ИС), т. е. двигающихся в пространстве равномерно и прямолинейно, без ускорений. Первое, что она утверждает, то, что никакой физический эксперимент на объекте не позволяет определить, покоится ли он, или движется равномерно и прямолинейно. Все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной ИС к другой. Это означает на практике то, что тебе в штиль не удастся понять в закрытой каюте корабля, движется ли он относительно берега, или покоится без движения. В этом и состоит принцип относительности, относительности движения. Нет возможности определить, что движется – корабль или берег, все зависит от тебя самого, что ты считаешь точкой отсчета. Это легко понять, если отвлечься от нашей интуитивной привычки мерить все относительно земли. Думаю, что мало кто в этом усомнится. Второе, что скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех ИС отсчета. Это утверждение не очевидно. Поэтому его мы должны взять на веру как аксиому. Каковы последствия неочевидности, проанализируем позже. Третье, что пространство и время однородны (шкала измерений равномерна). Пространство является изотропным (одинаковым по всем направлениям). Это утверждение также следует принимать как аксиому. Последствия рассмотрим также позже. К тому же следует отметить, что перечисленные три пункта составляют единую систему и не могут быть взаимно противоречивыми. Последствия одного утверждения не могут противоречить другому утверждению. Такая система получила название постулатов СТО Эйнштейна и лежит в основах современных физических представлений.

А теперь начнем проводить умозрительные эксперименты, проверяя систему на непротиворечивость. Подобный способ эксперимента весьма характерен для теоретической физики, применявшийся с доисторических времен. Проверим, как сочетаются два первых постулата, т. е. относительность движения и постоянство скорости света в любой ИС.

Представим себе глухой вагон (вагон без окон), движущийся равномерно и прямолинейно. Классическая схема, использовавшаяся самим Эйнштейном. Два наблюдателя сидят на одной скамейке у дальней стены вагона и играют в игру, где выигрывает тот, кто первым коснется лучом лазера мишени на противоположной стене. Причем лазеры игроков включаются одной кнопкой. Первое впечатление, что игра странная и никто выиграть не имеет шанса. Однако это до тех пор, пока мы не вспомнили принцип относительности движения. Оба наблюдателя не знают, движутся ли они, или покоятся, причем мнения обоих могут различаться, в полном соответствии с первым постулатом. Если один считает, что вагон движется в направлении луча лазера, то его луч достигнет мишени позже того, который считает вагон неподвижным, так как стенка с мишенью за время движения луча отодвинется от стартовой точки и расстояние для его прохождения будет больше. Неподвижный наблюдатель выиграл. Но все может поменяться на противоположную ситуацию в зависимости от соотношения мнений наблюдателей. Результат определяется не реальной ситуацией, а лишь мнением наблюдателя. Не кажется ли это странным? Мы, привыкшие к разнообразию противоречивых мнений в период падения всяческих авторитетов, можем принять это вполне нормальным. Но вот если ситуацию представить так, что на кон поставлены не деньги, а жизнь, то получим наблюдателя одновременно живым и мертвым. А как это может быть? Здесь понятие относительности не действует. Джура, прошу тебя, рассей мои заблуждения! Иначе я могу подумать, что болен шизофренией с манией величия. Не может быть, что я один такой умный, а другие не видят здесь противоречий. Найди ошибку в моих рассуждениях!

– Твоя задача для меня несколько неожиданна. Думаю, что вот так сразу на нее не смогу ответить. Следует подумать… Если следовать твоей логике, то, несомненно, приду к полученному тобой результату. Критика возможна, если на то же самое взглянуть под другим углом. Задам себе вопрос: в чем суть выявленного тобой парадокса? Полагаю, что она во внутреннем противоречии принципа относительности движения и абсолютности величины скорости света в любой инерциальной системе отсчета. Значит, нужно построить иной эксперимент с участием обоих принципов и посмотреть, что получится. Давай-ка я попробую порассуждать. Что такое инерциальная система отсчета? Как я понимаю, это математическая модель некоторого материального объекта, с которым она жестко связана. Что есть свет? Как уже говорилось, это материальный объект – фотон, обладающий при определенных обстоятельствах волновыми свойствами. В условиях абсолютно пустого пространства это точно фотон, ведь волна в отсутствии материальной среды невозможна. Если связать систему отсчета с фотоном (почему бы и нет?), то все материальные объекты будут двигаться с одинаковой скоростью, не имея возможности двигаться относительно друг друга. Здесь явный тупик. Но, может быть, некорректно связывать ИС с фотоном? Он что, не материален, не локализован в пространстве? Совсем недавно доказывалось обратное, и именно самим Эйнштейном. Нобелевскую премию по физике он получил не за СТО, а за объяснение через существование частицы фотона, открытого Столетовым фотоэффекта. Так что мой эксперимент не опроверг твоих сомнений. Вынужден признать противоречивость постулатов СТО. Скажу более того, что система постулатов даже с первого внимательного взгляда на нее может показаться противоречивой. В ней чувствуется попытка совместить несовместимое, а именно – относительность движения с абсолютностью скорости света. Дажевнесение в первый постулаттезиса об инвариантности законов природы не излечивает систему от противоречий. Откровенно говоря, и мне теперь кажется удивительным, как столь хрупкая для критики система могла стать основой для всей современной системы физических знаний. Думаю, что в данный момент нужно разуму дать передышку, позволить улечься в голове сумбуру и подумать о том, как так могло получиться. Давай оставим это до следующего раза!

Скорость света

Следующий раз наступил через месяц.

Первым беседу по заявленной теме в этот раз начал Джура.

– Я периодически вспоминал о прошлом разговоре, и мне как-то не по себе становилось от нашей с тобой диссидентской позиции. Ты предлагаешь опровергнуть очень авторитетное мнение. Так? Но делать это всегда страшновато, ведь высмеют.

– Джура, ты необыкновенно проницателен, именно так и будет. И имя тебе дадут – Невежда, Лжеученый, Графоман, и это в лучшем случае, а скорей всего, обзовут просто идиотом.

– Так стоит ли к этому стремиться? Может, бросить к черту все и не забивать себе голову чепухой?

– Твой вывод логичен. Именно поэтому я и не предлагаю идти на площадь к позорному столбу, а пытаюсь вести беседу с глазу на глаз, упражняясь в логике рассуждений, проверяя ее сторонним непредвзятым мнением. Вся надежда на тебя. Больше просто поговорить на это тему не с кем. Обещаю сохранить все в тайне.

– Только из уважения к тебе. Пусть будет так. Единственно, о чем бы попросил, так это сдвинуться с темы СТО на что-нибудь другое, хотя бы временно.

– Хорошо, договорились. Возьмем к примеру тему скорости света. Кто только не знает, что она постоянна в вакууме и равна примерно 300 тыс. км в секунду. Предлагаю проследить, откуда это все взялось. Вопросом изучения света человечество занималось с незапамятных времен. Мы приходим в этот мир вместе с ним и уходим, его потеряв. А вот его природу люди стали осознавать, наблюдая за ним в различных ситуациях и экспериментах. Так было выяснено, что это волновое явление электромагнитной природы, причем волна поперечная, наподобие волны на поверхности пруда. В ней энергия электрического поля переходит в энергию магнитного, как на поверхности воды кинетическая энергия воды переходит в потенциальную энергию высоты волны. При этом надо учесть то обстоятельство, что все это происходило тогда, когда существование эфира как мировой среды не подвергалось сомнениям. Вершиной познания природы света стали уравнения Максвелла, ставшие краеугольным камнем современной физики. И при этом их написание стало возможным только тогда, когда Максвелл предположил существование сдвиговых токов в среде распространения света, т. е. в эфире. Эфир стал обладать некими физическими свойствами как диэлектрик. А это вовсе не пустота, которую нынче называют вакуумом. Там сдвигаться просто нечему. Пустота появилась чуть позже, потребность в которой возникла у Эйнштейна, чтобы убрать возможность появления абсолютной системы отсчета, которой считался неподвижный всепроникающий эфир в представлениях того времени. Заодно это снимало проблему торможения средой космических тел. Поперечные колебания электромагнитной волны возможны только в твердом теле, что вообще безумие. А тут еще подвернулась фотонная природа света. Фанфары возвестили о победе всесильной науки и приказали забыть о существовании эфира. И следовало бы присоединиться к этому празднику разума, если бы не то обстоятельство, что уравнения Максвелла не исчезли вместе с эфиром, а вопреки здравому смыслу стали фундаментом всего нынешнего здания физических представлений. Именно эти уравнения указали на существование некой постоянной скорости света, являющейся мировой константой. Но ведь у Максвелла это скорость распространения электромагнитной волны в эфире, как это имеет место при распространении звука в газовой среде. Опять наталкиваемся на противоестественный дуализм взаимоисключающих представлений. И это уже не в первый раз. Что скажешь на это?

– Ну, ты достал своим дуализмом! Куда с тобой ни пойдешь, везде тупики да парадоксы. Голова начинает пухнуть. У тебя есть что-либо порадостней?

– Да у меня те же чувства, что и у тебя, но прежде чем начать тебя радовать оптимизмом, придется осознать глубину пессимизма. Не торопись, всему свое время. Светом мы занялись не случайно. Ведь он, если ты заметил, связан с темой СТО. Попытаемся их связать, посмотрим, что получится. Если рассматривать свет не как фотон в пустоте, а как волну в среде эфира, то можно увидеть следующее. Эфир, рассматриваемый как тонкая газовая среда, вовсе не абсолютная система отсчета, ибо она внутри себя подвижна и также находится в относительном движении, как и весь остальной мир. Это препятствие преодолено. Корпускулярный характер фотона? Когда говорилось о волновом характере света, подразумевалась линейная форма волны наподобие синусоиды, которая не может быть локализована. Но ведь существуют и нелинейные формы в виде вихрей. Примером могут быть торообразные (форма бублика) вихри, которые ты мог наблюдать у развлекающихся курильщиков, выпускающих дымовые кольца изо рта. Они-то локализованы и имеют поперечную составляющую по отношению к направлению своего движения. Нет недоразумения в понимании корпускулярно волновой природы света, и не требуется твердая среда. Осталось одно – отсутствие сопротивления космическим телам. И вот здесь, как это принято в телевизионных сериалах, прервемся на самом интересном месте. Преодоление этой сложности потребует, как принято сейчас говорить, наиболее креативных подходов. Так что до следующей встречи.