Логотип


«Среда обитания» физических объектов.

Мы привыкли говорить о среде обитания живых организмов и систем. Что же касается физических объектов, то мы привыкли считать их помещенными в некую систему отсчета, которая может быть не обязательно представлена иными объектами. Считается, что это может быть и пустота, в которой размещается некая система координат. Мы почему то убеждены, что существование физического объекта возможно само по себе, вне какой-либо «среды обитания». А это значит, что можно ограничиться рассмотрением физических объектов как замкнутых систем. Почему-то считается, что от этого объект ничего не теряет и не перестает существовать.

Между тем, феномен замкнутости исчезает при продвижении вглубь системы, где мы сталкиваемся с микромиром, пространственные границы которого не определены. В теоретическом плане микромир (микросреда) может быть описан лишь с помощью методов квантовой механики. И здесь мы оказываемся в объятиях квантово-механического хаоса, имеющего место в глубинах и окружении всякого физического объекта. Этот хаос представляется вездесущим. Можно было бы сказать, что он «заполняет» собой всё и вся, оказываясь даже за пределами макромира, с которым принято отождествлять Вселенную. Такой хаос можно было бы писать с большой буквы, как Хаос, поскольку о нем можно говорить, даже покидая пределы Вселенной, т.е. выходя за границы, где ещё можно говорить об известных нам формах существования материи (пространстве и времени). Вместе с тем, получается так, что любой физический объект, олицетворяющий собой вселенский Порядок, был бы невозможен без Хаоса. Иными словами, получается, что всякая определенность предполагает неопределенность, что, в общем-то, нас не удивляет. Вспомним в этой связи, что в квантовой механике мы сталкиваемся с соотношениями неопределенностей Гейзенберга. Они касаются физических параметров в микромире. Можно сказать даже больше: квантово-механический Хаос есть признак разрушения пространства и времени на уровне микромира. Ситуация эта настолько необычна, что стоит специально поговорить о таких вещах как физический вакуум, нелокализуемость в микромире и, наконец, отношение Порядка и Хаоса, которое накладывает определенный отпечаток на смысл Вселенского бытия.

Уместно вспомнить, что так называемая теория физического вакуума появилась в 1927 году благодаря работам П.Дирака. Однако с самого начала теоретическая модель вакуума как бы «перечеркнула» реальность, заставив говорить об частицах с отрицательной энергией. В физике появились необычные объекты, названные «дырками». Вакуум стали представлять как совокупность виртуальных частиц – электронно-позитронных пар. Особенность виртуальных частиц в том, что они пребывают в виде флуктуаций, т.е. в состоянии постоянного рождения и уничтожения. Кстати, в переводе с латинского слово «виртуальный» означает «возможный», т.е. отсутствующий в реальности. Поиск рационального объяснения в данном случае был бы неуместен. Например, говорить о неком материальном эфире мы уже не имеем права. Физики вынуждены были создать концепцию вакуума, выпадающего из рациональных схем объяснений, поскольку внедрились в область, исключающую классический Порядок. Квантовая механика, проникнув вглубь микромира, столкнула человека с подлинным Хаосом, запрещающим всякое траекторное движение, т.е. пространственно-временное описание изменений.

В квантовой механике частицы не имеют фиксированных размеров, а подсчет энергии электрического поля вокруг частицы приводит к бесконечным значениям независимо от величины заряда частицы. Постулаты, положенные в основу квантовой механики, к сожалению, допускают подобные вещи. Борьба с бесконечностями искусственными приемами типа «перенормировок» не кажется удовлетворительной. Скорее, она показывает слабость квантовой теории, которая уходит от раскрытия физической сущности устройства микрообъектов. Представление микрообъектов в виде эфирных вихрей, хотя и позволяет уйти от планетарной модели атома, тем не менее, не проясняет существо дела, поскольку природа эфира нам столь же неясна, как и природа квантово-механических объектов. Связь с микрообъектами волн де Бройля вряд ли станет яснее, если мы рискнем описывать эти волны в рамках эфирной теории. Аналогия с гидромеханикой здесь нам ничего дать не может, коль скоро мы готовы сами частицы свести к эфирным вихрям.

Как известно, специальная теория относительности остро нуждается в отсутствии эфирной среды. А вот квантовая теория в этом не нуждается. Но в то же время она не нуждается и в самом эфире. «Средой обитания» для физических объектов является Хаос. Физические (неживые) объекты отличаются от живых биологических объектов тем, что первые существуют благодаря микромиру, а последние – благодаря макромиру. И хотя физика не желает дружить с экологией, она не может обойтись без «среды обитания», и, в этом смысле, обнаруживает заключенные в ней «экологические аспекты».

Приходится признать, что квантовые объекты всего-навсего похожи на пакеты волн, хотя их природа более сложна и моделью волн не исчерпывается. Связь между квантовым Хаосом и волновыми явлениями проявляется в дифракционных картинах. Некое упорядочение начинается в атоме, где появляются стационарные орбиты, а, точнее говоря, подобие этих орбит. Реальная ситуация более сложна, поскольку элементарные частицы не похожи на локализованные объекты. Понятие Хаоса наводит на мысль о волновой функции как «плотности вероятности». Но при этом не следует забывать, что квантовый Хаос есть признак разрушения времени и пространства, являясь лишь подобием классического хаоса, где мы имеем дело с траекторным, хотя и беспорядочным движением.

По самому своему смыслу понятие вакуума означает отсутствие вещества. Но в таком случае нельзя говорить также о массе и энергии. Кстати, и физическое поле в отсутствии вещества тоже быть не может. Тем оно отличается от вакуума. На этом покоится все здание квантовой механики, проповедывающей дуализм волны и частицы, поля и вещества. В квантовой теории поля приходится говорить об энергии нулевых колебаний в физическом вакууме как реальном феномене. При всем при том, вакуум непосредственно не наблюдается.

Рождение электронно-позитронной пары тоже рассматривается как вакуумный эффект. Известен также эффект Казимира, когда находящиеся в вакууме две пластины стремятся к сближению. Многое говорит о том, что природа «не терпит пустоты» (известные слова Э.Торричелли), не допускает геометрического вакуума, предпочитая вакуум как физическую сущность. Но в таком случае и пространство нельзя себе представлять как пустоту, следуя геометрическим абстракциям. Допуская физический вакуум, мы, в сущности, не имеем шансов выстроить физическую теорию вакуума в виде некой привычного вида математической конструкции. Квантовая физика, подсказывая идею физического вакуума, лишена каких-либо средств для построения его пространственно-временной модели. Это кажется тем более прискорбным, что физический вакуум явно претендует на роль основы материального мира. Все дело в том, что вакуум представляет собой не обычный, а «квантовый Хаос», где область применимости понятий пространства и времени заканчивается. Наличие пространства и времени есть признак Порядка в физическом мире. А без наличия вещества такой порядок невозможен.

В сложившейся ситуации некоторые физики вынуждены были обратиться к концепции творения вещества из физического вакуума. Так считали, в частности, Дирак, Хойл, Зельдович и некоторые другие физики. Я.Зельдович даже полагал, что таким путем могла бы возникнуть и Вселенная. При этом закон сохранения электрического заряда и закон сохранения энергии, по его мнению, остаются справедливыми. Однако если вакуум представляет собой квантовый Хаос, в котором разрушаются пространство и время, то абсолютизация законов сохранения становится, вообще говоря, тоже излишней. Ситуация, скорее всего, несколько иная: творение Порядка из Хаоса рождает вещество, а вместе с ним массу и энергию.

В настоящее время понятие физического вакуума начинает быть значимым в связи с исследованиями так называемой темной материи во Вселенной. Обнаружилось, что количество темной материи в структурах Вселенной тем больше, чем больше масштабы этих структур. В сущности, речь идет об экспериментально зафиксированных гравитационных аномалиях, природа которых пока не ясна. И даже открытие бозона Хиггса ничем пока помочь не может. Весьма вероятно, что подобным образом дает о себе знать физический вакуум, исключающий пространство и время. Именно это обстоятельство дает нам право говорить о Хаосе во Вселенной. Процессы рождения вещества, а, следовательно, массы и гравитации, возможно, и воспринимаются как аномальные явления. «Темная материя» с этой точки зрения могла бы трактоваться как проявления Хаоса.

Ситуация и в самом деле далеко не простая. Мысль, что дробление материи беспредельно, аналогична предположению о существовании бесконечности. А это значит, что и Вселенная должна быть бесконечной, с чем реальность, вообще говоря, мириться не может. Приходится признать, что допущение абстракции бесконечного в природе свидетельствует об ограниченности самого мышления, возможного благодаря формальной логике. Кстати, без формальной логики была бы невозможной математика с её бесконечностями. По это же причине мы ратуем за абсолютизацию категорий пространства и времени, не допускаем мысли, что где-то эти категории уже не могут работать, что пространство и время способны к разрушению, как все в природе. Кстати, о возможном разрушении пространства и времени в микромире писал В.Янчилин. Некоторые почему-то думают, что неопределенность в микромире появляется лишь постольку, поскольку нам не известны подходящие измерительные средства. С этих позиций рассматривается и соотношение неопределенности Гейзенберга. Гипотеза механического эфира выступает как средство замазывания любых пустот в природе. К тому же, движение микрочастиц в некой непрерывной среде способно порождать дифракционные явления, а корпускулярно-волновой дуализм перестает быть всеобщим, как это имеет место в квантовой механике.

Порой кажется странным, что квантовая механика не умеет объяснить структурные особенности микрочастиц, их заряд, спин и другие свойства, хотя во многих случаях квантово-механические представления подтверждаются экспериментами. Постулативный характер квантовой механики и её перегруженность формализмами делают ненаглядными описываемые физические процессы. Озадачивает тот факт, что в рамках теории иной раз приходится сталкиваться с бесконечными величинами, которые устраняются искусственными приемами типа «перенормировок». Но тогда не помешала бы и «перенормировка» Вселенной, а также таких вещей, как пространство и время.

Все эти моменты ещё больше подталкивают к представлениям об универсальной мировой среде (эфире), что позволяет строить более наглядные картины в области микроявлений. Однако сами представления об эфире выглядят довольно смутно. И было бы, пожалуй, более целесообразно отождествить понятие эфира с понятием физического вакуума, которое мы все равно вынуждены вводить в квантовую теорию. Физический вакуум не просто «заполняет» мировую среду, но является «средой обитания» любых физических объектов. Вне этой среды физические объекты существовать не могут. Поэтому наши усилия добиться классической наглядности в квантовой механике представляются тщетными. И представление об эфирных вихрях вряд ли поможет нам в этом непростом деле.

Квантовая физика исключает концепцию редукционизма (сведения целого к частям). Постольку Вселенная может рассматриваться как единое целое благодаря нелокальным связям. Не исключено, что подобные связи оказываются возможными благодаря гравитации. Но об этом отдельный разговор. Другой не менее важный момент заключается в том, что вселенский Порядок возникает из Хаоса (возможность переходит в действительность). И этот переход дает нам право говорить о феномене Информации. Порядок знаменует собой определенность, а появление определенности как раз и является признаком Информации. Таким образом, мы приходим к фундаментальному выводу: без рождения Порядка из Хаоса во Вселенной стала бы невозможна и Информация как таковая. А, значит, стали бы невозможными Жизнь и Мышление.

Более того, рождение Порядка из Хаоса сопровождается не просто ростом сложности систем, но творением вещества и энергии. Хаос, как некая объективная данность, предшествует Порядку, в котором заключена масса и гравитация. Хаос же такими характеристиками не обладает, и постольку мы говорим о вакууме, как «емкости», заполненной виртуальными (возможными) частицами.

Квантовая механика продемонстрировала свою полезность для решения практических задач и различного рода открытий (например, лазера). Тем не менее, в рамках этой физической теории пришлось столкнуться с проблемой расходимости – появлении при расчетах бесконечных величин массы и заряда частиц. А теория слабых взаимодействий вообще оказалась неперенормируемой. К тому же, объединение электромагнитных и слабых взаимодействий, вынуждавшее говорить о необнаруженных переносчиках слабых взаимодействий (векторных бозонах), не выглядело достаточно корректным. Более успешной оказалась теория сильных взаимодействий, применившая принципы симметрии. Многие выводы теории были подтверждены экспериментально.

Движение квантовых объектов органически включает в себя хаотичность, и не может быть изображено как переход из точки в точку, т.к. эти объекты нелокализуемы. Такие объекты не могут обладать гравитационной массой, поскольку последняя предполагает локализацию. В процессе движения квантовый объект в силу своей нелокализуемости может проходить одновременно через несколько отверстий. Это подтверждается практикой.

Два квантовых объекта, например электрона, могут различаться видом волновой функции. Но если их рассматривать как локализуемые объекты, то они должны быть тождественными. Нелокализуемость же электронов говорит о том, что они не могут рассматриваться как тождественные. Объекты микромира принципиально ненаблюдаемы до тех пор, пока они не встретятся с макрообъектами. При встрече происходит редукция волнового пакета, т.е. локализация микрообъекта. В этом случае у нас появляется право говорить о тождественности электронов, ставших локализованными при встрече с макрообъектами (например, приборами наблюдения). Более того, теперь можно говорить об их гравитационной массе, точнее, о возникновении гравитационной массы. В сущности, мы получаем право говорить о возникновении нового вещества (увеличении массы макрообъекта), ибо только с веществом мы связываем понятие гравитационной массы.

Микромир в отсутствии вещества не способен порождать гравитационное поле. Нынешние теоретические представления говорят о том, что каждый микрообъект в каждый момент времени находится везде. Это - один из признаков того, что исчезают понятия пространства и времени. Вместо этих понятий возникает понятие Хаоса, о котором мы предпочитаем говорить как о физическом вакууме. Нелокальность микрообъектов представляется естественной. Можно думать, что при поглощении микрообъектов макрообъектами свойство нелокальности трансформируется в гравитационное поле, порождая такое свойство как дальнодействие. В этом случае можно говорить о справедливости принципа Маха, т.е. об экологической картине мира, когда существование каждого вещественного тела обуславливается окружающей средой (Вселенной). В отличие от вещественного тела (макрообъекта) элементарные частицы (микрообъекты) в силу своей нелокализуемости сами «расплываются» в масштабах Вселенной. Постольку их существование, в сущности, не нуждается в принципе Маха. Если понимать захват элементарной частицы макрообъектом (редукцию) как акт перехода квантово-механического Хаоса в Порядок, то это означает рождение нового вещества с соответствующей гравитационной массой. Локализация микрообъекта обязывает новое вещество подчиниться принципу Маха.

Экспериментальные исследования в области квантовой электродинамики наводят на мысль, что частицы не обладают фиксированной осью вращения. Это один из признаков «перепутывания» состояния частиц. Феномен «перепутанных» состояний обнаруживается также в случае огромного числа атомов, составляющих довольно крупные системы. Причем перепутывание квантовых состояний происходит как бы вне пространственно-временных рамок, которые в этом смысле являются вторичными, т.е. возникающими лишь как характеристика Порядка. Хаос, как «среда обитания» любого физического объекта, делает возможным существование этого объекта вместе со всеми его характеристиками, позволяющими говорить о Порядке. В рамках же квантового перепутывания какие-либо черты Порядка становятся невозможными.

Порядок в пространственном размещении вещества исключает существование тел, которые могут одновременно находиться в разных местах или в разное время, как это имеет место в квантовой механике, допускающей «перепутывание» состояний. С.Хокинг ожидает в этой связи более глубокой теории, в которой пространство и время отсутствуют, но могут возникнуть в процессе декогерентности (распутывания состояний). Вспоминается также высказанная А.Д.Сахаровым в 1960-х годах идея «индуцированной гравитации». Это означает, что некоторые физики уже давно осознавали: на квантовом уровне гравитация существовать не может. Но тогда придется признать, что квантово-механический Хаос исключает вещество и энергию. Отсюда – принципиальная возможность творения массы.

Повторим: именно Порядок дает право говорить о пространстве и времени. Причем никакая система, олицетворяющая собой Порядок, не может считаться замкнутой, поскольку она существует в единстве с Хаосом. Энергия в отсутствии вещества, а, следовательно, массы, существовать не может. Говорить об энергии физического поля допустимо лишь постольку, поскольку существует единство частиц и поля. Полагать, что вакуум заключает в себе энергию, означало бы, что Хаос некоторым образом заключает в себе движение и время.

В свете вышесказанного можно говорить о рождении нового вещества (массы) во Вселенной. Ряд исследователей предлагают для объяснения данного явления различного рода механизмы. Как говорит Е.Барковский, длительное время занимавшийся теорией гравитации, все космические тела, включая Солнце, поглощают физический вакуум из окружающего космического пространства. Например, Солнце поглощает около 50 млрд. тонн в секунду, что эквивалентно 5•10 30 джоулей в секунду. Растут также массы планет. В результате Солнечная система сжимается. В частности, Земля, точнее, её орбита, приближается к Солнцу со скоростью 350 м. в год. Это означает, что жизнь на Земле прекратится. Существенное изменение условий для жизни произойдет уже через десятки миллионов лет на фоне интенсификации вулканической деятельности и тектонических процессов. Поскольку рост масс касается всех тел, то происходит также сближение Земли и Луны примерно на 8 см/год. Кстати, длительность самого земного года сокращается на 0.12 сек ежегодно. Траектории планет вокруг Солнца тоже имеют вид спиралей, что сопровождается увеличением средней температуры на Земле и других планетах. Если отказаться от механической трактовки физического вакуума, то теория Е.Барковского, в сущности, подтверждает идею творения Порядка из Хаоса, т.е. творения вещества и энергии.

Итак, специфическая «среда обитания» физических объектов (Хаос) делает возможным существование этих объектов за счет творения их массы. Вместе с массой становятся возможными пространство и время. Формы эти не обладают свойством бесконечности, разрушаясь в пределах Хаоса. Вселенная не может быть бесконечной хотя бы потому, что бесконечность является исключительно математическим, а не физическим понятием. Бесконечность реального мира не мыслима в силу своей абстрактности, присущей нашему сознанию. По этим же причинам не мыслима и пустота. Хаос есть нечто, что нельзя назвать физическим объектом, некой пустотой, носителем «свободной энергии», обладателем пространственно-временных характеристик. Но в нем заключена потенция перехода в Порядок (Порядок без Хаоса не существует, и наоборот), характеризующимся энергией, пространством и временем. Благодаря этой потенции в природе стала возможной также Информация.

Творение физических объектов при переходе Хаоса в Порядок в дальнейшем обретает смысл эволюции, когда вся Вселенная порождает направленные изменения объектов. И постольку возникновение жизни и человека с его интеллектом и сознанием нельзя рассматривать локально как продукт сугубо земной природы. Человеческая духовность есть продукт эволюции Вселенной (а не только биосферы Земли, как иногда думают), и постольку стало возможным рассматривать её как некое божественное творение, вынося Бога за пределы Земли. Здесь же надо искать гносеологические корни становящегося ныне популярным креационизма. Подобные вещи, вряд ли, можно приветствовать. Они возникают как следствие ограниченности обычных для человеческого разума формально-логических построений. Ссылка на Бога может как-то оправдывать бессилие человека перед лицом Природы. Но она не оправдывает самой науки. Природа способна быть удивительной. Она ещё не раз будет покушаться на сложившиеся в ходе исторического процесса представления. Сегодня мы, действительно, оказываемся перед лицом трудных проблем. И надо уметь бороться с нашими заблуждениями. А самое существенное состоит в том, что сама Природа требует от нас кардинально изменить дальнейшую стратегию физических исследований.

 

 

Марков Юрий Геннадьевич,

академик ПАНИ, доктор философских наук, профессор.

(Новосибирский Академгородок).

 

УДК 530.12 : 531.12 ББК В23

 

Аннотация: В статье рассматривается проблема единства макро- и микромира. Показывается, что существование макрообъектов возможно лишь в рамках этого единства,

что позволяет рассматривать микромир как «среду обитания» макрообъектов. Возникает

некая аналогия с экологическими отношениями в биологии, выражающими единство «организм-среда». Показывается, что с единством макро - и микромира тесно связано

единство Порядка и Хаоса во Вселенной. В рамках квантовой теории понятие Хаоса предполагает разрушение пространства и времени, порождающее известные особенности

этой теории, а также наводит на мысль о фундаментальной роли информационных

процессов во Вселенной, творящих Порядок.

 

Ключевые слова: Порядок, Хаос, вакуум, пространство и время, микромир, макромир,

среда обитания.

 

 

В.Л.Янчилин. Неопределенность. Гравитация. Космос. – М., Едиториал УРСС, 2003, с.100-101.

Барковский Е. Космическое одиночество. (Беседовал М. Дмитрук). //Природа и человек. ХХ1 век.

2008, №9, с.30-33.

Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Новая Физика Веры. – СПб., Крылов, 2007. – 352 с.