Глава первая
(Продолжение)
Обстоятельство второе. Пространство. Выше мы пришли к выводу, что метрика пространства изменяется с удалением от поверхности планеты. Это мы установили на основании эмпирических данных, которые уже учитываются при производстве приборов, которым предстоит работать в космосе на удалении от планеты. Но как это представить физически? Наша мысленная колба будет вытягиваться или сжиматься по длине в зависимости от расстояния до планеты? Что её принудит к этому, какие силы? Гравитация? Но такое действие она может оказать лишь возле поверхности черной дыры, где силы тяготения способны растянуть и даже разорвать протяженное тело, направленное вдоль радиуса. Разность гравитационного потенциала двух концов метрового стержня в пределах Земли недостаточна, чтобы выполнить такую работу. Но, вероятно, достаточна, чтобы численное значение скорости света было постоянным? Для того, чтобы это понять, нам предстоит разобраться с вопросом, что такое пространство?
Мы должны условиться, что понятие «пространство», которое нами воспринимается как нечто неощутимое вокруг нас, безграничное, распространяющееся во все стороны, — это лишь наше абстрактное представление, понятие, форма мышления. Пространство не материально, как и число. Числа не существует в природе — есть только количественная оценка чего-то в нашем представлении. Мы можем уверенно оперировать цифрами, числами, но это мысленные или машинные абстракции, которые могут нас приводить к определённым умозаключениям, закономерностям, вероятностям, статистическим оценкам, но это не объективно существующая реальность, которую можно потрогать. Это субъективная реальность, как и числовые оси декартовой системы координат, распростёртые в глубины космоса, для измерения этого пространства.
Как мы увидим, любой объем пространства ограничен, причём объективно. Чтобы стало более понятно, приведём пример из учебника младших классов, где рассказывается, что шарик, скатывающийся по наклонной плоскости, если ему не препятствуют силы трения, поднимется на ту же высоту, с которой скатился. Но если опускать плоскость, на которую шарик закатывается, то он будет всё дальше и дальше откатываться, как бы стремясь достичь исходной высоты подъёма. Опустив плоскость до горизонтального положения, мы вынудим шарик катиться в пространстве неограниченно далеко, практически бесконечно. Повзрослев, мы понимаем, что такое невозможно в принципе. В лучшем случае, если ему ничто не воспрепятствует, шарик прокатится по сферической земной поверхности, так как он находится в поле центральных сил планеты. Здесь повторяется история с условностями цепной линии. Правильно воспринимать эксперимент с шариком можно лишь в пределах лаборатории, где может существовать равномерное во всех направлениях евклидово пространство в силу ограниченного объема лаборатории, в которой практически неощутимо изменение силы тяжести.
Если пространство — это лишь понятие, то его наполнение — есть физическая сущность. А наполняет пространство материальная среда, в которой протекают физические процессы. Мы должны чётко разграничивать эти два понятия: «пространство» и «среда». Пространство — математическая абстракция, которую мы используем в качестве измерительного инструмента, пустотелый контейнер. Среда — физическая сущность, заполняющая пространство-контейнер, без промежутков и пустот. Несмотря на то, что они в нашем представлении как бы слиты воедино, но реально они разделены. Именно среде принадлежат все те свойства, когда мы говорим о метрике пространства, о темпе времени, об эталонах пространства и времени, находящихся в определённой точке пространства.
Можно заметить, как наши рассуждения здесь несколько расходятся с представлениями ОТО, где физическая среда отсутствует, а её свойства вбирает в себя четырехмерный пространственно-временной континуум, заполненный геодезическими. Ранее мы говорили, что ОТО — это два шага вперёд в понимании природы, но оговаривались, что один шаг прямо, другой — в сторону. Именно отказ от среды и есть тот «шаг в сторону». Но ОТО прекрасно справляется с описанием действительности, даже с наличием физической среды. Отказ от среды — носителя всех физических процессов — это ошибка, но исправимая ошибка, вызванная некорректной постановкой эксперимента по поиску эфира. Кстати, ОТО не отказывается от среды — это лишь сложившийся ошибочный стереотип.
Что же представляет собой эта среда? Эфир физиков прошлых столетий? Физический вакуум теоретиков нашего времени? Кто-то из ортодоксально настроенных читателей подумает, что с этого места можно не читать. А зря. Именно с этого места мы начнём «расставлять точки над i». Ошибается тот, кто воспринял эксперимент Майкельсона, не вдумываясь в его физическую суть. Точнее, Майкельсон, вероятно, не подозревал, что он ставит эксперимент не вполне корректно. В наше время можно поставить этот эксперимент иначе, и он подтвердит искомый результат. Но об этом можно будет говорить позже, когда будет понятна природа тяготения. Не зная этого, Майкельсон совершил ошибку, которая повлекла за собой череду заблуждений, приведших в итоге к тому, что сейчас мы знаем лишь о четырёх процентах материи, остальное — тайна тёмных сущностей.
Эйнштейн, как ему казалось, основал свои рассуждения на отсутствии среды, но в действительности — соединив воедино пространство и время, он объединил именно мерность среды с мерностью времени (рис. 1.7). Это необычайно талантливое и прозорливое решение! И мы в этом скоро убедимся. Но прежде нам нужно выяснить несколько факторов, в пределах которых действует ОТО (теория гравитации).
Пока из наших рассуждений нам мало что известно о среде. Но мы установили важное обстоятельство: метрика среды и темп времени — неразделимы. Опять используем мысленный эксперимент, поясняющий сказанное.
Представим полотно из эластичного материала. На плоскости этого полотна вырежем равномерно распространённые отверстия небольшого диаметра. Растянем наше «дырявое творение». Помимо того, что расстояния между отверстиями увеличатся, сами отверстия станут шире в направлении приложенного усилия (рис.1.8). Этим мы сымитировали растяжение среды, то есть метрики пространства, а растянувшиеся отверстия указали на изменившийся в среде темп времени. Модель из эластичного материала показывает нам единение свойств пространства и времени. То есть, когда меняется состояние среды: она становится разреженней (растянутая) или плотней (сжатая), это сказывается на темпе времени внутри этой среды. Заметим, при этом «контейнер» остаётся неизменным! Следствие независимости от расширения/сжатия среды — постоянство скорости света в среде, в физическом вакууме.
Но свет — это поперечное электромагнитное излучение, для которого такая среда не подходит, заметит специалист. Однако не будем спешить с выводами. Что такое поле: гравитационное, электрическое, магнитное и иное нам ещё предстоит рассмотреть. Вообще — понятие поля в современной физике выглядит как-то странно, особенно когда мысленно выходишь за пределы лаборатории в далёкое космическое пространство, где якобы нет физических носителей поля. А само поле при этом способно, колеблясь относительно «нулевого значения», преодолевать его, каким-то образом нарастая и убывая вновь, проходя через ноль (!), не переходя при этом в какое-то иное качественное промежуточное состояние. Попросту — исчезая и возникая снова. Поле — это такая же математическая абстракция, как и пространство. Не более того.
Но вернёмся к свойствам среды. Растяжение, сжатие — эти понятия подталкивают нас к представлению о структуре среды. Если она способна менять свою плотность растягиваясь или сжимаясь, значит, она должна представлять собой собственно среду и дискретные элементы внутри среды, расстояние между которыми определяют её плотность. Причём отметим еще одно свойство среды — её всепроницаемость. Это вытекает из того обстоятельства, что наш прибор, которым мы измеряли скорость света, менялся «метрически», то есть его длина изменялась вместе с изменением состояния среды. Он оказывается погружённым в среду, как бы «сросшимся» с ней. Мы знаем, что вещество прибора (да и любое другое) состоит из дискретных частичек, разделённых некоторым пространством, и удерживаемых внутренними силами как единое целое. Это «некоторое пространство» естественным образом и является описываемой средой. Собственно, среда существует повсеместно, а любое вещество погружено в эту среду. Причём свойства среды отражаются на характеристиках вещества, как мы это установили в эксперименте с измерением скорости света. Но среда — это мир мельчайших частиц, которых мы затрудняемся даже определить в непосредственном эксперименте, и обнаруживаем их лишь косвенно, за счёт действия на материю нашего мира. Это важное обстоятельство, на основании которого мы можем получать энергию из этой среды, как увидим позже. Фактически речь идёт о взаимодействии двух миров, миров разных структурных уровней: микромира и макромира! И подобное взаимодействие проявляется и между другими структурными уровнями, уходящими далеко в мегамиры. Оказывается, то, что происходит на самом «нижнем» уровне строения вещества имеет самое непосредственное отношение к гигантским энергетическим процессам в космосе, оценить которые сегодня не представляется возможным в силу того, что не известны такие физические условия, которые способны вызвать настолько мощные энергетические явления.
Обратим внимание на свойство среды изменять темп течения времени. Допустим, что мы имеем «кусок» среды, который можем растягивать или сжимать по своему усмотрению. Что будет, если мы растянем среду значительней её «среднего» состояния, в котором она пребывала. — Темп времени замедлится. Если ещё сильней растянем, то он вообще остановится или почти остановится. Но (важное «но»)! В данном эксперименте мы выступаем в роли внешнего наблюдателя (экспериментатора) по отношению к «куску» среды. Все изменения проходят внутри объема куска, где нас нет. Если бы внутри этого куска оказался другой, внутренний, наблюдатель, то он никаких изменений (в пределах своей лаборатории) для себя не заметил. В его мире все инструменты длины и времени изменились вместе со средой. По этой причине мы всегда будем различать внутреннего наблюдателя, находящегося внутри данного объема среды, и внешнего наблюдателя, достаточно удалённого от объема и не влияющего на него своим присутствием. Заметим, что внутренний наблюдатель смог отметить изменение темпа времени, но это произошло за пределами его лаборатории. Но когда его лаборатория «кочевала» по высоте, он не отмечал различий в каждом новом её положении.
Что же может представлять собой этот «кусок» среды с точки зрения внешнего наблюдателя? Это некий объём, заполненный дискретными частицами с определённой плотностью. Если каждая частица обладает определённой энергией, то этой общей энергии будет соответствовать энергия «куска» в целом. Если мы кусок сожмём или растянем, то, вопреки ожиданиям наблюдателя «физического мира», его энергия не изменится, так как количество частиц с их энергией в этом объеме останется прежним. Изменится лишь энергия вырезаемых элементов одинакового объема из «куска» среды, когда он сжат или растянут. Таким образом, если мы будем вырезать элемент одного и того же объёма, считая его размеры по мерке пространства-контейнера, а не среды, то его энергия будет зависеть от того, растянут или сжат «кусок» внешним усилием или обстоятельством внутри контейнера. То есть, как правило, будет зависеть от положения экспериментатора внутри контейнера.
Говоря о среде и её строении, мы явно приблизились к понятию «физического вакуума», существующего в квантовой физике: «это основное (низшее) состояние квантового поля, колеблющегося относительно “нулевого” значения квантовых параметров». Здесь нет оговорки. Колебания поля происходят, по представлениям теоретиков, как выше, так и ниже(!) нуля. Мы не будем сейчас вдаваться в тонкости происходящих в физическом вакууме процессов. Со времени рождения данной теории П. Дираком в 30-годах прошлого столетия, появилось много подтверждающего материала на эту тему. Отметим лишь, что по существующим представлениям колебания поля — это колебание квантов поля, представляющих собой дискретные частицы, периодически появляющиеся (флуктуирующие) всего лишь на 10^-43 секунды. Но так как они находятся в низшем энергетическом состоянии, то для экспериментатора они виртуальны — ненаблюдаемые, фантомные, «нематериальные». Проявить себя эти частицы могут лишь по отдельным сопутствующим эффектам (мы не будем рассматривать эти эффекты, но они существуют). При получении дополнительной энергии извне (например, за счёт ускорения) они преодолевают энергетический квантовый барьер и проявляются в мире экспериментатора в «материальном» виде. Что такое материя, как она возникает — нам предстоит говорить позже, тогда станет понятен механизм её «материализации».
А пока ограничимся важными свойствами, которыми учёные наделяют физический вакуум — сверхтекучесть и сверхпроводимость. Эти свойства среды нам потребуются в рассуждениях уже в ближайшее время.
Продолжение - Часть 4
