В октябре 1987 года я познакомился с книгой Б. Н. Меншуткина «Труды М. В. Ломоносова по физике и химии» (1936 г.). Ломоносов был последовательным приверженцем идей Декарта, противником абсолютной пустоты, поклонником эфирной гипотезы. В своей диссертации марта 1739 года о различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул, учёный в виде теоремы доказывает такое положение: сцепление корпускул зависит от жидкой нечувствительной материи (эфира), наполняющей промежутки, не содержащие составляющей тело материи. «Ведь должна присутствовать материя, – пишет Ломоносов, – чтобы своим давлением напирать на корпускулы из противоположных направлений и заставлять их сцепляться. Кроме жидкости, заполняющей пустые промежутки между корпускулами, составляющими тело, ничего нельзя предположить; поэтому необходимо, чтобы она, подобно всем наблюдаемым жидкостям, как воздух и вода, давила на корпускулы из противоположных направлений и была причиной сцепления, в них наблюдающегося».
По современным представлениям связь между атомами объясняется перекрыванием отрицательных электронных облаков соседних атомов; в месте перекрывания облаков электронная плотность увеличивается, и положительные ядра атомов стягиваются, образуя устойчивую связь. На самом же деле всё выглядит иначе. Волновые возбуждения атомов при интерференции (наложении) увеличивают динамику вакуума, уменьшая, таким образом, его плотность и давление; плотность вакуума вне области наложения, сдавливая, сближает атомы и удерживает их на определённом расстоянии в состоянии динамического равновесия. То есть, как видим, совершенно в духе Ломоносова. Только сдавливающая материя отнюдь не жидкая, а вполне твёрдая и плотная.
В этой же книге Б. Н. Меншуткина я вновь повстречал «вихри старого Декарта», только уже не космические, а атомные. Атом, по Декарту, это тоже вихрь, вихревое кольцо, имеющее постоянное круговое движение около средней экваториальной плоскости круга. Такая неизменная (в среде, лишенной трения), очень стойкая при быстром внутреннем движении масса приравнивалась к атому. Вихревые кольца могут группироваться, разъединяться, но не делятся на части.
По моим сегодняшним понятиям, атомные нуклоны, как целостные частицы, имеют именно такой характер движения и именно такой характер движения позволяет им образовывать между собой устойчивые связи. Движение радиальной осцилляции нуклона, как целого, иначе и не может мыслиться: или как поступательное винтовое движение с возбуждением вихревых волн, или как винтовое движение по замкнутой траектории кольца также с возбуждением вихревых волн. Именно эти возбуждаемые вихревые волны и обусловливают взаимодействие частиц, именно они при интерференции, если длины волн и направление вихрей совпадают, дают устойчивую связь частиц.
В ноябре 1987 года знакомлюсь с двумя книгами: сборник статей «Академик Л. И. Мандельштам. К 100-летию со дня рождения» (1979 г.) и книгой Л.И. Мандельштама «Лекции по теории колебаний» (1972 г.). Приведу по одному небольшому фрагменту выписок из каждой книги.
«Наряду с вопросами оптики одно из главных мест в размышлениях и творчестве Леонида Исааковича всегда занимало учение о колебаниях. Бывали периоды, когда вопросы колебаний больше всего владели его вниманием. Можно было выразиться сильнее: Л. И. понимал учение о колебаниях очень широко. Он говорил, что наряду с «национальным» языком механики, акустики, оптики, электродинамики существует «интернациональный язык теории колебаний», охватывающий все эти области и позволяющий, обладая интуицией в одной из них, разбираться в остальных. В последние годы жизни Л. И. высказал убеждение, что учение о колебаниях сыграло первостепенную роль в развитии всей физики, что «главные открытия в физике, начиная с открытия Коперника, были по существу колебательными и что, может быть, прав английский математик и философ Уайтхед, утверждающий, что рождение физики связано с применением абстрактной идеи периодичности к большому числу отдельных конкретных явлений».
«Разница между обычной динамикой и теорией колебаний ясна. Обычную динамику интересует в первую очередь то, что происходит в данном месте в данное время, теорию колебаний – движение в целом. До последнего времени (1930 г.) считалось, что колебания – вторичные явления, что первичными являются положение и скорость движущейся частицы в данный момент. Но в этом представлении наступил переворот. Волновая механика утверждает, что целостность процесса есть нечто столь же первичное, как положение частицы. В волновой механике нельзя говорить отдельно о месте и скорости частицы. То и другое должно быть описано, исходя из более основного понятия – целостности процесса. Таким образом, то, что характерно для теории колебаний – рассмотрение целостного процесса, – лежит в самой постановке проблем микромеханики. Вообще за последние четыре года (1926 – 30 гг.) колебания приобрели основное значение не только в макроскопической физике и технике, но и в законах микрофизики. (…)
Колебания – очень важная и специфичная область. Одна из характерных черт колебательных систем – та, что они несут в себе свой масштаб времени. Он определяется собственным периодом колебаний, или, если говорить более общо, динамическими свойствами системы. Именно этот временной масштаб является решающим в вопросах резонанса, а также в вопросе о связи, о взаимодействии между колебательными системами. Если колебательные системы расстроены, то даже на «близком» расстоянии они почти не действуют друг на друга; если они настроены, то они сильно взаимодействуют даже на «большом» расстоянии. Таким образом, какое расстояние между колебательными системами следует считать близким, а какое далёким, зависит от колебательных свойств. Эти представления особенно важны в волновой механике. Она в каком-то смысле рассматривает всякое тело как колебательную систему. В частности, молекулы являются колебательными системами. Их взаимодействие коренным образом зависит от соотношений их колебательных свойств. Поэтому пространственное расстояние двух молекул само по себе не даёт ещё указаний на то, действуют они друг на друга заметно или нет».
Такая всеобщность колебательного принципа, как мне кажется, объясняется только одним: колебательный принцип лежит в основе мироздания. И отсюда в развитии он распространяется на все явления и процессы физического мира. Эта тема достаточно отражена в моей работе января 1991 года «Диалектика колебательного движения и строение вселенной».
В ноябре же 1987-го я познакомился с книгой Д. И. Блохинцева «Принципиальные вопросы квантовой механики» (1987 г.). Параграф «Можно ли обойтись без волновой функции?» вновь вернул меня к вопросу об отношении матричной и волновой механики: матрица плотности Гейзенберга и волна плотности Шрёдингера. Блохинцев обращает внимание на интересный момент: «Основное уравнение квантовой механики – уравнение Шрёдингера, а также и уравнение матрицы плотности могут быть записаны в форме, которая очень напоминает уравнение классической статистической механики, или уравнение механики роя частиц. Это порождает соблазнительную мысль, которая не раз завлекала исследователей на путь попыток рассматривать квантовую механику как некоторую форму классической механики, дополненную своеобразной «квантовой» силой». Блохинцев сам когда-то надеялся, что аналогии между уравнениями для матрицы плотности и уравнениями классической статистической физики, может быть, позволят развить квантовую механику как статистическую механику одновременно не измеримых величин, т. е. имелось в виду положить в основу теории не волновую функцию Шрёдингера, а матрицу плотности – аналога классической плотности в пространстве фаз. Все упомянутые попытки так или иначе используют уравнения, которые на языке волновых представлений нелинейны относительно волновой функции. «В этом обстоятельстве, – замечает автор, – и кроется серьёзный подвох для таких попыток».
Мне кажется, этот «подвох» совершенно свободно преодолевается, если рассматривать динамику роя частиц на основе колебательного принципа. Осцилляции плотности, описываемые нелинейным уравнением, как уже говорилось ранее, примиряют матрицу плотности Гейзенберга и волну плотности Шрёдингера. Среду физического вакуума нужно представлять именно нелинейной системой связанных осцилляторов. Напрямую применять к ней принципы классической статистической физики нельзя, это абсурд. Флуктуации плотности в молекулярной среде статистической физики, ограниченные небольшим спектром скоростей движений и колебаний, и флуктуации (осцилляции) плотности вакуумной среды связанных осцилляторов, определяемые постоянной величиной скорости света, – явления принципиально различные.
Далее в книге Д. И. Блохинцев затрагивает чрезвычайно важную тему детерминизма (предопределённости). Чтобы не калечить мысли автора своим пересказом, процитирую фрагмент этой выписки целиком.
«Уютная иллюзия детерминизма началась, кажется, с гордого, но пустого заявления Лапласа: «Дайте мне начальные данные частиц всего мира, и я предскажу вам будущее мира». Сейчас, когда вспоминаешь эти знаменитые слова великого учёного восемнадцатого столетия, его время представляется таким далёким, как если бы рассматривали его в перевёрнутый бинокль. Теперь мы более трезвы и очень далеки от этой надежды механистического века. Но даже и начало нашего века, разрушившего наивные иллюзии девятнадцатого столетия, когда всё казалось ясным, а наука – исчерпавшей проблемы, кажется уже бесконечно далёким. Теперь мы вновь подходим к какому-то новому рубежу, вероятно, очень революционному, контуры этого нового кажутся очень грандиозными, но ещё скрытыми дымкой и далеко не ясными.
Возможно, это только ощущение, основанное на страстном желании перемены устоявшихся принципов, которые явно устарели, но за которые мы держимся только потому, что у нас нет новых, и ещё, может быть, и потому, что многие из нас опасаются этих перемен, могущих разрушить уют установившегося образа мыслей. Самое удивительное в этом ощутимом движении нового заключается в том, что оно очевидным образом охватывает не только физику, но и биологию и космологию и готовится оказать существенное влияние на наше научное мировоззрение. В этой обстановке критическое отношение к самим основам современной теории является, по-видимому, самым разумным. К числу таких основ теории относится и концепция классического детерминизма. Вернее сказать, не так сомнителен сам детерминизм, как сомнительно безотчётное преклонение перед идеалом детерминизма. Человечество долго верило в предопределение божие и, позднее, в железную причинную связь. Близкое философское родство и неполноценность этих воззрений были поняты Энгельсом, а многовековое непонимание этого родства было поводом для трагедий и стоило жизни многим выдающимся людям.
Стремление к познанию истины составляет законную гордость человеческого рода, и перед этим стремлением должно отступить на задний план чувство естественной тревоги за возможную потерю уюта привычных представлений. Мы должны теперь признать, что в жизни вселенной нельзя игнорировать элемент азартной игры: если бы мы и решились на минуту признать бога или другую направляющую силу, то всё же мы были бы обязаны признать, что бог или нечто ему эквивалентное имеет некоторую склонность к азартным играм. Его Величество случай пользуется явной благосклонностью Закона и подстраивает нам вещи неожиданные и маловероятные. Более того, можно даже указать область явлений, где он особенно чувствует себя привольно: я имею в виду атомную и молекулярную физику. Великий физик-материалист Больцман первый заметил это важное обстоятельство и выдвинул изумительную гипотезу о том, что вся наблюдаемая нами область Вселенной есть результат огромной флуктуации, какой ещё никогда прежде не видел и не мог видеть мир. Итак, нам нужно привыкнуть к мысли, что мир не устроен очень прямолинейным образом и не так прост, как этого хотелось бы приверженцам различных постулативных схем».
Мир потому-то и не прост и прямолинеен, что в основе его лежат не линейные законы механики точки, а нелинейные законы волновой механики. Однако инерция нашего мышления ещё даёт себя знать. Нам нужно остановиться и оглядеться вокруг, и, быть может, тогда мы увидим, что ответ на неразрешимый вопрос находится рядом.
Радиальная осцилляция плотности вакуума, как и колебания маятника, вполне детерминированное явление: их колебательные движения обречены через определённое время угаснуть. Рождение вакуумных флуктуаций, их перемещение по радиусу вселенной, их угасание на периферии вселенной наряду с чертами детерминированности имеют черты случайности. Уже одно понятие «множество» ломает построения абсолютного детерминизма. Вселенная в целом, как колебательный контур, вполне детерминированное образование. Но в частностях, в ходе эволюции форм движения по радиусу вселенной, случайность получает некоторую власть и силу. Но эта случайность не нарушает детерминированности вселенной в целом.
В конце декабря 1987 года я познакомился с книгой А. С. Карлюка «Борьба материализма и идеализма в отечественной физике» (1960 г.). А в начале января 1988-го прочёл книгу А. М. Мостепаненко «Проблема существования в физике и космологии: мировоззренческие и методологические аспекты» (1987 г.). Выписки из этих книг оказались в удивительном созвучии. Эфир и вихревые модели атома – из книги А. С. Карлюка; физический вакуум и вакуумные возбуждения – из книги А. М. Мостепаненко. Эфирная картина мира и вакуумная картина мира. От чего ушли в начале двадцатого века, к тому пришли в конце века.
Очень хорошо отразил проблемность эфирной гипотезы американский физик Роуланд. «Физики возлагают на эфир очень большие надежды и предъявляют к нему исключительно высокие требования. Свойствами эфира нужно объяснить и электрическое притяжение, и магнитное действие (в частности, вращение плоскости поляризации луча в магнитном поле), и земной магнетизм, и тяготение. Но если в некоторых случаях мы можем придать эфиру такие свойства, чтобы объяснить одно или два явления, то мы при этом всегда оказываемся в несогласии с другими явлениями, которые также требуют объяснения… Где тот гений, который даст нам эфир с такими свойствами, чтобы все явления согласовывались одно с другим, и докажет, что все они исходят из свойств одной простой жидкости, наполняющей всё пространство, жизненной крови вселенной – эфира?»
Восклицание Роуланда весьма симптоматично. Не один он, вероятно, приходил в отчаянье, думая об эфире. Появление в 1905 году специальной теории относительности А. Эйнштейна, устранявшей эфир за ненадобностью, выглядело тогда как спасение, как выход из тупика. Потому-то так легко многие физики приняли эту теорию, и об эфире не хотели больше слышать. Но эфир оказался как та напасть, которую гонят в дверь, а она влезает в окно. И ведь влез, только сменил имя. Теперь он именуется «физическим вакуумом».
«Вакуум, – пишет Мостепаненко, – это не только новый (?! Б. Г.) фундаментальный вид материи, но такой особый вид физической реальности, который можно охарактеризовать как «потенциальное бытие» и «относительное ничто». Это очень существенно для понимания неисчерпаемости материи и проблемы существования в физике». По словам автора, вакуум квантовой теории поля – наиболее универсальный и фундаментальный вид реальности из известных в настоящее время. Не исключено, что наша Вселенная (а возможно, и множество других вселенных) порождена из вакуума в результате спонтанного нарушения его симметрии. Если это так, то вакуум является объединяющим началом и источником существования бесконечного множества возможных миров. На этот фундаментальный статус вакуума и необходимость создания своего рода «вакуумной картины мира» ещё в середине шестидесятых годов двадцатого века обратил внимание философ Г. И. Наан. С тех пор появилось много данных (о существовании несимметричного вакуума, о множественности вакуумов и т. д.), но основная идея Наана остаётся в силе.
Взгляд на эфир как на заполняющую пустоту жидкость, конечно, должен был привести к кризису. В самом этом понятии (жидкость) есть что-то неопределённое, аморфное, ненадёжное. Уж она никак не могла стать основой мироздания. Здесь нужно что-то посущественней.
Калибровочное поле современной единой теории поля, рассматриваемое как система связанных осцилляторов, уже далеко не жидкость, а скорее кристалл чрезвычайной плотности. Вот этот-то кристалл больше подходит для основы мироздания. Волновые возмущения различной формы в нашем кристалле есть частицы, атомы, поля.
В январе 1988 года, о чём писал в четвёртом письме Д. Н. Трифонову, я открыл для себя солитоны, прочитав книгу А. Т. Филиппова «Многоликий солитон» (1986 г.). Оказалось, то, что мне удалось найти в ноябре 1983 года (радиальная осцилляция плотности), уже существует в теории солитонов. И имя этому удивительному образованию – бризер, от английского слова «дышать». Среда, в которой только и могут существовать бризеры, имеет кристаллическую структуру. Бризер образован двумя взаимодействующими дислокациями (смещениями): разрежения и сжатия среды. Это стоячая волна колебаний плотности среды, которая ведёт себя как частица. Бризер может равномерно двигаться, ускоряться или замедляться вблизи неоднородностей. При столкновении с солитонами или другими бризерами так же ведёт себя как частица.