Это тот ещё познавательный квест, со своими страшилками и зеркальными лабиринтами. Лёгкой прогулки не обещаю. И дело тут не в сближении философии и физики, для кого-то неожиданном. Сложности понимания – внутри самой физики, начиная с постановки задачи о скорости тяготения. Плохая, метафизическая философия ещё больше запутывает дело, хорошая, диалектическая, помогает разобраться.
Согласно заголовку, определить надо, как бы, скорость передачи возмущений поля тяготения, или же – сил всемирного тяготения, управляющих и падением яблока, и движением планет. Но именно «как бы», потому что в современной теории тяготения сами понятия поля и сил не котируются. Автор этой теории Альберт Эйнштейн таких понятий не признавал. Чем сам же подталкивает нас к решению вопроса о скорости тяготения не в свою пользу, а в пользу Исаака Ньютона.
Но тоже ведь вопрос, есть ли в теории тяготения Ньютона передача силы в пространстве, или опять «как бы». Ведь в этой теории нет вообще никаких скоростей, есть только массы, расстояния и гравитационная постоянная. Например, потенциал тяготения Солнца, по Ньютону, определён в каждый текущий момент в любой точке пространства, независимо от пребывания или движения там каких-то тел. Другое тело, приходя в эту точку, просто находит в ней этот потенциал. При этом его движение относительно Солнца никакой роли не играет, в т.ч., не порождает задержек в изменении действующих на него сил тяготения.
Но если говорить, как тогда было принято, о переносе силы тяготения в пространстве, то его скорость у Ньютона оказывается бесконечной. При этом сам Ньютон был убеждён, что физическое воздействие может передаваться только с конечной скоростью от точки к точке в пространстве, через ближний локус к дальнему. Сейчас такое убеждение называется «принцип локальности», или «принцип близкодействия». В философии Нового времени это мнение было всеобщим, утвердившись в борьбе с оккультными фантазиями о мгновенной непосредственной связи всего со всем. Его проповедовал и личный друг Ньютона, выдающийся английский метафизик Джон Локк.
Стоя на этой почве, Ньютон называл своё же допущение мгновенной связи через космическую пустоту, да ещё без видимых агентов (частиц или волн), переносящих силу тяготения, «вопиющей нелепостью для всякого, кто разбирается в философии». «Физики, бойтесь метафизики!», – взывал Ньютон, но тут сам оказался жертвой метафизики. С той же ситуацией прямо связана и вторая знаменитая фраза Ньютона: «гипотез не измышляю». Людям сугубо практическим она нравится, но с точки зрения научной методологии (которая вырабатывается именно философией) это очевидная придурь, т.к. без гипотез никакая наука не развивается. А в устах её автора эта фраза означала именно отказ рационально объяснить его собственную теорию тяготения. По сути, это был жест отчаяния.
Из-за таких сомнений Ньютон, открыв свой закон всемирного тяготения ещё в молодости, опубликовал его только под старость и вынужденно, из опасений за приоритет. По той же причине, его теорию тяготения долго не признавали в континентальной Европе. Там тогда царствовала метафизически правоверная эфирно-вихревая теория тяготения по Рене Декарту, вполне соответствующая принципу локальности. Правда, в астрономии она толком не работала. А вот «еретическая» теория Ньютона работала практически без нареканий, не считая небольшую неточность в расчёте вековых смещений перигелия Меркурия. Пришлось астрономам и физикам втихомолку смириться с таким важным нарушением принципа локальности. Не переставая, однако, свято верить в сам этот принцип.
Вот и Эйнштейн, как и Ньютон, был привержен к тому же принципу. И даже больше, чем Ньютон, в связи со своей научной влюблённостью в Дж.К. Максвелла. Тот впервые доказал локальный характер электромагнитных взаимодействий, т.е. ограниченную скорость их передачи в пространстве. Именно на этом Эйнштейн построил свою релятивистскую механику – специальную теорию относительности (СТО). Согласно ей, скорость света (шире говоря, электромагнитной волны) в вакууме является пределом скоростей всякого физического взаимодействия. В том числе, по мнению Эйнштейна, и скорости передачи тяготения.
Насчёт скорости тяготения эту идею впервые высказал, в 1905 г., не Эйнштейн, а намного более тогда авторитетный Анри Пуанкаре. Но тоже в связи с исследованиями, приведшими к построению СТО. Сам Эйнштейн публично заявил о равенстве скоростей тяготения и света в 1913 г., прямо связав это утверждение с «убеждением в правильности [специальной] теории относительности». Хотя к тому времени сам же Эйнштейн уже осознал недостаточность СТО для описания гравитации, и как раз поэтому приступил к созданию общей теории относительности (ОТО), она же его теория всемирного тяготения.
На тех же страницах Эйнштейн признавал, что теория тяготения Ньютона решает все практические задачи астрономии. Но утверждал, что причина тут в сравнительно малых масштабах Солнечной системы, из-за чего сдвиги гравитационных возмущений во времени были, якобы, незаметны для астрономов. Объяснить это утверждение можно только большим желанием Эйнштейна, чтобы всё оно было именно так. На деле, уже до Земли свет от Солнца идёт около 8,5 минут, до Сатурна – более часа, до Нептуна – около 4-х часов, до пояса Койпера – около 7,5 часов. Будь то же самое с передачей сил тяготения, не замечать этого вплоть до XX века астрономам просто не удалось бы.
Правда, в начале 2003 г. С.М. Копейкин и Э. Фомалонт объявили, что измерили в опыте скорость возмущений поля тяготения при затмении квазара Юпитером (т.е., всё-таки, в масштабах Солнечной системы), и она оказалась приблизительно равной скорости света в вакууме. Но многие специалисты подвергли этот вывод суровой критике, и вскоре он был забыт, как досадная оплошность.
А ещё в конце XVIII века Пьер Лаплас показал, что скорость передачи сил тяготения должна превышать скорость света в вакууме не менее чем в 50 млн. раз, иначе, из-за задержек в передаче импульса тяготения, произошло бы рассогласование планетных систем. Причём показал на сравнительно малом космическом расстоянии от нас до Луны. По Лапласу, иначе Луна уже улетела бы от Земли; а глядя шире, все планеты были бы сейчас намного дальше от Солнца, чем, скажем, 40 лет назад, и чем действительно сейчас находятся. Позднее этот вывод поддержали Ф.Тиссеран, А.Эддингтон и другие видные учёные. В 1998 г. американский астроном Том ван Фландерн увеличил минимальное превышение скорости передачи тяготения над скоростью света до 20 млрд. раз, хотя эта оценка пока остаётся спорной.
Пуанкаре знал о выводе Лапласа, но (публично) тешил себя надеждой, что этот вывод будет опровергнут. И мнение, что Лаплас тут уже опровергнут, часто встречается в научной и учебной литературе. Однако же кто, когда и как именно его опроверг?.. Ещё в советские времена я перелопатил груду научной литературы, но так и не нашёл ясного ответа на этот вопрос. Сейчас с этим проще. В поиске Гугла, искусственный интеллект (ИИ) за секунды выдаёт резюме:
«Вывод Лапласа о скорости распространения гравитации… не был опровергнут в том смысле, что его расчёты были признаны некорректными. Однако современная физика… представляет иной взгляд на гравитацию, где она не является силой в классическом понимании, а описывается как искривление пространства-времени, а скорость гравитации приравнивается к скорости света».
Логика прямо убийственная: Лаплас не ошибался, а сил для передачи там нет вообще; тем не менее, «скорость гравитации приравнивается к скорости света», которая меньше лапласовской скорости передачи тяготения более чем в 50 млн. раз. Но не бойтесь: ни вы, ни ИИ не сошли с ума. Просто, как мы скоро покажем, тут смешаны передача сил тяготения (если она есть) и распространение т.н. волн гравитации. И не ИИ в этом виноват, потому что сначала их спутал сам Эйнштейн, а за ним спутывает большинство физиков по наше время. Благо что, то и другое можно назвать одним словом «гравитация»! Как сказал уж Мефистофель у Гёте:
«Коль скоро недочёт в понятиях случится,
Их можно словом заменить.
Словами диспуты ведутся,
Из слов системы создаются;
Словам должны вы доверять:
В словах нельзя ни йоты изменять».
Вот и Википедия тоже поясняет термин «Скорость гравитации» словами «скорость распространения гравитационных воздействий, возмущений и волн», не отличая при этом гравитационные волны от передачи сил тяготения.
Этой путанице способствовало совпадение во времени двух открытий Эйнштейна. В 1916 году он опубликовал свою теорию тяготения (ОТО), а в другой статье, опубликованной в том же году, он же открыл волны гравитации. Именно в этой статье Эйнштейн впервые сделал чем-то подкреплённый вывод, что «гравитационные поля распространяются со скоростью света», не различая при этом такие волны и само тяготения, и прибегая к несвойственной ОТО полевой терминологии. В той статье обнаружилась математическая ошибка, и Эйнштейн исправил её в другой статье, опубликованной в 1918 году. Вывод о конечной скорости тяготения он в новой статье не повторил, но и другого вывода, к сожалению, не сделал.
Зато там Эйнштейн конкретней пояснил природу волн гравитации. Оказывается, источником этих волн являются не сами массы, а переменно-ускоренное движение масс, напр., в случае быстрого взаимного кружения массивных двойных звезд. Где нет такого специфического движения, или оно слабое, там, стало быть, нет или почти нет волн гравитации; но, по факту, тяготение масс от этого не исчезает и заметно не изменяется. А проявляются такие волны, по Эйнштейну, в колебании пробных масс поперёк вектора тяготения. Говоря образно, к притяжению между телами эти волны относятся примерно так же, как вибрация буксировочного каната – к его продольному натяжению. Наверное, они как-то влияют на притяжение масс (всё ведь на всё влияет), но вовсе не они его создают, передают и определяют его силу.
Равенство скорости волн гравитации и скорости света в вакууме ни у кого не вызывает сомнения. А если вслед за Эйнштейном (и ещё по аналогии с электромагнитными волнами, как переносчиками энергии) считать эти волны основным источником притяжения масс, то их скорость становится решающим аргументом в пользу локальности тяготения. Но это, напомним, противоречит опыту астрономии, выводам Лапласа и других исследователей. А главное – противоречит физической природе самих этих «поперечных» волн, с их специфическим «колебательным» источником, тогда как тяготение универсально.
К тому же, волны гравитации крайне немощны, из-за чего их более века не могли обнаружить в опыте. Сами физики часто называют их «мелкой рябью пространства-времени». Даже при взрыве ядерной бомбы эта «рябь» настолько слаба, что современная техника не в состоянии её зафиксировать. А при составлении энергетического баланса космических систем волны гравитации можно вообще не учитывать (вывод авторитетного советского физика В.А. Фока и других видных специалистов). Ведь на всю огромную Солнечную систему это считанные сотни киловатт! Непонятно, как суперслабое действие этих волн могло бы обеспечить, напр., возвращение планет от афелия к Солнцу, или хотя бы оправдать строительство на Земле приливных гидроэлектростанций.
Ещё несуразности: все другие волны отталкивают, напр. морские – разрушают скалы, световые – давят на поверхность и могут вышибать электроны из металла (фотоэффект), «надувают» фотонные паруса космических аппаратов. И только волны гравитации почему-то должны притягивать!.. Все микрочастицы, передающие взаимодействие, напр. фотоны, имеют спин (собственный момент импульса) =1 в единицах постоянной Дирака; только гравитону, гипотетическому кванту притягивающей (якобы) гравитационной волны, приписывается спин = 2. В опыте никто таких частиц пока не встречал, и вряд ли встретит.
Волны гравитации не связаны жёстко с ОТО, они получаются и в т.н. РТГ – релятивистской теории гравитации акад. А.Логунова, отрицающей основы ОТО. Сама же ОТО Эйнштейна, как и теория Ньютона, не содержит в своих формулах скоростей передачи тяготения. По меньшей мере – в явном виде. Они не фигурируют, и речь о них не шла ни в проекте ОТО от 1913 г., ни в классическом труде Эйнштейна «Основы общей теории относительности» (1916), ни в его основополагающей работе «Вопросы космологии и общая теория относительности» (1917). А отсутствие таких скоростей означает, как и у Ньютона, молчаливое допущение нелокальности связи.
В перечне возможных доказательств справедливости ОТО, составленном самим Эйнштейном (позднее полностью подтвердившихся), тоже нет конечной скорости передачи притяжения масс. Наконец, сам же Эйнштейн рассматривал тяготение (повторим) вообще не как силовое поле, а как фундаментальную геометрию пространства-времени, против чего и восставал Логунов. Полевые трактовки ОТО в физике встречаются, но имеют условный характер, что подчёркивал, напр., тот же В.А. Фок. Следовательно, сами понятия возмущений поля и переноса их на расстояние в этой концепции неуместны.
Геометрический, по сути, характер имеет и теория всемирного тяготения Ньютона, поскольку в ней сила притяжения между данными телами зависит только от их расположения в пространстве, без всяких динамических и кинематических эффектов. Отличие теории Эйнштейна в том, что она охватывает не только пространство, но и время. Учитываются геометрические и хронологические эффекты релятивистской механики; а тяготеют, согласно ОТО, не только массы покоя (как у Ньютона), но любая энергия, внешнего и внутреннего движения тел и напряжения в телах. Конечно, в массовом эквиваленте энергии, по знаменитой формуле E=mc^2, откуда m=E/c^2.
В частности, тяготеет и свет, т.к. он переносит энергию, хотя его частицы (фотоны) имеют нулевую массы покоя. Это и доказал Артур Эддингтон в своих наблюдениях во время солнечного затмения (1919), чем обеспечил Эйнштейну всемирную славу. За счёт всего этого, ОТО точнее, чем теория тяготения Ньютона. Но скорость передачи тяготения тут, как и у Ньютона, ни при чём. Тот же Эддингтон, напомню, разделял вывод Лапласа о сверхсветовой скорости передачи тяготения.
И раз уж тяготение и волны гравитации – не одно и то же, то скорость распространения взаимного притяжения масс не обязательно совпадает со скоростью распространения таких волн. Более вероятно, что правы всё же Ньютон, Лаплас и Эддингтон с их сторонниками, плюс весь опыт практической астрономии. То есть: что возмущения поля тяготения (помимо волн гравитации) распространяются несравненно быстрее света, может быть, устремляясь к бесконечной скорости. Если, оговоримся, это «поле» вообще возмущается, и его возмущение нуждается в распространении.
А там, где Ньютон видел якобы пустоту и отсутствие переносчиков связи, современная физика утверждает наличие особой невещественной среды – физического вакуума. Известны сейчас и потенциальные сверхсветовые агенты, напр., волны де Бройля, присущие всякому телу, и т.н. тахионы. Скорость волны де Бройля определяется простой формулой c^2/v, где c – скорость света в вакууме, v – скорость тела, излучающего эту волну, в данной системе отсчета. По Эйнштейну, для всех тел с ненулевой массой покоя v всегда меньше чем c, поэтому скорость волны де Бройля всегда выше скорости света в вакууме. И обычно намного выше, стремясь к бесконечности в той системе отсчета, где v=0. Но только стремясь, т.к. полного покоя в реальности не бывает, ни в какой системе отсчета. Всегда остаются квантовые и тепловые движения, собственные колебания и реакции на неустранимые внешние воздействия.
Тахионы получились бы у самого Эйнштейна ещё в 1905 году, в его первой опубликованной работе по СТО, но только если бы он мог допустить мнимочисленные значения массы (когда в сомножителях числа есть корень квадратный из –1). Но нет: он остановился на этом рубеже, не из-за физики или математики (она тут звала вперёд!), а из философских (точнее, метафизических) соображений, будто в физическом мире нет места невещественным числам. Между тем, сама СТО, отражая единство пространства и времени, оперирует, в частности, мнимочисленными (пространственноподобными) интервалами Германа Минковского.
Вообще, сверхсветовые волны и частицы с мнимочисленной массой неизбежно возникают в современной физике. Но тахионы пока что признаются большинством физиков условными, а не реальными частицами. А волны де Бройля сводят к волнам вероятности обнаружения данного объекта, и толкуют их только как присоединённые к телам, отказывая им в распространении. А ведь сам Эйнштейн выиграл у Х.Лоренца и А.Пуанкаре авторство, в создании СТО, именно потому, что признал действительными релятивистские эффекты, которые те считали условными; а якобы условным квантам Макса Планка он сопоставил реальные фотоны.
Также сам Эйнштейн фактически показал ограниченность позиции Максвелла, отказавшись рассматривать тяготение (в отличие от электромагнетизма) как силовое поле и как перенос энергии от тела к телу. Но на идейном уровне сам Эйнштейн не заметил тут принципиальную разницу. А ведь если это связь не переносом массы или энергии, то, по Эйнштейну же, нет и ограничений на скорость такой связи. Энергия здесь не переносится, однако действует. Она тяготеет, отражая этим изначальное, родовое единство Метагалактики, и неполноту всякой сепарации и сепарабельности (разделённости) мироздания.
Эти собственные уроки научной смелости и сам Эйнштейн до конца не усвоил, не учли их пока и его наследники, превратившие Эйнштейна в икону для молитвы. Видимо, выйти на новые рубежи понимания им не позволяют тот же принцип локальности, и убеждение, что реальны только объекты, которые можно пощупать и обсчитать без использования мнимочисленных величин. Но сегодня это не уважительные причины! Нельзя в современной науке молиться на принципы и авторитеты, и нельзя до конца понять чувственный мир, не выходя умом за его пределы. В частности – в область физического вакуума, который, как среда невещественная, одними вещественными числами не описывается, что видно хотя бы по тем же интервалам Минковского.
Старые сомнения Ньютона сейчас преодолимы и должны быть преодолены. И может быть, здесь откроется, наконец, возможность «сосватать» теорию тяготения с квантовой теорией, хотя за пределами вещественного бытия: напр., если рассматривать какие-то тахионы как кванты волн де Бройля. Не удивлюсь также, если попутно прояснятся проблемы, над которыми физика, помешавшись на принципе локальности, бьётся уже второй век. Это и построение Единой теории поля, на которое сам Эйнштейн бесплодно убил почти 40 лет своей жизни, а с его же подачи, ещё больше времени убили разработчики теории суперструн. Это также, связанные тоже с тяготением, проблемы тёмной материи и тёмной энергии, перед которыми физика, молясь на Эйнштейна, стоит уже почти 100 лет, как баран перед новыми воротами.
Замечу в этой связи, что тахионы, при их мнимой массе и несвечении в электромагнитных диапазонах, имеют реальную энергию, а потому могут тяготеть, и этим претендуют на роль тёмной материи, либо какой-то её части. А гравитационные волны и гравитоны в реальности могут не притягивать, а (как все волны) отталкивать, тем претендуя на роль тёмной энергии, или одной из её составляющих.
Но тут мне приходится вступать не в свою область науки, и в ней я не смею претендовать на решительные утверждения. Философия – не лоция физики! Зато она – общий маяк познания. Маяк не указывает, как рулить, зато показывает, куда плыть, и в этом спорить с ним бесполезно. А диалектическая философия утверждает, что придерживаться в познании любых односторонних принципов, напр. только принципа локальности или только принципа нелокальности, это явная методологическая ошибка. В природе для всего хватает места, и всюду видим единство противоположностей, друг друга дополняющих. Включая, конечно, локальную и нелокальную связь.
По существу, это уже подтвердили сами Ньютон и Эйнштейн, поскольку обоим пришлось создавать не одну, а две разных механики: локальную «земную» и (фактически) нелокальную «небесную». Философствовали они плохо, метафизически, «прямолинейно и односторонне, деревянно и окостенело», но своё дело знали! Однако понимать и совершенствовать их результаты до сих пор мешают, кому – та же замшелая метафизика односторонних принципов, кому – религиозное поклонение авторитетам и бюрократизм в науке.
В свете основных законов развития, принцип нелокальности, принятый в оккультизме, выступает как тезис, метафизический принцип локальности – как антитезис, позиция диалектики – как синтез этих противоположностей. Но есть ещё философский релятивизм: извращение диалектики и плоская противоположность метафизики. Он не признаёт объективной закономерности явлений и возможности её познания человеческим разумом. В последнее столетие этот релятивизм спекулирует на квантовой проблематике, где тоже есть претенденты на нелокальную связь, напр. квантовая телепортация.
Но конкретней об этом как-нибудь в другой раз. А дополнительно по затронутым вопросам можно посмотреть, не покидая Дзен, главку «II.1 Логика и диалектика (ч. 1)» моего «Курса философии в стихах» (https://dzen.ru/a/Zw-bazZzsG73MwKQ). В научной литературе автор публиковал эти идеи с 2007 г., отчасти ранее.
Кому интересно категориальное мышление, ставьте лайки и подписывайтесь. Щедрые – шлите донаты (ссылка «Поддержать» внизу справа).а