Виртуальность как основа физической картины мира

Афанасьева Вера
         Категории "виртуальность", "виртуальный" пришли в  философскую лексику из науки, появившись сначала в механике, а затем в физике.  Удивительно, насколько распространено представление о виртуальных объектах в физике и насколько большую роль последние играют в самых разнообразных реальных процессах. Именно со времени введения понятия "виртуальность" в науку началась история развития классической динамики и установилась тесная связь между динамикой и статикой.
Известно, что для решения основных задач динамики требуется записать дифференциальные уравнения движения системы материальных точек. Открытие начал механики принадлежит Галилею, но ясная и точная их формулировка была дана позднее Гюйгенсом и Ньютоном, а методология составления дифференциальных уравнений динамики на основе этих начал разработана Лагранжем и связана с виртуальными перемещениями.
  На представлении о виртуальных перемещениях основан один из вариационных принципов механики, так называемый принцип виртуальных перемещений, устанавливающий общее условие равновесия механической системы. Впервые принцип виртуальных перемещений был применен для вывода условий равновесия простых машин Гвидо Убальди (1545-1607), который применял его к рычагу, блоку и вороту; Галилей обобщил его на все простые машины; Бернулли доказал, что оно применяется на все вопросы статики. Значение и польза принципа виртуальных перемещений для решения задач механики были обоснованы И. Бернулли. Им же введено слово "virtuel" (от лат.  virtus – способность, мощь). Введенные Галилеем виртуальные моменты (virtus movens)  буквально означали способность производить перемещение.
  В механике под виртуальными перемещениями понимают бесконечно малые, элементарные перемещения, которые точки механической системы могут совершать из занимаемого ими в данный момент времени положения, не нарушая наложенных на систему связей . Виртуальные перемещения – понятия чисто геометрические, не зависящие от действующих сил; они определяются только видом наложенных связей и вводятся как характеристики этих связей, показывающие, какие перемещения при наложенных связях остаются для системы возможными. Если связь со временем не изменяется, то истинное элементарное перемещение совпадает с одним из виртуальных перемещений. Помимо виртуальных перемещений в механике вводятся виртуальные скорости,  виртуальные импульсы, виртуальные моменты.
Таким образом, в классической механике "виртуальный" представляется  аналогом "возможного", но не просто возможного, а набора возможностей, одна из которых при определенных условиях обязательно превращается в действительное состояние.  Любое реальное перемещение является реализацией, воплощением одного из множества виртуальных.  Сказанное позволяет отождествить представление о виртуальном в классической механике не с "возможным", а со "способным реализоваться, могущим сделать нечто".
В теоретической физике, в квантовой теории, понятие "виртуальный" стало фундаментальным. Виртуальные процессы лежат в основе современной квантово-полевой теории материи, играя двоякую роль. С одной стороны, они определяют любые взаимодействия элементарных частиц, с другой – являются вспомогательным средством физического описания. 
Виртуальными  в  квантовой теории называются частицы, которые имеют те же квантовые числа, что и соответствующие реальные частицы, но для которых нарушается обычная связь между энергией, импульсом и массой.   Возможность такого нарушения вытекает из принципа неопределенности Гейзенберга, согласно которому для очень коротких промежутков времени закон сохранения энергии не выполняется,   что препятствует экспериментальной регистрации виртуальных частиц.  Поэтому виртуальные частицы  существуют лишь в промежуточных, переходных состояниях и являются настолько короткоживущими, что не могут в принципе регистрироваться никакими приборами.
Особая роль виртуальных частиц состоит в том, что они являются переносчиками взаимодействий. Например, два электрона взаимодействуют друг с другом путем испускания одним электроном и поглощения другим виртуального фотона. Адроны  при высоких энергиях в основном взаимодействуют друг с другом путем обмена комплексом виртуальных частиц, называемом реджеоном.
Аналогично вводится представление о виртуальных состояниях как о короткоживущих промежуточных состояниях, в которых нарушаются связи между энергией, импульсом и массой системы. Виртуальные состояния обычно возникают при столкновениях микрочастиц. Например, столкновение нейтронов с протонами происходит путем образования и распада дейтрона в виртуальном состоянии. Аналогично,  виртуальными переходами называются переходы физической микросистемы из одного состояния в другое, связанные с рождением или уничтожением виртуальных частиц.
Из экспериментов известно, что нейтрон, незаряженная элементарная частица, обладает собственным (и достаточно большим) отрицательным магнитным моментом, т.е. эквивалентен элементарному магниту. В то же время, согласно основополагающим представлениям теории электромагнетизма, магнитный момент любой нейтральной частицы должен быть равен нулю. Объяснить это противоречие можно только с привлечением представлений о виртуальных частицах, в данном случае, заряженных пионах, которые постоянно рождаются и поглощаются самим же нейтроном в течение всего времени его существования. Таким образом, нейтрон окружен облаком отрицательно заряженных пионов, которое и создает наблюдаемый магнитный момент.
Ещё один убедительный пример существования и "работы" виртуальных частиц даёт наблюдение свободных нейтронов и нейтронов, связанных в атомных ядрах. Свободный нейтрон распадается примерно через 15 мин  (этот процесс называется бета-распадом). В то же время нейтроны, связанные с протонами (в атомных ядрах) или с нейтронами же (в нейтронных звёздах) стабильны настолько, что нижняя граница существования этих объектов оценивается как 1017 лет. Объяснение этих фактов опять  дает представление о виртуальных частицах. Оказывается, что нейтроны, обмениваясь виртуальными заряженными пионами с протонами (в ядрах) или нейтральными пионами с соседними нейтронами (в нейтронных звёздах), поддерживают свою устойчивость, создавая "противовес" распадному взаимодействию. Если лишить нейтроны возможности обмениваться виртуальными частицами, в частности, изолировав их от соседей, нейтроны распадаются.
Обнаружение античастиц углубило представление о поле. Считалось, что электромагнитного поля нет, если нет квантов этого поля – фотонов. Следовательно, в этой части пространства должна быть пустота, вакуум. Но с открытием виртуальных частиц возник вопрос: пуст ли вакуум? Сейчас хорошо известны эффекты, доказывающие, что вакуум не пуст. В нем постоянно рождается и исчезает множество пар виртуальных частиц и античастиц. Таким образом, физический вакуум, низшее энергетическое состояние квантовых полей, характеризующееся отсутствием каких-либо реальных частиц, состоит из виртуальных частиц. Все квантовые числа физического вакуума (импульс, электрический заряд и др.) равны нулю. Понятие физического вакуума, т.е. состояния, в котором существуют только виртуальные частицы,  в квантовой физике является основным, в том смысле, что его свойства определяют свойства всех других состояний.
Виртуальные процессы в физическом вакууме приводят к ряду специфических эффектов, таких, как заряд частицы, поляризация и т.д. Согласно современным представлениям квантовой теории поля всякая реальная частица окутана "шубой" виртуальных частиц, посредством которых она взаимодействует с другими реальными частицами. Эти  виртуальные "шубы"  и обуславливают заряд, массу, магнитный момент и другие характеристики реальных частиц, делая их измеряемыми. Напротив, соответствующие характеристики "голой" частицы в принципе не могут быть измерены. Так, заряд голого электрона должен равняться бесконечности, и только виртуальная "шуба" позволяет измерить его истинное значение. Парадоксально, но реальные частицы оказываются наблюдаемыми только благодаря существованию виртуальных частиц!
Таким образом, квантовая физика полагает, что виртуальные микрообъекты вовсе не являются умозрительной абстракцией, а существуют физически, хотя  и обладают, в отличие от реальных аналогов, особыми свойствами: их существование не регистрируется приборами, а наблюдается опосредованно при взаимодействии реальных частиц. Сами же виртуальные объекты являются переносчиками взаимодействий.
Природа квантово-механической виртуальности остается загадочной, множество вопросов пока остается без ответов. Можно ли плотность вероятности и распределение вероятности волновой функции рассматривать как плотность виртуальных процессов, как плотность виртуальности? Каков физический смысл этого? Можно ли любую устойчивую частицу рассматривать как некоторое количество динамически связанных виртуальных  процессов, протекающих в объеме частицы?  Если это так, то устойчивые реальные микрочастицы могут оказаться замедленными, статическими образованиями из виртуальных! И только статичность множества виртуальных процессов в совокупности с особенностями восприятия этой статичности на уровне макромира делают эти динамические образования виртуальных частиц наблюдаемыми элементарными частицами.
Хорошо известно представление, связывающее движение классической частицы по траектории с движением ее квантового аналога - волны. Предложенная Р. Фейнманом интерпретация,  ставшая классической, рассматривает распространение волны как движение ансамбля гипотетических частиц по различным траекториям, причем  так, что каждая из множества этих ненаблюдаемых траекторий дает свой вклад в образование единственной наблюдаемой реальной траектории . Эти ненаблюдаемые траектории и есть виртуальные траектории, результатом взаимодействия которых является реальная траектории. Следовательно, каждая классическая частица движется по реально наблюдаемой траектории, образующейся в результате  суперпозиции (наложения) виртуальных, ненаблюдаемых.
Аналогично, при анализе многих оптических явлений, возникает вопрос: если природа света волновая, то как из сферических волн, распространяющихся во всех направлениях, образуется единственный, сверхузкий, сверхнаправленный световой луч? Образование и прямолинейное распространение светового луча в геометрической оптике также можно объяснить результатом интерференции множества виртуальных световых лучей, проходящих через разные точки поверхности волнового фронта. Интерферирующие световые лучи виртуальны, поскольку наблюдаются не они сами, а только результат их интерференции. Однако  виртуальные лучи действительно существуют, поскольку удаление даже одного из ансамбля интерферирующих лучей приводит к тому, что все остальные становятся наблюдаемыми, а результирующий луч искривляется, отклоняясь от первоначального направления. В теории волн подобным же образом можно объяснить факт переноса волной энергии в выделенном направлении.
Таким образом, в механике, классической и квантовой физике, а также в оптике понятие "виртуальный" обозначает ненаблюдаемые объекты (частицы, состояния), которые сами не фиксируются измерительными приборами, не воспринимаются перцептивно, но являются переносчиками различных взаимодействий и оказывают существенное влияние на реальные объекты. Виртуальные объекты действительно существуют, они способны производить определенные действия, без которых невозможно было бы существование огромного числа реальных объектов.
 Приборы фиксируют  лишь "следы" существования виртуальных частиц, и в этом смысле любая виртуальная частица в квантовой механике не менее реальна, чем планета Плутон, которая до последнего времени не воспринималась даже самыми мощными телескопами и обнаруживала себя только благодаря производимым ею отклонениям орбиты Урана. И еще раз подчеркнем двойственность виртуального: виртуальное невидимо, непосредственно не ощущаемо, но оно существует и  тем самым определяет существование реальных объектов. Физический мир оказывается наполненным виртуальными объектами, а виртуальность – существенным свойством микро- и макромира.
Не только физика микрочастиц, но различные явления в области макромира демонстрируют наличие виртуальных процессов. Так, радиофизика и электроника наглядно и успешно демонстрируют возможности практического использования виртуальных состояний. Чтобы не вдаваться в сложные подробности и не привлекать труднодоступный математический аппарат, ограничимся лишь несколькими замечаниями.
В  радиофизике и электронике традиционно используются электронные виртуальные структуры и приборы на их основе. Важным является понятие "виртуального катода" – электронного облака, представляющего собой  быстро осциллирующий во времени виртуальный барьер. Существование виртуального катода определяет особые режимы усиления и генерации электронных сигналов, как правило, хаотические, во многих случаях желательные. Поэтому параметры некоторых радиофизических приборов специально подбираются таким образом, чтобы образовывался виртуальный катод. Принцип виртуального катода положен в основу специальных  генераторов, работающих на сверхпредельных токах :  отражательных диодов и триодов, виркаторов , турбутронов . Эти приборы отличаются большой мощностью и нетривиальными характеристиками
Другим короткоживущим электронным образованием, которое может рассматриваться как виртуальное, является электронно-волновой резонатор, широко используемый в магнетронах.
Важнейшим объектом твердотельной электроники являются "дырки" – быстро изменяющие свое положение, короткоживущие, положительно заряженные условные частицы, динамика которых определяет важнейшие процессы, происходящие в полупроводниковых устройствах.  Короткое время жизни, способность обнаруживаться только по результатам их взаимодействия с реальными объектами, позволяют интерпретировать дырки как виртуальные положительно заряженные частицы.
В радиофизических  и электронных системах широко распространены короткоживущие переходные процессы, предшествующие стабильным режимам работы электронных приборов, которые по аналогии с квантово-механическими тоже могут рассматриваться как виртуальные состояния.
Интересным виртуальным объектом радиофизики, являются т.н. пространственные и временные гармоники – парциальные составляющие, аналогичные парциальным оптическим лучам, на которые можно разложить исходный радиофизический сигнал. Их существование формально определяется возможностью вычислить для любой электромагнитной волны  спектр Фурье , фактически гармоники можно выделить из общего сигнала при помощи определенных устройств (спектр-анализаторов, фильтров, периодических пространственных структур). В радиофизике и электронике сложилось представление о гармониках как о реальных объектах, поскольку на взаимодействии с ними основана работа многих электронных приборов. На самом деле, гармоники являются сложными объектами, которые на различных этапах их существования можно рассматривать как потенциальные, виртуальные или реальные. В составе сложного сигнала гармоники  являются потенциальными монохроматическими волнами, поскольку не существуют по отдельности, но в принципе могут быть выделены. Любой немонохроматический сигнал имеет конечную длительность, а гармоники как монохроматические волны теоретически должны иметь бесконечную длительность, т.е. не иметь ни начала, ни конца. Выделение же гармоник в реальном устройстве ограничивает их длительность за счет взаимодействия с выделяющим устройством. Поэтому  короткий процесс выделения гармоник из общего сигнала и есть "время жизни" виртуальной гармоники, которая затем становится реальным квазимонохроматическим сигналом, актуализируется.  Таким образом, гармоника в электронном приборе совершает цепочку превращений "потенциальное - виртуальное - реальное".
Поскольку в ряде неклассических наук существует представление о том, что виртуальность сопровождает любое рождение, любое начало, то предположение о виртуальных истоках Вселенной имеет смысл и основание. В самом деле, любое рождение по синергетическим представлениям есть не что иное, как  бифуркация, в которой могут участвовать и виртуальные движения.
В современных философских работах роль виртуальности в зарождении Вселенной обсуждается достаточно широко. Предполагается, что Вселенная возникла из первобытного вакуума, из взрыва вакуумного пузыря, который освободил колоссальные ресурсы виртуального (непроявленного) бытия. Открытие нелокальных корреляций показывает,  насколько Вселенная едина и конструктивна, благодаря порядку, скрытому в недрах виртуального субквантового мира . Мысля физическую виртуальность, можно говорить о вечности жизни, правда, не в актуальном, а в виртуальном состоянии. Подобно тому, как "фазовые судороги" вакуума взрывообразно породили Вселенную, превратив ее виртуальные частицы в реальные, так и некие "бифуркации", испытываемые космическим веществом, создавая в нем асимметрию, "выпустили" жизнь, содержащуюся в виртуальном состоянии где-то в ее глубоких недрах .
Проблема возникновения Вселенной  является  фундаментальной проблемой современной космологии. В настоящее время существует два наиболее известных сценария появления Вселенной. Одним из них является модель Большого Взрыва из некоторого сингулярного состояния, обладающего бесконечной плотностью. Второй сценарий рассматривает рождение Вселенной  из "ничего" , практически из Ничто . Таким образом, предполагаемое "начало" в обоих случаях  достаточно экзотично. Существует мнение, что в первые мгновения после Большого Взрыва Вселенная должна была, по-видимому, находиться в состоянии, соответствующем виртуальной форме существования материи . В пользу такого предположения свидетельствуют следующие обстоятельства.
Согласно современным космологическим теориям Вселенная при своей эволюции из сингулярного состояния прошла несколько стадий. Вещество стало доминировать только на определенной стадии расширения, первой эрой существования была т.н. радиационно-доминированная эра, когда преобладало излучение. В процессе дальнейшего расширения и, соответственно, остывания Вселенной вещество, т.е. частицы с массой покоя не равной нулю , стали конденсироваться во фрагменты корпускулярной материи: тяжелые атомы, молекулы, макрообъекты и так далее вплоть до их скопления.
При этом произошел качественный переход от невещественной, чисто полевой формы материи  к более "консервативной", более инертной, более массивной – к веществу. Чистое излучение стало останавливаться, все в больших масштабах волновая форма материи стала переходить в корпускулярную, стремясь к "застывающей" Вселенной. Излучение, а также широко представленные в то время виртуальные квантово-механические процессы стали переходить в стабильные формы материи.
При огромных температурах, соответствующих ранней Вселенной, частицы с ненулевой массой покоя должны "выгорать" и, теряя свойство инертности, непрестанно двигаться. Известно, что время жизни частиц при сверхтемпературах быстро уменьшается с ростом температуры, при некоторой температуре время жизни  частиц в термодинамическом равновесии "креация - аннигиляция" не должно превышать 10-23 с. Последнее означает, что частицы оказываются короткоживущими, виртуальными. Рост температуры усиливает виртуальность. Другими словами, наличие виртуальных свойств частиц, их виртуальность может быть пропорциональна температуре: чем выше температура, тем сильнее проявляются у микрообъектов виртуальные свойства. Таким образом, во времена, близкие к моменту возникновения Вселенной, все составляющие ее частицы должны были быть виртуальными.
 Можно предположить, что все существующие в настоящее время виртуальные частицы и их виртуальность как свойство могут являться реликтом раннего высокотемпературного состояния Вселенной. Тогда любой физический объект, в том числе тела и процессы макромира  должны обладать некоторой степенью виртуальности. Однако виртуальность в макромире проявляется очень специфически, как своего рода классический предел, и в определенном смысле аналогична релятивистским спецэффектам: ее проявленность становится все более значительной при повышении температуры или возрастании скорости движения.
Следует указать на интересную темпоральную закономерность. Характерное время мегапроцессов огромно и оценивается величинами порядка 1015-17  секунд (возраст звезд, галактик, Вселенной). Характерное же время микромира, а также время жизни виртуальных частиц исчезающе мало и стремится к нулю. Поэтому относительно антропоцентрической системы отсчета можно говорить о космологическом замедлении и микроскопическом ускорении течения времени. С точки зрения же самих элементарных частиц все процессы в макро- и мегамире протекают чрезвычайно медленно, характерное макроскопическое и мегаскопическое время замедляются. Напротив, с точки зрения гипотетического меганаблюдателя микро- и макропроцессы ускорены. Все сказанное означает, что во Вселенной  сосуществует иерархия уровней физической реальности с разным "течением" времени. 
Важно отметить, что в первые секунды жизни Вселенной подобная темпоральная иерархия, по-видимому, существовала в других формах, например, экспоненциального раздувания Вселенной. Это означает, что время эволюционирует вместе с эволюцией физических систем.
Еще более интересным кажется другое наблюдение. Для гипотетического наблюдателя в микромире представления о времени и квантово-полевом мире будут существенно отличаться. В частности,  виртуальные частицы станут для него долгоживущими и приобретут реальность. Такому редуцированному к микромиру наблюдателю могут открыться такие реляционные свойства пространства-времени, которые могут ответить на вопрос, почему и в каком смысле виртуальные частицы не лежат на поверхности мироздания. Все сказанное заставляет предположить виртуальность является относительным свойством физического мира, приобретаемым или теряемым при переходе от одних временных и пространственных масштабов к другим.
Итак, в очень раннем состоянии Вселенная, по-видимому, состояла в основном из виртуальных частиц и виртуальных процессов. Можно предположить, что с момента расширения до момента времени 10-23 с, т.е. времени жизни виртуальных частиц, все частицы и все процессы были исключительно виртуальными. Следовательно, и вся Вселенная была некоторое время виртуальной. По-видимому наличие подобного первого "кадра"  должно существенно изменить наши представления о космологической картине ранней Вселенной. Виртуальный этап эволюции Вселенной имеет много физических существенных особенностей. Так, в виртуальном состоянии Вселенной существует сверхнеустойчивость. С физической точки зрения было бы нетривиально рассмотреть быстрораспадающийся, короткоживущий мегаобъект типа Вселенной. В этом состоянии должна существовать тесная связь с вакуумом, и Вселенная может туннелировать и перескакивать между разными собственными виртуальными состояниями, может виртуально проявляться во множестве других собственных же виртуальных состояний частицы-Вселенной.   
Первоначальный этап существования Вселенной насыщен наиболее бурными космологическими событиями, связан с образованием нетривиальных состояний ранней Вселенной и определяет будущее всей Вселенной. В течение этого виртуального периода процессы шли настолько быстро, их было так много и они были так часты, так глобальны, так фундаментальны, что можно предположить, что в течении этого "микропериода" прошли многие космические эпохи и сменилась не одна космическая эра.
В связи с вышесказанным можно предположить существование вполне понятного качественного механизма образования устойчивых частиц из виртуальных и ответить на один из поставленных ранее вопросов. Это механизм связывания, т.е. образования связей различной природы между виртуальными объектами аналогично образованию связей в атомах, молекулах и т.д.  Сами элементарные частицы в этом случае представляются связанными виртуальными частицами. Другими словами, виртуальные частицы – это некоторое более первичное состояние материи, первоначальные "кирпичики" из которых формируются элементарные частицы, основной "строительный материал" структурированности материи!
Предполагаемая виртуальная протовселенная воплощала в себе огромный спектр возможностей. Ее эволюция не была строго детерминирована, и современная Вселенная лишь одна из случайно реализовавшихся виртуальных. Можно предположить, что на виртуальном отрезке эволюции Вселенной более существенную роль играла топология, которая также могла быстро (виртуально меняться). В пространствах же с изменяющейся топологией может наблюдаться эффект нарушения причинности для внешнего наблюдателя. Более глубокое осмысление таких пространств может наполнить новым смыслом реляционную концепцию пространства. В этой связи нашу расширяющуюся Вселенную можно описать как одну случайно зафиксированную топологических конфигураций виртуально сменяющихся пространств различных топологий.
Друга особенность состоит в том, что многие виртуальные мира могут одновременно быть проявлены все сразу только на этапе протовселенной.  На отрезке же последующей эволюции в течение миллиардов лет семейство многих миров тоже содержится в нашей Вселенной, но только виртуально, при этом физические миры виртуальной космологической эпохи должны играть в ней определенную роль. Предположительно, все они становятся "генной" информацией для реализовавшейся Вселенной.
Забегая вперед, скажем, что концепция виртуальных вселенных в настоящее время широко используется в современной культуре, связываясь с категориями Свобода (и даже Любовь), имеющими до этого только описательные дефиниции.  В свете новых представлений о виртуальных мирах  возможна переформулировка упомянутых категорий на языке строгих научных понятий.
Исследование сложных и хаотических движений нелинейных систем выявило особую роль виртуальных объектов в нелинейной динамике и синергетике. Именно нелинейная динамика позволяет обнаружить, что помимо реального мира существует другой мир, связанный с каждым из нас, - мир виртуальных движений.  Если квантовая механика дает представление о виртуальности микромира, то нелинейная динамика позволяет отчетливо убедиться  в виртуальности макромира.
Представление о виртуальных объектах нелинейной динамики можно получить, пользуясь постнеклассической синергетической методологией исследования. Обратимся к широко известному в теории колебаний и синергетике методу фазового пространства. Под фазовым пространством понимается гипотетическое  n–мерное евклидово пространство, координатами которого являются  n линейно независимых переменных, однозначно описывающих динамику рассматриваемой системы. Каждому возможному состоянию системы отвечает некоторая точка фазового пространства, а изменение состояния представляется движением изображающей точки вдоль траектории, называемой фазовой траекторией.
Важнейшее значение для описания различных типов движений имеет представление об аттракторах. Аттрактором называется притягивающее предельное множество фазового пространства диссипативной динамической системы, т.е. множество, к которому асимптотически стремятся все фазовые траектории из некоторой его окрестности. Аттрактор является геометрическим образом любого установившегося в системе состояния или движения. Вид аттрактора однозначно отражает свойства установившихся движений. Аттрактор – это определенный вид состояния или движения, определенный, конкретный вид существования, бытия динамической системы. Именно так, как определенное бытие, в отличие от бытия как такового, “чистого бытия”, рассматривал Гегель категорию “качество” , введя его как противоположность процессу. Любой аттрактор возникает в фазовом пространстве и исчезает, исследование его возникновения и существования, т.е., пользуясь терминологией Гегеля,  “становления”, ”бывания”, и есть познание процесса, развития.  Процесс развития есть непрерывное самоотрицание, его противоположностью является конкретное, “здесь и сейчас” живущее состояние, а это и есть аттрактор. 
Долгое время известны были только классические аттракторы, соответствующие трем основным типам движения динамических систем. Согласно принятой в нелинейной динамике классификации,  состояниям равновесия в фазовом пространстве соответствуют аттракторы, называемые неподвижными точками; периодическим движениям или автоколебаниям - замкнутые изолированные кривые, называемые предельными циклами; квазипериодическим движениям с n частотами - n-мерные инвариантные торы (множества, топологически  эквивалентные бубликам).  Все эти аттракторы являются по общепринятой терминологии простыми. “Неподвижная точка” соотносится с представлением о покое, а “предельный цикл” – с представлением об упорядоченном движении и развитии системы. Таким образом, информация о существующих в системе аттракторах однозначно определяет информацию о  возможных движениях и их качествах. До последнего времени динамическим движениям приписывали только три возможных качества: покой, периодичность и квазипериодичность.
Оказалось, что в фазовом пространстве уже трехмерных динамических нелинейных систем существуют области, заполненные сложными аттракторами, соответствующими нетривиальной динамике. Такие аттракторы были названы странными. Их присутствие в фазовом пространстве свидетельствует о сложной, непредсказуемой динамике исследуемой системы, т.н. "детерминированном хаосе", поскольку колебания в этом режиме непериодические, нерегулярные.
Важнейшим для изучения характера движения является понятие устойчивости . Под устойчивостью понимают свойство системы или движения сохранять свое первоначальное состояние при малых отклонениях от этого состояния. Движение любой системы зависит от действующих на нее сил, ее параметров и начальных условий. Зная уравнения движения системы и ее точные начальные условия, можно однозначно определить ее эволюцию во времени. Однако на практике все начальные условия задаются с конечной точностью, т.е. несколько отличаются от предполагаемых. Если при малых возмущениях движение системы незначительно отличается от исходного, то говорят, что движение устойчиво, в противном случае оно называется неустойчивым. Представления об устойчивости и неустойчивости движения имеют глубокий онтологический смысл. Устойчивость означает, что движение реализуется, наблюдается в действительности, малое изменение начальных условий или параметров сохраняет его качество. Неустойчивость означает, что при малом изменении  параметров или начальных условий движение меняется очень сильно или даже исчезает, становится ненаблюдаемым, не реализующимся в действительности. Поэтому устойчивость соответствует долговременному бытию движения, неустойчивость – процессам становления и уничтожения, “неполноценному бытию”, ”полубытию” или даже небытию.
Особое значение исследование неустойчивых движений приобрело после того, как было обнаружено, что странный аттрактор, являющийся образом хаоса в фазовом пространстве, образован бесконечно большим числом сложным образом организованных неустойчивых траекторий. С точки зрения устойчивости странный аттрактор представляет собой уникальный, парадоксальный объект: устойчивый в целом,       долгоживущий, наблюдаемый, он состоит из бесконечно большого числа неустойчивых траекторий (движений), каждое из которых является короткоживущим, переходным. Таким образом, хаос оказывается устойчивой совокупностью неотделимых друг от друга неустойчивостей, “устойчивой неустойчивостью”, “равновесием неравновесностей”, бесконечно длинной цепочкой переходов из одного короткоживущего состояния в другое, каждое из которых в отдельности не наблюдаемо и может интерпретироваться как виртуальное.
Синергетические исследования нелинейных динамических систем показывают, что  неустойчивые движения имеют важное значение для формирования реально существующих движений.    Если движение становится неустойчивым, то устойчивость переходит к какому-то другому режиму, существующему в нелинейной системе благодаря свойству мультистабильности, которое  и наблюдается в реальности. В окрестности неустойчивого движения фазовая траектория может задерживаться в течение некоторого времени, "скатываясь" на ближайшее устойчивое периодическое или хаотическое движение. Часто реальное движение содержит “следы” тех или иных неустойчивых движений.  Многочисленные примеры короткоживущих состояний дают неустойчивые состояния равновесия. Неустойчивым движением является,  например, падение заточенного, поставленного на острие, карандаша. Другой пример дает падение поднятого вверх над точкой подвеса маятника в нижнее устойчивое состояние. Неустойчивые движения наблюдать визуально удается,  лишь исследуя реально существующие устойчивые движения, которые содержат  "кусочки", "следы" неустойчивых. Если наблюдать за неустойчивым движением непосредственно, то оно "тает", исчезает. Таким образом, фазовое пространство нелинейной системы  оказывается наполненным своеобразными ”призраками” движений.
  Можно было бы считать, что неустойчивые множества фазового пространства - чисто мнимые плоды строгого математического аппарата синергетики, подобно хорошо известной мнимой единице. Однако существование подобных объектов подтверждается влиянием, оказываемым ими  на реально существующие устойчивые движения, и  участием в формировании последних. Поэтому неустойчивые движения  оказываются не мнимыми, а виртуальными. Особая роль виртуальных движений заключается в том, что они являются переносчиками взаимодействия; обнаружить же их можно только опосредовано, по тому влиянию, которые они оказывают на реальные движения. Короткоживущие виртуальные движения соответствуют многочисленным переходным процессам, наблюдаемым в актуальном физическом мире по особым "следам" в реальных, долгоживущих движениях. Таким образом, так же как  в классической и  квантовой физике,  в синергетике виртуальные множества фазового пространства соответствуют короткоживущим физическим состояниям и участвуют в процессах перехода системы из одного возможного состояния в другое.
Обобщая сказанное, можно полагать, что любые переходные процессы, предшествующие выходу системы в какое-либо устойчивое состояние, соответствуют короткоживущим  виртуальным  движениям. В отличие от квантовых виртуальных объектов, виртуальные состояния нелинейных динамических систем оказываются более долго живущими. Однако “время жизни“ виртуальных движений все равно оказывается малым по сравнению с длительностью реализующихся устойчивых движений.
 Виртуальные движения активно участвуют в формировании реального движения, иногда предопределяя появление того или иного состояния, “направляя” фазовую траекторию по определенному пути. Таким образом, их исследование позволяет определить скрытые механизмы движения  и сделать прогноз о возможном поведении системы в будущем. Виртуальные движения активно участвуют в бифуркациях , которые без их участия в большинстве случаев просто не могут происходить. Так же как и в квантовой механике, теории волн и оптике, в нелинейной динамике  виртуальные движения определяют свойства реальных.


2008 г.