В конце июля 1983 года, будучи в Москве, я купил две книги, два сборника: «Астрофизика, кванты и теория относительности», «Проблемы физики: классика и современность». Книги совершенно замечательные! Судя по закладке (листок календаря от 3 августа), я прочёл их в первой половине этого месяца. Впоследствии перечитывал книги не раз, и всегда находил что-то новое и важное.
Приведу здесь выписки, сделанные тогда же, в августе 83 года, из сборника «Астрофизика, кванты и теория относительности». Статья Э. Реками «Теория относительности и её обобщения». Тема статьи созвучна теме приведённых выше выписок из книги П.Девиса «Пространство и время в современной картине вселенной».
«Третий постулат СТО (специальной теории относительности).
Теперь, если мы хотим – а мы действительно хотим – избежать возможности передачи информации в прошлое, то необходимо ввести третий постулат. (Фантаппье впервые заметил, что обычная СТО без третьего постулата позволяет посылать сигналы в прошлое).
Третий постулат: «Не существует объекта или частиц с отрицательной энергией, движущихся в положительном направлении во времени (физические сигналы переносятся только объектами с положительной энергией)». Такая форма третьего постулата ясна также с точки зрения теории информации. Этот постулат эквивалентен принципу (запаздывающей) причинности: «Для любого наблюдателя «причины» хронологически предшествуют вызываемым ими «следствиям». Кроме того, из третьего постулата будет сделан вывод о существовании антивещества. (…)
«При транскритическом обобщённом преобразовании Лоренца, когда, например, излучатель или поглотитель меняются ролями, любой объект с отрицательной энергией в начальном состоянии физически соответствует своему антиобъекту с положительной энергией в конечном состоянии и наоборот».
Разумеется, третий постулат – при использовании для реинтерпретации эффектов обобщённых преобразований Лоренца – требует рассмотрения процессов как с начальными, так и с конечными состояниями.
Следовательно, в расширенной (специальной) теории относительности требуется, чтобы физика имела дело с взаимодействиями, а не с объектами (или на языке квантовой механики с амплитудами, а не с состояниями). Если два микрообъекта А и В связаны посредством обмена частицей Р, то с точки зрения специального класса наблюдателей частица Р считается обладающей бесконечной скоростью. Но для трансцендентных частиц направление движения вдоль АВ не определено. В этом предельном случае можно, например, рассматривать Р; либо как частицу Р;;, движущуюся от А к В, либо, что эквивалентно, как античастицу Р;; , движущуюся от В к А. Другими словами, если А и В обмениваются частицей (брадионом или тахионом), то для определённого класса наблюдателей они связаны посредством симметричного мгновенного взаимодействия. Этим объясняется также тот факт, что никакой источник не может ничего испускать, если соответствующий детектор, расположенный где-либо во Вселенной, не готов к поглощению. По крайней мере в случае тахионного обмена это условие является строго обязательным в теории относительности. Здесь следует упомянуть, что даже при использовании обычной СТО Уилер и Фейнман смогли построить для предельного случая – фотонов – теорию (эквивалентную обычной электромагнитной теории), в которой источники испускают фотоны только в том случае, если соответствующие детекторы (уже) готовы к поглощению. (…)
Интерпретация опережающих решений.
Давно известно, что в общем случае релятивистские уравнения допускают помимо запаздывающих решений, опережающие решения. Например, уравнения Максвелла предсказывают как запаздывающее, так и опережающее электромагнитное излучение. С наивной точки зрения опережающие решения иногда рассматривают как действительно связанные с движениями назад во времени, забывая при этом принцип реинтерпретации Штюкельберга-Фейнмана и даже саму структуру СТО.
В рамках расширенной теории относительности легко объяснить, почему считают, что релятивистские уравнения допускают и запаздывающие и опережающие решения, т.е. решения, относящиеся к объектам, движущимся соответственно вперёд и назад во времени.
Действительно, когда уравнение допускает решение, соответствующее (выходящим) частицам или фотонам, тогда с помощью процедуры, аналогичной описанной в разделе 6.3, можно связать это решение с другим соответствующим (входящим) античастицам или (анти) фотонам. Поэтому если такое уравнение оказывается релятивистски ковариантным, то оно должно также допускать решения, соответствующие входящим античастицам или фотонам, всякий раз, когда оно допускает решения, соответствующие выходящим частицам или фотонам.
Таким образом, мы показали, что все релятивистские уравнения, ковариантные относительно группы обобщённых преобразований Лоренца, должны допускать наличие как запаздывающих, так и опережающих решений (даже если последние фактически связываются вследствие принципа реинтерпретации с противоположно направленными античастицами или фотонами, а не с объектами, движущимися назад во времени).
Тот факт, что, вообще говоря, релятивистские уравнения действительно удовлетворяют этому требованию, выведенному из расширенной теории относительности, говорит в её пользу. Но это не означает, что все релятивистские уравнения уже записаны в ковариантном виде.
Очевидно, можно заключить, что никакая частица (никакое излучение), действительно движущаяся назад во времени, не может быть ни предсказана на основании релятивистских уравнений, ни экспериментально обнаружена в рамках СТО. Однако остаётся открытым вопрос: почему в действительности наблюдается, например, только выходящее излучение, а не входящее (антиизлучение)? Ключом к ответу является учёт начальных условий (Торальдо ди Франсия, неопубликованное сообщение). В обычной макрофизике некоторые начальные условия значительно более вероятны, чем другие. Например, механические уравнения динамики жидкости допускают существование на поверхности моря как расходящихся круговых концентрических волн, так и сходящихся круговых волн, стремящихся к центру. Но начальные условия, приводящие к первому случаю, встречаются со значительно большей вероятностью, чем начальные условия, приводящие ко второму случаю».
В середине августа я познакомился с одной из глав трёхтомника И.В. Савельева «Курс общей физики». Глава называется «Элементарные частицы». Сделал выписки с таблицами. Процитирую здесь только начало выписок.
«Строго определённого понятия элементарной частицы нет. В качестве первого приближения можно понимать под элементарными частицами такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых нельзя представить как объединение других частиц. Во всех наблюдавшихся до сих пор явлениях каждая такая частица ведёт себя как единое целое. Элементарные частицы могут превращаться друг в друга (трансмутировать).
Для того, чтобы объяснить свойства и поведение элементарных частиц, их приходится наделить, кроме массы, электрического заряда и спина, рядом дополнительных, характерных для них величин (квантовых чисел).
Известны четыре вида взаимодействия между элементарными частицами: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное (перечислены в порядке убывания интенсивности).
Интенсивность взаимодействия принято характеризовать с помощью так называемой константы взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия. Отношение значений констант даёт относительную интенсивность соответствующих взаимодействий».
23 августа 1983 года я сформулировал три положения, три постулата, в которых кратко излагаю суть своих народившихся воззрений.
1. Пространство – единственная материальная сущность Природы.
2. Пространство обладает свойствами плотной и упругой среды. Деформация плотности пространства в какой-либо точке вызывает колебательный процесс.
3. Материя в виде вещества и излучения – суть колеблющаяся плотность пространства. Общее количество колебательного движения пространства постоянно и в сумме равно нулю.
Сразу же, основываясь на этих постулатах, я делаю первую попытку обобщений своих представлений. Приведу записи дословно.
«К вопросу о пространстве, структуре атома и Вселенной
(первая попытка)
В этих записках делаю попытку обобщения своих представлений о пространстве, строении атома и Вселенной.
Для начала сформулирую три положения, которые в сжатой форме выражают суть обсуждаемых вопросов.
1. Пространство – единственная и основная материальная сущность Природы. Материя же в виде вещества и излучения – суть движущееся пространство.
2. Причиной движения пространства является исконно присущее пространству свойство в известных местах локально изменять свою плотность, вызывая, тем самым, его колебательные движения. Данное колебательное движение лежит в основе существования атома. Здесь пространство через движение находит связь со временем.
3. Общее количество движения пространства – величина постоянная, в сумме равная нулю. Отношение количества движения к объёму пространства есть величина постоянная, равная единице.
Чтобы получить наглядное представление об атоме, прежде мы должны понять, что представляет собой пространство, а главное – каковы его свойства. Для этого проведём один мысленный эксперимент. Представим себе бесконечное, однородной плотности, материальное пространство (среду), способное упруго сопротивляться деформациям плотности как в сторону сжатия, так и в сторону расширения. Чтобы легче представить однородную плотность, предположим, что пространство на всём своём бесконечном протяжении имеет однородный серый цвет. Допустим теперь, что в некоторой точке его какие-то деформирующие силы заставили однородную плотность пространства измениться – сжаться или расшириться, иначе, «поляризоваться». В случае сжатия, часть пространства в месте точки потемнеет; в случае расширения – посветлеет. Естественно, по известным законам в этой точке начнётся колебательный процесс (когда силы прекратят своё действие). Период сжатия будет сменяться периодом расширения и наоборот. От места возбуждения, подобно как от места падения камня на водную поверхность, будут распространяться сферические волны, возбуждая («поляризуя») всё больший и больший объём пространства. Но так как наше пространство бесконечно, а начальная амплитуда деформации плотности была конечна, то колебания плотности вскоре прекратятся и вновь восстановится однородный серый фон.
Думается, мы вполне можем допустить реальность этого мысленного опыта. Он не противоречит ни одному закону механики. Подобный простой эксперимент даёт, как мне кажется, не только наглядное представление об атоме, но и поможет в дальнейшем легче понять структуру пространства Космоса и Вселенной, ведь по сути Вселенная –это тоже атом в ряду с другим бесконечным множеством Вселенных, взаимодействующих друг с другом и составляющих, таким образом, единую структуру пространства Космоса на всём бесконечном протяжении.
«Как, – вправе удивиться читатель, – и это колебание плотности пространства автор называет атомом? А где же положительно заряженное ядро, где отрицательно заряженные электроны, которые вращаются вокруг ядра на своих орбитах? В конце концов, где материя? И разве может это пульсирующее пространство так называемого атома, почти ничто, кроме движения, составлять материю в виде вещества? Бред какой-то, да и только».
Вот в этом-то и состоит трудность – убедить, а вернее, доказать, что природа атома именно такова, что именно из одного лишь движения пространства, фактически из «ничего», состоит наш материальный, пёстрый, звучащий мир.
Перво-наперво необходимо принять, что пространство является единственной и основной материальной сущностью нашего мира, а все другие формы материи в виде вещества и излучения – лишь проявления движущегося и изменяющегося во времени пространства. Единство нашего мира требует при рассказе об атоме затрагивать процессы, происходящие во Вселенной и в Космосе. И поэтому, говоря дальше об атоме, невозможно понять природу его в отрыве от понимания природы Вселенной и Космоса. Для этого предлагаю рассмотреть модель Вселенной и структуру Космоса, выполненную графически. Это даст наглядное представление и поможет избежать излишнего описания».
Три или четыре дня спустя (ещё в августе) я делаю вторую попытку обобщения, а, вернее, развиваю тему первой попытки. Цитирую.
«К природе атома (вторая попытка)
- Помнишь, ты пытался «отклеить» пульсирующий атом от пространства, дабы он мог двигаться?
Так вот. Атом в каждый момент времени умирает и рождается заново, и потому относительно фокусного центра Вселенной, в момент времени одного полупериода колебания (фаза сжатия), атом можно рассматривать покоящимся. В другой момент времени другого полупериода колебания (фаза сжатия) этот атом уже не будет предшествующим атомом, он будет другим, хотя «масса» его почти не изменится, и они, эти атомы, будут принадлежать одному химическому элементу, но расстояние от центра Вселенной второго атома увеличится. Графически это хорошо может изобразить нисходящая спираль.
Причиной движения атома относительно центра Вселенной является температурный фон излучения, уменьшающийся от центра к периферии. (?)
--------------------------------
Если в пространстве и есть движение, то движение колебательное, по причине деформируемости плотности пространства (фаза сжатия ; фаза расширения), и в сумме количество этого колебательного движения равно нулю. Здесь вполне справедлив вывод о единстве противоположностей состояния Вселенной: она вечно в движении и, вместе с тем, она неподвижна. Вселенная бесконечна, но и конечна.
---------------------------------
- А как же быть с движением в пространстве звёзд, планет, комет?
- Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, для начала мы должны рассмотреть движение единичного атома от фокусного центра Вселенной к периферии. Скорость его движения будет равна скорости света, т.е. он будет распространяться как затухающая волна (графич. – спираль).
- Как, но ведь атом это локальное образование, наделённое электрическим зарядом, и вдруг – волна?
- А разве волна в каждый момент времени в каждой фазе колебания в данной точке пространства не является локальным образованием? Конечно, является! И если бы мы представили себе Вселенную в виде сферы с не пропускающими излучения стенками, и возбудили в центре её колебания пространства, то мы получили бы вечные колебания одного атома (масса атома зависит от величины деформации пространства). Однако подобное стало возможным только при условии, что возбуждаемые волны, т.е. излучение, полностью отражалось от стенок сферы и синхронно возвращалось в центр Вселенной. А от центра снова к стенкам и так без конца. Скорость распространения волны этого атома будет равна скорости света.
Но теперь разрушим не пропускающую излучения сферу. Наша Вселенная станет открытой. Волна этого единичного атома может распространяться теперь бесконечно далеко и, естественно, колебание пространства в данной точке быстро угаснет, настанет покой. Но покоя нет во Вселенной, следовательно, нет такой бесконечности, которая полностью бы поглощала всё излучение. Следовательно, есть какой-то предел?!
Не будем долго гадать, а попытаемся представить себе некую модель. Допустим, что вселенных не одна, а бесконечное множество на всём бесконечном протяжении пространства. Все они имею равную сферическую форму, что уже предполагает наличие границ, но границы эти условны и мы поймём это дальше. В пространстве эти вселенные размещены подобно плотной упаковке шаров, так, что каждая окружена всем бесконечным множеством вселенных.
Теперь представим, что в центре пространства каждой вселенной мы возбудим колебание, т.е. деформируем пространство, а так как пространство обладает свойствами упругой среды, то деформация (допустим) фазы сжатия сменится фазой расширения, возникнет сферическая волна, которая будет распространяться всё дальше от центра, деформируя пространство. Но границы вселенных условны, их фактически нет, волна выйдет за пределы объёма своей вселенной и будет распространяться дальше в пределах объёма соседних вселенных, и т.д. В итоге волна каждой вселенной распространиться во всём объёме пространства всех вселенных. А результат будет таков: сколько движения ушло из вселенной, столько в неё и вернулось. Фактически, получилось то же, что и в примере с единственной Вселенной с не пропускающей излучение сферой, где волна отражается назад к центру.
- Но ведь скорость-то распространения волны конечна, следовательно, она дойдёт не до всех вселенных одновременно, и значит сравнивать с этим примером нельзя.
- То верно. Во второй модели мы негласно допустили, что волна достигает всех вселенных мгновенно и одновременно.
И всё-таки это обстоятельство дела не меняет. Волна может распространяться до тех пор, пока не затухнет, и предела времени распространения ей нет. В итоге, количество ушедшего движения из вселенной будет всегда равно количеству пришедшего, где бы вселенная ни находилась. Пространство бесконечно замкнуто, и этим всё сказано.
- Хорошо, пусть будет так, но как объяснить из этих волновых движений пространства и из такого строения вселенной существование материи в виде вещества?
- Из выше изложенного ясно, что бесконечное пространство в целом представляет собой довольно стройную структуру бесконечного количества взаимосвязанных обменом вселенных. Отсюда необходимо допустить мысль о совершенном подобии этих вселенных друг другу и в объёме, и в количестве движения, и, заглянем вперёд, в количестве вещества, и во всех процессах, происходящих в них.
Мы начали говорить об атоме и давайте вновь вернёмся к нему, попробуем осмыслить существование и движение атома, а также образование вещества в связи с предложенной моделью вселенной и структурой пространства.
Как говорилось выше, атом представляет собой колебательное, пульсирующее образование пространства в локальной области. Причиной колебательного движения является деформируемость пространства, т.е. изменение его плотности. Пространство характеризуется свойствами упругой среды и потому всякое изменение плотности ведёт к возникновению колебательного процесса. Длительность колебаний зависит от величины деформации
пространства.
Первый атом начинал двигаться от фокусного центра вселенной как волна со световой скоростью. Но встречные потоки излучения дробят эту волну на множество локальных флуктуаций – атомы второго поколения. По мере удаления от центра, атомы второго поколения также проявляют неустойчивость, интенсивно делятся, увеличивая число локальных флуктуаций. Со временем плотность атомов становится велика, образуется газовый слой. Начинается конденсация вещества – ядер будущих галактик. По мере объединения атомов, скорость новых образований относительно центра вселенной резко падает. В недрах образовавшихся ядер безостановочно продолжается процесс радиоактивного распада с рождением ядер новых, более лёгких, элементов. Происходит разогрев недр.
---------------------------------------
Вселенная в разрезе
Возьмём вселенную, положим её на ладонь и разрежем пополам, как яблоко. Что же мы увидим?
Амплитудный градиент колебаний от фокусного центра вселенной постепенно убывает, но вместе с тем, общее количество движения на всём протяжении радиуса постоянно, и можно сказать, что вселенная в каждой точке своего объёма однородна. В чём дело?
А дело, оказывается, в количественном росте атомов-флуктуаций за счёт деления и распада атомов предшествующих поколений. Амплитудные колебания тяжелых атомов дробятся на мелкие колебательные движения новых, более лёгких, атомов-флуктуаций, увеличивая, таким образом, их количество и плотность. Если скорости движения первых поколений атомов были сравнимы со скоростью света, то по мере дробления их и возникновения материи в виде вещества, скорости резко падают, но общее количество движения сохраняется, оно переходит во внутреннюю энергию вещества, и частично сохраняется в виде кинетической энергии их движения.
Процесс радиоактивного распада есть процесс угасания атомов по мере удаления от центра вселенной. Атом порциями отдаёт свою энергию как затухающие колебания маятника или струны.
Если в фокусе вселенной мы имеем один атом, но максимальной амплитуды, то ближе к периферии мы имеем колоссальное количество атомов, но с амплитудами лишь в сумме равными амплитуде первого атома. «Температура» вселенной постоянна и одинакова в каждой точке. Ну, это что касается собственной температуры вселенной. А как быть с «температурой» бесконечного множества других вселенных, окружающих каждую единичную?
Ответ будет также прост. Количество движения, возбуждаемое в каждой точке единичной вселенной всем бесконечным множеством других вселенных, будет одинаково.
-----------------------------
Будь наша вселенная единственная и открытая в бесконечность, измени плотность её пространства где-нибудь, и возникнувшее колебание, этот единственный атом, погас бы безвозвратно и ничего более не было. Но вселенных бесконечное множество и в центре каждой пульсирует свой атом, который никогда не угаснет, ему не даст угаснуть всё остальное множество пульсирующих атомов других вселенных.
-----------------------------
Одинаковы ли размеры атомов на всём протяжении радиуса вселенной?
Если да, то скорость света не постоянна, ибо в атомах с большей степень деформации скорость колебания будет превышать скорость колебания в атомах с меньшей степенью деформации.
------------------------------
На фоне бесконечных скоростей каждый атом, где бы он ни находился относительно центра вселенной, можно считать покоящимся, и даже тело, движущееся в пространстве со скоростью, не превышающей скорости света».
3 сентября начал читать книгу Павла Степановича Кудрявцева «Курс истории физики». На 75 странице книги встретил заинтересовавшее меня изложение космогонических воззрений Декарта. Сделал несколько выписок. Приведу целиком.
«Декарт ищет в материальном субстрате самое основное и простое и находит его в протяженности.
Материя Декарта – это чистая протяженность, материальное пространство, заполняющее всю безмерную длину, ширину и глубину Вселенной. Части материи находятся в непрерывном движении, взаимодействуя друг с другом при контакте. (…)
По представлениям Декарта пустоты в мире нет и всякое движение является циклическим: одна часть материи занимает место другой, эта – предыдущей и т.д. В результате вся Вселенная пронизана вихревыми движениями материи. Движение во Вселенной вечно, так же, как и сама материя, и все явления в мире сводятся к движению частиц материи. Вначале эти движения были хаотичными и беспорядочными, в результате этих движений частицы дробились и сортировались. (…)
Вся Вселенная разбита на вихревые области, которые можно рассматривать как предшественники современных галактик. (…)
Декарт в своих космогонических теориях считает тяготение результатом вихревых движений мировой материи. Гюйгенс, разделяя позицию Декарта, иллюстрирует природу тяготения опытом с вращающейся жидкостью, в которой взвешены частицы».
Далее, основываясь на этих выписках с добавлениями, я пишу заметки с условным названием «Цитаты с комментариями», в которых пытаюсь увязать свои воззрения с представлениями Декарта. Приведу их дословно. «Вихри старого Декарта» вновь оказались востребованными.
"Цитаты с комментариями"
(по книге П.С. Кудрявцева «Курс истории физики»)
«Декарт ищет в материальном субстрате самое основное и простое и находит его в протяженности.
Материя Декарта – это чистая протяженность, материальное пространство, заполняющее всю безмерную длину, ширину и глубину Вселенной. Части материи (?! Б.Г.) находятся в непрерывном движении, взаимодействуя друг с другом при контакте. (…)
Состояние материи характеризуется их величиной («количество материи»), формой, скоростью движения и способностью изменять эту скорость под действием внешних сил, иначе, способностью к инерции. (…)
По представлениям Декарта пустоты в мире нет и всякое движение является циклическим: одна часть материи занимает место другой, эта – предыдущей и т. д. В результате вся Вселенная пронизана вихревыми движениями материи. Движение во Вселенной вечно, так же, как и сама материя, и все явления в мире сводятся к движению частиц материи. Вначале эти движения были хаотичными и беспорядочными, в результате этих движений частицы дробились и сортировались…».
Декарт искал в материальном субстрате самое основное и простое и он нашел его в протяженности пространства, стало быть, вся остальная материя должна была бы выводиться из этого представления о пространстве, но Декарт говорит о частицах материи. Эти частицы характеризуются величиной, формой, скоростью движения, способностью изменять свою скорость под действием внешних сил.
Декарт нашел правильную основу для своих построений единой теории Природы, именно пространство является единственной её сущностью. Но каким образом из представлений о пространстве, как бесконечной протяженности, вывести движение и материю?
Декарт допускает, что вся Вселенная пронизана вихревыми движениями материи, вечными и неуничтожимыми, что в мире пустоты нет. Все явления в Природе сводятся к циклическим движениям частиц материи: одна часть материи занимает место другой, эта – предыдущей и т. д. Трудно за этими размышлениями Декарта не увидеть волновой характер движения материи и саму материю как тоже некое волновое движение, только в своеобразной форме.
Декарт не знал диалектики, науки о единстве и борьбе противоположностей, хотя он был по образу мышления стихийным материалистом-диалектиком. Тогда ему было бы легче «возвести» из пространства, как основной сущности Природы, всю остальную надстройку здания единой теории Природы,допустив
возможность «поляризации» пространства, т.е. способность его изменять своё состояние, переходить из одного в другое и наоборот, переходящее из одной крайности в другую и наоборот. Однако смешно и наивно сегодня упрекать Декарта в незнании диалектики и говорить, что было бы, если бы он знал её.
И всё же, пофантазировать нам никто не мешает.
Итак, пространство представляется некой однородной упругой средой. Если в некоторой точке изменить его плотность, т.е. деформировать, сжать, иначе, «поляризовать», упругие силы заставят преодолеть эту деформацию, фаза сжатия по инерции перейдёт в фазу расширения. Расширение тоже будет происходить до некоторого предела, оно остановится и сменится вновь фазой сжатия. Так возникнет колебательное движение. Если колебательное движение не поддерживать, оно затухнет. Графически это хорошо можно изобразить концентрическими спиральными окружностями.
Колебание пространства в данной точке будет вызывать распространение сферических волн вокруг себя, деформируя, тем самым, всё большую и большую часть пространства. Длина волны и частота волновых колебаний зависят от амплитуды деформации пространства в данной точке. По мере удаления от центра возбуждения амплитуда деформации будет уменьшаться.
Частицы материи, по Декарту, характеризуются количеством материи, формой, скоростью движения, способностью изменять скорость под действием внешних сил.
Попробуем, исходя из предложенной модели частицы материи как локального возбуждения в среде, увязать с нею эти характеристики.
Количество материи, по-видимому, соответствует величине деформации, т.е. насколько сильно «сжато» пространство. Чем больше деформация пространства в данной точке, тем больше «масса», а, следовательно, и «заряд», заключённый в этой точке. От величины деформации прямо пропорционально зависит и скорость колебательного движения. Отсюда можно предположить существование скоростей больших скорости света.
Форма частиц материи представляется сферической, ибо направление распространения движения во все стороны одинаково предпочтительно. Способность взаимодействовать с другими подобными частицами и изменять скорость под действием внешних сил зависит от соотношения частот, «масс» (амплитуд), скоростей.
Декарт говорит о вихревых движениях материи, пронизывающих Вселенную, и это в некотором смысле справедливо, но недостаточно. Вихревое движение нами представляется как вращательное движение в одной плоскости или в параллельных плоскостях, но подобное вращение не вяжется с изложенной моделью частицы материи. Частица материи есть капля, в которой отражён общий принцип движения материи во Вселенной, и потому будет справедливым заменить понятие «вихревое движение» понятием «волновое движение». Вместе с тем, оно остаётся тем же замкнутым, циклическим, подобным круговому движению. На общем фоне Вселенной движение можно рассматривать как сложное и относительное, в одном случае – вихревое, в другом – волновое, но по сути оно едино.
Подобную замену представлений и понятий о характере движений не мешало бы провести и в электродинамике, термодинамике и других областях, касающихся строения материи и свойств атомов.
«Все явления в мире сводятся к движению частиц материи. Вначале эти движения были хаотическими и беспорядочными, в результате этих движений частицы дробились и сортировались…
По Декарту существует три сорта частиц: частицы земли, воздуха (неба), огня. Наиболее крупные частицы – это частицы земли. Они погружены в среду из частиц неба, в которые вкраплены также частицы огня, образующие Солнце. Вихревые движения круглых подвижных частиц «неба» увлекают в своём движении планеты, состоящие из элементов земли. Вся Вселенная разбита на вихревые области, которые можно рассматривать как предшественники современных галактик».
Если Декарт говорит о вечности движения и материи во Вселенной, что абсолютно справедливо, то мысли о начале этих движений, как хаотических и беспорядочных, а стало быть и конце их, предполагают стройную систему, основывающуюся на законе сохранения, в которой движения и материя не уничтожались, а взаимно превращались.
Для Декарта Вселенная – суть всё бесконечное пространство. Он говорит о Вселенной, разбитой на «вихревые» области, но если всё бесконечное пространство Вселенной однородно и в нём нет пустоты, то резонно предположить размещение «вихревых» областей равномерно во всём объёме пространства. Эти области удалены на равные друг от друга расстояния и являются как бы центрами, дающими начало движению и рождению материи.
По-моему, можно сегодня говорить о Вселенной не как о всеобъемлющем пространстве, а как о равноправном локальном образовании в пространстве Космоса, тем самым предполагая бесконечную множественность вселенных, равномерно размещённых в этом Космосе. И потому будет справедливым считать декартовы «вихревые» области центрами вселенных, дающими начало движению и рождению материи, образующими в результате взаимодействия каждой вселенной с бесконечным множеством других, сложную ветвящуюся структуру этих вселенных. Здесь очень важно подчеркнуть, что рождение материи обусловливается главным образом взаимодействием всех вселенных.
Попытаемся смоделировать эти представления образно.
Итак, мы заменили декартово представление о «вихревых» движениях на представления о локальных колебательных движениях деформированного пространства. На этой замене и будут основываться наши представления.
Предположим, имеется бесконечный объём покоящегося пространства. Возбудим в некоторой его точке колебательное движение, т.е. деформируем его. Понятно, что через определённое время колебательное движение затухнет. Графически это хорошо изображает концентрическая спираль. Теперь заключим некоторый объём пространства в сферу, не пропускающую и не поглощающую колебаний среды. Возбуждённые колебания в центре этой сферы будут вечными и неуничтожимыми: сколько движения ушло из центра в виде запаздывающего потенциала, столько движения и вернулось в центр в виде опережающего потенциала. Иначе, это будет колебание одной частицы материи с постоянным количеством «массы» и движения, и никакой ветвящейся структуры здесь не образуется (А впрочем?!).
Теперь разрушим не пропускающую сферу и допустим существование вокруг этого единичного объёма бесконечное множество таких же объёмов. Графически это можно изобразить как плотную упаковку шаров. Каждый шар будет окружен бесконечным множеством других одинаковых шаров.
Точно также выглядит и пространство Космоса, разбитое на бесконечное множество сферических вселенных. Только не надо думать, что вокруг каждой вселенной действительно имеются границы. Как таковых их нет, но условные всё же существуют. В известном смысле, вселенная конечна, но не замкнута.
Теперь возбудим в центре каждого объёма колебательное движение пространства.
Но, стоп! Какова должна быть величина деформации пространства в центре каждой вселенной и какова должна быть скорость распространения колебательного движения, чтобы они удовлетворяли требованию вечности, неуничтожимости и сохранения движения во всём бесконечном пространстве?
По-видимому, величина деформации пространства в центре единичной вселенной должна быть эквивалентной объёму этой вселенной, а скорость распространения колебаний из центра эквивалентной бесконечности пространства, т.е. чтобы удовлетворялось, в свою очередь, требование одновременности: какое количество движения ушло из каждого центра вселенной в бесконечность в первый момент времени, такое же количество движения должно вернуться из бесконечности в каждый центр вселенной во второй момент времени. Короче говоря, необходимо допустить существование мгновенных, бесконечных скоростей. (?)
А если всё-таки оставить принятое мнение о конечности скорости света и отвергнуть подобное допущение? Понятно, что условие одновременности выполняться не будет. Но будет ли выполняться при этом условии закон сохранения движения?
При распространении колебания всё дальше от источника, амплитуда его падает, волна из центра вселенной не дойдёт в своём «первозданном» виде до вселенной, отстоящей от неё на бесконечном расстоянии, хотя она и сложится с другими колебаниями, пришедшими со всей бесконечности в центре отстоящей вселенной, но полноценного нового импульса не получится, и закон сохранения в итоге будет нарушен.
Не допуская существование бесконечных скоростей, мы подрываем основы бытия. Пространство, хотя оно и бесконечно, но всё же замкнуто и представляет собой единую, цельную систему, иначе не могли бы быть справедливы законы сохранения, а значит, невозможна и жизнь. Связывать все точки пространства, все явления в нём в единое целое, способны только бесконечные скорости. Возможно, это звучит неубедительно, но попробуйте найти иное обоснование.
Остаётся важный вопрос: как возникает ветвящаяся структура вселенной?
Хотя я писал выше, что она возникает в результате взаимодействия единичной вселенной с другим их множеством, и всё же это не даёт ясного представления о явлении. Последующее изложение также не прояснит вопрос, но несколько расширит наше знание о строении вселенной.
Рассмотрим одну из них в разрезе.
Мы уже знаем, что вселенная имеет центр, где деформация пространства максимальна. Центр вселенной с полным правом можно именовать первым атомом, дающим жизнь всем последующим атомам-элементам, дающим жизнь веществу. Образование последующих атомов происходит благодаря делению и распаду предшествующих, и по мере удаления от центра вселенной количество их пропорционально растёт, но «масса» атомов уменьшается. Надо помнить, что под «массой» я подразумеваю величину деформации пространства.
«Декарт в своих космогонических теориях считает тяготение результатом вихревых движений мировой материи. Гюйгенс, разделяя позицию Декарта, иллюстрирует природу тяготения опытом с вращающейся жидкостью, в которой взвешены частицы… Но вихревая концепция тяготения хотя и давала красивую модель, не помогла точному описанию движения небесных тел».
Вращательное движение материя получила во время торможения, когда она из единичных атомов стала объединяться в молекулы и тела, т.е. началась конденсация вещества. Это произошло в момент, когда плотность атомов-флуктуаций оказалась достаточно велика.
Необходимо сказать, что количество движения, приходящее в любую точку единичной вселенной из всего бесконечного множества вселенных, одинаково. Вселенная имеет свой градиент температур (?), нисходящий по радиусу. Есть температура и у всего бесконечного пространства, состоящая из температур всех вселенных, величина которой, как уже говорилось, в любой точке единичной вселенной постоянна, и потому от неё можно отвлечься и рассматривать только величину собственной температуры вселенной.
Итак, температура в центре вселенной максимальна и представляет температуру единичного атома. Возникает законный вопрос: под действием каких причин первый атом дробится (а он должен дробиться, если всё выше изложенной справедливо)?
Есть два пути: 1. Допустить отсутствие синхронизации в пульсировании центров всего бесконечного количества вселенных. Под знаменем этой идеи легче провести теорию возникновения ветвящихся структур вселенных. Но с другой стороны, нарушается условие одновременности. Картина чрезвычайно усложняется, и трудно сказать, как всё это отразится на законах сохранения; 2. Допустить возможность синхронизации в пульсировании центров всего бесконечного количества вселенных. В этом случае есть вероятность того, что ветвящиеся структуры вообще могут не возникнуть, т.е. постоянно будет сохраняться динамический «покой», основывающийся на бесконечной частоте. Вместе с тем, сохранение подобной синхронизации в масштабе бесконечности в течение продолжительного времени кажется сомнительным.
Может быть, и при сохранении синхронизации возникают ветвящиеся структуры вселенных? Но как??
А может быть, есть иной путь??
На эти вопросы сейчас ответить невозможно. Необходимо создание на основе данных принципов математической модели».
Финал этих записок сентября 1983 года явно показывает, что в развитии моих представлений наметился кризис, тупик. Выхода я не видел. Разговор о математической модели был беспредметен, так как не существовало конкретного, реального образа локального осциллятора в среде материального пространства. У меня стали возникать сомнения в справедливости моих исходных посылок. Не слишком ли я всё упрощаю, свожу великое многообразие мира к минимуму?
На помощь моим сомнениям пришел всё тот же Павел Степанович Кудрявцев своими замечательными книгами «Фарадей» и «Максвелл». Я взял эти книги в библиотеке в начале октября. Почти весь октябрь прошел у меня под знаком этих двух великих имён.
Не могу удержаться, чтобы не привести обширные выписки из книг Кудрявцева о Фарадее и Максвелле. Я читал книги с упоением, восторгом! В конце концов, они меня убедили, что исходные мои посылки верны.
Выписки из книги П.С. Кудрявцева «Фарадей».
«Совершенство индуктивного действия, – говорит Фарадей, – даёт повод к любопытному соображению. Представьте себе тонкий заряженный металлический шар диаметром в два или три фута, изолированный посредине комнаты, а затем предположим, что пространство внутри этого шара занято мириадами маленьких пузырьков, или частиц, одинаково (или различно) заряженных электричеством, но так, что каждая изолирована от своих соседей и от шара; их индуктивная сила такова, что внешняя поверхность шара окажется заряженной силой, равной сумме всех их сил…». Максвелл, развивая идеи Фарадея, назвал то, что Фарадей называл здесь «индуктивной силой», потоком индукции, который наглядно представлял силовыми линиями, начинающимися в положительных зарядах и оканчивающимися в отрицательных, так что с каждой единицей электричества связана одна силовая линия, тогда полный поток линий индукции, пронизывающий замкнутую поверхность, равен алгебраической сумме всех зарядов, находящихся внутри этой поверхности, как бы ни были распределены эти заряды. Если замкнутая поверхность, окружающая эти заряды, – проводник, то этот поток индуцирует на её внутренней поверхности заряд, противоположный по знаку суммарному заряду всех заряженных тел, находящихся внутри неё, и на внешней – заряд, равный этому суммарному заряду. Таково содержание знаменитой теоремы Фарадея, играющей важную роль в математической теории электричества. Эта теорема, как мы уже говорили, носит название теоремы Гаусса – Остроградского, хотя Фарадей был первым, кто доказал её опытным путём. На этом методе основан, в частности, метод измерения зарядов частиц, часто применяемый в электронной и атомной физике. Желая измерить суммарный заряд частиц, собирают эти частицы в фарадеевский цилиндр и измеряют с помощью электрометра заряд, наведённый на внешней поверхности цилиндра. По теореме Фарадея этот заряд и равен сумме зарядов всех частиц, попавших в цилиндр.
Теорема Фарадея – Гаусса представляет собой важное соотношение, которое позднее Максвелл сделал одним из фундаментальных законов электромагнитного поля. Это соотношение отражает тот факт, что поле создаётся зарядами: линии индукции начинаются и кончаются в электрических зарядах. Поэтому для Фарадея электрическое действие всегда полярно. Если в комнате имеется положительно заряженный шар, то на стенках этой комнаты появляются отрицательные заряды, на которых заканчиваются линии индукции, выходящие из положительного шара. Вся Вселенная по Фарадею, – это огромный конденсатор, в котором положительные заряды связаны с отрицательными посредством линий индукции. (…)
25 июля 1844 года Фарадей пишет письмо Ричарду Тейлору, которое озаглавлено «Размышления об электрической проводимости и о природе материи». В этом письме Фарадей излагает свои взгляды на атомную теорию в том её виде, в каком она выглядела в его время. Эта теория широко была распространена среди физиков и химиков – современников Фарадея. Фарадей в начале письма даёт довольно точное изложение сущности этой теории. «Теория атомного строения, – говорит он, – которая, как мне кажется, является преобладающей, рассматривает атом как нечто материальное, имеющее некоторый объём; атому при его сотворении были сообщены силы, давшие ему с того времени и вплоть до настоящего способность составлять, когда несколько атомов собираются в группу, различные вещества, действия и свойства которых мы наблюдаем. Хотя они сгруппированы и удерживаются вместе благодаря своим силам, они не касаются друг друга; между ними имеется промежуточное пространство; иначе давление и охлаждение не могли бы заставлять тело сжиматься до меньшего объёма, а нагревание и растяжение – увеличивать его размеры; в жидкости эти атомы или частицы могут свободно двигаться одна вокруг другой, в парах или газах они тоже присутствуют, но удалены друг от друга гораздо больше, хотя всё же взаимосвязаны своими силами». Вот эту теорию и критикует Фарадей. Прежде всего, он – что вполне правильно – указывает, что атомная теория пока «в лучшем случае является только предположением». Фарадей указывает на необходимость тщательной проверки гипотезы, чётко отличать факт от теории, не поддаваться гипнозу теории при истолковании фактов. Научная осторожность в отношении применения гипотез является совершенно необходимой для прогресса науки – таков смысл общего отношения Фарадея к гипотезам.
Но это общие соображения. Специально в отношении атомной гипотезы Фарадей высказывает ряд мыслей, которые, как он сам пишет, подсказали ему «свет и электричество», названные им двумя «великими искателями-исследователями молекулярной структуры тел».
Что же сказали свет и электричество Фарадею? Прежде всего, он обратил внимание на роль пространства, разделяющего атомы, пространство, через которое передаётся свет и электричество и которое само является непрерывным. «Пространство должно пронизывать все массы материи во всех направлениях подобно сети, с той разницей, что вместо петель оно образует ячейки, изолируя каждый атом от соседей и только само оставаясь непрерывным».
В семнадцатом веке французский философ и математик Рене Декарт впервые рассматривал пространство как материю, не различая между собой материю и пространство. Но, пожалуй, только у Фарадея в приведённом выше отрывке пространство фигурирует как реальный физический объект наряду с атомами. При этом взгляде на пространство вполне естественным выглядит вопрос Фарадея, а чем является пространство по своим электрическим свойствам – проводником или изолятором? Атомы шеллака и других изоляторов погружены в пространство, и шеллак – изолятор. Атомы металла также погружены в пространство, но металл – проводник. Выходит, что пространство одновременно является проводником в металлах и изолятором в диэлектриках. Фарадей считает этот вывод катастрофическим для атомной теории. Оперируя данными о проводимости и плотности металлов, о проводимости калия и изолирующих свойствах его соединений, он вновь приходит к тому же противоречию. Где же выход?
В восемнадцатом веке жил славянский учёный Руджер Бошкович, который высказал очень своеобразную теорию строения материи. По мнению Бошковича, атомы являются центрами сил, причём эти силы меняются с расстоянием от центра вплоть до того, что притягательные силы могут сменяться отталкивательными и наоборот.
Фарадей ясно видел, что мёртвые, неизменяемые атомы-шарики, «с самого сотворения одарённые неизменными силами, не могут отразить живую, динамическую действительность физико-химических процессов. Эта действительность такова, что во всякой точке пространства может происходить игра электрических и магнитных сил, в области пространства, заполненного веществом, могут происходить процессы кристаллизации, растворения, соединения и разложения соединений». И эту живую, динамическую действительность, как думает Фарадей, лучше отражает атом Бошковича, чем атом-шарик современной ему атомной теории. Без действующих сил нельзя узнать о частице – вот основная мысль Фарадея. «Все наши наблюдения и знания об атоме, самоё наше воображение ограничиваются представлениями об его силах: на какую же мысль ещё опереть наше представление о некоем «а», не зависящем от признанных сил?» – спрашивает Фарадей. Нередко приходилось читать обвинения в адрес Фарадея в идеализме за такое представление об атоме. Но ничего идеалистического во взглядах Бошковича-Фарадея на атомы как центры сил нет. Эти атомы сама реальность и притом реальность живая, действующая, а не метафизический атом-шарик, неизменный кирпич мироздания. Более того, атомистика Фарадея значительно ближе к современным представлениям об атомах и их взаимодействиях. На современном языке мы бы выразили мысль Фарадея об атомах так: атом является центром силового поля, узлом в этом поле. Эти поля заполняют всё пространство, различные атомы одного и того же куска вещества не изолированы пустым пространством, они связаны своими силовыми полями. В газах, в твёрдых телах, в жидкостях атомы «касаются друг друга» своими силовыми полями.
«Значит, материя будет всюду непрерывной, и, рассматривая её массу, нам не надо предполагать различия между её атомами и каким-то промежуточным пространством».
Для таких атомов форма, твёрдость не является чем-то абсолютным, как в теории неизменных атомов. «Атомы можно представить себе чрезвычайно упругими; не надо считать их исключительно твёрдыми и неизменными по форме», – говорит Фарадей. Для этих атомов «то, что обычно подразумевается под термином форма, будет относиться к расположению и к относительной интенсивности сил». Если силы действуют одинаково на одном и том же расстоянии от центра, независимо от направления, то атом будет сферическим. Если «закон убывания силы от центра может изменяться для различных направлений, и тогда сечение одинаковой интенсивности будет сплюснутым или вытянутым сфероидом или будет иметь другую форму…».
Эта глубокая и ясная физическая картина близко напоминает картины рассеяния частиц, изучаемых современной ядерной физикой. Далее Фарадей высказывает совершенно еретическую с точки зрения тогдашней физики мысль, что атомы материи взаимно проницаемы. (!! Б.Г.) Фарадею идея проницаемости кажется весьма подходящей для описания соединения атомов в молекулу и разложения молекулы на атомы, он иллюстрирует это поразительным по физической интуиции примером «соединения двух морских волн различной скорости в одну: их временное полное слияние, а затем распадение на две составляющие волны». (!!! Б.Г.)
Фарадеевский атом – это целый космос. «Высказанный здесь взгляд на строение материи, – заканчивает Фарадей своё письмо, – по-видимому, неизбежно влечёт за собой вывод, что материя заполняет всё пространство, на которое распространяется тяготение, ибо тяготение есть свойство материи, зависящее от некоторой силы, и именно из этой силы состоит материя. В этом смысле материя не просто взаимно проницаема, но каждый атом простирается, так сказать, на всю солнечную систему, сохраняя, однако, свой центр сил». (!! Б.Г.)
Такая картина всецело соответствует духу близкодействия, выраженному принципом: «Материя не может действовать там, где её нет». Но Фарадей пока не торопится сформулировать отношение своей атомистики к этой теории, а также к теории света и к эфиру. Однако им была уже твёрдо намечена программа исследования, имеющего целью выявить взаимную связь всех сил природы.(Нет слов – гениально. Б.Г.)
Фарадей: пространство (эфир) и теория тяготения.
Таким же своеобразным было отношения Фарадея к эфиру. Учение о мировом эфире в применении к свету, магнетизму и электричеству защищали в восемнадцатом веке Ломоносов и Леонард Эйлер, с которым Ломоносов находился в переписке. Через три года после смерти Ломоносова Эйлер опубликовал на французском языке «Письма к немецкой принцессе», в которых в живой, популярной форме изложил свои физические воззрения. «Письма» эти читал и Фарадей, и они оказали на него несомненное влияние. Изучая физические воззрения Ломоносова, Эйлера, Фарадея, мы нередко находим в них весьма близкие мысли по одним и тем же физическим проблемам. Однако Фарадей ушел дальше Ломоносова и Эйлера в понимании эфира, он ясно чувствовал немеханическую, более глубокую природу электромагнитных взаимодействий. Мы это увидим дальше при изложении взглядов Фарадея на природу физического поля. Концепция эфира привлекла в начале девятнадцатого века большое внимание физиков в связи с успехами волновой теории света Юнга-Френеля. Эти успехи, казалось, сделали совершенно необходимой гипотезу эфира. Если свет представляет собой волны, а опыты по интерференции и дифракции света это неопровержимо доказывают, то должна существовать среда, в которой распространяются эти волны. Так как свет в отличие от звука может распространяться и в пустом пространстве, лишенном обычной материи, то отсюда вытекает единственный, как думалось, вывод, что это пространство не пусто, а заполнено особой тонкой материей – эфиром. Правда, из поперечности световых волн следовали очень загадочные механические свойства такого эфира. Известно, что поперечные волны могут существовать только в твёрдых телах, и было удивительно, что такая тонкая неощутимая среда, как эфир, обладает свойствами необычайно твёрдого тела. Но пока эти трудности физиков особенно не волновали, и они не сомневались в существовании эфира.
Фарадей, с недоверием относившийся к представлению об атомах как о неизменяемых, инертных шариках, с таким же недоверием относился и к представлению об эфире как мёртвой, неподвижной среде, которая приходит в движение, только когда в ней распространяются волны. 15 апреля 1846 года вскоре после открытия магнитного вращения плоскости поляризации, он пишет Ричарду Филиппсу письмо «Мысли о лучевых колебаниях». Здесь он ставит глубокий вопрос: «Не представляется ли возможным, чтобы те колебания, которыми, согласно одной из теорий (волновая теория света), объясняются излучение и его явления, происходили в силовых линиях, связывающих друг с другом частицы, а стало быть, и материальные массы?» Если мы вспомним, что силовые линии являются у Фарадея выражением того нового понятия, которое сегодня выражается словом «поле», то его вопрос звучит так: «Не являются ли световые колебания колебаниями электромагнитных полей, связывающих материальные частицы?». На этот вопрос наука со времён Максвелла отвечает утвердительно. Замечательно, что положительный ответ на этот вопрос влечёт за собой отказ от эфира как механического посредника световых колебаний: «Если допустить такую возможность, – говорит Фарадей, – то можно было бы обойтись без эфира, который согласно другой точке зрения является той средой, в которой совершаются эти колебания».
Эту точку зрения Фарадей связывает со своим представлением об атомах как центрах сил. «В этом случае, – напоминает Фарадей, – необходимо представляется, что частицы существуют только через эти силы и находятся там, где находятся они. Рассматривая материю с этой точки зрения, – продолжает Фарадей, – я пришел постепенно к предположению, что, может быть, силовые линии являются тем местом, где происходят колебания при явлениях излучения». Связь материальных частиц посредством силовых полей – центральная идея физических воззрений Фарадея. «Малейшим атом вещества на Земле, – говорит он, – действует непосредственно на малейший атом вещества на Солнце, хотя они разделены расстоянием 95 миллионов миль; далее, атомы, которые, как мы знаем, находятся на расстояниях, по крайней мере в девятнадцать раз больших, а в кометных массах и ещё гораздо дальше друг от друга, точно так же связаны между собой силовыми линиями, исходящими из обоих и принадлежащих каждому из них».
И именно эти тонкие и всепроникающие силовые поля и являются, по Фарадею, ареной физических действий. «Я не могу представить себе, – говорит он, – ни в каком месте пространства, будь оно пусто или заполнено материей, ничего иного, кроме сил и линий, по которым они действуют». «Точка зрения, которую я имею смелость предположить, рассматривает, таким образом, излучение, как колебания высокого порядка в силовых полях, которые, как известно, соединяют друг с другом частицы и тем самым материальные массы. Эта точка зрения стремится устранить эфир, но не колебания». Колебания эти поперечные, так как такой характер колебаний «единственно может объяснить чудесные, разнообразные и прекрасные явления поляризации». Распространение этих поперечных колебаний в пространстве требует времени. «Распространение света, и потому, вероятно, всякого лучистого действия, требует времени; и чтобы колебание силовой линии могло объяснить явление излучения, такое колебание также необходимо должно занимать известное время». (…)
В статье «О некоторых вопросах учения о магнетизме и о природе сил», появившейся 19 января 1855 года, Фарадей пишет: «Мне кажется весьма важным, что наша мысль в настоящее время была направлена на пересмотр теорий, относящихся к общей физической природе силы, и особенно тех её форм, которые замешаны в действии на расстоянии». Он вновь напоминает о письме Ньютона к Бентлею (Ньютон в нём высказал убеждение, что нельзя возложить на тяготение передачу действия на расстоянии без всякого посредствующего агента, т.е. необходимо условие существования физических силовых линий) и выражает уверенность, «что совсем близко время, когда его мысль о тяготении принесёт свои плоды», и высказывает новое соображение о силах, действующих на расстоянии, причём эти соображения, как пишет Фарадей, «находятся в связи с современными научными представлениями о сохранении и неуничтожимости силы». Итак, Фарадей в борьбе с теорией дальнодействия опирается теперь на закон сохранения энергии, ставший к этому времени прочным завоеванием науки. Так вот, опираясь на этот закон, Фарадей рассматривает взаимодействие двух тяготеющих масс, скажем Солнца и Земли. Пусть вначале Солнце и Земля находились далеко друг от друга и не взаимодействовали. Если теперь Землю поместить на своё место, то сейчас же возникнет сила притяжения, «причём Земля не имела с ним никакой физической связи ранее». Каким же образом, спрашивает Фарадей, «это действие может возникнуть только благодаря их сближению или сосуществованию?». «Крайне трудно представить себе, чтобы тело, лишенное силы, могло вызывать эту силу в теле, находящемся на расстоянии от него; но ещё труднее, если только это вообще возможно, допустить такое представление, если мы отдадим себе отчёт, что оно заключает в себе создание силы».
Любопытно, что совершенно такой же аргумент выдвигал в своё время Ломоносов. В письме к Эйлеру от 5 июля 1748 года он пишет, что если бы существовало «чистое притяжение» тела В к телу А, «то отсюда следовало бы, тело А, находясь в абсолютном покое, движет тело В». «Последнее же, – продолжает Ломоносов, – будет двигаться по направлению к телу А, т.е. к нему прибавится нечто новое, а именно движение к телу А, которого в нём ранее не было. Но все встречающиеся изменения в природе происходят так, что если к чему-либо нечто прибавляется, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется какому-либо телу, столько же теряется у другого. Так как это всеобъемлющий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько оно сообщает другому, им двинутому». Поэтому, рассуждает Ломоносов, тело В не могло получить движения от покоящегося тела А. «Таким образом, чистое притяжение не существует в природе», – говорит Ломоносов, – т. е. дальнодействующего тяготения нет.
А вот что пишет Фарадей:
«Сохранение силы – это представление, глубоко вошедшее в мысль учёных; и мне кажется, что они все единодушно считают создание и уничтожение силы столь же невозможным, как и создание и уничтожение материи. Но если мы предполагаем, что Солнце существует одно в пространстве, совсем не проявляя во вне силы тяготения, что в пространстве существует, далее, второй шар, находящийся в таких же условиях, и что оба они затем сближены друг с другом; если мы допускаем, что одно только их обоюдное присутствие заставляет каждый из этих шаров действовать друг на друга, то это значит допускать не только создание силы, а двойное создание, ибо тем самым предполагаем, что они оба перешли из первоначального инертного в действенное состояние. При их разъединении они, согласно предположению, вновь переходят в бездейственное состояние, а это равносильно уничтожению силы».
Итак, и Ломоносов, и Фарадей приходят к выводу, что существование дальнодействующего тяготения приводит к противоречию с законом сохранения движения (Ломоносов) или законом сохранения силы (Фарадей).
Ломоносов делает вывод: «Итак, поскольку никакое чистое притяжение не может существовать, то отсюда следует, что тяготение ощутимых тел проистекает от толчка и, следовательно, существует материя, которая толкает их к центру Земли. (!! Б.Г.) Но тяжестью обладают и мельчайшие частицы тяжелых тел, откуда очевидно, что тяготительная материя воздействует даже на мельчайшие частицы, вполне свободно проникает в самые узкие поры и, следовательно, должна быть в величайшей степени текучей». Итак, причиной тяготения, по Ломоносову, является движущаяся «текучая тяготительная материя», заполняющая пространство.
Фарадей делает другой вывод: тело создаёт вокруг себя поле тяготения, существующее в пространстве, и тогда, когда нет других масс, притяжение которых позволяет обнаружить это поле. Само это поле есть некоторая «возможность тяготения», некое потенциальное состояние. Фарадей пишет: «Действие всегда существуют вокруг Солнца и во всём бесконечном пространстве, независимо от того, имеются ли там вторичные тела, на которые действует тяготение, или нет; и не только вокруг Солнца, но и вокруг любой существующей частицы материи. При этом постоянное состояние необходимости действия в пространстве имеется и тогда, когда Земли нет на её месте; это существующее заранее состояние имеет результатом притягательное действие, когда Земля там находится».
Это представление кажется Фарадею совместным «с законом сохранения силы». Он полагает, что именно это представление имел в виду Ньютон, когда рассматривал тяготение. Таким образом, если Ломоносов рассматривал тяготение как особую движущуюся материю, заполняющую пространство, то Фарадей рассматривал его как силовое поле, создаваемое гравитационными массами. Но и Ломоносов, и Фарадей считали существенным моментом именно процессы в пространстве, а не в самих массах».
Ну разве это не прекрасно! Фарадей открылся для меня с новой, неожиданной стороны. Научная интуиция Фарадея потрясающа! Его суждения о природе атома, природе тяготения, о взаимосвязях сил природы удивляют своей проницательностью. Созвучие идей Ломоносова и Фарадея во взглядах на природу тяготения только подтверждает конгениальность обоих великих учёных.
Далее приведу выписки из книги П.С. Кудрявцева «Максвелл».
«Из письма Максвелла Фарадею от 19 октября 1861 года.
«Дорогой сэр! Я недавно исследовал теорию статической электрической индукции и попытался образовать механическую концепцию, характеризующую действие частиц воздуха, стекла и других диэлектриков, окончательным результатом которого будет притяжение или отталкивание «заряженных» тел. (…)
Моя теория электрической силы состоит в том, что они возбуждаются в изолирующих телах незначительными электрическими смещениями, которые деформируют малые части среды, и эта деформация, преодолеваемая упругостью среды, производит электродвижущую силу. Сферическая ячейка будет при таком смещении деформироваться таким образом, что диаметры, первоначально бывшие прямыми, будут теперь представляться кривыми. Я предполагаю, что упругость сферы воздействует на окружающую электрическую материю и давит на неё. (…)
В письме к В. Томсону от 10 декабря 1861 года Максвелл сообщает схему механической конструкции, которая моделирует связь между электричеством и магнетизмом. «Я предполагаю, – пишет Максвелл, – что магнитная среда разделена на малые части, или ячейки, эти подразделения, или стенки, ячеек образуют единичный слой сферических частиц, эти частицы будут «электричество». Вещество ячеек, как я предполагаю, обладает высокой степенью упругости по отношению к сжатию и деформации, и я предполагаю, что связь между ячейками и частицами в стенках ячеек такова, что между ними существует качение без скольжения и что они действуют друг на друга тангенциально». (…)
Затем Максвелл описывает упругие свойства системы, проявляющиеся при смещении частиц. «Я рассчитал, – пишет он, – предлагая ячейки сферическими, и их объёмную и линейную упругости связанными как в «совершенно» твёрдом теле соотношением между силой и смещением. Отсюда я нашел притяжение между двумя телами, обладающих на своих поверхностях данными количествами электричества, а затем сравнением с веберовским значением статической меры единицы электрического тока я вывел соотношение между упругостью и плотностью ячеек. Отсюда непосредственно следует скорость поперечных колебаний, и она равна 193 088 миль в секунду, что очень близко к скорости света». И далее: «Я имею основание верить, что магнитная и светоносная среда идентичны». Наконец Максвелл сообщает о своей теории магнитных вихрей. (…)
В первой части работы («Теория молекулярных вихрей в применении к магнитным явлениям») Максвелл рассматривает «магнитные явления с механической точки зрения» и исследует, «какие напряжения или движения среды способны вызывать наблюдаемые явления».
Так как моделью, в которой силовые линии изображались токами несжимаемой жидкости, не удалось представить в механических образах процесс электромагнитной индукции, Максвелл прибег к другой модели.
Определив силовую линию как линию, которая «в каждой точке совпадает по направлению с силой в этой точке», и, напомнив картину распределения силовых линий магнита с помощью железных опилок, Максвелл указывает, что эта картина «заставляет нас думать о силовых линиях, как о чём-то реальном». «Мы не можем отказаться от мысли, – пишет Максвелл, – что в каждой точке, где мы находим эти силовые линии, должно существовать какое-то физическое состояние или действие, обладающее достаточной энергией, чтобы вызвать указанные явления». Это состояние Максвелл и пытается представить механической моделью. «Мы хотим… – заявляет он, – рассмотреть магнитное действие как род некоторого давления или натяжения или, вообще говоря, напряжения в среде». Механическую модель, описывающую магнитные действия, Максвелл вводит следующим образом: «Предположим теперь, что явления магнетизма связаны с существованием натяжения в направлении силовых линий в сочетании с гидростатическим давлением, или, иначе говоря, с давлением, которое имеет большую величину в экваториальном, чем в аксиальном направлении. Тогда следующим вопросом будет вопрос о том, какое механическое объяснение можем мы дать этому неравенству давлений в жидкой или, вообще говоря, подвижной среде. Объяснение, которое прежде всего приходит в голову, заключается в том, что излишек давления в экваториальном направлении возникает от центробежной силы вихрей или водоворотов в среде, оси которых параллельны направлениям силовых линий».
Обрабатывая картину молекулярных вихрей математически, Максвелл вычислил силу, действующую на элемент объёма среды. (…)
Во второй части работы («Теория молекулярных вихрей в применении к электрическим токам») Максвелл разрабатывает механическую модель. Он предполагает, что смежные вихри «разделены слоем частиц, вращающихся каждая вокруг своей собственной оси в направлении, противоположном направлению вихрей, так, что соприкасающиеся поверхности частиц и вихрей имеют одно и то же направление движения». Максвелл уподобляет этот слой холостому колесу между двумя вращающимися колёсами, которое позволяет обоим этим колёсам вращаться в одну и ту же сторону. «Указанное выше предположение, – пишет он, – является гипотезой о существовании слоя частиц, действующих наподобие этих холостых колёс, слоя, который находится между соседними вихрями, так что каждый вихрь стремится вращать соседние вихри в том же направлении, в котором он сам вращается». Эти слои частиц между смежными вихрями представляют, по Максвеллу, электричество, так что «электрический ток может быть представлен как поступательное движение частиц, расположенных между соседними вихрями». Далее Максвелл иллюстрирует явление электромагнитной индукции, обусловленное изменениями электрических токов, своей моделью. (…)
Особенно важное значение имеет третья часть работы («Теория молекулярных вихрей в применении к статическому электричеству»). Здесь Максвелл вводит фундаментальные понятия смещения и тока смещения.
Основной характеристикой среды в её отношении к электрическому току, по Максвеллу, является электрическое сопротивление, которое «имеет большой диапазон значений» от наименьшего для металлов до очень большого, например, для стекла, в котором, по В. Томсону, заряд сохраняется «в течение ряда лет».
Другое свойство тел заключается в их способности передавать электрические действия «через них без того, чтобы какой-либо электрический ток проходил через них».
В диэлектриках под действием электрического поля происходит поляризация, «электричество в каждой молекуле смещено так, что одна сторона молекулы становится наэлектризованной положительно, а другая отрицательно», причём электричество «остаётся полностью связанным с молекулой и не переходит от одной молекулы к другой». Таким образом, результат действия электрического поля на всю массу диэлектрика «выражается в образовании общего смещения электричества в определённом направлении». «Это смещение, – пишет Максвелл, – не представляет настоящего тока, потому что, достигнув определённой величины, оно остаётся постоянным. Но это есть начало тока, и изменения смещения образуют токи в положительном или отрицательном направлении в зависимости от того, увеличивается ли смещение или уменьшается. Величина смещения зависит от природы тела и от электродвижущей силы». (…)
Магнитное поле создаётся не только токами проводимости, но и токами смещения. (…)
«Скорость поперечных волновых колебаний, – пишет Максвелл, – в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленных из оптических опытов Физо, что мы едва ли можем отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений». (…)
Развивая свою теорию, Максвелл постепенно освобождался от «строительных лесов» механики, и в последующей его основополагающей работе, опубликованной в 1864-65 годах, – «Динамическая теория электромагнитного поля», – механическая модель молекулярных вихрей больше не встречается. В этой работе он устанавливает математические законы электромагнитного поля. Здесь же впервые даёт определение электромагнитного поля: «Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом и магнитном состоянии». Пространство это может быть заполнено материей или быть пустым. Но абсолютной пустоты, по Максвеллу, нет: «…всегда имеется достаточное количество материи для того, чтобы воспринимать волновые движения света и тепла… Эти волновые движения «относятся к эфирной субстанции».
Таким образом, в максвелловской картине электромагнитных явлений основное место занимает эфир. Поле – это состояние эфира, движение в эфире, световые волны распространяются в эфире, последовательно приводя в колебательное движение части эфира. Фарадей же, как мы видели, считает поле самостоятельным физическим объектом, которое не обязательно требует эфира; более того, он считает, что его представления о силовых линиях, «быть может, избавят нас от эфира». У Максвелла эфир является носителем энергии. «Эта среда, – пишет он, – обладает способностью получать и сохранять два вида энергии, а именно «актуальную» энергию, зависящую от движения её частей, и «потенциальную» энергию, представляющую собой работу, которую среда выполняет в силу своей упругости, возвращаясь к первоначальному состоянию после того смещения, которое она испытала».
Особенно важно объяснение Максвеллом явления электромагнитной индукции. Явление это, как указывает Максвелл, заключается в возникновении электродвижущей силы. «Эта сила… является силой, воздействующей на тело по причине его движения через электромагнитное поле или вследствие изменений, возникающих в самом этом поле». При этом несущественно, является ли тело, в котором возникает ЭДС, проводником или диэлектриком. «Когда ЭДС действует вдоль проводящего контура, она производит ток… Но когда ЭДС действует на диэлектрик, она создаёт состояние поляризации его частей».
По существу все электрические и магнитные явления Максвелл свёл к динамике среды и среды не пассивной, а активной, способной сохранять и передавать напряжения (давления). Его уверенность в существовании эфира была абсолютно обоснованной. Сомнения Фарадея относительно существования эфира Максвелла отнюдь не смущали. Взгляды Максвелла были шире и глубже. Мне кажется, Максвелл не вполне разделял введение Фарадеем якобы новой независимой субстанции – поля. Умножение новых физических реалий было Максвеллу чуждо. При своей последовательности взглядов и при наличии достаточных поводов, Максвелл даже само представление об электрическом заряде свёл бы к динамике среды. Это нетрудно увидеть.
С тех пор, как я получил первые представления об электрическом заряде (со школьных лет), во мне постоянно жил скептицизм, представления о положительных и отрицательных электрических зарядах казались мне искусственными, надуманными. Эти сомнения были неистребимы. Знакомство со взглядами Максвелла только укрепило мой скептицизм.