Глава 1.
Предисловие от Фридриха Дюрренматта
В соответствии с канонами написания научных статей они должны начинаться с описания существующей проблемы и её актуальности. В данном случае я сам узнал об этой проблеме и её актуальности когда мы с мамой пошли, кажется в 1963 году (я ещё учился в школе, но уже принял решение поступать на физический факультет Ленинградского Государственного Университета), в Ленинградский театр комедии на пьесу швейцарского прозаика и драматурга Фридриха Дюрренматта «Физики» (Дюрренматт Ф. Комедии. — М.: Искусство, 1969. — 512 с. — 24 000 экз.), написанную в 1961 году. Поэтому разумно предоставить слово опытному драматургу:
««пациент, воображающий себя Ньютоном». Признаюсь, Мёбиус, на них наибольшее впечатление произвело чьё-то предположение, что вы решили проблему гравитации.
Мёбиус. Это верно.
«пациент, воображающий себя Эйнштейном». И вы говорите это так спокойно?
Мёбиус. А как, по-вашему, я должен это сказать?
«пациент, воображающий себя Эйнштейном». Моя разведка предполагает, что вы создали единую теорию элементарных частиц…
Мёбиус. И вашу разведку могу успокоить. Я действительно создал единую теорию поля.
«пациент, воображающий себя Ньютоном». (вытирает салфеткой пот со лба). То есть вывели формулу Вселенной!
«пациент, воображающий себя Эйнштейном». Смех, да и только. Орды хорошо оплачиваемых физиков в огромных государственных лабораториях годами пытаются сдвинуть физику с мёртвой точки, а вы добились этого так, между прочим, сидя за письменным столом в сумасшедшем доме. (Тоже вытирает салфеткой пот со лба.)
«пациент, воображающий себя Ньютоном». А система всех возможных открытий, Мёбиус?
Мёбиус. Она тоже существует. Я составил её из любопытства, как практическое дополнение к моим теоретическим выкладкам. К чему изображать невиновного? Все наши идеи приводят к определённым последствиям. Так что я просто обязан был изучить воздействие теории поля и учения о гравитации на практику. Результат получился ужасающий. Высвободились бы новые, невиданные доселе виды энергии, и возникли бы технологии, превосходящие любую фантазию, если бы мои открытия попали в руки людей.»
Возвращаясь от Мёбиуса, я могу сказать, что Фридрих Дюрренматт не только изложил существовавшую проблему, но и дал адекватную трактовку достижения проблем, затронутых в «Физиках». Дюрренматт первое время снабжал публикацию текста комедии своими «Тезисами к пьесе “Физики”»:
1. Я отталкиваюсь не от тезиса, а от сюжета.
2. Когда исходишь от сюжета, следует додумать его до конца.
3. Сюжет тогда додуман до конца, когда взят наихудший из оборотов.
4. О наихудшем обороте нельзя узнать заранее; он возникает неожиданно.
5. Искусство драматурга в том и состоит, чтобы как можно действеннее использовать в сюжете эту неожиданность.
6. Носителями драматического действия выступают люди.
7. Неожиданность действия проявляется в том, кто, где, когда и кого случайно встретил.
8. Чем логичнее поступки людей, тем сильнее они зависят от случайности.
9. Люди, действующие в соответствии с логикой, хотят достичь определённой цели. Случайность менее всего благоприятна для них тогда, когда приводит к цели, противоположной той, которую они перед собой поставили, то есть к тому, чего они боялись или пытались избежать (например, Эдип).
10. Такого рода фабула гротескна, но не абсурдна (то есть не бессмысленна).
11. Она парадоксальна.
12. Драматурги, как и логики, не могут избежать парадоксального.
13. Физики, как и логики, не могут избежать парадоксального.
14. Драма о физиках не может не быть парадоксальной.
15. Цель драмы – не содержание физики, а её результаты.
16. Содержание физики касается физиков, её результаты – всех людей.
17. То, что касается всех, могут решать только все.
18. Любая попытка одиночки решить для себя то, что касается всех, неизбежно
кончается провалом.
19. В парадоксальном проявляется действительность.
20. Кто имеет дело с парадоксом, сталкивается с жизнью.
21. Драматург может перехитрить зрителя, окунув его в проблемы действительности, но он не может заставить зрителя выстоять перед действительностью, а тем более преодолеть её.
Поэтому я использую следующее определение «системы всех возможных открытий».
Теория всего — физико-математическая теория, все очевидные варианты которой были тщательно рассмотрены и отвергнуты, выглядит теперь совершенно неожиданно и в корне отличается от всех прежних версий. Как оказалось, теория всего представляет собой детальнейший самореализующийся проект Мегавселенной, вплоть до звёзд как самообразующихся, самофункционирующих и самоудаляющихся термоядерных реакторов.
Глава 2.
Время
Как сказал Фридрих Дюрренматт о наихудшем обороте нельзя узнать заранее; он возникает неожиданно. Поэтому все мои предшественники в создании теории всего потерпели грандиозную неудачу поскольку выпустили из виду важнейший аспект — физику времени. В результате было утрачено начало путеводной нити к успешному финалу.
Здесь надо пояснить тем, кто никогда не имел дело с математическим анализом, что любая физическая величина может быть разложена в ряд по степеням малых величин. Физики и математики просто обязаны всегда помнить об этом. В частности, общепринятое понимание времени на самом деле является лишь нулевым приближением реального физического времени. А вот первое приближение, являющееся поправкой к реальному физическому времени, принесло невероятный сюрприз.
Однако, сначала следует сказать откуда у меня вообще появилось время. Я впервые почувствовал его после того как наша семья переехала в США, а конкретно в Нью-Йорк. Как раз в 1992 году отмечалось двухсотлетие Нью-Йоркской фондовой биржи. Огромные световые рекламы в Манхеттене показывали временное изменение цен акций во всём мире поскольку через Нью-Йоркскую фондовую биржу проходит примерно 60% всего объема торгов на мировом фондовом рынке.
Естественно, что я заинтересовался этим. Однако, подлинный интерес возник после обнаружения в одном из учебников по финансам двух абзацев, выделенных жирным шрифтом. В первом сообщалось, что предсказание будущей цены акций невозможно. Во втором говорилось, что систематический выигрыш в игре на бирже карается законом (смотри предыдущий параграф).
Как физик я был шокирован! Дело в том, что расчёты ядерных реакторов я выполнял в одном из лучших вычислительных центров СССР, созданном специально для разработки АСУ для ядерных реакторов атомных подводных лодок. Там была в своё время установлена первая БЭСМ-6. Когда я начал считать в этом центре, то она уже исчерпала свой ресурс, была официально выведена из эксплуатации, отключена от всех каналов связи и после модернизации стала как бы персональным компьютером ядерного реактора. Именно эта ЭВМ и выполнила впервые в мире пуск, работу и остановку реактора. Я имею ввиду, что все страны, имевшие атомные подводные лодки вели подобную работу, чтобы не только уменьшить команду лодки, но уменьшить эмоциональную нагрузку на операторов реактора. Я поэтому считал, что если можно рассчитывать динамику реакторов, то можно рассчитывать и динамику рынка акций. И чтобы математики да за приличное вознаграждение не сумели разработать метод расчёта задачи Коши, в это я даже не мог поверить. Поэтому я решил, что буду искать метод предсказания будущего.
Вообще-то, всякий физик коллекционирует в памяти нерешённые проблемы физики (сейчас такая тема включена даже в Википедию), чтобы всегда быть готовым к встрече даже с намёком на такую проблему. Что интересно, задачу предсказания будущего я добавил к задаче вывода постоянной тонкой структуры (ПТС). Возможно, что вы никогда не слышали об этом числе. Тогда посмотрите на приведённые в Википедии высказывания физиков с мировым именем о значении этого числа.
Ричард Фейнман: «С тех пор, как его открыли свыше пятидесяти лет назад (введено в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в качестве меры релятивистских поправок при описании атомных спектральных линий в рамках модели атома Бора), это число остаётся тайной. Все хорошие физики-теоретики выписывают это число на стене и мучаются из-за него. … хотелось бы узнать, как появляется это число: выражается ли оно через пи, или, может быть, через основание натуральных логарифмов? Никто не знает. Это одна из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое дано нам и которого человек совсем не понимает. Можно было бы сказать, что это число написала «рука Бога», и «мы не знаем, что двигало Его карандашом». Мы знаем, что надо делать, чтобы экспериментально измерить это число с очень большой точностью, но мы не знаем, что делать, чтобы получить это число на компьютере – не вводя его туда тайно!».
Вольфганг Паули: «Когда я умру, первым делом посчитаю спросить у дьявола, – каков смысл постоянной тонкой структуры?».
Макс Борн: «Более совершенная теория должна была бы вывести число ПТС с помощью чисто математических рассуждений, не ссылаясь на результаты измерений». «Но ведь то обстоятельство, что ПТС имеет значение 1/137, а не какое-нибудь другое, конечно же, является не делом случая, а законом природы. Ясно, что объяснение числа ПТС есть одна из центральных проблем естествознания».
Поль Дирак: «… неизвестно, почему это выражение имеет именно такое, а не иное значение. Физики выдвигали по этому поводу различные идеи, однако общепринятого объяснения до сих пор нет».
Вы видите, даже всемирно известный Ричард Фейнман, курс физики которого издан во всём мире, намекает на «руку Бога». А по американским законам попадают в тюрьму за предсказание будущего. Таким образом, задача была достойная и я принял вызов.
Должен сразу сказать, что проблема была трудной, но описывать эти ожидаемые трудности нет смысла.
Дело в том, что необратимое течение потока времени (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее) оказалось мягко говоря не точным и создало неразрешимую проблему предсказания будущего. На самом деле это лишь нулевое приближение к реальному физическому времени.
Надо ясно понимать, что в настоящий момент приходит время из прошлого и будущего. Лучше всего это можно понять, например, из банковских программ, обрабатывающих транзакции. Поскольку банковские программы доступны не каждому, но практически каждый их использует, то я кратко объясню. Например, совершая покупку какого-либо товара по интернету, покупатель как бы соединяет поток времени из прошлого (в котором он выбрал товар) и из будущего (в котором будет сформирована команда на высылку ему этого товара). Хотя программист этого сложного алгоритма может думать, что алгоритм выполняется во времени последовательно, на самом деле в нём последовательно выполняется цикл, который и маскирует потоки времени из прошлого и из будущего к точке настоящего. Это связано с тем, что все необходимые выполненные акции компьютера фиксируются и в случае сбоя процесса на каком-либо этапе выдается команда «крути назад», возвращающая всё в исходное состояние.
Если такую транзакцию переложить на физику и учесть, что в физике нет управляющих компьютеров, то единственное необходимое и достаточное условие реализации транзакции в физике состоит в том, что в настоящий момент приходит время из прошлого и будущего. Это можно назвать ничем не обоснованной фантазией (тем не менее в главе 28 выпуска 6 фейнмановских лекций можно увидеть, что физики это используют на практике), но я получил очень чёткое подтверждение правильности этой идеи, когда в моих расчётах появилась упомянутая выше постоянная тонкой структуры.
Следует сказать, что желающие ознакомиться с математическим аспектом теории могут найти его в версиях на английском и на русском (Rybnikov, A. (2020). Hyperanalyticity of space-time. Cambridge Open Engage. doi:10.33774/coe-2020-0znbv. Гипераналитическая функция — Традиция (traditio.wiki)). Здесь же я постараюсь обойтись вообще без формул. Дело в том, что формулы Мегавселенной сами по себе чрезвычайно красивы и если их написать, то уже больше ничего и не требуется для тех, кто поймёт, что в них написано. Я же пишу о совершенно новом понимании времени, которое возникает в физике. О времени как взаимодействии.
Как известно, в прежнее представление о теории всего закладывалась идея объединения взаимодействий. Это в принципе неправильно. Суть теории всего в том, чтобы показать как единственное взаимодействие разъединяется в несколько. И это единственное взаимодействие в первом приближении появляется как периодическое время и пространство. Мы это не видим потому, что периоды слишком малы и мы их не воспринимаем. Их воспринимают только элементарные частицы. Поэтому можно сказать, что физическое время — это свойство элементарных частиц. Однако, элементарные частицы возникают в пространстве, которое будет определено в следующей главе.
Глава 3.
Пространство
Итак, после получения ПТС я оказался перед выбором: либо продолжать разработку методики предсказания будущего, либо понять причину естественного появления ПТС. К сожалению, выбор был сделан моим организмом: из-за возникновения почечной недостаточности я оказался привязанным к регулярному гемодиализу. Поэтому я решил удовлетвориться синицей в руках вместо ловли журавля в небе.
На первый взгляд всё было понятно. Если ПТС возникла в первом приближении, то надо было найти исходное, нулевое приближение. Им оказывался так называемый интеграл Гаусса. Здесь требуется пояснение. Впервые значение этого одномерного интеграла было вычислено в 1729 году Леонардом Эйлером (15 апреля 1707, Базель, Швейцария — 7 (18) сентября 1783, Санкт-Петербург, Российская империя) во время его работы в Петербургской Академии наук. Карл Фридрих Гаусс (30 апреля 1777, Брауншвейг — 23 февраля 1855, Гёттинген), чьим именем названа подинтегральная функция, ещё даже не родился. Эта функция снова была введена Гауссом только в 1809 году как функция плотности нормального распределения (равенство этого интеграла единице формально является утверждением существования некоторого объекта). Тем не менее казус состоит в том, что е в формуле так называемоего интеграла Гаусса означает Эйлер.
Почему же Эйлеру пришлось вычислять этот интеграл? Да потому, что он не берущийся! Т.е., не выражается через элементарные функции. Таких интегралов всего-то несколько, но вот опять он появился. И увидеть в нём ПТС не было ни малейшего намёка. И тогда я вспомнил о другом методе разложения — разложении в ряд Фурье. Для этого понадобилось слегка изменить вид так называемого интеграла Гаусса. Если исходный интеграл суммировал площадь под гауссианой от минус бесконечности до плюс бесконечности, то я изменил вид гауссианы так, чтобы все единичные кусочки гауссиан поместились в один единичный отрезок вблизи нуля.
Вид полученного распределения меня обрадовал и разочаровал. Обрадовал потому, что оно показало, что и в случае пространства первое приближение тоже оказалось пропорционально ПТС. Разочаровало потому, что обычное математическое обеспечение компьютера не позволило увидеть следующие порядки приближения.
Пришлось самому писать программы арифметики для любой длины числа. Это муторное занятие я скрасил тем, что специально в явном виде использовал не цифры, а символы десятичных цифр. Потому, что арифметика — это тривиальная обработка символов. Вот что значит лицейское образование Александра Сергеевича Пушкина, написавшего про это:
«Звуки умертвив,
Музыку я разъял, как труп. Поверил
Я алгеброй гармонию.»
Подходящей по затратам времени длиной я выбрал 100 значащих цифр. Результаты расчётов преподнесли сногсшибательный сюрприз: в этом диапазоне оказалось всего несколько членов разложения. Этому результату я посвящу следующую главу. А в завершении этой следует рассмотреть физическую интерпретацию полученных расчётов.
Как я уже говорил, рассчитанный Эйлером интеграл был равен единице, т.е. нулевому приближению. В результате отношение нулевого приближение к первому приближению оказалось равным хорошо известной физикам величине — заряду магнитного монополя Дирака. Отсюда следовало, что наше евклидово пространство заполнено северными и южными магнитными монополями, которые образуют кристалл.
Здесь следует напомнить, что Поль Адриен Морис Дирак (англ. Paul Adrien Maurice Dirac; 8 августа 1902, Бристоль — 20 октября 1984, Таллахасси) — английский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года (совместно с Эрвином Шрёдингером). Предложенное им релятивистское уравнение электрона позволило естественным образом объяснить спин и ввести представление об античастицах.
А от электрона и его античастицы — позитрона всего один шаг до магнитного монополя. Представьте, что в абсолютный вакуум, в котором ничего нет, ввели электрон и позитрон на большом расстоянии друг от друга. Т.е., вакуум по определению исчез, а появилась просто пустота и электрон с позитроном. Далее, они начинают притягиваться друг к другу и при движении друг к другу создают электрический ток в пространстве. А по определению Дирака — это и есть магнитный монополь, который гениальный Дирак ввёл в физику. Так что странно слышать об экспериментальных поисках магнитных монополей. Мы существуем в кристалле из магнитных монополей.
Жаль только, что без компьютера он не смог прийти к идее кристалла из магнитных монополей. Я ему за это благодарен.
Следует добавить, что дефект массы от сближения электрона и позитрона освобождает энергию для самокопирования магнитных монополей и в конечном счёте создания кристалла из них. А главное, происходит взаимное квантование электрического и магнитного зарядов.
Теперь наступило время сказать о том, что было пропущено математиками.