Быть может, повторюсь, но напомнить необходимо: основатели диалектического материализма утверждали, что пространство и время – формы существования материи. Формы, а не сама материя! Пространство и время не материальны, но реальны. Пространство и время находят неразрывную связь только через движение, через динамику, иначе не бывает. Классическая механика, механика Галилея-Ньютона, не включала в свой арсенал сверхбольших скоростей, как скорость света, тем более – неизменных во времени и независимых от источника или приемника света. Но создание электродинамики Фарадея-Максвелла в середине 19-го века существенно изменило наши представления о физическом мире. Постоянная скорости света стала определяющей величиной, которая преобразила картину науки. Основанная на постоянстве скорости света и независимости скорости света от скорости источника света, Специальная теория относительности А. Эйнштейна появится только в 1905 году. Но эта теория родилась не на пустом месте, все элементы теории были созданы ранее 1905 года. Созданы Анри Пуанкаре и Гендриком Антоном Лоренцом. Но Пуанкаре и Лоренц были сторонниками эфира, материальной среды. И все эффекты релятивизма, относительности, они рассматривали с точки зрения динамики в этой среде: не одновременность событий, замедление хода времени, сокращение линейных размеров тел. Эйнштейн в своей теории инвариантности 1905 года показал, что все подобные релятивистские эффекты могут происходить и без участия материальной среды эфира. Эффекты относительности движения перенесены из сферы динамики в сферу кинематики. Эфир, материальная среда, как бы и не нужен. Родилась кинематика релятивизма, странный кентавр, симбиоз, соединивший в единое физику (скорость света) и геометрию. Здесь исключалось всякое силовое взаимодействие. Есть только относительно движущиеся инерциальные системы отсчёта. Ну и конечно скорость света, как некая неизменная величина для всех систем отсчёта.
Первые представления о релятивистском интервале ds^2 появились ещё в работах А. Пуанкаре. Понятия «интервал», «расстояние», «длительность», «мера», «промежуток», «протяженность» – синонимы, означают одно и то же. В повседневной жизни мы имеем дело только с ограниченными величинами пространства и времени, с определёнными интервалами, никогда – с бесконечностью. Величины интервалов времени и пространства выбраны и признаны как условность, договорённость. Они могли быть и другими, если, например, наша планета Земля вращалась быстрей или медленней, и имела бы другие размеры. То, что величина скорости света триста тысяч км в сек, это условность. Но то, что она постоянна, неизменна, – факт, не условность. Это – физика того, в чём движется свет. Свет несёт энергию, имеет импульс: произведение массы на скорость. Фотон света не имеет массы покоя, но имеет массу непокоя (следствие квантовой теории). Релятивистский интервал обозначает неразрывную связь пространства, времени и скорости света. В современном виде релятивистский интервал записывается так:
ds^2 = dx^2 + dy^2 + dz^2 – dc^2 t^2; три пространственных координаты и одна – временная. У этой формы записи есть инвариант, то есть, то же самое, но движение обратно во времени:
ds^2 = – dx^2 – dy^2 – dz^2 + dc^2 t^2;
dx^2 (– dx^2) означает дифференциал двух ближайших событий в точках икс один минус икс два. Почему в записи интервала появились квадраты, откуда они взялись? Это самый интересный вопрос! Если пространство наше однородно, изотропно во все стороны, то вспышка света в нём вызовет сферическую волну, симметричную во все стороны. Площадь сферической световой волны записывается формулой: x^2 + y^2 + z^2 = (ct)^2. Эта формула справедлива как для покоящейся системы отсчёта, так и для движущейся. Однако здесь перестаёт работать теорема сложения и вычитания скоростей, как в классической механике, потому что скорость света постоянна во всех покоящихся и движущихся системах отсчёта, она есть неизменная величина, инвариант. И вот эта неизменная физическая величина скорости света стала диктовать условия геометрии, математике. Если рассматривать интервалы пространства и времени относительно постоянства скорости света, то эти интервалы перестают быть абсолютными величинами, они изменяются. Относительно неподвижной системы отсчёта, в движущейся с большой скоростью системе отсчёта интервалы пространства и времени сокращаются, делаются меньше. Хотя находящийся в движущейся равномерно и прямолинейно системе отсчёта наблюдатель такого изменения не видит, у него всё идёт так же, как если бы он покоился. Но наблюдатель в покоящейся системе отсчёта утверждает, что там интервалы времени и пространства изменились, и доказывает подобное с помощью геометрии. Обмен световыми сигналами между покоящейся и движущейся системами отсчёта явно указывают на относительность интервалов пространства и времени. Отсюда можно придти к такому выводу: релятивистский интервал есть суперпозиция двух состояний в едином континууме (непрерывности) пространства-времени:
ds^2 = dx^2 + dy^2 + dz^2 – dc^2 t^2; опережающая волна (волна расходится от центра, от места возмущения): движение вперёд во времени.
ds^2 = – dx^2 – dy^2 – dz^2 + dc^2 t^2; запаздывающая волна (волна сходится к центру); движение как бы назад во времени. Но в гармоническом колебании – это лишь переходные фазы состояний. Важнейший вывод!
Ключевую роль в релятивизме играет так называемое преобразование Лоренца. Оно показывает – как можно перевести релятивистские преобразования координат и скорости Лоренца в классические преобразования Галилея, и обратно. Выражается преобразование Лоренца в виде частного от деления единицы на подкоренное выражение разности единицы и дроби из квадрата скорости тела на квадрат скорости света. Если скорость тела стремится к скорости света, то знаменатель превращается в ноль. Преобразование Лоренца-Пуанкаре родилось из попытки объяснить неудачу нахождения «эфирного ветра» в опытах Майкельсона-Морли (1887 г.), обнаружения абсолютного движения тел относительно эфира. Одна из идей гласила: частицы тела сжимаются в направлении движения в эфире, и это сжатие частиц не приводит к ожидаемой картине разрушения эфирным ветром интерференции лучей в опыте Майкельсона-Морли. Лоренц и Пуанкаре вывели формулу преобразований, как поминал, не отрицая представлений об эфире. Ни Пуанкаре, который умер в 1912 году, ни Лоренц, умерший в 1928 году, так и не отказались от эфирной гипотезы, всепроникающей материальной среды. Ещё в 1895 году Анри Пуанкаре прямо указывал на то, что невозможно обнаружить абсолютное движение тел относительно эфира. Этого же мнения позже придерживался и Лоренц. В сущности, речь должна была идти о строении, о структуре эфирной среды. То, что среда не может быть газоподобной, подобием жидкости – это показали опыты Майкельсона-Морли. Даже здравый взгляд на явления природы указывает на отсутствие что-то похожего на «эфирный ветер», ведь так или иначе он себя бы постоянно обнаруживал в каких-нибудь земных эффектах.
Отрешившись от имени «эфир», материальную среду всё равно надо как-то называть. Назвали среду квантовым физическим вакуумом. Исходя из вышесказанного, позволю себе сделать некоторые осторожные предположения. Если среда структурна, то её элементы не могут двигаться свободно, как атомы или молекулы в газовой среде. По-видимому, вакуумная среда представляет собой систему связанных осцилляторов, которые могут колебаться со скоростью света по всем направлениям, но покинуть своего места они не могут. Существует хаотическая колебательная динамика элементов среды и упорядоченная колебательная динамика. Упорядоченная динамика лежит в основе частицы протон. Но всех их объединяет именно так называемый релятивистский интервал ds^2. В каждой точке среды, по всем направлениям пространства этот интервал справедлив. Речь идёт именно о постоянной продольной колебательной динамике элементов среды везде, всюду и всегда. Энергия её не исчезает. Именно эта колебательная динамика элементов среды создаёт колоссальное давление квантового вакуума, его огромную энергию. Частица протон, как упорядоченная трёхмерная колебательная динамика, и воплощает в себе тот пресловутый образ суперпозиции расходящихся и сходящихся волновых возмущений, суперпозиции опережающих и запаздывающих потенциалов. Но эти продольные радиальные колебания проходят через две стадии сингулярности – внутренней (ядро сжатия в центре) и внешней, периферийной (в виде плотной оболочки сферы). Можно иногда слышать вопрос: как это частица может быть одновременно и корпускулой и волной? Вот так и может, колеблясь между двумя состояниями сжатия в центре и на периферии. Здесь нет «застревания» в сингулярности, сжатие тут же переходит в стадию расширения. Нарисованный образ во многом похож на иногда используемый физиками умозрительный опыт с двумя зеркалами, между которыми мечется световой сигнал, туда – сюда. Опыт с зеркалами наглядно показывает эффекты релятивизма. Нечто вроде часов, где световой сигнал отмеряет интервалы во времени и в пространстве. Частица протон – тоже подобие таких часов, прямое и возвратное продольное колебательное движение, только в очень малом объёме пространства, планковский масштаб. Введение в физику релятивистского интервала явилось в определённой мере провидческим и интуитивным шагом, подсознательным пониманием того, что не существует материи без движения, без динамики. Всё сущее – есть движение. А движение есть неразрывная связь пространства и времени, хотя время и пространство – категории нематериальные. И во вселенной мы имеем, в строгом смысле говоря, не эволюцию форм материи, а эволюцию форм движения, от простейших к сложным.
Провидческая догадка о так называемом релятивистском интервале нашла удивительное подтверждение в двадцать первом веке, в октябре 2012 года. Тогда был обнаружен на Большом адронном ускорителе так называемый бозон Хиггса, предсказанный ещё в 1964 году. Это особого рода продольная колебательная динамика элементов среды квантового вакуума. Учёные привыкли иметь дело с вращательными, круговыми формами движения, динамик. А тут продольная динамика, возвратно-поступательная. Именно эта квантовая динамика наделяет частицы инерционной массой. Масса там, где есть обменный механизм, где частица обменивается энергией-импульсом со средой, как максимум амплитуды колебания в цепочке связанных осцилляторов. Быть может, в конце 19-го в начале 20-го века у учёных и возникали идеи по поводу такой обменной колебательной динамики. Но развить их на фоне существующих представлений не получалось, уж слишком экзотичными должны были бы выглядеть колеблющиеся элементы эфирной среды. Тогда колебательной динамике в средах учёными как-то мало уделялось внимания. В моде было относительное равномерное и прямолинейное движение, кинематика без физических причин движения. Хотя сегодня мы видим, что никакой отвлечённой, абстрактной кинематики релятивизма, относительности быть не может. Есть только динамика, где элемент силового взаимодействия играет решающую роль, даже в инерционном, сохраняющемся движении. Думая о релятивизме Специальной теории относительности, вспоминается давнее острое замечание: по форме – верно, а по сути – издевательство! Издевательство над логикой, над здравым смыслом, в конце концов, над физикой мироустройства. Да, теория относительности по-своему логична. Но эта логика утвердилась на ложной основе, и заслуженно на протяжении более века получает большие и малые порции критики.