CC BY
23
99.02.017. ПАХОМОВ А.Г., ФИЛИППОВ СВ., ЯКОВЛЕВ В.А. В ЗАЩИТУ МЕХАНИСТИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ МИРА. (Обзор материалов конференции)1 .
Базисом современной науки являются специальная и общая теории относительности (СТО и ОТО) и квантовая теория (КТ), в значительной мере доказавшие свою состоятельность и способность адекватно описывать явления природы. Однако сегодня наблюдается рост числа учёных, полагающих, что эти фундаментальные теории не лишены существенных недостатков и даже нуждаются в пересмотре. За последние три года около 150 учёных, исследующих теоретические основания физики, объединились в диссидентскую научную организацию, известную как натурфилософский союз. По их мнению, ортодоксальная физика находится в настоящее время в плачевном состоянии. Количество малосущественных публикаций достигло критического предела.
Золотая эра в науке закончилась на рубеже Х1Х и XX вв., когда вследствие новых революционных открытий произошел отказ от ряда физических представлений, на которых держалась классическая наука. В частности, многие прежние выводы подверглись ревизии в духе новых идей релятивизма. ТО, как казалось тогда, резко ограничила сферу применения классической физики Ньютона, сведя ее к приблизительному описанию явлений при малых скоростях. Рождение КТ не только поставило под вопрос принцип причинности, но и в корне изменило само физическое мировоззрение, в особенности механические представления. Сходная картина наблюдалась и в электродинамике. Классическая электродинамика зародилась в начале XIX в. в работах Ампера по теории взаимодействия токов. На ее основе Гаусс и Вебер разработали теорию движения заряженных тел как аналог теории взаимодействия тяжелых тел Ньютона. Завершением создания классической электродинамики стали работы Максвелла по полной теории взаимодействия токов и теории колебания полей сил их взаимодействия - электромагнитной теории света (1873). Однако уже в начале ХХ в. теория Максвелла, в изрядно искаженной форме,
1 Проблемы пространства, времени, движения: Сб. трудов 4-е международной конференции, посвященной 400-летию Декарта и 300-летию Лейбница (23-29 сент. 1996 г.). - СПб., 1997. - О.1. - 54 п.; О.2. - 59 й.
была противопоставлена теории Ампера - Вебера, объявленной теорией дальнодействия. В результате выхода многих работ по теории электромагнитного поля, электромагнитной теории света, теории электрона и атома механические основания электродинамики были фактически преданы забвению. Среди проблем, которые затрагивают физики-диссиденты, значительное внимание уделяется проблеме реабилитации механических концепций классической физики, далеко еще не исчерпавших, по их мнению, своего научного потенциала.
Так, Ю.М.Малышев отмечает, что мироощущение человека можно подразделить на две составляющие: умозрительную и внешнюю, основными детерминантами которой являются язык, религиозно-философское восприятие мира, а также этические, эстетические и социально-психологические факторы. На протяжении истории человечества происходит эволюция картин мира. Механистическая картина мира преобладала до конца XIX в. В XX в. стало возможным объявлять картиной мира любую модель. Таковы термодинамико-статистическая и квантово-механическая модели, вселенные де Ситтера, Эйнштейна и другие космологические концепции. Сегодня ощущается осознание необходимости интеграции различных картин мира, в частности тех, которые используют язык механики.
С точки зрения С.А.Толчельниковой-Мурри, понятие картины мира получило распространение лишь в ХХ в. Однако первая механистическая картина мира была создана еще в XVII в. Ньютоном, который ввёл в механику идеальное время. Механика Ньютона во всех практических вопросах может считаться абсолютно точной. Впоследствии Эйнштейн подверг ревизии ньютоновское представление о независимости пространства и времени от наличия в них физических тел. Тем не менее, релятивистский отказ от евклидовой геометрии так и не привел к созданию единой картины мира. Революционный подход новых теорий привел к тому, что не только классическая физика не является частным случаем релятивистской, но и сама ОТО представляет собой переворот по отношению к СТО. Современная физика, отказавшись от принципа наглядности, утратила тем самым и свой мировоззренческий статус.
Э.Дж.Поуст отмечает, что в начале XX в. сложились два важнейших направления концептуальной ориентации физики: концепция относительности (включающая СТО и ОТО) и квантовая механика (КМ). С тех пор вопрос совместимости КМ и ТО вызывает особую тревогу. Наибольшим успехом на пути увязки КМ и ТО явилась формулировка уравнений Дирака. Следующим шагом должно было стать доказательство подчинения КМ требованиям всеобщего принципа ковариантности ОТО, но уже к 30-м годам стала ясна бесплодность этих попыток. Эйнштейн отмечал, что этот принцип является необходимой частью его теории, даже если он и не имеет прямой привязки к эксперименту. Впоследствии было показано, что большая часть ОТО, хотя и не вся она, может быть построена и без привлечения спорного принципа. Тупик в отношениях КМ и ТО перерос в глубокий эпистемологический конфликт. Оказалось, что полная ковариантность возможна в инвариантном виде лишь для систем, не связанных с физической средой, т.е. единственно для самого пространства-времени. Поэтому сегодня многие ученые полагают, что принцип интегрируемости не играет никакой роли в физике.
Дж.П.Уэсли оспаривает некоторые понятия КТ, среди которых понятие суперпозиции. По его мнению, это понятие применимо лишь к чисто математической модели, а не к физической реальности, которая, какова бы она ни была, зависит только от результирующего фактора, но не от отдельных составляющих. Оспариваются также принцип неопределенности и ортодоксальное понятие причинности - различаются причинность активная, включающая перенос энергии, и пассивная, просто направляющая течение событий. Например, суперпозицией волн создается интерференционная картина, являющаяся пассивным следствием действительных траекторий частиц.
Согласно мнению физиков-диссидентов, большое значение для обоснования тех или иных теорий могут иметь астрономические явления. П.Ф.Паршин отмечает, что классическая модель звёздной аберрации пользовалась объяснением Майкельсона, применявшим аналог дождевой капли. С появлением СТО такое простое и наглядное объяснение было заменено выводами, основанными на
преобразованиях Лоренца. Перенесение понятия звёздной аберрации на земные процессы связано с анализом хода лучей в интерферометре Майкельсона. По мнению С.А.Толчельниковой-Мурри, явление звёздной аберрации является иллюстрацией слабого места релятивистской физики, заключающегося в отождествлении метрической и проективной геометрий. При объяснении явления звёздной аберрации с помощью СТО возникает потребность в новом математическом формализме. Современная точность ее измерения не позволяет отдать предпочтение ни релятивистской теории, ни классической теории Брадлея. Хотя ТО и была признана доктриной, охватывающей все физические процессы, её всеобщность не распространяется на звёздную аберрацию. СТО не смогла также внести упрощение в теорию звёздной аберрации, так как возникает необходимость учета дополнительных поправок, связанных с ОТО. Изложение классической теории аберрации отсутствует во всех учебниках физики, в то время как для учебников астрономии характерна историческая последовательность в изложении предмета. И в тех и других учебниках авторы опираются не на наблюдения, а на модель явления. В частности, не отмечается, что звездная аберрация определяется только мгновенной скоростью наблюдателя и не зависит от его положения.
В.И. Богданов отмечает, что согласно общепринятой точке зрения наблюдаемое смещение орбиты Меркурия, являющееся следствием воздействия соседних планет, полностью может быть объяснено только с помощью скалярно-тензорной теории тяготения. И всё же альтернативные классические объяснения аномального смещения, требующие экспериментальной верификации, возможны. Например, отсутствуют полные сведения о внешнем гравитационном поле Солнца и Меркурия. Частично смещение можно объяснить динамическим сжатием Солнца. Возможна также осевая асимметрия в распределении масс Меркурия. Кроме того, радиолокационными методами установлен резонанс периодов вращения и обращения Меркурия. Таким образом, природа аномального смещения оказалась более сложной, чем это представлялось в XIX в., а вопрос истинности выводов СТО остается открытым.
Свое объяснение аномальному смещению перигелия орбиты Меркурия дает К.Реншоу. Основываясь на своей модели непрерывного излучения, он показывает, что результат, вполне аналогичный выводам ОТО, может быть получен без применения концепции пространственно-временного искривления в присутствии массивных объектов.
М.И.Юркина в качестве альтернативного объяснения предлагает идеи Эйлера, который отметил влияние формы небесного тела на его движение по орбите. Орбиты планет, не являющихся вполне сферически симметричными, не могут быть точными эллипсами. Законы Кеплера точно не выполняются и вращения планет подвержены возмущениям. Возможно несовпадение центра притяжения небесного тела и его центра инерции. Все это указывает на необходимость более аккуратных оценок влияния эффекта Эйлера, так как для нерелятивистского объяснения аномального смещения достаточно незначительных отклонений в строении Солнца.
Многие выводы СТО допускают чисто механическое объяснение, которым зачастую пренебрегает современная физика. Ч.М.Хилл предлагает простую модель материи, опирающуюся на систему стоячих электромагнитных волн в резонаторе и представляющую собой объединяющую рациональную основу для многих характеристик динамики материи, включая и те из них, которые имеют характер «релятивистских» (момент, потенциальная энергия, увеличение массы с возрастанием скорости, отношение «масса - энергия»). Все они могут быть объяснены без привлечения аппарата СТО. В модели используется стандарт времени, предоставляемый наблюдениями за миллисекундными пульсарами, который приближается к идеальному стандарту времени Ньютона. По мнению автора, концепции универсального времени и абсолютного пространства отнюдь не являются устаревшими и несостоятельными, а динамические свойства материи являются следствием не принципа инвариантности скорости света, а скорее непостоянства последней.
Э.Р. Дринг отмечает, что принцип соответствия, требующий, чтобы преобразование Лоренца сводилось к преобразованию Галилея при малых скоростях,
справедлив не везде. В пользу этого говорят эксперименты Геданкена для удаленных объектов. Поведение преобразования Лоренца на больших расстояниях от источника является однозначно негалилеевым даже при малых скоростях. СТО, таким образом, не только сводится к локальным явлениям при движениях с ускорением, но и по сути является теорией локальной, требующей особого физического источника. Вдали от источника она предсказывает для объектов, движущихся с малыми по сравнению с скоростью света скоростями, поведение, которое противоречит повседневным наблюдениям.
Принцип однородности пространства можно использовать для введения нового определения понятия одновременности, независимого от системы координат - в отличие от кругового определения одновременности Эйнштейном. Н.Э.Манч показывает, что некоторые следствия преобразования Лоренца и СТО приводят к появлению шести конфликтующих друг с другом преобразований. Все они, в свою очередь, оказываются несовместимыми с деталями опыта Майкельсона - Морли и с допплеровским эффектом. Большая часть уравнений СТО противоречит постулату Эйнштейна о постоянстве скорости распространения света, который сам по себе противоречит результатам опыта Майкельсона - Морли. Показано, что двумерное преобразование Лоренца по Эйнштейну и, следовательно, уравнения последнего для допплеровского сдвига и звездной аберрации противоречат как второму принципу, так и результатам опыта Майкельсона - Морли. Показано также, что оба уравнения теории Лоренца и четыре уравнения СТО Эйнштейна противоречат доступным нам экспериментальным результатам. По мнению ряда авторов, следует уточнить исходные посылки и обозначения, дабы устранить противоречия. Возможным объяснением имеющегося противоречия между результатами опыта Майкельсона -Морли и допплеровским эффектом является допущение о существовании местного эфира, либо тот факт, что измеренное постоянство скорости света является следствием влияния на процесс измерения самого измерительного оборудования.
Современная электродинамика, тесно взаимосвязанная с ТО, с точки зрения представителей диссидентского физического движения, не лишена значительных
недостатков, многие из которых можно устранить, обратившись к первоначальной механистической формулировке электродинамики. Ф.Мюллер замечает, что согласно общепринятой точке зрения ТО находится в полной гармонии с уравнениями Максвелла. Обычно утверждают, что релятивизм как бы встроен в их структуру. Однако при правильном применении правила максвелловых токов к случаю двух параллельно движущихся зарядов в вакууме было обнаружено, что между ними не должно возникать электромагнитной силы притяжения, а только кулоновское взаимодействие. Этот факт полностью противоречит релятивистскому выводу, но согласуется с электродинамикой, основанной на первоначальном законе Ампера и последующих его усовершенствованиях.
К.Реншоу и В.Каллфелз говорят о том, что уравнения Максвелла не указывают ни точного значения скорости распространения волны, ни детектируемого разброса скоростей в любой системе координат, связанной с наблюдателем. Общепринятая концепция независимости скорости света от системы координат является предположением, при котором преобразования Лоренца позволяют сохранить форму уравнений Максвелла в любой инерциальной системе отсчета, в то время как Эйнштейн возвел это предположение в ранг постулата. Авторы разработали модель непрерывного излучения света (МНИС), основанную на скорректированном ими втором постулате Эйнштейна: "Наблюдаемая скорость света имеет значение с во всех системах отсчета". Эта модель обеспечивает галилееву инвариантность уравнений Максвелла и объясняет сдвиг Допплера, возрастание скорости с увеличением массы и другие явления, обычно объясняемые в рамках СТО. Основным содержанием МНИС является утверждение: "Электромагнитное излучение распространяется от источника со всевозможными скоростями от нуля до некоего неопределенного предельного значения". Как показывают лабораторные эксперименты, физический эффект может производить лишь тот из компонентов излучения, который имеет относительно наблюдателя скорость с, все прочие компоненты являются ненаблюдаемыми.
По мнению П.А.Жилина, точка зрения, согласно которой механистическое описание мира принципиально ограничено и непригодно для изучения
электромагнитных процессов, неверна. В каноническую систему уравнений Максвелла включается закон сохранения заряда, который в силу его ограниченности можно считать не законом природы, а лишь необходимым условием разрешимости классических уравнений Максвелла. Считается принятым, что вывод этих уравнений из каких-либо уравнений механики невозможен. Путем применения механической аналогии уравнения Максвелла подвергаются модификации. В классической системе электрический потенциал не является решением волнового уравнения. Этот пункт определяет несводимость классической электродинамики к механике и противоречит СТО, так как неявно предполагает бесконечную скорость распространения электромагнитного сигнала. Важной особенностью модифицированной системы является то, что она предсказывает появление двух решений для скорости распространения сигнала. Второе решение приводит к скорости, большей скорости света, что противоречит выводам СТО. По мнению автора, физический смысл второй скорости таков: это есть скорость установления электростатических полей в пространстве. Таким образом уничтожается пропасть между электростатикой и электродинамикой классической системы уравнений Максвелла, в которой статическая картина не может быть получена из динамической никаким предельным переходом.
Д.Спенсером и другими разработана новая формула уравнения Гаусса, основанная на новой формулировке временного постулата Эйнштейна и удовлетворяющая двум критериям Гаусса, необходимым для уравнения, описывающего силу взаимодействия движущихся зарядов. Новое уравнение объясняет эффект возникновения электромагнитной силы, вызывающей прилипание сварочного стержня к поверхности сварки при его вертикальном положении - факт, который не в силах объяснить классическое уравнение, согласно которому эта сила должна равняться нулю.
В статьях К.В.Мануйлова и В.А.Оболенского утверждается, что к началу ХХ в. наиболее проблематичной областью физики стала теория атомов и молекул, в особенности атомная и молекулярная спектроскопия. Необходимо было найти точное
аналитическое описание движения системы заряженных тел, перемещающихся под воздействием сил взаимного притяжения и отталкивания, и законы их изменений, происходящих при изменении внутренней энергии такой системы в процессе поглощения и излучения электромагнитных колебаний, описываемых уравнениями Максвелла. Теоретики начала XX в. считали эту задачу неразрешимой и пошли по пути построения различных моделей ad hoc (КМ Гейзенберга и Шрёдингера, принцип неопределенности Бора, квантовая теория поля). Однако уже в XIX в. необходимая для решения задачи о движении N заряженных тел теория была полностью завершена. Задача же об устойчивых состояниях систем взаимодействующих между собой материальных точек, в которых проявляется дискретность, была сформулирована еще Кеплером и Ньютоном. Предположения Ньютона - Бошковича о возможности вывода из механических начал системы сил, с которой взаимодействуют частицы в сплошной среде, при условии соответствия их свойств наблюдаемым, полностью подтвердились. Для построения точных орбит в системе N заряженных тел необходимо и достаточно совместить решение задачи о движении N тяготеющих тел, данное Ньютоном в его «Principia», с электродинамикой Ампера - Вебера. Ампер утверждал, что аналитическое описание траекторий заряженных тел возможно в предположении, что эти тела удовлетворяют трем законам Ньютона. Пользуясь методом движения тела в поле приведенной массы, Ньютон в своих «Principia» приводит чисто геометрический способ построения таких траекторий. Исходя из этого демонстрируется возможность исчисления переходных орбит заряженных тел в процессах излучения и поглощения энергии без обращения к произвольным предположениям квантовой электродинамики.
Довольно актуальными для физиков-диссидентов являются и вопросы преподавания физики и астрономии, тесно связанные с историей науки. В этой связи большое внимание уделяется возрождению механистической парадигмы физики, характерной для картезианства.
Н.И. Невская привлекает внимание к становлению петербургской астрономической школы, основанной Ж.Н.Делилем, первой научной школы в нашей
стране. Вокруг Делиля и его обсерватории объединились многие сотрудники академии. Эйлером было завершено создание математического аппарата, начала которого закладывали Декарт и Лейбниц. На основе этих методов становилась небесная механика.
По мере накопления наблюдений обнаруживались противоречия с физикой, механикой и философией Декарта, Лейбница и Вольфа. В.В.Низовцев отмечает, что в физике Декарта все процессы сводятся к механическим явлениям. Существование полей и сил как метафизических сущностей исключается. Ньютон, в свою очередь, опираясь на картезианство, заложил основы индуктивной физики. На основе ньютонианской методологии сформирована современная парадигма, составной частью которой является математическое моделирование. И всё же разрешение концептуальных проблем физики возможно только в рамках картезианского метода. Примером служит принцип наименьшего действия Гамильтона. Эволюционизм, положенный в основу новой методологии физики, позволил бы избежать революционных изменений научной картины мира в начале ХХ в.
В целом для физического диссидентского движения характерен отказ от догматического принятия на веру ряда утверждений современной физики, объявляемых фундаментальными в силу традиции или односторонних интерпретаций. Критическое рассмотрение некоторых концептуальных положений ТО, электродинамики, КТ, а также практических следствий, относящихся, например, к астрономии, позволяет вскрыть немало серьезных проблем, зачастую ставящих под вопрос адекватность теоретических построений современной физики. С методологической точки зрения, для разрешения имеющихся противоречий полезным было бы новое обращение к механистической картине мира, предлагаемой классической физикой, более точной перепроверке результатов известных опытов, а также постановке новых решающих экспериментов.
