CC BY
175
УДК 113/119 В.Н. Самченко
СВЕРХСВЕТОВОЙ СИГНАЛ: ПОНЯТИЙНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ
В статье показана принципиальная возможность сверхсветовой передачи сигнала на технически значимые расстояния посредством активных сред и непространственных энергетических агентов без противоречия с теорией относительности и квантовой физикой.
Введение. Под сверхсветовым сигналом обычно понимают передачу информации со скоростью, превышающей скорость света в вакууме (обозначается c). В современной физике признано, что информация не может сообщаться без параллельной передачи энергии. Отрыв первой от второй считается признаком паранауки. А передача энергии быстрее с запрещена специальной теорией относительности Эйнштейна.
Поэтому обычно отрицается и возможность сверхсветовой передачи сигнала. Впрочем, иногда ее признают для "ультрамалых” интервалов (в пределах длин пути порядка 10-18 м), где уже проявляются нарушения пространственной и временной четностей [9, 148]. Но это лишь специфический эффект сферы становления и его нельзя применить для передачи сигнала на значительные расстояния.
Между тем проблема сверхсветового сигнала остро поставлена экспериментом и наблюдением уже более 40 лет, а теорией - более 70 лет назад (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, 1935). Но до сих пор нет ясности и согласия в понимании таких эффектов. И это не единственная долговременная проблема в современной физике. Давно остаются незавершенными фундаментальные программы ее развития: теория квантовой гравитации - более 70 лет, единая теория поля - более 90 лет. А сущность гравитации, без понимания которой эти программы вряд ли осуществимы, неясна со времен Исаака Ньютона. Причем все названные проблемы взаимосвязаны.
Это именно та ситуация, когда философия должна бы вспомнить о своей роли матери наук. Хорошая мать не опекает взрослых детей, но помогает им в трудных обстоятельствах. К тому же проблема сверхсветового движения затрагивает вопросы причинности и детерминизма, отношения между локальными и нелокальными связями, дискретными и холистическими, вещественными и невещественными, пространственными и непространственными аспектами бытия, а также отношения между аналитическими и иными средствами познания. Такие вопросы находятся больше в компетенции философии, чем физики.
Поэтому автор, философ по специальности, обратился к решению указанных естественнонаучных проблем. Конечно, в рамках дополнительного осмысления фактов и теорий, выработанных в этой области самой физикой. Мы не впервые выступаем по данной теме, но впервые предлагаем систематическое обоснование (на качественном уровне) принципиальной возможности дальнего сверхсветового сигнала. Настоящая статья дополняет и объединяет наши предыдущие публикации по этому вопросу, не заменяя их полностью.
Открытие и объяснение быстрого света. В 1965 г. в Москве группа Н.Г. Басова впервые обнаружила так называемый быстрый свет: опережение c в 6-9 раз при попытках усилить электромагнитный импульс, пропуская его через кристаллы рубина. А в 2000 г. в Принстоне Л.Д. Ванг (L.J. Wang) и его группа зафиксировали рекордное (пока) превышение c - до 310 раз - при прохождении импульса света через ампулу с парами цезия. Причем пик импульса выходил из ампулы раньше, чем успевал в нее войти [5].
Опыт Ванга предполагает обязательную накачку проводящей среды энергией, так что ее прямо называют средой лазерного типа с инверсной населенностью [3, 243]. Да и группа Басова не случайно заметила сверхсветовые эффекты именно в оптических усилителях. Это обстоятельство учтено уже в первых публикациях по данной проблеме [10; 11]. В них пояснялось, что в такой (активной) среде начало входящего импульса усиливается избыточной энергией среды. В результате профиль импульса распространяется быст-
рее, чем фотоны, и пик его смещается вперед. Именно этот пик и вместе с ним огибающая импульса движутся со сверхсветовой скоростью.
Позднее И. Пригожин обобщил подобные эффекты в своей теории диссипативных структур, спонтанно возникающих в открытых неравновесных средах (в наши дни она более известна под именем синергетики по названию родственного учения Г. Хакена). Согласно этой теории, активная среда, находясь в неустойчивом равновесии, резко реагирует на минимальное раздражение (здесь - низко интенсивным началом импульса). При этом она в некоторых условиях самоорганизуется и излучает (активно диссипирует) собственную энергию, а затем восполняет ее за счет входящего потока. Лат. d^ss^patю буквально означает рассеивание и в прошлом это понятие трактовалось почти исключительно в смысле перехода энергии в хаотическую форму, например, в результате трения. Но в синергетике то же понятие означает вообще расходование энергии, которое иногда может быть направленным и приводить к повышению уровня организации системы.
Важно, что скорость развития диссипативных эффектов не ограничена скоростью последовательного переноса энергии в любой среде, не исключая вакуум. Дело в том, что рассматриваемые эффекты имеют холистическую (целостную) и нелокальную (в другой терминологии - дальнодействующую) природу. Сам Пригожин писал: "Одной из наиболее известных особенностей диссипативных структур является их когерентность. Система ведет себя как единое целое, и как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил” [17, 229]; "В равновесии молекула "видит” только своих непосредственных соседей и "общается” только с ними. Вдали же от равновесия каждая часть системы "видит” всю систему целиком” [18, 50].
Такие феномены относительно новы для физики, но, конечно, не для самой природы. Опережающая или кредитующая диссипация происходит в организме животного всякий раз, когда оно устремляется за увиденной вдалеке добычей, а поглотив ее, восстанавливает энергию, растраченную авансом. Ведь живые существа есть именно открытые неравновесные системы с развитой способностью к самоорганизации.
Только нелокальным характером самоорганизации можно объяснить, почему скорость реакций в организмах превышает обычные скорости физических и химических процессов в сотни миллионов и миллиарды раз [8, 15]. На этом основано опережающее отражение в живой и неживой природе, что отмечают и некоторые физики [12, 136]. Здесь же реальная основа "энтелехии” Аристотеля и неовиталистов, т.е. постоянной готовности живых существ, даже примитивных, к почти мгновенной реакции на события.
Многие физики сознают решающую роль опережающей диссипации в феномене быстрого света [13, 96; 20, 674; и др.]. Не менее широко признано перемещение пика импульса с групповой скоростью, превышающей с [1; 5, 277; 12, 136; 20, 672, 676; и др.]. А ведь обычно считают, что именно групповая скорость, в отличие от фазовой, отвечает за волновой перенос энергии. Казалось бы признание сверхсветового сигнала уже налицо, однако находятся способы уклониться от этого.
Некоторые авторы, в т. ч. Ванг, предпочитают описывать сверхсветовые эффекты как своеобразное перемещение интерференционного максимума, которое возникает в результате аномальной дисперсии света в неравновесной среде. При этом вопрос о переносе энергии сдвигается на задний план. А многие физики явно или неявно полагают, что перемещение максимума можно истолковать как движение образа, например, аналогично бегущим огонькам световой рекламы [7, 1137; 13, 96; 20, 673-674]. Такое движение не переносит энергии и сигнала, а потому для него нет ограничений на скорость.
К подобной трактовке сверхсветового импульса располагает то обстоятельство, что его огибающая не
выглядит физическим объектом в привычном смысле слова. Ведь она не привязана к перемещению определенной группы фотонов или конкретной волны в пространстве. Но отсюда еще не следует с логической необходимостью, что перед нами только субъективный образ. Мы надеемся показать, что бывают другие непространственные объекты, движение которых отражает сверхсветовая огибающая.
Однако зыбкость аналогии с бегущими огоньками ясна и без этого. Видимость сверхсветового сигнала на электронном табло создается определенной настройкой переключателей извне подводящих энергию к элементам табло. А в нашем случае местное изменение яркости интерференционной картины происходит без внешнего подвода энергии. Поэтому снова возникает вопрос о ее сверхсветовой передаче. Подход Басова и Пригожина дает на него определенный ответ, а подход Ванга объясняет лишь кинетику сверхсветового движения, но не его динамику. В лучшем случае он прикрывает проблему, но не решает ее.
Стандартный аргумент против возможности сверхсветового сигнала связан с принятой ныне методикой определения скорости электромагнитного сигнала. Видимо по инициативе А. Зоммерфельда и Л. Бриллюэна таковой считается скорость переноса наличного локализованного образования в поле [1, 1; 13, 94-95]. Но если наложить на структуру импульса некоторую модуляцию (метку), она ни при каких условиях не перемещается быстрее с, в т. ч. и в опытах по быстрому свету [3, 243; 13, 94-95 и др.].
Отсюда заключают, что и в этом случае информация не передается быстрее света.
Но при такой методике определения скорости сигнала приходится принять вопреки здравому смыслу, что ни групповая, ни фазовая и вообще никакая скорость электромагнитной волны не связана однозначно с передачей энергии и информации [3, 244; 13, 94-95; 19, 191]. Непонятно также каким образом наблюдателям удается узнать о сверхсветовом движении пика импульса, если это движение не переносит сигнал и информацию в лабораторной системе отсчета. А получать эмпирическое знание не получая информации - это формальное логическое противоречие.
На деле информация сообщается не только модуляцией несущего сигнала (как в аналоговой технологии радиовещания, передовой во времена Зоммерфельда). Ее может нести также дискретный набор сигналов. Такой принцип лежит в основе членораздельной человеческой речи, а технически применяется в семафорах и светофорах, в телеграфной азбуке Морзе и в современной цифровой информационной технологии. Пусть такие сигналы, например, как сверхсветовые пики импульсов, условны по виду (как и слова нашей речи), и пусть они не влачат на себе свидетельства иных состояний, зато сами являются свидетельствами определенных событий, в т. ч. поступления сигналов в неравновесные среды.
Защитники традиции замечают также, что не вся энергия исходного импульса участвует в сверхсветовом перемещении его пика, а потому нельзя говорить о движении импульса в целом быстрее с [3, 244; и др.]. Это реальное и технически важное обстоятельство, оно существенно затрудняет воспроизводство сверхсветовых скоростей для их хозяйственного применения, но не препятствует принципиальному признанию сверхсветового перемещения части энергии импульса. К тому же на практике именно пик импульса представляет данный импульс как сигнал. Ведь именно он преодолевает энергетические пороги чувственного восприятия и срабатывания технических устройств.
Сам Басов не прибегал к критиковавшимся выше аргументам против сверхсветового движения. Но он, а за ним и многие другие физики, утверждали, что путь пика импульса быстрого света принципиально ограничен протяженностью так называемого предвестника. Это передовая низкоинтенсивная часть входящего импульса, длина которой может превышать длину пика до ста раз. Обычно предвестник отделяют от пика по точке половинной интенсивности.
Однако в опытах группы Басова полная длина импульсов значительно превышала длину активной среды (42 см), и пик импульса достигал конца прибора заведомо "не добежав” до начала предвестника [16, 1312-1313]. А в опытах группы Ванга протяженность ампулы с цезием меньше еще в 7 раз. При таких условиях нельзя эмпирически доказать, что сверхсветовой сигнал в активной среде отсутствует за пределами изначальной длины предвестника.
Но импульс можно укоротить, обрезая часть его переднего фронта. Басов и его сотрудники делали это и отмечали, что такой импульс "перемещается лишь до точки нулевой интенсивности, которая всегда движется со скоростью света в среде” [10, 58]. Но такая обрезка существенно изменяет условия протекания процесса: ведь клин и обух действуют совершенно по-разному. И если до обрезки импульс ускорялся, но не усиливался, то после нее он как бы разменял ускорение на усиление мощности до 50 крат [10, 58; 16, 1313, 1316].
Сейчас исследуют даже предельно короткие импульсы длительностью всего в один цикл колебания. Но нам неизвестны эксперименты, которые доказали бы ограниченность сверхсветового пути пика изначальной длиной предвестника. Между тем уже в опытах группы Басова фактически установлена возможность макроскопической (порядка дециметров) длины этого пути, что не вписывается в понятное допущение сверхсветового движения для "ультрамалых” интервалов. А макроскопический интервал всегда можно увеличить тем или иным способом. Как гласит английская пословица: "Что растягивается на дюйм, растянется на фут”.
Другие опыты также свидетельствуют, что суть дела не в длине предвестника. В 2000 г. обнаружилось, что обычные радиоволны, у которых нет выраженного деления на пик и предвестник, могут распространяться в воздухе быстрее света на расстояние более метра от излучателя [4]. А в мае 2002 г. Б. Робертсон и Д. Мандей в университете Теннеси особой системой кабелей довели сверхсветовой путь импульса до 120 м [2]. Видимо возможная длина такого пути определяется не предвестником, а протяженностью активной среды и ее свойствами, прежде всего, запасами в ней избыточной или инвертированной энергии.
Нельзя исключить a priori и сверхсветовую передачу информации на астрономические расстояния. Тем более, что в опыте Ванга роль активной среды играл разреженный газ при "космической” температуре, близкой к абсолютному нулю. Сверхсветовое перемещение свечений в космосе известно фактически с 1901 г. (Ch.Di. Perrine, G. Ritchey) и было переоткрыто в том же 1965 г., когда Басов открыл быстрый
свет; а объяснение этого эффекта, как оптической иллюзии (M. Rees, 1966), не всегда выглядит убедительным [ 6; 9, 143; 23, 84-85].
Таким образом, аргументация против сверхсветовых скоростей не отличается строгостью. Встречается в этой области и шаткость суждений, редкостная для конкретной науки. Так, комментарий к открытию Ванга в авторитетном естественнонаучном журнале содержит заявление, что свет может двигаться быстрее света, поскольку он-де не тело, а только волна. Можно предположить, что за "чистую” волну автор комментария принял сверхсветовую огибающую пика импульса, которую нельзя связать с преемственным движением фотонов. Но в той же публикации утверждается, что именно фотоны движутся в указанных опытах быстрее с [3]. Для студента это гарантированный "неуд” по физике.
Сам Ванг, прикрывая фактическое признание сверхсветовых скоростей, вводит странное и необязательное понятие отрицательной скорости [5, 277], а порой отрицает и саму теорию относительности. Один из специалистов предлагает использовать сверхсветовой сигнал для предсказания будущего, но при этом уверяет, что такой сигнал не передает никакой информации [12, 137]. Другой признает передачу энергии светом быстрее с, но тоже без переноса информации [19, 182]. Встречаются также экзотические объяснения быстрого света, например, его прохождением через "кротовые норы” в пространстве.
Все эти изыски легко отсекаются бритвой Оккама, если учесть давно известный факт опережающей диссипации энергии. Проблема в том, однако, что по канонам механики передача энергии на расстояние должна осуществляться какими-то агентами. А пытаясь описать быстрый свет посредством обычных агентов, физики либо приходят к отрицанию сверхсветового сигнала, либо запутываются, как показано выше.
Между тем "подходящие” агенты известны в науке и нам приходилось о них писать [21, 6-8; 22, 9-11;
23, 86-88]. Здесь кратко повторим основное и сделаем необходимые дополнения.
Агенты сверхсветового движения. В явлениях быстрого света запрет на сверхсветовое распространение энергии от точки к точке пространства прямо не нарушается, поскольку такого распространения здесь просто нет. Не переносится в этом процессе и реальная масса покоя, тождественная локализованной энергии; "пиковые” фотоны тоже не переносятся, а заново порождаются средой, что отмечал уже Басов. Тем не менее, указанный запрет "обходится” вмешательством активной среды, так что энергия все же передается быстрее с. Но при этом она как бы минует путь в среде, хотя, в то же время при обязательном наличии такой среды.
Для ясности добавим наглядный пример. Если у висящей вертикально нитки бус обрезать нижний узел, бусины будут падать по чисто локальному сценарию: одна за другой, с трением скользя вдоль нити. Если обрезать верхний узел, бусины упадут по чисто холистическому сценарию: все сразу вместе с нитью. А если обрезать оба узла, скольжение бусин по нити не исключается, но длина нити уже не будет играть роль их действительного пути. Быстрый свет отчасти сходен с движением бус в последнем случае.
Эти наблюдения располагают к представлению сверхсветовой передачи энергии посредством агентов с мнимыми параметрами. И такие агенты фактически предусмотрены формализмом теории относительности. Согласно преобразованиям Лоренца, при скорости v > с пространственные и временные параметры любого объекта, а также его масса покоя, обретают невещественное значение, т. е. выражаются мнимыми числами. Правда, сам Эйнштейн именно отсюда заключил, что при полагании v > с физическое рассуждение теряет смысл, а с якобы играет в физике роль бесконечно большой скорости [24, 18]. Но такое заключение не является логически необходимым.
Мы интерпретируем тот же математический вывод как указание на возможность непространственных форм передачи энергии. Конечно, эта идея не согласуется с традиционным для механики пониманием движения, как именно изменения состояния в пространстве. Отождествлять движение со всяким изменением, что сделал некогда Ф. Энгельс, в конкретной науке нельзя, ибо она не терпит синонимов. Но тут снова выручает синергетика.
Согласно ей, развитие всех естественных систем происходит через точки бифуркации, в которых система находится в неустойчивом равновесии и сверхчувствительна к воздействию. Выбор направления дальнейшей эволюции в таких точках может определяться слабыми и чисто случайными факторами, например, спонтанными флуктуациями физических полей или других сред. А выбор иного пути означает также выбор иного веера возможностей в будущих точках бифуркации.
Следовательно, в процессе эволюции происходит не только изменение действительности, но также изменение возможностей, однако последнее не называют движением. Поэтому можно определить движение как изменение в действительном бытии, в отличие от изменения возможностей. Такая дефиниция допускает и непространственное движение, включая соответствующий перенос энергии.
Вообще говоря, непространственные формы бытия это не новость для современной физики. Она признает, что в основе природы лежит именно такая форма - физический вакуум. А. Эйнштейн только смутно догадывался о существовании этого "релятивистского эфира”, но и он понимал, что подобная субстанция не может состоять из подвижных частей [24, 682-689]. Известно также, что вакуум энергетически активен. В нем постоянно происходят так называемые нулевые флуктуации (волнения) напряженности любых полей, и они силовым образом действуют на пространственные физические объекты (лэмбовский сдвиг, эффект Казимира и др.). Следовательно, непространственные формы не лишены движения энергии, причем оно связывает их с пространственными формами бытия.
Роль партикулярных агентов такой связи играют виртуальные частицы. Но ввиду краткости их жизни они не годятся для переноса энергии на макроскопические расстояния. Зато эту функцию могли бы взять на себя тахионы - известные в теории сверхсветовые частицы (Я.П. Терлецкий, 1960; G. Feinberg, 1967 и др.). Тахионам приписывают мнимую массу покоя, что отражает их непространственную сущность. Но энергия тахиона имеет, в общем случае, ненулевое вещественное значение [9, 134]. Понятие тахионов давно используется при описании переноса возбуждений в неравновесных средах, привлекают его и для описания быстрого света [7; 16; и др.]. Сегодня уже многие специалисты убеждены в объективном существовании тахионов [7, 1140; 16, 1320].
А роль волновых агентов сверхсветового движения могут играть "волны материи”, открытые Л. де Бройлем еще в 1923 году. Известно, что они присущи всем телам и неотделимы от механической инерции. Известно также, что скорость монохроматической волны такого типа (и предельная скорость волн де Бройля) определяется как u = d2/v, где v - скорость данного тела. То есть для этих волн, как и для тахионов, с является не высшим, а низшим пределом скорости.
Правда, сам де Бройль и многие другие физики пытались в этом случае отождествить скорость монохроматической волны с фазовой скоростью - геометрической фикцией, которая не связана с передачей энергии. Ей противопоставляли групповую скорость "пакета” волн де Бройля, которая должна быть ниже с. Но это, на наш взгляд, путаница понятий, которая возникла именно из нежелания признать сверхсветовые скорости.
Поскольку групповые сверхсветовые скорости уже признаны (см. выше), мы здесь не станем подробно разбирать эту путаницу. Заметим только, что монохроматические (цветные) порции света, например, синий луч, также энергетически воздействуют на препятствия, как и полихроматические "пакеты”, например, "белый” солнечный луч [21, 6; 22, 9-11; 23, 85-89].
Сверхсветовая скорость волн де Бройля указывает на их непространственный характер. Но М. Борн и независимо от этого понял (1926), что такие волны, в общем случае, не есть процесс в обычном пространстве. Ведь это следует уже из вида волнового уравнения Шредингера - центрального уравнения волновой квантовой механики. Оно описывает именно действие таких волн и включает мнимое слагаемое.
К тому же для объектов с достаточно большим импульсом (здесь импульс - в смысле количества движения, англ. momentum) волна де Бройля просто не может локализоваться в наличном пространстве. Ее длина определяется, как известно, по формуле h/p, где h - постоянная Планка, p - импульс данного объекта. При p ~ 67 кг-м/с эта величина становится меньше так называемой планковской длины (10-35 м), которая обозначает абсолютный минимум пространственных размерностей. Примечательно, что данный переход совершается в области типичных параметров движения человека-пешехода.
Сказанное выше позволяет трактовать тахионы как кванты волн де Бройля. Данная идея является ключевой для осмысления сверхсветового сигнала в терминах агентов и проясняет многие проблемы физики. В частности, именно эта пара объектов может взять на себя ответственность за сверхсветовую огибающую импульса быстрого света и за неограниченные скорости распространения самоорганизации в неравновесной среде.
Та же идея поясняет, почему не удаются давние попытки обнаружить тахионы по их черенковскому излучению [9, 146-148; 10, 60; 16, 1319-1320; 19, 184]. Ведь такое излучение возникает при обгоне света электрически заряженными частицами, а волны де Бройля обусловлены только инерционной массой объекта. Кванты таких волн не должны иметь электрического заряда. Таким образом, от тахионов и не приходится ожидать черенковского излучения. Другим путем к тому же выводу пришли некоторые физики [9, 147].
Но это не значит, что тахионы вообще не фиксируется в опыте. Сверхсветовое распространение возбуждений в неравновесных средах, в том числе парадоксальное движение самого света быстрее света, и есть экспериментальное подтверждение объективного бытия тахионов и волн де Бройля. Раньше не замечали этих свидетельств, потому что не понимали природу данных феноменов.
Наша концепция позволяет также исключить нарушение сверхсветовым сигналом причинновременного порядка. Сам Эйнштейн показал, что такая опасность возникает лишь при условии > с2,
где V - скорость излучателя сигнала, \М - скорость данного сигнала в той же системе отсчета. Однако он полагал, что всегда найдется система отсчета, в которой это условие выполняется [24, 76; 9, 135-139]. Но если сигнал передается квантами волн де Бройля, то условие Эйнштейна не выполняется ни в какой реальной системе отсчета.
Напомним, что скорость (максимальная) этих волн определяется по формуле и = сгЫ. Согласно ей, когда скорость V данного объекта приближается к величине с, то скорость излучаемых этим объектом тахионов (№ = и) в той же системе отсчета уменьшается также вплоть до с. В итоге никогда не получится v■W> с2. А так как для любого инерционного объекта (возможного излучателя волн де Бройля) всегда имеем, согласно Эйнштейну, V < с, то всегда допустимо №> с.
Таким образом, сверхсветовые скорости возможны в любой реальной системе отсчета, без противоречия с принципом причинности. Многие авторы и мы сами приходили к тому же выводу с иных сторон [15, 110; 20, 663, 672-676; 21, 13-16; 22, 11-13; 23, 89-90].
Нелокальная связь состояний. Сверхсветовой сигнал допускает установление связи состояний между объектами с неограниченной скоростью. В современной физике подобные связи обозначают как нелокальные корреляции. В качестве хрестоматийных примеров для макроскопической области приводят возникновение конвективных ячеек Бенара или образование когерентного лазерного излучения. О подобных корреляциях в живом веществе сказано выше.
В микромире нелокальные корреляции выступают в виде так называемой запутанности состояний квантовых объектов. Она тоже фактически предусмотрена аппаратом квантовой механики как идея непространственных агентов аппаратом релятивистской механики. Ее тоже фактически обнаружил сам Эйнштейн (парадокс ЭПР, 1935) и также не поверил в ее реальность. Но сейчас на основе таких корреляций регулярно ставят опыты по квантовой телепортации - мгновенному изменению свойств квантовых объектов на неограниченном расстоянии.
Правда, защитники традиции утверждают, что и этот процесс в целом не достигает сверхсветовой скорости. Ведь отслеживание и истолкование квантовых корреляций требует сравнивать состояния объектов, для чего необходим якобы классический канал обмена информацией между исследователями [14, 150]. Однако в этом рассуждении скорость физической связи, заведомо сверхсветовая, спутана со скоростью ее осознания. А связь наблюдателей посредством активных сред вообще устранила бы здесь все физические ограничения.
Те же или другие физики заявляют, что при квантовой телепортации не происходит обмена энергией, а потому-де нельзя говорить о ее сверхсветовой передаче. Но без такого обмена можно обойтись, когда выявляется согласованность состояний объектов без изменения этих состояний. А в квантовой области нельзя измерять, не изменяя. Да и суть телепортации состоит именно в изменении состояния удаленного объекта.
Автор этих строк тоже не сразу решился до конца порвать с запретом на сверхсветовой перенос энергии. В частности, он полагал, что волны де Бройля и тахионы в общем случае энергию "на себе” не переносят, хотя могут превращаться в "энергетические” агенты [22, 9-10; 23, 86-87; и др.]. Но затем пришел к убеждению в незаконности и необязательности такого подхода.
Незаконен он уже потому, что в классической механике всякая связь описывается как обмен энергией, а в квантовой механике действует запрет на использование каких-либо понятий, кроме классических. А в данном случае это привело бы к отрыву передачи информации, управляющей нелокальными корреляциями, от передачи материальной энергии, что свойственно паранауке или мистике. Нельзя также игнорировать вывод, что тахионы обладают реальной энергией.
Необязателен старый подход, потому что квантовую телепортацию можно объяснить на основе все той же кредитующей диссипации энергии, так как флуктуации физического вакуума обнаруживают его не-равновесность на микроскопическом уровне. Вообще все среды не абсолютно равновесны. Мы надеемся, что это соображение позволит понять также процессы в гравитационном поле. На неполную равновесность этого поля указывает, в частности, ускоряющееся расширение Вселенной.
Напомним, что И. Ньютон и П. Лаплас вынужденно признавали нелокальный характер передачи гравитационных возмущений, и сам Эйнштейн обнаружил превышение с при движении света в поле тяготения. Однако тот же Эйнштейн, а за ним и многие другие физики, пытались доказать полную локальность гравитации. Решающего успеха они не имели, но эта идея завела Единую теорию поля и теорию квантовой гравитации в тупик, из которого физика не может выбраться до сих пор.
Мы уже предлагали применить здесь концепцию "мнимых” сверхсветовых квантов. Напомним: эта идея исходит из первого постулата общей теории относительности Эйнштейна - о тождестве инертной и гравитационной массы. Поскольку волны де Бройля (и тахионы) отражают инертную массу объектов, они же ответственны за всемирное тяготение. Тем самым оправдывается допущение Ньютоном нелокальности тяготения и "нематериального” характера его агентов. Выражаясь точнее, характера непространственного, но во времена Ньютона эти понятия еще не различались [21, 8-12; 22, 17-22; 23, 90-92].
Заключение. Наш общий вывод состоит в том, что сверхсветовой перенос энергии и информации на принципиально неограниченные расстояния возможен: 1) как холистический (нелокальный) диссипативный эффект в активных средах через опережающее выделение собственной энергии этих сред; 2) путем передачи сигнала непространственным излучением в активной среде. Это только две формы выражения единой сути.
Такой вывод требует ограничить запрет на перенос энергии быстрее света движением объектов в пассивных средах. К ним относится и физический вакуум в его макроскопических проявлениях, но в некоторых отношениях он может проявляться и как активная среда. В иной форме выражения указанный запрет должен быть ограничен случаем движения агентов, локализующихся в пространстве.
Это ограничение достаточно обосновано с точки зрения физики, если признать объективное существование тахионов. Оно представляется также логичным с философской точки зрения. Ведь энергия - не предмет или субстанция, а способность производить работу, т.е. вид возможности. А возможности как таковые не локализуются в пространстве и потому "не обязаны” сообщаться только локальным образом.
С количественной стороны, энергия и переносимая сигналом информация являются скалярными величинами, т.е. тоже не связаны с направлением или местом в пространстве. Правда, вместе с энергией приемнику сигнала может сообщаться импульс (количество движения) - величина векторная. Но, в нашем случае, его направленность определяется не вектором скорости какого-либо локализованного носителя энергии, а расположением канала передачи энергии в среде. Что, впрочем, присуще всякому волновому процессу.
Вместе с тем, мы полностью принимаем вывод теории относительности, что никакие пространственные объекты не могут превышать скорость света ни в каких средах или двигаясь помимо сред. И в целом наш пафос заключается не в критике релятивистской и квантовой физики, а, наоборот, в утверждении более широкой значимости ее основных положений, чем было принято в неклассической науке XX века.
А именно: мы признаем физическую осмысленность выводов из преобразований Лоренца без ограничений, в т.ч. когда их не признавал сам Эйнштейн. И хотя сам де Бройль объявлял открытые им "волны материи” фиктивными, мы считаем эти волны существующими объективно. А идею непространственных агентов связи мы ввели именно доверившись аппарату теории относительности. Также идя не против, но дальше М. Планка и А. Эйнштейна, мы признаем квантование энергии-действия даже за пределами пространственных форм бытия [21, 17-18; 22, 25; 23, 93].
В завершение подчеркнем, что сверхсветовое движение возможно только для энергии или для информации (для сигнала), поскольку они, взятые сами по себе, не имеют пространственных параметров. Следовательно, переносчиком сверхсветового сигнала может быть только излучение особого вида, но не вещество (не тела). Поэтому для понимания сверхсветовых эффектов важно сознавать, что тахионы (а также фотоны и гипотетические пока гравитоны) не есть в буквальном смысле корпускулы (лат. тельца).
Вместе с тем, они действительно есть партикулы (лат. частицы). Возможно, это так называемые со-литоны - уединенные волны, которые имеют признаки отдельных частиц. Синергетика уделяет солитонам особое внимание, как одному из типичных продуктов самоорганизации. Именно такие "бестелесные” частицы всегда выступают как кванты полей дальнего радиуса действия, тела же являются только излучателями таких полей.
Лишь для "излучений” микроскопического радиуса действия, где поля еще "не отлепились” от вещества, тела можно считать также и квантами этих полей, что принято в теории элементарных частиц. Последний случай формально выступает даже как более общий, так как тут для квантов не вводится ограничение на массу покоя. Но по существу это специфический случай неразвитости отношений и различий (здесь: тел и полей), всегда характеризующий сферу становления.
Непонимание этих особенностей породило идею телесно-волновых "кентавров”. Она восходит еще к вихревой физике Р. Декарта, а физика XX в. отдала ей дань в виде попыток трактовать корпускулы как уплотнения волнового пакета и в виде теорий "волны-пилота” (корпускула как бы верхом на волне). Но такие концепции никогда не оправдывались и физикам пришлось от них отказаться. Сейчас идеи "кентавров” придерживаются по старой памяти в основном популяризаторы науки, например, Д. Данин.
В самой же науке правильней говорить не о корпускулярно-волновом, а о партикулярно-волновом дуализме излучения; и в англоязычной физике принята именно такая терминология. Это не мешает сохранению позитивного содержания корпускулярно-волновой доктрины. Ведь понятие частицы - это более общее сравнительно с понятием корпускулы. Вообще партикулярно-волновая концепция логически шире, чем корпускулярно-волновая.
Однако в области нелокальной связи возникают и более сложные понятийно-познавательные проблемы. Ведь применение обычных аналитических методов науки затруднено здесь холистической, т.е. именно неаналитической природой такой связи. Но и тут наука находит превращенные формы аналитического познания. К ним относятся парадоксальные теоретические конструкты, которые часто возникают в квантовой физике (отражая, видимо, роль физического вакуума в бытии материи). Таковы, например, понятия отрицательного давления, отрицательной инверсной населенности, отрицательной плотности вероятности, отрицательных температур по шкале Кельвина.
К числу таких же конструктов принадлежат понятия мнимых параметров, которыми характеризуются агенты непространственного движения. И, конечно, само понятие непространственного движения, играющее важную роль в объяснении сверхсветового сигнала. Посредством таких и подобных им приемов строится современная научная холономная парадигма. Благодаря ей, наука постепенно приближается к рациональному познанию явлений, которые прежде оставались уделом мистических спекуляций.
Конечно, наша понятийно-качественная теория сверхсветовых феноменов - только первый шаг к их полному объяснению и хозяйственному использованию. Следующими шагами должны стать математическая разработка концепции, планирование и проведение новых экспериментов. Но это, говоря образно, работа Ньютона. А мы пока выполняем "натурфилософскую” работу Декарта и Лейбница - развитие системы понятий, необходимое для дальнейшего прогресса естественнонаучной мысли [25].
Ведь опыт, весьма уже долгий, убедительно доказал, что без такой работы нельзя разобраться и с проблемой быстрого света, и с рядом фундаментальных проблем современной физики. Как во времена Декарта и Ньютона без такой работы нельзя было построить классическую механику.
Литература
1. Direct measurement of superluminal group velocity and of signal velocity in an optical fiber / N. Brunner, V. Scarani, M. Wegmuller, M. Legrte and N. Gisin // arXiv:quant-ph/0407155, 10 Jan. - 2005. - 5 p.
2. Faster and further. Speed of light broken with basic lab kit // New Scientist magazine. - Issue 2361. - 21 Sept.
- 2002. - P. 24.
3. Marangos, J. Faster than a speeding photon / J. Marangos // Nature. - Vol. 406. - 20 July. - 2000. - P. 243-244.
4. Mugnai, D. Observation of Superluminal Behaviors in Wave Propagation / D. Mugnai, A. Ranfagni, R. Ruggeri // Physical Review Letters. - 2000. - Vol. 84. - № 21.- P. 4830-4833.
5. Wang, L.J. Gain-assisted superluminal light propagation / L.J. Wang, A. Kuzmhh, A. Dogariu // Nature. -2000. - Vol. 406. - P. 277-279.
6. Electron-positron jets associated with the quasar 3C279 / J.F.C. Wardle, D.C. Homan, R. Ojha, D.H. Roberts
// Nature. - 1998. - Vol. 395. - P. 457-461.
7. Андреев, А.Ю. Тахионы и неустойчивость физических систем / А.Ю. Андреев, Д.А. Киржниц // Успехи
физических наук. - 1996. - Вып. 10. - С. 1135-1140.
8. Анохин, П.К. Избранные труды. Философские аспекты теории функциональной системы / П.К. Анохин.
- М.: Наука. - 1978. - 400 с.
9. Барашенков, В.С. Тахионы: частицы, движущиеся со скоростями больше скорости света / В.С. Бара-
шенков // Успехи физических наук. - 1974. - Вып. 9. - С. 133-149.
10. Скорость распространения мощного импульса света в инверсно заселенной среде / Н.Г. Басов [и др.] // Докл. АН СССР. - 1965. - Т. 165. - № 1.- С. 58-60.
11. Нелинейное усиление импульса света / Н.Г. Басов [и др.] // Журн. экспериментальной и теоретической физики. - 1966. - Т. 50. - Вып. 1.- С. 23-34.
12. О реальности сверхсветовой групповой скорости и отрицательного времени задержки волнового пакета в диспергирующей среде / Н.С. Бухман [и др.] // Журн. теоретической физики. - 2002. - Т. 72. - Вып. 1. -С. 136-138.
13. Киржниц, Д.А. Сверхсветовые движения и специальная теория относительности / Д.А. Киржниц, В.Н. Сазонов // Эйнштейновский сборник. - М.: Наука. - 1974. - С. 84-111.
14. Клышко, Д.Н. Простой метод приготовления чистых состояний оптического поля, реализации эксперимента Эйнштейна, Подольского, Розена и демонстрации принципа дополнительности / Д.Н. Клышко // Успехи физических наук. - 1998. - Вып. 1. - С. 133-152.
15. Молчанов, Ю.Б. Принцип причинности и гипотеза сверхсветовых скоростей / Ю.Б. Молчанов // Вопр. филос. - 1976. - № 5. - С. 100-110.
16. Ораевский, А.Н. Сверхсветовые волны в усиливающих средах / А.Н. Ораевский // Успехи физических наук. - 1998. - Вып. 12. - С. 1311-1321.
17. Пригожин, И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой / И. Пригожин, И. Стенгерс. - М.: Прогресс. - 1986. - 431 с.
18. Пригожин, И. Философия нестабильности / И. Пригожин // Вопр. филос. - 1991.- № 6. - С. 46-57.
19. Розанов, Н.Н. Сверхсветовые локализованные структуры электромагнитного излучения / Н.Н. Розанов // Успехи физических наук. - 2005. - Вып. 2. - С. 181-185.
20. Сазонов, С.В. Сверхсветовые электромагнитные солитоны в неравновесных средах / С.В. Сазонов // Успехи физических наук. - 2001. - Вып. 6. - С. 663-678.
21. Самченко, В.Н. Скорость, причинность и физнадежды / В.Н. Самченко // http://philosophy.ru/lib/philyaz/ рЫ^_2251. - 18 с. (на сервере Института философии АН РФ).
22. Самченко, В.Н. Смысловые проблемы современной физики / В.Н. Самченко // Рукоп. деп. в ИНИОН РАН.
- № 60136. - 28.12.2006. - 35 с.
23. Самченко, В.Н. Сверхсветовой сигнал и мнимые кванты / В.Н. Самченко // Философия науки. - 2007. -№ 3 (34). - С. 83-94.
24. Эйнштейн, А. Собрание научных трудов / А. Эйнштейн. - М.: Наука. - 1965. - Т. 1. - 700 с.
25. Концепции современного естествознания: учеб. пособие. - Красноярск: ГУЦМиЗ, 2004. - 148 с.
26. Время собирать камни: современная физика и здравый смысл // Докл. АН высшей школы России. -2006. - № 1 (6). - С. 132-142.
27. "Быстрый свет” и всеобщая связь // Вестн. КрасГАУ. - 2006. - Вып. 15. - С. 353-359.
