Йохан Керн / Johann Kern. Блеск и нищета математики

Понимание нашего мира и практическое применение этого понимания - вещи несколько разные. Поэтому и теории далеко не всегда направлены на улучшение понимания нашего мира, а только на улучшение применимости расчётов. Эту разницу, похоже, далеко не всегда понимают даже люди, называющие себя физиками. Например, Ричард Фейнман в своей лекции, прочитанной им при церемонии вручения ему нобелевской премии по физике, сказал: “...наверное, наилучший способ создания новой теории – угадывать уравнения, не обращая внимания на физические модели или физическое объяснение” [1]. Из одной этой фразы можно легко понять, что Фейнман вовсе не был выдающимся физиком, а всего лишь пользующимся успехом математиком, работающим в области физики. Его “теория”, в смысле понимания существа дела, ничем не отличается от применения добавочных циклов для более точного предсказания положения планет в системе Птолемея. Все эти “теории” являются только неосознанными иллюстрациями давно известного утверждения о том, что любой сколь угодно сложный отрезок кривой можно формально представить в виде набора простых функций. Однако этот формализм ничего не вносит в физическое понимание процесса. Уже со времён отказа от дальнейшего признавания птолемеевской системы можно утверждать: “Умение что-либо рассчитать вовсе не доказывает понимания существа рассчитываемого процесса”.

Теория Коперника, сделавшая Солнце центром тогдашнего мироздания, практически ничего не вносила в смысле улучшения расчёта, однако позволяла качественно лучше понимать наш мир. Уже несколько столетий мы поём славу неточной, но качественно более правильной теории Коперника, и с пренебрежением относимся к “весьма точным в расчёте” птолемеевцам. Мы гораздо выше ценим возможность лучше понимать мир, чем возможность более точно предсказывать положение планеты. Физически ещё более правильная мысль Ньютона о притяжении всех тел друг другом позволила не только получить ясное схематическое представление о нашем мире, но и ясное понимание о том, учёт каких явлений приводит к более точному расчёту видимого положения планет.

Можно предполагать, что формулы Фейнмана, не основанные на физических моделях или физических объяснениях, нисколько не продвинули нас в нашем понимании окружающего мира, хотя и позволяют более точно провести некоторые расчеты. То же самое, очевидно, надо предполагать о модели атома Бора, не основанной на какой-либо физической модели, а только на совпадении энергетического толкования линий спектра (на основе закона сохранения энергии). Недостатком теории Бора было не только отсутствие физического объяснения своего предположения, но, прежде всего то, что она противоречит закону сохранения импульса. Но здесь Бор “всего-навсего” последовал за Эйнштейном [2], который при своём объяснении фотоэффекта также обошёлся без физической схемы, наверное, для того, чтобы не бросалось в глаза пренебрежение законом сохранения импульса. В физике до Эйнштейна при расчёте движения тел учитывались одновременно оба закона сохранения. Эйнштейн в своей статье ни словом не упомянул закон сохранения импульса. Если бы он это сделал, ему пришлось бы объяснять, почему он им пренебрегает. Разумно объяснить это он, естественно, не мог.

Разумеется, с практической точки зрения “угадывание уравнений” или учёт только одного из уравнений сохранения может быть весьма эффективным – пока у нас нет настоящего понимания явлений. Утверждение же, что подобное отражает действительную картину мира, и особенно возведение подобного утверждения в догмат, как это случилось с теориями Эйнштейна и квантовой физикой, не может не привести рано или поздно к кризису науки [3], другими словами, к необходимости появления новых Коперников.

К настоящему продвижению вперёд может привести только теория, основанная на физической модели или физическом объяснении. Без теории всемирного тяготения Ньютона не появилось бы понятия о тяжести, возможно, не были бы созданы аппараты, преодолевающие силу тяготения - воздушные шары, самолёты и ракеты.

Квантовая физика, созданная на основе теории Бора, пренебрегающей одним из основных теоретических достижений физики, в наше время быстрого развития науки и техники за почти столетнее существование не привела ни к одному новому аппарату, созданному на её основе. “А лазер?” - спросят некоторые читатели. Лазер был изобретён не на основе квантовой физики, а вопреки ей. На начальном этапе существования лазера квантовая физика не знала даже, как объяснить происходящие в нём процессы.

Должна ли существовать передающая среда?

В физике давно утвердилось понятие механизма проявления какого-либо процесса. Но тогда, когда мы какое-либо явление действительно понимаем, то всегда выясняется, что никакого механизма на самом деле нет. Как пример можно бы привести “механизм” возникновения радуги. В нём нет ничего, кроме отражения и преломления света.

Со времени появления теории тяготения Ньютона все пытаются понять, каким образом может возникать тяготение. Практически все объяснения до 20-го века были основаны на представлении, что между притягивающимися телами должна находиться некая среда, названная эфиром. Эфир должен был передавать силу от одной планеты к другой. В связи с этим надо было понять механизм передачи этой силы.

Если не опираться на противоречивые теории Эйнштейна и квантовой физики, то нам до сих пор непонятно явление передачи на расстояние гравитационных и электрических сил. В теории Эйнштейна тоже существует “передающая среда”, роль которой исполняет само “искривлённое пространство” за счёт своей упругости [3]. Во мнении (представлении) передачи гравитационной силы через посредство некой среды неявно выражено утверждение, что свойство притяжения или отталкивания внутренне присуще соответствующим телам. Сила тяготения существует благодаря наличию тела, её необходимо только “передать” от одного тела к другому. Но так ли это? Этого никто не доказал, но мы и не можем представить себе ничего другого.

В соответствии с существовавшими воззрениями эфир должен был переносить также и световые и электромагнитные волны. Такое многообразие “обязанностей” эфира привело к тому, что эфир должен обладать самыми противоречивыми качествами. Противоречие свойств эфира должно привести к выводу, что никакого эфира не существует или же, что мы приписываем ему такие качества, необходимости которых для объяснения природы вовсе не существует.

Другими словами, на “эфир” и выполняемые им задачи, возможно, надо посмотреть совсем другими глазами. Если смотреть на эфир как на “передаточную среду”, то между Солнцем и Землёй должно находиться нечто вроде стержня или резинового жгута, связывающего их. Пусть диаметр этого “стержня” сравним с диаметром Земли или даже гораздо больше его, в любом случае каждое его поперечное сечение должно представлять нечто, способное воспринять и передать силу взаимодействия между Солнцем и Землёй. Однако в (пустом) космосе до сих пор не обнаружено ничего, способного воспринять или передать подобное силовое воздействие. Космос в направлении от Земли к Солнцу ничем не отличается от космоса в направлении от Земли в сторону, противоположную Солнцу.

С другой стороны, сила взаимодействия между двумя телами должна как-то передаваться от одного тела к другому, ибо дальнодействие всем разумным людям кажется невозможным. Исаак Ньютон сказал: “Предполагать, что тело может действовать на другое на любом расстоянии в пустом пространстве, без посредства чего-либо, (выделено автором данной статьи) передавая действие и силу, - это, по-моему, такой абсурд, который немыслим ни для кого, умеющего достаточно разбираться в философских предметах”. Так как передача действия силы, это, безусловно, одновременно и передача энергии, то со мнением Ньютона, по существу, перекликается мнение Максвелла, утверждающего: “Действительно, как бы энергия ни передавалась от одного тела к другому во времени, должна существовать среда или вещество, в которой находится энергия, после того как она покинула одно тело, но еще не достигла другого...” [4].

Разумеется, любой текст, любое изречение можно толковать. Слова “без посредства чего-либо” не обязательно должны говорить о передаточной среде. Но в любом случае слова Ньютона могут быль истолкованы в том смысле, что любая сила в данной точке может быть вызвана только воздействием чего-либо именно на данную точку. Это вариация (иное выражение) принципа каузальности: без причины ничего не бывает. Слова Ньютона можно толковать и как пояснение утверждения: дальнодействие невозможно.

С тем, что дальнодействие невозможно, был согласен и Эйнштейн. Чтобы исключить дальнодействие, он придумал “кривизну” пространства. При этом он упустил из виду что “кривым” в реальном мире может быть только то, что обладает свойством сохранять свою форму. Ни жидкость, ни газ “кривыми” быть не могут. “Пространство” Эйнштейна должно обладать свойствами твёрдого или, по крайней мере, желеобразного тела. Движение в нём должно быть связано с разрывом связи между точками пространства вдоль траектории движения, как и при любом движении в твёрдом теле.

Причина всеобщего согласия с тем, что дальнодействие невозможно, кроется, скорее всего, в том, что тяготение считается внутренним свойством тела, чем-то похожим на упругость. Упругость присуща телу независимо от наличия других тел. Но является ли тяготение неотрывным внутренним свойством тела, подобно упругости? Закон всемирного тяготения говорит о минимум двух телах. Два тела обязательно притягиваются. По Эйнштейну “тяготение” присуще и одному телу, ибо оно “искривляет” пространство. Но теория Эйнштейна приводит ко множеству противоречий, на неё лучше не опираться.

Механизм “передачи на расстояние” статических сил гравитации

В статье [5] обращено внимание на то, что в учебниках физики электрические поля заряженных тел представляют в виде источников или стоков постоянных (вечных) электрических потоков. Так как из трёхмерных источников конечного объёма не может вечно истекать какая-либо жидкость, то сделан вывод, что электрически заряженные тела являются только индикаторами некоторых электрических потоков, направленных в каждой точке пространства с одинаковой интенсивностью в любом направлении навстречу друг другу и потому являющихся неизмеримыми (квазинулевыми). Исследование свойств частиц этого потока привело к созданию возможного механизма возникновения сил природы и выявлению связи между ними [5]. Вследствие этого частицы электрического поля названы автором “по традиции” частицами эфира. Сама статья названа “Доказательством существования эфира”. Однако описанный автором “эфир” не является передаточной средой. Поэтому полученный по статье [5] “эфир” далее лучше называть для однозначности квазиэфиром, ибо у него нет обязанности служить передаточной средой. Силы тяготения между двумя массами возникают, но они не передаются от одного тела к другому через последовательность точек пространства, а являются следствием своего рода экранирования одного тела другим от летящих из бесконечности частиц квазиэфира.

Этот механизм несколько отличается от известных экранных теорий (см., например, [6]) прежде всего тем, что частицы квазиэфира летят из бесконечности, и, кроме того, квазиэфир является двухкомпонентным, т.е. состоит из частиц двух родов (оба рода частиц являются хорошо нам известными частицами электрического поля [5]). Частицы квазиэфира обладают свойством проходить сквозь другие частицы квазиэфира, никак не влияя на их дальнейший полёт. Всё это является следствием единственного предположения, сделанного автором, о том, что эти потоки состоят из дискретных частиц [5]. Это можно обосновать тем, что поток газа любой начальной плотности из источника малых размеров на бесконечном удалении превратится в поток отдельных частиц, летящих без какой-либо связи друг с другом. На заре развития электричества этот поток считали своего рода жидкостью. Жидкостью этот поток тоже не может быть, так как жидкость обладает свойством несжимаемости, вследствие чего скорость потока жидкости должна была бы падать по мере отдаления от объёмного источника обратно пропорционально квадрату расстояния. Радиус электрона равен r_e = 1,2 ∙10^-15 м. Предположим, что скорость истекания электрической жидкости из электрона равна 3 ∙10⁸м/сек. Уже на расстоянии в 1 м от электрона скорость течения жидкости должна была бы упасть до 2,08∙10^-22м/сек. Такое малое значение скорости течения электрической жидкости показывает, что мы в течение всей своей жизни не успели бы заметить появление статического электрического заряда, помещённого на расстоянии в 1 м от нас. А так как мы совершенно спокойно и без каких-либо заметных временных задержек экспериментируем со статическими зарядами, то мы должны были бы принять, что скорость электрических потоков из электрона или протона на много порядков превышает световую. В противном случае мы должны придти к выводу, что электрический поток не является жидкостью. Хотя автор данной статьи не является сторонником теорий Эйнштейна, второй вывод кажется ему всё-таки более предпочтительным.

Что же касается свойства частиц квазиэфира проходить друг сквозь друга без какого-либо взаимодействия, то и оно было не постулировано, а явилось следствием принятия вышеозначенного безобидного предположения. В оправдание этого следствия надо сказать, что свойства частиц квазиэфира, возможно, вовсе не обязаны повторять свойства известных нам реальных (наблюдаемых нами) частиц.

В соответствии с гипотезой по статье [5] силы, действующие на тело, возникают вследствие взаимодействия летящих из бесконечности частиц квазиэфира с протонами и электронами. Это явно близкодействие. Протоны и электроны являются друг для друга “экранами”. Любое тело также является частичным “экраном” для другого тела. В результате этого действующая на любое тело сила, направлена в сторону другого. При этом нет никакой передачи силы последовательно через все промежуточные точки пространства. Точнее, взаимодействие тел полностью отсутствует, оно нам только кажется. Т.е., при рассмотрении двух тел мы имеем дальнодействие, но оно кажущееся.

Таким образом, то, что не могли себе представить, что считали невозможным Ньютон и Максвелл, было только обманом нашего восприятия. Силы, действующие на тела, возникают в результате столкновения частиц квазиэфира с элементарными частицами, т.е. в результате “близкодействия”. В этом Ньютон был прав. Сами возникающие силы, действующие между двумя телами, можно назвать дальнодействующими, ибо никакой передаточной среды не существует. Но, с другой стороны, сами тела вовсе не взаимодействуют друг с другом, а взаимодействуют только с частицами квазиэфира. Поэтому при желании можно говорить, что у нас нет передающей среды, но нет и дальнодействия.

Чтобы в описываемой ситуации не отправиться в сумасшедший дом, и в то же время иметь возможность составлять совершенно однозначные предложения, надо предварительно договориться, что может называться дальнодействием. А чтобы было возможно об этом договориться, надо до этого быть хорошо знакомым с описываемой в [5] ситуацией. Как мы видим, собака снова кусает себя за собственный хвост. Но проблема эта не совсем физическая, а скорее терминологическая (словообразовательная). У нас нет взаимодействия двух “притягивающих друг друга тел”, а есть взаимодействие этих двух тел с частицами квазиэфира. Можно сказать, что мы имеем дело с кажущимся взаимодействием двух тел, точно так, как мы имеем дело с кажущимися источниками электрических потоков. Если применять слова “кажущееся взаимодействие тел на расстоянии”, то вслед за Ньютоном мы можем с убеждённостью сказать, что никакого дальнодействия не существует. Применение понятия о кажущемся взаимодействии позволяет однозначно описывать подобные явления.

“Передача” электрических сил

Механизм возникновения электрических сил очень похож, но для их возникновения необходимо, по крайней мере, по статье [5], чтобы квазиэфир состоял из двух различного рода частиц, переходящих при взаимодействии с “заряженными” телами друг в друга. Электрические силы возникают как в результате экранирования друг друга от летящих из бесконечности частиц квазиэфира, так и в результате прохождения сквозь них частиц определённого рода. Передаточной среды не существует, “заряженные” элементарные частицы взаимодействуют только с частицами квазиэфира. Статические силы, возникающие между “заряженными” телами, можно так же, как и в случае гравитации, при желании назвать дальнодействующими, хотя и они возникают в результате “близкодействия” при взаимодействии с частицами квазиэфира.

Близкодействующими в известном смысле слова являются только силы ядерные, ибо они возникают только при прямом контакте двух протонов. Но и эти силы являются только следствием взаимодействия с частицами квазиэфира.

Динамика и передача энергии

До сих пор мы не говорили о том, что как электрически нейтральные, так и электрически заряженные тела могут находиться в движении относительно друг друга или начать перемещаться в результате возникающих между ними сил. Так как частицы квазиэфира имеют конечную скорость, то учёт движения элементарных частиц приводит к изменению действующих на них сил взаимодействия с частицами квазиэфира. Разность между статическими силами и действительно возникающими силами можно назвать динамическими или “магнитными” силами. Динамические силы можно назвать и силами запаздывания. Но нет передачи силы от одного тела к другому через промежуточные точки пространства.

Изменение квазинулевого потока частиц квазиэфира при взаимодействии с неподвижными заряженными частицами мы (см. [5]) воспринимаем как статическое электрическое поле. При этом возникают статические силы. Изменение статического электрического поля под действием движения заряженных частиц мы воспринимаем как магнитное поле. Изменение электрического и магнитного поля под действием ускоренного движения заряженных частиц мы воспринимаем как переменное электромагнитное поле или как электромагнитное излучение. (Имеется ввиду наличие только элементарных заряженных частиц)

Исходя из этого, мы видим, что различных механизмов возникновения различных сил, электрических или магнитных полей, излучения электромагнитных полей не существует. Механизм этих явлений всегда один и тот же – всё это различные проявления взаимодействия элементарных частиц с частицами квазиэфира в зависимости от состояния движения элементарных частиц.

Это же, разумеется, относится и к свету. В статье [7] показано, что излучение энергии (в том числе и света) должно происходить при колебаниях электрона относительно своего положения равновесия в атоме. Эти быстрые колебания электрона приводят к соответствующим (быстрым) изменениям потока частиц квазиэфира, воспринимаемые нами как свет. (Этим мы почти один к одному повторили слова Гюйгенса: “Свет возникает благодаря толчкам, которые движущиеся частицы тел наносят частицам эфира”). Никакой передаточной среды или передаточного механизма это явление также не требует.

Мы видим здесь определённую аналогию со звуком. Звук является достаточно быстрым отклонением от статического давления в жидкости или в газе, возбуждаемого источником в окружающей среде и воспринимаемого приёмником, находящимся в той же или в подобной среде, т.е., он переносится средой. Свет также является быстрым отклонением от квазинулевого потока квазиэфира. Так же, как и звук, он переносится во все стороны от точки возникновения. Но для его переноса не нужна переносящая свет среда, так как подобная среда не нужна для движения частиц квазиэфира.

Сравнение с принятым воззрением

Мы видим, что показанный механизм не предъявляет никаких особых требований к устройству “элементарной” частицы. Если же мы обратимся к квантовой механике, то элементарная частица электрон должна обладать невероятно сложным устройством. Электрон должен излучать и поглощать не только бесконечную серию квантов различной, но строго определённой энергии, соответствующей определённому атому, но и, попав в состав другого атома с другим зарядом ядра, переключаться на соответствующую бесконечную серию совершенно других значений энергий. Сам механизм излучения или поглощения энергии при этом совершенно неизвестен. Мы знаем только, что электрон каким-то образом поглощает или излучает кванты. Про способ решения электроном (!) проблемы – поглощать или отражать подлетающий квант, лучше не говорить - для этого ему надо бы обладать не только мыслительными способностями, но и высокоточными измерительными приборами.

Заключение

Понимание того, что передача силы на расстояние – это на самом деле передача энергии, позволяет понять, что физики очень долго смотрели на один и тот же процесс, как на два совершенно различных. Не удивительно поэтому, что эти, казалось бы, совершенно различные процессы выглядят и формулируются также одинаково. Физики уже давно пришли к выводу, что передача энергии может происходить без посредства среды. Если бы на передачу гравитационной и электрической силы раньше посмотрели как на передачу энергии, то, возможно, уже раньше догадались бы, что “эфир” не должен быть передаточной средой.

Разумеется, “вечное” движение планет вокруг Солнца по практически одной и той же траектории никак не наталкивало на мысль, что при этом происходит передача энергии, и что этот процесс очень сродни передаче электромагнитной энергии через пустое пространство.

Литература

2. A.Einstein, Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt, Annalen der Physik, Band 17, S. 132-148, Verlag von Johann Ambrosius Barth, Leipzig, 1905

3. Ф. Винтерберг, Мир Эйнштейна и кризис современной физики. Доклад на конференции “Физические интерпретации теории относительности – IX”, 3-6 сентября 2004 г., имперский колледж, Лондон

4. Дж. К. Максвелл. Трактат об электричестве и магнетизме, т. 1, 2, Оксфорд, 1873. Пер. с англ. Наука, М., 1989.

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Механизмы излучения энергии и передачи сил на расстояние