Быстрее света
Согласно этой теории относительности Эйнштейна, многие характеристики физических объектов, такие, как масса, энергия, а также характер течения времени зависят от изменения системы отсчета, являются относительными. Отсюда и само название: теория относительности. Однако, по мнению некоторых физиков, название это не совсем удачно.
С точки зрения современной науки любое утверждение имеет физический смысл только тогда, когда оно инвариантно, т. е. не зависит от выбора системы отсчета или может быть выражено в форме, не зависящей от выбора системы отсчета. Поэтому и в теории относительности главным, основным является не столько изучение понятий, которые изменяются при переходе от одной системы отсчета к другой, сколько выявление физических величин, которые остаются при подобных преобразованиях неизменными, инвариантными. В связи с этим гораздо точнее было бы назвать теорию относительности теорией инвариантности.
Одним из главных инвариантов теории относительности является скорость света в вакууме, которая постоянна и одинакова в любых системах отсчета, независимо от того, с какими скоростями они движутся друг относительно друга. В то же время теория относительности утверждает, что никакие физические воздействия не могут распространяться со скоростями, превосходящими скорость света. Это фундаментальное требование получило целый ряд убедительных подтверждений, и в той мере, в какой оно относится к космическим, макроскопическим и молекулярно-атомным явлениям, оно не вызывает каких бы то пи было сомнений.
Что же касается еще более малых областей, то, по мнению ряда ученых, не исключено, что для описания происходящих там явлений придется создать особую теорию, отличающуюся определенным образом от теории относительности.
Предвидеть заранее, как она будет выглядеть, к сожалению, нельзя. Но одно можно утверждать совершенно точно. Какова бы ни была новая теория, она должна удовлетворять чрезвычайно важному требованию, вытекающему из фундаментального принципа физики — принципа соответствия. Требование это заключается в следующем: как бы сильно пи отличалась новая теория от теории относительности на ультрамалых расстояниях, при увеличении расстояний до обычных молекулярно-атомных она должна переходить в теорию относительности или, во всяком случае, согласовываться с ней.
Как и любая физическая теория, теория внутриядерных процессов нуждается для своего развития в соответствующих экспериментальных данных. Однако теоретический попек разведывательного характера не только возможен, но и правомерен уже на современном уровне знаний.
Разумеется, на данном этапе этот поиск приходится осуществлять главным образом путем разного родя логических построений. Поскольку делаются попытки построения такой теории, которая должна заведомо отличаться от теории относительности, то они, очевидно, должны быть связаны с отказом от некоторых положений теории относительности при переходе к ядерным расстояниям.
Одна из таких попыток заключается в том, что в ультрамалых областях допускается распространение физических воздействий со скоростями, превосходящими скорость света в вакууме. Над разработкой этой оригинальной теории, получившей название «нелокальной», и в настоящее время трудятся многие ученые, в том числе сойотские физики.
Отказываясь от запрета сверхсветовых скоростей, нелокальная теория сохраняет все остальные положения специальной теории относительности. В частности, сохраняется инвариантность основных уравнений при переходе от одной системы отсчета к другой, движущейся относительно нее равномерно и прямолинейно.
Но если физические воздействия могут распространяться со скоростями, превосходящими скорость света, то это означает, что в сверхмалых областях пространства возможны нарушения так называемой причинности.
Принцип причинности — одно из фундаментальных положений современной науки. Наиболее общая формулировка этого принципа была дана известным советским физиком академиком Н. Н. Боголюбовым. Любое событие, происходящее в физической системе, может оказывать влияние на эволюцию этой системы лишь в будущем и не может оказывать влияния на поведение системы в прошлом.
В обычных условиях принцип причинности никогда не нарушается (по крайней мере нам такие случаи неизвестны). Но если допустить возможность сверхсветовых скоростей передачи сигналов, то временной порядок событий окажется неопределенным — он будет зависеть от выбора системы отсчета. Другими словами, причины и следствия могут в этом случае меняться местами.
Но, как уже было сказано, мы вправе ожидать, что если даже в субатомных областях действительно происходят столь «странные» явления, то при переходе к обычным молекулярно-атомным расстояниям должен вновь вступать в силу запрет сверхсветовых скоростей.
Следовательно, для того чтобы нелокальная теория имела право на существование, необходимо доказать, что отказ от мнкропричинности не приводит к нарушениям макропричинности.
Однако именно в этом вопросе новая теория сталкивается с весьма серьезными трудностями, так как строго доказать положение, о котором идет речь, в общем виде пока не удается. Это может означать, что либо такое доказательство просто еще не найдено, либо новая теория недостаточно совершенна, либо, наконец, что существуют такие пока еще абсолютно неизвестные нам условия, при которых причинность действительно может нарушаться.
Необходимы дальнейшие исследования, и очень возможно, что окончательный ответ па этот волнующий вопрос, имеющий чрезвычайно важное значение для развития наших представлений о строении материн и закономерностях окружающего пас мира, будет получен уже в ближайшем будущем.
Кто-то из историков естествознания условно разделил всех исследователей природы на реалистов и романтиков. Первые признают только точно установленные, хорошо проверенные факты, последовательно и терпеливо движутся от одного к другому. Вторые — постоянно стремятся к новому, неизведанному, они склонны к оригинальным обобщениям, смелым прогнозам. Они не боятся идти наперекор общепринятым научным представлениям...
Видимо, эти два типа ученых существуют не случайно и не только потому, что есть люди с разными склонностями и различным строем мышления. Их породил сам процесс развития науки: и те и другие необходимы для ее успешного движения вперед.
Если тщательное и всестороннее освоение достигнутых рубежей и постепенное, последовательное возведение очередных ступеней лестницы познания составляет фундамент науки, то смелые теоретические догадки и захватывающие воображение невероятные идеи, какими бы фантастическими они порой ни казались, обладают колоссальной эвристической силой (т. е. способствуют открытию нового) и способны оказывать на процесс научного исследования существенное влияние.
В изучении Вселенной эти два подхода к исследованию природы особенно заметны. У некоторой части ученых существует явное стремление любой вновь открытый факт во что бы то ни стало объяснить с точки зрения надежно апробированных привычных теорий. Вероятно, is какой-то степени подобный подход является следствием господствовавшей не так давно в астрономии точки зрения, согласно которой все законы и закономерности физических явлений, происходящих во Вселенной, уже изучены настолько хорошо, что исходя из них можно чисто логическим путем построить модель любого космического объекта и процесса его развития.
Однако само существование непредсказуемых, специфических явлений, т. е. явлений, которые невозможно было предвидеть, исходя из того, что уже известно (а при изучении Вселенной мы встречаемся с ними постоянно), показывает ограниченность подобного метода.
Действительно, в эвристическом отношении модели, построенные чисто логическим путем на базе известных фактов, как правило, давали лишь незначительные результаты. Так, например, развиваемая подобным путем теория происхождения звезд в результате сгущения межзвездного газа, по существу, не предсказала ни одного сколько-нибудь важного явления. Более того, открытые в последние годы нестационарные процессы оказались для подобной теории настолько большой неожиданностью, что ее сторонники долгое время просто отрицали их существование.
Если Вселенная неисчерпаема, а физические законы сводятся не только к тем, которые нам уже известны, то на первое место выдвигаются реальные факты, те процессы п явления, которые мы наблюдаем и космосе и которые, как мы уже отмечали, по многих случаях нельзя предвидеть, исходя из одних лишь теоретических предпосылок. В частности, и космических масштабах могут проявляться такие свойства материи, такие свойства элементарных частиц, которые незаметны в обычных земных условиях.
Поэтому для объяснения «неожиданных» результатов наблюдений паука вправе привлекать и «неожиданные» гипотезы, выходящие за рамки известных в настоящее время законов физики.
Определенный риск, разумеется, есть, но он вполне оправдан. «Невероятные» идеи уже не раз приводили к выдающимся результатам. Во всяком случае новейшие открытия в астрономии все в большей и большей степени подтверждают справедливость именно такого подхода к изучению Вселенной.
Разумеется, для того, чтобы «создавать» «безумные» идеи, необходимо прежде всего освоить весь предыдущий объем знаний. Кроме того, по всей должно соблюдаться чувство меры. Одно лишь «безумство» идеи само по себе еще не может служить свидетельством ее плодотворности. В фундаменте любой идеи, даже самой экстравагантной, всегда должны лежать реальные факты. Но, разумеется, и одних фактов, пусть даже самых удивительных, еще мало для того чтобы родилась новая теория. Теории не рождаются сами собой — их создают люди. В науке нередко бывает так, что все необходимые факты налицо, а соответствующая теория создается лишь много лет спустя. Создается тогда, когда появляется человек, способный это сделать. Опыты Майкельсона, которые легли в основу теории относительности, были сделаны в 80-х годах прошлого столетия. Но эти теория была создана лишь в начале XX столетия, когда появился Эйнштейн.
Современные астрономия и физика находятся в ожидании новых обобщающих теорий. И очень возможно, что все необходимые наблюдательные и экспериментальные данные для этого уже есть. Дело за теоретиками...
В одной из первых глав этой книги мы говорили, что согласно подсчетам ученых в современную эпоху объем научной информации, которой располагает человечество, удваивается примерно за каждое десятилетие. Это значит, что в ближайшие десять-пятнадцать лет нам предстоит стать свидетелями открытий, достижений и коренных преобразований научных представлений, равных по значению всему тому, что произошло в естествознании за все предшествующие долгие века.
А произошло ведь немало. Только в области астрономии и физики — это революционное учение Коперника, геометрия Лобачевского, теория относительности Эйнштейна, квантовая механика, теория происхождения Земли и планет, гипотеза кварков, кибернетика, открытие звездных ассоциаций и квазаров и многое-многое другое...
Революция в физике, которая произошла па рубеже XIX и XX вв., в основных чертах уже завершилась. Успехи физики нашего времени — результат применения уже известных теорий. И хотя революция в физике еще продолжается в форме проникновения физических методов в другие науки, роль лидера естествознания, возможно, переходит к какой-то другой науке.
Немалые шансы сделаться в ближайшие годы таким лидером имеет астрономия, ибо именно астрономические наблюдения приносят нам наиболее частые сообщения о совершенно новых объектах, попытки объяснения которых с точки зрения фундаментальных физических теорий встречаются с огромными, быть может, принципиальными трудностями.
Каскад открытий ждет нас в недалеком будущем. Возможно, эти открытия будут связаны с фактами, которые еще предстоит обнаружить и которые пока еще мы не можем предвидеть даже приблизительно. Но не исключено, что факты, необходимые для создания принципиально новых теорий, в распоряжении современной науки уже имеются и дело только за новыми идеями.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |