Об идеологических основах новой физики

(Цикл лекций)

Автор считает, что кризис современного естествознания вынуждает ученых пересматривать методологию науки. Чтобы сделать переворот в физике, нужно обратиться к ее первоосновам, базовым понятиям, и попробовать переосмыслить их, исходя из иных методологических посылок. Давайте задумаемся о природе движения, тепла – заново, пишет автор, и этим самым мы сделаем шаг на пути переосмысления всего и вся. Автор предлагает модель уровневой физики, которая допускает иерархию физических явлений, процессов и рассматривает их развитие по уровням. Также рассматривается несколько базовых постулатов новой физики: активный – значит, энергетически выгодный (первый постулат), симметрия – вторичное, или вынужденное, свойство (второй постулат), сначала горячее, потом – холодное (третий постулат), пространство – абсолютное, но не такое, как у Ньютона (четвертый постулат), и др.

Введение

На рубеже XX-XXI веков физика переживает затянувшийся кризис. Вернее, не одна только физика. Большинство дисциплин в той или иной степени чувствуют, что исчерпали возможности интенсивного развития, постепенно перейдя в область экстенсивного. Мы можем говорить о кризисе естественных наук как таковых.

Разумеется, кризис не проявляется на нижних, первичных уровнях – он мало касается повседневной лабораторной работы, редко забредает в студенческие аудитории и уж совсем старается не соваться в учебную и научно-популярную литературу. Зато он затронул высшие научные сферы. Чем выше уровень, тем больше конкретика сменяется абстракцией и тем глобальнее становятся теории. На самом верху царит, по сути дела, уже не наука, а мировоззрение, определенная философская парадигма, с позиции которой осуществляется организация деятельности всех нижних этажей. Нельзя усомниться в данных экспериментов, произведенных в первичной лаборатории, но можно трактовать результаты экспериментов при объединении их с другими результатами в том или ином ключе, в соответствии с мировоззренческими установками лидеров и идеологов науки. И в зависимости от того, каковы эти установки, будет дана оценка всей экспериментальной работе в целом, отдано предпочтение тем или иным направлениям. И наука соответственно также пойдет в ту или иную сторону.

Сегодняшнее состояние науки – физики в частности – удивительным образом напоминает то, которое сложилось сто лет назад, на рубеже XIX–XX вв. Тогда физику тоже поразил затяжной кризис, закончившийся открытием фотона, а заодно и всего квантового мира. Но нас должно настораживать вот что: сто лет назад тогдашние физики в своем большинстве были искренно убеждены, что улучшить физику, коренным образом пересмотреть ее невозможно. Сегодня, сто лет спустя, мы встречаемся с такими же точно суждениями. Инерционность мышления заставляет ученых защищаться: они считают, что если им лично не дано увидеть новый путь, значит, такого пути не существует вовсе.

Более прозорливые из ученых всегда понимали, что в физике «где-то что-то не то». Ужасно разочарованным, подавленным ушел из жизни Альберт Эйнштейн; говорят, перед смертью он произнес: «Я умираю не как физик, но как мистик». Мучился от сознания чего-то неуловимо ошибочного в современной науке и  Лев Ландау. Он писал: «…Основные представления о пространстве и времени, а также основные законы, которые мы до сих пор считали несомненными, в чем-то нехороши. Где-то в фундамент науки надо внести поправки» («Физика для всех». – М., «Наука», 1974, с.391).

Итак, фундамент науки. Высший ее этаж – с точки зрения не архитектурного строительства, а исходных постулатов, пронизывающих всё здание сверху донизу. Чем выше уровень, тем абстрактнее, тем больше философии. Т.е. сам фундамент науки не является прерогативой первичных лабораторий и научно-исследовательских центров. Он отдан на «съедение» мыслителям, часто даже не знающим, как лаборатория выглядит.

Сделать переворот в физике, как и в любой науке, в принципе не так сложно. Нужно просто пройти в самое начало и пересмотреть его. Физика начинается с движения (механики)? Давайте задумаемся о природе движения – заново, и этим самым сделаем шаг на пути переосмысления всего и вся. «Незнание движения необходимо влечет незнание природы», – писал в свое время Аристотель.

Давайте рискнем сказать «всё наоборот» – там, где многие другие «наоборота» не ждут, потому что привыкли работать в русле устоявшихся определений. Мы не можем знать наверняка, чем закончится такой «научный» спор. Но, возможно, он и внесет свою лепту в дело вывода науки из затянувшегося кризиса. Известно, что даже отрицательный результат – тоже результат. Так что, по крайней мере, попробуем.

Лекция I.

Постулат номер один: активный – значит, энергетически выгодный

Рассмотрим общепринятый взгляд на вещи: чем больше мы совершаем различных действий, чем мы «непоседливей», чем больше мы успеваем там и тут, тем соответственно мы энергичней, – во всяком случае, так считается. Вывод: активность соответствует большим затратам энергии.

Ниже под «активностью» мы будем понимать совокупный термин, включающий в себя ряд понятий: «быстрота», «стремительность», «большой объем полезной работы», «большое число производимых (конструктивных) действий», «нечто, что оставляет реальный след деятельности», а также «лучшая координация и лучший контроль». Соответственно высшая активность есть предельная быстрота и стремительность, максимально возможный объем деятельности, полезной работы, оптимальная координация и контроль в системе. Термин «активное» можно трактовать несколько размыто, абстрактно (поскольку высший уровень предполагает продвижение от конкретного к абстрактному); главное, чтобы общий смысл термина был в целом понятен всем и каждому.

Активность предполагает оптимальность. Активный человек будет двигаться с оптимальной для него скоростью в данной среде и данных обстоятельствах; если он попробует бегать с марафонской скоростью, то вскоре устанет и резко снизит активность; поэтому нужно различать иллюзорную (видимую) активность и активность действительную, по-настоящему оптимальную. Видимое не значит действительное.

Итак, мы договорились о терминах. Вернемся к первому абзацу этого раздела и еще раз рассмотрим его. Более активное тело (с физической точки зрения) затрачивает больше усилий и, естественно, больше энергии.

Правильно?..

Здесь мы высказываем несогласие и вводим первый «наоборот». Если мы этого не сделаем, то неизбежно придем в тупиковую ситуацию и запутаемся в собственных рассуждениях. И вот почему.

С XVIII века в физике известен т.н. принцип наименьшего действия. Его автор – французский ученый Мопертюи был настолько очарован собственным открытием, что в конце концов посчитал себя посланцем Господа, которому поручено сообщить об открытии людям, и на этой почве сошел с ума. А открытие действительно стоящее. Смысл его в том, что тело, предоставленное само себе, из всего набора действий выберет наименьшее, т.е. самое экономное с точки зрения затрат энергии. Вот, допустим, вилка падает на землю. Падает ли она по прямой? Да. Путь ее неаберрирован (аберрация – искажение, отклонение от прямого пути). Если бы она сама собой, без внешнего воздействия – скажем, если ее специально не кидали под углом, – «захотела» упасть на пол не прямо, а криво, описывая в воздухе всякие параболы и восьмерки, то ей пришлось бы решать кучу дополнительных проблем: сопротивление воздуха, ускорение под действием силы тяжести и т.д. и т.п. Поэтому вилке «выгодней» упасть прямо. Это соответствует оптимальному, или наименьшему.

Природа всегда стремится к экономии затрат. Она поразительно экономна и расчетлива. Она никогда не потратит ничего лишнего . Если кто-то или что-то тратит лишнее, значит, он (оно) по существу не выполняет требования природы. Затраты должны быть оптимальными: и не чересчур малыми (чтобы действие было доведено до конца), и не чересчур расточительными (чтобы исключить непроизводительные потери). Как бы сказали математики, необходимыми и достаточными. Это есть оптимально. И это соответствует наименьшему – из возможных.

Вернемся к активности. Согласно первому абзацу раздела, активность предполагает больший расход энергии. Следовательно, активность не удовлетворяет принципу наименьшего действия?! Чем стремительнее, чем производительнее, тем… хуже с точки зрения природы?! Но это – идеология лентяев, бездельников!

Нет, мы вводим «наоборот». И говорим: активность должна удовлетворять принципу наименьшего действия, иными словами, активность предполагает экономию затрат. Наивысшая активность означает предельно минимальный расход энергии. Именно это должно быть оптимально.

Рассмотрим: тело падает на землю. Свободно и по прямой. Скорость его постоянно меняется в зависимости от ускорения свободного падения. И все же мы можем вычислить среднюю скорость, которая зависит от высоты и времени полета. Допустим далее, что тело вдруг само собой решило падать с аберрацией, т.е. не по прямой, а по кривой; при этом его падение по-прежнему остается свободным, без воздействия каких-либо сил, кроме силы притяжения (гипотетическое свободное криволинейное падение). В последнем случае пройденный телом путь увеличится, время в пути также возрастет и соответственно изменится ускорение: при криволинейном движении ускорение слагается из нормального и касательного (т.е. в данном случае дополнительного) ускорений. Отсюда: средняя скорость тела при свободном криволинейном падении на землю должна по идее несколько уменьшиться.

При свободном прямолинейном падении тело должно развивать большую скорость, чем оно развивало бы, если бы падало свободно криволинейно.

Часть энергии тела будет – в последней, гипотетической описанной ситуации – тратиться не на полет тела к земле, а на преодоление возникших препятствий, в частности на то, чтобы «заставить» тело двигаться по кривой при постоянном стремлении к выпрямлению пути, т.е. движению по касательной. Иными словами, часть энергии будет расходоваться непроизводительно, если под «производительностью» подразумевать цель – падение (свободное, криволинейное) на землю. Из-за этого кинетическая энергия тела будет несколько меньше, и это повлияет на «торможение». При свободном прямолинейном падении, которое мы реально имеем в жизни, вся энергия будет тратиться строго «по целевому назначению», т.е. непроизводительных затрат быть в этом случае не должно, и кинетическая энергия – энергия движения – окажется максимальной.

По определению, активность – см. – предполагает быстроту, скорость, стремительность. Т.е. тело, движущееся прямолинейно, является более активным, чем тело,  движущееся криволинейно. По принципу наименьшего действия любое тело стремится выбирать более активное состояние, в результате чего возрастает его скорость (до оптимальной для данной среды) и произведенная полезная работа. Отсюда: замысел природы заключается в стремлении избежать аберраций. Если можно выбрать прямой путь (наименьшее), то выбирается прямой путь. И именно это позволяет: а) сэкономить энергию, б) увеличить стремительность, скорость, полезную работу, активность в целом до оптимального.

Заметим: если раскрутить на веревке груз, а потом отпустить его, то груз полетит вперед по касательной к ранее описываемой окружности. Было криволинейное движение – стало прямолинейное. Было аберрированное (под воздействием силы, нашей силы) – стало неаберрированное (при прекращении действия силы). Т.е. тело освободившееся, предоставленное само себе, немедленно выберет прямой путь – по инерции, в соответствии с принципом наименьшего действия. Причем скорость его в данных условиях будет максимально возможной. Свобода означает активность. Ограничение свободы (приложение силы извне) – подавление естественной активности.

Тела сохраняют «упорство» в выборе оптимального для них состояния: они стремятся, в соответствии с принципом наименьшего действия, к движению по инерции, которое предполагает: а) отсутствие внешнего воздействия, б) максимальную активность и в) минимальные затраты энергии.

Об «упорстве» тел говорил в свое время Ньютон. Вот оригинальная трактовка его первого закона механики: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя и равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние». Более поздняя физика по существу исказила смысл ньютоновской формулировки, убрав упоминание об «упорстве» тел: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, если действие со стороны других тел не изменяет этого состояния» (современная трактовка).

Не признавая «упорства» – стремления к оптимальному, наименьшему, энергетически выгодному, нынешняя физика по сути дела недооценивает принцип наименьшего действия, введенный Мопертюи, и отводит ему вторичную роль. И по существу выхолащивает понятие «активность», допуская саму мысль о том, что активность соответствует наивысшему расходу энергии. Т.е. большие затраты энергии в этом случае идеологически не возбраняются.

Это возможно в том случае, если исказить смысл категории «активность», «активное». Здесь под «активностью» будет пониматься видимая, бросающаяся в глаза активность. Чем больше суетишься, тем активней. Если фирма демонстрирует лихорадочную деятельность своих сотрудников, значит, она работает активно. Если на кафедре успешно защищается множество диссертаций, значит, работа ведется активно. Качество подменяется количеством. Подобный подход предполагает экстенсивность освоения темы вместо интенсивности, интерес к структуре вместо интереса к функции, наконец, упор на внешнюю (видимую) сторону процесса при игнорировании внутренней (невидимой, но также реально существующей).

Представим себе человека, который сидит в лодке и гребет – сильными, уверенными движениями. Он активен? Безусловно, – на первый взгляд. Потому что на второй взгляд может оказаться, что он гребет против течения и, в конечном счете, не движется, а стоит на месте. В таком случае чего стоит его активность? Расхода энергии действительно много, а выхлопа нет. Это пример видимой активности.

С другой стороны, он мог бы и не грести вообще, но двигаться к своей цели, пользуясь течением реки или парусом. В этом случае активность его вроде бы невидима, но она есть – проявляется в том, что замысел гребца будет реализован на практике. При минимуме расхода энергии. Это – действительная активность .

Действительная активность не тождественна видимой; действительная активность есть активность высшего уровня. Она и не должна быть видна. Иисус Христос не развивал какой-то сумасшедшей, лихорадочной деятельности – он спокойно и не торопясь ходил из города в город со своими учениками и в результате изменил мир.

Если мы видим перед собой ярко выраженную активность, мы имеем право усомниться в ее продуктивности. Работу правительства обычно замечают тогда, когда правительство работает плохо.

Активность есть норма, а норму мы, как правило, не должны замечать. Замечается лишь отклонение от нормы.

Поэтому нельзя требовать от активности наивысшего расхода энергии – скорее, наоборот.

Всякое тело стремится к экономии энергии и, таким образом, к самому активному состоянию. При экономии энергии тело движется по инерции, прямолинейно, не ускоренно (ему ничего не мешает, тело избавилось от воздействия внешних сил), и именно в таком случае скорость тела оптимальна. А поскольку энергия экономится, тело как система существует дольше. Такое состояние более устойчивое. Мы знаем, что наиболее устойчивое состояние соответствует кинетической энергии (энергии движения), т.е. чем активней тело – в смысле: чем оно быстрее движется и чем оно устойчивей, – тем больше кинетическая энергия и соответственно тем меньше энергия потенциальная (покоя).

Вывод: принцип наименьшего действия заставляет тела выбирать кинетическую энергию вместо потенциальной, т.е. предпочитать движение покою. При недооценке принципа наименьшего действия мы тем самым по существу недооцениваем кинетическую энергию и движение вообще, не делая качественной разницы между движением и покоем.

Система, которая движется, дольше «живет» по сравнению с системой, которая покоится, т.к. она меньше расходует энергию и тем самым меньше «устает».

Что выгоднее человеку: стоять на месте или идти? Физика, биология, физиология подсказывают: когда человек движется (с оптимальной скоростью), он меньше затрачивает энергии, чем когда просто стоит, поскольку при ходьбе часть мышц вследствие инерции тела отдыхает, а при стоянии задействованы практически все мышцы. Следовательно, если мы идем, то меньше устаем.

Посмотрите на людей, ожидающих автобуса на остановке: большинство просто стоит и ждет. Они быстрее устанут. Те, кто энергичнее, прохаживаются туда-сюда (имеется в виду не разовое нервозное состояние, а, так сказать, постоянная потребность тела). Энергичных меньше. Почему? Они реже ездят на автобусах – их энергии хватает на покупку автомашин, и они воспроизводят энергию вновь и вновь, потому что расходуют ее экономней. Уровень жизни этих людей в целом выше. И основная тенденция просматривается ясно: чем выше уровень жизни, тем в целом больше продолжительность жизни, бесконечная активность продлевает жизнь. Люди меньше устают от жизни. Они подчиняются принципу наименьшего действия, т.е. прямо выполняют закон природы.

Лентяи, неэнергичные, вялые, пассивные люди противятся установкам природы. От этого они больше болеют, испытывают больше проблем в области психики, их организм разрушается скорее, наконец, они просто не умеют добиваться своего. Вместо кинетической энергии – энергии внешнего движения – они выбирают потенциальную энергию, которая просто сжигает их изнутри, оставляя замыслы нереализованными.

Неодушевленная материя не умеет сопротивляться природе. Человек получил разум, но еще не научился им пользоваться – он по недоразумению использует его для сопротивления природе (подобно гребцу, плывущему против течения). На самом деле он должен действовать с природой в унисон, только на другом, отличном от неодушевленной материи, уровне. Неодушевленная материя пассивна, она пассивно подчиняется природе. Разумные формы должны подчиняться природе активно – см. еще раз определение активности, приведенное выше.

Следствия из первого постулата

Тела всегда стремятся к наименьшему (наилучшему, самому выгодному). Системы всегда стремятся к наименьшему (наилучшему, самому выгодному) – таким образом, система дольше существует в качестве системы. Направление развития, согласно установкам природы, одностороннее: от большего к меньшему. Для природы характерна асимметрия:

(ВНИМАНИЕ! Выше приведено начало работы)

Скачать полный текст в формате PDF

© Олег  Бондаренко, 2001