Мир как вакуум

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 42↑

06.12.2001 Хронометраж

1:15:00

Стенограмма эфира

Является ли вакуум синонимом пустоты? Что такое возбужденный вакуум? И как из вакуума рождается жизнь? О структуре, предшествующей и пространству, и времени, и материи доктор физико-математических наук Ростислав Полищук и доктор физико-математических наук Виталий Шелест.

Смотрите также выпуск № 161 «Структура Вакуума».

Позиции:

Полищук

Материя есть возбужденное состояние вакуума.

Вещество наших тел образовано 10 млрд лет назад в недрах сверхновых звезд.

Математика это часть физики.

Математика позволяет строить простые модели социальных процессов: войны, перестройки (в СССР), отношений жертва-хищник.

Пространство, время, материя — это не основные понятия, основным понятием является понятие возбужденного вакуума.

Шелест — неисчерпаемость вакуума.

Живой вакуум — нестатичный, рождающий.

Парадоксы вакуума сходны с парадоксами теории множеств (например, когда часть равна целому).

Материалы к программе

Полищук «Современная физика и проблема вакуума»

«В культурный оборот современного человека полезно вводить новые понятия и интуиции, вырабатываемые современной физикой. Физика есть наука о природе. Наука есть развивающееся с помощью опыта и логики понятие. Таким образом, физика есть понятие природы. Физика в широком смысле слова включает в себя весь спектр частных наук, включая математику и гуманитарные науки, которые имеют дело с природой человека и общества. Для их описания со временем, очевидно, возникнет новый математический аппарат, начало которому уже положено синергетикой».

«Очевидно, что в фундаменте мира нет пространства, времени и материи, а есть более простая фундаментальная структура (пока неизвестная), рождающая пространство-время-материю, которая расщепляется в процессе динамики на пространство, время и материю нашего макромира.

Теолог XIV века Фома Брадвардин утверждал, что может существовать пустота без вещи, но не может быть пустоты без Бога. Квантовая механика запретила эту пустоту Демокрита и Ньютона — ведь тогда одновременно заданы точная нулевая координата поля и нулевая скорость ее изменения. „Коготок увяз — всей птичке пропасть“. Флуктуирующий материальный физический вакуум стал главным, а по сути — единственным физическим объектом. Материя — это возбужденная геометрия вакуума с флуктуирующей броуновской микротопологией, образующей сложный набор структур и субструктур, влияющих друг на друга и в процессе самоорганизации образующих единую систему».

«У Демокрита и Ньютона мир структурирован в пространстве, но каждая частица вечна во времени. Дух релятивизма теории относительности превратил пространство и время в тени, проекции единого четырехмерного мира точек-событий, изменяющиеся при переходе от одного состояния движения наблюдателя к другому, от одной системы отсчета к другой. Этот дух релятивизма подталкивает нас примерять структурированность и к пространству, и ко времени. Если в пространстве Демокрита (но не Платона, у которого оно по сути совпадало с материей, податливой для чисел субстанцией, из которой числа нарезают различные фигуры) бытие (атомы) чередуются с небытием (пустотой), то во времени субстанция должна мерцать, то быть, то не быть, осциллировать между двумя уровнями бытия, флуктуировать.

Эта идея флуктуирования, колебания физической субстанции была реализована, однако, не в теории относительности, но в квантовой механике. Квантовая механика обобщила понятие числа. Афоризм Пифагора „мир есть число“ был первой научной программой-парадигмой. „Мир есть функция“, фиксирующая отображение числовых пространств — это можно считать второй числовой парадигмой, действовавшей от Галилея до Эйнштейна. „Мир есть оператор“ — это третья парадигма, данная квантовой механикой».

«Заметим здесь, что скорость света постоянна для всех движущихся с досветовыми скоростями наблюдателей (чтобы разогнать электрон до световой скорости, необходимо затратить бесконечную массу-энергию, так что столкновение двух таких электронов способно породить вселенную). Если представить себе светового (с нулевой массой покоя, но с ненулевой массой светового движения) наблюдателя, то для него световое движение не есть движение: ведь для него трехмерное пространство из-за его релятивистского вырожденного сокращения становится двумерным Полет до любого объекта требует нулевой затраты собственного времени для преодоления нулевого расстояния. Например, „оседлавший“ фотон барон Мюнхгаузен мгновенно достигает туманности Андромеды и возвращается — и застает Землю постаревшей на 4 миллиона световых лет. Иначе говоря, любые события можно соединить ломаной линией нулевой длины. Световое движение есть скорее релятивистское вырожденное статическое состояние. Здесь возникает проблема объяснить не движение (что было важно для Аристотеля с его абсолютностью состояния покоя), но объяснить покой и досветовые скорости. Покой, конечно, есть стоячая волна, суперпозиция световых движений. Движение материи в макромире вырастает из квантового фундамента мира, в котором может не быть скоростей и их изменений (ускорений), обычного пространства-времени.

Для двух световых времен реализуется только их сумма или разность, дающие время или пространство. Мы предположили, что знак одного светового времени может флуктуировать с планковской частотой (10 в степени 43 циклов в секунду), что дает флуктуирующую сигнатуру пространства-времени. Представим себе часто мигающую лампочку и два „мигающих“ прибора, включаемых и выключаемых с той же частотой. Тогда может оказаться, что один прибор фиксирует только свет, другой — только тьму. Применяя ход мысли Демокрита для квантового мира, можно считать, что мир „мигает“, перевозникает с планковской частотой (рождая гипотетический образ Вселенной как суперкомпьютера с планковской тактовой частотой).

Приведенные рассуждения не имеют доказательной силы, но они свидетельствуют в пользу нашего принципа финитизма: всякое понятие имеет конечный предел применимости. В частности, как заметил Уиллер, имеет предел применимости понятие пространства-времени. Очевидно, что в фундаменте мира нет пространства, времени и материи, а есть более простая фундаментальная структура (пока неизвестная), рождающая пространство-время-материю, которая расщепляется в процессе динамики на пространство, время и материю нашего макромира.

Теолог XIV века Фома Брадвардин утверждал, что может существовать пустота без вещи, но не может быть пустоты без Бога. Квантовая механика запретила эту пустоту Демокрита и Ньютона — ведь тогда одновременно заданы точная нулевая координата поля и нулевая скорость ее изменения. „Коготок увяз — всей птичке пропасть“. Флуктуирующий материальный физический вакуум (но не эфир времен Максвелла, фиксирующий абсолютную систему отсчета) стал главным, а по сути — единственным физическим объектом. Материя — это возбужденная геометрия вакуума с флуктуирующей броуновской микротопологией, образующей сложный набор структур и субструктур, влияющих друг на друга и в процессе самоорганизации образующих единую систему. Плотность энергии флуктуаций вакуума на 94 порядка превышает плотность воды, на 80 порядков — ядерную плотность, так что, как говорит Уиллер (Там же, с. 470), „элементарные частицы в процентном отношении представляют собой пренебрежимо малое изменение в локально бурных условиях, характеризующих вакуум... представляют собой поправки первого порядка к физике вакуума“».

«Во флуктуирующем, „кипящем“ вакууме рождаются и вновь исчезают, схлопываются пары виртуальных частиц (частица и античастица с противоположными зарядами, включая гравитационную массу)».

«Каждое физическое поле имеет свой вакуум как его основное энергетически минимальное состояние (математический вакуум). Физический вакуум отличается от математического наличием „нулевых“ колебаний. Он образует сложную гетерогенную систему, испытывающую релятивистские фазовые переходы при расширении пространства, получаемого из наблюдений и решений уравнений Эйнштейна. Квантовый вакуум взаимодействует с материей и изменяет свое состояние концентрацией массы-энергии в малых областях пространства. Эта концентрация в свою очередь изменяет характеристики материи и пространства-времени. Демокритова „пустота“ неустойчива и распадается с образованием „атомов“, являющихся квантами возбуждения физического поля, понимаемого как поле осцилляторов. Если „пустой“ вакуум представлять как туго натянутую струну или пленку барабана, то „атомы“ отвечают их звучанию.

Геометрия пространства-времени непроизвольно, спонтанно нарушается, и нелинейные уравнения полей дают решения с частицами-квантами, несущими заряды фундаментальных взаимодействий. Если вакуум представлять в виде кристалла (это сравнение — только намек на суть дела, это не теория великого объединения взаимодействий, допускающая взаимопревращение всех частиц друг в друга при сверхвысоких энергиях), то все физические поля, включая гравитационное, отвечают дислокациям этого кристалла с иерархией энергетических и пространственно-временных масштабов.

Например, наша Метагалактика в масштабе миллионов световых лет может считаться в среднем однородной средой. Ее мировые линии образуют временные векторы растущего кристалла нашей Метагалактики, начавшей расширяться около 15 миллиардов лет тому назад. Если мировые линии располагать на равном расстоянии друг от друга (считая, что скорость света постоянна, а каждый элемент среды отсчитывает своими атомными часами длину собственной мировой линии), то расширение Метагалактики (рост расстояний между галактиками, а не расширение самого пространства вместе с размерами планет и атомов) отвечает появлению новых мировых линий. Свободная часть гравитационного поля, отрывающаяся от источников, тоже характеризуется „кристаллом“, ориентированным вдоль градиентов неоднородной кривизны внутри и вне источников вещества».

«Тяжелые элементы наших тел возникли около 10 миллиардов лет тому назад в недрах вспыхивающих сверхновых звезд. Солнце — звезда второго или третьего поколения с возрастом около 5 миллиардов лет. Энергии внутри Солнца хватает только на перегорание легкого водорода в дейтерий. Но возникающая при этом ежесекундная отдача Солнцем примерно пяти мегатонн массы-энергии на излучение (Земле достается одна двухмиллиардная часть этой энергии) достаточна для запуска механизма фотосинтеза на Земле, дающего начало пищевым цепям и всей земной жизни. Через 5 миллиардов лет Солнце частично прогорит, его взрыв внутрь (имплозия) сменится ударной волной и взрывом наружу (эксплозией), наша звезда расширится до размеров орбиты Марса, сжигая Землю.

Частицы-бозоны способны образовывать конденсированные состояния с новыми свойствами — сверхтекучестью, сверхпроводимостью и т. д. Можно рискнуть предположить существование фермионной и бозонной социальной материи с различными социальными функциями, одни из которых требуют одинаковости и отчуждения воли (армия, партия и т. д.), другие — несовместимости и своеобразия (у поэмы один автор, у человека — один отец и одна мать, у народа — один монарх или президент). Здесь преемство происходит не по уставу, а „от свечи к свече“».

«Слоистая структура пространства-времени со слоями дополнительной размерности образована наложением, суперпозицией субструктур, отвечающих различным состояниям силовых полей, переходящих друг в друга. Эти структуры задают вакуумный конденсат, определяющий свойства материи (здесь мы используем книгу Н. Н. Латыпова, В. А. Бейлина и Г. М. Верешкова „Вакуум, элементарные частицы и Вселенная“, М.: Изд-во МГУ, 2001, 232с.). Самоорганизация вакуумных структур производит наш макромир, причем малое изменение свойств вакуума влечет существенное изменение свойств мира».

«Жизнь мы определяем как поток негэнтропии, поддерживаемый притоком энергии с самокоррекцией наследственного кода. На ближайших к Земле планетах либо слишком жарко (на Венере), либо слишком холодно (на Марсе) для возникновения жизни. Зона совместимых с жизнью температур локальна, но структурно устойчива. Сама жизнь, видимо, тоже структурно устойчива и необходимо возникает на космическое мгновение в отдельных локусах пространства в силу действия тех же универсальных физических законов, в силу которых остальной космос безжизненен.

Локализованность жизни в пространстве в силу интуиций релятивизма должна коррелировать с ее локализованностью во времени. Имеет смысл предположить, что весь мир есть иерархия мгновений. Вакуум перевозникает с планковской частотой, Метагалактика — с мегачастотой, промежуточные структуры — с макрочастотой (человек живет около двух миллиардов секунд, и каждую секунду в среднем три человека рождаются и три умирают). Представление о непрерывной длительности тогда возникает из сопоставления мгновений различного масштаба и усреднения того, что в своей основе дискретно.

С экстенсивным ростом числа элементов интенсивно растет потенциальная сложность их систем. Естественным образом на Земле возникали и выживали самовоспроизводящиеся полимерные молекулы. Воспроизводство обеспечивалось возникшими генетическими кодами. Белки с различными кодами уничтожали друг друга, и необходимо выжил единственный код земной биосферы (Д. С. Чернавский. УФН, февраль 2000). Это дало нам возможность утверждать (ГАИШ МГУ, Конференция памяти Джордано Бруно, февраль 2000), что жизнь на различных планетах биологически несовместима.

Биосфера возникла как единая система, и генетический код, например, червя совпадает с половиной генетического кода человека. В этом смысле все живое на Земле — родственно друг другу. Пищевые цепи обеспечивают вытеснение энтропии из организмов, поддержание их жизнедеятельности. Этот внешний для организмов механизм является внутренним с точки зрения биосферы в целом. Жизнь одних организмов добывается ценой смерти других организмов.

Начало пищевым цепям и сетям дают растения. Без плотоядных животных травоядные животные съели бы все растения и умерли. Биосфера разделена на хищников и жертв и без хищников существовать не может. Человеческое общество, ноосфера есть органическая часть биосферы. Общество делится на социальных хищников и социальных жертв, и без социальных хищников оно существовать не может. Непосредственные производители материальных благ (рабочие) и культуры (интеллигенция) — это социальные жертвы, снабжающие жизненными началами остальных людей. Это простое рассуждение показывает иллюзорный характер социальных утопий, касающихся возможности построения общества без социальной энтропии (Платона с его „Государством“, Маркса с его коммунизмом, Достоевского с его грядущей „великой общей гармонией“ и т. д.).

Но человек не становится человеком без великих мифов, без действия с несуществующим как с существующим. При этом люди различного биологического возраста имеют самый различный интеллектуальный возраст, Здесь лежат корни, в частности, всякой лженауки. Во время социальных фазовых переходов, неизбежно сопровождающихся большей или меньшей фазой хаотизации, социальная память общества слабеет, и усиливаются примитивные и устойчивые своей примитивностью структуры первобытного магического сознания.

Согласно теореме Гаузе, в биологии мирное сосуществование оформившихся видов в одной экологической нише невозможно. Наличие, скажем, каст в Индии дает пример их стабильного сосуществования в различных социальных нишах. Но история свидетельствует оперемежаемости порядка субординации (иерархичности) порядком координации (демократии).

И биосфера, и ноосфера биполярны. Силовое поле ноосферы создается полюсами и конфронтации, и солидарности перед лицом конфронтации. Общечеловеческие ценности возможны не более чем общерыбьи ценности в пруду, населенном карасями и щуками. Общий интерес у них только в сохранении самой среды обитания. Этот подход отличен от социал-дарвинизма настолько, насколько социокультурный наследственный код отличен от биологического.

Обновление жизненных начал человечества достигается через поляризацию мировоззренческих установок и их последующее взаимооплодотворение. Например, экономические „драконы“ из числа стран Юго-Восточной Азии демонстрируют взаимооплодотворение западного техноцентризма и восточного культуроцентризма. Что касается современного мирового терроризма, то он — проявление не социального здоровья, но социальной болезни, примеров которой в истории немало. Например, в 345 году в Северной Африке действовали циркумцеллионы, представлявшие собой извращение аскетического общества (В. В. Болотов. Лекции по истории древней церкви. Т. 2, СПб, 1907). Они нападали на язычников в надежде на то, что те их умертвят за их христианскую веру. Если те отказывались, первые угрожали заколотить их самих до смерти своими дубинами.

Целый ряд социальных процессов доступен математическому моделированию, улавливающему их нетривиальную физическую природу. Приведем примеры из брошюры В. И. Арнольда „Жесткие“ и „мягкие“ математические модели (М.:МЦНМО, 2000, 32 с.). В модели войны Ланкастера двух армий задается их мощность оружия через среднее количество убиваемых солдат противника солдатом данной армии. Поражение наступает с гибелью всех солдат одной армии. Победа зависит от начального соотношения численности армий и мощности оружия. Если одна армия наращивает численность вдвое или втрое, то другая может компенсировать этот перевес увеличением мощи оружия, соответственно, вчетверо или вдевятеро. Это отчасти объясняет как неудачи Наполеона и Гитлера, так и надежды мусульманских (а через пару поколений — буддийских) фундаменталистов.

Модель Лотка-Вольтерра борьбы за существование жертв (карасей или трудящихся) и хищников (щук или организованных преступников) хорошо известна: их численность периодически колеблется вокруг положения равновесия при любых начальных данных. Но малое возмущение модели меняет картину. Получаем или стремление в устойчивому равновесию, или разнос системы, или мало зависящий от начальных данных предельный периодический режим.

Модель многоступенчатого управления производством продукта показывает, что трехзвенная и более модель управления неустойчива. Заведомо устойчива только однозвенная модель, когда управляющий заинтересован больше в выходе продукта, чем в поощрении начальства.

Математическая модель перестройки связывает зависимость благосостояния общества от предприимчивости людей в виде кривой линии с двумя локальными максимумами — меньшим (административная система) и большим (преимущественно рыночная экономика). Постепенное движение в сторону лучшего состояния вначале приводит к ухудшению. После прохождения максимума сопротивления (наклона касательной к кривой) состояние продолжает ухудшаться. Зато величина ухудшения, необходимого для перехода в лучшее состояние, сравнима с финальным улучшением. Упомянем также систему Лоренца для описания динамики городов (В.-Б. Занг. Синергетическая экономика. М.: Мир, 1999, 335 с.). Эта динамика связывает численность городского населения, производимую им продукцию и земельную ренту. Возникает непредсказуемая хаотическая динамика города, именуемая странным аттрактором.

Аттрактор есть притягивающее множество. Пример: идеал коммунистического рая на земле или религиозного рая на небе. Странный аттрактор демонстрирует хождение от одного аттрактора к другому (вспомним русских декабристов 1825 года, понявших, что „вольность рождает тиранство, тиранство рождает вольность“). Физико-математическая модель странного аттрактора конкретизирует природу работы маятника истории.

Математические модели способны излечивать часть людей от иллюзий. Их дух обнажает те противоречия, которые он уже способен вынести. Переосмысление современной физикой мира как вакуума бросает новый вызов современной культуре, стимулируя ее новую поляризацию на создание нового живительного мифа и на трезвый взгляд на вещи, демонстрирующий как эфемерность жизни, так и ее укорененность в природе космоса, который тоже не вечен».

Вопросы для обсуждения:

• На конференции Полищук затронул такую интересную тему, как «границы применимости понятий» и предложил физике отказаться от понятия «бесконечность» (!) и «идеализация» (!).

• Его предложение перейти от устойчивых категория пространство, время, материя, которые по его словам «плывут» — очень схоже с «посмодернистким» отказом от строгих категорий и к плавающим, ситуативным моделям. Но, похоже, что человечество устало от посмодернистской вседозволенности, терпимости и неопределенностии. Похоже, что мы возвращаемся в модернизм, с его строгими категориями (нынешние войны — это модернистский отказ от постмодернистской терпимости). Вопрос — может ли и физика снова вернуться к своим классическим, «модернистским» моделям?

Библиография

Арнольд В. «Жесткие» и «мягкие» математические модели. М., 2000.

Каку М. Введение в теорию суперструн. М., 1999.

Латыпов Н., Бейлин В., Верешков Г. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. М., 2001.

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Д. Гравитация. М., 1977. Т.1–3.

Полищук Р. Гравитационное поле как двухмерная геометродинамика и диадные координаты//ДАН CCCР. 1987. Т.292.

Полищук Р. Истоки физических законов. Законы сохранения и гравитация//Наука и технология в России. 2000. N 5–6 (42–43).

Полищук Р. О соотношении рациональных и мистических начал в познании человека/IX Международные Рождественские образовательные чтения. М., 2001.

Kukharenko Yu, Polishchuk R. Non-Equilibrium States of a Scalar Quantum Field in the Unsteady Universe//Gravitation and Cosmology. 1995. V.1. No.4.

Polishchuk R. Conservation Laws in General Relativity/Proc. 8th Marcel Grossmann Meeting in General Rewlativity 22–27 June 1997. Singapore, 1997.

Polishchuk R. Man as a Siingularity of the Universe//Studies in Science and Theology. 1994. V.2; Origin, Time and Complexity. Part 2. Labor et Fides. Geneva, Switzerland, 1994.

Тема № 42

Эфир 06.12.2001

Хронометраж 1:15:00

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz