Замечания о некоторых гипотезах

В данном приложении мы слегка коснемся некоторых известных гипотез, тоже не связанных напрямую с основной частью книги. Начнем с обсуждения гравитации. Одинаковая зависимость от расстояния для гравитационных и электромагнитных сил подталкивает к неверной мысли о едином механизме действия этих сил и "объяснении" гравитации через электромагнитное поле; однако, это противоречит опытам (например, не обнаружено экранирования гравитации). Гравитационным силам невозможно приписать также Ван-дер-Ваальсов тип, так как тогда должна была бы существовать дальнодействующая сила, слабо убывающая с расстоянием (чтобы получить в знаменателе квадратичную зависимость как в законе Ньютона), а ее нет. Неверной является и попытка симметризовать гравитацию путем введения "массовых зарядов" с разными знаками. Гравитация проявляется только через силы притяжения. Помимо банального вопроса: "а где же антигравитация?" существует тривиальное опровержение "зарядового" подхода. Рассмотрим большое тело, например, Землю. Пусть она "заряжена", например, "положительным массовым зарядом", а тела, которые она притягивает, заряжены "отрицательным массовым зарядом". Рассмотрим обратный процесс (Рис. C.1).

Рисунок C.1: Противоречие "зарядовой" гравитации.

Будем отрывать от Земли большие обломки и уносить их далеко в космос. Известно, что обломки, поднятые с Земли не улетают сами в космос, а стремятся упасть обратно на Землю. Следовательно, положительный "заряд" должен после каждого такого процесса "стекать" на остающуюся Землю. При этом его количество будет возрастать (для сохранения суммарного заряда). Последний оставшийся обломок $A$ будет притягивать тела с большей силой, чем вся первоначальная Земля. Это противоречит пропорциональности гравитационной силы количеству вещества. Кроме того, имеем другое противоречие: если мы разорвем последний осколок $A$ строго пополам, то какая половина должна стать положительной, а какая отрицательной? или при разрывании пополам части отталкиваются друг от друга и получится антигравитация? (Хотя наличие или отсутствие антигравитации может быть не связано с наличием или отсутствием отрицательных масс.) Неверная попытка ОТО геометризации гравитации провоцирует попытки геометризации других полей, например, электромагнитного. Ошибочность этой идеи очевидна: кроме заряженных частиц существуют нейтральные частицы, которые не "чувствуют" зарядов, пока не столкнуться "в лоб" с частицей. Следовательно, в одном и том же месте пространства одна частица демонстрировала бы электромагнитное искривление пространства, а другая бы доказывала отсутствие кривизны. Вообще говоря, все рассмотренные выше методы формального сведения одной неизвестной силы к другой неизвестной силе или явлению, по-видимому, малопродуктивны.

Более полезными для практических приложений могут оказаться различные обобщения статической теории тяготения Ньтона с использованием Максвелловского подхода (см., например, [11]). Кроме того, существует еще одна известная интересная модель. К сожалению, нас постоянно настраивают на высокомерное отношение к механистическим моделям. А это неправильно. Подобные модели - единственные, которые можно создать, "потрогать руками" и убедиться в их работоспособности. Они понятны всем - от школьника до знаменитого ученого, и обсуждать их могут все (в отличие от моделей, "полностью доказанных среди ученых отдельно взятой научной школы"). Конкретно, упомянутая модель состоит в следующем. Предполагается, что во Вселенной равномерно во всех направлениях летают очень маленькие нейтральные частицы ("лиссажены"; автор - LeSage) и передают свой импульс при упругих столкновениях с телами. Два тела отбрасывают друг на друга тень (или полутень) и в результате притягиваются друг к другу с силой обратно пропорциональной квадрату расстояния. Есть одно "но". Поскольку протоны и электроны непрозрачны для этих гипотетических частиц, то для тел больших размеров (радиусом порядка тысяч километров и более) может наблюдаться отклонение выражения для силы от пропорциональности произведению масс. К сожалению, подтвердить или опровергнуть это в прямых экспериментах пока невозможно. Существовало еще одно возражение: температура газа лиссаженов должна быть очень велика и Вселенная должна "гореть", так как термодинамическое равновесие должно было быстро установиться. Однако уже появились разные модификации этой теории: 1) лиссажены могут постоянно поглощаться телами (которые при этом постоянно "растут"); 2) лиссажены могут трансформироваться в такие частицы, которые покидают тело. Даже в экспериментальном плане с гравитацией не все ясно. Например, нет прецизионных измерений по влиянию взаимного движения тел и их вращения на действующую между ними силу притяжения. Существуют гипотезы о влиянии гравитации на инертную массу (и, следовательно, на инерциальные силы, например, возникающие при вращении волчка). При определении, например, величины центробежной силы возникает вопрос (как проявление привитых нам релятивистских штампов): относительно чего определяется вращение? Существует практический способ принципиального определения инерциальной системы. Поскольку определить можно только изменение состояния (например, состояния растяжения пружины между двумя вращающимися шариками) относительно некоторого другого предыдущего состояния, то можно только утверждать, что растяжение (вызываемое центробежной силой) будет минимальным при некоторой частоте вращения (естественно, с учетом возможного изменения направления вращения). Если это "состояние минимального растяжения" сохраняется независимо от ориентации оси вращения, то мы имеем инерциальную систему. Вопрос о том, будет ли это гелиоцентрическая или иная система не может быть решен чисто теоретически для нашей единственной Вселенной (абстрактные теоретизирования об удалении почти всех тел из Вселенной нееосуществимы практически). Очевидно, что по форме (математической) инерционные силы не изменятся и обсуждать можно только зависимость самой инертной массы от гравитации. По-видимому, какая-либо измеримая зависимость инертной массы от направления вектора результирующей гравитационной силы вряд ли возможна (иначе, при вращении жидкостей в невесомости не могли бы наблюдаться эллипсоиды вращения). Сколь-нибудь существенная зависимость от модуля вектора результирующей гравитационной силы тоже маловероятна, иначе расчеты движения комет, астероидов и метеоритов отличались бы от общепринятых данных на порядки (например, по закону сохранения импульса тело, удаляющееся от массивных тел - Земли, Солнца и т.д., увеличивало бы свою скорость, а это не так). Для обсуждения зависимости инертной массы от величины суммарного гравитационного потенциала (чтобы его вариации при движении на большие расстояния были не очень заметны) необходимо сначала определить с общефилософской и общефизической точек зрения, каков может быть смысл этого нулевого уровня потенциала и как его установить в нашей единственной Вселенной (чтобы сделать какие-то количественные оценки). По-видимому, эта возможная зависимость инертной массы тоже не может быть сильной (см. обсуждение принципа Маха в данной книге). Но в общем случае данный вопрос принципиально может быть решен только опытным путем. Ряд космологических проблем мог бы быть теоретически разрешен в предположении об ограниченности радиуса гравитационного взаимодействия [133], но проверить данную гипотезу пока не представляется возможным, так как эффект становится заметным только для астрономически больших расстояний. Так что теория гравитации находится почти в том же состоянии, в каком оставил ее Ньютон. Эта область ждет своего вдумчивого исследователя.

Кратко упомянем теперь дополнительные гипотезы, пытающиеся ответить на вопрос "что же представляет собой свет?" Постулирование корпускулярно-волнового дуализма не должно парализовать человеческую мысль. Обойтись без корпускулярных свойств света невозможно. А поскольку имитировать с помощью частиц волновые свойства довольно просто (вспомним реальные явления: звук в воздухе, волны на море и т.д.), то мнение Ньютона о том, что "свет - это скорее корпускулы, чем волны", и сейчас актуально. Но свет может представлять собой и чистую волну или же быть чем-то промежуточным и обладать сложной внутренней структурой. Все это позволяет строить различные модели света (Рис. C.2).

Рисунок C.1: Модели света.

Например, свет может быть описан даже продольной волной (несмотря на опыты по поляризации), если частицы, из которых он составлен, обладают ориентированными свойствами. Или он может быть представлен некоторым подобием "вращающейся шестеренки". При этом электромагнитное волновое воздействие на среду или прибор может быть связано с угловой частотой вращения "шестеренки" и даже приводить к соотношению $\lambda\nu=c=constant$. Однако, такая локальная (внутри прибора) скорость света $c$ может быть совершенно несвязанной со скоростью движения "шестеренки" как целого (скоростью прохождения светом заданного пути в пространстве). В предположении о наличии собственного вращения фотона и классического закона сложения скоростей в [60] был получен эффект Допплера, совпадающий с релятивистским в пределах современной точности измерений (до второго порядка по $v/c$). Даже по-поводу общепризнанных опытов Лебедева (о существовании давления света) у ряда исследователей есть сомнения: во-первых, почему-то некоторые кометы летят хвостом к Солнцу; во-вторых, оценки показывают крайнюю малость этого эффекта, а гораздо большую величину радиометрического эффекта. К сожалению, вопросы, касающиеся природы света также нельзя считать решенными ни в практическом, ни в теоретическом плане. Они тоже ждут своего исследователя.

Более крупная тема, которой мы практически не касались в настоящей книге, относится к основаниям электродинамики. Хотя в практическом плане достижения в этой области действительно огромны, тем не менее гармонии в общепринятой теории не ощущается [20]. Многие куски теории выглядят искусственно "пристыкованными" друг к другу. По крайней мере в методическом плане здесь есть над чем поработать. Если исходить из верности дифференциальной формы уравнений Максвелла, то вместо силы Лоренца строго получается иное "замыкающее уравнение" [135] со своими интересными решениями. Мы еще только кратко упомянем об интересной идее нового аксиоматического подхода к электродинамике [12], о существовании попыток возродить электродинамику Герца и обобщить силу Вебера [89]. Напомним, что от силы Вебера первоначально отказались по той причине, что при некоторых начальных условиях она приводила к самоускорению зарядов. В СТО тоже было обнаружено самоускорение зарядов под действием силы торможения излучением, но от СТО почему-то не отказались (опять прослеживается двойной стандарт). В настоящее время проблема самоускорения (и другая, более поздняя проблема - угловой зависимости ускорения) в рамках силы Вебера довольно успешно решается.

Гипотезы настоящего приложения упомянуты только для того, чтобы возбудить интерес читателя к самостоятельному размышлению.