Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Предисловие

Известно, что физическая гимнастика развивает тело и благотворно влияет на весь организм. Мы (автор и используемые им источники) предлагаем читателю интеллектуальную гимнастику и надеемся, что она в определённой мере оздоровит мышление читателя.

На фактическом материале будет показано, что наука, несмотря на всё могущество, так и не смогла ответить на главный вопрос, который волнует всех без исключения, – откуда всё произошло.

Мы также покажем, что современная эволюционная теория, построенная на фундаменте естественного отбора и случайно возникающих мутаций, является искусственной конструкцией и не в состоянии объяснить главное в эволюционном процессе – почему возник человек.

Читателю будет представлена информационная гипотеза возникновения Вселенной и жизни на Земле. Предлагаемая гипотеза позволит посмотреть на всё происходящие вокруг с новой, нетрадиционной стороны.

При изложении материала мы старались по возможности не допускать тенденциозности при подаче информации, взятой из интернет-сайтов, и, как правило, всегда отсылали читателя к первоисточнику или публикациям, не вызывающим у нас сомнения.

Многочисленные ссылки позволяют читателю проверить объективность подаваемой информации и, при желании, более подробно ознакомиться с представленными в книге материалами, заимствованными из интернет-ресурсов.

Квантовый мир и движение

Движение всё, конечная цель – ничто.

Рассмотрим знаменитую апорию (парадокс) Зенона: «Ахиллес и черепаха». Суть её в том, что быстроногий Ахиллес никогда не догонит черепаху, если она в начале движения находится впереди Ахиллеса. За время, которое затратит Ахиллес, чтобы догнать черепаху, она проползёт определённое расстояние. За время, которое Ахиллес пробежит этот отрезок пути, черепаха удалится от него ещё на некоторое расстояние. И так далее до бесконечности.

За два тысячелетия было множество разных подходов к разрешению данной апории. В качестве примера приведём один из способов её разрешения, предложенный доктором философии В. И. Шалак.

«Действительно ли рассуждения Зенона настолько безупречны, что фиксируют реальное противоречие между нашим понятийным аппаратом и нашим же чувственным опытом?» – формулирует главный свой вопрос Шалак. Затем он детально анализирует принципиальное отличие апории от парадокса, приводит определённые математические выкладки. И как итог – безапелляционный приговор: «Апория "Ахиллес и черепаха" – это не апория».

В заключение своего трактата Шалак делает резюме: «Часто можно услышать утверждения о том, что апории имеют дело с глубинными свойствами физического пространства и времени. Мы с этим не согласны, так как полагаем, что проблема апорий движения Зенона имеет чисто логические корни. <…> Кажется удивительным, как много усилий было потрачено на решение апорий путём обсуждения свойств пространства и времени и как редко обращались к их логическому анализу, который просто по определению должен был быть первичным»[1].

Всё до банальности просто и понятно у доктора философии РАН: нет апории, нет и проблемы. Логический анализ первичен, физические законы вторичны.

Предположим, зарыл логикой глубокоуважаемый профессор, как страус в песок, голову проблемы, но сама проблема от этого не исчезла. И абсолютно неважно, как её обзывать – парадоксом, апорией или ещё чем-нибудь.

Приведём мнения других учёных.

Британский философ и математик Бертран Рассел считал, что апории Зенона «в той или иной форме затрагивают основания почти всех теорий пространства, времени и бесконечности, предлагавшихся с его времени до наших дней».

Комментарий американского математика Мориса Клайна по поводу апорий Зенона: «Важно отчётливо сознавать, что природа и математическое описание природы – не одно и то же. Причём различие обусловлено не только тем, что математика представляет собой идеализацию… Природа, возможно, отличается несравненно большей сложностью, или структура её не обладает особой правильностью».

По мнению математика Рихарда Куранта и писателя Гарольда Роббинса, для разрешения парадокса необходимо существенно углубить наше понимание физического движения.

Математики Давид Гильберт и Пауль Бернайс в монографии «Основания математики» пишут: «Обычно этот парадокс пытаются обойти рассуждением о том, что сумма бесконечного числа этих временных интервалов всё-таки сходится и таким образом даёт конечный промежуток времени. Однако это рассуждение абсолютно не затрагивает один существенно парадоксальный момент, а именно парадокс, заключающийся в том, что некая бесконечная последовательность следующих друг за другом событий, последовательность, завершаемость которой мы не можем себе даже представить (не только физически, но хотя бы в принципе), на самом деле всё-таки должна завершиться»[2].

Принципиальная незавершённость рассматриваемой последовательности состоит в отсутствии последнего элемента. Сколько бы раз мы ни указывали очередные элементы последовательности, всегда у нас будет возможность указать и следующий за очередным её элемент.

Обсуждения апории Зенона продолжаются и в настоящее время, но строгого решения так и не найдено. И это несмотря на всю очевидность, что Ахиллес догонит черепаху. Оказывается, привычное для нас представление о движении не имеет ничего общего с реальностью. И Зенон в своей апории ставит философский вопрос о возможности движения вообще. Он опровергает движение на основании непрерывности, следовательно, и бесконечной делимости пространства и времени.

Если рассматривать движение с позиций диалектического материализма, движение – это объективный способ существования материи, её абсолютный неотъемлемый атрибут.

Классическая механика рассматривает движение как изменение во времени взаимного расположения тел в пространстве. Но сама сущность движения при этом остаётся совершенно неясной.

Как можно объяснить, что какое-то тело, находящееся в определённой точке пространства, вдруг полностью исчезло и появилось в другой точке пространства? Здесь уместно привести известную сентенцию Гегеля: «Когда мы желаем уяснить себе вообще движение, мы говорим, что тело находится в одном месте, а затем идёт в другое место. Во время движения оно уже не находится в первом месте, но вместе с тем ещё не находится во втором месте… Но двигаться означает быть в данном месте и в то же время не быть в нём, – следовательно, находиться в обоих местах одновременно; в этом состоит непрерывность времени и пространства, которая единственно только и делает возможным движение»[3].

Для уяснения физической сущности движения необходимо знать как природу массы, так и свойство пространства-времени, в котором осуществляется движение. Но современная физика достоверно не знает ни природу массы, ни природу пространства-времени.

Природа массы – одна из важнейших ещё не решённых задач физики. В квантовой теории масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны (электромагнитным, ядерным и другими). Однако количественная теория массы ещё не создана. Отсутствует и теория, объясняющая, почему массы элементарных частиц образуют дискретный спектр значений, и тем более позволяющая определить этот спектр[4].

Классическая теория, описывая гравитацию, использует геометрию непрерывного пространства-времени. Квантовое описание гравитационного поля требует дискретности как пространства, так и времени. Но все попытки представить пространство и время дискретными наталкиваются на непреодолимые трудности.

Сложность состоит в том, что классическая теория гравитации, в отличие от квантовых теорий, описывает не физические поля в пространстве-времени, а собственно пространство-время. В общей теории относительности (ОТО) пространство-время выступает как динамическая переменная, в то время как большинство квантовых теорий представляет пространство как внешний фиксированный фон. Из-за этого физический смысл квантования пространства становится совершенно непонятным.

В 60-х гг. американские физики-теоретики Ричард Фейнман и Брайс Девитт решили проквантовать гравитацию, используя уже известные приёмы, позволившие перенести электромагнетизм в квантовую электродинамику. В итоге при экстраполяции на высокие энергии теория выдавала бесконечное количество бесконечностей. Но так как гравитация относится к слабым взаимодействиям, то, в большинстве случаев, квантовая физика ею просто пренебрегает[5].

Основные направления на пути к построению квантовой гравитации – это теория струн и петлевая квантовая гравитация. В теории струн все элементарные частицы рождаются из вакуума при вибрации воображаемых струн, имеющих бесконечно малую толщину и протяжённостью порядка 10–35 метра.

Теория петлевой квантовой гравитации наделяет пространство и время дискретностью. Элементарные ячейки пространства определённым образом взаимосвязаны друг с другом, и это создаёт прерывистую структуру пространства. С увеличением масштабов она плавно переходит в привычное для нас непрерывное пространство-время.

Выполненный группой физиков из Франции, Италии и Испании анализ данных съёмки космического телескопа Integral не подтвердил существующую в современных теориях дискретность пространства (см. «Генетический Код Вселенной»).

Один из создателей петлевой квантовой теории гравитации Карло Ровелли в своей научно-популярной книге, посвящённой времени, утверждает, что мир состоит не из вещей, а из событий, для описания которых время не нужно. Физика, описывая события, в своих математических формулах может вообще обходиться без таких понятий, как время, утверждает Ровелли[6].

Такой вывод исходит из концепции, что законы физики не отражают внутренние изменения, происходящие в системе. Они описывают события, поэтому во всех уравнениях физики можно направлять время как в будущее, так и в прошлое. Такая особенность физических законов называется симметрией во времени (Т-симметрией). Математические уравнения, описывающие наш реальный мир, применимы как для времени, движущегося в прошлое, так и для времени, направленного в будущее.

В 1967 г. два американских физика, Джон Уилер из Принстонского университета и Брайс Девитт из Университета Северной Каролины, разработали уравнение квантовой гравитации, в котором вообще отсутствует время. В соответствии с уравнением, четырёхмерный мир пространства-времени оказался в трёх измерениях. Время исчезло в теории квантовой гравитации, и четырёхмерная структура пространства-времени предстала в трёхмерной квантовой физике без времени[7].

Если классическая физика даже в мыслях не покушалась на универсальную переменную, изощрённый математический аппарат сумел избавиться от неудобного для учёных времени. Теоретическая физика, постоянно совершенствуя свой математический формализм, по своей сути, превратилась в математическую физику. Она всё больше и больше удаляется от реального и привычного для нас мира. Большинство выводов современных теорий «висят в воздухе» из-за невозможности их экспериментальной проверки даже в отдалённом будущем.

Но мы живём не в мире теоретической физики. И для нас время никуда не исчезло, а стрела времени не изменила своего движения из настоящего в будущее. Чтобы как-то сгладить противоречие между теоретической физикой и обыденной реальностью, учёные позаимствовали объяснение необратимости движения времени из классической физики.

Впервые в физику понятие времени ввела термодинамика. Но сделала она это в весьма своеобразной форме, сопоставив время с необратимым тепловым движением молекул. Как известно, тепло всегда и безвозвратно переходит от нагретых тел к более холодным. Такой процесс характеризуется возрастанием энтропии. Энтропия во многих случаях может объяснить стрелу времени. Она объясняет, почему осколки разбитого кувшина не собираются в целый кувшин или почему остывший чай самопроизвольно не нагревается. Но термодинамическая стрела времени не определяет для нас направление, которое мы воспринимаем как движение времени.

Рассматривая движение в квантовой механике, французский физик-теоретик Луи де Бройль выдвинул идею, согласно которой установленный для фотонов волновой характер распространения является универсальным. Согласно предположению де Бройля, волновые свойства частиц всегда проявляются при их движении (наличии ненулевого импульса).

Любой движущийся объект можно связать с волной λ, равной постоянной Планка (h = 6,6·10–34 Дж·сек), делённой на импульс p. Если частица, обладающая массой покоя, движется со скоростью намного меньшей скорости света (с ≈ 3·108 м/сек), то её импульс р = mv и дебройлевская длина волны:

λ = h / mv.

Данное выражение квантовая физика рассматривает как математическое свидетельство корпускулярно-волнового дуализма частиц. В левой части формулы – длина волны, в правой части – масса частицы.

Волна де Бройля, или волна вероятности, имеет специфическую природу и не имеет аналога среди волн, которые изучает классическая физика. Она определяет плотность вероятности обнаружения частицы в конкретной точке пространства. Квадрат амплитуды волны показывает вероятность появления частицы в указанной точке.

В соответствии с квантовой теорией, для нерелятивистского электрона, медленно движущегося в сравнении со скоростью света и ускоренного разностью потенциалов в интервале от сотен до тысяч вольт, дебройлевская длина волны будет ≈10–10 метра, то есть одного порядка с размерами атомов и расстояниями между атомами и молекулами в твёрдых телах.

Для объекта величиной с пылинку массой m = 10–6 грамма и скоростью v = 1 мм/с длина волны де Бройля составит порядка 10–21 метра. Полученная длина меньше наименьшего известного в физике размера – радиуса ядра атома – на 7 порядков (в 10 млн раз).

Когда волна вероятности сопоставима с размерами области, в которой движется данная частица, волновые свойства её проявляются в значительной мере. Для электрона это размеры атома и расстояния между атомами в твёрдых телах. Для рассматриваемой пылинки её волновые свойства становятся настолько незначительными, что ими просто пренебрегают. Поэтому классическая нерелятивистская механика или механика Ньютона входит в релятивистскую и квантовую механику как приближённый предельный случай.

Подобие дуализму, свойственному квантовым объектам, при желании можно усмотреть в фазовых превращениях любого физического вещества. В зависимости от характера проводимых действий, например, изменяя температуру, мы можем превратить вещество в жидкое или твёрдое состояние, а тела аморфного строения, при определённых температурных условиях, могут одновременно пребывать в этих двух состояниях. Но если фазовые превращения вещества для нас привычное и полностью предсказуемое явление, то квантовый мир с его причудливым поведением для человеческого сознания представляется нереальным.

Отображение частицы одновременно и частицей, и волной невозможно сопоставить с реальным физическим объектом. Понимая это, датский физик-теоретик Нильс Бор, будучи директором института, приучал молодых учёных к мысли, что мир квантовой механики именно так устроен. С этим ничего не поделаешь и надо принимать квантовую механику такой, какая она есть.

Если в классической физике поле – это непрерывно распределённый в пространстве объект, то в квантовой теории поля все элементарные частицы являются квантами соответствующих полей. Наделив поля квантовой природой, квантовая теория совместила несовместимое для классической физики. Все элементарные частицы в один миг стали квантами соответствующих полей. На смену несопоставимым объектам в классической физике – полям и частицам – пришли единые физические объекты в виде полей в четырёхмерном пространстве-времени. Элементарное взаимодействие при этом рассматривается как взаимодействие полей в определённой точке пространства или превращение в этой точке одних частиц в другие. Вселенная стала состоять не из мельчайших частиц, а из множества различных полей: глюонного, кваркового, электронного, электромагнитного и т. д.

Гипотеза корпускулярно-волнового дуализма наталкивается на определённые трудности при объяснении поведения частиц в экспериментах с двумя щелями. Существуют и другие сложности у теоретической физики при представлении частицы одновременно частицей и волной. Всё это даёт почву усомниться в реальности корпускулярно-волнового дуализма.

«Физика должна быть больше, чем набор формул, которые предсказывают, что мы будем наблюдать в эксперименте; она должна давать картину того, какова реальность на самом деле», – утверждает американский физик-теоретик Ли Смолин[8]. Квантование полей в современной физике – математический приём, не имеющий ничего общего с реальностью. Несоответствие между реально происходящим событием и его математической моделью прекрасно демонстрирует математическое представление колебательного движения струны.

Движение струны музыкального инструмента в математическом описании сводится к решению дифференциального уравнения в частных производных. Это уравнение можно решить несколькими способами. Решение уравнения методом разделения переменных (методом Фурье) представляет колебание струны в виде колеблющегося бесконечного числа различных струн (математических волн), каждая из которых имеет свою частоту колебаний.

Разумеется, что представление колебания реальной струны в виде бесконечного числа колеблющихся виртуальных струн ничего общего с реальным физическим процессом не имеет. Тем не менее метод Фурье имеет огромное практическое значение.

Этот приём позволяет решать на практике многочисленные задачи, которые сложно решить другим путём. Например, передача видеоизображения на компьютер немыслима без преобразований Фурье. Использование вычислений, представляющих сигнал в виде простых синусоидальных волн, позволяет аудио- и видеофайлам сжиматься до размеров, необходимых для передачи информации. В электротехнике мнимые гармонические составляющие исследуемого периодического сигнала многим кажутся более реальными, чем сам исследуемый сигнал.

Противоречивость корпускулярно-волнового дуализма усматривается в самой сути движения квантовых объектов. В соответствии с принципом неопределённости Гейзенберга существует теоретический предел точности одновременного измерения положения частицы в пространстве и её скорости (импульса). Исходя из принципа неопределённости, чем конкретнее частица проявляет свойства частицы, тем неопределённее становятся её волновые свойства и наоборот.

Наглядной демонстрацией принципа неопределённости может служить струна, колеблющаяся с высокой скоростью. Такая струна внешне выглядит в виде размазанного следа. Чтобы узнать, в каком конкретно месте находится струна в данный момент времени, нужно зафиксировать её положение. Но тогда мы ничего не сможем сказать о временной характеристике – частоте колебаний. Для определения частоты колебаний струны необходимо некоторое время наблюдать за её движением. Но тогда становится для нас неопределённым положение струны. Будь наше восприятие безынерционным, мы бы смогли наблюдать вместо размазанного следа реальную картину движения колеблющейся струны.

Предположим, что у нас имеется абсолютно безынерционный и абсолютно чувствительный прибор для наблюдения за движением элементарной частицы, например свободного нейтрона, который имеет реальную величину массы покоя. Будем ли мы наблюдать одновременно нейтронное поле и неотделимую от поля материальную частицу, или же какую-то другую картину?

Можно предположить, что движение частицы будет сопровождаться попеременным появлением нейтронного поля и частицы, и это будет выглядеть как взаимопревращения энергии поля и энергии классической массы. Редукция фон Неймана (коллапс волновой функции) не противоречит такому предположению и, возможно, отражает реальный физический процесс мгновенного превращения волны в реальную частицу. Но мгновенное превращение волны в частицу (редукция) требует мгновенного действия, превышающего скорость света, что противоречит теории Эйнштейна.

По мнению физиков, при коллапсе волновой функции принцип причинности (влияние событий друг на друга) не нарушается, информация не передаётся. Однако многие современные учёные уверены, что ОТО не работает в квантовом мире и для квантовых объектов неприменима.

Противоречит теории относительности и квантовая телепортация, где свойства одной из двух запутанных частиц могут передаваться другой запутанной частице с бесконечной скоростью на сколь угодно большое расстояние.

Если предположить, что квантовая телепортация осуществляется не за счёт переноса свойств частицы с бесконечной скоростью, а за счёт обмена информацией с гипотетическим информационным полем Вселенной, с которым непрерывно взаимодействуют материальные объекты, проблема со сверхсветовой скоростью исчезает.

Аналог телепортации можно наблюдать и на макроуровне, рассматривая взрыв снаряда. Если до взрыва снаряд был неподвижен, суммарный импульс его осколков равен нулю. После взрыва у разорвавшегося на два осколка снаряда, измерив импульс одного из осколков, можно мгновенно определить величину импульса второго осколка, независимо от расстояния, на которое он улетел.

Квантовая теория утверждает, что в вакууме, в соответствии с принципом неопределённости, происходит постоянное рождение и исчезновение виртуальных частиц. При этом скорость виртуальных частиц из-за её бесконечной величины не имеет физического смысла. Попытка вычислить массу виртуальной частицы в математике приводит к мнимому значению массы.

Виртуальные частицы в квантовой теории имеют основополагающее значение. Все взаимодействия частиц и их превращения в другие частицы квантовая теория рассматривает как процессы, сопровождающиеся рождением и поглощением виртуальных частиц свободными реальными частицами.

На фоне виртуальных процессов, а они занимают центральное место в квантовой теории, предположение о том, что движение можно представить как постоянные взаимопревращения энергии поля и энергии механической массы, не столь уж фантастично. Такой взгляд на движение физических тел не противоречит ни общепринятому корпускулярно-волновому дуализму, ни квантовой теории в целом.

В последнее время возрождается интерес к интерпретации де Бройля – Бома, известной также как теория волны-пилота. Теорию впервые предложил в 20-х гг. прошлого века Луи де Бройль. Но он вынужден был отказаться от своей гипотезы в пользу копенгагенской интерпретации квантовой механики. В отличие от копенгагенской интерпретации, где частица и волна могут быть (а могут и не быть) одной сущностью, в теории де Бройля сама частица формирует пилотную волну, и они сосуществуют одновременно.

Американский физик и философ Дэвид Бом в 50-х гг. заново открыл и развил теорию. В опубликованной в 1952 г. статье он предположил, что частицы существуют всегда, а не только в момент их наблюдения. А их поведение определяет новая, ранее неизвестная сила – пилотная волна. Предлагаемая Бомом интерпретация воспроизводит значительную часть поведения квантового мира, сохраняя принцип реализма. Она позволяет отказаться от волнового дуализма и коллапса волновой функции, однако связана с исключительной нелокальностью при описании движения частиц.

В классической теории свет рассматривается как электромагнитная волна, и теория волновой природы света в XIX в. была общепринятой. Но Альберт Эйнштейн, неожиданно для всех, выдвинул идею, что свет в действительности состоит из частиц. Большинство физиков не согласились с тезисом Эйнштейна. Лауреат Нобелевской премии Макс Планк вообще пришёл в замешательство. Учёный не на шутку испугался и заявил, что существующая теория света будет отброшена в далёкое прошлое. В итоге в учёных кругах выход был найден: в рамках оптики и классической электродинамики свет – электромагнитная волна. В рамках квантовой механики свет одновременно и частица (фотон), и волна.

Эйнштейн теоретически предсказал возможность превращения энергии волны в энергию частицы и наоборот, и выдвинул идею об эквивалентности массы и энергии. Экспериментально наблюдаемые рождение и аннигиляция электронных пар (превращение электрона и позитрона в безмассовые фотоны) подтвердили теорию учёного. Процесс аннигиляции показал, что масса покоя может переходить в другие формы энергии.

Следует отметить, что не сама по себе масса или поле обладают энергией, но энергия наделена такими физическими свойствами, как масса или поле. Такая особенность энергии позволяет превращаться элементарным частицам друг в друга, рождаться или уничтожаться при взаимодействиях, а безмассовым фотонам световых волн оказывать физическое давление на твёрдые тела при взаимодействии с ними.