Бесплатный фрагмент - Как устроен мир?

Введение

Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов.

К. Гельвеций.

На подсознательном уровне идея этой небольшой книги описана в Истории будущих цивилизаций. Там мир устроен именно так, как он будет описан в этой книге. Только на этот раз никаких историй. Здесь описана идея устройства всего, по личному мнению автора.

Если вас интересуют вопросы естествознания, современное представление учёных о мире, захватывающие гипотезы, то в этой книге для вас будет много интересного.

Концепций устройства Мироздания опубликовано немало, но эта концепция основана на постулатах, которые не применяются в классической науке.

Это не научная работа. В книге нет формул. Это не значит, что гипотеза автора не может быть выражена математически. Просто, на данный момент в этом нет необходимости. О сложном необходимо уметь говорить простыми словами. Возможно, что эта книга заинтересует будущих физиков, которые найдут здесь пищу для размышлений.

Не всех, но многих интересует реальное устройство окружающего мира. Видим ли мы мир таким, каков он есть? Современная наука уже достаточно точно ответила на этот вопрос, — Нет. Мы видим не то, что есть на самом деле. Мы видим то, во что превратил данные от наших органов чувств наш мозг, наше личное и коллективное сознание.

Человек существо общественное. Мнения, принятые в обществе большинством, становятся общественным мнением, а для многих истиной.

Но всегда были сомневающиеся. Кто-то сомневался просто из принципа и своей анархической сущности, а кто-то искренне стремился к истине. Для них не существовало авторитетов до тех пор, пока слова авторитетного учёного не прошли контроль и проверку в сознании искренне ищущего истину. Сегодня, например, мы можем встретить много сомневающихся в истинности теории относительности Альберта Эйнштейна. Ради дискредитации его теории находят нелицеприятные факты из личной жизни учёного. Но не это должно быть критерием истины. Алан Тьюринг, несмотря на определённые психические и физиологические проблемы, которые заставили его пострадать, в любом случае остаётся гением. Его работы и мысли приблизили век компьютеризации. А работы Эйнштейна позволили понять многое о процессах, протекающих в космосе, позволили вести инженерные расчёты при создании ускорителей заряженных частиц, позволили правильно учесть свойства окружающего мира при создании и эксплуатации спутников связи и межпланетных аппаратов. Большинство вопросов, которые задают противники Эйнштейна, решены практически. Данные экспериментов, если точность средств измерений достаточна, подтверждают правоту Эйнштейна, независимо от его личных качеств.

Но это не значит, что СТО и ОТО можно считать окончательным знанием. У физиков остаются вопросы, на которые теории Эйнштейна не дают ответов. СТО и ОТО дали математический аппарат для релятивистских расчётов, но не понимание сути устройства Мироздания. Пространственно-временной континуум Альберта Эйнштейна выглядит очень красивой и стройной конструкцией, но так ли устроен реальный мир? Ведь и эпициклы Птолемея выглядели красиво, давали возможность рассчитать положение планет в любой момент времени. Но, в конце концов, оказались лишь красивым и сложным математическим построением, которое почти не имело отношения к реальному устройству Солнечной системы.

Возможно ли, что теория относительности Эйнштейна повторит судьбу эпициклов Птолемея? Почему бы и нет? Только для этого должен родиться гений, который увидит более верный вариант теории, заглянет в суть того, что описывает теория. Если новая теория станет понятнее, а расчёты в ней более простыми, конечно, она заменит труд Альберта Эйнштейна, но не отменит его заслуг перед наукой. Результаты трудов Клавдия Птолемея Александрийского поправили Николай Коперник и Иоганн Кеплер, последовательно перенося центр Солнечной системы к Солнцу, и уточняя законы движения тел под действием сил гравитации. Времени это уточнение заняло «немного», всего полтора десятка столетий. В наше время прогресс в науке идёт быстрее. Но, судя по всему, в ближайшие десятилетия Альберт Эйнштейн не утратит своего положения в науке.

Знание не может быть окончательным. Новые наблюдения и новые обнаруженные факты заставят кого-то задуматься и предложить ещё более неожиданную и более красивую теорию. Нельзя утверждать, что современные представления о мире абсолютно истинны. Те, кто знаком с необъяснимыми современной наукой явлениями, думаю, поддержат меня в этом заявлении.

Часть знаний, которые человек считает незыблемыми основами науки, в какой-то момент могут оказаться не полными, не отражающими реальность. Принятое теперь понимание сути различного рода полей, пространства, времени может оказаться препятствием для формирования общей картины мира. А если в общей картине пространство и время, лишь фрагмент всего существующего, а не его основа? Тогда никакое знание не позволит представить полную картину мира, так же, как и представление о небесной тверди и плоской земле. Каждое знание ограничено. Новая истина открывается не тому, кто слепо придерживается канонов, а тому, кто их отвергает. Конечно, на этом пути возможны и случаются заблуждения, но Солнце, в конце концов, занимает своё место в центре Солнечной системы, человек находит способ подняться в небо, и общаться на огромных расстояниях. А в своё время большинство было уверено, что солнце движется по твёрдому небосводу, человеку не дано летать, если только он не колдун, а общение двух людей на больших расстояниях приписывали сверхспособностям, или просто исключали такую возможность.

Что ж, попробуем представить себе, каким может быть знание о мире в будущем.

Поиск истины

Scio me nihil scire, sed multa non sciunt eam etiam. (Я знаю, что ничего не знаю,

но многие не знают даже этого).

Сократ Афинский

Как же представить то, что пока не представляют физики? Готовых рецептов нет. Когда я рассказывал о своей гипотезе неформальным учёным, меня спросили, — Откуда вы это узнали? — я, немного теряясь, ответил, что думал, рассуждал, сравнивал с тем, что знаю. Но мне сказали, что этого не может быть. Нужен особый канал общения с высшим разумом, который может это рассказать. Не знаю, может быть. Наверное, каждый, кто связан с творческой работой, будь то художник, композитор, поэт, писатель или учёный имеют некий канал, по которому они получают информацию. Но такой канал открывается только в том случае, если эта информация крайне важна для человека, если без неё просто нет жизни. Сократ считал, что истина обязательно объективно существует, но вот увидеть её очень сложно. Думаю, что истина приходит так же как результат молитвенного прошения. В Главе 7 Евангелия от Матфея есть слова:

7. Просите — и дано вам будет, ищите — и найдете, стучитесь — и отворят вам.

8. Ибо всякий, кто просит, получает, кто ищет, находит, и тому, кто стучится, отворяют.

Представления основаны на поверхностном знании широкого круга вопросов. Вряд ли, кто-нибудь сегодня может сказать, что все существующие физические теории знает в совершенстве. Но знание это не только владение математическим аппаратом для описания всевозможных явлений, это и понимание сути этих явлений на основе рассуждений, анализа известных фактов и наблюдений с качественной стороны.

Нет необходимости в знании математического аппарата климатологов, чтобы представлять себе процессы смены времён года, основные закономерности в изменениях погоды. Каждый житель средней полосы, без каких либо математических расчётов может уверенно говорить о том, что в феврале будет зима и мороз, а в июле будет лето и тепло. Многие могут без специальных знаний сказать, что солнце не будет вечно греть Землю, а сама Земля не будет вечно комфортным местом проживания человека. Есть ещё и дар предвидения — подсознательного формирования образа того, о чём человек постоянно думает. Менделеев, Эйнштейн, Ньютон и многие другие учёные пришли к своим открытиям и теориям до того, как они были облечены в математические формулы и строгие описания закономерностей. У человека есть способность чувствовать истину. Но должна быть ещё способность чувствовать, где она.

Если в основе представлений человека о мире лежат ложные истины, в которых человек не сомневается, трудно ожидать, что он сделает шаг в правильном направлении.

Эйнштейн и другие физики так и не пришли к представлению о теории всего. И это не потому, что не открыты ещё какие-то законы, и не разработан соответствующий математический аппарат, а потому, что теория всего в рамках современных представлений, теорий и гипотез, вероятнее всего, невозможна. Интересно, что это подсказывает нам математика.

Математический аппарат для описания объектов окружающего мира имеет особенности, которые не позволяют описать процессы различных масштабов и видов с помощью единых формул. Как пример такого свойства математического описания, можно привести два раздела математики. Арифметика имеет дело с дискретными числами. Когда числа растут, теряется смысл в их конкретном цифровом определении, появляются алгебра, имеющая дело с непрерывными функциями — зависимостями одних чисел от других. Сами большие числа уже не подвластны прямому счёту, количественному определению. Появляются множества, свойства которых описываются теорией множеств.

Подобным образом, свойства материи на разных уровнях и масштабах могут быть описаны отдельными математическими инструментами. В пограничных областях для описания явлений могут применяться различные инструменты, которые дают приближенные описания процессов. Как пример таких пограничных областей материи, можно привести внутриатомные процессы, которые в некоторой степени приближения могли быть описаны непрерывными функциями, например, движение электрона по орбите, а также средствами квантовой механики, которая имеет дело с квантовыми состояниями объектов. Часть процессов не поддаётся конкретному численному определению и требует для описания аппарата теории вероятности и статистики.

Поэтому, на мой взгляд, ожидать объединения всех физических теорий и гипотез в некоторую теорию всего не приходится, как не приходится ожидать объединения арифметики, теории вероятности, теории множеств и алгебры в один универсальный математический аппарат.

Для человека наиболее понятна в окружающем мире область макрообъектов. С такими объектами человек сталкивается от рождения до смерти. У макрообъектов не проявляются заметным образом квантовые свойства. В микромире наоборот, не так заметны непрерывные функции макромира, как квантовые свойства объектов микромира.

Расширяя свои знания в области более мелких и более крупных масштабов, человек сталкивается с тем, что свойства объектов в этих масштабах не могут быть описаны известными ему средствами. Известный пример математического инструмента для масштаба следующего за привычным макромиром это СТО и ОТО, которые до настоящего времени не всеми принимаются и понимаются, но описывают поведение материи в таком масштабе.

Известный физик Эрвин Шредингер, когда сформулировал знаменитое уравнение волновой функции для квантовых систем, как говорил мой преподаватель физики, сам не до конца понимал его смысл. Само уравнение не выводилось из каких-либо законов, а было постулировано. Да, даже уравнения иногда предлагаются учёными в виде постулатов. Но чтобы такой постулат родился в голове человек, определённо, для этого нужен особый канал получения информации. Не физику это уравнение понять ещё сложнее, чем теорию относительности. Но физики обратили внимание на то, что волновые свойства присущи всем телам, и не только в микромире. Ну вот, Эрвина Шредингера после этого и озарило представление о том, как должны быть описаны свойства этих тел.

В более крупных масштабах, которые обнаруживаются на пределе возможностей наблюдения, законы могут иметь свои особенности, и существенно отличаться от известных нам законов. А при рассмотрении масштабов за пределами наблюдаемого мира мы можем обнаружить, что законы становятся подобными законам глубокого микромира. Картина Мироздания может замкнуться. Такие предположения делают иногда и современные физики.

Больше 40 лет назад два гениальных физика Джон Уиллер и Брайс-Де Витт в своих работах показали, что времени не существует. Такое утверждение противоречит всем существующим «здравым смыслам», но значит ли это, что их утверждение ложно?

Обнаружено, что в глубоком микромире не только не имеет смысла время, но и пространство там другое. Похожая ситуация возможна и в мегамире. Может быть, эти два мира крайне малых и крайне больших масштабов должны соприкоснуться?

На каждом масштабном уровне силами учёных возникает свой математический аппарат, который пригоден для такого уровня.

Может быть в этом и есть смысл истинной Теории Всего. Почему бы ей не состоять из множества теорий, применение которых возможно для каждого рассматриваемого масштаба явлений. Только все эти теории необходимо объединить логически, где совершенно понятны границы применения каждой из них, а весь комплект этих теорий охватит своими математическими средствами весь мир, всё Мироздание без пробелов и тёмных пятен.

Видимо, именно в этом направлении следует двигаться. Необходимо представить себе устройство всего Мироздания. Пусть для начала без математики, на уровне общих представлений описать качественные характеристики Мироздания во всём диапазоне масштабов. Кеплер тоже сначала представил себе, как должны двигаться планеты по своим орбитам, а потом это представление выразил в формулах.

Пойдём и мы по этому пути.

Для того, чтобы идти не совсем вслепую, определим для себя некоторые вехи в виде масштабов Мироздания. Кое-что о масштабах уже было сказано, теперь конкретизируем весь перечень.

Представления о масштабах окружающего мира меняются в процессе взросления человека. Одно из моих воспоминаний раннего детства связано с первым самостоятельным выходом за пределы двора дома, где тогда жили мои родители. Впечатления были так сильны, что сохранились и сегодня. Блеск битого стекла в лучах заходящего солнца на дороге, которой не видно было конца, просто ошеломлял. Вокруг ходили незнакомые люди, высились огромные дома, сквозь выходящие на обе стороны окна которых, можно было увидеть солнце или его отражение. Мир был большим и красивым. Путешествие закончилось тогда достаточно быстро, поскольку кто-то из незнакомых мне людей меня узнал и привёл домой. Тогда масштабы мира выросли от размеров квартиры и двора до размеров улицы. Если раньше границы огороженного двора определяли весь мир, то теперь он был безграничным.

Так и человечество знакомилось с окружающим миром, узнавая о реках, морях и пустынях. А в какой-то момент человек понял, что весь его мир находится на поверхности планеты. Но ему захотелось освоить водные и воздушные пространства, а затем и космос.

Теперь у нас достаточно сведений, чтобы, не блуждая определить масштабы уже изученные и неизвестные.

Мы имеем опыт восприятия обычного земного масштаба пространства в диапазоне от долей микрона до миллионов километров. Но наш мир существует и в микро-масштабах и в мега-масштабах. Физики могут проводить расчёты в пространстве, простирающегося в пределах от десять в минус тридцать третьей сантиметра до почти ста миллиардов световых лет.

Человек может в принципе наблюдать мир вокруг себя в нескольких (пяти) масштабах. Обозначим масштабы числами, расположив их таким образом, что чем больше масштаб отличается от привычного для нас мира, тем больше это число по абсолютному значению. Знак числа определяет, в большую или в меньшую сторону меняется масштаб.

0. Макро-масштаб — соответствует обычному нашему опыту жизни на земле и в ближнем космосе.

+1. Мега-масштаб — соответствует наблюдениям дальнего космоса, где наблюдаются галактики и их скопления, другие видимые (не только непосредственно, но и с использованием различных телескопов) объекты Вселенной.

— 1. Микро-масштаб — соответствует наблюдаемой области микромира, включая элементарные частицы.

Есть ещё два масштаба, в которых человек пока не имеет опыта непосредственных наблюдений:

— 2. Нано-масштаб — соответствует области существования гипотетических струн.

+2. Гипер-масштаб — соответствует Вселенной, где должны располагаться метагалактики и более крупные объекты.

Есть ещё масштабы, которые человек не может наблюдать в принципе.

— 3. Мельчайший масштаб — соответствует уровню квантов пространства. На таких масштабах перестают действовать известные законы физики. Нарушается непрерывность пространства.

+3. Крупнейший масштаб — соответствует Мирозданию в целом. На таких масштабах должны быть ощутимы неоднородности и нелинейность пространства. В этом масштабе содержится весь объём и масса Вселенной. Далее понятие масштаба физического пространства не имеет смысла, его там просто нет.

Всего семь масштабов, которые нам необходимо рассмотреть. Если в реальности есть ещё одна или несколько масштабных градаций Мироздания, их можно будет ввести, предварительно поняв, зачем они нужны. Ведь это деление условно и выполнено нами. Природа не делит мир на масштабы, он просто существует.

Вы можете встретить другую градацию масштабов Вселенной, где приводятся размеры различных объектов, единицы измерения, от самых мелких, до самых крупных. Но нас интересует не опыт измерений и сравнений размеров объектов, а качественное различие свойств мира в разных масштабах.

Что мы знаем о мире сегодня

Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших основой для её построения.

В. И. Вернадский

Да, именно так. Не зря иногда говорят о безумных гипотезах. Новая гипотеза, если это действительно продукт творческой мысли, содержит в своей основе предположения, которые не связаны с реальными знаниями на момент создания этой гипотезы. Иногда в основе гипотезы оказываются идеи людей, работавших в других областях знания, разработавших инструменты, которые позволяют гипотезу превратить в полноценную теорию, проверив и подтвердив предположения её автора.

Строение Вселенной интересует людей с тех пор, как они осознали, что их дом только микроскопическая часть всего мира. Наиболее распространёнными сведениями о мире для людей были когда-то религиозно-философские труды. Наука тогда не могла подтвердить или опровергнуть то, что написано в этих трудах. Постепенно, с развитием науки, такая возможность появилась. Но и сейчас знания людей об устройстве мира находятся лишь в зачаточном состоянии. Современные гипотезы рассматривают и многомерность пространства, и варианты рождения Вселенной, и наличие необъяснимых пока свойств материи. Практики не поспевают за теоретиками. Ещё не остыли споры о теории относительности, как появляются гипотезы о кварках, об эволюции чёрных дыр, мультиверсе, струнах и бранах. Для изучения предсказанных или предполагаемых свойств материи человек не успевает строить новые приборы и сооружения, требующие огромных финансовых вложений, затрат времени и энергии, размер которых становится сравним с возможностями всего человечества. Кроме того, круг знаний становится так широк, что граница непознанного оказывается необъятной. Огромные силы отнимают у учёных работы над исследованием совсем малых участков знания. Ещё больше сил, нередко, уходит на то, чтобы объяснить результаты своей работы, показать, что их идеи не фантазии, а предвидение. Иногда незначительные разночтения в понимании терминов вызывают волну критики, и годы уходят на разъяснение, доказательства, а потом ещё и на борьбу за признание приоритета. Словом, тернист путь учёного, и долог путь к истине.

Тем не менее, большинство обычных людей не интересует какого цвета кварк, и почему он такого цвета, не интересует, почему глюоны не обнаруживаются в свободном виде, не интересуют интерпретации уравнения Шрёдингера или точное число измерений в теории струн. Их интересует представление о мире, подобное представлению древних народов. Только тогда люди населяли мир духами, богами, сверхъестественными силами, образы которых были тесно связаны с жизненными принципами, моралью и привычками людей. Тогда такое представление о мире устраивало многих. Люди находили в таком описании мира нечто, что делало их жизнь понятней, осмысленней. Теперь люди обладают знаниями, которых тогда не было, или они были утеряны до нового их открытия. Объяснения, в которых применяются одушевлённые образы стихий и сил природы перестали устраивать представителей современной рационалистической цивилизации. Не устраивают людей и объяснения, которые им ничего не объясняют, поскольку насыщены специфической терминологий, понятной лишь узкому кругу учёных теоретиков.

Конечно, совсем без терминов обойтись невозможно. Если требуется описание явления или свойства, которые не имеют даже приблизительных аналогов в обычной жизни, требуются и соответствующие слова, но большая часть этих слов существует в нашем языке.

Начнём описание мира, которое должно быть понятно современному человеку. Оно не будет совсем простым. Будут и некоторые новые термины, но мы не будем глубоко погружаться в частности физических наук. Тем более, что современная наука не даёт абсолютно достоверных ответов на вопросы. Ответы меняются из года в год. Исходя из того, что известно достоверно, попробуем нарисовать картину мира, которая позволит рассмотреть и ответы на спорные сегодня вопросы. Начнём, как обычно, с начала. Поясним некоторые применяемые термины.

В нашей картине будет рассматриваться Мироздание. Это всё, что вы можете представить о нашем мире и то, что представить невозможно. Это всё, что может быть. Какую бы из современных гипотез вы не узнали, все они имеют некоторые границы во времени и пространстве, даже когда мир, описываемый в них, безграничен. В качестве примера можно привести гипотезу Большого взрыва. Было некое начало всего, говорят, что тогда появилось само пространство и время. Но сути этих понятий гипотеза не объясняет. Ещё не объясняет эта гипотеза и того, что же было до взрыва. Говорят, что, то, что было до взрыва объяснить невозможно. Ещё один пример — гипотеза о мультиверсе. По этой гипотезе существует множество вселенных, каждая из которых имеет своё пространство, может столкнуться с другой вселенной, а всё, что может теоретически произойти, обязательно происходит в одной из бесконечного числа этих вселенных.

Возникает вопрос, — где находятся эти вселенные? Если это многомерное пространство, то по другим гипотезам в многомерном пространстве не могут существовать материальные объекты, существующие в нашем мире.

Именно поэтому, мы и будем рассматривать Мироздание. В нём есть всё, что вообще может быть, вне Мироздания ничего не может быть. Наверное, это понятие в большем смысле логическое, чем физическое, но вы сможете более внятно ответить на этот вопрос себе сами, когда дочитаете книгу.

Как объять необъятное

Плюнь тому в глаза, кто скажет, что можно обнять необъятное!

Козьма Прутков, Плоды раздумья, афоризм 104-й

Масштабы, в которых мы будем рассматривать Мироздание, уже были перечислены в главе «Поиск истины». Далее эти масштабы будем обозначать соответствующими им цифрами: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Цифры здесь имеют значение имён, не обозначая ничего, кроме порядка в ряду масштабов. Эти масштабы связаны не столько с размерами, как мы привыкли, изображая географические карты местности, представляя космическое пространство или микромир, сколько со свойствами Мироздания. В каждом из масштабов действуют определённые физические законы. Переход от одного масштаба к другому требует перехода от одних законов к другим. Это наблюдается даже в понятных современному человеку масштабах микромира (-1 по нашей классификации) и макромира (0 по нашей классификации). В одном действуют преимущественно квантовые законы, а в другом законы механики, общей и специальной теории относительности. При этом, переход к масштабам, в которых у человека нет жизненного опыта, требует и перехода к другим законам. Так, при переходе от 0 к +1 современные наблюдения не совсем согласуются с известными законами. А масштаб +3 заставляет нас совсем отказаться от привычного представления о времени и пространстве. Мы привыкли к тому, что пространство и время есть всегда и везде. Любые, самые невероятные и фантастические расстояния мы можем как-то себе представить. Но в масштабе +3, как и в масштабе -3, пространство существует как свойство объектов, и не заполняет всего Мироздания. Эти масштабы в прямом смысле слова необъятны, поскольку объять мы можем только то, что есть в пространстве. «Нельзя объять необъятное» — известный афоризм Козьмы Пруткова, образ которого был создан образованными людьми того времени. Нам придётся не согласиться с этим афоризмом, и это необъятное, где нет даже пространства, как-то объять. Иначе невозможно будет понять, как же всё устроено в Мироздании. К счастью для нас, в современной науке часто используются различного рода параметрические пространства. Мы воспользуемся этим опытом и сделаем обзорную модель Мироздания, начав с масштаба +3.

Нам придётся определить параметры модели и сопоставить этим параметрам некоторую систему координат. Изображать модели мы можем не более, чем в трёх измерениях, поэтому на рисунке обзорной модели их будет тоже три:

Активность, Инерционность, Упорядоченность.

Человек не в состоянии измерить точно эти параметры, но они поддаются объяснению и пониманию.

Активность — свойство некоторой области или точки Мироздания, определяющее возможность выполнения каких-либо процессов в ней. Его можно условно сравнить с напряжением в электротехнике. Чем выше активность, тем больше энергии может передаваться от одного состояния объекта к другому.

Инерционность — свойство некоторой области или точки Мироздания, определяющее её сопротивление любым силам, заставляющим выполняться какие-либо процессы. Условно можно сравнить с сопротивлением в электротехнике. Чем выше инерционность, тем меньше изменений произойдёт в процессе перехода от одного состояния к другому.

Упорядоченность — свойство некоторой области или точки Мироздания, определяющее возможность проявления в ней активности и инерционности. Чем выше упорядоченность, тем более крупные области Мироздания имеют возможность обмениваться энергией напрямую. Чем на большее число не связанных друг с другом областей делится объект мироздания, тем меньше его упорядоченность.

Координаты, соответствующие этим параметрам могут принимать значения от 0 до 1. При этом, начало координат соответствует числу 1 для каждой из них, а конец соответствует числу 0. Сравнить такие координаты можно с пространственными координатами, которые определяются не удалённостью от своего начала, а близостью. При удалении от начала координат близость уменьшается.

В этих координатах можно изобразить объекты, подобно тому, как можно изображать материальные объёмные, плоские, линейные и точечные объекты, в обычной пространственной декартовой системе координат. Только наша система координат отличается своей ограниченностью единицей в начале и нулём в конце.