Не может ли человек создать себе

КОНКУРЕНТА?

 

Проблема создания существа, наделенного разумом или его подобием, волновала философов, писателей и ученых с самых дав­них времен. Эта возможность всегда вызывала чувства, близкие к страху. В Средние века была известна легенда о глиняном велика­не Големе, который однажды взбунтовался и принялся крушить все вокруг. М. Шелли написала роман о чудовище доктора Фран­кенштейна, который сотворил его из трупов, а затем с помощью ударов электрического тока вдохнул в него — на свою беду — жизнь.

Карелу Чапеку принадлежит социально-фантастическая драма «R.U.R.» («Россумовские универсальные роботы»). Этих роботов — живые механизмы — создал некий талантливый ученый, сумевший искусственным путем получить протоплазму. Про­мышленники тут же наладили массовое производство этих робо­тов в погоне за прибылью. Кончилось все это печально: роботы подняли бунт и перебили своих обленившихся создателей.

А за последние 50 лет появилось почти бессчетное количество книг и статей, посвященных проблеме искусственного интеллекта (ИИ). В знаменитой лекции, прочитанной в 1998 г. в Белом доме, С. Хокинг предсказывает, что быстрое развитие электронно-вы­числительной техники может привести к тому, что уже в первые десятилетия XXI в. по уровню аналитических способностей систе­мы ИИ сравняются с человеком. Что помешает им после этого, спрашивает профессор, приступить к дальнейшему самосовершен­ствованию, учитывая тот факт, что скорость эволюции интеллек­туальных систем, основанных на электронной технике, на много порядков превосходит соответствующие показатели для живых организмов? И если это произойдет, предостерегает Хокинг, то вполне вероятно, что на планете начнется соревнование между двумя противостоящими видами разумной жизни — электромеха-

ническим и молекулярно-биологическим. Причем преимущество в этом соревновании, вполне вероятно, будет на стороне первого.

Еще более решительно высказывается профессор кибернетики К. Уорвик, посвятивший этой теме книгу «Наступление машин»: «Человеческая раса, похоже, играет свою последнюю партию. Пе­риод нашего господства на Земле подходит к концу. Мы можем надеяться лишь на то, что машины будут обращаться с нами так, как мы обращаемся с другими животными, — они сделают нас рабами или поместят в зоопарки... Как только появится первая машина с интеллектом, близким по мощности к человеческому, у нас уже не будет возможности ее выключить. Бомба с часовым механизмом начнет отсчитывать последние минуты господства че­ловечества» [136].

Эту тему развивает географ-палеоклиматолог В.А. Зубаков (Санкт-Петербург). Он анализирует сценарий будущего за поро­гом современной бифуркации для того случая, если все пойдет самотеком и не будет решена ни одна из глобальных проблем. По этому сценарию природопокорительская цивилизация неизбежно придет к коллапсу в ближайшие 30-40 лет и место человека на Земле займут искусственные существа — киборги, которые смогут действовать в условиях, когда вследствие техногенных воздейст­вий произойдет радикальная перестройка окружающей среды.

Возможностям создания системы ИИ, обладающей способнос­тью мыслить, посвятил книгу Р. Пенроуз. В предисловии к этой книге, которое написал классик математических развлечений М. Гарднер, говорится: «Для меня Пенроуз — это тот молчальник, сидящий в третьем ряду позади лидера ИИ, который способен утверждать, что Император страны компьютеров просто голый» [176].

Пенроуз обратил внимание на главное различие между самым совершенным ИИ — Императором страны компьютеров, который когда-либо будет создан, и мозгом человека. Этот Император су­меет превзойти человеческие способности к алгоритмическим суждениям, но он будет совершенно бессилен там, где потребуется работа интуиции. Проблема, по мнению Пенроуза, состоит в том, что у нас нет теоретической модели реального мозга, нет и ответа на вопрос, достаточны ли известные законы физики для того, чтобы понять механизм функционирования сознания и мышле­ния. «В этой книге, — пишет он, — я предложил много аргументов в пользу того, что точка зрения, согласно которой наше мышление в основном аналогично действию сложного компьютера, неверна.

Но чтобы прояснить весь запутанный клубок вопросов, нужна I теория сознания».

Цель того исследования, результаты которого изложены в предыдущих главах, состояла в том, чтобы внести посильный вклад в создание такой теории. И хотя до завершения этой работы еще далеко, на вопрос, поставленный Пенроузом, можно дать одно­значный ответ: принципы построения современных систем ИИ не дают им никаких шансов выйти за пределы алгоритмических про­грамм. Жуткие миражи Хокинга, Уорвика и Зубакова не более чем миф, который никогда не станет реальностью. Задачи, требующие для своего решения использования интуиции, навсегда останутся для них закрытой книгой.

Но позволяет ли этот вывод полагать, что виртуальный образ сильного и жестокого конкурента, который много столетий будо­ражит человеческий ум, можно окончательно сдать в архив? К сожалению, такое заключение было бы поспешной попыткой за­крыть серьезную проблему. Если способность человеческого со­знания к интуиции связана со свойствами мэона, то возникает естественный вопрос: нельзя ли создать искусственные системы, основанные на использовании тех же самых физических эффек­тов? Априорно дать на этот вопрос отрицательный ответ у нас нет оснований. Чтобы разобраться в нем более основательно, необходим углубленный поиск в области физики квантового вакуума. Следующая, пятая часть нашей книги посвящена анализу именно этого круга проблем.

 

 

Часть 5

___________________________________

РАБОТАЕТ

КВАНТОВЫЙ

ВАКУУМ

___________________________________

 

 

Глава 5.1

ЛИНИЯ ДЕМОКРИТА

 

Задача научного и философского анализа, которому была по­священа предыдущая часть книги, состояла в обосновании концеп­ции мэон-биокомпьютерной триады и формулировании основных принципов синергетической мэонологии. Эта теория позволила предложить научную интерпретацию целого ряда эмпирических фактов и предсказать несколько новых эффектов.

Исходным пунктом проведенного в ч. 4 анализа послужило учение Платона об идеационной триаде. Но если учение Платона было одной из вершин античной философии, то другим, не менее значительным достижением творческой мысли древней Эллады было учение греческих атомистов, в первую очередь Левкиппа и Демокрита. В определенном смысле все последующее развитие философии и науки можно представить как непрекращавшийся 2 тыс. лет спор этих двух диаметрально противоположных взглядов на обитаемый космос и Вселенную в целом.

Основная задача пятой части нашей книги состоит в том, чтобы, следуя главным образом линии Демокрита, показать, какие пози­тивные научные результаты это извечное идейное противостояние дало к настоящему времени науке. Забегая вперед, отметим главный парадоксальный результат этого исследования: обе, казалось бы, такие разные концепции — линия Платона и линия Демокрита — в конечном счете приводят к очень близким выводам. Объедине­ние этих двух первоначально противоположных взглядов на мир оказывается возможным на основе синергетической мэонологии. Основным итогом этого нового унифицированного миропредстав-

ления является формирование новой, синергетической ноокосмической парадигмы (напомним, что греческие слова noos и kosmos означают ум и вселенная, гармония).

После этих вступительных замечаний перейдем к краткому раз­бору творческих идей основоположников греческого атомизма Левкиппа и Демокрита. Поскольку из сочинений Левкиппа сохра­нилось всего несколько фраз, мы будем в дальнейшем говорить только о Демокрите. Он был современником учителя Платона — Сократа. Платон знал его труды, но относился к ним крайне отри­цательно: в его собственных сочинениях нет ни одного упомина­ния об учении Демокрита, и, как рассказывают, Платон даже по­рывался сжечь все книги своего антагониста. Зато ученик Платона Аристотель часто цитирует Демокрита, правда, почти всегда с кри­тических позиций.

Чему же учили греческие атомисты? Во Вселенной, утверждает Демокрит, нет ничего, кроме атомов и пустоты. Атомы — это ми­нимальные неделимые далее частицы вещества (я — отрицание, tome — деление, разрезание). Атомы различаются формой, поряд­ком и поворотом. Подчеркнем последнее их свойство — способ­ность вращаться в пустом пространстве; к этому свойству мы будем возвращаться впоследствии особо. Атомов бесконечно много, и они бесконечно разнообразны. По мнению Демокрита, сообщает Диоген Лаэрций, «может существовать такой атом, раз­мер которого равен всему нашему миру» [38]. Возьмем на заметку и это суждение.

Все материальные тела состоят из атомов, атомы образуют их природу (physis). Атомы — это нечто {den), а пустота, существую­щая наравне с ним — ничто (maden). Это совсем не то ничто, или maeon, отсутствие бытия, о котором учили Платон и Аристотель, пустота у Демокрита — это всего лишь пустое пространство (topos). Пустота, по Демокриту, «по своей природе воистину пустая, бессильная и бездеятельная» (Диоген Лаэрций). Пусто­та Демокрита абсолютно однородна, бесконечна и может как вмещать тела, так и существовать без них. Она существует вне тел и внутри них, разделяя атомы, из которых состоят все слож­ные тела. Пустоты нет только внутри атомов, так как по опреде­лению они неделимы.

Вселенная, состоящая из атомов и пустоты, бесконечна в про­странстве и во времени. У нее не было начала и не будет конца. Цитируя Демокрита, Аристотель пишет: «вечное и бесконечное не

имеет начала, а причина есть начало, вечное же безгранично, поэ­тому спрашивать, какова причина какой-либо из таких вещей, то же самое, что искать начало бесконечности». В этой бесконечной Вселенной и различных миров бесконечно много. Вечным в ней является и движение атомов.

В бесконечной пустоте нет ни верха, ни низа, говорил Демо­крит, и сравнивал движение атомов с движением пылинок в со­лнечном луче. Этот взгляд напоминает современную кинетичес­кую теорию газов.

Понятие пустоты вызывало у философов античности острые споры. Позицию Парменида можно изложить в следующих словах: «если утверждают, что пустота существует, то значит, она не есть ничто и, следовательно, она не пустота». Аристотель полагал, что пустоты не может быть, так как бесконечно разреженное простран­ство приводило бы к бесконечному движению. В отсутствие сопро­тивления среды, полагал он, скорость тел была бы бесконечно большой, что невозможно. На этом основании Аристотель сфор­мулировал знаменитый принцип, который на латыни звучит так: «natura abhorret vacuum» (природа боится пустоты).

Интересно отметить, что, протестуя против введения в натур­философию понятия пустоты, Аристотель нашел логический довод, который можно было бы противопоставить критике Парме­нида. В книге «Физика» он писал: «Утверждающие существование пустоты называют ее местом; в этом смысле пустота была бы мес­том, лишенным тела». Это был именно тот принцип, который Нью­тон 2 тыс. лет спустя положил в основу натуральной философии: пустота не есть ничто, а вместилище, которое в какой-то своей части может содержать материю, но не содержать ее в другой.

Однако споры о природе пустоты не прекратились и в Новое время. Декарт утверждал, что главным отличительным свойством материи является протяженность, а потому представить себе про­тяженность без материи, т. е. пустоту, невозможно. Существование пустоты противоречит природе вещей. Вспоминая Льюиса Кэр­ролла, можно сказать, что для Декарта пустота — это такой же абсурд, как улыбка чеширского кота.

Отрицал существование пустоты и Лейбниц, по мнению кото­рого может существовать только заполненное пространство. Он утверждал, что пространство следует понимать как систему отно­шений. Свои разногласия по этому вопросу с Ньютоном Лейбниц

обсуждал в переписке с Кларком, который был убежденным нью-тонианцем.

Демокриту первому из древнегреческих философов принадле­жит эксплицитная формулировка понятия причинности. «Ни одна вещь, — учит он, — не возникает беспричинно, но все воз­никает на каком-нибудь основании и в силу необходимости». Из принципа детерминизма у Демокрита следовал отказ от призна­ния «разумного начала», движущего миром. Излагая его взгля­ды на проблему причинности, Аэций писал: «Все прочие счита­ют, что мир одушевлен и управляется провидением, а Левкипп, Демокрит, Эпикур и другие сторонники атомов считают, что не­одушевлен и управляется не провидением, а некой неразумной природой».

Из античного детерминизма следовало исключение роли слу­чайности и признание закона необходимости. У последующих фи­лософов этот вывод вызвал критику. Вот что писал по этому пово­ду Августин: «Пусть можно уступить Демокриту и Эпикуру в том, что существуют атомы, пусть даже можно уступить им в том, что они вследствие случайного столкновения толкают и приводят в движение друг друга. Но неужели можно уступить им в том, что атомы, случайно собравшись вместе, могут создать какой-либо предмет, видоизменяя его форму, определяя его фигуру, придавая ему гладкость и равномерность, украшая его цветом?»

Подобные возражения основаны всего лишь на неправиль­ном истолковании учения Демокрита: атомы у него движутся вовсе не как попало, не по законам случая, а подчиняясь строгой необходимости. Чтобы составить более точное представление о взглядах Демокрита на эти проблемы, следует разобраться, о какой случайности могли вести речь его современники. Если случай — это событие, не имеющее причины, то, с точки зрения Демокрита, такую возможность надо отклонить сразу. Если слу­чай — это событие, которое не имеет разумной, телеологической причины и объясняется лишь толчками при движениях и т.п., то у философа из Абдер было что возразить на такую точку зрения. Он признавал, что существует два типа явлений — одни обуслов­лены природными причинами, а другие — свободной деятельнос­тью человека. Сохранились, правда, сообщения, что Демокрит упо­доблял человека созданному Дедалом «роботу», которого он на­полнил ртутью. Можно поэтому думать, что, с его точки зрения,

свободные поступки людей продиктованы разумно понятой необ­ходимостью.

Вот какой комментарий к этим рассуждениям Демокрита дает Диоген Лаэрций: Аристотель считает случайным, если человек, вскапывая землю, найдет клад или если на чью-то лысую голову упала черепаха и разбила ее. Не то у Демокрита: «причиной нахождения клада он считает вскапывание земли в саду или посадку оливкового дерева, причиной же того, что у лысого разбит череп, стало то, что орел сбросил на него черепаху, желая разбить ее панцирь» [38].

Следуя взглядам современников, Демокрит признавал сущест­вование души. Эта душа состоит из шарообразных подвижных атомов, которые подобны огню. Ее функция состоит в том, что она приводит в движение тело, кроме того, отвечает за ощущения и разумное поведение человека.

Очевидно, это была первая модель человека-машины. Со смер­тью человека прекращает существование и душа, образовавшие и ее, и тело атомы рассеиваются. Однако в определенной степени «все предметы обладают кое-какой душой, даже мертвые тела. Ибо в теле всегда явным образом заключено некоторое количество теп­лого и чувствующего, даже после того как большая часть испари­лась в воздух».

Философия Демокрита атеистична. Он отрицал божественное провидение, пророчества, загробную жизнь, воздаяние за непра­вильные поступки.

Атомисты разрабатывали такую модель мироздания, которая не имела телеологической направленности. Этим их взгляды радикально отличались от того, чему учили Платон и Аристотель, которые объясняли мир, используя понятие цели. Демо­крит в отличие от них сделал выбор в пользу механистического детерминизма. В значительной мере под влиянием религии вплоть до эпохи Возрождения развитие философии и науки про­исходило главным образом в рамках телеологической концеп­ции. И только начиная с Нового времени наука перешла на те позиции, которые соответствовали материалистическому учению Левкиппа и Демокрита.

Глава 5.2

КЛАССИЧЕСКИЙ ВАКУУМ

Вслед за Аристотелем средневековая наука отрицала существо­вание пустоты. Horror vacui — природе свойственна боязнь пусто­ты. Само это понятие каким-то образом связывалось с нечистой силой.

В знаменитой трагедии Гёте есть такое место. Обращаясь к Фаусту, Мефистофель спрашивает:

— Достаточно ль знаком ты с пустотой?

И слышит в ответ от ученого доктора:

— Вот новости! Такой вопрос излишен.

В нем отголосок «кухни ведьмы» слышен.

Первым в истории Нового времени, кто попытался по-новому подойти к проблеме вакуума, был Галилей. В главном научном труде — «Беседах о двух главных науках» — ученый критикует концепцию Аристотеля и вводит понятие о микроскопических пустотах, которые должны содержаться в веществе. Но он не огра­ничивается этим и дает поручение своему ученику Торричелли разобраться в проблеме, которая возникла у строителей фонтанов во Флоренции. Им по неизвестной причине не удавалось вытянуть насосом воду из колодца выше, чем на 10 м.

«Природа боится пустоты, но до определенной степени», — предположил Галилей. Вряд ли такое объяснение удовлетворило его, но сделать следующий шаг он уже не мог: последние силы покидали старого ученого. В 1642 г. на вилле Арчетри под Флорен­цией, где до конца дней продолжала держать его инквизиция, Га­лилей скончался на руках своих учеников Торричелли и Вивиани.

Торричелли с честью справился с поручением своего учителя. Он предположил, что вода в колодце поднимается под давлени­ем воздушного океана, величина которого как раз равна весу деся­тиметрового столба воды. Если взять запаянную с одного конца трубку и наполнить ее ртутью, которая в 13,5 раза тяжелее воды, а затем свободный конец трубки опустить в сосуд, содержащий ртуть, то высота столба ртути над уровнем жидкости в сосуде будет 760 мм, а над этим столбом образуется «торричеллиева пустота» — вакуум, так как давление паров ртути очень мало.

В 1643 г., спустя всего год после кончины Галилея, другой его ученик, Винченцо Вивиани, простыми опытами подтвердил спра­ведливость рассуждений своего старшего товарища.

А затем события стали развиваться с поразительной, небыва­лой быстротой. Всего через 4 года, в 1647 г., был сделан следующий шаг: Блез Паскаль доказал, что атмосферное давление падает с высотой. По его просьбе несколько его друзей взяли трубку Тор­ричелли и поднялись с ней на гору Пюи де Дом высотой 1,5 км. При восхождении высота подъема ртути в трубке и, следовательно, атмосферное давление постепенно падали.

После этих опытов нетрудно было подсчитать, каким должно быть атмосферное давление на больших высотах. На высоте 200 км оно должно составлять всего 10~^б мм рт. ст. Так был открыт косми­ческий вакуум.

Сразу после опытов Вивиани и Торричелли в Германии, Анг­лии, Франции появляются усовершенствованные конструкции ба­рометров. Роберт Бойль в Англии и Отто Герике в Германии изо­бретают первые воздушные насосы. В 1665 г. Эдуард Сомерсет пишет работу «Век изобретений», в которой описывает паровой насос для приведения в действие фонтанов. Возникает идея паро­вой машины, которая была не чем иным, как пароатмосферным насосом.

Продвижение открытия Торричелли в практику проходило бы­стрыми темпами. Инженеры XVII столетия не хуже наших совре­менников умели оценить практическую силу новых физических идей.

Открытие вакуума (или «Пустого Пространства», как с уваже­нием писал Герике) потрясло умы современников. Вот что, к при­меру, писал один из очевидцев знаменитых опытов Герике: «Я ничего более чудесного никогда не видел, не слышал, не читал и даже не предполагал, а также не думаю, что после создания мира когда-нибудь что-либо подобное, не говоря уже о более удивитель­ном, видело свет солнца. Таково же мнение великих князей и ученейших мужей, которым я сообщил об этих опытах».

В наше время вакуум давно уже никого не удивляет и прочно взят на вооружение металлургией, электронной промышленнос­тью, радиотехникой, другими отраслями промышленности. Но оз­начает ли это, что вакуум раскрыл все свои тайны?

Сорок лет спустя после опытов Торричелли Исаак Ньютон опубликовал свой главный труд — «Математические начала нату-

ральной философии», который явился важнейшей вехой на пути к созданию классический механики. Какой же была Вселенная, открывшаяся современникам со страниц «Начал»? Мир, скон­струированный Ньютоном, был странен и полон парадоксов. Аб­солютно пустое пространство, не имеющее границ и подчиняю­щееся геометрии Евклида. Здесь вечно кружатся светила и плане­ты, послушные закону всемирного тяготения, который действует на расстоянии, без помощи какой-либо промежуточной среды. Пространство Ньютоновой Вселенной — это что-то вроде пустого ящика без стенок или вроде казармы, как выразился немецкий математик Г. Вейль [39].

Свойства этого абсолютного пространства парадоксальны: между заполняющими его телами действуют Ньютоновы силы тяготения, которые распространяются прямолинейно, мгновенно и на любые расстояния. Что такое протяженное пространство, если взаимодействия между телами не зависят ни от протяжения, ни от времени? Признание таких свойств этих тел вело по существу к отрицанию непрерывности пространства и времени.

Время у Ньютона было столь же абсолютным, как и простран­ство. Ход времени равномерен и синхронен во всех точках про­странства и ни от чего не зависит. Часы идут абсолютно одинаково во всех уголках бесконечной Вселенной.

С бесконечностью тоже было не все в порядке. Ньютон полагал, что звезды равномерно распределены во Вселенной. Но может ли такая Вселенная, в которой действует универсальный закон все­мирного тяготения, быть устойчивой?

Нетрудно показать, что в случае равномерного распределения масса со временем должна вся целиком стянуться либо в одну точку, либо в бесчисленные сферы. Видимо, существует какой-то «агент», который препятствует такому развитию явлений и воз­вращает Вселенной устойчивость.

Сложнее снять другой парадокс бесконечной Вселенной. Если звезды распределены в ней равномерно, то яркость неба не должна отличаться от яркости самой близкой звезды — Солнца. Однако этого не происходит — в этом состоит так называемый фотометрический парадокс. Снять его можно, отказавшись от предположе­ния Ньютона о равномерном распределении звезд в пустом про­странстве. Если предположить, что с увеличением расстояния (от чего — от центра Вселенной?) плотность звездного населения па­дает, то фотометрического парадокса не возникает. Но тогда появ-

яяется другой парадокс: существование действительно абсолютно пустого бесконечного пространства, в котором имеется некая вы­деленная сфера, содержащая звезды.

Созданная Ньютоном математическая теория позволила ре­шить ряд важнейших задач небесной механики (теория движения Луны, планет и комет, объяснение приливов и отливов и др.). Развивая теорию Ньютона, его последователи в XVIII и XIX вв. обеспечили буквально триумфальное шествие астрономии и ме­ханики. Эти новые успехи были связаны с именами таких блес­тящих ученых, как Л. Эйлер, А. Клеро, Ж. Даламбер, Ж. Лагранж, П. Лаплас.

Но снять те парадоксы и эпистемологические проблемы, кото­рые возникают в связи с постулатом Ньютона об абсолютно пус­том пространстве, не удалось ни одному из них. Интересно поэто­му проследить, каким путем к этой концепции пришел сам Ньютон и какие отставленные им, но сохраняющие научную ценность и сегодня идеи возникали у него на этом нелегком пути. Чтобы разобраться в этих вопросах, обратимся к исследованиям творче­ства Ньютона, выполненным Б. Доббс и И.С. Дмитриевым [39].

Ньютон начинал анализ с критического разбора картезианской теории тяжести, согласно которой сила тяготения обусловлена давлением мирового эфира. Он делает выписки из сочинений Де­карта и Гассенди о падающем дожде тонкой материи, уносящем с собой вниз все тела. И тут ему приходит в голову идея использо­вать падение этой тонкой материи для того, чтобы создать вечный двигатель, perpetuum mobile. Одна из схем такого двигателя могла бы выглядеть следующим образом: верхние лопасти колеса, вра­щающегося вокруг горизонтальной оси, экранируют от падающего на них эфирного ветра нижние лопасти. Если заслонить плотным экраном лопасти, поднимающиеся с другой стороны колеса вверх, то колесо будет вращаться вечно. «Проверить, — записывает Ньютон, — не изменится ли вес тела, если над ним или под ним помес­тить другое, более тяжелое тело» [39].

Эти идеи Ньютон продолжает обсуждать в рукописи, известной под названием «Hypothesis». Он придумывает различные виды эфира — «эфирный спиритус» (aethereall spirit) и «жизненно-воз­душный спиритус» (vitall-aereallspirit), который способен поддер­живать огонь и жизнь.

В том же ключе этот анализ продолжен в следующей рукопи­си — «Vegetation». Ньютон приходит к выводу, что Земля — это

«великое животное или, скорее, одухотворенное растение». Идеи эфира по-прежнему владеют его воображением. Чтобы понять явления природы, утверждает он, одних механических объяснений недостаточно. Необходимо допустить существова­ние чувствительного спиритуса, тонкого, тайного и благородно­го агента, который и определяет все жизненные процессы в произрастающих телах. Нельзя исключить, что этот тонкий актив­ный спиритус содержится {entangle) в мировом эфире как в носителе {vehicle).

Эти рассуждения привели Ньютона к тому, что для него, как ему казалось, наступил момент истины: связав воедино эфир, «vegetable spirit» и свет, т.е. явления гравитации, жизни, света и тепла, он подошел к пониманию главного в природе — источника всех протекающих в ней процессов, которые определяют все многообразие мира.

Это было ошибкой: момент истины наступил для Ньютона чуть позже, примерно в 1684 г., когда он понял, что выведенные им математические законы движения планет можно согласовать с эм­пирическими законами Кеплера только в том случае, если предположить, что мировой эфир если и существует, то не способен ока­зывать никакого влияния на движение тел. Подчиняясь инерции мысли, Ньютон поначалу хотел рассмотреть свойства этого «нете­лесного эфира» — «more Geometrarum, stricte». Но вскоре понял, что решить эту задачу невозможно, поскольку уравнения движения не содержат параметров, зависящих от такой среды.

Это означало полный отказ от первоначальных идей о механи­ческом телесном гравитационном эфире в пользу концепции абсо­лютно пустого Пространства, которая и легла в основу классичес­кой механики. Но проблема так и осталась нерешенной: если сило­вое взаимодействие тел всегда предполагает их контакт (удар, дав­ление и т.п.), то там, где нет контакта, не должно быть и силы. Но у Ньютона она есть — это сила тяготения, действующая через пустое пространство.

Невозможность разобраться в этих парадоксах, оставаясь в рамках классической механики, вероятно, попортила немало крови великому физику. Вряд ли случайны слова, сказанные им незадолго до кончины: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу и развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красную раковину, в то

время как великий океан истины расстилается передо мной неис­следованным».

Можем ли мы считать, что абсолютно пустое пространство дей­ствительно ничего не содержит? Попробуем поставить мыслен­ный эксперимент. Представим себе цилиндр с поршнем, из-под которого откачали практически весь воздух. Теперь поднимем поршень вверх и на некоторое время оставим сосуд в покое при комнатной температуре. Со стенок сосуда в полость под поршнем поступит тепловое излучение, температура которого, очевидно, тоже будет комнатной. А теперь позволим поршню быстро упасть вниз. Падая, он сожмет излучение, и температура его повысится. В результате поршень, который в начале опыта касался дна сосуда, теперь не сможет до него опуститься. Это произойдет только после того, когда излучение отдаст избыточную энергию стенкам сосуда. Значит, вакуум не пуст!

А вот другой эксперимент, который в 1948 г. предложил гол­ландский физик X. Казимир. Поместим в вакуум параллельно друг другу, но не вплотную две металлические пластины. На них нет электрического заряда, однако в окружающем пространстве неизбежно присутствует электрическое поле. Пластины будут отра­жать его. Но поскольку на их поверхности электрическое поле обращается в нуль — металл служит отличным проводником, — то между пластинами должна возникнуть сила притяжения. Ее вели­чина зависит от расстояния между пластинами и спектра электро­магнитного излучения.

Спустя 10 лет опыты, основанные на предложении Казимира, удалось осуществить другому голландскому физику — М. Спар-наю. Оказалось, пластины действительно притягивались друг к другу. Эффект не исчезал и когда температура приближалась к абсолютному нулю. Даже и в этих условиях вакуум не пуст — его заполняет беспорядочное флуктуирующее нулевое излучение.

Величина силы, действующей в вакууме между двумя парал­лельными пластинами, оказалась весьма значительной. Если рас­стояние между отполированными по высокому классу пластинами уменьшали до 10⁷ см, то давление, испытываемое ими, достигало 10⁴ кг/см².

Глава 5.3

ПУСТОЕ ПРОСТРАНСТВО

 

От гипотезы мирового эфира пришлось окончательно отка­заться после того, как в тщательно поставленном эксперименте А. Майкельсон и Э. Морли так и не смогли обнаружить признаков его присутствия в космическом пространстве. Этот знаменитый опыт был впервые поставлен в 1887 г. и затем неоднократно повто­рен с более совершенной аппаратурой — и каждый раз с одинако­выми отрицательными результатами.

В 1905 г. никому не известный молодой физик Альберт Эйнш­тейн опубликовал статью «К электродинамике движущихся сред». В ней он сформулировал два фундаментальных постулата, соста­вивших основу специальной теории относительности. Из первого постулата следовало, что не существует ни абсолютного движения, так как нет никакой выделенной, привилегированной среды, ни абсолютного пространства. Второй постулат состоял в том, что в пустоте свет распространяется во всех направлениях и относи­тельно любого выделенного тела с одной и той же постоянной скоростью [99].

Постулаты Ньютона об абсолютном пространстве и времени критиковали уже его современники, например Г. Лейбниц [61]. Ньютон, видимо, и сам понимал, что эти предположения трудно обосновать логически. Однако ни одному опытному результату, известному в его время, они не противоречили. Положение карди­нально изменилось только после фундаментального опыта Майкельсона-Морли. Сформулировав специальную теорию относительности, Эйнштейн сделал первый шаг к разгадке тайны пустого космического пространства.

Следующий шаг спустя три года после публикации работы Эйнштейна сделал Герман Минковский. Большинство современ­ных им ученых встретило работу Эйнштейна без интереса и даже неприязненно, им казалось, что вместо того, чтобы разрешить действительно актуальную проблему, он спрятал ее в гущу математи­ческих формул. Минковскому удалось предложить простую физи­ческую интерпретацию теории Эйнштейна. От абсолютного про­странства и абсолютного времени следует отказаться и вместо них рассматривать единый четырехмерный пространственно-времен-

ной мир. Чтобы совершить переход к такому пространству от при­вычного Евклидова трехмерия, требовалось выполнить простую операцию — умножить время на скорость света и рассматривать полученную величину в качестве четвертой координаты реального

мира.

Обычное пространство обладает тремя измерениями — дли­ной, высотой и шириной. Пространство Эйнштейна-Минковского отличается от него тем, что имеет четвертое измерение, которое зависит от времени. Таким образом, смысл теории Эйнштейна состоит в том, что время, которое наши органы чувств воспринимают как нечто не сопоставимое с пространст­вом, тем не менее играет в физическом мире роль четвертого, независимого измерения.

1905 г. был исключительно плодотворным в творческой биогра­фии Эйнштейна. Кроме «Электродинамики движущихся сред», он опубликовал в этом году еще две работы. Первая из них была посвящена теории броуновского движения. В этой работе было показано, что гениальная догадка Демокрита о существовании ато­мов была совершенно правильной. После этой работы Эйнштейна постулат об атомно-молекулярной структуре материи был нако­нец безоговорочно принят всеми учеными, даже такими противни­ками атомной теории, как В. Оствальд.

В другой работе Эйнштейн развил гипотезу Макса Планка о квантовой природе излучения и показал, что в некоторых опытах свет должен вести себя как поток частиц, имеющих энергию hv — (здесь v — частота электромагнитных колебаний, h — постоянная, названная планковской). Это было открытие удивительного пара­докса: кванты света обладают свойствами как волны, так и части­цы. Этот парадокс получил название «дуализм волна-частица».

В 1915 г. Эйнштейн сделал следующее открытие: он показал, что перехода от геометрии Евклида к четырехмерной модели Все­ленной недостаточно, чтобы отразить реальные свойства мира. Из созданной им общей теории относительности следовало, что не только времени, но и веществу, наполняющему Вселенную, следу­ет дать геометрическую интерпретацию. Картину мира, которая скрывалась за уравнениями общей теории относительности (ОТО), можно уподобить холмистой стране, на ровной четырех­мерной поверхности которой кое-где появляются выпуклости, бу­горки. Эти бугорки и есть звезды, планеты и прочие материальные

обитатели Вселенной. Мир ОТО оказался еще более необычным чем Вселенная Эйнштейна-Минковского, он не содержал вообщ_е ничего, кроме геометрии.

Разумеется, для того чтобы согласиться со столь радикальной сменой взглядов на реальную структуру космического простран­ства, требовались прямые экспериментальные подтверждения. И они были получены очень быстро. Уже в 1919 г. во время солнеч­ного затмения астрономы наблюдали звезды, находившиеся поза­ди диска Солнца, скрытого Луной. Это означало, что траектория света, идущего от далекой звезды, искривляется в поле тяготения Солнца и огибает его. Это был именно тот эффект, который пред­сказывала ОТО. Позже были получены и другие эксперименталь­ные доказательства справедливости теории.

Какой же оказалась реальная геометрия Вселенной? Модель Евклида осталась приемлемой лишь в качестве первого приближе­ния, модель четырехмерного мира Эйнштейна-Минковского лучше, но тоже недостаточно точна. На помощь пришли великие математики — Николай Лобачевский, Карл Гаусс и в особенности его ученик Бернхард Риман. Все они жили задолго до Эйнштейна, но именно их математические теории позволили ему завершить работу над ОТО. Пространство в геометрии Римана искривлено. В реальной Вселенной пространство искривлено точно так же, а причиной этого искривления служат гравитационные поля, созда­ваемые массивными объектами.

Из уравнений ОТО следовал еще один фундаментальный вывод: если какая-либо система движется с равномерным ускоре­нием, то возникающее в ней поле сил инерции полностью имитирует однородное поле тяготения. Этот вывод, получивший назва­ние принципа эквивалентности, совпадал с результатами экспе­риментов, которые еще в 1890 г. провел венгерский физик Роланд Этвеш[160].