Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Сказанное легче будет понять, если учесть, что всякое отклонение от состояния инерциального движения сопровождается рассеянием, энтропизацией энергии. Здесь надо учитывать не только взаимопереходы кинетической и потенциальной энергии, но и фактор обесценивания энергии. Воздействие силы на инерциально движущееся тело приводит как раз к этропийному расходу энергии.

Так что если согласиться с гипотезой существования «кристаллической» структуры пространства-времени или просто с фактом соответствующей организации пространственно-временного многообразия, то это приведёт к неизбежному заключению, согласно которому всякая деформация такой структуры, или организации, должна сопровождаться реакцией противодействия. Но это обстоятельство было полностью проигнорировано в ОТО, что и вызвало критическое отношение не только Логунова, но и многих других физиков.

Перейдём теперь ко второму из двух вышеуказанных моментов. Что свойства пространства (будем для краткости употреблять иногда термин «пространство» вместо термина «пространство-время») определяются характеристиками состояния движения физических объектов, указывал ещё Н.И. Лобачевский. Он писал: «В природе мы познаём собственно только движение, без которого чувственные впечатления невозможны. Итак, все прочие понятия, например, Геометрические, произведены нашим умом искусственно, будучи взяты в свойствах движения; а потому пространство, само собой, отдельно, для нас не существует»[133].

Нельзя изучать свойства пространства вне характеристик состояний свободного движения. К этому надо ещё добавить, что нельзя обходить стороной особенности состояния движения, когда мы опускаемся на уровень квантовых объектов (при решении, скажем вопроса о квантовании гравитационного поля). И эти особенности приобретают принципиальное значение, как только начинают рассматриваться состояния движения фермионов (элементарных частиц с дробным значением спина). Квантовые состояния электронов описываются биспинором, т. е. парой спиноров. В отличие от тензоров спиноры требуют использования языка комплексных чисел. А это сразу наводит на мысль о том, что структура пространства-времени должна быть, вообще говоря, комплексной. Попытка построения такой структуры предпринята Р. Пенроузом. Речь идёт о теории твисторов[134]. Пока что рано судить о том, насколько успешной, в конце концов, окажется именно такой конкретный ход исследования. Но необходимость комплексного подхода к изучению структуры пространства-времени диктуется неизбежностью использования мнимой единицы при описании квантовых состояний движения. Как показал ещё в 1932 году П. Эренфест, в квантовой механике мнимая единица и понятие дальнодействия, т. е. не-силового мгновенного влияния одного квантового объекта на другой, неразрывно связаны между собой[135]. Эренфест имел в виду то, что теперь известно под названием эффекта сцепления («перепутанности») квантовых состояний. Без учёта данного эффекта релятивистская теория гравитации не может быть согласована с квантовой теорией физики. Это касается как РТГ, так и ОТО.

И ещё одно замечание общего характера, которое уместно будет сделать, прежде чем приступить к непосредственному анализу РТГ Логунова. При построении теоретических моделей Вселенной всякий раз приходится считаться с объяснением и описанием феномена красного смещения. Фактически здесь конкурируют две объяснительные альтернативы. Первая увязывает фактор красного смещения с эффектом Доплера, со скоростью удаляющихся друг от друга скоплений галактик, в конце концов, с расширением Вселенной из некоторого первоначального состояния — из состояния «первоатома». (Отметим тут сразу же, что доплеровское объяснение красного смещения обрело в физической литературе хрестоматийный характер. Так, например, в «Теории поля» Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица мы читаем: «Истолковав это смещение как доплеровское, мы приходим к заключению о «разбегании» галактик, т. е. о том, что в настоящее время Вселенная расширяется»[136].

Вторая альтернатива увязывает фактор красного смещения с гравитационным эффектом. Логунов — сторонник второй альтернативы, а о том, как она у него реализуется, будет сказано далее.

Со всеми особенностями математического языка, на котором выражаются современные варианты релятивистских теорий гравитации, можно познакомиться в книге В.Ф. Кагана «Геометрические идеи Римана и их современное развитие»[137].

Наиболее лаконично различия между ОТО и РТГ изложены в брошюре А.А. Логунова и Ю.М. Лоскутова «Неоднозначность предсказаний общей теории относительности и релятивистская теория гравитации». Какие особенности и недостатки ОТО в ней отмечаются? Перечислим их в том порядке, в котором они представлены в данной работе.

1. Сомнение вызывает принцип эквивалентности сил инерции и гравитации.

2. Играя по правилам ОТО, можно выбрать такую систему координат, в которой все компоненты тензора энергии-импульса гравитации превращаются в нуль. (В РТГ плотность полного тензора энергии-импульса вещества и гравитационного поля вместе взятых сохраняется, не зависит от манипуляции с координатной системой).

3. Из п. 2 следует нарушение в ОТО фундаментальных физических законов сохранения, что неприемлемо по физическим соображениям. (Здесь, видимо, надо пояснить, что имеются в виду физические системы, не имеющие асимптотического приближения к псевдоевклидову пространству, как это имеет место, скажем, в случае гармонических координат В.А. Фока (примеч. Л.А.)).

4. Неоднозначность предсказаний ОТО для тех или иных конкретных гравитационных эффектов. (Примером такой неоднозначности служит определение (вычисление) времени запаздывания сигнала при локации с Земли других планет Солнечной системы: Меркурия, Венеры).

Заметим сразу относительно п. 4, что на достаточно большом количестве примеров авторы показывают, что неоднозначность предсказаний ОТО возникает всякий раз из-за произвола в выборе в данной теории координатных условий, при которых решается та или иная конкретная задача. Мы показываем, пишут авторы, что для каждой задачи при одних и тех же физических условиях имеется множество решений уравнения Гильберта-Эйнштейна, каждое из которых даёт своё предсказание для эффектов. «Какое из решений следует взять — на это ОТО не может дать ответа, поскольку координатные условия, к которым обычно прибегают в ОТО, полностью произвольны, а их выбор в прямом смысле зависит от «вкусов» исследователя. Всё это неизбежно приводит к общему выводу об органической неспособности ОТО давать однозначные предсказания для гравитационных эффектов»[138].

Посмотрим теперь, насколько оправданной является данная критика по всем четырём пунктам, независимо от того, что предлагается взамен ОТО. Поставим вопрос: что значит принцип эквивалентности сил инерции и гравитации и как он используется в ОТО? Классическая механика, пишет Эйнштейн, указывает на одно ограничение, которое непосредственно требует распространения принципа относительности и на такие пространства отсчёта, которые не находятся в состоянии равномерного движения друг относительно друга. Отношение масс двух тел определяется в механике двумя принципиально различными способами: с одной стороны, через обратное отношение ускорений, которые сообщает им одна и та же сила (инертная масса), и, с другой стороны, через отношение сил, действующих на них в одном и том же гравитационном поле (гравитационная масса). «Равенство этих двух масс, столь различно определяемых, — указывает далее Эйнштейн, — является фактом, подтверждённым опытами с весьма большой точностью (опыты Этвеша), но классическая механика не даёт никакого объяснения этому равенству. Однако ясно, что утверждение о численном равенстве двух величин становится научно вполне обоснованным лишь после того, как доказано совпадение истинной природы обоих понятий»[139].

Обоснование «совпадения истинной природы обоих понятий» потребовало создания целой теории, которой и явилась ОТО. Сам автор ОТО говорит об этом так: «Возможность объяснить численное равенство между инерцией и тяготением на основе единства их природы доставляет общей теории относительности, по моему убеждению, столь большое превосходство над представлениями классической механики, что все трудности, с которыми она сталкивается в своём развитии, следует по сравнению с этим считать незначительными»[140]. Эйнштейн, как видим, переходит от равенства двух масс — инертной и гравитационной — к единству инерции и гравитации. Вопрос переносится в плоскость рассмотрения движения. В таком случае, согласно автору ОТО, эффект равноускоренного движения тела нельзя отличить от эффекта тяготения. Наблюдатель, находящийся в системе отсчёта, в которой равноускоренно движущееся тело покоится, не мог бы найти никакой разницы между силой гравитации и силой, возникающей в результате ускоренного движения. (В другом месте приводится конкретный пример с ощущением наблюдателя, находящегося в закрытом падающем лифте).