Да будет свет!
Интервью с С. В. Гальпериным «На пути к познанию природы светового кванта» (см. Энергия. 2006. №6) вызвало интерес читателей журнала, поэтому было решено продолжить любопытную беседу. Предлагаем их вниманию беседу корреспондента Т. Л. Мышко с С. В. Гальпериным.
– Семён Вениаминович, не скрою, для меня предыдущая беседа с вами была делом непростым, поскольку предлагаемая по ходу информация к размышлению порой напоминала мне катящуюся с горы снежную лавину; пугающей казалась даже сама простота новых представлений.
– В этом нет ничего необычного: ведь вам по существу предлагалось отказаться от многого из того, что считается общепринятым, а для этого требуется перемена мысли (в восточном христианстве это понятие – «μετάνοία» было даже равнозначно раскаянию как отказу от былых заблуждений). Так что испытанный вами стресс – всего лишь вынужденная плата за возможность оказаться причастной к новому мировидению в начальный период, когда господствует убеждение: этого просто не может быть. Для меня весомым аргументом в таком деле остаётся доступная мысленному созерцанию пространственная модель, не только проявляющая саму структуру обсуждаемых вещей, но и демонстрирующая их внешнюю выразительность. Точка, сворачивающая в себе структуру сферы и вместе с тем разворачивающаяся в бесконечность однородного и изотропного пространства – достойный тому пример.
– Но почему вы считаете, что усвоение подобных образов (вы это называете, по-моему, «расширением сознания») следует предлагать аудитории, которую, в первую очередь, интересуют не общемировоззренческие проблемы, а сугубо практические, возникающие в связи с использованием энергии: техника, экономика, экология?
– Прежде всего, я исхожу из того, что журнал ваш издаётся под руководством Президиума Российской академии наук. А всё, что происходит в последнее время, свидетельствует о завершении выбора главного направления в академической науке на перспективу – энергетика и её проблемы. Стало быть, от интеллектуального авангарда потребуются новые идеи именно в этой сфере, а их плодотворность в условиях непрерывного нарастания значимости высоких технологий напрямую связана с надёжностью самогó теоретического фундамента познания, которая в настоящее время не может не вызывать сомнений. В подтверждение последнего я позволю себе сослаться на недавно ушедшего из жизни физика с мировым именем Юваля Неемана, который года за три до кончины популярно изложил общую стратегию науки ХХ века. Он говорил: «Наука познаёт материальный мир путём процесса, который я назову далее „наложением заплат“, до полного покрытия области неизвестного. Утверждая, что такое „латание“ позволяет простереть полог науки над всем материальным миром, мы и в самом деле прибегаем к некоему независимому предположению. Ведь нанося „латки“ знания на отдельные области непознанного, мы, в конце концов, будем вынуждены заштопать прорехи всего полотна в целом, так что не останется пустых мест». Вот вам образно изложенное положение вещей, как на сегодняшний день, так и на перспективу. Не думаю, что процесс познания, завершающийся созданием лишь нищенского рубища, способен расположить к оптимизму.
– Может, это и так. Но я, тем не менее, не считаю, что попытка обсуждения столь фундаментальной проблемы в аудитории любого уровня достаточно продуктивна. Не зря же системный подход опирается на твёрдое правило: проблема должна решаться на том уровне, на котором возникает.
– Беда в том, что описанная выше технология процесса познания реальности делает и само сознание «фасеточным», из-за чего поставленные им глобальные цели с неотвратимостью превращаются лишь в благие намерения. И если уж на то пошло, приведу другое правило, пользующееся авторитетом у экологов: мышление – глобально, действие – локально. Не думается ли вам, что в их требованиях сохранять экологическое равновесие выражена по сути основа целостности самогό мироздания – динамическое равновесие вышеупомянутой точки? А ведь именно такой подход требуется, скажем, к анализу предложения «зажечь Солнце на Земле», выдвинутого и уже исподволь осуществляемого сторонниками глобального использования энергии термоядерных превращений. Ведь получается, что основой для него служит вовсе не целостная картина мира, а всего лишь одна из «латок», упомянутых выше, пусть и достаточно крупная. Это значит, что знания, находящиеся в их распоряжении, остаются неполными: само по себе освоение в проектируемых масштабах технологии соединения лития с дейтерием, при котором столкновение всего лишь двух ядер уже является мощнейшей микрокатастрофой, не позволяет с необходимой степенью достоверности учесть последствия этого для судеб самой Земли (Солнце всё же обеспечивает сохранность земной жизни, оставаясь на довольно приличном расстоянии от неё). Как свидетельствует история, использование неполных знаний оборачивается, подчас, большими бедами. Известно, что ещё древние египтяне умели выплавлять свинец из руд, а в Древнем Риме был даже сооружён водопровод из свинцовых труб. И вот анализ останков жителей Вечного города, проведённый лишь в ХХ веке, выявил, что среди них были весьма широко распространены тяжёлые отравления свинцом, ведущие, по существу, к вырождению. Это значит, что почти два тысячелетия потребовалось человеческому разуму для осмысления трагических результатов использования неполного знания (то есть знания, достаточного лишь для изготовления свинцовых труб), притом, в масштабах лишь одного древнего мегаполиса. Кстати, обратите внимание, и тогда технология оказывалась впереди теории. Поэтому именно подобный пример мне представляется вполне уместным для сравнения с нынешним положением.
– Согласна, информация, в какой-то мере, поучительна. Тем более, что смена материала для изготовления труб в конце концов решила проблему. Но из какого, простите, более подходящего «материала» сможем мы получить столько энергии, сколько необходимо? Альтернативы критикуемому вами способу в обозримом будущем, насколько я понимаю, не предвидится.
– Во-первых, я попытаюсь ответить на ваш вопрос о «материале»: по моему мнению – это низкотемпературная плазма, работающая в режимах, весьма далеких от температур, вызывающих термоядерные микровзрывы. Во-вторых, я глубоко убеждён, что нынешнему выводу о безальтернативности помогли сформироваться особенности развития самогό научного мировоззрения в минувшем веке. Нельзя забывать, что главный путь, выбранный в нём мировой физикой, сделал возможным создание ядерного оружия и беспрецедентную многолетнюю гонку вооружений, а это сопровождалось привлечением колоссальных средств. Самые грандиозные и, естественно, дорогостоящие научные проекты осуществлялись ради обеспечения «равновесия страха» именно на этом пути; не удивительно, что солидный кусок пирога доставался всякий раз и исследованиям по «мирному атому». Мне, например, помнится, что когда через несколько дней после Чернобыльской аварии вопрос о возможности альтернативы АЭС был поднят ЦТ, то после справки, данной академиком В. А. Легасовым о многолетних затратах на научные работы по развитию ядерной энергетики (92% от общих расходов на все виды освоения энергии), начатая, было, дискуссия тут же потеряла значимость. Думаю, комментарии излишни.
– В чём-то вы, конечно, правы, хотя и ссылаетесь на дела давно минувших дней. Материальная база, финансирование, конечно же, прямо отражаются на результативности научных исследований. Но ведь вы упоминаете о значимости каких-то особенностей развития самогό научного мировоззрения. Что вы имеете в виду?
– Я имею в виду главный путь фундаментальной физики ХХ века в глубь вещества, направляемый предварительно выработанными руководящими принципами. Помните, в прошлой беседе у нас шла речь о «принципе неопределённости», – ведь именно он обосновывал различие законов природы на макро- и микроуровне. Или, скажем, «принцип близкодействия», утверждающий, что прямое действие на расстоянии невозможно. Сохранять его пока что удаётся посредством системы фундаментальных взаимодействий, в которой до сих пор вопросов больше, нежели ответов. Между тем достаточно лишь принять к сведению сформулированный А. Ф. Лосевым парадокс: абсолютный покой тождествен бесконечной скорости (я приводил его, если помните, в статье, посвящённой Эйнштейну), как названный принцип, мягко говоря, окажется не у дел. А это, в свою очередь, означает, что «полог науки», о котором упоминает Нееман, не просто затрещит по всем швам, но тут же попросту расползётся.
– Стало быть, вы предрекаете возможность наступления какого-то «апокалипсиса» в нынешней фундаментальной науке?
– Вовсе нет. Я лишь заявляю, что упомянутый путь, на котором, кстати, было разбито (по образному высказыванию Роберта Оппенгеймера) зеркало классического естествознания, привёл к тупику, хотя на самόм пути и было сделано множество замечательных открытий. Более того, я утверждаю, что альтернативе предложению «зажечь Солнце на Земле» должна предшествовать альтернатива нынешней основе (парадигме) научного мировоззрения, которая всё громче стучится в дверь. Несомненно, само восприятие новой парадигмы – процесс в известной степени болезненный. Вместе с тем, нельзя не отметить, что заключающаяся в ней новизна вообще не нуждается в какой-либо экспериментальной проверке, поскольку сводится всего лишь к переосмыслению, и, следовательно, к иному толкованию фактов, накопленных к настоящему времени. Мне думается, что своевременное освоение этой новизны в лоне нашей академической науки и использование открываемых ею возможностей не только поможет решить поставленные перед ней проблемы энергетики, но и реализует тот самый прорыв в мировой научной гонке, о котором предчувствующие его неизбежность прагматичные американцы (у них он именуется breakthrough) настойчиво твердят в последние годы.
– Все ваши соображения, несомненно, интересны, но пока, мне думается, чересчур радикальны. Я бы хотела вернуть вас к ранее упомянутой вами плазме. Что именно даёт основание считать её наиболее подходящим средством для решения энергетической проблемы?
– Разъяснения мои тривиальны – я исхожу из элементарной целесообразности. Неизбежность упомянутой альтернативы обусловлена отсутствием сколько-нибудь весомой гарантии экологической безопасности при осуществлении термоядерных процессов – об этом у нас с вами уже шла речь. Использование низкотемпературной плазмы (я готов назвать её «светоносной материей»), такую гарантию обеспечивает. Но у неё имеется преимущество и совсем иного рода: так же, как и фотоэлемент, она способна без каких бы то ни было посредников-теплоносителей создавать электрический ток, чего нет у традиционных источников энергии. Это позволяет ей стать недосягаемой вообще для любых конкурентов, если, конечно, потенциальные возможности превратятся в реальную действительность. Вам, по-видимому, известно, возможно, лучше, чем мне, что работы на этом направлении у нас ведутся давно, начиная с исследований, когда-то проводимых в Институте высоких температур под руководством академика В. А. Кириллина, и кончая нынешними комплексами работ академика В. Е. Фортова, академика А. С. Коротеева. Тем не менее, реализация упоминаемых возможностей, судя по всему, всё ещё остаётся проблематичной. Более того, я убеждён, что никакой технологический прорыв на этом направлении сам по себе к требуемому успеху не приведет.
– Вы, по-видимому, вновь намекаете, как и в прошлую нашу встречу, на необходимость предварительного «просветления» самогό разума? Но ведь это, согласитесь, всего лишь некая психологическая абстракция. Какое, по-вашему, «просветление» требуется конкретно, чтобы полностью решить проблему использования плазмы в энергетике?
– Прежде всего из самой нашей с вами беседы нетрудно определить общее направление перемены мысли, сопровождающей такое «просветление», – это вытеснение нынешней лоскутной картины мира из научного мировоззрения и замещение иной, основанной на принципе динамического равновесия, который объясняет её единство и целостность. Это, в свою очередь, позволит обнаружить общие причины устойчивости (стабильности), проявляемой как на микро-, так и на макроуровне. Можно, в частности, показать, что общей причиной стабильности атомного ядра и устойчивости протона является внутреннее динамическое равновесие, причём, сама эта причина может быть обнаружена и объяснена при анализе результатов ряда ранее выполненных исследований всё с той же плазмой. В этой связи я бы сослался прежде всего на проводимые у нас ещё в 40-е годы прошлого века опыты профессора Г. И. Бабата, пытавшегося получить плазменный вихрь. В США продвижение в этом направлении привело к созданию плазменных колец, обладавших удивительной устойчивостью и способностью к регенерации после разрушения; скоростью движения 200 км/с и невосприимчивостью к внешнему магнитному полю. Всё это, по моему убеждению, позволяет осмыслить совершенно новые возможности решения заявленной проблемы, даже не будучи связанным с ней напрямую.
– Не стану отрицать, что ваши мысли относительно общих причин стабильности интересны, хотя, конечно же, спорны. И всё же сами по себе неоднократные ссылки на вездесущее «динамическое равновесие» ясности, по-моему, не прибавляют, как, впрочем, и данные об опытах с плазмой.
– Ну что ж, как раз сейчас появляется прекрасная возможность придать таким ссылкам недостающую весомость, больше о плазме не упоминая, но зато продолжив начатый в прошлой беседе путь познания природы светового кванта. В моем понимании это всего лишь участок единого, прямого – без зигзагов (я подчеркиваю) – пути познания основ мироздания. Вспомните, подходу к нему у нас с вами предшествовали выяснение общего смысла «действия», попытка расшифровки постоянной Планка, обсуждение природы самих фундаментальных мер измерения.
– Для меня наиболее впечатляющим стало ваше предложение ввести в картину мира представление о точке, «охваченной действием».
– Давайте попытаемся обсудить бытие и «покоящейся» точки, без чего, кстати, дальнейший путь просто невозможен. Вам, по-видимому, будет нетрудно согласиться с тем, что, несмотря на наглядность геометрического образа точки-центра, он не может передать способ её бытия полностью, хотя не подлежит сомнению, что она, как дискретное начало, формально выражена единицей (1). По существу же, бытие точки, находящейся в абсолютном покое, должно определяться относительно вечности, которая до сих пор остаётся предметом поэзии, категорией философии, прерогативой религии – и только. Для физики она всё ещё persona non grata, и сейчас, по-моему, самый подходящий момент, чтобы развеять это историческое недоразумение. Согласитесь, самó течение времени достаточно легко сопоставить с текущим потоком, даже не выясняя, чтό именно течёт. До появления СТО (специальной теории относительности) Эйнштейна в неизменности скорости потока сомнений не было. Но, как оказалось, всё обстоит по-иному: он способен замедляться и в конце концов останавливаться. Если продолжить сопоставление, то нетрудно представить поток вливающимся в озеро: поступательное движение здесь отсутствует, остаётся лишь неподвижная поверхность – уже не одномерная величина, а двумерная: вместо длящейся секунды появилось то, что без всякой задней мысли именуют «секундой в квадрате», называя размерности ускорения, силы, энергии.
– Не могу не сознаться, но меня попросту шокирует та лёгкость, с которой вы предлагаете столь невероятную «новацию».
– Лёгкость эта кажущаяся: ей предшествовали годы, да нет, пожалуй, десятилетия раздумий и сомнений. Тем не менее, представьте себе, здесь действительно всё очень просто, хотя любоваться неподвижной поверхностью озера, в которое вливается поток времени, вам было предложено исключительно в «учебных» целях. Зато прошу обратить самое серьёзное внимание на получающееся отсюда выражение 1/t2 (1/с2), формализующее бытие точки-бесконечности: оно надёжно связывает нас непосредственно с понятиями самой обычной классической механики, придавая им совершенно новую значимость, поскольку во всех происходящих в её сфере событиях пространство начинает осмысливаться в качестве непременного участника. Конечно, любой пересмотр требует глубокого предварительного обсуждения. Но поскольку наш путь, сам по себе, начался с применения совершенно новых правил движения, некоторые дорожные знаки можно в первой пробной поездке просто оставить без внимания как устаревшие.
– Мне кажется, всё это звучит достаточно самонадеянно. Тем не менее, рамки беседы вынуждают меня обойтись без дальнейших комментариев, просить вас не уклоняться от темы и быть более конкретным.
– Принимаю замечания и возвращаюсь к своей констатации в прошлой беседе того, что формула E=hν раскрывает смысл прямолинейного движения, а E=mc2 – вращательного. В действительности это была всё же оговорка, хотя и неосознанная: заключённый в формулах смысл требует расшифровки, для чего я и привлекаю ваше внимание непосредственно к фотону. Начнём с прямолинейного движения: ещё Эйнштейн выявил сохраняющуюся направленность фотона, что свидетельствовало об осуществлённом при его рождении выборе в изотропном пространстве одной-единственной оси, вокруг которой и происходят все события, связанные с жизнью фотона («квант действия» h воспроизводится на ней с определённой частотой ν). Нетрудно заметить здесь определённую аналогию с инерциальным движением классической механики. Её же выводами придётся пользоваться и при попытках выявить истоки вращательного движения в жизни фотона. Но прежде я хочу вернуть вас к представлениям о мере сосредоточенности и мере рассредоточенности, которые мы с вами обсуждали в прошлой беседе.
– Я помню, что они в вашей трактовке соответствовали понятиям «массы» и «протяжённости», выделенным из постоянной Планка.
– Совершенно верно, и теперь можно уточнить, что это было связано с единственным направлением, характеризующим прямолинейное движение охваченной действием точки. Но что произойдёт, если она как начало множества направлений будет вовлечена ещё и во вращательное движение? Классическая механика подсказывает: в этом случае появится момент инерции: I=mr2 с размерностью г∙см2, где r — радиус вращения, и значит, мера рассредоточенности здесь окажется двумерной величиной (плоскостью круга). Что же в итоге? Лишь то, что прежнее бытие точки, чья размерность, как вы помните, 1/с2, превратится в её инобытие – г∙см2/с2. Но ведь именно такова размерность столь интересующей нас энергии!
– Говоря откровенно, мне в этих ваших ошеломляющих выводах видится подгонка под вами же объясняемую реальность: сначала предлагается геометрический образ точки, потом – некая «вселенская» формула её бытия, а теперь ещё и её инобытие. Но ведь это не физика, а метафизика!
– За откровенность благодарен, но коль скоро вы упомянули о метафизике, то я лучше адресую вас к обсуждаемым нынешними физиками «тёмной массе» и «тёмной энергии», как раз и возникшим из-за отказа признавать реальность пространства. А жизнь фотона вся на виду, достаточно лишь приглядеться повнимательней. И тогда станет ясно, что порция энергии, переходя в пространство, скажем, из кристалла рубинового лазера, вовлекается одновременно и в поступательное (вдоль оси), и во вращательное (по часовой стрелке вокруг оси) движение. Это, в свою очередь, значит, что ни в какую плоскость круга она не впишется, поскольку граница его, – окружность, – в действительности превращается здесь в виток винтовой линии. Так что с момента выбора направления вокруг него начинается формирование такой линии, образованной точками встречи противоположно направленных центробежных сил Fм=mc2/r, где m и r — переменные величины, и направленных извне линий напряжённости пространства. Именно эти точки и создают границу мгновенного динамического равновесия при формировании фотона – виток, начинающийся на самόй оси и заканчивающийся на ней же в тот момент, когда вся порция энергии целиком опосредована пространством, перешла в него.
– Мне это совершенно непонятно. Вы утверждаете, что фотон формируется, и вместе с тем он же, по-вашему, исчезает в пространстве!
– Никакого противоречия здесь нет. Во-первых, рассматриваемый нами процесс динамичный – возникающий вокруг оси фронт возмущения перемещается со скоростью света, так что любая статичная модель фотона условна: формирование его действительно осуществляется по мере перехода в пространство. Во-вторых, представляя собой порцию энергии, он вовсе не исчезает. Зато теперь само пространство, вынужденное вначале уступать экспансии навязываемой ему энергии, что соответствует первой половине витка, переходит затем к преследованию «агрессора» с нарастающей силой по мере иссякания запаса его собственной энергии, так что к моменту окончания витка ни о каком достижении первоначального равновесия не может быть и речи. Стало быть, процесс продолжается: на той же оси в той же последовательности формируется второй виток, но на этот раз с поворотом против часовой стрелки, что разъясняет простая схема (рис.1).
Вместе же они как раз и соответствуют поведению электрических линий напряжённости, то есть динамике поступательного движения вдоль оси и соблюдению динамического равновесия в первом полном цикле электромагнитных колебаний (о магнитных явлениях речь у нас пока идти не будет); далее всё повторяется при полном соблюдении законов сохранения.
– Если призвать на помощь воображение, то такое объяснение выглядит, несмотря на изрядную долю в нём мифологичности, вполне убедительно.
– Ну что ж, и на том спасибо. А поскольку вы уже как-то свыклись с реальностью линий напряжённости пространства, направленных вовнутрь, то не станете отрицать, что плотность их должна возрастать по мере приближения к геометрическому центру, то есть с ростом кривизны образуемой ими границы. Это, в свою очередь, предполагает возможность достижения предельной кривизны – круга, радиусом ro, при которой образуемая линиями напряжённости граница станет для них самих непреодолимой, то есть превратится в постоянную. Но тогда и у формирующего её изнутри круга, естественно, того же радиуса появляется возможность приобрести пространственно-временнýю стабильность. Вот вам и условия для создания устойчивого внешнего динамического равновесия элементарной частицы.
– Но это предположение, мне думается, не может быть оправдано.
– Не стану полемизировать по этому поводу – предлагаю обратить внимание на давным-давно известный факт: возможность появления пары устойчивых элементарных частиц (электрон-позитрон), что может, как известно, произойти при достижении переносимой квантом энергии 1,02 мэв (16,4∙10—7г∙см2/с2) и выше. В свете всего, что мы с вами обсудили выше, факт этот находит вполне убедительное объяснение; я даже попытаюсь изобразить это на схеме, состоящей из двух колец (рис.2):
Она, мне думается, поможет не только увидеть воочию разгадку фоторождения, но и получить достаточно наглядное представление о двух, не сводимых другу к другу, группах вращений, позволяя, тем самым, вообще осмыслить явление частиц и античастиц. Вдобавок, здесь со всей ясностью обнаруживается результат перехода энергии прямолинейного движения E=hν в энергию вращательного движения E=mc2. В целом же, несмотря на ваш вполне понятный и оправданный скептицизм, я считаю нашу беседу попыткой подойти к объяснению многих важнейших вещей. И если она будет интересна читателям, я готов к продолжению нашего с вами диалога.
«Энергия: экономика, техника, экология»
2007. №10. С. 68—74.