Приложение 2. Теория относительности Эйнштейна и биоцентризм

Пространство играет важнейшую роль в эйнштейновской теории относительности. Однако наука вполне позволяет признать пространство вторичным и заменить его другой самодостаточной сущностью, сохранив неприкосновенность и работоспособность всех положений теории относительности. Далее мы объясним эту замену с физической точки зрения и постараемся почти обойтись без математики. Тем не менее это довольно сухой научный материал, рекомендуемый для прочтения лишь в особых случаях – например, если вы застряли на автовокзале на два-три часа и вам совершенно нечем заняться.

Дополним основные положения евклидовой геометрии еще одним. Допустим, что две точки практически абсолютно твердого тела всегда находятся на одинаковом расстоянии друг от друга (это расстояние называется «линейный интервал») независимо от любых изменений положения, которые могут происходить с телом. В таком случае правила евклидовой геометрии разрешаются в постулаты об относительном положении практически абсолютно твердых тел (относительность).

Читатель может заметить изъян в таком определении пространства. Ведь мы практически кладем в основу пространства несуществующий идеальный феномен – абсолютно твердое тело. Тот факт, что ученый оперирует в своей теории практически абсолютно твердыми телами, не защищает его теорию от последствий такой идеализации. С точки зрения Эйнштейна, пространство поддается измерению при помощи физических объектов, а его объективное математическое определение пространства выполняется с помощью твердых измерительных инструментов.

Можно предположить, что такие инструменты могут быть сколь угодно малыми (чем мельче, тем тверже). Но сегодня нам уже известно, что чем мельче микроскопические инструменты, тем ниже их прочность, а не наоборот. Идея измерения пространства линейками из отдельных атомов или электронов абсурдна. Максимально точное измерение расстояния, допустимое в рамках эйнштейновской специальной теории относительности, – это получение постоянного статистического среднего. Но даже этот идеал не выдерживает проверку самой теорией, которая сама же указывает, что такие измерения зависят от относительного состояния движения между наблюдателем и измеряемыми телами.

С философской точки зрения Эйнштейн продолжает великую физическую традицию: полагает, что наши собственные воспринимаемые ощущения действительно соответствуют объективной реальности. Однако концепция объективного, математически-идеализированного пространства уже изжила себя. Мы полагаем, что пространство правильнее считать производным свойством внешней реальности, находящимся в фундаментальной зависимости от сознания.

Итак, чтобы обосновать нашу точку зрения, первым делом детально исследуем специальную теорию относительности и зададимся вопросом: можно ли непротиворечиво построить ее привязки к твердым измерительным инструментам и даже к физическим телам? Рассмотрим две посылки Эйнштейна:

• скорость света в вакууме является одинаковой для всех наблюдателей;

• законы физики одинаковы для всех наблюдателей, находящихся в инерционном движении.

Концепция скорости, предполагающая наличие объективного пространства, является неотъемлемой для обеих посылок. Очень сложно абстрагироваться от этой идеи, поскольку один из самых простых параметров наблюдаемых нами объектов, который мы можем измерить, – это его пространственные характеристики. Если отказаться от априорного представления об объективном пространстве, то что же останется?

Останется всего две сущности: время и субстанция. Если мы постараемся заглянуть в себя и исследовать содержимое нашего сознания, то увидим, что пространство не является обязательной частью этого уравнения. Бессмысленно утверждать, что наше сознание обладает какой-либо физической ипостасью. Мы знаем, что состояние нашего сознания может изменяться (иначе был бы невозможен ход мыслей), поэтому сознание, очевидно, подчиняется времени – ведь такие изменения мы воспринимаем как происходящие во времени.

С физической точки зрения сознание должно состоять из той же субстанции, что и вся остальная реальность. То есть речь может идти о какой-либо разновидности единого поля и, в частности, о его низкоэнергетических составляющих. Одна из составляющих, способная претендовать на эту роль, – поле вакуума. После его обнаружения концепция абсолютно «пустого пространства» окончательно стала достоянием истории науки.

Кроме того, мы можем постулировать существование света или, в более общем смысле, постоянных самораспространяющихся изменений единого поля. Исходя из этого, чтобы упростить дальнейший дискурс, далее мы будем называть единое поле просто полем. Под термином «свет» мы будем понимать все лишенные массы самораспространяющиеся возмущения, присутствующие в этом поле.

Эйнштейн говорил о свете и пространстве. Не менее правомерно взять за две основные величины свет и время; в конце концов, первое утверждение означает лишь то, что пространство и время тесно взаимосвязаны одной естественной константой – скоростью света. Следовательно, если мы постулируем существование поля и света, распространяющегося через это поле, то можем сформулировать определение пространства, никак не зависящее от твердых физических измерительных инструментов. Эйнштейн сам нередко пользуется таким определением в своих работах:

где t – время, необходимое кванту света, излученному наблюдателем, чтобы отразиться от объекта и вернуться к наблюдателю. В данном случае с – это просто фундаментальное свойство поля, которое в конечном счете будет измерено, но никакие физические единицы при этом применяться не будут. Мы будем полагаться не на физические единицы, а на постоянное свойство, относящееся к распространению света и учитывающее задержку, возникающую при перемещении света из одной точки поля в другую. Соответственно, расстояние будет определяться просто как линейная функция такой задержки.

Разумеется, такое определение применимо на практике лишь при условии, если объект и наблюдатель не находятся в относительном движении. К счастью, определить состояние покоя сравнительно несложно при том условии, что последовательность замеров расстояния таким методом будет статистически постоянной. Если мы предположим конфигурацию поля, в котором присутствует как минимум один наблюдатель и несколько объектов (естественно, также состоящие из поля), то наблюдатель может определить пространственные координаты системы следующим образом:

• при помощи длинной последовательности отраженных сигналов идентифицировать такие объекты, расстояние до которых со временем не изменяется;

• если один и тот же замер расстояния охватывает некоторое количество объектов, то можно определить и направление. При наличии существенного количества объектов можно выявить три независимых (макроскопических) направления;

• сознающий наблюдатель может описать модель поля, предложив трехмерную координатную систему расстояний.

Итак, мы видим, что первый постулат Эйнштейна с полным правом можно заменить следующими утверждениями:

• фундаментальное естественное поле обладает таким свойством: свету требуется конечное количество времени для попадания из одной точки поля в другую;

• если эта задержка в течение времени остается постоянной, то две рассматриваемые точки поля находятся в состоянии покоя относительно друг друга. Расстояние между ними может быть определено как ct/2, где c – фундаментальное свойство поля, которое в конечном счете можно измерить и другими способами (например, как отношения других фундаментальных естественных констант).

Обратите внимание: при таком построении расстояния не требуется никакого априорного представления о пространстве. Мы лишь полагаем, что существует поле и что некоторые его части могут отличаться от других частей. Иными словами, мы предполагаем существование множества сущностей в поле и считаем, что эти сущности могут связываться посредством света. Свет также является свойством поля.

Второй краеугольный камень специальной теории относительности заключается в идее инерционного движения. Теперь, когда мы дедуктивно вывели концепции пространственных координат на основании феноменов поля и света, логично определить инерционное движение как свойство отношения между двумя сущностями – наблюдателем и неким внешним объектом. Объект находится в инерционном движении относительно наблюдателя, если его временная задержка является линейной функцией времени, вот так:

Здесь мы обсуждаем два разных параметра времени: расстояние определяется как задержка во времени Δt, где t – общее время, истекшее с начала процесса измерения. Интересно отметить, что свойства объекта расстояние d и скорость v могут быть корректно определены лишь в результате серии дискретных измерений задержки во времени.

Требование идентичности законов физики для всех объектов, находящихся в инерционном движении, эквивалентно требованию инвариантности поля Лоренца. Эту зависимость можно выразить несколькими способами, но проще всего определить пространственно-временной интервал Δs:

Дельты в данном случае – это уже некоторый педантизм, так как каждый наблюдатель, естественно, определяет свое положение в такой системе как начало координат.

Инвариантность Δs можно понимать как согласованное восприятие наблюдателями всех свойств поля и внешней реальности. Для полного описания специальной теории относительности достаточно продемонстрировать, что два наблюдателя могут согласовать восприятие Δs независимо от их отношения и при условии, что они находятся в инерционном движении относительно друг друга.

С этой точки зрения мы можем описать и все широко известные следствия специальной теории относительности. В итоге мы можем утверждать, что теория относительности работает и без привлечения концепции объективного пространства, содержащего твердые тела. Если мы исходим только из наличия универсального поля, то достаточно предположить, что световые возмущения обеспечивают самодостаточные взаимосвязи между различными фрагментами этого поля.

Подобная попытка вынести пространство за скобки теории относительности может показаться бесплодной; в конце концов, расстояние – это интуитивно понятная сущность, а квантовые поля – нет. Сознание явно обладает естественной склонностью интерпретировать взаимосвязи между собой и другими объектами в контексте пространства, невозможно спорить с практическими преимуществами такой картины мира. Однако, как было указано во введении, математическая абстракция пространства в современных теориях уже кажется явно неполноценной. Пытаясь увязать теорию относительности и квантовую теорию поля, мы умножаем пространство и разбиваем его на вложенные уровни, количественно выражаем и даже вообще дезинтегрируем. Доказательство пустоты пространства в свое время считалось триумфом экспериментальной науки (по иронии судьбы именно пустота пространства была одним из самых серьезных аргументов в пользу теории относительности). Теперь же «пустота» считается заблуждением, одной из уникальных ошибок науки XX века.