О непрерывности, пространстве и эфире

     — ...что мы можем сказать о непрерывности? В природе непрерывность — обычно всего лишь математическая или образная абстракция, порождённая биологическими особенностями нашего мировосприятия. В реальности любой объект, кажущийся непрерывным и сплошным, представляет собой совокупность мельчайших элементов, не сопоставимых с размерами всего рассматриваемого объекта. Чтобы понять это, достаточно вспомнить самый обычный компьютерный монитор или огромные плазменные панели. Каждый элемент изображения представляет собой, условно говоря, точку того или иного цвета, и только все они в совокупности, да ещё с определённого расстояния, позволяют составить картину в целом.
     Или возьмём изображения под микроскопом с многократным увеличением. Наблюдаемое абсолютно не похоже на то, что мы видим в обычной жизни, хотя сам рассматриваемый объект ничуть не изменился. То же можно сказать и о многих физико-химических процессах, где происходит поэлементный обмен энергией, который мы воспринимаем на макроуровне как непрерывную реакцию.
     Всем знакомо такое изречение: «Наша жизнь — театр!» Применительно к физической картине мира правильнее было бы сказать: «Наша жизнь — кино!» Пред нашим взором с непостижимой скоростью мелькают «кадры» этой жизни, которые воспринимаются как нечто непрерывное. Однако не стоит забывать, что это связано лишь с особенностями наших органов чувств и работой мозга. Как любые датчики и приёмники, они обладают характеристиками чувствительности и инерции, что в конечном итоге и формирует с самого рождения привычную нам картину мира. А насколько эта картина соответствует реальности — отдельный разговор.
     Вот простой пример. Представьте, что к концу верёвки привязан некий предмет. При быстром вращении верёвки наблюдатель вместо этого предмета увидит нечто в форме кольца, а если заменить гибкую верёвку на жёсткую связь и добавить вращение центральной оси относительно другой, картина станет напоминать сферу. Спрашивается: что же мы видим на самом деле? Как ни странно, но корректного ответа нет, поскольку сам вопрос некорректен. Чтобы этого избежать, мы должны были указать скорости вращения и инерционные характеристики приёмника.
     Или вспомните вращающийся вентилятор или пропеллер. Лопастей вы не видите, они в этот момент для вас «как бы прозрачны» или вовсе «как бы не существуют». Однако при непосредственном физическом контакте с каким-либо предметом они тут же проявятся. То же можно сказать и про различные необъяснимые пока с научной точки зрения феномены: мы наблюдаем результат некоего взаимодействия, но не всегда способны определить его первопричину.

     Поговорим теперь немного о волнах. Для макрообъектов — это колебательные движения составляющих их частиц (молекул или атомов). Например, волны на поверхности моря мы замечаем благодаря зрению, а вот звук нами хоть и воспринимается, но определить характер колебаний макросреды (воздуха) на основе визуального наблюдения невозможно. Если же попытаться проследить за движением отдельной молекулы, оно в результате взаимодействия с другими молекулами будет выглядеть абсолютно хаотичным, и только наблюдение за статистически значимым количеством микрочастиц даст результирующий эффект, который может быть нами зафиксирован.
     Приходит на ум очевидная аналогия. Со школьной скамьи мы слышали о дуализме света, когда он проявляется либо как волны, либо как поток частиц — фотонов. Но если присмотреться, подобный же дуализм характерен и для звука: есть материальные частицы — молекулы среды (газа или жидкости), и есть их статистически волнообразные перемещения, формирующие в итоге акустические колебания. Получается, всё зависит от цели и масштаба рассмотрения: при необходимости рассмотрения фотонов по отдельности целесообразно представлять их в виде частиц (корпускул), а когда их невообразимое множество, благодаря статистике проявляются волновые свойства.
     С другой стороны, следуя определённой логике, можно предположить, что наблюдаемые нами электромагнитные волны являются следствием возмущений некой среды, состоящей из ещё более мелких элементов (так же, как воздух или вода состоят из молекул и атомов).
     Согласно современным представлениям, материя предстаёт в двух формах: вещество и поле. Когда никаких представлений о поле ещё не было, философы разделили мир на идеальное и материальное. Но если исходить из основного постулата, что материя есть объективная реальность, не зависящая от наших желаний, настроений, представлений о мироустройстве, религиозных взглядов и т.п., то можно считать, что материально всё, в том числе и мысли. Другое дело, что на данном этапе развития мы не имеем возможности адекватно регистрировать и оценивать все проявления окружающей нас реальности. Однако не стоит забывать, что и с привычными теперь электромагнитными или радиационными полями тоже не сразу научились работать. Веками о них ничего не было известно, а жили как-то, и наука развивалась. Теперь же мы знаем, что на уровне микромира поле и вещество не всегда можно отделить друг от друга, одни и те же частицы проявляют свойства и того, и другого. Прекрасной иллюстрацией сказанного может служить и явление аннигиляции, когда в результате взаимодействия частицы вещества и антивещества превращаются в кванты с высокой энергией, то есть теряют электрический заряд и массу покоя, но приобретают при этом способность перемещаться со скоростью света.
     И вот тут уместно задать вопрос: кто-нибудь неопровержимо доказал, что материя предстаёт лишь в виде двух упомянутых форм? Пока что это только гипотеза, подтверждённая накопленными наблюдениями за всю историю человечества. При этом полезно помнить, что период научных наблюдений составляет лишь ничтожную часть, мгновение от всего предполагаемого времени существования вида Хомо сапиенс на планете, не говоря о времени существования самой планеты и всей Вселенной.
     Другой вопрос из того же ряда: кто-нибудь представил убедительные доказательства, что триста тысяч километров в секунду, то есть скорость света в вакууме, — максимальная скорость в природе? Пока и это только гипотеза. Наоборот, некоторые экспериментальные данные дают основания в этом усомниться. Кроме того, интересно: почему она имеет именно такое значение? Кто знает, может быть, когда-нибудь будет выведена формула для скорости света в различных средах, в том числе в вакууме, аналогичная формуле для скорости звука в газе или жидкости. И потом, говоря о скорости в среде, мы подразумеваем, что вакуум — среда, не оказывающая никакого сопротивления. А это совсем не очевидно, особенно если исходить из предположений о квантованности нашего пространства. Иначе откуда взялись силовые линии полей? Причём, хоть их и рисуют красивыми, ровными и равномерно распределёнными между полюсами, в реальности они могут выглядеть весьма причудливо. Почему бы не предположить, что эти линии, как реки на поверхности Земли, формируются исходя из принципа наименьшего сопротивления? Добавим сюда радиосвязь. Мало того, что радиоволны различных диапазонов распространяются по-разному, так и внутри одного диапазона есть предпочтительные частоты, которые обеспечивают лучшее распространение сигнала. Если бы среда была абсолютно однородной, с чего бы такие особенности?
     Ещё немного о волнах. Колебания обычных материальных предметов или сред связаны с периодическими перемещениями в пространстве молекул или атомов, из которых и состоят эти материальные объекты. Когда же речь заходит о поле, вопрос о «переносчиках колебаний» повисает в воздухе. Впору заодно задать ещё один естественный вопрос: а мы вообще способны однозначно определить, что такое поле? В отличие от вещества, энерго-информационное взаимодействие с полем осуществляется не посредством осязаемых и наблюдаемых атомов и молекул, а благодаря неявно выраженному механизму. Можно выдвинуть не противоречащее логике предположение, что его работа определяется некой материальной субстанцией, которая пока ещё не обнаружена существующими детекторами. Быть может, это тот самый неуловимый «эфир», в свою очередь, также состоящий из отдельных элементов, передающих друг другу определённые порции энергии.
     Физики наверняка посмеялись бы над словами об эфире и указали на целый ряд частиц, которые, согласно нынешним воззрениям, как раз и являются переносчиками взаимодействий на микроуровне. Не вдаваясь в тонкости современной физической модели, заметим на это, что, по большому счёту, одно другому не противоречит. Мы ведь пока даже не всегда можем оценить размеры этих виртуальных частиц, если вообще в данном случае корректно говорить о размерах. Каковы, например, форма и размеры фотона, если рассматривать его как частицу? Можно, конечно, попытаться оттолкнуться от длины волны, но в настоящее время это лишь умозрительное предположение. Впрочем, некоторыми учёными высказаны на этот счёт конкретные соображения, и, согласно им, фотон обладает тороидальной формой, да и размеры можно оценить. И вот тут подстерегает ещё один каверзный вопрос: а что такое частота единичного фотона? Из соотношения между длиной волны и скоростью света следует, что эта частота составляет сотни триллионов колебаний в секунду. Спрашивается: нечто на самом деле так бешено вибрирует или то, что названо частотой, представляет собой всего лишь абстрактную числовую характеристику? (Кстати: касается всех электромагнитных колебаний). Не стоит забывать, что многие формулы получены на основании статистической обработки большого количества экспериментального материала. Сказанное относится и к так называемым «физическим константам», в частности, постоянной Планка, которая и задаёт взаимосвязь между энергией кванта и его «частотой».
     Естественно, при отказе от частоты ставится под сомнение само наличие колебаний единичного фотона, да и длина волны применительно к фотону — что это? Ещё одна числовая абстрактная характеристика, которую привыкли использовать при описаниях и расчётах? Тут заодно можно поинтересоваться: а что собой представляет амплитуда такой «единичной волны»? Однако всё равно потребуют объяснения волновые свойства света: дифракция, интерференция. Или такие его особенности, как преломление и поляризация. Кроме того, имеет место спектральное разложение — дисперсия.
     Относительно спектра: не будем забывать, что цветовое восприятие — всего лишь следствие особенностей нашего мозга и зрительных рецепторов, настроенных на определённое излучение. Что до других упомянутых свойств света, снова появляется соблазн вспомнить о квантованности пространства и предположить способность фотонов разлетаться лишь внутри специальных «коридоров», а наблюдаемые нами картины из кругов или полос объяснить исключительно статистикой и невообразимым количеством световых частиц. Подобным образом можно обосновать и проявление волновых свойств у обычных частиц, например, в опытах рассеяния электронных потоков на кристаллах.
     Представляет интерес прохождение колебаний сквозь относительно тонкий слой более плотной среды. Как нетрудно заметить, наилучшую проникающую способность демонстрируют низкочастотные вибрации, что характерно и для звука, и для излучения. Вспомните: когда у соседей играет громкая музыка, вы слышите лишь «бум-бум-бум». Или всем хорошо известные теплицы: температура воздуха снаружи может быть невысокой, но солнечный свет, проходя сквозь стекло или полимерную плёнку, теряет часть своей энергии, в результате чего перерождается в поток со смещённым в инфракрасную область спектром.
     Коли зашла речь о фотонах, вспомним спектры излучения и спектры поглощения. Для простейших веществ они представляют собой набор нескольких узких линий. Как всегда, дьявол прячется в деталях. Если предположить, что каждая линия соответствует строго определённой длине волны (или частоте), то почему мы их вообще видим? Ведь какой бы малой ни была «ширина» таких спектральных линий, она всё же существует! А значит, либо частицы света не совсем тождественны и отличаются друг от друга на ничтожно малую величину, либо перемещаются по разным, хоть и близким, траекториям. Последнее представляется более вероятным, хотя не исключено, что сказываются оба фактора, например, за счёт эффекта Комптона, когда «частота» и направление движения фотона меняются при столкновении со свободными электронами.
     Однако по-прежнему остаётся открытым вопрос: каков механизм передачи того или иного взаимодействия с полем? Некий энергетический импульс порождает виртуальные частицы, а те передают или преобразовывают его, в результате чего сами либо исчезают, либо превращаются в привычные устойчивые элементарные частицы.

     Вообще говоря, не мешало бы определиться и в том, что есть пространство в физическом смысле: абсолютная пустота или материальная структура, состоящая из неких элементов. Свойствами этих элементов, в свою очередь, определяются параметры так называемых «элементарных частиц» следующего уровня: их массы, заряд и прочее... И эта структура, как отмечалось выше, не перестанет быть материальной лишь на том основании, что мы не можем (и даже если никогда не сможем) полностью познать её. Ведь даже допустив существование эфира, нельзя однозначно утверждать, что он является самой первичной природной субстанцией.
     Кстати, тут к месту будет вспомнить известное суждение, которое гласит, что не следует вводить новых понятий и сущностей без крайней нужды. С одной стороны, вне всяких сомнений, это следует учитывать, но с другой: не ограничиваем ли мы себя искусственно? А потом пытаемся втиснуть имеющиеся данные наблюдений в созданную теорией картину мироустройства, причём далеко не факт, что достоверную. Ещё один интересный момент. Уже которое десятилетие только и разговоров о так называемой «тёмной материи» и «тёмной энергии». Или взять такое понятие, как энергия вакуума. Уместно спросить: а чем по сути, если не вдаваться в терминологию, вся эта «темнота» отличается от «эфира»?
     Но не будем углубляться так далеко, вернёмся к нашему миру — тому, который наблюдаем воочию, а тут ещё немало интересного. Например, то же поле. На сегодняшний день наиболее известны и изучены электрическое, магнитное и гравитационное поля. Во всех случаях поля проявляют себя силовым воздействием на материальные объекты, но, как уже говорилось, мы пока не можем точно описать, как это происходит. Первое, что приходит на ум при сравнении с макромиром — обычный ветер. Заметим, что ветер в нашем мире выступает тоже в качестве невидимой силы, и о его наличии мы можем судить лишь по косвенным признакам, наблюдая за перемещением или видоизменением окружающих нас предметов. Естественная аналогия: как на любой макрообъект при ветре воздействуют молекулы воздуха, передавая ему свои импульсы, так же могут вести себя и гипотетические частицы эфира по отношению к привычным «элементарным» частицам. Разница лишь в том, какие «импульсы» рассматривать.
     Важное примечание. Говоря об импульсе, мы в первую очередь привычно вспоминаем законы Ньютона, привязанные к такому свойству вещества как масса. Однако нельзя не отметить сходство формул, в первом приближении описывающих гравитационное взаимодействие и электрическое или магнетизм. Во всех случаях сила взаимодействия прямо пропорциональна неким базовым характеристикам объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Только для гравитации такими базовыми характеристиками являются массы объектов, а для электричества — величины зарядов. Все эти формулы получены опытным путём и не могут претендовать на строгое соответствие действительности, тем не менее, возникает естественный соблазн предположить, что механизмы передачи перечисленных взаимодействий во многом схожи. Насколько такое предположение оправданно, покажет будущее, пока же вследствие целого ряда существенных различий между перечисленными полями оно не выглядит бесспорным.
     Например, гравитационное взаимодействие, в отличие от двух других, однополярное (однонаправленное), то есть проявляется лишь взаимным притяжением объектов, «антигравитация» на макроуровне не обнаружена (если опустить рассказы о НЛО, передвигающихся в пространстве с её помощью, и левитации). С другой стороны, только магнитное поле обладает исключительной биполярностью. В наших обычных условиях и масштабах его невозможно физически сформировать лишь «северным» (N) или «южным» (S), как электрические поля с «минусом» и «плюсом» по отдельности.
     В то же время, величина электрического заряда квантована и кратна заряду электрона. Так считалось очень долго, пока не были обнаружены очередные экзотические объекты — на этот раз кварки. Мало того, что в свободном виде они в нашем мире не встречаются, так ещё и обладают дробным зарядом: –1/3 или +2/3. Однако и это не предел, уже поговаривают о следующем подуровне — преонах, составляющих кварки и прочую «элементарную мелюзгу». Добавим, что различают именно три так называемых «поколения» кварков и три так называемых «цвета». Вопрос: почему именно столько? Быть может, это следствие особенностей нашего трёхмерного пространства и экспериментальных наблюдений в нём? В зависимости от расположения по отношению к детектору регистрируется воздействие по одной пространственной оси или двум взаимоперпендикулярным. Впрочем, это уже из области фантазий, а если вернуться к известным фактам, можно обратить внимание на следующее. Движение электрических зарядов порождает магнитное поле, и наоборот, движение в магнитном поле приводит к возникновению электрического поля и, как следствие, появлению в проводнике электрического тока. В обоих случаях возникновение новых полей связано с движением, то есть возмущением некой среды — так же, как возникают волны на водной глади от прохода судна или звук в атмосфере от проносящегося с высокой скоростью объекта. Очередной повод задаться вопросом: и что же это за колеблющаяся среда?
     При дальнейшем рассмотрении перечисленных полей бросаются в глаза и другие отличия их свойств. Возьмём, к примеру, проводимость. Даже применительно к электромагнитным колебаниям она сильно варьируется в зависимости от материала и параметров излучения. Пластмасса пропустит сквозь себя радиоволны, но будет сильно сопротивляться тепловому потоку и встанет практически непреодолимой стеной для электричества и видимого излучения, зато хорошие проводники экранируют радиоволны. Самые мощные магниты изготавливают из специальной керамики и других материалов, тоже препятствующих распространению электромагнитных колебаний, а самые лучшие проводники практически лишены способности формировать магнитное поле. Оптическое волокно, пропускающее видимый свет, непрозрачно для других частот и магнитного поля. И в то же время, при столь заметных различиях в поведении по отношению к электромагнитным колебаниям все эти материалы в гравитационном поле ведут себя одинаково (во всяком случае, при рассматриваемых в обычных условиях массах и объёмах каких-либо различий не зарегистрировано).
     Кстати, если кому интересно... Лесажем ещё в XVIII-м веке была выдвинута гипотеза, объясняющая гравитацию движением неких фоновых частиц, напоминающих пресловутый эфир. Однако любые подобные аналогии весьма условны и рискованны. Достаточно вспомнить, что тяготение проявляет себя иначе, чем двухполюсный магнетизм, да и «антигравитация» пока что представляет собой нечто умозрительное.
     Что ещё сказать о поле? Ранее уже отмечалось, что оно не равномерно и непрерывно заполняет пространство, а проявляется через силовые линии. Однако что есть силовые линии? Направленный поток до сей поры нерегистрируемых частиц или лишь геометрическая абстракция, обусловленная этим потоком, как это описано гипотезой Лесажа? В любом случае, как говорилось выше, само наличие силовых линий уже является иллюстрацией квантованности пространства, то есть неравномерности его свойств.
     В заключение несколько слов о некоторых экспериментальных результатах, пока не получивших достаточно внятного объяснения. Речь в первую очередь о ситуациях, когда рассматриваются единичные так называемые «элементарные частицы». При описании экспериментов и их результатов подразумевается, что наблюдается одна и та же частица, как, например, в случае «туннельного эффекта». И тут подстерегает очередной вопрос: а действительно ли имеем дело с той же частицей, а не с такой же («близнецом»)? Нет ли здесь непреднамеренной подмены, когда первоначальная частица, каким-то неведомым образом исчезая из наблюдения, передаёт всю информацию о себе в новую точку для другой частицы, которую мы и регистрируем, принимая за исходную? Быть может, тут следует искать объяснение и наличию так называемых «виртуальных» частиц: как пловцы стиля «баттерфляй», они лишь на какое-то мгновение «выныривают» в наблюдаемое состояние, когда только и могут быть зарегистрированы нашими современными приборами...

     Как-нибудь при случае немного поговорим отдельно о теплопередаче и видимом излучении, а пока — благодарю за внимание!..
    
    
     VI.2016...VI.2017