Реновационная теория движения

В 1965 году вышла в свет книга физика А.Н. Вяльцева (1921(8) - ?) «Дискретное пространство-время» в которой он рассматривает вопросы дискретности пространства и вводит в научный оборот термин «реновация частицы» описывая её движение следующим образом:

«Позитивное решение проблемы движения в рамках концепции дискретного пространства и времени следует, очевидно, мыслить в форме определенного механизма движения, способного заменить обычное представление о движении как о процессе непрерывного пространственно-временного перемещения тела.
Мы обнаружим этот механизм, если взглянем под определенным углом зрения на формулировку свойства кекинемы.[1] Возьмем ее, например, в аристотелевой форме: «По неделимому пути ничто не может двигаться, а сразу же является продвинувшимся».
Согласно этому положению, движение частицы происходит таким образом, что в некоторый «начальный момент времени частица находится в начале пути, а по истечении элементарного промежутка времени оказывается в конце элементарного пути, причем, не появляясь в промежуточных точках.
Подобный способ движения, когда собственно перемещения-то и нет, а есть только результат перемещения, можно, очевидно, охарактеризовать как ряд последовательных исчезновений и рождений частицы: частица исчезает в данной точке пространства и появляется в некоторой другой точке, затем исчезает в той же точке и появляется в другой точке, где затем также исчезает, чтобы возникнуть в следующей новой точнее, и т.д., и т.п.»

Это утверждение было настолько противоречащим общепринятому представлению о пространстве, что предложенную Вяльцевым концепцию не стали даже обсуждать, как научную ересь. А между тем идея Вяльцева не была оригинальной и высказывалась уже античности.

Очевидно, впервые идею дискретности движения высказал Диодор Крон (350 – 284 гг. до н.э.) утверждая, что движения, т.е. непрерывного перемещения тела из одной точки в другую, не существует, а есть только реальность нахождения тела сначала в одной точке, а затем в другой. Вопрос перехода тела из одной точки в другую Крон оставил открытым.

К этой же проблеме обращался и Эпикур (341 – 269) в письме к своему ученику Геродоту [2]:
«И действительно, то, что прибавляется суждением, будто и моменты времени, зримые только мыслью, будут содержать непрерывность движения, не истинно по отношению к таким случаям: ибо истинно только все то, что мы наблюдаем чувствами или воспринимаем умом путем постижения.
Не следует думать, что в моменты времени, зримые только мыслью, двигающееся тело также приходит к нескольким местам [к которым двигаются составляющие его атомы]: - ведь это немыслимо, и если оно во всем своем составе в период времени, доступный чувственному восприятию, приходит из какой бы то ни было точки бесконечности, то оно не будет отправляющимся из места, из которого мы замечаем его движение, - ибо движение целого тела будет внешним выражением внутренних столкновений составляющих его атомов, даже если мы предположим, что до момента времени, доступного чувственному восприятию, быстрота движения тела не будет замедлена столкновениями. И этот принцип полезно удержать в памяти.» [3]

Далее в переводе М.Л. Гаспарова Эпикур пишет своему ученику:
«И неправильны будут домыслы, будто среди невидимых частиц и в умопостигаемые промежутки времени возможно непрерывное движение: ведь истинно только то, что доступно наблюдению или уловляется броском мысли.» [4]

Спустя почти 500 лет Александр Афинский (III в. н.э.), говоря о последователях Эпикура, отмечает:

«Утверждая, что и путь, и движение, и время состоят из неделимых частиц, они утверждают также, <…> что на каждом из неделимых путей движения нет, а есть только результат движения.»

Развитие этот взгляд нашел у индусов и арабов. Так, согласно учению саутрантиков [5], вещи возникают из небытия, существуют одно мгновение и снова исчезают. Мутакаллимы [6] же утверждали, что все в мире - тела, свойства, мысли и т.д. - изменяется не непрерывно, но скачками: внезапно возникает, существует в течение одного или нескольких мгновений времени и затем внезапно исчезает с тем, чтобы возродиться в другое время, в другом месте и, может быть, в обновленном виде.

Идея дискретного пространства и движения в нём была на долгие годы забыта, пока к ней вновь не обратился Готфрид Лейбниц (1646 – 1716), который в 23 года (1669), в письме к своему наставнику по философии Якобу Томасиусу (1622 – 1684), сообщал [7]:

«Мною доказано, что все движущееся непрерывно создается, и тела в любое мгновение данного движения суть нечто, а в любое время между мгновениями данного движения суть ничто - вещь доселе неслыханная, но совершенно необходимая.»

Вновь к этой теме Лейбниц возвращается в диалоге «ПАЦИДИЙ – ФИЛАЛЕТУ» [8]:
X а р и н.
Ты говоришь, Пацидий, что движущаяся точка Е, которая в течение времени ;; находилась в покое в точке А проходимого ею пути, в следующем промежутке времени находится в покое в точке В, но не объясняешь, как она туда пришла.
П а ц и д и й.
Тому, кто примет эти скачки, не останется ничего иного, как сказать, что движущееся тело Е, пробыв некоторое время в А, исчезает и уничтожается, а в следующий момент снова возникает и возрождается в В; такой род движения мы могли бы назвать транскреацией.
Г а л л у т и й.
Если бы это могло считаться доказанным, то мы совершили бы великое дело: мы доказали бы существование создателя вещей.
П а ц и д и й . Так успокоишься ли ты на таком решении, Харин?
X а р и н. Я, пожалуй, успокоюсь на этом, как птица, которая, попав в сеть, долго бьется в тщетной надежде вырваться и наконец, обессиленная, падает.
П а ц и д и й. Если так, то ты скорее умолкаешь за неимением ответа, чем соглашаешься.
X а р и н. Да, меня, признаюсь, очень уязвляют эти скачки. Так как большое и малое в этом случае имеют одинаковое значение, то мне представляется столь же нелепым, чтобы какое-то ничтожное тельце перескочило с окончания одной линии на окончание другой, как чтобы я в один момент переехал в Рим, словно бы в промежутке ничего не существовало.
Предположим, что у этого тельца есть чувства и сознание, - оно, конечно, ощутит такую же несообразность в своем скачке, для нас ничтожном, а для него достаточно большом, как мы в нашем.
Допустим, что на нашем теле находятся живые существа, настолько же малые по сравнению с нами, как человеческая голова по сравнению с земным шаром. Если какое-нибудь из них проберется от одного уха до другого, то его земляки - допустим, что и у них есть сознание, - скажут, что оно прошло от полюса до полюса. Во всем есть пропорциональное соответствие, и настоящего чуда, каковым является этот скачок, надо избегнуть так же в малом, как и в большом.
П а ц и д и й.
Ты прав, Харин, что противишься этому мнению, которое противоречит красоте природы и мудрости Бога… сегодня достаточно будет (так) развить возражения против скачков, чтобы стало очевидным, что их следует отклонить, если возможно обойтись без них.»

Таким образом, мы видим, что уже через год после открытия дискретного пространства и движения, Лейбниц стал в этой идее сильно сомневаться и более к этому вопросу никогда не возвращался.

К наиболее точному пониманию сути реновационного принципа движения ближе всех подошёл английский философ и математик Ульям Клиффорд (1845 – 1879), который на лекции 1870 года так описал дискретное движение.
Когда пешеход ускоряет свое движение с 4 км/час до 6 км/час, идет ли он когда-либо со скоростью 5 км/час?
Утвердительный ответ на этот вопрос в рамках концепции непрерывности представляется само собой разумеющимся, но возможна и другая точка зрения, подчеркнул Клиффорд и проиллюстрировал ее с помощью «колеса жизни», предшественника современного кинематографа. [9]
«Любой непрерывный процесс, который мы видим на экране, в действительности состоит из ряда отдельных кадров, на каждом из которых движущийся предмет сдвинут на некоторую конечную величину по сравнению с его положением на предыдущем кадре. Не имеет ли место то же самое, и в окружающей нас жизни; не является ли кинеограф [10] иллюстрацией того, что происходит в действительности?» - спрашивал Клиффорд своих слушателей и считал возможным ответить на эти вопросы утвердительно.

Похожие идеи высказывались и немецким физиком и философом Э. Махом (1838 – 1916).
Мах занимался баллистикой и неоднократно присутствовал на стрельбах. Однажды он обратился к своему коллеге:
«Меня все время мучает вопрос - существует ли снаряд в промежутке между выстрелом и попаданием в цель? Ведь мы его не видим и никак не ощущаем. 
Ты сумасшедший отвечал коллега, - как же можно сомневаться в существовании снаряда? Кроме того, ведь ты же сам вычисляешь его траекторию, и твои вычисления согласуются с экспериментом. Разве это не доказывает существование снаряда?
Это еще ничего не доказывает, - возражал Мах, - может быть траектория - это только вспомогательное математическое понятие, служащее для предсказания дальнейших наблюдений. Может быть, снаряд вовсе не движется по траектории. Возможно, снаряд исчезает в момент выстрела и вновь возникает в момент попадания в цель.»
Коллега только изумленно пожал плечами, но Мах на этом не успокоился. Для разрешения этой проблемы он специально сконструировал прибор, позволяющий фотографировать снаряд во время полета. При этом Мах не только убедился в том, что снаряд существует и в полете, но и увидел на фотографиях линии, отходящие от снаряда, которые назвали линиями Маха.
Именно благодаря сомнению в существовании ненаблюдаемого летящего снаряда Мах положил начало сверхзвуковой газовой динамики.

Практически весь 20 век учёный мир забыл о концепции дискретного пространства и движения, пока в 1965 году о ней не вспомнил  А.Н. Вяльцев, но и после этого, эта, почти умершая, идея не вызвала какого либо бурного энтузиазма. И только в начале 21 века о ней вспомнили, и решили найти ей экспериментальное подтверждение.

Анализируя энергетическую дискретность электрона в атоме. Ряд учёных пришел к предположению, что эта дискретность есть проявление каких-то фундаментальных свойств пространства. А раз так, то наблюдая за свободными частицами, которые приходят к нам из дальнего космоса вполне возможно обнаружить тот же эффект дискретности в их поведении.

Различные теории предсказывают, что если пространство-время действительно было бы дискретным, то скорость света не могла бы быть всегда постоянной - она может очень незначительно смещаться в зависимости от энергии этого света. Свет с более высокой энергией имеет более короткую длину волны, и когда длина волны становится достаточно малой, он может «видеть» объем пространства-времени. Но этот сдвиг невероятно мал; если пространство-время дискретно, оно дискретно в масштабе, более чем в миллиард раз меньше, чем тот, что мы в настоящее время можем исследовать в наших самых мощных экспериментах.

И вот группа астрономов в ответ на запрос от Европейского космического агентства (ЕКА) представила предложение для новой миссии GrailQuest по проверки дискретности пространства-времени. Чтобы увидеть, изменяется ли скорость света при разных энергиях, ученым нужно собрать огромное количество света с самой высокой энергией во Вселенной, и проект GrailQuest надеется сделать именно это.

GrailQuest состоит из парка небольших, простых космических аппаратов (точное число варьируется от нескольких десятков, если спутники большие, до нескольких тысяч, если они маленькие), чтобы постоянно отслеживать космическое пространство на предмет гамма-всплесков. Это одни из самых мощных взрывов во Вселенной. Как следует из их названия, эти вспышки выделяют большое количество высокоэнергетических фотонов, например гамма-лучей.

Эти гамма-лучи путешествуют миллиарды лет, прежде чем достичь флота космических аппаратов, которые записывают энергию гамма-лучей и различия во времени, когда взрыв достигает их.

С достаточной точностью проект GrailQuest сможет определить, является ли пространство-время дискретным. По крайней мере, у него есть правильные установки: исследует свет с наивысшей энергией (на который больше всего влияют теории, которые предсказывают, что пространство-время дискретное); гамма-лучи распространяются на протяжении миллиардов световых лет (что позволяет эффекту накапливаться во времи); и космический аппарат достаточно прост для массового производства (поэтому весь флот может видеть столько событий, сколько возможно, по всему небосклону).

Возможная миссия космического флота ЕКА для этих целей планируется между 2035 и 2050 годами.

Параллельно американские физики-теоретики Тодд Брун (Todd Brun) и Леонард Млодинов (Leonard Mlodinow) предложили схему нового эксперимента, который способен почувствовать дискретность пространства-времени в интервалах 10^(-31) м. Для этого ученые рассчитали поправки к гамильтониану Дирака, возникающие за счет дискретности пространства-времени, и оценили, как они влияют на разность фаз нейтронов, которые пролетают через интерферометр Маха - Цендера. Исследователи считают, что при небольшой модификации эксперимента его точность сравнится с планковской длиной [10^(-35) м]. Статья опубликована в Physical Review D, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Таким образом, идея дискретного пространства возвращается в научные умы.

Но парадокс ситуации заключается в том, что теория корпускулярно-волнового дуализма сформулированная ещё в начале 20 века является фактической иллюстрацией дискретности пространства и движения в нём.

Любая элементарная частица в соответствии с реновационной теорией движения всегда находится в двух состояниях - виде частицы в стационарных состояниях и виде волны во время перехода из одного стационарного состояния в другое.

Поскольку в пространстве стационарные состояния отстоят друг от друга на расстоянии, которое определяется минимальной энергией преобразования пространства, а оно соотносится с размерами элементарных частиц на уровне 10^(30) [11], то частица всегда находится в двух состояниях: стационарном и динамическом. Поэтому, когда частица ограничена в своём движении, она воспринимается нами как корпускула, если у неё есть возможность перемещаться, она демонстрирует свои волновые свойства.

Подробный анализ корпускулярно-волновых свойств различных частиц позволит сформулировать основные свойства дискретного пространства и условия перемещения элементарных частиц в нём без привлечения дорогостоящих экспериментов.





[1] Кекинема (гр. продвинувшийся) – совершившееся движение. Использовано Диодором Кроном для определения законченного движения в отличие от понятия его начала и конца.

[2] В переводе Соболевского С.И.
Упоминаемый в письме Эпикура Геродот, не имеет никакого отношения к историку Геродоту (484 – 425 гг. до н.э.)

[3] Тот же фрагмент в переводе М.Л Гаспарова:
«А так как движение через пустоту не препятствуется никаким сопротивлением, то всякое объятное расстояние покрывается с невероятной скоростью, ибо медленность и скорость — это то же, что сопротивление и отсутствие сопротивления. Конечно, при этом само движущееся тело за промежутки времени, уловимые только разумом, отнюдь не попадает сразу в несколько мест, ибо это немыслимо; оно достигает нас лишь за время, уловимое ощущением, да и то движение исходит не из того места в беспредельности, откуда мы его улавливаем, ибо [само ощущение] подобно столкновению, хотя бы до того никакого столкновения не было и скорость оставалась неизменной. Это положение также полезно держать в памяти.»

[4] Это не совсем понятное с первого взгляда утверждение, спустя более 2000 лет, найдёт свое экспериментальное подтверждение в теории корпускулярно-волнового дуализма.

[5] Саутрантика - философская школа буддизма, причисляемая к хинаяне, в настоящее время не имеет непосредственных последователей, хотя её труды используются во многих школах махаяны. Школа отделилась от вайб-хашики между 50 до н. э. и 100 н. э.

[6] Мутакаллимы (говорящие) – последователи калама (ортодоксального направления в исламе). Основатель калама иль-Ашари (873 - 935) рассматривал разум как средство умозрительного познания Бога. Мутакаллимы приняли атомистическое учение древних, но придали ему идеалистический характер.

[7] В.П. Зубов «Ломоносов и славяно-греко-латинская академия» (ТИИЕТ, I, 5—52, 1954), стр. 26.

[8] Диалог написан в 1670 г. В архивах Лейбница он сохранился в трех вариантах: черновик, частичная копия с него, сделанная самим Лейбницем, и копия, сделанная его секретарем. Л. Кутюра, впервые опубликовавший это сочинение, взяв за основу последнюю копию. На копии стоит название диалога и имеется пометка: «Написано на корабле по пути из Англии в Голландию». Отсюда установлена дата написания. Диалог имеет форму письма, адресованного Пацидием Фналалету. Пацидий (Pacidius - кроткий, смирный) - псевдоним Лейбница.

[9] Фенакистископ (от греч. «обманщик» и «смотрю») (1832) - лабораторный прибор для демонстрации движущихся рисунков, конструкция которого основана на персистенции - инерции человеческого зрения. Изобретателем фенакистископа считается Жозеф Плато. Почти одновременно с ним Симон фон Штампфер изобрел аппарат, очень похожий на фенакистископ, и назвал его стробоскопом. В обоих приборах на диск наклевались рисунки последовательного действия, которые при вращении создавали эффект непрерывного действия изображенных персонажей.

[10] Кинеограф – устройство для создания анимированного изображения, состоящего из отдельных кадров, нанесённых на листы бумаги, сшитые в тетрадь. Зритель, перелистывая особым способом тетрадь, наблюдает эффект анимации. В отличие от фенакистископа кинеограф позволял создавать более длительные динамические изображения. Название кинеограф запатентовано в 1868 году англичанином по имени Джон Бернс Линнет.

[11] Для сравнения: диаметр нашей Солнечной системы соотносится с диаметром наблюдаемой части Вселенной как 1:(1*10^(12))