Тайны Вселенной - Демин Валерий Никитич

Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения стал одним из выдающихся достижений в области естествознания за всю историю его существования. Этот закон позволил на строгой научной основе подвести физическую базу под философско-космистские положения о материальном единстве мира, всеобщей взаимосвязи всех природных явлений. Закон всемирного тяготения оказался одним из самых впечатляющих и вместе с тем загадочных основоположений теоретического естествознания. Применение этого закона позволило добиться выдающихся успехов в области небесной механики (предсказавшей «на кончике пера» существование ранее неизвестных планет) и астрофизики, космологии и практического освоения космического пространства, позволило летательным аппаратам и человеку преодолеть земное притяжение и осуществить прорыв в просторы Вселенной. У некоторых мыслителей возникло даже искушение раздвинуть границы его применения. Так, один из главных представителей утопического социализма, Сен-Симон, пытался перенести действие закона всемирного тяготения на общественные отношения и на данной основе построить свою систему будущего гармонического, свободного от эксплуатации строя.

После опубликования ньютоновских «Начал» обозначилась и стойкая тенденция интерпретировать закон всемирного тяготения как результат и свидетельство божественного проявления. Вот типичный образчик подобного истолкования закона Ньютона, выраженный в стихотворной форме:

…И нарекли человека Ньютоном,Он пришел и открыл высший закон,Вечный, универсальный, единственный, неповторимый, как сам Бог,И смолкли миры, и он изрек: «ТЯГОТЕНИЕ»,И это слово было самим словом творения.

Следует сказать, что на самого Ньютона и дальнейшую интерпретацию его идей оказали заметное влияние так называемые кембриджские платоники (в Кембридже, где творил Ньютон, всегда, вплоть до наших дней, были сильны и живучи мистические традиции). Сам Ньютон — хотя об этом и не любят вспоминать, а тем более писать — также не чурался мистицизма: он всерьез интересовался вопросами астрологии и даже алхимии. Отсюда — и известный иррационализм, невозможность вразумительного объяснения природы гравитационных сил. Кстати, до сих пор нет и общепризнанного объяснения, что же такое сила или что такое масса.

И все же с помощью открытых Ньютоном простейших формул, в которых участвуют только массы тел и силы, действующие между ними, удается описать процессы взаимодействия любых материальных объектов природы — живых и неживых, земных или космических. При этом не следует забывать, что силы взаимодействия между телами не являются у Ньютона какими-то абстракциями (например, векторами, как их изображают при математическом описании задач механики), а вполне материальными силами, возникающими как результат действия масс материальных тел при их ускоренном или замедленном движении. Благодаря своей материальности силы ограничены быстродействием и дальностью действия. Убедиться в этом можно на любом примере. Каждый из нас, пользуясь силой своих мышц, замечает, что их быстродействие ограничено, а сама сила является результатом преобразования в материальных телах одних видов энергии в другие (аналогичные примеры можно наблюдать при силовом действии пружин, упругих тел и т. п.).

Классическая механика установила, что массы тел не исчезают и не возникают из ничего, а физические процессы не могут протекать без сил. Кроме того, протекание физических процессов между телами является объективной реальностью и не зависит от наблюдателя, если он не оказывает силового воздействия на этот процесс. Еще одна особенность классической механики: в ней нет абсолютизации скорости движения тел, она справедлива и может быть использована для любых скоростей движения тел, без ограничения. Однако, Ньютон был деистом: первопричиной (точнее — первотолчком природы) он считал Бога.

Потому при чтении ньютоновских трудов встречаются формулировки, которые могут трактоваться различным образом. Например, такая формулировка, как «природа подчиняется математическим законам», требует специального пояснения. Дело в том, что абстрактно-математический аппарат лишь описывает объективные закономерности природы (например, тяготение) и помогает в их познании. Напрямую утверждать, что математические закономерности лежат в основе природы, нельзя. Ибо, по существу, это означает признание первичности идеальных абстракций по отношению к объективной реальности. Поэтому и приходится делать соответствующую поправку, чтобы исключительно важная роль математики все же не абсолютизировалась и не приводила тем самым научное познание к крену, чреватому далеко идущими последствиями. Но полностью избежать «волчьих ям» удается не всегда и не всем. Некоторые современные истолкования тяготения — характерный тому пример.

ДВИГАТЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ

В процессе общей работы и дискуссий с В. П. Селезневым удалось найти нетривиальный подход к пониманию природы сил тяготения и той роли, которую они играют во Вселенной. Ниже излагается данная концепция, как она впервые была представлена в нашей совместной и уже цитированной книге «Мироздание постигая: Несколько диалогов между философом и естествоиспытателем о современной научной картине мира» (М., 1989).

В классической механике небесные тела, притягиваясь взаимно с помощью гравитационных полей, движутся под действием сил тяготения и инерции по некоторым орбитам в космическом пространстве, которое отождествляется с пустотой. Однако эта идеальная картина Вселенной не согласуется с реальным состоянием космического пространства. Установлено, что это пространство содержит рассеянные молекулы веществ, атомы, ионы, электроны, фотоны и другие частицы, крупные тела — метеориты и, наконец, — множество различных полей. Плотность распределения этих частиц и полей в пространстве неравномерная, однако при движении больших небесных тел — галактик, звезд и планет — такая «запыленная» среда может оказывать сопротивление. Вследствие этого небесные тела должны постепенно терять свою кинетическую энергию и сближаться под действием сил тяготения. Для Солнечной системы это означало бы, что с течением времени Луна, например, упала бы на Землю, а Земля и другие планеты — на Солнце.

Тем не менее, несмотря на эти условия, небесные тела в течение времени, исчисляемого миллиардами лет, сохраняют параметры своих орбит практически неизменными, а Вселенная в целом существует вечно. Чтобы сохранить подобное почти стационарное состояние Вселенной, необходимо иметь какой-то источник энергии, который позволял бы скомпенсировать расходы энергии, затрачиваемые на сопротивление космической среды. Существует ли он в природе? Этот вопрос является исключительно сложным, но зато — и особенно интересным. По существу, речь идет о том, существует ли некоторый единый механизм — «Двигатель Вселенной», поддерживающий определенное ее состояние.

В первом приближении классическая небесная механика дает на это следующий ответ: Вселенная поддерживается в определенном динамическом равновесии с помощью сил тяготения небесных тел и сил инерции их масс без учета материальности космической среды. Конечно, математическая модель даже такой Вселенной чрезвычайно сложная, но принципиально ее можно описать и даже промоделировать с помощью современных ЭВМ. Однако реальная структура космического пространства создает некоторый эффект торможения движению небесных тел. Небесная механика позволяет исследовать и этот эффект, однако она не дает ответа на вопрос — почему же Вселенная преодолевает торможение движения небесных тел и откуда она находит энергетические ресурсы для восстановления расходуемой энергии? Чтобы выявить подобные энергетические ресурсы, необходимо более детально рассмотреть особенности гравитационного взаимодействия между небесными телами.

Распределенная масса небесных тел приводит к существенному изменению гравитационных взаимодействий между телами. Поскольку каждая материальная частица небесного тела является источником гравитационного поля, результирующее (или суммарное) поле жестко связано с телом и участвует в его вращении вокруг центра масс как одно целое. Это означает, что гравитационное поле не только охватывает значительное пространство вокруг тела, но и вращается вместе с телом, увлекая за собой все другие внешние взаимодействующие материальные объекты. Но вращение гравитационного поля небесного тела само по себе не может служить источником дополнительной энергии. Нужен какой-то дополнительный эффект в небесной механике. И вот здесь-то и требуется сделать еще один шаг в изучении гравитационного поля, основанный на учете влияния относительного движения тел на силу их взаимного притяжения. В статических условиях, когда тела неподвижны относительно друг друга, сила Q0 их взаимного притяжения пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон всемирного тяготения).