Номер 7(76)  июль 2016 года
mobile >>>
Владимир Визгин

Владимир Визгин Г.М. Идлис и теория относительности[1]

Переоценка всех теорий:

Универсальный статус СТО,

Спасающий нас от апорий,

И лишь локальный смысл ОТО.

Г.М. Идлис [1, C. 9]

Введение

Мне очень хотелось, чтобы в подборке материалов, посвященных памяти Григория Моисеевича Идлиса (в дальнейшем – Г.М.) была и моя статья. Но время воспоминаний еще не пришло, а от большинства проблем, которые его волновали в последние десятилетия, я достаточно далек. И я решил написать о том, как он понимал релятивистскую, или, как он говорил, эйнштейновскую революцию. Беглый же просмотр текстов Г.М., прежде всего, его монографии «Революции в физике, астрономии и космологии» (1985) [2], показал, что собственно историю релятивистской революции Г.М. не изучал и понимал ее достаточно стандартно. Тогда я подумал, что было бы интересно обсудить его отношение к специальной и общей теориям относительности (СТО и ОТО), тем более, что мне казалось, что здесь у меня с ним были какие-то расхождения. Я надеялся, что удастся сделать это, не вникая в проблематику, связанную с антропным принципом, его космологическими представлениями и, особенно, с его периодическими системами основных структурных элементов в физике, химии, биологии и психологии. Вскоре я увидел, что позицию Г.М. в отношении теории относительности нельзя понять, не рассмотрев его ранние работы, особенно по космологии и антропному принципу. Очень важными оказались также некоторые научно-биографические обстоятельства, прежде всего, его принадлежность к тому направлению в интерпретации теории относительности, которое представляли В.А.Фок и А.Д.Александров, и начало его работы в Астрофизическом институте АН КазССР под руководством В.Г.Фесенкова, которого он, как и Александрова, считал своим учителем. Кроме того, Г.М. был весьма склонен к философско-методологическому анализу научного знания, как и его учителя Фок и Александров. И здесь он, как и они, был приверженцем «просвещенного диалектического материализма», не вступающего в противоречие с новейшими научными теориями. И это тоже оказалось существенным при рассмотрении обсуждаемого вопроса. Поэтому центр тяжести моего очерка, фактически сместился от «эйнштейновской революции» в сторону «пост-эйнштейновской революции», которую Г.М.во многом связывал со своими собственными, в основном космологическими, представлениями. В итоге это привело к разъяснению его взглядов на теорию относительности и соотношения СТО и ОТО, а заодно – к выявлению некоторых факторов его научного творчества в целом. Забегая вперед, замечу, что основной вывод, касающийся этого соотношения, к которому пришел Г.М., кратко и четко сформулирован в четверостишии из его «Поэтических набросков творческой автобиографии. Итоги» (см. эпиграф). Этот вывод выглядел достаточно парадоксально. В дальнейшем мы попытаемся понять, как Г.М. пришел к нему.

Королевский гамбит

Эйнштейновская революция

Г.М. считал, что в физике, астрономии и космологии было четыре научных революции: «аристотелевская (геоцентризм), ньютоновская (гелиоцентризм или даже полицентризм), эйнштейновская (преодоление всякого центризма) и пост-эйнштейновская (антропоцентризм)» [3. С.321]. Эйнштейновская революция, заключающаяся, прежде всего, в создании СТО и ОТО, стала беспрецедентным триумфом теоретико-физической мысли. Она радикально преобразовала классические представления о пространстве, времени, массе, энергии, гравитации. В итоге эти теории стали мощным теоретическим ресурсом не только в физике, но и в астрономии и космологии. При этом основные общерелятивистские космологические модели (Эйнштейна, де Ситтера, А.А. Фридмана и др.) не имели каких-либо общих центров или осей вращения. Именно это имел в виду Г.М., когда говорил о преодолении всякого центризма «в эйнштейновской» революции [2. С. 54].

После признания теории горячей Вселенной Г.А. Гамова, в 1950-е – 1960-е гг., большинство физиков и космологов стали говорить не столько о Метагалактике (как наблюдаемой части Вселенной), сколько о самой Вселенной. Имеется интересный фрагмент воспоминаний Л.П. Грищука об этом важном терминологическом аспекте космологии, касающийся Я.Б. Зельдовича и его астрофизической школы в 1960-1970-е гг.: «Помню, в одной нашей давней совместной работе Яков Борисович предлагал везде заменить слово «Метагалактика» на «Вселенная»... Он предлагал не бояться сразу говорить о Вселенной и т. д.» [4. С. 301]. Большинство теоретиков считало фридмановскую «расширяющуюся Вселенную», основанную на ОТО, фундаментом учения о Вселенной в целом. И это было венцом эйнштейновской революции.

Итак, в астрофизике и космологии, где господствовало одно из четырех фундаментальных взаимодействий, а именно гравитация, ОТО, пришедшая на смену классической механике и классической теории тяготения, а также породившая теорию «расширяющейся Вселенной», считалась единственной теоретической основой. СТО определяла лишь локальное устройство общерелятивистского четырехмерного псевдориманова пространства–времени.

В макро- и микромирах структура пространства–времени определялась СТО, а законы движения микрообъектов – квантовой механикой. Говоря об эйнштейновской революции в физике, Г.М., фактически, отодвинул на второй план квантовую часть этой революции, в которую Эйнштейн также внёс существенный вклад, особенно на ранней стадии формирования квантовой теории.

Об астрономических применениях теории относительности

Когда Г.М. пришел в ИИЕТ, он предполагал заниматься науковедческой и наукометрической тематикой [5], но ему пришлось обратиться к истории астрономии и космологии. Я же в это время занимался историей теории относительности. Тогда же он подарил мне несколько оттисков своих ранних работ по применению этой теории в астрономии, которые мне показались несколько специальными и далекими от магистрального направления эйнштейновской революции. Не без труда разыскав и заново прочитав их, я увидел, что Г.М. вполне профессионально как физик-теоретик владел ОТО и применял её для изучения ряда астрономических явлений [6-10]. Так, в конце 1950-х – середине 1960-х гг. он вместе со своими учениками (дипломниками и аспирантами) на основе двух общерелятивистских эффектов – отклонения световых лучей и красного смещения спектральных линий в гравитационном поле – рассчитывал массы космических объектов (прежде всего, галактик) [6], изучал силовое взаимодействие массивных излучающих тел [7], а также видимое сжатие далёких сферических компонент кратных галактик [8]. Фактически уже в этих работах он (с соавторами) использовал идею Ф. Цвикки о возможности рассматривать галактики как гравитационные линзы и использовать гравитационное линзирование во внегалактической астрономии [8, 10]. В 1979 г. впервые наблюдался эффект гравитационной линзы: был обнаружен квазар, который, благодаря этому эффекту, поначалу считался двойным.

На юбилейной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения О.Д. Хвольсона, Г.М. выступил с докладом «Эффекты гравитационных линз (от Эйнштейна и Хвольсона до современности)», в котором также рассказал о своих работах (вместе со своими учениками) по изучению возможностей метода гравитационной линзы в астрономии [11]. В этом же докладе он рассказал о том, что, когда на семинаре В.Л. Гинзбурга в ФИАНе обсуждалось открытие упомянутого квазара, воспринятое как научная сенсация, «руководитель семинара искренно удивился, когда я заметил, что сам по себе эффект гравитационной линзы для галактик был обнаружен и использован нами для определения их масс задолго до этого – ещё в 1962 г.» [Там же. С. 196].

Космология – «фундамент всего теоретического естествознания»

Более точно и развернуто это утверждение Г.М. таково: «Именно космология должна стать (и становится!) постоянно совершенствуемым фундаментом – систематически развиваемой логической основой – всего теоретического естествознания» [12. С. 125]. Эти слова относятся к середине – концу 1990-х гг., но эта же мысль содержалась в одной из первых его работ по космологии, опубликованной в 1961 г. [13]. Конечно, такая точка зрения достаточно необычна. Более распространена, является почти стандартной, противоположная позиция: теоретической основой космологии всегда были и являются фундаментальные физические теории, в настоящее время это прежде всего релятивистские теории пространства, времени и тяготения, фактически ОТО. Правда, в последние десятилетия астрономия и космология привели к ряду открытий (ускоренное расширение Вселенной, тёмные материя и энергия и т. п.), которые могут радикально преобразовать основы теоретической физики.

Первая космологическая работа Г.М. «Теория относительности и структурная бесконечность Вселенной» (1956) [14] была в русле того направления, которым с 1920-1930-х гг. занимался его учитель В.Г. Фесенков, а именно, в русле так называемой иерархической концепции Ламберта-Шарлье [15. С. 340-344]. Основной вывод работы Г.М. сформулировал в аннотации: «Анализируется гравитационная космологическая проблема, приводятся аргументы против концепции однородной Вселенной (основанной на модели А.А. Фридмана – В.В.). Показывается, что, с точки зрения теории относительности (именно СТО – В.В.), Вселенная без каких-либо априорных ограничений типа условий Шарлье или Эйгенсона может быть бесконечной в пространстве и во времени, не приводя ни к какому гравитационному парадоксу (курсив мой – В.В.)» [14. С. 622]. Этот результат достигался благодаря учёту суммарного релятивистского дефекта масс. Бесконечность иерархической системы в пространстве и времени при использовании релятивистского соотношения между массой и энергией означала принятие в качестве основной пространственно-временной структуры бесконечного «плоского» мира Минковского в качестве фундамента космологии, т.е. не ОТО, а СТО. «Конечные однородные релятивистские модели с отличной от нуля плотностью массы, – добавлял Г.М., – могут претендовать на приблизительное описание Метагалактики, но отнюдь не всей Вселенной в целом» [Там же. С. 626].

Отношение Г.М. к фридмановским однородным моделям вполне согласуется с соответствующей позицией В.А. Фока, высказанной им в вышедшей в 1955 г. монографии «Теория пространства, времени и тяготения». «Прежде всего, неправильно видеть в нём (пространстве Фридмана–Лобачевского – В.В.) какую-то «модель мира в целом»: такая точка зрения представляется неудовлетворительной в философском отношении... Самый же факт «разбегания» галактик настолько хорошо установлен, что сомневаться в нём не приходится.... Поэтому нам представляется несомненным, что изложенная здесь теория Фридмана является важным шагом в изучении пространств космических масштабов» [16. С. 464-465].

Цитированная выше первая космологическая работа Г.М. примечательна во многих отношениях:

1) она открыла путь к концепции бесконечной во времени и пространстве Вселенной и соответственно множественности миров, одним из которых является «наш мир», отождествляемый с нашей Метагалактикой и описываемый моделью «расширяющейся Вселенной» Фридмана;

2) эта концепция вела к проблеме выделенности именно нашей Метагалактики среди множества других миров и, таким образом, к антропному принципу, к которому Г.М. пришел в следующем, 1957, году;

3) именно эта работа послужила космологическим основанием для пересмотра соотношения СТО и ОТО, согласно которому СТО приобретала более универсальный статус по сравнению с ОТО, получающей лишь локальный (метагалактический, но не вселенский!) смысл;

4) новая космологическая концепция, по мнению Г.М., лучше согласовывалась с принципами диалектического материализма, что было прямо отмечено в статье;

5) и статья Г.М., и космологическая концепция, намеченная в ней, свидетельствовали прямо или косвенно, о том, что он развивал идеи своих учителей В.А. Фока, А.Д. Александрова и В.Г. Фесенкова.

Первые три пункта, лежащие в основе космологической концепции Г.М., составили ядро того, что он называл пост-эйнштейновской революцией. К нему несколько позже добавилась идея макро-микросимметричной Вселенной. Последующие два пункта позволяют понять генезис этой концепции. Остановлюсь на них несколько более подробно.

Ученик и последователь В.А. Фока, А.Д. Александрова и В.Г. Фесенкова

Г.М. считал себя непосредственным учеником двух выдающихся учёных, академиков – математика А.Д. Александрова (член-корр. АН СССР с 1946 г., академик – с 1964 г.) и астронома В.Г. Фесенкова (академик с 1935 г.). Косвенно же, через посредство А.Д. Александрова, который в области теоретической физики и её философской проблематики был учеником замечательного отечественного физика-теоретика академика В.А. Фока, а также ученицы Фока Н.М. Петровой, которая в конце 1940 – начале 1950-х гг. заведовала кафедрой теоретической физики Казахского университета и руководила дипломной работой Г.М. по математике. Он был если и не учеником Фока, то, несомненно, его последователем [17, 18].

В.А. Фок внёс значительный вклад и в квантовую теорию, и в ОТО [19-22]. Решив, параллельно с Эйнштейном и его соавторами Л. Инфельдом и Б. Гоффманом задачу о получении уравнений движения массивных тел из уравнений гравитационного поля, он пришёл к нескольким важным выводам принципиального характера в отношении ОТО. Прежде всего, физическую относительность он связал не с общим принципом относительности, а с наличием в этой теории целого класса привилегированных систем координат, названных им гармоническими, которые всегда можно ввести в случае островного распределения масс (что, как правило, имеет место в задачах астрономии). Он также подверг критике и принцип эквивалентности, подчеркнув его локальность, а также эвристический, а вовсе не аксиоматический характер, [23-25]. Фок не нашёл понимания среди большинства теоретиков, по крайней мере в 1940-е – 1950-е гг. А.Д. Александров же был одним из немногих, кто с самого начала полностью разделял эти взгляды Фока на основы ОТО [26]. Одновременно Фок боролся с огульным отрицанием теории относительности и квантовой механики механистически мыслящими физиками и философами [19-23]. А.Д. Александров со студенческих времён изучал теоретическую физику под руководством В.А. Фока в ЛГУ и ГОИ и только во второй половине 1930-х переключился на математику, занимаясь, в основном, геометрией. С конца 1940-х гг. он вовлекается в обсуждение принципиальных и теоретико-познавательных проблем квантовой механики и теории относительности. «На время войны, – вспоминал он,– моя связь с Фоком прервалась, и она восстановилась, когда после войны мы вместе действовали в философском семинаре на физическом факультете» [27. С. 278]. Под влиянием Фока Александров занялся математическими и методологическими вопросами СТО и разработал её абсолютистскую интерпретацию. Сначала он дал новый вывод преобразований Лоренца «из представления о том, что в 4-мерном пространстве распространение света представляется конусом с вершиной в источнике» [Там же], показав, отчасти совместно со своей аспиранткой В.В. Овчинниковой, что «пространственно-временная структура мира есть не что иное, как его причинно-следственная структура, взятая лишь в соответствующей абстракции» [30. С. 117]. А затем более обстоятельно развил на этой основе СТО «как теорию абсолютного пространства-времени», сделав пространный доклад на знаменитом Всесоюзном совещании по философским вопросам естествознания (1958) [31]. Этой работой, как считали сам Александров и впоследствии Г.М., был заложен не только философско-методологический, но и аксиоматический фундамент СТО. Как писал ученик А.Д. Александрова А.К. Гуц в своих воспоминаниях о нём: «Когда же придёт время построения аксиоматической теории (СТО – В.В.), то в основу достаточно будет положить идеи, предложенные в работах А.Д. Александрова [11, 15] (т. е. [31-32] – В.В.). [33. С. 115].

Таким образом, и Фок, и Александров были увлечены философско-физической проблематикой, оставаясь при этом безусловными сторонниками диалектического материализма, или, лучше сказать, просвещённого диалектического материализма, стоящего на страже современных физических и математических теорий [19, 21, 26, 27]. Заметим, что в эти годы труды Александрова получают признание и растёт его авторитет: в 1946 г. его избирают членом-корреспондентом АН СССР, в 1951 г. он вступает в КПСС, получает престижную премию им. Н.И. Лобачевского, в 1951 г. назначается ректором ЛГУ.

Г.М. как раз в 1946 г. поступает на физфак ЛГУ; затем, переехав вместе с родителями в Алма-Ату, продолжает своё образование на физмате КазГУ и заканчивает его в 1951 г., выполнив две дипломные работы – по теоретической физике о геомагнитных эффектах космических лучей и по математике – о гармонических системах координат в ОТО [29. С. 37-38]. Вторая работа выполнялась под руководством доцента Н.М. Петровой, в то время заведующей кафедрой теоретической физики, а ранее ученицы и аспирантки Фока, защитившей кандидатскую диссертацию по выводу уравнений движения из уравнения гравитационного поля в 1940 г. (эта работа впервые была опубликована в ЖЭТФе в 1949 г.).

Работа Идлиса «Об инерциальности гармонических систем координат в общей теории относительности» была оценена очень высоко и рекомендована к публикации. В «Заключении» Г.М. выражал благодарность Петровой и Фоку за обсуждение и критические замечания. Выводы, сделанные в работе, подтверждали «кардинальное утверждение В.А. Фока о существовании привилегированного класса координатных систем в ОТО», «переходящих на бесконечности и в плоском пространстве в обычные инерциальные декартовы координаты с евклидовой метрикой» [29. С.49]. Три последних вывода, сделанных Г.М., подтверждали фоковскую интерпретацию ОТО (ОТО «не является теорией относительности ускорения», спор между системой Коперника и системой Птолемея... однозначно решается в пользу системы Коперника» и привилегированные системы координат позволяют отделить гравитационное поле от поля фиктивных сил, вызванных неинерциальностью систем координат) [Там же].

«Первая любовь» (теоретико-физическая, релятивистская) и верность учителям во многом определили отношение Г.М. к теориям относительности и его космологические воззрения, которые он неоднократно формулировал в 1980-2000-е гг. [2,3,12].

Фактически теория относительности, – говорилось в последней совместной статье Г.М. и Александрова о Фоке, увидевшей свет вскоре после смерти Александрова, – может и должна рассматриваться как теория абсолютного пространства-времени, которое, вообще говоря, является неоднородным (искривленным), но в среднем (при отвлечении от возможных локальных особенностей, т.е. при усреднении по всей бесконечной структурно неисчерпаемой Вселенной) или, во всяком случае, в пределе (на бесконечности) становится максимально однородным («плоским»), причём пространственно-временная структура мира определяется его причинно-следственной структурой, т. е. системой отношений воздействия одних мировых явлении или событий на другие» [18. С. 37].

Конечно, благодаря своему второму учителю В.Г. Фесенкову, Г.М. стал астрономом, под его руководством защитил кандидатскую диссертацию «Космические силовые поля и некоторые вопросы структуры и эволюции галактической материи» (1954). Несомненно, что под влиянием Фесенкова Г.М. обратился к космологии, именно к иерархическим моделям типа Ламберта–Шарлье, которые его учитель разрабатывал с 1918 г. [15. С.340-344]. Кроме того, Фесенков с 1920-х гг. проявлял большой интерес к применениям ОТО в астрономии; именно эта тематика, как мы видели, успешно разрабатывалась Г.М. в конце 1950-х гг. [7-10].

«Диалектический материализм как необходимая методологическая основа космологии» [34. С. 12]

И в философско-методологическом плане Г.М. оставался верен своим учителям В.А. Фоку и А.Д. Александрову, которые, как мы уже отмечали, были приверженцами диалектического материализма. Своё диалектико-материалистическое кредо они сохраняли и во времена идеологически вполне «вегетарианские», т.е. поздние 1950-е – 1970-е, а Александров и в 1980-1990-е гг. [25. С. 18; 26. С. 339–340; 35. С. 73-75, 95, 140].

Г.М. уже в своей первой космологической статье 1956 г. ссылается на Ленина, Энгельса и диалектический материализм: «Учёт принципиальной структурности Вселенной не только устраняет «аргументы» против бесконечности Вселенной во времени и пространстве, но и вполне соответствует общему положению диалектического материализма о том, что «случайность... резюмируется в необходимости» (концовка из «Диалектики природы» Энгельса – В.В.) [14. С. 626]. А в начале статьи, обосновывая тезис о бесконечности Вселенной, он ссылается на ленинский тезис о «неисчерпаемости электрона: «Природа бесконечна, неисчерпаема и не только вглубь («электрон так же неисчерпаем, как и атом» – В.И. Ленин...), но и вширь» [Там же. С. 622]. И далее: «Совершенно очевидно, что и наша Метагалактика, являясь лишь историческим пределом обозреваемой нами части Вселенной, отнюдь не исчерпывает всю бесконечную Вселенную: кроме Метагалактики, за её пределами безусловно существует бесчисленное множество как подобных ей, так и отличных от неё космических систем» [Там же. С. 623].

Диалектико-материалистическое ядро своей мировоззренческой концепции Г.М. сохранил на протяжении всей жизни. Наиболее подробно он изложил её в своей монографии «Революции в астрономии, физике и космологии» (1985) и оставил соответствующий раздел без изменений во 2-м (исправленном и дополненном) издании 2008 г. [2. С. 11–19; 34. С. 11-19]. В заново написанном «Послесловии ко второму... изданию» он также не упомянул о каком-либо изменении своего философского кредо (и, тем более, об отказе от него), несмотря на то, что уже с 2003 г. проявлял повышенный интерес к далекой от диамата антропософии Р. Штайнера [36. С. 344-348].

И Фок, и вслед за ним и Г.М. ценили однородные нестационарные модели Фридмана и за то, что они объясняли «разбегание галактик», и за то, что в них устранялся гравитационный парадокс. Но они не считали возможным их распространение на Вселенную в целом, т.к. «такая точка зрения представляется неудовлетворительной в философском отношении» (Фок) [25. С. 464]. А «общефилософская сторона наших взглядов на теорию пространства, времени и тяготения, – писал Фок во «Введении» к цитированной книге,– сложилась под влиянием философии диалектического материализма» [Там же. С. 16]. Г.М. считал важным показать, что бесконечная иерархическая модель тоже устраняет гравитационный парадокс, а в философском, диалектико-материалистическом, плане она более удовлетворительна, чем фридмановские модели (см. его высказывания, цитированные на предыдущей странице настоящей работы).

Антропный принцип и идея множественности миров

Г.М. одним из первых сформулировал знаменитый ныне антропный космологический принцип (АКП) [37, 38]. Особенности нашей Вселенной связывались с существованием в ней жизни (и даже разумной жизни). При этом были мыслимы аналогичные Вселенные, в которых не могли бы появиться не только жизнь, но и вообще какие-либо структуры. Таким образом, идея множественности миров логически следовала из АКП. С другой стороны, исторически ситуация была обратной. Будучи приверженцем идей Фока и Александрова, Г.М. считал, что Вселенная имеет островной характер и должна быть евклидовой на бесконечности и поэтому опираться в большей степени на СТО, чем на ОТО. К этому же его подталкивали и диалектико-материалистические представления о бесконечности Вселенной и пространства-времени, в частности и о структурной неисчерпаемости ее. Вместе с тем, Г.М. понимал, что наша Метагалактика хорошо описывается фридмановской моделью «расширяющейся вселенной», основанной на ОТО. Благодаря отказу от отождествления Вселенной с Метагалактикой, Г.М., фактически предложил такую модель Вселенной, которая была бесконечной и в среднем удовлетворяющей СТО. Ее заполняли миры-метагалактики, расширяющиеся по одному из фридмановских сценариев. Наша Метагалактика при этом обладала, помимо всего прочего, таким набором свойств, который смог обеспечить в ней возникновение разумной жизни. Последнее утверждение и было первой формулировкой антропного космологического принципа, сформулированного в тезисной форме в докладе Г.М. «Структурная бесконечность Вселенной и Метагалактика как типичная обитаемая система» на VI Совещании по вопросам космогонии (5-7 июня 1957 г., опубликовано в 1959 г.). Процитируем четыре (из шести) главных, космологических, тезиса:

«1. Вселенная в целом принципиально не может быть однородной в каком бы то ни было смысле, а должна обладать структурной бесконечностью.

2. Островной характер распределения масс в структурно бесконечной Вселенной позволяет в известной степени привлекать методы классической механики к решению космологических проблем (и, добавим, СТО – В.В.).

...

5. Схема бесконечной структурной иерархии Вселенной при учете релятивистского дефекта масс космических систем устраняет гравитационный парадокс в пространственно бесконечной Вселенной без каких бы то ни было геометрических ограничений на распределение этих систем.

6. Анализ условий, необходимых для возникновения и эффективного развития жизни, дает аргументы в пользу того, что космическая система наверняка (независимо от каких бы то ни было начальных условий) становится обитаемой лишь в том, как правило, случае, если эта космическая система включает в себя планеты, обращающиеся вокруг звёзд, составляющих целые звёздные системы, входящие в «расширяющуюся метагалактику», которая, подобно нашей Метагалактике, оказывается «замкнутой», т. е. её размеры по крайней мере сравнимы с радиусом кривизны её пространства, и её свойства описываются в первом приближении релятивистскими космологическими моделями «мира» [38. С. 270-271].

Иногда, согласно логике Г.М., бесконечная в пространстве и времени иерархическая модель Вселенной вела к идее множественности миров – метагалактик, устроенных по Фридману. И тогда возникает вопрос: «...Не являются ли основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной простым следствием того, что перед нами не произвольная часть бесконечной в своем многообразии Вселенной, а такая конкретная конечная область, в которой жизнь заведомо имела возможность возникнуть и существует в настоящее время налицо?» [37. С. 39]. Положительный ответ на этот вопрос и ведет к АКП. Именно, 6-му тезису (собственно к АКП) предшествуют тезисы 1, 2 и 5. 

Постэйнштейновская революция

Теперь мы в состоянии воспринять тот комплекс идей, который Г.М. связывал с постэйнштейновской революцией. Бросаются в глаза некоторые характерные черты этой революции и соответствующей картины мира:

1) прежде всего, это – революция в космологии;

2) фундаментальные физические теории, в первую очередь обе теории относительности, а также квантовые механика и теория поля, этой революцией непосредственно не затрагиваются;

3) возврат к антропоцентризму, благодаря приданию фундаментального значения АКП;

4) ключевые идеи этой картины мира принадлежат, в основном, самому Г.М.

Теперь – слово Г.М. Процитируем с некоторыми сокращениями несколько фрагментов из его работ, в которых он описывает характерные черты постэйнштейновской революции: «Четвертая (постэйнштейновская) общая естественно-научная революция, начавшаяся с осознания того, что непосредственно данный нам фридмановский макромир (астрономическая наблюдаемая безграничная систематически расширяющаяся Метагалактика) ещё не есть вся Вселенная, и сопровождающаяся поисками возможных следов существования хотя бы некоторых внеметагалактических макромиров (например, в виде так называемых чёрных дыр в нашем макромире) уже привела к необходимому, по существу, постулату о макро-микросимметрии уникальной всеобъемлющей материальной вселенной, а также к основанному на ней необходимому космологическому заключению о структурной неисчерпаемости её, но ещё не завершилась созданием единой физической теории, которая окончательно оправдала бы этот фундаментальный постулат» [2. С. 72-73]. Несколько ранее Г.М. так поясняет существо «постулата о макро-микросимметрии»: «...Вселенная является структурно неисчерпаемым многосвязным многообразием всевозможных односвязных квазизамкнутых макромиров, которые связаны друг с другом посредством элементарных частиц материи. Иными словами, рассматриваемые безграничные макромиры, с одной стороны внешне эквивалентны элементарным частицам, а с другой стороны, сами состоят в конечном счёте из своих элементарных частиц, которые в свою очередь скрывают за собой или как бы содержат в себе аналогичные собственные макромиры, внешне эквивалентные им, и т.д. до бесконечности, благодаря чему оказывается, что каждая из элементарных частиц материи потенциально содержит в себе всю структурно неисчерпаемую Вселенную» [Там же. С. 63-64].

Этой концепции Г.М. придерживался до своих последних дней. Процитируем несколько характерных мест из его большой статьи, опубликованной в 2008 г. Оставив почти без изменения представления о постэйнштейновской революции, он выдвинул на первый план антропный космологический принцип, который «придал всей последовательности глобальных естественнонаучных революций циклический характер, замкнув последнюю из них (четвёртую современную, постэйнштейновскую) с первоначальной (аристотелевской)» [36. С. 318]. Основная же часть постэйнштейновской картины мира осталась без изменения: «Если пространственно-временные свойства уникальной всеобъемлющей Вселенной как целого, при отвлечении от всех её локальных особенностей, описываются именно специальной теорией относительности (приобретающей тем самым абсолютный статус), то всевозможные отдельные квазизамкнутые макромиры, по крайней мере изнутри, описываются столь же адекватно, напротив, как раз соответствующими обще-релятивистскими – так называемыми космологическими – моделями» [Там же. С. 338].

Отмеченная выше цикличность глобальных научных революций побудили Г.М. «к поискам и обоснованию циклически замыкающихся – периодических – систем структурных элементов материи» на всех уровнях её самоорганизации от физического до психологического, или ментального [Там же. С. 318]. Эту концепцию он также склонен был включить в постэйнштейновскую картину мира, расширяя при этом АКП до его «сверхсильной» формы: «Существование мыслящего Универсума, или Высшего Разума как необходимого предельного и вместе с тем исходного ментального элемента Вселенной, наиболее фундаментального, фундирующего все остальные его структурные элементы» [Там же. С. 344].

Что касается идеи макро-микросимметрии, которую Г.М. считал важнейшим элементом постэйнштейновской картины мира и которую почти одновременно в середине 1960-х гг. выдвинул он сам и М.А Марков [39-40], то, в отличие от Г.М., Марков подчёркивал её весьма гипотетический характер: «Но отождествляя элементарные частицы с фридмонными системами (т. е. квазизамкнутыми микромирами – В.В.), мы вступаем на путь гипотетических утверждений, которые мы пока не можем сопоставить с соответствующей теорией элементарных частиц, хотя a priori нельзя утверждать, что подобная теория принципиально не может быть построена» [40. С. 458]. И далее: «Подобная возможность делает Вселенную в целом симметричной в отношении «большого» и «малого», макро-и микроструктур. Такой вариант «Мира в целом» естественно назвать «Микро-Макро-Симметрической Вселенной». В этом варианте Вселенной осуществляется дальнейшая релятивизация наших понятий «макро» и «микро». Именно для нас окружающий мир представляется макросистемой, но если наш мир является своего рода фридмоном, то для наблюдателя «вне» его эта система может относиться к микромиру» [Там же. С. 460].

Несмотря на философскую привлекательность фридмановской концепции Вселенной [2. С. 72-73], М.А. Марков полагал, что в настоящее время «нет никакого основания считать, что Вселенная в целом обладает именно такой структурой – это просто одна из возможностей в наших экстраполяциях, которая в принципе могла бы оказаться соответствующей действительности» [Там же. С. 460.] И хотя последующие достижения космологии и фундаментальной физики не были связаны с развитием этой концепции и отодвинули ее на периферию, Г.М. оставался верным ей. Более того, поскольку фридмонные макромиры могли рассматриваться погруженными в пространство-время Минковского, то, по его мнению, «сочетать квантовые представления о дискретном строении материи... необходимо не столько с ОТО, сколько как раз с СТО» [41. С. 307]. Но последнюю проблему можно считать решенной, т.к. существующая стандартная модель основана на лоренц-ковариантной квантовой теории поля в её калибровочном варианте. И поэтому, согласно Г.М., синтез ОТО и квантов и связанный с ним суперструнный подход оказываются, по меньшей мере, вовсе не центральной проблемой постэйнштейновской революции.

Важнейшей же чертой постэйнштейновской революции, особенно в последние годы, Г.М. считал возврат к антропоцентризму, на первый взгляд, полностью преодоленному эйнштейновской революцией: «Антропоцентризм, казалось бы, окончательно выдворенный прочь за пределы науки,... в конце концов всё-таки вернулся в неё (через её, к счастью не зашторенное окно) в виде фактически впервые введённого автором в современную космологию... так называемого Антропного Космологического Принципа (АКП)» [36. С. 315-316].

Два замечания по поводу концепции макро-микро-симметрии. Во-первых, Г.М. всегда при её изложении ссылался на М.А. Маркова, хотя считал, что сам выдвинул её несколько раньше. Марков, насколько мне известно, никогда не упоминал о работах Идлиса. Кстати говоря, близкие идеи развивал примерно тогда же К.П. Станюкович, на которого не ссылались ни Марков, ни Идлис. А.Л. Зельманов в своём блестящем очерке развития космологии (1967) упомянул всю тройку (планкеоны Станюковича, максимоны Маркова, «аналогия между Метагалактикой и некоей частицей, которая с внешней стороны является элементарной» Идлиса) [15. С. 389]. Добавим, что Марков одним из главных истоков идеи «микро-макро-симметричной Вселенной» считал статью О. Клейна, опубликованную в 1961 г. [42. С. 317]. Во-вторых, хотя эта концепция в дальнейшем не получала развития, связанная с ней идея множественности миров, которой Г.М. был верен с 1950-х гг., в настоящее время стала если и не общепринятой, то весьма распространенной. «Концепция множественности вселенных, как отмечает Н.С. Кардашев, – и, добавим, как пишет Ю.Н. Ефремов во «Введении» к вышедшей в 2007 г. книге «Астрономия: век XXI», – единственное непротиворечивое объяснение Мироздания. Она возникает неизбежно и в инфляционной космологии, и в современной теории чёрных дыр. Она давно уже высказывалась и физиками (М.А. Марков и др.), и поэтами. Далеко не все специалисты ее принимают потому, что считают рассуждения на эту тему спекулятивными. Однако слово «спекуляция» в науке означает не обман и не махинацию, а умозрение...» [43. С. 31]. Здесь Ю.Н. Ефремов в числе провозвестников идеи множественности вселенных, наряду с М.А. Марковым, мог бы назвать и Г.М. Идлиса.

Заметим, что М.А. Марков, хотя и в более гипотетической форме, чем Г.М., незадолго до своей кончины неоднократно напоминал об идее микро-макро-симметричной вселенной [42. С. 317-318; 44. С. 620].

Парадокс Идлиса, касающийся соотношения СТО и ОТО

ОТО локально устроена, как СТО, подобно тому, как поверхность локально эквивалентна плоскости. К тому же, согласно Эйнштейну, специальный принцип относительности (и связанные с ним инерциальные системы отсчёта) включается в общий принцип относительности (и связанные с ним произвольно движущиеся системы отсчёта). Наконец, ОТО переходит в СТО (соответственно, псевдориманово пространство – в пространство Минковского), когда основная мера кривизны, тензор Римана–Кристоффеля устремляется к нулю (или становится равным ему). Поэтому ОТО общéе СТО (так же, как квантовая механика общéе классической механики).

Однако космологические соображения, в том числе неприемлемость для Г.М. отождествления расширяющейся фридмановской вселенной с Вселенной вообще или в целом (последнюю он представляет себе как бесконечную совокупность фридмановских миров, погруженных в плоское, псевдоевклидово пространство-время СТО) вели его к переоценке статуса и соотношения СТО и ОТО.

В своей работе 1956 г. [14] он показал совместимость такой модели (СТО справедлива глобально, ОТО описывает отдельные миры, которых много, а потому ОТО справедлива только локально) как с устранением гравитационного парадокса, так и с диалектико-материалистической философией. В итоге, СТО и ОТО в космологическом плане поменялись местами. Кстати говоря, «спасение от апорий» (см. эпиграф) означало как раз устранение в такой модели гравитационного парадокса.

Но это ведёт к своеобразному парадоксу. СТО, при наличии гравитации справедливая лишь локально и потому являющаяся своеобразным частным случаем ОТО, в космологическом отношении охватывает всю бесконечную Вселенную, оставляя ОТО место для описания отдельных миров типа нашей Метагалактики.

Это напоминает необходимость прибегать к классической механике, классическим приборам при интерпретации квантовой механики, согласно Н. Бору [45], несмотря на то, что квантовая механика общéе классической, т. к. последняя получается из первой при h (постоянная Планка), стремящейся к нулю [46. C. 163].

В 1956 г. Г.М. так писал об этой инверсии соотношения СТО и ОТО: «Конечные однородные релятивистские модели с отличной от нуля плотностью масс (описываемые ОТО – В.В.) могут претендовать на приблизительное описание Метагалактики, но отнюдь не всей Вселенной в целом. Учёт принципиальной структурности Вселенной... устраняет «аргументы» против бесконечности Вселенной во времени и пространстве (фактически, в её простейшем спецрелятивистском варианте – В.В.)» [14. С. 626]. Такое парадоксальное понимание соотношения СТО и ОТО Г.М. сохранял и в последние годы.

В работе 2008 г. он писал об этом следующим образом: «Если пространственно-временные свойства уникальной всеобъемлющей Вселенной как целого, при отвлечении от всех её локальных особенностей, описываются именно специальной теорией относительности (приобретающей тем самым абсолютный статус), то всевозможные отдельные квазизамкнутые миры, по крайней мере изнутри, описываются столь же адекватно, как раз соответствующими общерелятивистскими – так называемыми космологическими – моделями» [36. С. 338].

Итак, чтобы осмыслить идлисовскую «переоценку всех теорий», прежде всего парадоксальный пересмотр соотношения СТО и ОТО, нам пришлось вникнуть в особенность творческой биографии Г.М., в его достижения в области астрофизики и космологии, рассмотреть его концепцию научных революций и философские взгляды. В становлении Г.М. как учёного (физика, астронома, космолога) огромную роль играли его учителя В.А. Фок, А.Д. Александров и В.Г. Фесенков. Именно их понимание обеих теорий относительности и космологии, а также их приверженность к «просвещенному диалектическому материализму» решающим образом повлияли на работы Г.М. по космологии и применениям теории относительности астрономии. Ключевой при этом была первая космологическая работа Г.М. (1956), в которой он показал, что иерархическая модель многих миров-метагалактик, погруженных в глобальное бесконечное плоское пространство-время, непротиворечива и более удовлетворительна с диалектико-материалистической точки зрения. Фридмановские модели сохраняли лишь локальное значение, претендуя на описание лишь отдельных метагалактических миров.

Идея множественности миров стимулировала поиск критериев выделенности среди них именно нашей Метагалактики. На этом пути Г.М. пришел к антропному принципу (1957-1958), одному из своих главных космологических достижений. Идея макро-микро-симметричной Вселенной, выдвинутая им (а также независимо М.А. Марковым и К.П. Станюковичем), соединила космологию с микромиром и привела Г.М. к мысли, что проблема синтеза ОТО и квантов не является актуальной, поскольку Вселенная в целом основана на СТО, а синтез СТО и квантовой теории уже осуществлён в квантовой теории поля. Считая космологию «фундаментом всего теоретического естествознания», Г.М. разрабатывает концепцию четырёх научных революций (аристотелевская, ньютоновская, эйнштейновская и постэйнштейновская), в основе которой лежит радикально преобразующееся космологическое ядро. В ещё не законченной постэйнштейновской революции, как считал Г.М., именно СТО применима к Вселенной в целом, в то время как ОТО и основанные на ней фридмановские модели описывают лишь отдельные метагалактические миры. Соответствующая переоценка статуса СТО и ОТО, основанная на их значении для космологии, до некоторой степени, подтверждалась интерпретациями этих теорий В.А. Фоком и А.Д. Александровым. Это ведёт к противоречивой ситуации, поскольку СТО в теоретико-физическом отношении является частным случаем и локальным приближением ОТО («парадокс Идлиса»).

Что касается постэйнштейновской революции, как её понимал Г.М., то она отражает уровень развития космологии середины 1960-х – 1970-х гг. и не включает достижения последних десятилетий, связанных с инфляционной концепцией и открытием тёмной энергии. Вместе с тем, некоторые её особенности в известной степени созвучны современной космологии (множественность миров, антропный принцип, плоский характер метрики пространства и т.д.). Кстати говоря, сохраняет своё гипотетическое значение и идея макро-микро-симметрии Вселенной. Так, в современном учебнике по космологии (2010) при обсуждении полузамкнутых миров авторы замечают: «В частности, можно выбрать такие начальные условия, что для внешнего наблюдателя масса будет равна нулю или очень мала (например, равна массе электрона), а для внутреннего – это будет огромная вселенная. Может быть, мы живём в таком мире» [47. С.68].

За пределами этой статьи остается ещё один парадокс, характерный для Г.М., – это его философская позиция, в которой приверженность к диалектическому материализму [34] сочеталась с увлечением антропософией Р. Штайнера [36].

Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН

Литература

1. Идлис Г.М. В поисках истины: Поэтические наброски творческой автобиографии. М.: Агар. 2004. 189с.

2. Идлис Г.М. Революции в астрономии, физике и космологии. М.: Наука. 1985. 232с.

3. Идлис Г.М. Онтология естествознания и антропный космологический принцип в свете антропософии // Исследования по истории физики и механики (ИИФМ). 2007. М.: Наука. 2008. С.314-352.

4. Грищук Л.П. Он жил наукой // Яков Борисович Зельдович (воспоминания, письма, документы). Изд. 2-е, доп. М.:ФИЗМАТЛИТ.2008. С.299-306.

5. «Я пришел в ИИЕТ...» Вспоминают ветераны / авторы-сост. С.С. Илизаров, М.В. Мокрова: Янус-К. 2008. С.46–50.

6. Идлис Г.М., Гриднева С.А. Новые методы определения масс комических систем на основе эффектов теории относительности // Известия Астрофизического института (АФИ) АН Казахской ССР. 1959/1960. Т.IX. С.78–85.

7. Идлис Г.М. Силовое взаимодействие массивных излучающих тел // Известия АФИ АН Казахской ССР. 1960.Т.Х. С.3–14.

8. Идлис Г.М., Гайнуллина Р.Х., Курмакаев З.Х. О видимом сжатии далеких сферических компонент кратных галактик из-за эффекта Эйнштейна // Известия АФИ Казахской АН ССР. 1962.Т.XIV. С.3–18.

9. Идлис Г.М. О рациональных основах и актуальных проблемах теоретических моделей галактик // Труды АФН Казахской ССР. 1965. Т.V. С.105‑178.

10. Идлис Г.М., Курмакаев З.Х. Об астрономических применениях теории относительности // Там же. С.179–190.

11. Идлис Г.М. Эффекты гравитационных линз (от Эйнштейна и Хвольсона до современности) // ИИФМ. 2003.М.: Наука, 2003. С.190–204

12. Идлис Г.М. Релятивистская космология и структурная неисчерпаемость Вселенной: их физико-математические и метафизические (философские) основания // ИИФМ. 1995–1997. М.: Наука, 1999. С.125–140.

13. Идлис Г.М. Причинность как основа космологии // Известия Казахской ССР. 1961. Т.XII. С.37–55.

14. Идлис Г.М. Теория относительности и структурная бесконечность Вселенной // Астрономический журнал. 1956. ХХХШ. Вып.4. С.622–626.

15. Зельманов А.Л. Космология// Развитие астрономии в СССР. М.: Наука, 1967. С.320–390.

16. Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: ГИТТЛ, 1955. 504 с.

17. Идлис Г.М. Учитель // Академик Александр Данилович Александров. Воспоминания. Публикации. Материалы. М.: Наука, 2002. С.240–256.

18. Александров А.Д, Идлис Г.М. Вклад В.А.Фока в релятивистскую теорию пространства, времени и тяготения // ИИФМ. 1998-1999. М.: Наука, 2000. С.36–50.

19. Горелик Г.Е. Владимир Александрович Фок: философский урок истории физики // ИИФМ. 1998-1999. М.: Наука, 2000. С.50–71.

20. Владимиров Ю.С. В.А.Фок и принципиальные вопросы теории пространства-времени и взаимодействий // Там же. С.26–36.

21. Владимирова Л.Ф. В.А.Фок. Жизнь и творчество. СПб.: СПбГУ НИИХ, 2000.236 с.

22. Фок Н.В. Владимир Александрович Фок (биографический очерк) // ИИФМ. 1998–1999. М.: Наука, 2000. С. 5–25.

23. Фок В.А. О движении конечных масс в общей теории относительности // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. Сборник статей: М.: Мир, 1979. С. 232–284.

24. Фок В.А. Некоторые применения идей неевклидовой геометрии Лобачевского к физике // А.П.Котельников, В.А.Фок. Некоторые применения идей Лобачевского в механике и физике. М.-Л.: ГИТТЛ, 1950. С. 43–87.

25. Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. Изд.2-е,дополн. М.: ГИФМЛ, 1961.564 с.

26. Александров А.Д. Владимир Александрович Фок // Академик Александр Данилович Александров. Воспоминания. Материалы. М.: Наука, 2002. С.339–344.

27. Александров А.Д. Из записей устных воспоминаний А.Д. Александрова // Там же. С.271–285.

28. Залгаллер В.А. Воспоминания об А.Д.Александрове и его ленинградском геометрическом семинаре (1945–1963) // Там же.С.15–33.

29. Идлис Г.М. Об инерциальности гармонических систем координат в общей теории относительности (1951) // Приложение П к [18]. С.40–50.

30. Александров А.Д. Пространство и время в современной физике // А.Д. Александров. Проблема науки и позиция учёного: Статьи и выступления. Л.: Наука, 1988. С.92–119.

31. Александров А.Д. Философское содержание и значение теории относительности // Философские проблемы современного естествознания. Труды Всесоюзного совещания по философским вопросам естествознания. М.: Изд. АН СССР, 1959. С.93–136.

32. Александров А.Д. Пространство и время в современной физике в свете философских идей Ленина // Физическая наука и философия / Отв. ред. М.Э. Омельяновский. М.: Наука, 1973. С.102–140.

33. Гуц А.К. Семинар «Хроногеометрия» Новосибирского университета и исследования по основам теории относительности // Академик Александр Данилович Александров. Воспоминания. Материалы. М.: Наука, 2002. С.106–120.

34. Идлис Г.М. Революции в астрономии, космологии и физике. Изд. 2-е, испр. и дополн. М.: Либроком, 2009. 336 с.

35. Александров А.Д. Проблема науки и позиция ученого: Статьи и выступления. Л.: Наука, 1988. 510 с.

36. Идлис Г.М. Онтология естествознания и антропный космологический принцип в свете антропософии // ИИФМ.2007. М.: Наука, 2008. С.314–352.

37. Идлис Г.М. Основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной как характерные свойства обитаемой космической системы // Известия АФИ АН Казахской ССР. 1958. Т.VII. С.39–54.

38. Идлис Г.М. Структурная бесконечность Вселенной и Метагалактика как типичная обитаемая космическая система (тезисы доклада) // Труды VI совещания по вопросам космогонии (Москва, 5–7 июня 1957г.). Внегалактическая астрономия и космология. М.: АН СССР, 1959.С.270–271.

39. Идлис Г.М. О структуре и динамике Метагалактики // Философские проблемы теории тяготения Эйнштейна и релятивистской космологии. Киев: Наукова думка, 1965. С.302–312.

40. Марков М.А. Макро-микро-симметрическая Вселенная // М.А. Марков. Избранные труды. Т.1. М.: Наука, 2000. С.452–460.

41. Идлис Г.М. Закономерная «хронология» (хроника–история–логика) радикального пересмотра взаимоотношений и собственного характера основных категорий естествознания // ИИФМ. 2005.М.: Наука,2006. С.292–345.

42. Марков М.А. О возможном существовании в природе асимптотической свободы гравитационных взаимодействий // М.А.Марков. Избранные труды. Т.2. М.: Наука, 2001. С.300–326

43. Ефремов Ю.Н. Введение. Астрономия – от века к веку // Астрономия: век ХХI (Ред.-сост. В.Г.Сурдин. Фрязино: Век-2, 2007. С. 11–32.

44. Марков М.А. Размышляя о Вселенной (последняя работа М.А.Маркова) // М.А.Марков. Избранные труды. Т.2. М.: Наука, 2001. С.600–627.

45.Алексеев И.С. Концепция дополнительности (Историко-методологический анализ). М.: Наука, 1978. 277 с.

46. Киселев В.В. Квантовая механика. Курс лекций. М.: МЦНМО, 2009. 560 с.

47.Лукаш В.Н., Михеева Е.В. Физическая космология. М.: Физматлит, 2010. 404 с.

 

Примечание



[1] Статья подготовлена при финансовой поддержке Роcсийского фонда фундаментальных исследований (проект № 09-06-00246а).

 


К началу страницы К оглавлению номера
Всего понравилось:1
Всего посещений: 19




Convert this page - http://7iskusstv.com/2016/Nomer7/Vizgin1.php - to PDF file

Комментарии:

_Ðåêëàìà_




Яндекс цитирования


//