Нелокальность. Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего | Джордж Массер | страница 20 | LoveRead.ec

В своем крайнем выражении такая позиция известна как инструментализм, который рассматривает теории всего лишь как математический аппарат или инструментарий для того, чтобы каталогизировать факты. «Молчи и считай» — лозунг инструменталистов.

Это сугубо деловое, основанное только на фактах видение науки то входит в моду, то выходит из нее. Широко распространенное в десятилетия после Ньютона оно стало популярным снова в середине XIX в. и снова в начале-середине XX в. И не случайно — это были периоды революций в науке. Когда физики внедряют какую-нибудь спорную теорию, они часто, как это делал Ньютон, уверяют своих коллег (и самих себя) в том, что это действительно только инструмент для вычислений. Не можете уразуметь, почему теория истинна? Ну и ладно — в нее не обязательно верить, чтобы ею пользоваться. Немного инструментализма помогает радикальной идее стать принятой.

Хотя в конечном счете инструментализм — это всего лишь тактическое отступление. В конце концов большинство людей все же жаждет получить представление о том, на что действительно похожа Вселенная, что находится под поверхностью нашего восприятия. В самом деле, разве физические теории могут работать так хорошо, если в них нет хоть какой-то доли истины? Молодые люди в особенности расстраиваются, когда преподаватели советуют им не загружать свои симпатичные маленькие головки тем, что происходит на самом деле. Немало самых передовых ученых в истории говорят, что они изучили выбранный ими предмет самостоятельно, потому что никто не хотел преподавать его во время учебы.

Более того, интерпретация — это не только наведение лоска на уже существующие уравнения, но и творческая искра науки. В конце концов, как физики изначально придумывают уравнения? Почти всегда у них есть определенное представление о физическом мире: в случае Ньютона — магические симпатии. Как только физики разработают уравнения на основе этих представлений, они могут отбросить интерпретацию и позволить уравнениям жить самостоятельно, точно так же как Ньютон дистанцировался (по крайней мере публично) от магии. У любого конкретного набора уравнений есть многочисленные интерпретации, так что физики не обязаны посвящать себя той, что привела их к созданию уравнений. Они вольны предлагать новые интерпретации, какие-то из них приведут к появлению новых теорий и новых уравнений, и, таким образом, цикл продолжится. Но они никогда не смогут обходиться без интерпретаций вообще. Нет четкой границы между философскими и физическими задачами, есть только проницаемая граница с перетоком идей в обе стороны.

•

Действительно, несмотря на клятвенные заверения Ньютона в том, что он не строит гипотез относительно работы тяготения, на самом деле они у него были: три широкие гипотезы, каждая из которых приобрела своих сторонников. Во-первых, возможно, гравитация все-таки задействовала какие-то локальные, механические процессы. На первый взгляд этот вариант кажется обреченным на неудачу. Закон Ньютона, в соответствии с которым сила тяжести зависит от массы объекта, конечно, отправляет его в нокаут. Если единственный способ, которым частицы оказывают силовое воздействие, — это столкновение, то влияние должно зависеть от площади внешней поверхности (от того, насколько большую мишень представляет собой объект), а не от массы. И все же Ньютон продолжал перебирать механистические идеи, и один из его лучших друзей, швейцарский математик Никола Фатио де Дюильер, придумал оригинальное решение проблемы массы. Если бы наша планета походила на гигантский тренировочный мяч для гольфа, пронизанный крошечными порами, то частицы снаружи могли бы попасть внутрь и столкнуться с веществом глубоко внутри, и тогда сила действительно зависит от общего количества вещества, т.е. от массы. Эта теория не смогла завоевать популярность не столько из-за своих недостатков, сколько из-за ошибок Фатио: в конечном счете он умудрился восстановить против себя и Ньютона, и Лейбница и связался с группой яростных религиозных фанатиков.

Во-вторых, возможно, существовал какой-то другой способ локального взаимодействия тел помимо столкновений, который приводил к возникновению силы тяготения. Ньютон и Кларк писали о «нематериальном», «бестелесном» или «неосязаемом» посреднике, который мог выступать в качестве проводника, передавая тяготение от одного объекта другому. У этих слов есть разные коннотации, например связанные с Богом или духами, но по самой своей сути они всего лишь означают нечто, не состоящее из частиц и не подчиняющееся обычным атомистским правилам заполнения пространства. Материальные частицы непроницаемы; если одна из них занимает некоторый объем пространства, ничто другое не может занять тот же самый объем. Но нематериальный посредник не занимает объем пространства эксклюзивно; он может делить его с другими объектами. Таким образом он может проникать внутрь планет, что объясняет, почему сила притяжения зависит от массы, а не от площади поверхности. Лейбниц, со своей стороны, разработал теорию нематериальных сущностей, называемых «монадами» и лежащих в основе нашей наблюдаемой действительности. Хотя он так и не смог связать свои монады с чем-либо, что можно наблюдать непосредственно, философы более позднего периода, такие как Иммануил Кант, подхватили это понятие, и через них идеи Лейбница способствовали появлению концепции электрического и магнитного поля.

Ньютон был очень близок к пониманию того, что нематериальный посредник, способный к передаче тяготения, — это само пространство. Для него пространство было проявлением вездесущности Бога. У него был такой же взгляд и на тяготение: сила перескакивает от одного места к другому потому, что Бог уже существует в обоих местах. Если гравитация и пространство связаны с вездесущностью Бога, то гравитация и пространство связаны друг с другом. Лейбниц также неявно связывал тяготение со свойствами пространства. Он думал, что его монады дают начало нашему восприятию как пространства, так и дальнодействия. Безусловно, ни Ньютон, ни Лейбниц не говорили, что пространство было причиной тяготения. Никто из них не думал, что пространство было способно к действию. Этот скачок совершил Эйнштейн.

В двух вышеупомянутых интерпретациях говорится, что гравитация действует так, как будто она нелокальна. В третьей интерпретации слово «как будто» отбрасывается и предполагается, что тела действительно притягиваются друг к другу, минуя пространство. Одним из первых сторонников такого варианта был Роджер Котс, английский математик, который помог Ньютону переработать «Начала» для второго издания в 1713 г. Некоторые историки полагают, что и сам Ньютон склонялся к идее нелокальности. Трудно сказать, так ли это. В одном очень часто цитируемом письме Ньютон вроде бы назвал нелокальность «невообразимой… нелепостью», но, если прочитать цитату в контексте, она, возможно, относилась к атеизму. В других трудах он беззаботно упоминал нелокальные силы в связи с большим количеством явлений помимо тяготения, включая отражение и преломление света, диффузию пара, давление газа, когезию материалов и тепло. Ньютон так и не признался, что считает гравитацию нелокальной, но, возможно, потому, что не хотел отвращать от себя механицистов-пуристов еще больше, чем раньше.

•

Те, кто вырос в десятилетия после издания «Начал», считали силы, действующие на расстоянии, абсолютно приемлемыми. С известными исключениями ученые XVIII в. не чувствовали потребности призывать на помощь какие-либо локальные объяснения или придумывать инструменталистские оправдания. Они распространили принципы тяготения на другие примеры нелокальности, которые омрачали физику. Бенджамин Франклин, например, дал Америке место на научной карте, объяснив электричество как жидкость из притягивающихся и отталкивающихся частиц, которые неявным образом обладали свойствами нелокальности. Другие предполагали, что такие жидкости существуют в случаях магнетизма, химических реакций и многого другого.