— Это захватывающий вопрос, — не задумываясь, отвечал Наан. — С одной стороны, современная физика сугубо локальна. Все явления описываются с помощью дифференциальных уравнений, которые зависят лишь от условий либо в данной точке, либо в соседних, близких к ней точках. Интегральный фон, таким образом, во внимание не принимается, автоматически считается несущественным… Но, с другой стороны, для того чтобы получить решение дифференциальных уравнений, необходимо задать так называемые краевые условия — начальные или граничные, или и те, и другие. И далеко не ясно, являются ли эти условия но своей природе тоже чисто дифференциальными. Есть основания предполагать, что через них в наше решение обязательно «проникает» и глобальный фон.
— А космология? Как она решает эту проблему?
— В космологии это как раз проявляется довольно отчетливо. Космологические уравнения — тоже дифференциальные уравнения. И из них нельзя извлечь почти никакой информации до тех пор, пока не сделаны те или иные предположения глобального характера, например, предположение об однородности и изотропии. Можно думать, что так должно быть и во всей физике, но пока что до этого просто еще не докопались. Природа тщательно скрывает свои тайны.
Несколько определеннее и тоже в положительном смысле ответил на этот же вопрос профессор Станюкович:
— Я думаю, что во всякое явление входит интегральный фон, связанный с наличием гравитационного поля.
Изучение микромира открывает и совершенно новые грани в проблеме пространства и времени.
С общефизической и философской точек зрения пространство и время — всеобщие формы существования материи. Однако в конкретных физических процессах пространство и время проявляются в структурных свойствах явлений и в смене состояний. В этих случаях о пространственных и временных отношениях можно говорить только тогда, когда имеет смысл различие двух соседних точек или объектов и двух последовательных состояний.
Но в том-то все и дело, что «соседство» и «следование» — это совершенно конкретные свойства физических структур, которыми они могут обладать, а могут и не обладать. Такое трудно представить себе наглядно, но в принципе это вполне возможно. Следовательно, возможны «внепространственные» и «вневременные» формы существования материи. Разумеется, если пространство и время понимать не в философском, а только в физическом смысле.
Но как все же соотнести эту возможность с общефилософскими представлениями? Вопрос, на который должны дать ответ совместные усилия физиков и философов.
Одним словом, «или — или» преодолено, и в познании геометрических свойств мира открываются новые пути, но на этих далеко не простых путях и космологии, и Микрофизике и философии еще предстоит завоевывать каждый очередной шаг.
Заглянем в будущее
Будущее науки. Ее завтрашний и послезавтрашний день. Грядущие открытия. И, в частности, завтрашний день космологии, новые открытия в области изучения геометрии Вселенной. Какими они будут?
— Боюсь, что реально предвидеть дальние пути развития естественных наук крайне трудно, почти невозможно, — говорит академик Наан. — Что мы можем сказать, например, о науке двухтысячного года, если наши сегодняшние знания составят в ней только десять процентов? Подлинное будущее, то специфическое, что отличает науку будущего от настоящего, не дает себя предвидеть. Решающую роль в формировании будущего сыграют не те проблемы, которые мы умеем решать, и даже не те, которые уже поставлены, но решены будут лишь в будущем. Решающую роль все же сыграют проблемы, которые нам сейчас и не снятся.
Да, предсказывать будущие научные открытия, видимо, и в самом деле, увы, невозможно. Но намечать наиболее перспективные пути к этим «неизвестным» открытиям вполне в силах ученых.
Первые июньские дни 1970 года. Теплый летний дождик омывает Крещатик. Не рискуя вступать с ним в спор, участники очередного Всесоюзного симпозиума по философским проблемам космологии и теории тяготения, происходящего в Киеве, после окончания очередного заседания столпились у выхода.
Пользуясь случаем, обмениваются впечатлениями. В центре самой большой группы А. Л. Зельманов. Его выступление было хотя и самым кратким, но, пожалуй, и самым впечатляющим. Впрочем, то, что мы услышали сегодня, явилось естественным развитием его взглядов, уже не раз опубликованных.
Среди довольно большого числа различных физических теорий может быть выделено сравнительно небольшое число «основных», то есть таких теорий, предметом которых являются основные законы физики и основные сведения о характере движения. В настоящее время таких «основных» теорий насчитывается шесть: ньютоновская теория тяготения, классическая механика, квантовая механика, специальная теория относительности, общая теория относительности и релятивистская квантовая теория.
В уравнения всех этих теорий, за исключением ньютоновской механики, входят так называемые фундаментальные постоянные. Их три — постоянная тяготения, величина, обратная скорости света, и так называемая постоянная Планка.
Когда создается физическая теория более общая, чем предыдущие, она «вбирает» в себя и соответствующие постоянные. Так, например, в уравнения ньютоновской теории тяготения входит только одна фундаментальная постоянная — постоянная тяготения, а в уравнения специальной теории относительности — величина обратная скорости света. В уравнения же общей теории относительности, которая представляет собой обобщение этих двух теорий, входят обе указанные постоянные.
Точно так же релятивистская квантовая теория, представляющая собой обобщение специальной теории относительности и квантовой механики, вобрала в себя две фундаментальные постоянные — величину, обратную скорости света, и постоянную Планка.
Поэтому есть основания предполагать, считает Зельманов, что будущая физическая теория, которую можно условно назвать общей физической теорией, вберет в себя все три фундаментальные постоянные. Другими словами, в ее уравнения, видимо, должны будут входить и гравитационная постоянная, и величина, обратная скорости света, и постоянная Планка.
Как-то я поинтересовался, есть ли, помимо этих соображений, еще какие-либо другие?
Видите ли, — сказал тогда Зельманов. — И общая теория относительности, и релятивистская квантовая теория, взятые по отдельности, явно не полны. Первая не ох вкатывает квантовых явлений, вторая — гравитационных. Между тем в природе и квантовые явления, и гравитация реально существуют. А следовательно, общая теория должна охватить и те, и другие.
— Но ведь не исключено, что единая физическая теория, объединяющая релятивистскую квантовую теорию и общую теорию относительности, вообще не может быть построена.
Мой вопрос, должно быть, не показался Зельманову чем-то неправомерным.
— В принципе такой случай может произойти, — согласился он. — Но тогда место общей физической теории должны занять какие-то принципы, из которых будет следовать, что синтез общей теории относительности и релятивистской квантовой теории невозможен.
Потом мне не раз приходилось слышать, как подобные же мысли высказывали и другие ученые.
— Для того чтобы выяснить вопрос о Вселенной в целом, — говорил, например, известный советский физик Д. А. Франк-Каменецкий, — необходим синтез классической теории поля, венцом которой является теория тяготения, и квантовой теории поля, которая позволяет изучать и понимать свойства частиц при очень больших энергиях. Необходимая теория, которая могла бы одновременно описывать и свойства частиц при очень больших энергиях, когда эти частицы взаимно переходят друг в друга, и одновременно явления тяготения, когда эти частицы образуют тела столь большой массы, что силы тяготения приобретают решающую роль.
А сегодня с трибуны симпозиума Зельманов попытался заглянуть в завтра будущей теории.
Дело в том, говорил он, что все основные физические теории пользуются представлением о так называемом метрическом пространстве, то есть пользуются понятиями «длины» и «длительности».
Но для того чтобы применять эти понятия, необходимо знать их эталоны. В современной физике прототипами таких достаточно точных и строгих эталонов могут служить соответственно кристаллы вещества и атомные колебания.
Однако уже при современном уровне знаний можно представить себе вполне реальные физические условия, при которых материальные объекты, способные служить эталонами длины и длительности, в принципе не могут существовать, то есть не могут существовать ни атомы, ни кристаллы. С еще более тяжелыми ограничениями мы встретимся в тех случаях, когда не могут существовать даже элементарные частицы.
Есть все основания думать, что наша область Вселенной, видимо, прошла через подобные стадии. Но это означает, что физическая теория применительно к подобным условиям не может пользоваться понятиями «длины» и «длительности». Разумеется, возможно, что в таких условиях есть другие эталоны «длины» и «длительности». Но это будет уже другая «длина» и другая «длительность».
Поэтому можно предполагать, что в будущей общей физической теорий понятия «длины» и «длительности» вообще перестанут быть основными. Не исключено, что от них и вовсе придется отказаться.
А вечером мы сидим в уютном номере старинной киевской гостиницы, и я пытаюсь «выудить» у Зельманова «дополнительные соображения». Впрочем, он, как всегда, охотно обсуждает подобные вопросы.
— Вы сказали, — начинаю я, — что в будущей теории, возможно, придется отказаться от понятий «длины» и «длительности». Вероятно, существует такая закономерность: при переходе от одной физической теории к другой, более общей, всегда приходилось от чего-то отказываться?
— Да, — согласился Зельманов. — Но, заметьте, отказ этот всякий раз был минимальным.
— Ну и что же произойдет после того, как в будущей теории «длина» и «длительность» перестанут быть основными понятиями?
— Видите ли, выбор определенных эталонов «длины» и «длительности» единственным образом фиксирует наше понимание метрических величин (промежутков времени, расстояний, углов), а следовательно, и метрических свойств пространства. Именно так обстоит дело в ньютоновской теории. А если преимущественных эталонов нет, можно вводить различные метрики. Но каждой метрике соответствует своя формулировка физических законов.