Страница:
Способность частиц реагировать на сжатие путем увеличения скорости движения говорит о фундаментальной подвижности материи, которая становится очевидной при углублении в субатомный мир. В этом мире большинство частиц приковано к молекулярным, атомным и ядерным структурам, а следовательно, они не покоятся, а находятся в состоянии хаотического движения — они подвижны по своей природе. Квантовая теория показывает, что вещество постоянно движется, не оставаясь в состоянии покоя ни на минуту. В макроскопическом мире все тела, окружающие нас, кажутся пассивными и неподвижными, но стоит взять в руки увеличительное стекло, и «мертвый» камень или металл сразу же обнаруживает неопровержимые доказательства своей динамической сущности. Чем больше увеличение, тем более динамический характер приобретает наблюдаемая нами картина. Все материальные предметы, которые мы видим вокруг себя, состоят из атомов, связанных между собой внутримолекулярными связями различного типа и образующих таким образом молекулы, не неподвижны: они находятся в беспрестанном хаотическом колебательном движении, характер которых зависит от термических условий вокруг атомов. Электроны внутри движущихся атомов удерживаются поблизости ядра при помощи электрических сил, причем электроны реагируют на пространственные ограничения, вызванные этими силами, тем, что увеличивают скорость своего движения. Протоны и нейтроны внутри ядра связаны между собой ядерными силами. Ядерные частицы тоже всегда очень быстро движутся.
Современные физики представляют материю вовсе не как пассивную и инертную, но как пребывающую в непрестанном танце и вибрации, ритмические паттерны которых определяются молекулярными, атомарными и ядерными структурами. Таков же образ видения материального мира и восточными мистиками. Все они подчеркивают, что Вселенную надо рассматривать в целом динамической, ибо она движется, вибрирует и танцует; что природа пребывает не в статическом, а в динамическом равновесии. Или, словами даосского текста: «Покой в покое не есть истинный покой. Только тогда, когда покой в движении, только тогда и может проявиться духовный ритм, который наполняет собой Небеса и Землю» [50, 229].
В физике динамическая природа мироздания становится очевидной для нас не только при углублении в мир бесконечно малого, но и при изучении астрономических явлений. Мощные телескопы помогают ученым следить за непрестанным движением вещества в космосе. Вращающиеся облака газообразного водорода, сгущаясь, превращаются в звезды. При этом их внутренняя температура во много раз возрастает. Достигнув этой стадии, облака продолжают вращаться, время от времени выбрасывая в пространство сгустки вещества. Последние, конденсируясь, превращаются в планеты. Через миллионы лет, когда водородное топливо подходит к концу, звезда начинает увеличиваться в размерах, расширяться, затем процесс расширения резко изменяет свое направление и превращается в процесс сжатия, завершающийся последним аккордом — гравитационным коллапсом. В результате коллапса могут произойти грандиозные взрывы, а звезда может стать «черной дырой». Все эти процессы — от образования звезды из межзвездных газовых облаков до их финального коллапса — происходят в различных уголках Вселенной в тот самый момент, когда Вы читаете эту книгу.
Совокупности вращающихся, расширяющихся, сжимающихся и взрывающихся звезд образуют галактики различной формы — плоские диски, сферы, спирали и так далее, которые тоже, в свою очередь, не бывают в неподвижности. Млечный Путь, наша галактика, представляет собой огромный диск, состоящий из звезд и газообразных скопление веществ, вращающихся в пространстве, подобно гигантскому колесу. При этом все входящие в галактику звезды описывают вокруг ее центра окружности разного диаметра. Вселенная состоит из колоссального множества беспорядочно движущихся галактик, рассеянных в бескрайнем пространстве.
Изучая Вселенную как единое космическое целое, мы достигаем наивысшего уровня пространства-времени и с удивлением обнаруживаем, что даже здесь вещество не утрачивает своего непреодолимого стремления к движению и изменчивости: мы сталкиваемся с явлениями расширения Вселенной! Это явление было одним из последних открытий современной астрономии. Тщательное изучение данных позволило ученым обнаружить, что совокупность галактик постоянно расширяется, причем скорость удаления галактик от наблюдателя прямо пропорциональна разделяющему их расстоянию: при двукратном увеличении расстояния скорость тоже возрастает в два раза. Это утверждение верно не только для нашей галактики, но и для всех остальных. В какой бы галактике мы ни оказались, остальные — соседние — будут удаляться от нас с большей скоростью, а скорость движения самых дальних галактик приблизится к скорости света. Свет, исходящий от еще более удаленных галактик, просто не мог бы дойти до нас быстрее скорости света. Говоря словами сэра Артура Эддингтона, их свет был бы похож «на бегуна, бегущего по дорожке стадиона, которая постоянно растет, так что финишная черта удаляется от него быстрее, чем может бежать он сам».
Для того, чтобы лучше выяснить, что именно понимается под расширением Вселенной, нужно не забывать о том, что явления макромира рассматриваются в общем контексте общей теории относительности Эйнштейна. Согласно последней, пространство является не «плоским», а «искривленным», причем характер искривления зависит от распределения вещества во Вселенной. Эту зависимость описывают выведенные Эйнштейном уравнения поля. Эти уравнения, положенные в основу современной космологии, характеризуют общую структуру Вселенной.
Говоря о расширяющейся Вселенной в контексте общей теории относительности, мы имеем в виду расширение в плане более высокого измерения. Эта фраза приобретает более ясный смысл, если мы обратимся к аналогии из двух измерений, как мы делали в случае понятия искривленного пространства. Представим себе воздушный шарик, поверхность которого усеяна множеством точек. Шарик изображает Вселенную, его двухмерная искривленная поверхность изображает двухмерное пространство, а точки на его поверхности — галактики, содержащиеся во Вселенной. Когда мы надуваем шарик, расстояния между всеми точками увеличиваются. Если при этом мы представим, что находимся на одной из них, все остальные точки будут удаляться от нас. Расширение Вселенной очень похоже на приведенный нами пример: в какой галактике ни оказывался бы наблюдатель, все остальные галактики будут удаляться от него (см. рис. 28).
Возникает вполне естественный вопрос о том, как началось это расширение. Приняв в расчет зависимость между удаленностью той или иной галактики и теперешней скорости ее удаления от нас (эта зависимость известна под названием закона Хаббла), можно вычислить, в какой момент началось расширение Вселенной или, иными словами, ее возраст. Если мы предположим, что скорость расширения не изменялась, что, впрочем далеко не очевидно, то получим цифру 10.000 миллионов лет. Итак, мы узнали возраст Вселенной. Большинство современных ученых-космологов считают, что наша Вселенная произошла в результате взрыва первичного сгустка вещества, происшедшего более 10.000 миллионов лет тому назад. Зафиксированное в наши дни расширение Вселенной представляет собой «отголосок» этого далекого взрыва. Согласно теории «большого взрыва», последний привел к возникновению Вселенной и появлению пространства и времени. При попытке представить себе, что могло предшествовать этому моменту, мы снова попадаем в затруднительное положение из-за особенностей нашего мышления и языка. По словам сэра Бернарда Ловелла, «Здесь перед нами вырастает непреодолимый психологический барьер, связанный с тем, что мы не знаем, как воспринимать понятия пространства и времени на этом этапе, когда они еще не существовали в нашем традиционном понимании. У меня при этом появляется такое ощущение, как будто я внезапно попал в густой туман, в котором предметы теряют свои привычные очертания» [51,93].
Что касается дальнейшего расширения Вселенной, то уравнения Эйнштейна имеют несколько возможных решений, и выбор какого-либо из них определяется нашей моделью Вселенной. Некоторые модели предполагают, что расширение будет продолжаться вечно; согласно другим, оно уже замедляется, чтобы смениться противоположным процессом сжатия. Последние модели описывают «пульсирующую Вселенную», которая сначала в течении биллионов лет расширяется, а потом снова сжимается до тех пор, пока ее масса не станет равна небольшому сгустку огненного вещества, после чего снова начнет расширяться, и так бесконечно.
Образ периодически расширяющейся и сокращающейся Вселенной был разработан не только современными физиками. В индийской мифологии такой образ существует в далекой древности. Индусы, считавшие, что мирозданию присущи два происходящих качества — гармоничность и ритмичность всех происходящих процессов, — создали динамическую космологическую модель Вселенной, которая оказывается довольно близкой к современным представлениям. Один из аспектов этой модели связан с индуистским понятием «ЛИЛА», что означает «божественная игра», в процессе которой Брахман преображает себя в мир (см. гл. 5). Лила имеет фазы, которые ритмически сменяют друг друга: космическое Целое дает начало множественности форм, которые вновь сливаются в Целом. Все это происходит с четкой периодичностью. В «Бхагавадгите» бог Кришна использует для описания этой божественной игры творения следующие слова:
Первое же знакомство с миром атомов привело к тому, что представление физиков об устройстве мироздания изменилось кардинальнейшим образом, что уже отмечалось в предыдущих главах. Второй шаг — проникновение в мир атомных ядер и их компонентов — имел ничуть не меньшее значение. В этом мире нам приходится иметь дело с частицами, размеры которых в сотни тысяч раз меньше, чем размеры атома, что обуславливает их более высокую скорость по сравнению с атомами. Они движутся так быстро, что для их описания необходима специальная теория относительности.
Поэтому для понимания свойств субатомных частиц и характера их взаимодействий используется такой подход, который сочетает квантовую теорию с теорией относительности, причем главная роль изменения наших представлений о мироздании принадлежит теории относительности.
Как уже говорилось выше, самая характерная особенность релятивистского подхода заключается в том, что он выявляет связи между такими фундаментальными понятиями, которые до этого представлялись ученым совершенно самостоятельными. Один из наиболее важных примеров — это эквивалентность понятий энергии и массы, сформулированная Эйнштейном в виде знаменитого уравнения «Е=mc^2». Для того, чтобы уяснить фундаментальное значение их эквивалентности, рассмотрим сначала понятия массы и энергии по отдельности.
Энергия — одно из важнейших понятий, используемое для описаний природных явлений. Как и в повседневной жизни, в физике мы говорим, что тело обладает некоторой энергией, если оно способно совершить какую-либо работу. Энергия имеет множество разнообразных воплощений. Среди них энергия движения, тепловая энергия, энергия гравитации, электрическая энергия, химическая энергия и другие. Независимо от формы, энергия означает способность совершать работу. Например, камень, поднятый на некоторую высоту над землей, обладает гравитационной энергией. Если отпустить его, гравитационная энергия перейдет в энергию движения (кинетическую энергию), при падении же на землю камень может совершить механическую работу, разбив что-нибудь. Еще один пример — преобразование электрической или химической энергии в тепловую в бытовых приборах. В физике энергия всегда связана с протеканием тех или иных процессов, с теми или иными видами деятельности, и фундаментальное значение этого понятия заключается в том, что общее количество энергии, принимающей участие в процессе, подчиняется закону сохранения. Энергия может изменить свою форму, но не может прекратить свое существование вообще. Закон сохранения энергии принадлежит к числу важнейших законов физики. Ему подчиняются абсолютно все законы природы, и до сих пор не было обнаружено никаких свидетельств его несоответствия действительности.
Масса тела является мерой его собственного веса, то есть мерой гравитационного воздействия на него. Помимо этого, масса характеризует энергию тела, его сопротивления ускорениям, направленным извне. Тяжелые тела сложней привести в движение, чем легкие. Для того, чтобы убедиться в этом, попробуйте сдвинуть с места нагруженный грузовик. В классической физике понятие массы обычно ассоциируется с представлениями о некоей неуничтожаемой материальной субстанции — о материале, из которого, как тогда считалось, должны состоять все вещи. Масса, как и энергия, подчиняется закону сохранения и не может исчезать и появляться из ничего. Так утверждала классическая физика.
Однако теория относительности говорит, что масса — не что иное, как одна из форм энергии. Энергия не только может принимать разнообразные формы, которые стали известны еще в древности, но также может быть «законсервирована» в массе тела. Количество энергии, содержащееся, например, в частице, эквивалентно массе частицы, т, помноженной на скорость света в квадрате, то есть Е=мс^2.
Если масса тела становится мерой энергии, она теряет свойство неуничтожимости и может свободно преобразовываться в другие формы энергии. Последнее имеет место при столкновениях субатомных частиц. Во время таких столкновений некоторые частицы могут прекратить свое существование, а энергия, содержащаяся в их массе, может преобразоваться в кинетическую энергию и перераспределиться между другими частицами, принимающими участие при столкновении, и наоборот, при столкновении частиц, движущихся с очень большими скоростями, их кинетическая энергия может перейти в массу других частиц.
Создание и уничтожение материальных частиц — одно из самых впечатляющих явлений эквивалентности энергии и массы, В процессе столкновений, использующихся в физике высоких энергий, масса уже не сохраняется. Сталкивающиеся частицы могут быть уничтожены, а энергия, заключенная в их массах, может преобразоваться частично в кинетическую энергию других участников столкновения, а частично — в массы новых частиц. Приводя субатомные частицы к столкновению друг с другом, мы получаем возможность исследовать их свойства, которые не могут быть описаны без учета эквивалентности массы и энергии. Это подтверждалось много раз, а для ученых, занимающихся физикой частиц, это настолько очевидно, что они измеряют массы частиц в соответствующих количествах энергии.
Открытие, что масса — ни что иное, как разновидность энергии, заставило нас кардинально пересмотреть наши взгляды на понятие частицы. В современной физике масса не рассматривается уже в качестве величины, определяющей наличие в том или ином объекте определенного количества некоторого материального вещества, или «материала», но в качестве величины, характеризующей наличие у того или иного обьекта определенного количества энергии. Поскольку, энергия неразрывно связана с работой, процессами, субатомные частицы имеют в высшей степени динамическую природу. Для более глубокого понимания этого положения мы не должны забывать, что эти частицы следует рассматривать только в релятивистских терминах, которые предполагают, что пространство и время представляют собой неразрывный четырехмерный континуум. Частицы должно воспринимать не как неподвижные трехмерные объекты, похожие на бильярдные шары или крупинки песка, а как четырехмерные структуры в пространстве-времени. Их формы нужно понимать динамически — как формы пространства и времени. Субатомные частицы — это динамические структуры, каждая из которых имеет пространственный аспект и временной аспект. Пространственный аспект придает им характеристики объектов, обладающих некоторой массой, а временной аспект — характеристики процессов, в которых существует количество энергии, равное их массе.
Эти динамические паттерны, или «энергетические пучки», формируют стабильные ядерные, атомарные и молекулярные структуры, которые и образуют материю, придавая ей ее макроскопический твердый аспект. Это заставляет нас думать о том, что окружающие нас предметы состоят из некоей материальной субстанции. На макроскопическом уровне понятие материальной субстанции вполне уместно в качестве упрощения реального положения дел, но на уровне атома оно лишено всякого смысла. Атомы состоят из частиц, в которых нет никаких признаков материальной субстанции. При наблюдении за ними мы не находим никаких доказательств того, что перед нами — нечто вещественное, напротив, все говорит о том, что мы имеем дело с динамическими паттернами, постоянно преобразующимися и видоизменяющимися — с непрекращающимся танцем энергии.
Квантовая теория обнаружила, что частицы — это не изолированные крупицы вещества, а вероятностные модели — переплетения в неразрывной космической сети. Теория относительности вдохнула жизнь в эти абстрактные паттерны, пролив свет на их динамическую сущность. Она показала, что материя не может существовать вне движения и становления. Частицы субатомного мира активны не только потому, что они очень быстро движутся; они являются процессами сами по себе! Мы не можем отделить существование материи от производимой ею работы, эти понятия представляют собой только различные аспекты одной и той же пространственно-временной действительности.
В предыдущей главе мы рассуждали о том, что знания о «взаимопроникновении» времени и пространства привело восточных мистиков к выработке в высшей степени динамического мировосприятия. Сочинения мистиков доказывают, что они не только воспринимают мир в терминах становления и изменения, но также интуитивно ощущают «пространственно-временную» сущность всех материальных объектов, описанию которой посвящены все важнейшие теории современной физики. Физикам приходится учитывать единство времени и пространства при изучении субатомного мира, то есть частицы в терминах энергии, работы и процессов. Как представляется автору, необычные состояния сознания обнаруживают для мистиков связь между пространством и временем на макроскопическом уровне, вследствие чего их восприятие макроскопических объектов оказывается весьма близким к представлениям физиков о субатомных частицах. Особенно это бросается в глаза в буддизме. Одно из важнейших наставлений Будды звучит следующим образом: «Все составные вещи не вечны». В оригинальном тексте этого изречения на языке пали для выражения понятия «вещь» используется слово «САНКХАРА» (на санскрите — «САМСКАРА»), которое, в первую очередь, имеет значение «событие» или «происшествие», а также «деяние» или «свершение», и только потом — значение «существующая вещь». Это доказывает, что буддисты воспринимают мир динамически и видят в каждой вещи единичное проявление процесса вечного становления. По словам Д. Т. Судзуки, «Буддисты воспринимают объект как событие, а не как вещь или материальную субстанцию... Буддийское представление о вещи, как о „самскаре“ (или „санкхара“), то есть как о „деяниях“ или „событиях“, ясно указывает, что буддисты рассматривали восприятие человека в терминах времени и движения» [71,55].
Так же, как современные физики, буддисты видят во всех материальных объектах не вещи, а процессы, отрицания существования материальной субстанции. Этот подход является общим для всех школ и направлений буддизма. Китайские философы тоже близки к подобному пониманию материального мира. Они воспринимают все его объекты как переходящие этапы бесконечного течения Дао. Их гораздо больше интересуют законы, регулирующие взаимоотношения отдельных объектов, а не решение проблемы мельчайших составляющих материи. «В то время, как европейская философия склонна находить реальность в веществе, — пишет Джозеф Нидэм, — китайские философы склонны находить ее во взаимосвязях» [60, 478].
Динамическое мировоззрение восточных мистиков и современных физиков исключает возможность существования каких-либо устойчивых форм, а также какой бы то ни было материальной субстанции. Основными составляющими Вселенной являются динамические паттерны — преходящие этапы «нескончаемого тока преобразований и видоизменений», как говорил Чжуанцзы.
Согласно нашему современному представлению о материи, базовыми паттернами вещества являются субатомные частицы, и основная цель теоретической физики заключается сегодня в исследовании свойств и взаимодействий последних. Сейчас известно более двухсот частиц, большинство из которых создаются искусственно во время научных экспериментов и существуют в течении крайне непродолжительного отрезка времени — меньше одной миллионной доли секунды. Совершенно очевидно, что эти недолговечные частицы представляют собой лишь преходящие паттерны динамических процессов. Перечислим основные вопросы, которые могут быть поставлены по отношению к этим паттернам или частицам: Чем они отличаются друг от друга? Имеют ли они более мелкие составные части, а если имеют, то какие именно, или, если говорить более точно-какие еще паттерны принимают участие в их существовании? И наконец, если частицы являются процессами, то каковы эти процессы?
Мы уже убедились в том, что в физике частиц все эти вопросы переплетаются друг с другом. Поскольку все субатомные частицы имеют релятивистскую природу, мы не можем понять их свойства вне их взаимодействий. В результате основополагающего взаимопереплетения явлений субатомного мира мы не можем понять сущность одной частицы, не уяснив сущности всех остальных. Последующие главы посвящены описанию тех достижений, которые были сделаны современной физикой в исследовании свойств и взаимодействий частиц. Хотя всеобъемлющей квантовой теории относительности для описания субатомного мира еще не существует, за последние годы возникло несколько теорий и моделей, которые вполне успешно характеризуют некоторые аспекты мироздания. В процессе знакомства с наиболее значительными из этих теорий и моделей мы увидим, что все они прибегают к использованию философских понятий, которые удивительным образом гармонируют с основными представлениями восточных мистических учений.
Современные физики представляют материю вовсе не как пассивную и инертную, но как пребывающую в непрестанном танце и вибрации, ритмические паттерны которых определяются молекулярными, атомарными и ядерными структурами. Таков же образ видения материального мира и восточными мистиками. Все они подчеркивают, что Вселенную надо рассматривать в целом динамической, ибо она движется, вибрирует и танцует; что природа пребывает не в статическом, а в динамическом равновесии. Или, словами даосского текста: «Покой в покое не есть истинный покой. Только тогда, когда покой в движении, только тогда и может проявиться духовный ритм, который наполняет собой Небеса и Землю» [50, 229].
В физике динамическая природа мироздания становится очевидной для нас не только при углублении в мир бесконечно малого, но и при изучении астрономических явлений. Мощные телескопы помогают ученым следить за непрестанным движением вещества в космосе. Вращающиеся облака газообразного водорода, сгущаясь, превращаются в звезды. При этом их внутренняя температура во много раз возрастает. Достигнув этой стадии, облака продолжают вращаться, время от времени выбрасывая в пространство сгустки вещества. Последние, конденсируясь, превращаются в планеты. Через миллионы лет, когда водородное топливо подходит к концу, звезда начинает увеличиваться в размерах, расширяться, затем процесс расширения резко изменяет свое направление и превращается в процесс сжатия, завершающийся последним аккордом — гравитационным коллапсом. В результате коллапса могут произойти грандиозные взрывы, а звезда может стать «черной дырой». Все эти процессы — от образования звезды из межзвездных газовых облаков до их финального коллапса — происходят в различных уголках Вселенной в тот самый момент, когда Вы читаете эту книгу.
Совокупности вращающихся, расширяющихся, сжимающихся и взрывающихся звезд образуют галактики различной формы — плоские диски, сферы, спирали и так далее, которые тоже, в свою очередь, не бывают в неподвижности. Млечный Путь, наша галактика, представляет собой огромный диск, состоящий из звезд и газообразных скопление веществ, вращающихся в пространстве, подобно гигантскому колесу. При этом все входящие в галактику звезды описывают вокруг ее центра окружности разного диаметра. Вселенная состоит из колоссального множества беспорядочно движущихся галактик, рассеянных в бескрайнем пространстве.
Изучая Вселенную как единое космическое целое, мы достигаем наивысшего уровня пространства-времени и с удивлением обнаруживаем, что даже здесь вещество не утрачивает своего непреодолимого стремления к движению и изменчивости: мы сталкиваемся с явлениями расширения Вселенной! Это явление было одним из последних открытий современной астрономии. Тщательное изучение данных позволило ученым обнаружить, что совокупность галактик постоянно расширяется, причем скорость удаления галактик от наблюдателя прямо пропорциональна разделяющему их расстоянию: при двукратном увеличении расстояния скорость тоже возрастает в два раза. Это утверждение верно не только для нашей галактики, но и для всех остальных. В какой бы галактике мы ни оказались, остальные — соседние — будут удаляться от нас с большей скоростью, а скорость движения самых дальних галактик приблизится к скорости света. Свет, исходящий от еще более удаленных галактик, просто не мог бы дойти до нас быстрее скорости света. Говоря словами сэра Артура Эддингтона, их свет был бы похож «на бегуна, бегущего по дорожке стадиона, которая постоянно растет, так что финишная черта удаляется от него быстрее, чем может бежать он сам».
Для того, чтобы лучше выяснить, что именно понимается под расширением Вселенной, нужно не забывать о том, что явления макромира рассматриваются в общем контексте общей теории относительности Эйнштейна. Согласно последней, пространство является не «плоским», а «искривленным», причем характер искривления зависит от распределения вещества во Вселенной. Эту зависимость описывают выведенные Эйнштейном уравнения поля. Эти уравнения, положенные в основу современной космологии, характеризуют общую структуру Вселенной.
Говоря о расширяющейся Вселенной в контексте общей теории относительности, мы имеем в виду расширение в плане более высокого измерения. Эта фраза приобретает более ясный смысл, если мы обратимся к аналогии из двух измерений, как мы делали в случае понятия искривленного пространства. Представим себе воздушный шарик, поверхность которого усеяна множеством точек. Шарик изображает Вселенную, его двухмерная искривленная поверхность изображает двухмерное пространство, а точки на его поверхности — галактики, содержащиеся во Вселенной. Когда мы надуваем шарик, расстояния между всеми точками увеличиваются. Если при этом мы представим, что находимся на одной из них, все остальные точки будут удаляться от нас. Расширение Вселенной очень похоже на приведенный нами пример: в какой галактике ни оказывался бы наблюдатель, все остальные галактики будут удаляться от него (см. рис. 28).
Что касается дальнейшего расширения Вселенной, то уравнения Эйнштейна имеют несколько возможных решений, и выбор какого-либо из них определяется нашей моделью Вселенной. Некоторые модели предполагают, что расширение будет продолжаться вечно; согласно другим, оно уже замедляется, чтобы смениться противоположным процессом сжатия. Последние модели описывают «пульсирующую Вселенную», которая сначала в течении биллионов лет расширяется, а потом снова сжимается до тех пор, пока ее масса не станет равна небольшому сгустку огненного вещества, после чего снова начнет расширяться, и так бесконечно.
Образ периодически расширяющейся и сокращающейся Вселенной был разработан не только современными физиками. В индийской мифологии такой образ существует в далекой древности. Индусы, считавшие, что мирозданию присущи два происходящих качества — гармоничность и ритмичность всех происходящих процессов, — создали динамическую космологическую модель Вселенной, которая оказывается довольно близкой к современным представлениям. Один из аспектов этой модели связан с индуистским понятием «ЛИЛА», что означает «божественная игра», в процессе которой Брахман преображает себя в мир (см. гл. 5). Лила имеет фазы, которые ритмически сменяют друг друга: космическое Целое дает начало множественности форм, которые вновь сливаются в Целом. Все это происходит с четкой периодичностью. В «Бхагавадгите» бог Кришна использует для описания этой божественной игры творения следующие слова:
"Когда завершается ночь времени, все вещи возвращаются к моей природе; при первом же проблеске зари нового дня я снова явлюсь миру света.Индуистские мудрецы не останавливались перед тем, чтобы распространить сферу существования этой божественной игры на все мироздание. Они считали, что Вселенная претерпевает периодические, чередующиеся друг с другом процессы сжатия и расширения, и называли промежутки времени между началом и концом одного сотворения Вселенной КАЛЬПАМИ. Масштабность картины, нарисованной древними индуистами, представляется воистину впечатляющей. Для того, чтобы придти к сходным концепциям научным путем, человечеству понадобилось больше двух тысячелетий. Вернемся из бездонного космоса в мир бесконечно малого. В двадцатом веке ученые все глубже проникаются в мир субмикроскопических измерений, основными действующими лицами которого являются атомы, ядра и нуклоны. Главным стимулом для подобных вопросов служил вопрос, занимавший величайшие научные умы на протяжении столетий: «Из чего состоит вещество?». Люди задались этим вопросом с момента возникновения натурфилософии, но только в наше время для него удалось получить экспериментальные данные. Сложнейшие приборы позволили ученым заглянуть сначала во внутренний мир атома, узнав, что атом состоит из ядер и электронов, а затем исследовать строение атомных ядер, компонентами которых оказались протоны и нейтроны, получившие общее наименование нуклонов. За последние двадцать лет наука еще сделала шаг вперед, добившись значительных успехов в изучении строения нуклонов — компонентов атомного ядра, — которые, в свою очередь, тоже не являются последним уровнем строения вещества и тоже состоят из более мелких частиц.
Так, при присвоении своей сущности я осуществляю акт всеобщего творения, который повторяется с круговращением времени.
Тем не менее, дело творения не вовлекает меня в свой круговорот. Я существую, я наблюдаю за драмой становления.
Я наблюдаю, и природа, постоянно пребывающая в состоянии творения, порождает все, что движется, и все, что не движется; так продолжается круговращение мира"
[54, 9, 7-10].
Первое же знакомство с миром атомов привело к тому, что представление физиков об устройстве мироздания изменилось кардинальнейшим образом, что уже отмечалось в предыдущих главах. Второй шаг — проникновение в мир атомных ядер и их компонентов — имел ничуть не меньшее значение. В этом мире нам приходится иметь дело с частицами, размеры которых в сотни тысяч раз меньше, чем размеры атома, что обуславливает их более высокую скорость по сравнению с атомами. Они движутся так быстро, что для их описания необходима специальная теория относительности.
Поэтому для понимания свойств субатомных частиц и характера их взаимодействий используется такой подход, который сочетает квантовую теорию с теорией относительности, причем главная роль изменения наших представлений о мироздании принадлежит теории относительности.
Как уже говорилось выше, самая характерная особенность релятивистского подхода заключается в том, что он выявляет связи между такими фундаментальными понятиями, которые до этого представлялись ученым совершенно самостоятельными. Один из наиболее важных примеров — это эквивалентность понятий энергии и массы, сформулированная Эйнштейном в виде знаменитого уравнения «Е=mc^2». Для того, чтобы уяснить фундаментальное значение их эквивалентности, рассмотрим сначала понятия массы и энергии по отдельности.
Энергия — одно из важнейших понятий, используемое для описаний природных явлений. Как и в повседневной жизни, в физике мы говорим, что тело обладает некоторой энергией, если оно способно совершить какую-либо работу. Энергия имеет множество разнообразных воплощений. Среди них энергия движения, тепловая энергия, энергия гравитации, электрическая энергия, химическая энергия и другие. Независимо от формы, энергия означает способность совершать работу. Например, камень, поднятый на некоторую высоту над землей, обладает гравитационной энергией. Если отпустить его, гравитационная энергия перейдет в энергию движения (кинетическую энергию), при падении же на землю камень может совершить механическую работу, разбив что-нибудь. Еще один пример — преобразование электрической или химической энергии в тепловую в бытовых приборах. В физике энергия всегда связана с протеканием тех или иных процессов, с теми или иными видами деятельности, и фундаментальное значение этого понятия заключается в том, что общее количество энергии, принимающей участие в процессе, подчиняется закону сохранения. Энергия может изменить свою форму, но не может прекратить свое существование вообще. Закон сохранения энергии принадлежит к числу важнейших законов физики. Ему подчиняются абсолютно все законы природы, и до сих пор не было обнаружено никаких свидетельств его несоответствия действительности.
Масса тела является мерой его собственного веса, то есть мерой гравитационного воздействия на него. Помимо этого, масса характеризует энергию тела, его сопротивления ускорениям, направленным извне. Тяжелые тела сложней привести в движение, чем легкие. Для того, чтобы убедиться в этом, попробуйте сдвинуть с места нагруженный грузовик. В классической физике понятие массы обычно ассоциируется с представлениями о некоей неуничтожаемой материальной субстанции — о материале, из которого, как тогда считалось, должны состоять все вещи. Масса, как и энергия, подчиняется закону сохранения и не может исчезать и появляться из ничего. Так утверждала классическая физика.
Однако теория относительности говорит, что масса — не что иное, как одна из форм энергии. Энергия не только может принимать разнообразные формы, которые стали известны еще в древности, но также может быть «законсервирована» в массе тела. Количество энергии, содержащееся, например, в частице, эквивалентно массе частицы, т, помноженной на скорость света в квадрате, то есть Е=мс^2.
Если масса тела становится мерой энергии, она теряет свойство неуничтожимости и может свободно преобразовываться в другие формы энергии. Последнее имеет место при столкновениях субатомных частиц. Во время таких столкновений некоторые частицы могут прекратить свое существование, а энергия, содержащаяся в их массе, может преобразоваться в кинетическую энергию и перераспределиться между другими частицами, принимающими участие при столкновении, и наоборот, при столкновении частиц, движущихся с очень большими скоростями, их кинетическая энергия может перейти в массу других частиц.
Создание и уничтожение материальных частиц — одно из самых впечатляющих явлений эквивалентности энергии и массы, В процессе столкновений, использующихся в физике высоких энергий, масса уже не сохраняется. Сталкивающиеся частицы могут быть уничтожены, а энергия, заключенная в их массах, может преобразоваться частично в кинетическую энергию других участников столкновения, а частично — в массы новых частиц. Приводя субатомные частицы к столкновению друг с другом, мы получаем возможность исследовать их свойства, которые не могут быть описаны без учета эквивалентности массы и энергии. Это подтверждалось много раз, а для ученых, занимающихся физикой частиц, это настолько очевидно, что они измеряют массы частиц в соответствующих количествах энергии.
Открытие, что масса — ни что иное, как разновидность энергии, заставило нас кардинально пересмотреть наши взгляды на понятие частицы. В современной физике масса не рассматривается уже в качестве величины, определяющей наличие в том или ином объекте определенного количества некоторого материального вещества, или «материала», но в качестве величины, характеризующей наличие у того или иного обьекта определенного количества энергии. Поскольку, энергия неразрывно связана с работой, процессами, субатомные частицы имеют в высшей степени динамическую природу. Для более глубокого понимания этого положения мы не должны забывать, что эти частицы следует рассматривать только в релятивистских терминах, которые предполагают, что пространство и время представляют собой неразрывный четырехмерный континуум. Частицы должно воспринимать не как неподвижные трехмерные объекты, похожие на бильярдные шары или крупинки песка, а как четырехмерные структуры в пространстве-времени. Их формы нужно понимать динамически — как формы пространства и времени. Субатомные частицы — это динамические структуры, каждая из которых имеет пространственный аспект и временной аспект. Пространственный аспект придает им характеристики объектов, обладающих некоторой массой, а временной аспект — характеристики процессов, в которых существует количество энергии, равное их массе.
Эти динамические паттерны, или «энергетические пучки», формируют стабильные ядерные, атомарные и молекулярные структуры, которые и образуют материю, придавая ей ее макроскопический твердый аспект. Это заставляет нас думать о том, что окружающие нас предметы состоят из некоей материальной субстанции. На макроскопическом уровне понятие материальной субстанции вполне уместно в качестве упрощения реального положения дел, но на уровне атома оно лишено всякого смысла. Атомы состоят из частиц, в которых нет никаких признаков материальной субстанции. При наблюдении за ними мы не находим никаких доказательств того, что перед нами — нечто вещественное, напротив, все говорит о том, что мы имеем дело с динамическими паттернами, постоянно преобразующимися и видоизменяющимися — с непрекращающимся танцем энергии.
Квантовая теория обнаружила, что частицы — это не изолированные крупицы вещества, а вероятностные модели — переплетения в неразрывной космической сети. Теория относительности вдохнула жизнь в эти абстрактные паттерны, пролив свет на их динамическую сущность. Она показала, что материя не может существовать вне движения и становления. Частицы субатомного мира активны не только потому, что они очень быстро движутся; они являются процессами сами по себе! Мы не можем отделить существование материи от производимой ею работы, эти понятия представляют собой только различные аспекты одной и той же пространственно-временной действительности.
В предыдущей главе мы рассуждали о том, что знания о «взаимопроникновении» времени и пространства привело восточных мистиков к выработке в высшей степени динамического мировосприятия. Сочинения мистиков доказывают, что они не только воспринимают мир в терминах становления и изменения, но также интуитивно ощущают «пространственно-временную» сущность всех материальных объектов, описанию которой посвящены все важнейшие теории современной физики. Физикам приходится учитывать единство времени и пространства при изучении субатомного мира, то есть частицы в терминах энергии, работы и процессов. Как представляется автору, необычные состояния сознания обнаруживают для мистиков связь между пространством и временем на макроскопическом уровне, вследствие чего их восприятие макроскопических объектов оказывается весьма близким к представлениям физиков о субатомных частицах. Особенно это бросается в глаза в буддизме. Одно из важнейших наставлений Будды звучит следующим образом: «Все составные вещи не вечны». В оригинальном тексте этого изречения на языке пали для выражения понятия «вещь» используется слово «САНКХАРА» (на санскрите — «САМСКАРА»), которое, в первую очередь, имеет значение «событие» или «происшествие», а также «деяние» или «свершение», и только потом — значение «существующая вещь». Это доказывает, что буддисты воспринимают мир динамически и видят в каждой вещи единичное проявление процесса вечного становления. По словам Д. Т. Судзуки, «Буддисты воспринимают объект как событие, а не как вещь или материальную субстанцию... Буддийское представление о вещи, как о „самскаре“ (или „санкхара“), то есть как о „деяниях“ или „событиях“, ясно указывает, что буддисты рассматривали восприятие человека в терминах времени и движения» [71,55].
Так же, как современные физики, буддисты видят во всех материальных объектах не вещи, а процессы, отрицания существования материальной субстанции. Этот подход является общим для всех школ и направлений буддизма. Китайские философы тоже близки к подобному пониманию материального мира. Они воспринимают все его объекты как переходящие этапы бесконечного течения Дао. Их гораздо больше интересуют законы, регулирующие взаимоотношения отдельных объектов, а не решение проблемы мельчайших составляющих материи. «В то время, как европейская философия склонна находить реальность в веществе, — пишет Джозеф Нидэм, — китайские философы склонны находить ее во взаимосвязях» [60, 478].
Динамическое мировоззрение восточных мистиков и современных физиков исключает возможность существования каких-либо устойчивых форм, а также какой бы то ни было материальной субстанции. Основными составляющими Вселенной являются динамические паттерны — преходящие этапы «нескончаемого тока преобразований и видоизменений», как говорил Чжуанцзы.
Согласно нашему современному представлению о материи, базовыми паттернами вещества являются субатомные частицы, и основная цель теоретической физики заключается сегодня в исследовании свойств и взаимодействий последних. Сейчас известно более двухсот частиц, большинство из которых создаются искусственно во время научных экспериментов и существуют в течении крайне непродолжительного отрезка времени — меньше одной миллионной доли секунды. Совершенно очевидно, что эти недолговечные частицы представляют собой лишь преходящие паттерны динамических процессов. Перечислим основные вопросы, которые могут быть поставлены по отношению к этим паттернам или частицам: Чем они отличаются друг от друга? Имеют ли они более мелкие составные части, а если имеют, то какие именно, или, если говорить более точно-какие еще паттерны принимают участие в их существовании? И наконец, если частицы являются процессами, то каковы эти процессы?
Мы уже убедились в том, что в физике частиц все эти вопросы переплетаются друг с другом. Поскольку все субатомные частицы имеют релятивистскую природу, мы не можем понять их свойства вне их взаимодействий. В результате основополагающего взаимопереплетения явлений субатомного мира мы не можем понять сущность одной частицы, не уяснив сущности всех остальных. Последующие главы посвящены описанию тех достижений, которые были сделаны современной физикой в исследовании свойств и взаимодействий частиц. Хотя всеобъемлющей квантовой теории относительности для описания субатомного мира еще не существует, за последние годы возникло несколько теорий и моделей, которые вполне успешно характеризуют некоторые аспекты мироздания. В процессе знакомства с наиболее значительными из этих теорий и моделей мы увидим, что все они прибегают к использованию философских понятий, которые удивительным образом гармонируют с основными представлениями восточных мистических учений.