Что такое жизнь с точки зрения физики?

11 ответов на вопрос “Что такое жизнь с точки зрения физики?”

  1. Tole Ответить

    Современную науку часто обвиняют в том, что из-за узкой специализации все дисциплины развиваются там, словно в отдельных отсеках, совершенно не пересекаясь по целому ряду важных вопросов. Как правило, каждый ученый тщательно возделывает свою «делянку», с трудом понимая, чем занимаются его коллеги из других областей знаний. Тем интереснее оказываются примеры, когда знаменитые ученые берут на себя смелость заглянуть в соседний «отсек» и оставить на этот счет свое компетентное мнение.
    Австрийский физик Эрвин Шредингер прославился не только тем, что внес весомый вклад в создание квантовой механики. В 1943 году он прочел в дублинском Тринити-колледже для аудитории в 400 человек три лекции, посвященные фундаментальным вопросам биологии. Эти лекции легли в основу небольшого научного труда под названием: «Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки». Несмотря на скромный объем книги, она оставила заметный след в истории науки, оказав влияние не только на молекулярную биологию, но и на наше понимание основополагающих вопросов бытия. Недаром эту работу назвали «маленьким шедевром».
    «Мы унаследовали от наших предков острое стремление к цельному, всеобъемлющему знанию», – так Шредингер объясняет свою мотивацию осветить вопросы биологии.
    «С одной стороны, – продолжает он, – мы чувствуем, что только теперь начинаем приобретать надежный материал для того, чтобы свести в единое целое все до сих пор известное, а с другой стороны, становится почти невозможным для одного ума полностью овладеть более чем одной небольшой специальной частью науки». Тем не менее, взгляд физика на проблему жизни приводит к совершенно нестандартным и во многом неожиданным выводам.
    К слову, после того, как учение Ньютона получило признание в Европе, начались попытки объяснить жизнь с позиций классической механики. В этом не видели ничего странного, поскольку живой организм принято было рассматривать как аналог машины. Однако задача оказалась не такой уж простой, как казалось вначале: жизнь никак не вписывалась в математические формулы.
    Шредингер подходит к задаче по-другому. В частности, он пытается с физической точки зрения показать, как ген, обладающий микроскопическими размерами, противостоит тепловым флуктуациям и удерживает наследственную информацию. «Наиболее существенную часть живой клетки — хромосомную нить — можно с полным основанием назвать апериодическим кристаллом», – утверждает он. По его словам, различие в структуре между периодическими кристаллами и апериодическими такое же, как между «обычными обоями, на которых один и тот же рисунок повторяется с правильной периодичностью, и шедевром вышивки, скажем, рафаэлевским гобеленом, который повторяет сложный, последовательный и полный замысла рисунок, начертанный великим мастером».
    Весь «план» живого организма, по Шредингеру, как раз изолирован в структуре апериодического кристалла. «Мы можем совершенно точно назвать это образование апериодическим кристаллом или твердым телом и выразить нашу гипотезу словами: мы полагаем, что ген или, возможно, целая хромосомная нить представляет собой апериодическое твердое тело», – указывает ученый. На его взгляд, не надо особенно большого количества атомов в такой структуре, чтобы обеспечить почти безграничное число возможных комбинаций. В качестве понятной аналогии он приводит азбуку Морзе, где используется всего два знака.
    Не менее показательным оказывается другой круг вопросов, касающихся возникновения самого порядка, точнее, существующих «планов» живых организмов. Здесь размышления Шредингера оказались пророческими. Принципиально важный вопрос, на который он пытается дать обстоятельный ответ: каков механизм происхождения видов? Как совместить факт сохранения наследственной информации с «великим экспериментом природы», направленным на видообразование?
    Шредингер переосмысливает учение Дарвина о происхождении видов в свете открытий в области генетики и дает им истолкование с позиций новейшей физической теории. Незначительные случайные изменения, будто бы накапливающиеся со временем (именно так считал Дарвин) на самом деле не наследуются, отмечает он. Речь может идти о скачкообразных, более существенных изменениях, которые были названы «мутациями» голландским исследователем де Фризом. «Здесь существенна именно прерывистость», – указывает Шредингер. Далее он делает принципиально важное замечание по этому поводу: «Физику она напоминает квантовую теорию — там тоже не наблюдается промежуточных ступеней между двумя соседними энергетическими уровнями атома. Физик был бы склонен мутационную теорию де Фриза фигурально назвать квантовой теорией биологии».
    Принципиально, что такое соответствие не является всего лишь образным сравнением. Шредингер уверен, что здесь имеет место принципиальное сходство, отражающее некий фундаментальный уровень познания явлений природы: «Своим происхождением мутации действительно обязаны «квантовым скачкам» в генной молекуле», – утверждает он. По его замечанию, потребовалась жизнь целого поколения, чтобы установить тесную связь между тем и другим, то есть между мутацией и квантовой теорией. По мнению Шредингера, мы можем внести некоторые корректировки в дарвинскую теорию, заменив мутациями «небольшие случайные изменения». Тем самым, считает он, мы в состоянии рассматривать мутации как подходящий материал для естественного отбора, «который может работать над ними и производить виды, как это описано Дарвином, элиминируя неприспособленных и сохраняя наиболее приспособленных».
    В другом месте Шредингер дает разъяснение: «Чтобы быть подходящим материалом для работы естественного отбора, мутации должны быть достаточно редким событием, какими они в действительности и оказываются. Если бы мутации были настолько частыми, что существовала бы большая вероятность появлений у одной особи, скажем, дюжины различных мутаций, то вредные, как правило, преобладали бы над полезными, и виды, вместо того чтобы улучшаться путем отбора, оставались бы неулучшенными или погибали. Сравнительный консерватизм, являющийся результатом высокой устойчивости генов, имеет очень существенное значение».
    Он приводит аналогию с усовершенствованием заводского оборудования: «Для улучшения его работы необходимо вводить различные новшества, даже непроверенные раньше. Но чтобы выяснить, как влияют они на качество продукции, важно вводить их по одному, оставляя без изменения остальное оборудование».
    По мнению Шредингера, мы не должны особо сильно удивляться тому, что «Природа сумела провести тонкий выбор пороговых значений энергии, необходимых, чтобы сделать мутации редкими событиями». Частые мутации, напоминает он, пагубны для эволюции. Отсюда следует, что индивидуумы, «получающие путем мутации генные конфигурации недостаточной устойчивости, имеют мало шансов на то, чтобы их «ультрарадикальное», быстро мутирующее потомство просуществовало очень долго». Отсюда следует вывод, что в процессе естественного отбора вид будет освобождаться от них и, таким образом, накапливать устойчивые гены.
    Главный вывод, который следует из приведенных рассуждений: жизнь как будто противостоит известному закону энтропии (второму началу термодинамики). Обычные этапы приближения к состоянию равновесия (наблюдаемого в неживой природе) «никогда не могут быть приняты за жизнь, и мы можем пренебречь ими здесь», – считает Шредингер. «Именно потому, что организм избегает быстрого перехода в инертное состояние «равновесия», он и кажется загадочным. Настолько загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль допускала действие в организме особой, какой-то не физической, а сверхъестественной силы (vis viva, энтелехия)», – отмечает ученый. Живой организм, по его мнению, избегает этого состояния благодаря метаболизму, обмену веществ. По мнению Шредингера, в метаболизме существенно то, что «организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока жив».
    Выводы знаменитого физика могут показаться парадоксальными. Но они, судя по всему, парадоксальны ровно настолько, насколько парадоксальной кажется сама квантовая теория. Деятельность организма, заявляет Шредингер, нельзя свести к проявлению «обычных» законов физики. «И не потому, – пишет он, – что имеется какая-нибудь «новая сила» или что-либо еще, управляющее поведением отдельных атомов внутри живого организма, а потому, что его структура отличается от всего изученного нами до сих пор в физической лаборатории». Хромосомные молекулы, на его взгляд, представляют «наивысшую степень упорядоченности среди известных нам ассоциаций атомов». И эта упорядоченность проявляет способность поддерживать сама себя и производить упорядоченные явления. Для физика, признается ученый, такое положение дел кажется не только невероятным, но и чрезвычайно волнующим, поскольку оно не имеет прецедента.
    «Не нужно поэтического воображения, – говорит Шредингер, – чтобы уяснить себе, что здесь мы встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется «механизмом», полностью отличающимся от «механизма вероятности» в физике».
    Такое положение характерно только для живой материи, и статистическая теория, которой ученые довольствовались многие годы, не объясняет его. Поэтому мы вправе предполагать, – заключает он, – что «живая материя подчиняется новому типу физического закона».
    Завершая свой труд, Шредингер неумолимо приходит к чисто философским вопросам, затрагивая, в частности, проблему сознания. Местами он пересекается с метафизикой, откровенно апеллируя к ведической философии. Возможно, подобные апелляции неизбежны, поскольку сам феномен жизни неумолимо ведет нас к вопросам духа, даже если при этом мы пытаемся оставаться в границах точной науки.
    Олег Носков

  2. Эдгар Ответить

    Эрвин Шредингер
    Что такое жизнь?

    Что такое жизнь?
    Живая клетка как физический объект
    На основе лекций, прочитанных при содействии Дублинского института перспективных исследований в Тринити-колледже, Дублин, в феврале 1943 г.
    Памяти моих родителей
    Предисловие
    В начале 1950-х годов, будучи молодым студентом-математиком, я мало читал, но уж если читал, то в основном Эрвина Шредингера. Мне всегда нравились его работы, в них чувствовалось волнение открытия, сулившее действительно новое понимание загадочного мира, в котором мы живем. В этом смысле особенно выделяется короткая классическая работа «Что такое жизнь?», которую, как я теперь понимаю, непременно следует поставить в один ряд с самыми влиятельными научными трудами XX века. Она является мощной попыткой осознать настоящие тайны жизни – попыткой, сделанной физиком, чьи собственные проницательные догадки сильно изменили наше представление о том, из чего состоит мир. Мультидисциплинарность книги была необычной для своего времени, однако она написана с подкупающей, хотя и обезоруживающей скромностью на уровне, доступном неспециалистам и молодым людям, стремящимся к научной карьере. На самом деле, многие ученые, внесшие фундаментальный вклад в биологию, такие как Б. С. Холдейн[1] и Фрэнсис Крик[2], признавали, что на них оказали значительное влияние различные идеи, пусть и спорные, выдвинутые в этой книге вдумчивым физиком.
    Как и многие другие работы, повлиявшие на человеческое мышление, «Что такое жизнь?» излагает точки зрения, которые, будучи усвоенными, представляются почти самоочевидными истинами. Тем не менее их по-прежнему игнорирует множество людей, кому следовало бы понимать, что к чему. Как часто мы слышим, что квантовые эффекты не имеют особого значения в биологических исследованиях или даже что мы потребляем пищу, чтобы получить энергию? Данные примеры подчеркивают непреходящую значимость книги Шредингера «Что есть жизнь?». Без сомнения, ее следует перечитать!
    Роджер Пенроуз
    8 августа 1991 г.
    Введение
    Предполагается, что ученый обладает полным и всеобъемлющим знанием о вещах, полученным из первых рук, а следовательно, не должен писать о том, в чем не является экспертом. Как говорится, noblesse oblige[3]. Сейчас я попрошу вас забыть про noblesse, если таковое имеется, и освободиться от соответствующих обязательств. Я оправдываю это следующим образом: от наших праотцев мы унаследовали сильное стремление к единому, всеохватывающему знанию. Само название высших образовательных учреждений напоминает нам, что с античных времен и на протяжении многих столетий наибольшее внимание уделялось аспекту универсальности. Однако рост – в ширину и глубину – различных ветвей знания в последние сто с небольшим лет заставил нас столкнуться со странной дилеммой. Мы отчетливо ощущаем, что лишь начинаем собирать надежный материал, из которого можно вывести общую сумму всех известных вещей. Но с другой стороны, теперь отдельный ум способен одолеть только небольшой, специализированный фрагмент знания.
    Я вижу лишь один способ справиться с этой дилеммой (иначе наша истинная цель будет утрачена навеки): кто-либо должен взять на себя синтез фактов и теорий, даже полученных из вторых рук и неполных, рискуя выставить себя глупцом.
    Таково мое оправдание.
    Не следует недооценивать языковые сложности. Родной язык – как скроенная по фигуре одежда, и человек чувствует себя неуютно, когда лишается доступа к нему и вынужден пользоваться другим языком. Я хочу выразить благодарность доктору Инкстеру (Тринити-колледж, Дублин), доктору Патрику Брауну (колледж Святого Патрика, Мейнут) и – последнему по счету, но не по значению – мистеру С. К. Робертсу. Им было нелегко подогнать под меня новую одежду и убедить отказаться от «оригинальных» оборотов. Если часть их пережила редактуру моих друзей, это моя вина.
    Заголовки разделов изначально должны были представлять собой краткое содержание, и текст каждой главы следует читать in continuo[4].
    Э. Ш.
    Дублин
    Сентябрь 1944 г.
    Менее всего свободный человек размышляет о смерти. В своей мудрости он размышляет не о смерти, а о жизни.
    Спиноза. Этика. Ч. IV, положение 67
    Глава 1
    Классический физический подход к предмету
    Я мыслю, следовательно, существую.
    Р. Декарт
    Общий характер и цель исследования
    Эта небольшая книга родилась из цикла публичных лекций, прочитанных физиком-теоретиком перед аудиторией из четырехсот человек, которая не сократилась даже после изначального предупреждения о сложности предмета и о том, что лекции нельзя назвать популярными, хотя в них практически не используется самое ужасное оружие физика, математическая дедукция, – не потому, что данный предмет можно объяснить без привлечения математики, а просто он слишком запутан для полного математического описания. Другой особенностью, которая придавала лекциям некий популярный оттенок, было намерение лектора объяснить и биологам, и физикам фундаментальную идею, лежащую на стыке биологии и физики.
    В действительности, несмотря на разнообразие затрагиваемых тем, затея призвана донести лишь одну мысль – маленький комментарий к большому и важному вопросу. Чтобы не заблудиться, составим короткий план.
    Большой, важный и весьма обсуждаемый вопрос заключается в следующем:
    Как физика и химия объясняют события в пространстве и времени, происходящие в пространственных рамках живого организма?
    Предварительный ответ, который попытается установить и обосновать эта книга, можно кратко изложить так:
    Очевидная неспособность современных физики и химии объяснить подобные явления вовсе не означает, что эти науки не могут их объяснить.
    Статистическая физика. Фундаментальное различие в структуре
    Данное замечание было бы весьма тривиальным, если бы единственным его предназначением являлось пробудить надежду на достижение в будущем того, чего не удалось получить в прошлом. Однако его значение намного более оптимистично: эта неспособность имеет подробное объяснение.
    Сегодня, благодаря блестящей работе биологов, в основном генетиков, за последние тридцать-сорок лет, мы знаем достаточно о действительной материальной структуре организмов и об их работе, чтобы заявить и назвать точную тому причину: современные физика и химия не могут объяснить пространственно-временные события, происходящие в живом организме.
    Взаимодействия атомов в жизненно важных частях организма фундаментальным образом отличаются от всех соединений атомов, которые до настоящего времени являлись объектом экспериментальных и теоретических исследований физиков и химиков. Однако это различие, которое я считаю фундаментальным, может показаться малозначимым любому, кроме физика, сознающего, что законы химии и физики – сугубо статистические. Ведь именно со статистической точки зрения структура жизненно важных частей живых организмов столь отличается от любого кусочка материи, с которым мы, физики и химики, работаем физически в лабораториях или мысленно – за письменным столом[5]. Невозможно представить, что законы и закономерности, открытые подобным образом, могут непосредственно применяться к поведению систем, не обладающих структурой, на которой они основаны.
    вернуться
    1
    Холдейн, Джон Бердон Сандерсон (1892–1964) – английский генетик, биохимик, физиолог и эволюционист, стоявший у истоков популяционной и молекулярной генетики и синтетической теории эволюции. – Здесь и далее примеч. пер.
    вернуться
    2
    Крик, Фрэнсис (1916–2004) – британский молекулярный биолог и биофизик, один из первооткрывателей структуры ДНК, лауреат Нобелевской премии.
    вернуться
    3
    Положение обязывает (фр.).
    вернуться
    4
    Непрерывно (ит.).
    вернуться
    5
    Эта точка зрения подчеркивается в двух статьях Ф. Дж. Доннана, Scientia, XXIV, #78 (1918), 10 (La science physico-chimique decrit-elle d’une facon adequate les phenomenes biologiques? / Способна ли физико-химическая наука адекватно описать биологические явления?) и Smithsonian Report, 1929, с. 309 (The mystery of life / Загадка жизни).

  3. Runewind Ответить

    Предыдущее замечание было бы весьма тривиальным, если бы оно имело целью только стимулировать надежду достигнуть в будущем того, что не было достигнуто в прошлом. Оно, однако, имеет гораздо более положительный смысл, а именно, что неспособность физики и химии до настоящего времени дать ответ полностью объяснима.
    Благодаря умелой работе биологов, главным образом генетиков, за последние 30 или 40 лет теперь стало достаточно много известно о действительной материальной структуре организмов и об их отправлениях, чтобы понять, почему современные физика и химия не могли объяснить явления в пространстве и времени, происходящие внутри живого организма.
    Расположение и взаимодействие атомов в наиболее важных частях организма коренным образом отличаются от всех тех расположений атомов, с которыми физики и химики имели до сих пор дело в своих экспериментальных и теоретических изысканиях. Однако это отличие, которое я только что назвал коренным, такого рода, что легко может показаться ничтожным всякому, кроме физика, пропитанного той мыслью, что законы физики и химии являются насквозь статистическими
    [4]. Именно со статистической точки зрения структура важнейших частей живого организма полностью отличается от любого куска вещества, о которым мы, физики и химики, имели до сих пор дело, практически – в наших лабораториях и теоретически – за письменными столами
    [5]. Конечно, трудно себе представить, чтобы законы и правила, при этом нами открытые, были непосредственно приложимы к поведению систем, не имеющих тех структур, на которых основаны эти законы и правила.
    Нельзя ожидать, чтобы не физик мог охватить (не говорю уже – оценить) все различие в “статистической структуре”, формулированное в терминах столь абстрактных, как только что сделал это я. Чтобы дать моему утверждению жизнь и краски, разрешите мне предварительно обратить внимание на то, что будет детально объяснено позднее, а именно, что наиболее существенная часть живой клетки – хромосомная нить – может быть с основанием названа апериодическим кристаллом. В физике мы до сих пор имели дело только с периодическими кристаллами. Для ума простого физика они являются весьма интересными и сложными объектами; они составляют одну из наиболее очаровательных и сложных структур, которыми неодушевленная природа приводит в замешательство интеллект физика; однако в сравнении с апериодическими кристаллами они кажутся несколько элементарными и скучными. Различие в структуре здесь такое же, как между обычными обоями, на которых один и тот же рисунок повторяется с правильной периодичностью все снова и снова, и шедевром вышивки, скажем, рафаэлевским гобеленом, который дает не скучное повторение, но сложный, последовательный и полный значения рисунок, начертанный великим мастером.

  4. time warrior Ответить

    Специальная теория относительности установила также инвариантность материальных процессов и скорости света относительно преобразований X.Лоренца. А.Эйнштейн показал, что преобразования X.Лоренца отражают не реальные сокращения тел и промежутков времени, а изменение результатов измерений в зависимости от движения системы отсчета. Тела сокращаются, а время замедляется для внешнего наблюдателя, тогда как внутри движущейся системы все физические процессы протекают обычным образом.
    А.Эйнштейн сформулировал также принцип инвариантности скорости света, который гласит: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света является предельной скоростью распространения материальных взаимодействий и равна 300000 км/с.
    А.Эйнштейн пришел к выводу, что противоречия в основах классической механики вытекают из неверного, не соответствующего физическому опыту представления о свойствах пространства и времени как абсолютных и неизменных, так и из неверного представления об абсолютной одновременности событий.
    Классические представления о пространстве и времени сформулированы в рамках субстанциональной концепции, которая окончательно сформировалась в Новое время. Ее основой стали онтологические представления философов XVII века и И.Ньютона. Пространство в механике И.Ньютона – это пустое вместилище для вещества. Пространство – однородно, неподвижно и трехмерно. Время – совокупность равномерных моментов, следующих один за другим в направлении от прошлого к будущему. В субстанциональной концепции пространство и время рассматриваются как объективные самостоятельные сущности, не зависящие друг от друга и от характера протекающих в них материальных процессов.
    Субстанциональная концепция пространства и времени адекватно вписывалась в механистическую картину мира, предлагаемую классической философией, и соответствовала уровню развития науки XVIIв. Но уже в эпоху Нового времени появляются идеи, которые характеризуют пространство и время вразрез с субстанциональными представлениями. Так, Г.Лейбниц считал, что пространство и время – это особые отношения между объектами и процессами и независимо от них не существуют. Пространство – порядок сосуществований тел, а время – порядок последовательностей событий. Г. Лейбниц утверждал, что существует связь материи с пространством и временем: «мгновения в отрыве от вещей ничто, и они имеют свое существование в последовательном порядке самих вещей».
    Несколько позже Г.Гегель отмечал, что движущаяся материя, пространство и время связаны друг с другом, а с изменением скорости протекания процессов меняются и пространственно-временные характеристики. Г. Гегель, в частности, говорил: «Мы не можем обнаружить никакого пространства, которое было бы самостоятельным. Оно всегда есть наполненное пространство и нигде не отличается от своего наполнения». Впервые же идеи о пространстве, которые можно характеризовать как реляционные, были высказаны античными философами. Так, Аристотель критиковал Демокрита и отрицал существование пустоты. Пространство, по его мнению, есть система естественных мест, занимаемых материальными объектами.
    В законченном виде реляционная концепция пространства и времени сложилась после создания общей и специальной теорий относительности А.Эйнштейна и неевклидовой геометрии Н. Лобачевского.
    Так, А.Эйнштейн пришел к выводу об универсальности и всеобщности принципа относительности: не только механические, но и электромагнитные инерциальные системы равноправны по отношению друг к другу, а события, одновременные в одной системе, не будут одновременными в другой, движущейся относительно первой. Следствием этого вывода стало признание относительности измерений размеров тел: длина тела, измеренная разными наблюдателями, движущимися относительно друг друга с разными скоростями, должна быть различна. То же самое относится и ко времени: время протекания процесса будет различным, если измерять его часами, движущимися с разными скоростями. При приближении к скорости света все процессы в системе замедляются, а размеры тел сокращаются, если наблюдать за ними, находясь за пределами самой движущейся системы.
    Таким образом, в специальной теории относительности размеры тел и время протекания процессов ставятся в прямую зависимость от системы отсчета, в которой производится их измерение. Оказалось, что физический процесс может быть описан только по отношению к конкретной системе отсчета, выбор которой зависит от наблюдателя. Иначе, для адекватного описания релятивистских явлений фактор наблюдателя становится существенным.
    Еще одним важным следствием теории А.Эйнштейна стало признание относительности, массы тела, которая была поставлена в зависимость от скорости его движения. Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии, а энергия зависит от скорости движения. Известная формула Е – тс2 выражает это отношение.
    Общая теория относительности (или гравитационная теория), созданная А.Эйнштейном в 1916 г., позволяет рассматривать не только инерциальные системы отсчета, но любые системы координат, которые движутся по криволинейным траекториям и с любым ускорением. Распространение результатов специальной теории на неинерциальные системы отсчета привело к установлению зависимости между метрическими свойствами пространства и времени и гравитационными взаимодействиями. К подобным выводам привели следующие размышления о существовании двух способов определения массы тела: через ускорение (инертная масса) и через притяжение в поле тяготения (гравитационная масса). Эквивалентность инертной и гравитационной масс была известна еще в классической физике. Специальная теория относительности установила зависимость инертной массы от скорости движения тела.
    Перед физиками встал вопрос: существует ли зависимость между движением и гравитационной массой?.
    Оказалось, что метрика пространства – времени зависит от силы гравитационного поля, которое создается веществом. Массы вещества создают особое поле тяготения, материя влияет на свойства пространства и времени. Например, было установлено, что на Солнце все происходит медленнее, чем на Земле, из-за более высокого гравитационного потенциала на его поверхности. В 1919г. во время солнечного затмения наблюдалось отклонение луча света вблизи поверхности Солнца, что свидетельствовало об изменении свойств пространства.
    Вывод А.Эйнштейна гласил: в зависимости от гравитационных масс время замедляется или, напротив, ускоряется, а пространство искривляется. Кривизна пространства измеряется отклонением от классических правил геометрии Евклида. Так, например, в евклидовой геометрии предполагается, что сумма углов треугольника составляет 180°. Однако сумма углов треугольника, изображенного на поверхности сферы, больше 180°, а на седловидной поверхности – меньше 180°. Поверхность сферы в неевклидовой геометрии называется поверхностью положительной кривизны, а поверхность седла – отрицательной. Величина поля тяготения в каждой точке пространства зависит от его кривизны. Инерциальное движение точки в таком пространстве осуществляется не прямолинейно и равномерно, а по геодезической линии искривленного пространства.
    Идею искривленного пространства положительной кривизны предложил Б.Риман, отрицательной – Н.И.Лобачевский. Еще в 1829г. Лобачевский в работе «Начала геометрии» доказал, что возможна непротиворечивая геометрия, отличная от считавшейся единственно возможной евклидовой геометрии. Ученый показал, что свойства пространства зависят от свойств движущейся материи, окончательный же ответ на вопрос о свойствах пространства, по мнению Н.И.Лобачевского, должны дать астрономические наблюдения. Немного позже, в 1867г., вышла в свет работа Б.Римана «О гипотезах, лежащих в основании геометрии», в которой он также высказывал идею зависимости свойств пространства от материальных тел. Физическое пространство может быть искривлено, однако искривлено ли оно на самом деле, должен, по мнению Б.Римана, решить эксперимент.
    Общая теория относительности А.Эйнштейна соединила в рамках одной концепции понятия инерции, гравитации и метрики пространства-времени. Выводы общей и специальной теории относительности и неевклидовой геометрии полностью дискредитировали понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Оказалось, что признанные классическими субстанциональные представления не являются окончательными и единственно верными.
    Реляционная парадигма предполагает рассмотрение пространства и времени как систем отношений между взаимодействующими объектами. Пространство и время неразрывно связаны друг с другом и составляют единый пространственно-временной континуум. Кроме того, их свойства напрямую зависят от характера протекающих в них материальных процессов. Выводы общей теории относительности получили экспериментальное подтверждение после открытия явления красного смещения спектров звезд и отклонения луча света под действием поля тяготения.
    Несмотря на достаточно убедительные доказательства общей теории относительности и ее всеобщее признание, в физике продолжаются попытки создания альтернативных теорий тяготения и гравитации. Основание для этого дает сама теория А.Эйнштейна. Например, фундаментальные свойства нашего мира, как однонаправленность времени или трехмерность пространства, рассматриваются теорией относительности просто как данность. Их происхождение и материальная основа не объясняются.
    Кроме того, в основе теории относительности лежит предположение: «скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью физических процессов». Однако нет никаких доказательств абсолютности запрета на существование сверхсветовых скоростей. В связи с этим в современной физике рассматривается гипотеза тахионов – частиц, которые движутся с большей скоростью, чем скорость света. Гипотеза тахионов допускает, что досветовые и сверхсветовые частицы представляют собой принципиально различные типы частиц, которые нельзя преобразовать друг в друга путем изменения их скорости. Иными словами, тахионы рождаются и умирают, не преодолевая световой барьер, всегда имея скорость больше скорости света. Существование подобных частиц с совершенно непривычными для нас свойствами меняет описание процессов, протекающих в природе. Парадоксальность тахионов не может служить основанием для вывода о невозможности их существования, важно то, что теоретически мыслимые свойства тахионов не противоречат законам, лежащим в основе современной физики. Экспериментальные поиски сверхсветовых эффектов пока не увенчались успехом, в связи с этим вопрос о существовании тахионов остается открытым.
    Новые концепции тяготения и гравитации пока не обладают большим эвристическим потенциалом, эстетической привлекательностью и простотой, т.е. не соответствуют принятым в современной науке критериям отбора и предпочтения теорий. Тем не менее, не вызывает сомнения, что поиски альтернативных теорий будут продолжаться. Как говорил А.Эйнштейн, «наши представления о физической реальности никогда не могут быть окончательными».

  5. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *