РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭФИР*

В.В. Корухов

В предыдущих наших работах было показано, что условие минимальности и инвариантности планковской длины l_pl равнозначно появлению в теории понятия максимальной скорости

v_max = c(1 – l_pl²/l₀²)^1/2, (1)

которая играет роль, отводимую в СТО скорости света. При стремлении скорости микрообъекта к v_max его характерный размер l₀ в отношении системы отсчета удаленного наблюдателя асимптотически приближается к l_pl [1].

Из (1) можно видеть, что максимальная скорость для планкеона тождественно равна нулю (поскольку l₀ є l_pl). Условия l₀ є l_pl и l₀ = Ґ особым образом выделяют из всего множества v_max предельные значения v_max є 0 и v_max = c, которые являются лоренц-инвариантными величинами в строгом смысле. Условие

v_max є 0 (2)

соответствует кинематическому состоянию лоренц-инвариантного покоя объекта. Иными словами, не найдется такой инерциальной системы отсчета (ИСО), относительно которой планкеон наблюдался бы в состоянии равномерного движения. Следовательно, и гипотетическая среда, элементом которой является планкеон, также, по-видимому, обладает кинематическим свойством инвариантного покоя.

Благодаря необычному кинематическому условию (2) среда, составленная из плотно упакованных объектов с планковскими параметрами, может служить удачной моделью вакуумоподобного состояния материи, т. е. современного релятивистского квантово-гравитационного эфира.

С точки зрения кинематических свойств представление о планкеонной среде не находится в противоречии с основами СТО. Подобную возможность не отрицал и ее создатель: “Специальная теория относительности запрещает считать эфир состоящим из частиц, поведение которых во времени можно наблюдать, но гипотеза о существовании эфира не противоречит специальной теории относительности. Не следует только приписывать эфиру состояние движения”[2]. Надо отдать должное Эйнштейну: он рассматривал возможность существования среды с подобными свойствами, хотя отверг ее как абсурдную [3]. Мы же считаем, что кинематическое свойство инвариантного покоя является той альтернативой, которая не была должным образом рассмотрена в свое время при анализе всех возможных кинематических условий существования эфира.

Действительно, при рассмотрении среды, пространственно покоящейся относительно любой инерциальной системы отсчета, законы, описывающие явления природы, не будут находиться в зависимости от состояния движения, поскольку понятия равномерного и прямолинейного движения относительно такого эфира не существует. При таких и только при таких условиях, накладываемых на среду, может выполняться принцип относительности, подтвержденный многолетней практикой. Более того, сам принцип относительности является прямым проявлением свойства инвариантного покоя среды.

Для такого инвариантно покоящегося в пространстве относительно инерциальных систем эфире, который выполняет роль “светоносной среды”, всегда оказывается справедливым принцип постоянства скорости света. Тогда и принцип инвариантности движения света относительно любого инерциального наблюдателя является, аналогично принципу относительности, следствием инвариантности покоя эфира относительно тех же инерциальных наблюдателей.

В специальной теории относительности понимание сущности кинематики и динамики такого поведения эфира заключено в самих постулатах теории. При создании СТО произошло своеобразное нормирование на эту среду рассматриваемых теорией явлений. Иначе говоря, свойства гипотетической, но существующей среды были отделены от нее и возведены в ранг принципов, и тем самым эта среда стала ненужной.

С нашей точки зрения, невозможность обнаружения эфира с помощью равномерного движения должна быть с необходимостью связана с необычным уравнением состояния этой среды. Общая теория относительности рассматривает такую среду, уравнение состояния которой: P = – e (где P – давление; e – плотность энергии) [4] позволяет интерпретировать ее как “макроскопически обладающую свойствами вакуума” [5]. Именно в такой среде любая инерциальная система отсчета является сопутствующей – в том смысле, что нет относительного движения эфира и вещественного объекта, связанного с этой инерциальной системой. Внутреннее давление среды отрицательно и по абсолютной величине равно плотности энергии. «При такой и только при такой связи между давлением и плотностью среда не создает “встречного ветра”, как бы мы ни перемещались в ней» [6].

Сама идея о том, что такая среда существует и может быть описана в рамках ОТО, высказывалась уже давно. Начиная с 1965 г. Э.Б. Глинером был опубликован цикл работ, суть которых заключалась в попытках придать физическому вакууму статус материальной среды со свойствами, принципиально отличающими его от известных видов материи [7].

В рамках ОТО Глинер проанализировал различные структуры тензора энергии-импульса

T_jk = (p + m)u_ju_k + pg_jk (3)

в зависимости от общих свойств движения среды, характеризуемых совокупностью сопутствующих ей систем отсчета [8]. В частности, он показал, что макроскопическое описание произвольной среды должно осуществляться тензором четвертого ранга T_jklm, выражающим не локальные свойства метрики, но отличные от нее объекты. При этом соотношения T_jklm/j = 0 определяют уравнение движения среды.

Для сред, элементы объема которых обладают ненулевой массой покоя (вещество), характерно существование в каждой их точке единственной локальной сопутствующей системы отсчета. Система отсчета вещественного наблюдателя и в СТО и в ОТО всегда подразумевается состоящей из тел, образованных этим видом материи. Поэтому существование и единственность сопутствующей системы отсчета означают однозначную определенность движения обычного вещества относительно обычного вещества. Это имеет место тогда и только тогда, когда T_jk = (def) = T_ljkl – тензор, времениподобное собственное значение которого отлично от пространственно-подобных значений.

Условию T_jk № 0, T_l^l = 0 удовлетворяет электромагнитное поле, для которого, как известно, не существует понятия сопутствующей системы отсчета. Иначе говоря, с электромагнитным полем нельзя связать систему отсчета, относительно которой оно находилось бы в покое как в пространстве, так и во времени.

Наконец, при p = – m из (3) следует T_jk = – mg_jk (где m [9] – постоянная), т. е. среда макроскопически имеет кинематические свойства физического вакуума: любая локальная система отсчета является для нее сопутствующей. Комментарии Э.Б. Глинера по этому поводу выглядят следующим образом: “Чтобы разобраться в смысле этого утверждения, представим движущуюся пробную частицу, взаимодействующую каким-то способом с веществом (в нашей трактовке планкеонного эфира. – В.К.), имеющим тензор энергии-импульса с характеристикой T_jk = – mg_jk. Система покоя частицы, согласно сказанному, всегда может рассматриваться как сопутствующая и для этого вещества, так что все взаимодействия между ним и частицей не зависят от ее скорости. Поэтому скорость не может быть определена путем изучения таких взаимодействий. Иначе говоря, для взаимодействий частицы с рассматриваемым веществом справедлив тот же принцип относительности, что и для взаимодействий частицы с вакуумом” [10].

Нетрудно видеть, что Э.Б. Глинер непроизвольно предполагает возможность относительного движения вещества и, как он его назвал, m-вакуума, но это движение, в силу специфического уравнения состояния, необнаружимо. Такая точка зрения перекликается скорее с позицией принципа относительности в трактовке Пуанкаре в отношении эфира Лоренца, нежели с позицией, занятой в свое время Эйнштейном.

Действительно, согласно концепции Лоренца – Пуанкаре, эфир существует, но обнаружить относительное движение принципиально невозможно, т.е. не имеет смысла и говорить об этом. Точка зрения Э.Б. Глинера, как нам представляется, аналогичная. Он пишет: “Механические свойства этого вакуумоподобного и предыдущих (вещество, поле) состояний качественно различны. Именно, для последних характерно либо существование в каждой точке среды единственной локальной сопутствующей системы отсчета, определенной тем, что в ней отсутствуют потоки энергии и импульс, либо отсутствие такой системы (свободное электромагнитное поле). В отличие от этого при T_kl ~ g_kl любая система отсчета – сопутствующая... Поэтому понятие скорости относительно среды с T_kl ~ g_kl не имеет смысла – прежде всего в этом отношении такая среда подобна вакууму” [11]. Надо отдать должное автору, который вплотную подошел к понятию “инвариантный покой”, но не сформулировал его в явном виде. Действительно, какое из двух утверждений соответствует реальности: то, что понятие относительной скорости не имеет смысла, или же то, что вообще отсутствует относительное движение вещества и m-вакуума? С нашей точки зрения, второе более гносеологически значимо и более информативно, что связано с его положительно-определенной направленностью и позволяет корректно называть это состояние инвариантным покоем.

Уравнение состояния m-вакуума в совокупности с рассмотренным выше кинематическим свойством инвариантного покоя оказывается необходимым и достаточным условием для введения в физику представления о новой среде, в дополнение к двум известным, с различающимися свойствами сверток тензора энергии-импульса T_jklm.

Для планкеонной среды, в качестве структурного элемента которой выступают планкеоны, при рассмотрении их как микровселенных де Ситтера оказывается справедливым вакуумоподобное уравнение состояния P = – e [12].

Инвариантный пространственный покой среды как целого относительно произвольно выбранного инерциального наблюдателя позволяет считать любую систему отсчета, связанную с данной средой, сопутствующей. Другими словами, трехмерный импульс такой среды равен нулю, и нет какого-либо преимущественного направления, которое делало бы среду (эфир) неизотропной. При этом четырехмерный вектор энергии-импульса (E, p = 0) будет инвариантным в любой другой инерциальной системе отсчета вследствие инвариантности собственной массы планкеона E = m_pl c² = (ћc⁵/G)^1/2. Напомним, что характерный размер планкеона l_pl в отличие от рассматриваемых в настоящее время пространственных характеристик вещественных объектов является инвариантом преобразований Лоренца.

На необходимость существования среды с подобными свойствами в общей теории относительности неоднократно указывал в своих работах А. Эйнштейн: ”Отрицать эфир – это в конечном счете значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств” [13]. Действительно, с научной точки зрения, наличие любого свойства переводит “ничто” в разряд “нечто” и это нечто уже является предметом научного исследования. Далее А. Эйнштейн пишет: “Резюмируя, можно сказать, что ОТО наделяет пространство физическими свойствами; т.о., в этом смысле эфир существует. Согласно ОТО, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно также к нему нельзя применять понятие движения” [14].

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что представление о планкеонной вакуумоподобной среде не противоречит и общей теории относительности. Формируется убеждение, что на очередном “витке спирали” мы возвращаемся к понятию эфира, но на качественно новой, постнеклассической основе. Проявляется очевидная субстанциональность эфира как нового вида материи. Кроме того, вследствие фундаментальности свойств планкеона как структурного элемента среды и “носителя” фундаментальной длины эту среду можно представить к анализу и как некую первосубстанцию в отношении к веществу и полю.

Современные квантовые представления также с необходимостью требуют наличия субстанции, физического вакуума, того “резервуара”, где “располагаются” виртуальные частицы и который тем самым несет в себе онтологический образ виртуальной реальности. Философско-методологические споры о существовании субстрата в СТО (эфира) не в последнюю очередь определили и отношение к трактовке вакуума, с одной стороны, как материального субстрата, но, с другой стороны, во избежание противоречий со СТО, субстрата с виртуальными свойствами. Конечно, кроме конкретно-научных аргументов свою роль в этом сыграли и моменты психологические. Тем не менее современный взгляд на взаимоотношение свойств физического вакуума и эфира как субстанции, не противоречащей СТО, претерпел существенные изменения. «То, что в соответствии с современными представлениями заполняет пространство, называется более благопристойно: “физический вакуум”, хотя, возможно, более адекватным термином был бы “релятивистский эфир”» [15].

Несомненным результатом изложенного являются постановка и первоначальный анализ вопросов о взаимоотношении дискретно-континуальных свойств пространства, в основании которого лежит понятие фундаментальной длины, и релятивистской вакуумоподобной среды.

Дальнейшая разработка проблемы потребует, по-видимому, построения соответствующих конкретно-научных концептуальных моделей движения в таком пространстве на основе модификации теории относительности с учетом существования минимальной фундаментальной длины, характеризующей структуру релятивистского эфира. Разработка концепции с необходимостью должна сопровождаться дальнейшим философским и методологическим анализом возникающих при этом проблем.

Примечания

1. См.: Корухов В.В. О природе фундаментальных констант // Методологические основы разработки и реализации комплексной программы развития региона. – Новосибирск, 1988. – С. 59–79; Шарыпов О.В. Понятие фундаментальной длины и методологические проблемы современной физики. – Новосибирск, 1998.

2. Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. – М., 1965. – Т. 1. – С. 686.

3. Там же. – С. 416.

4. См.: Глинер Э.Б. Алгебраические свойства тензора энергии-импульса и вакуумоподобные состояния вещества // ЖЭТФ. – 1965. – Т. 49, вып. 2 (8). – С. 542.

5. Глинер Э.Б. О возможном обобщении уравнений Эйнштейна // Письма в ЖЭТФ. – 1965. – Т. 2, вып. 2. – С. 55.

6. Гуревич Л.Э., Чернин А.Д. Происхождение галактик и звезд. – М., 1987. – С. 183.

7. См.: Глинер Э.Б. О возможном обобщении уравнений Эйнштейна. – С. 53–56; Он же. Алгебраические свойства тензора энергии-импульса... – C. 542–548; Он же. Вакуумоподобное состояние среды и фридмановская космология // Докл. АН СССР. – 1970. – Т. 192, № 4. – С. 771–774; и др.

8. См.: Глинер Э.Б. Алгебраические свойства тензора энергии-импульса... – С. 542–548.

9. Мы не стали менять обозначения, принятые в работах Э.Б. Глинера. Величина m в контексте данной статьи означает плотность энергии – e.

10. Глинер Э.Б. Алгебраические свойства тензора энергии-импульса... – С. 543.

11. Глинер Э.Б. Вакуумоподобное состояние среды... – С. 771.

12. См.: Станюкович К.П., Степанов Б.М., Бурлаков В.Д. и др. О планкеонном керне элементарных частиц // Проблемы теории гравитации и элементарных частиц. – М., 1969. – С. 24.

13. Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. – Т. 1. – С. 686.

14. Там же. – С. 689.

15. Розенталь И.Л. Эволюция физики и математика. Сер. Физика. – 1982. – № 11. – С. 5.

Korukhov V.V. Relativious ether

The paper deals with characteristic features of new relativious by invariant medium. The analysis reveals that kinematic state of this medium corresponds to the modern concept of relativious ether.