На страницах этой книги мы уже не раз встречались с одной из наиболее фундаментальных физических тео­рий—теорией относительности Эйнштейна. Согласно этой теории многие характеристики физических объектов, такие, как масса, энергия, а также характер тече­ния времени зависят от изменения системы отсчета, яв­ляются относительными. Отсюда и само название: тео­рия относительности.

Однако, по мнению некоторых физиков, название это не совсем удачно.

Знакомясь с проблемой бесконечности Вселенной, мы уже говорили о том, что с точки зрения современной науки любое утверждение имеет физический смысл толь­ко тогда, когда оно инвариантно, т. е. не зависит от вы­бора системы отсчета или может быть выражено в форме, не зависящей от выбора системы отсчета. По­этому и в теории относительности главным, основным является не столько изучение понятий, которые изме­няются при переходе от одной системы отсчета к другой, сколько выявление физических величин, которые остаются при подобных преобразованиях неизменными, инвари­антными. В связи с этим гораздо точнее было бы на­звать теорию относительности теорией инвариантности.

Одним из главных инвариантов теории относитель­ности является скорость света в вакууме, которая по­стоянна и одинакова в любых системах отсчета, незави­симо от того, с какими скоростями они движутся друг относительно друга. В то же время теория относитель­ности утверждает, что никакие физические воздействия не могут распространяться со скоростями, превосходя­щим» скорость света. Это фундаментальное требование получило целый ряд убедительных подтверждений, и в той мере, в какой оно относится к космическим, макроскопическим и молекулярно-атомным явлениям, оно не вызывает каких бы то пи было сомнений. Вообще, сле­дует отметить, что данные, которыми располагает совре­менная экспериментальная физика, указывают на, то, что известные нам пространственно-временные отношения сохраняются вплоть до расстояний, равных 2-ИТ14 см.

Что же касается еще более малых областей, то, по мнению ряда ученых, не исключено, что для описания происходящих там явлений придется создать особую теорию, отличающуюся определенным образом от тео­рии относительности.

Предвидеть заранее, как она будет выглядеть, к со­жалению, нельзя. Но одно можно утверждать совер­шенно точно. Какова бы не была новая теория, она должна удовлетворять чрезвычайно важному требова­нию, вытекающему из фундаментального принципа фи­зики — принципа соответствия. Требование это заклю­чается в следующем: как бы сильно пи отличалась но­вая теория от теории относительности на ультрамалых расстояниях, при увеличении расстояний до обычных молекулярно-атомных она должна переходить в теорию относительности или, во всяком случае, согласовываться с ней.

Как и любая физическая теория, теория внутриядер­ных процессов нуждается для своего развития в соответ­ствующих экспериментальных данных. Однако теорети­ческий поиск разведывательного характера не только возможен, по и правомерен уже и па современном уров­не знаний.

Разумеется, на данном этапе этот поиск приходится осуществлять главным образом путем разного рода ло­гических построений. Поскольку делаются попытки по­строения такой теории, которая должна заведомо отли­чаться от теории относительности, то они, очевидно, должны быть связаны с отказом от некоторых положе­ний теории относительности при переходе к ядерным расстояниям.

Одна из таких попыток заключается в том, что в ультрамалых областях допускается распространение фи­зических воздействий со скоростями, превосходящими скорость света в вакууме. Над разработкой этой ори­гинальной теории, получившей название «нелокальной», в настоящее время трудятся многие ученые, в том числе советские физики.

Отказываясь от запрета сверхсветовых скоростей, нелокальная теория сохраняет все остальные положения специальной теории относительности. В частности, со­храняется инвариантность основных уравнений при пе­реходе от одной системы отсчета к другой, движущейся относительно нее равномерно и прямолинейно.

Но если физические воздействия могут распростра­няться со скоростями, превосходящими скорость света, то это означает, что в сверхмалых областях простран­ства возможны нарушения так называемой причинности.

Принцип причинности — одно из фундаментальных положений современной науки. Наиболее общая форму­лировка этого принципа была дана известным совет­ским физиком академиком Н. Н. Боголюбовым. Любое событие, происходящее в физической системе, может ока­зывать влияние на эволюцию этой системы лишь в бу­дущем и не может оказывать влияния на поведение системы в прошлом.

В обычных условиях принцип причинности никогда не нарушается (по крайней мере нам такие случаи не­известны). Но если допустить возможность сверхсвето­вых скоростей передачи сигналов, то временной порядок событий окажется неопределенным — он будет зависеть от выбора системы отсчета. Другими словами, причины и следствия могут в этом случае меняться местами.

Но, как уже было сказано, мы вправе ожидать, что если даже в субатомных областях действительно проис­ходят столь «странные» явления, то при переходе к обыч­ным молекулярно-атомным расстояниям должен вновь вступать в силу запрет сверхсветовых скоростей.

Следовательно, для того чтобы нелокальная теория имела право на существование, необходимо доказать, что отказ от микропричинности не приводит к наруше­ниям макропричинности.

Однако именно в этом вопросе новая теория сталки­вается с весьма серьезными трудностями, так как строго

доказать положение, о котором идет речь, в общем виде пока не удается. Это может означать, что либо такое доказательство просто еще не найдено, либо новая тео­рия недостаточно совершенна, либо, наконец, что су­ществуют такие пока еще абсолютно неизвестные нам условия, при которых макропричинность действительно может нарушаться.

Разумеется, нелокальная теория весьма необычна с точки зрения устоявшихся физических представлений. Но именно такой и должна быть новая теория, претен­дующая па объяснение неизвестного.

Л что говорит по этому поводу эксперимент?

Петь некоторые физические соотношения (в частно­сти, так называемые дисперсионные соотношения), вы­вод которых существенно основан па предположении о том, что принцип причинности строго выполняется. Все физические величины, входящие в эти соотношения, можно измерить с достаточно большой точностью уже при современном уровне техники. Если бы оказалось, что соотношения, о которых идет речь, практически не вы­полняются, то это означало бы, что мнкропричинностъ действительно в чем-то нарушается.

Подобные эксперименты были не так давно прове­дены на ускорителе в Брукхейвепе. Выяснилось, что ре­зультаты измерений согласуются с физическими расче­тами не вполне точно. Следовательно, имеет место одно из двух: либо неверен эксперимент либо на расстояниях, меньших 10~н см, действительно имеют место нарушения принципа причинности (по крайней мере в той форму­лировке, которая была использована при выведении про­веряемых  соотношений).

Необходимы дальнейшие исследования, и очень воз­можно, что окончательный ответ па этот волнующий во­прос, имеющий чрезвычайно важное значение для разви­тия наших представлений о строении материн и законо­мерностях окружающего пас мира, будет получен уже в ближайшем будущем.

На протяжении этой книги мы не раз приводили са­мые смелые и оригинальные идеи и гипотезы, казалось бы, противоречащие здравому смыслу, т. е. всему тому, к чему мы привыкли. Появление таких идей и гипотез характерно для современного состояния науки.

Кто-то из историков естествознания условно разделил всех исследователей природы на реалистов и романти­ков. Первые признают только точно установленные, хо­роню проверенные факты, последовательно и терпели­во движутся от одного к другому. Вторые — постоянно стремятся к новому, неизведанному, они склонны к ори­гинальным обобщениям, смелым прогнозам. Они не боятся идти наперекор общепринятым научным пред­ставлениям…

Видимо, эти два типа ученых существуют не случай­но и не только потому, что есть люди с разными склон­ностями и различным строем мышления. Их породил сам процесс развития науки: и те и другие необходимы для ее успешного движения вперед.

Если тщательное и всестороннее освоение достигну­тых рубежей и постепенное, последовательное возведе­ние очередных ступеней лестницы познания составляет фундамент науки, то смелые теоретические догадки и захватывающие воображение невероятные идеи, какими бы фантастическими они порой ни казались, обладают колоссальной эвристической силой (т. е. способствуют открытию нового) и способны оказывать на процесс на­учного исследования существенное влияние.

В изучении Вселенной эти два подхода к исследова­нию природы особенно заметны. У некоторой части уче­ных существует явное стремление любой вновь открытый факт во что бы то ни стало объяснить с точки зрения надежно апробированных привычных теорий. Вероятно, в какой-то степени подобный подход является следст­вием господствовавшей не так давно в астрономии точки зрения, согласно которой все законы и закономерности физических явлений, происходящих во Вселенной, уже изучены настолько хорошо, что исходя из них можно чисто логическим путем построить модель любого кос­мического объекта и процесса его развития.

Однако само существование непредсказуемых, специ­фических явлений, т. е. явлений, которые невозможно было предвидеть, исходя из того, что уже известно (а при изучении Вселенной мы встречаемся с ними по­стоянно), показывает ограниченность подобного метода.

Действительно, в эвристическом отношении модели, построенные чисто логическим путем на базе известных фактов,   как  правило,   давали   лишь   незначительные результаты. Так, например, развиваемая подобным путем теория происхождения звезд в результате сгущения меж­звездного газа, по существу, не предсказала ни одного сколько-нибудь важного явления. Более того, открытые в последние годы нестационарные процессы оказались для подобной теории настолько большой неожидан­ностью, что ее сторонники долгое время просто отрицали их существование.

Если Вселенная неисчерпаема, а физические законы сводятся не только к чем, которые нам уже известны, то на первое место выдвигаются реальные факты, те про­цессы и явления, которые мы наблюдаем в космосе и ко­торые, как мы уже отмечали, во многих случаях нельзя предвидеть, исходя из одних лишь теоретических пред­посылок. В частности, в космических масштабах могут проявляться такие свойства материи, такие свойства эле­ментарных частиц, которые незаметны в обычных зем­ных условиях.

Поэтому для объяснения «неожиданных» результа­тов наблюдений паука вправе привлекать и «неожидан­ные» гипотезы, выходящие за рамки известных в настоя­щее время законов физики.

Определенный риск, разумеется, есть, но он вполне оправдан. «Невероятные» идеи уже не раз приводили к выдающимся результатам. Во всяком случае новейшие открытия в астрономии все в большей и большей сте­пени подтверждают справедливость именно такого под­хода к изучению Вселенной.

Разумеется, для того, чтобы «создавать» «безумные* идеи, необходимо прежде всего освоить весь предыду­щий объем знаний. Кроме того, по всем должно соблю­даться чувство меры. Одно лишь «безумство» идеи само по себе еще не может служить свидетельством ее плодотворности. В фундаменте любой идеи, даже самой экстравагантной, всегда должны лежать реальные фак­ты. Но, разумеется, и одних фактов, пусть даже самых удивительных, еще мало для того чтобы родилась новая теория. Теории не рождаются сами собой — их создают люди. В науке нередко бывает так, что все необходимые факты налицо, а соответствующая теория создается лишь много лет спустя. Создается тогда, когда появ­ляется человек, способный это сделать. Опыты Майкель­сона, которые легли в основу теории относительности, были сделаны в 80-х годах прошлого столетия. Но эта теория была создана лишь в начале XX столетия, когда появился Эйнштейн.

Современные астрономия и физика находятся в ожи­дании новых обобщающих теорий. И очень возможно, что все необходимые наблюдательные и эксперимен­тальные данные для этого уже есть. Дело за теорети­ками…

В одной из первых глав этой книги мы говорили, что согласно подсчетам ученых в современную эпоху объем научной информации, которой располагает человечество, удваивается примерно за каждое десятилетие. Это зна­чит’, что в ближайшие десять-пятнадцать лет нам пред­стоит стать свидетелями открытий, достижений и корен­ных преобразований научных представлений, равных по значению всему тому, что произошло в естествознании за все предшествующие долгие века.

А произошло ведь немало. Только в области астроно­мии и физики — это революционное учение Коперника, геометрия Лобачевского, теория относительности Эйн­штейна, квантовая механика, теория происхождения Земли и планет, гипотеза кварков, кибернетика, откры­тие звездных ассоциаций и квазаров и многое-многое другое…

Революция в физике, которая произошла па рубеже XIX и XX вв., в основных чертах уже завершилась. Ус­пехи физики нашего времени — результат применения уже известных теорий. И хотя революция в физике еще продолжается в форме проникновения физических ме­тодов в другие науки, роль лидера естествознания, воз­можно, переходит к какой-то другой науке.

Немалые шансы сделаться в ближайшие годы таким лидером имеет астрономия, ибо именно астрономические наблюдения приносят нам наиболее частые сообщения о совершенно новых объектах, попытки объяснения кото­рых с точки зрения фундаментальных физических теорий встречаются с огромными, быть может, принциальными трудностями.

Каскад открытий ждет нас в недалеком будущем. Возможно, эти открытия будут связаны с фактами, ко­торые еще предстоит обнаружить и которые пока еще мы не можем предвидеть даже приблизительно. Но не

исключено, что факты, необходимые для создания прин­ципиально новых теорий, в распоряжении современной науки уже имеются и дело только за новыми идеями. Ближайшее будущее покажет.

Ведь это будущее — космическое будущее и оно уже не за горами. Как сказал в одном из своих выступлений президент Академии паук СССР академик М. В. Келдыш:

«Надо полагать, что пройдет не так много времени, и люди достигнут других планет, узнают очень многое о неживой и живой природе других миров. Наступит и такое время, когда ракеты проложат линии межпланет­ных сообщений; все зависит от развития техники и в первую очередь от наращивания новых энергетических возможностей.

Мог ли кто-либо предполагать, скажем, сотни пли тысячу лет назад, когда люди на плотах или парусни­ках переплывали с одного острова или с одного конти­нента на другой, что между континентами будут ходить караваны судов с нефтью и другими грузами? Также и сейчас трудно предсказывать все последствия разви­тия космической техники, но принципиальные возмож­ности здесь уже открыты».