В ПОИСКАХ

Живой интерес вызвала у читателей из разных стран опубликованная в прошлом номере "Кругозора" статья московского физика-теоретика Александра Рабиновича "Над пропастью во лжи". Да это и  понятно - член редколлегий двух престижных научных журналов: американского "Applied Mathematics" и английского - "International Journal of Latest Trends in Mathematics", автор неординарных работ, учёный занимается исследованиями роли электромагнитных полей в возникновении аномальных явлений природы; изучением фундаментальных вопросов общей теории относительности и космологии. Словом, как написал в комментарии на форуме "Кругозора" один из читателей, "проблемами цивилизационного масштаба".  

Совсем недавно в Москве вышла интересная монография Александра Рабиновича "Математические основы малоизученных аномальных физических явлений: Нелинейная электродинамика. Ядерная физика. Общая теория относительности. Космология".

Поздравляя автора с очередным творческим достижением  http://urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=Ru&blang=ru&page=Book&id=165494 , "Кругозор" публикует беседу с ним писателя Веры Чайковской, удовлетворяя тем самым пожелания читателей узнать побольше об открытиях этого незаурядного российского учёного.

Вера Чайковская - писатель, искусствовед, кандидат философских наук. Ведущий  научный  сотрудник Института  теории и  истории  изобразительного  искусства  РАХ. Автор  многих  книг  и  статей  по  искусству, а  также  сборника  прозы  "Божественные  злокозненности"  ("Молодая  гвардия", 2004).  В  том  же  издательстве  в  2010  году   в малой  серии ЖЗЛ вышел "Тышлер.  Непослушный  взрослый".  В  издательстве "Искусство-21 век" в будущем году должен выйти "Карл  Брюллов" (в  серии  "роман-биография"). Живет  в  Москве.

Крутой поворот

  - Твой путь в теоретическую физику был не простым. Почти до середины 80-х ты был занят решением задач по механике упругих тел и добился интересных результатов. 
     Почему произошел поворот? 
     Есть ли какая-то внутренняя связь между этими задачами механики и ядерной физикой, астрономией, космологией и всем тем, чем ты занимаешься в последние годы?

- Пожалуй, особой связи нет. Но, занимаясь очень трудными, нелинейными задачами теории упругости, я впервые поверил в свои силы…

- Я знаю, что в теории упругости ты решал уравнения каким-то фантастическим образом. Тебя как бы осеняло. И некоторые уравнения физики, на первый взгляд, не решаемые, ты решаешь таким же "чудесным" способом - наитием, угадыванием. Может быть, в этом общее?

- Способ решения тех уравнений теории упругости дался мне с большим трудом. После трех лет непрерывных поисков. И впоследствии оказалось, что этот способ носит достаточно общий характер. Переход же к теоретической физике был для меня как бы изначально запрограммирован. Еще с первого курса на моем столе лежала книга Эйнштейна "Сущность теории относительности". Но я начал ее по-настоящему изучать только через много лет. И она стала моей главной книгой.

- В этой связи возникает вопрос. Ты необычайно широк в своей работе над проблемами современной физики. И в твоих статьях и книгах появляются имена Эйнштейна, Лобачевского, Юкавы, Дирака, Янга и Миллса, Вейля. В их теории ты вносишь какие-то новые элементы, расширяя и уточняя диапазон их действия. Почему все же ты выделяешь Эйнштейна и считаешь себя его наследником и продолжателем?

- Пожалуй, только Эйнштейну удалось в полном объеме реализовать дедуктивный метод в современной физике. По-другому его можно назвать аксиоматическим.

- В современном сознании он, кажется, ассоциируется с Шерлоком Холмсом?

- Именно так! Этот метод состоит в том, что исследователь исходит из неких общих положений. И затем выводит на их основе конкретные следствия.

- Например?

- Эйнштейн после многолетних размышлений сформулировал систему неких аксиом, или принципов. И вот, исходя из них, он выводил следствия, не боясь возникающей парадоксальности.

- Хоть одну аксиому Эйнштейна назови!

- Например, в общей теории относительности - принципы равенства инертной и гравитационной масс, верности гравитационных уравнений в любых координатах. При этом заранее нельзя было сказать, будет ли построеннная теория соответствовать экспериментальным данным. Надо было обладать решимостью и верой в свои силы, чтобы потратить многие годы на разработку теории с непредсказуемым финалом. Но в результате эйнштейновская теория сошлась с экспериментами.
     Много ли современных ученых способно на такой научный подвиг?

- Чего-то я не понимаю. А как действуют современные физики? Какой у них метод?

- Современные физики, даже те, которые широко используют уравнения Эйнштейна, мало что переняли из его научного метода. Они думают: Как это я поставлю себя на одну доску с Эйнштейном и сформулирую нечто новое? Да еще с непредсказуемым результатом?
     Они используют индуктивный метод - противоположный эйнштейновскому. Строят множество математических моделей - в надежде, что хоть какая-то когда-нибудь и где-нибудь совпадет с имеющимися данными.

- Метод "тыка"?

- По большому счету, - именно так! Правда, имеются некоторые принципы самого общего плана, которыми современные физики руководствуются.   
     Например, новая модель должна согласовываться с теорией относительности. И должна выводиться из принципа наименьшего действия. 

- Что за принцип?

- Он состоит в том, что должно существовать некое выражение, минимальное значение которого описывает поведение физической системы.

- Что тебя не устраивает?

- Таких выражений можно построить бесчисленное множество. Возникает тяжелая проблема выбора единственного из них.

- А современные ученые ищут единственное решение? Им нужно найти соответствие с фактами и реальностью?

- В принципе, конечно, нужно. Но, как правило, это их мало беспокоит. Во-первых, уравнения многих современных моделей очень трудно решить. А во-вторых, во многих случаях затруднительно поставить эксперименты, проверяющие эти модели.

- То есть произошел отрыв физики от природы? От задавания ей вопросов?

-  Да! Теоретическая физика превратилась в раздел математики.
     Это очень импонирует чистым математикам. И вызывает большое раздражение физиков-практиков.

- Я слышала про твой разговор с директором института физики атмосферы. Разговор, как сейчас говорят, "знаковый". Ты сказал, что занимаешься загадочными явлениями в атмосфере. А он на это: "В атмосфере никаких загадок нет".

- Этот ответ - типичен для ученых в академических институтах. Им кажется, что классическая физика практически завершена и в принципе объясняет все явления в окружающей нас природе. Я с этим категорически не согласен.

Непроторенными путями

- В какой мере классическая физика позволяет ставить новые вопросы? 
Зачем ты обращаешься к Дираку, Юкаве, Янгу и Миллсу, Эйнштейну, Лобачевскому, Вейлю? Их идеи не исчерпаны?

- Когда я только приступал к занятиям классической физикой, мне, как и многим, казалось, что ее здание практически полностью построено. И трудно найти в ней достаточно новый предмет для изучения. Однако вскоре я убедился, что даже в эйнштейновской теории относительности есть ряд малоизученных вопросов.

- Это в той, которая сейчас канонизирована?

- Да, а также в основанной на ней космологии, где есть целая область нерешенных проблем. Затем я с удивлением обнаружил, что такая почтенная наука, как ядерная физика, является почти исключительно экспериментальной. Теоретический базис ее крайне скуден.

- Какого теоретика-классика в этой области ты стал развивать? 

- Замечательного японского физика ХХ века Хидеки Юкаву.
     Он в 1935 году предложил изящную теорию для описания ядерных сил. Она позволила предсказать существование и массу пиона - переносчика ядерного взаимодействия. Это было экспериментально подтверждено.
     Юкава получил за свое открытие Нобелевскую премию. Но в дальнейшем возникли серьезные противоречия с экспериментальными данными. В результате от теории Юкавы практически полностью отказались. Но взамен ничего лучшего не дали.

- А тебе удалось реанимировать эту теорию?   

- Да, в середине 90-х годов. Я предпринял авантюрную попытку найти нелинейное обобщение теории Юкавы. Чтобы согласовать ее с экспериментальными данными. И неожиданно попытка удалась. Помог один простой принцип, который я сформулировал…

- Что за чудодейственный принцип, позволивший уже вышедшую из употребления теорию - оживить?  

- Этот принцип касался физического смысла ядерного потенциала. Я его трактовал как потенциальную энергию протонов в ядерном поле. И вот он привел к нахождению нового нелинейного обобщения уравнения Юкавы.
    
- Я так понимаю, что в выдвижении принципов, которые соответствуют природным закономерностям, - ты идешь за Эйнштейном? Ты ведь уже об этом говорил!
     
- Да, дедуктивный метод Эйнштейна для меня всегда был путеводной звездой. Я всегда верил в его действенность.
    
- А что же природа? Каково соответствие с экспериментами?
  
- Соответствие удивительно удачное! Я применил найденное обобщение уравнения Юкавы для вычисления дефекта масс и радиусов ядер.
     И совпадение с экспериментальными данными оказалось очень хорошим.
     
- Мне не ясно, что означает дефект масс?
     
- Как было давным-давно выяснено, масса атомных ядер несколько меньше суммы масс протонов и нейтронов, из которых они состоят. Это различие и называется дефектом масс. Оно не нашло никакого количественного объяснения в рамках прежней теории Юкавы.
    
- А еще какие физические теории ты развивал?
   
- Например, теорию Дирака.

- Прости, но из какой он был страны?

- Англия. Он предложил в 1928 году замечательную теорию электрона, нашедшую блестящее экспериментальное подтверждение. Его уравнения носят достаточно общий характер. Однако оказалось, что они неприменимы к описанию других частиц.
     
- Каких?
    
- Например, протона и нейтрона. По той простой причине, что они имеют аномальный магнитный момент. А он отсутствует в теории Дирака.
   
- Кто-нибудь развил теорию Дирака в нужном направлении?
     
- Да. Она получила интересное развитие. Но этот подход содержит существенные дефекты.
     Во-первых, величина аномального магнитного момента в нем не определяется теоретически. Этот момент просто вставляется в уравнения в качестве экспериментального коэффициента.
     Во-вторых, такие уравнения не отражают внутренней структуры протонов и нейтронов.
    
- А в современной теоретической физике эта теория продолжает действовать?
     
- Да, она считается верной. И применяется для описания ряда частиц.
   
- Каковы же твои добавления? Они -то позволяют определить магнитные моменты?
     
- Да, я предложил иное обобщение уравнений Дирака. Магнитные моменты протона и нейтрона в нем определяются теоретически, а не простой подстановкой.
    
- А как насчет структуры этих частиц?
     
- Наличие внутренней структуры протона и нейтрона - их удивительная особенность. Казалось бы, нейтрон, являясь нейтральной частицей, вообще не должен взаимодействовать с магнитным полем и иметь магнитный момент.
     Но на самом деле он с ним взаимодействует и довольно ощутимо. А это указывает на наличие заряженных образований внутри него.
    
- На структуру?
    
- Да, на структуру!
     Это в свое время привело знаменитых физиков Мюррея Гелл-Манна и Джорджа Цвейга к идее кварков - составных частей протонов и нейтронов, а также ряда других частиц, называемых адронами.
     
- Но тогда мне вообще ничего непонятно! Почему же современная ядерная физика не учитывает структуру частиц? Если были уже кварки Гелл-Манна и Цвейга?
     
- Она, конечно, учитывается в моделях протона и нейтрона. Но не в квантовых уравнениях для описания этих частиц и их аномальных свойств.    

- Вот мы и дошли до аномалий. Как я понимаю, твоя "фишка" именно в интересе к аномальным явлениям?
    
- Да, мой интерес к аномальным явлениям особенно пробудился после знакомства с теорией Янга и Миллса.
   
- Почему?
    
- Тут следует сказать несколько слов об этой теории. Она была предложена в 1954 году и предназначалась для описания некоторых гипотетических микрочастиц с так называемым изоспином. Однако мне сразу бросилось в глаза, что она самое естественное нелинейное обобщение классической электромагнитной теории Максвелла.
    
- Это только тебе бросилось в глаза?
     
- Конечно, не только мне. Но, пожалуй, только я предпринял попытку исследовать ее в этом русле.
     
- А что, Максвелл устарел?
     
- Теория электромагнетизма Максвелла - одна из самых глубоких и замечательных теорий физики вообще. Причем она блестяще экспериментально подтверждена. Однако существует множество явлений, не находящих никакого объяснения внутри этой теории.
    
- Например?
     
- Самый простой пример, и при этом самый сложный для объяснения, - шаровая молния. Все попытки объяснения ее удивительной устойчивости оканчивались полной неудачей.
    
- Что имеется в виду под устойчивостью?
     
- Время ее жизни может достигать довольно ощутимой величины - порядка нескольких минут. В то же время в классической электростатике есть знаменитая теорема английского ученого Ирншоу, согласно которой устойчивое существование заряженных тел в состоянии равновесия - невозможно.
    
- То есть шаровая молния - фикция? Обман чувств?
     
- Так хотели бы думать многие противники аномальных явлений. Однако - она широко известна и с ней сталкивались многие люди.
    
- Но ведь и с неопознанными летающими объектами сталкивались многие люди!
  
- Ряд ученых, и я в том числе, склоняются к мысли, что неопознанные летающие объекты и шаровая молния - явления одной природы.
    
- Так все-таки эти аномальные явления как-то можно объяснить? С точки зрения науки, а не лжеучений?

- Эти аномальные явления показывают некоторую ограниченность классической теории Максвелла. Она, безусловно, справедлива в огромном числе случаев. Но существуют некоторые явления, которые выходят за ее рамки.
    
- Может быть, ее нужно как-то видоизменить, - то, что ты сделал с уравнением Юкавы?
     
- Да, но на этот раз новая теория уже существовала. Как я уже говорил, нужно было обратиться к теории Янга и Миллса. Она как раз дает естественное нелинейное обобщение теории Максвелла.
    
- К чему тут свелась твоя роль?
     
- Я стал исследовать сложнейшие уравнения этой теории. И получил ряд новых точных решений.
    
- Я уже отмечала твою способность решать "нерешаемые" уравнения. Это уже из области математики. Тут нужно воспользоваться интуицией, озарением, - иначе кажется, что решить невозможно. Это твое ноу-хау. Тут было нечто похожее?
     
- Здесь тоже удалось применить неожиданный прием. И он привел к решению казалось бы нерешаемых уравнений.
     
- А что же из этих уравнений следует?
     
- Полученные решения уравнений Янга-Миллса оказались удивительными. При не слишком больших зарядах они практически не отличались от классических максвелловских. Но если заряд достигает весьма большой величины, - то возникает серьезное отличие. При этом становятся возможными устойчивые состояния заряженных тел.
     
- Ах, это то, что отрицал Ирншоу?
     
- В данном случае теорема Ирншоу не выполняется. Кстати, применение найденного решения для оценки максимального размера шаровой молнии - привело к правильному результату!
     
- Это очень важно! Значит, эта теория согласуется с живой практикой, с наблюдениями. А где еще можно применить решения уравнений Янга-Миллса?
     
- Интересный вопрос. В широких областях: в изучении атмосферы Земли, природы земного магнетизма, загадочных инверсий магнитных полюсов Земли и Солнца, тайн глубин океанов…
    
- Хватаюсь за последнее утверждение. Что за тайны глубин океанов?
     
- Удивление вызывает существование живых организмов, в частности, рыб, - на дне океанов. Ведь, казалось бы, при таких гигантских давлениях от этих существ должно остаться одно мокрое место. Ни один живой организм не может выдержать таких давлений (порядка 1000 атмосфер).
    
- Так что же там происходит на самом деле?
     
- Это означает только одно, - такие давления получаются по классической теории, а не в реальности. Применение теории Янга-Миллса как раз и позволило объяснить наличие жизни на дне океанов.
   
- А еще примеры применения теории Янга-Миллса?
     
- Недавно я со своим аспирантом разработал новую модель ионосферы Земли, основанную на полученном мною решении уравнений Янга-Миллса. Эта модель оказалась в хорошем согласии с экспериментальными данными. Тогда как классическая стандартная модель дает отклонения от экспериментов, доходящие аж до 100%.

От Эйнштейна к Вейлю
    
- Мне хочется вернуться к Эйнштейну. Он - твоя путеводная звезда в научной методологии. Но, как я знаю, ты и в его теорию внес некоторые изменения. С чем это связано?
    
- Замечательная общая теория относительности Эйнштейна - яркий пример внутренней гармонии, нашедшей убедительные экспериментальные подтверждения. Но находится целый ряд астрономических и космологических явлений, которые эта теория не описывает.
    
- Все те же милые "аномальные" явления?
     
- В известной мере так. Это, например, целый ворох проблем космологии, удивительные свойства спиральных галактик и другие проблемы астрофизики.
    
- А что удивительного в спиральных галактиках?
     
- Во-первых, их спиральная структура, которая не получила достаточно убедительного объяснения. Во-вторых, по какой-то неизвестной причине старые звезды концентрируются преимущественно около центра галактик. А молодые - на их периферии. В-третьих, как оказалось, чем старее спиральная галактика, тем меньше размах ее спиральных рукавов-ветвей…
    
- Это все необъяснимо с позиций общей теории относительности Эйнштейна?
   
- Да, необъяснимо. Более того, такие особенности галактик свидетельствуют об их эволюции. А это в эйнштейновской теории и вовсе никак не описывается.
     
- Как я знаю, устранить эти противоречия и нестыковки теории относительности тебе помогла геометрия выдающегося немецкого математика Германа Вейля. Ты и его теорию сумел реанимировать?
   
- Теория Вейля была им опубликована в 1918 году, всего через два года после появления эйнштейновской общей теории относительности. Если Эйнштейн в своем описании гравитационного поля основывался на геометрии Римана, то теория Вейля основывалась на иной геометрии. Она естественным образом обобщала геометрию Римана и получила название вейлевской. Красота теории Вейля поразила многих ученых. В том числе и Эйнштейна.
   
- Он ее признал?
     
- Нет, он пришел к выводу, что она не соответствует реальности.
    
- А как современные ученые относятся к теории Вейля?
     
- Большинство современных ученых разделяет точку зрения Эйнштейна.
    
- Как же тебе удалось "оживить" теорию Вейля?
     
- Я также понимал, что теория Вейля не соответствует реальности. Приводит к неверным результатам. Но меня не могла оставить равнодушным красота геометрии Вейля.
    
- Для тебя красота - один из аргументов истинности?
  
- По существу, все великие теории красивы.
    
- Это античный постулат. Сейчас бы с тобой поспорили.
    
-  Так вот, я стал искать причины, почему такая красивая геометрия приводит к столь плачевным результатам.
    
- Неужели нашел?
     
- Думаю, что да! Причина крылась в принципе наименьшего действия, на который опирался Вейль. Кстати, так же, как Эйнштейн. Я уже об этом принципе упоминал.
    
- А что плохого в этом принципе? Тем более, что и Эйнштейн на него опирался, да и наш Обломов старался ему следовать.
     
- Во-первых, в рамках теории гравитации Эйнштейна принцип наименьшего действия запрещает геометрию Вейля. Именно поэтому Вейль построил теорию, резко отличающуюся от эйнштейновской. Что и не соответствовало экспериментам. Вот я и решил отказаться от принципа наименьшего действия. Но сохранил геометрию Вейля.
    
- И что же, с помощью такого "усечения" ты объяснил свойства галактик, необъяснимые с позиций Эйнштейна? И загадки космологии?
    
- Мне удалось построить теорию, в которой принцип наименьшего действия все же справедлив, но только когда рассматриваются не слишком большие интервалы времени.
    
- Что-то очень знакомое. Это ведь и у Эйнштейна уже было - все менялось из-за больших скоростей. При каких же временных интервалах все меняется тут?
   
- При огромных, а именно космологических интервалах порядка миллиардов лет. Получившаяся теория практически не отличается от эйнштейновской при обычных временных интервалах. Но как только мы переходим к эволюционным процессам в галактиках и космологии, - возникает отклонение от Эйнштейна.
   
- А что же получается, что прежняя космология, основанная на Эйнштейне, не верна? Ведь в космологии все временные интервалы, как я понимаю, огромны?
     
- Я глубоко убежден в том, что современная космология в большой степени ошибочна. Это, в частности, проявляется в том, что она не может объяснить поток новых астрономических данных.
    
- Это каких?
    
- Например, все, что связано с темной материей и с темной энергией.
    
- Знакомые термины. Очень распространены в масс-медиа.
    
- Одним из основных положений современной космологии, основанной на теории Эйнштейна, является идея о расширении пространства.
   
- Пресловутое разбегание галактик?
     
- Да, именно оно! Но эта идея сталкивается с трудноразрешимыми проблемами.
     Раньше считалось, что расширение пространства происходит с замедлением из-за силы гравитации. И в этом никто из космологов не сомневался. Однако астрономические наблюдения последних лет показали, что на самом деле расширение происходит с ускорением. И это поставило космологов в тупик. Чтобы хоть как-то преодолеть возникшие трудности, - они ввели "темную энергию" в космологические модели. Но ее свойства оказались неправдоподобными. И ни одной частицы этой материи не было обнаружено!
    
- Еще одно "головное" схоластическое построение!
    
- И притом теория плетется за фактами, вместо того, чтобы их опережать!
   
- Какие решения предлагаешь ты? И помогает ли тут вейлевская геометрия?
    
- Я скажу чудовищную вещь. Я никогда не верил в разбегание галактик.
    
- А астрономические данные? Разве они не свидетельствуют о разбегании?
   
- Астрономы видят не разбегание, а красное смещение спектра света от далеких галактик. Но его можно интерпретировать по-разному. Как выяснилось, предложенное мной обобщение эйнштейновской теории на основе геометрии Вейля легко объясняет это красное смещение. При этом расширение пространства оказывается кажущимся эффектом. Более того, его мнимое ускоренное расширение также находит объяснение в рамках новой космологической теории. И не нужна никакая "мистическая" темная энергия.
    
- В самом деле, сплошные "темные силы"!
     
- К тому же, моя теория, основанная на геометрии Вейля, позволяет объяснить и эволюционные свойства галактик.
    
- А, это то, что не было объяснено в теории относительности Эйнштейна?
     
- Именно так.
   
- Я знаю, что почти все то, что ты здесь рассказывал, опубликовано в крупных научных журналах.
   
- Да, таких как International Journal of Theoretical Physics, Classical and Quantum Gravity, Physics Letters B, Russian Journal of Mathematical Physics, Russian Physics Journal и в ряде других широко известных физических журналов, а также в моей книге: Alexander S. Rabinowitch. "Nonlinear Physical Fields and Anomalous Phenomena", Nova Science Publishers, New York, 2009.
    
- Мне хочется как-то подытожить нашу беседу, увидеть нечто общее в широком спектре научных интересов, идей и открытий.
    Во-первых, мне импонирует некий гуманитарный запал. Речь идет о загадках окружающей нас природы, "о звездном небе над головой", которому удивлялся еще Кант. Главным импульсом научного поиска становятся эти загадки, а не схоластическое построение "головных" математизированных моделей.
     Во-вторых, новая физика строится на основе классических теорий, которые ты или "оживляешь" (как теории Юкавы, Дирака, Янга-Миллса, Вейля) или стряхиваешь с них глянец "неприкасаемости" (как в случае с канонизированной теорией Эйнштейна).
     В третьих, во всех случаях прослеживается общее движение мысли - новая физика возникает при переходе неких количественных барьеров - больших потенциалов, огромных зарядов, космологических интервалов времени. Тут блестяще подтверждается гегелевский закон о переходе количества в качество.
     В-четвертых, мне кажется, все эти разные стороны мироздания, которыми ты занимаешься, - от ядерной физики до космологии - объединяет то, что древние греки называли "гармонией сфер", - некая красота, которую ты ищешь в теориях, уравнениях, решениях.