Аруцев Олександр Артемович, Єрмолаєв Борис Валерійович, Кутателадзе Іраклій Отарович, Слуцький Михайло Семенович
У руслі декларованою "методології" моделювання гіпотеза С. Берковича представляє особливий інтерес з кількох точок зору:
- Пропонована модель дозволяє з інших (більш глибоких) позицій дослідити неминучі дивацтва мікросвіту і існуючі парадокси сучасної фізики;
- Гіпотеза досліджує можливості здійснення зв'язку між, здавалося б, явищами різної природи в рамках єдиної моделі;
- Запропонований підхід по-новому дозволить подивитися на інформатику, можливості природничо "освоєння інформаційних ресурсів";
- Концепція найбільш яскраво демонструє можливості самої методології моделювання, як головного інструменту пізнавального процесу.
Модель. Припустимо, що існує маленький лічильник. Не важливо, що вважає цей прилад. Тому що нічого ще немає. Ні кілограмів, ні сантиметрів, ні вольт або ампер, ні просто елементарних частинок, які підраховуються сучасними приладами. Мова йде про лічильник взагалі. Про ідею лічильника. Якоїсь абстрактної сутності, яка веде рахунок не матеріальних величин, а ідеальних. Умовно можна сказати, що йде рахунок звичайних цілих чисел - один, два, три ... і так до ста, або тисячі, або, наприклад, до 255 - словом, до якогось цілого числа Z, після чого рахунок починається спочатку. Для наочності можна собі уявити, що цей лічильник схожий на годинник. Стрілка оббігає коло по циферблату і починає вважати спочатку.
Далі нехай існує кілька точно таких же "годин", але показують різний час: одні попереду, припустимо, на двадцять хвилин, а інші відстають, припустимо, хвилин на сорок. Як у такому разі дізнатися, котра година? Розумніше за все зіставити показання всіх "годин" і обчислити середнє, після чого на всіх підвести стрілки. Підводити стрілки нікому, але між "годинами"-лічильниками є інформаційний зв'язок: кожен даний лічильник знає показання сусідніх і прагне підлаштуватися до них. Тобто якщо даний лічильник попереду своїх сусідів, то він уповільнює біг стрілки, даючи їм можливість себе наздогнати, а якщо він відстає, то прискорює, наздоганяючи їх. Якщо лічильників трохи, то їх свідчення дуже скоро вирівняються і всі вони стануть показувати одне і те ж "час" (будуть знаходитися в одній фазі). Але якщо таких лічильників дуже багато, то повного вирівнювання фаз не відбудеться ніколи: адже поки даний лічильник підлаштовується під своїх сусідів, ті, у свою чергу, підлаштовуються під інших. А це означає, що з інформаційних мереж, якими сполучені лічильники, постійно відбувається обмін інформацією, постійно переміщається якась інформаційна активність.
Така суть ідеї, яку Беркович поклав в основу своєї моделі фізичного світу. Вона може бути виражена однією фразою: матеріальний світ - це динаміка синхронізаційними активності в мережі інформації, якої пов'язані між собою лічильники. Решта - справа техніки. Беркович склав рівняння, що описує поведінку цієї мережі, і приступив до дослідження його рішень.
"Матерія зникла, залишилися одні рівняння", - колись обурювався В. І. Ленін з приводу гносеологічних концепцій Маха і Авенаріус. У рівнянні Берковича матерія теж "зникає", вірніше, вона виявляється не первинної субстанцією, а похідним продуктом, що виникають у процесі передачі інформації. Якщо його концепція в кінцевому рахунку підтвердиться, то можна буде, перефразувавши біблійний вислів, сказати, що на початку було число!
Ми живемо у світі, заповненому рухомою матерією. Ми знаємо, що Земля рухається навколо Сонця і навколо своєї осі. Вітер - це рух повітря, хвилі і течії в океані або річці - це рух води. Бігають або плазують тварини, літають птахи, в горах відбуваються обвали ... Ми самі постійно рухаємося - або на власних ногах, або на винайдених нами апаратах: літаках, автомобілях, велосипедах.
Між тим давньогрецький філософ Зенон, проаналізувавши саме поняття "рух", прийшов до висновку, що його неможливо. Рух внутрішньо суперечливе, бо рухатися - означає бути в якомусь місці простору й у той же час не бути в ньому. Зенон вважав, що рух "є тільки назва, дана цілому ряду однакових положень, з яких кожне окремо взяте є спокій". Погляди Зенона представлялися абсурдними, вони суперечать нашій буденній досвіду. Але чому ж абсурдні погляди, висловлені дві з половиною тисячі років тому, до цих пір не забуті? Адже погляди Зенона живі, вони продовжують нас зачіпати. Чи не тому, що в цьому "абсурд" все-таки щось є?
Відповідно до моделі світу, пропонованої Беркович, в основі всього сущого лежить не рух матерії, а передача інформації. Пряма аналогія цьому - світлова реклама. На табло в певному порядку спалахують і гаснуть лампочки. Вони нерухомі, але утворюваний ними малюнок переміщається і створює ілюзію руху. "Біжить" по табло текст, "летить" чайка, падають каскади води, імітуючи Ніагару ... Все це лише ілюзії, породжені майстерною роботою светодізайнера. Так, може бути, Зенон прав: те, що ми вважаємо рухом матерії, є всього лише передача інформації, включення і виключення в певному порядку якихось "лампочок"?
Що грає роль лампочок? Щоб відповісти на це питання, Беркович повернувся до уявлень фізиків кінця минулого століття. Коли Максвелл відкрив електромагнітне поле, фізики не сумнівалися в тому, що існує середовище, через яку поширюються електромагнітні хвилі. Це середовище назвали ефіром. Проте виявити ефір не вдавалося: у нього не виявилося ні маси, ні заряду, ні опору, ні інших властивостей, які можна було б зареєструвати якими-небудь приладами. Врешті-решт був поставлений знаменитий дослід Майкельсона, який показав, що світло рухається з постійною швидкістю незалежно від того, чи наближається до спостерігача джерело світла чи ні. Цей досвід перевернув багато уявлень. Зокрема, з нього випливало, що гіпотетичний ефір не захоплюється рухомим через нього тілом (як, наприклад, захоплюється повітря), але в той же час ефіру не можна приписати таку властивість, коли захоплення рухомим крізь нього тілом дорівнює нулю.
Теорія ефіру завела науку в глухий кут. Геніальність Ейнштейна полягала саме в тому, що він відкинув подання класичної фізики (включаючи і теорію ефіру) і пояснив факти з абсолютно інших позицій. З тих пір про ефір намагаються не згадувати. Тим часом проблема залишилася, бо якщо немає ефіру, то як же все-таки світло та інші електромагнітні сигнали рухаються в нескінченному просторі Всесвіту? Фізики зійшлися на тому, що така властивість простору. Але це лише інше формулювання проблеми, а не її вирішення.
Вивчення робіт Ейнштейна показує, що, хоча він і відмовився від використання ефіру в своїх побудовах, але зовсім не заперечував його існування. Він лише зазначив, що ефір "не володіє властивістю руху". Гіпотеза Берковича пояснює, що це означає: достатньо уявити собі ефір у вигляді "лампочок", які, залишаючись на місці, спалахують і гаснуть у певній послідовності. Питання, захоплюється це середовище рухомим тілом або не захоплюється, безглуздий, тому що ніякі тіла крізь неї не рухаються - переміщається лише інформація. Отже, немає ніякого парадоксу в тому, що увлекаемость ефіру неможливо описати будь-якої величиною, включаючи і нульову. Це середовище, "не володіє властивістю руху". Різниця це фундаментально.
У рамках концепції Беркович дає пояснення як одні й ті ж одиниці матерії можуть бути і частинками, і хвилями. Електрон може обертатися навколо ядра атома з кількох орбітах. Сприйнявши додаткову порцію енергії, він перескакує на більш віддалену орбіту; випустивши квант енергії, навпаки, переходить на ближню. Однак фізики до цих пір не могли відповісти на питання, як відбувається цей перехід. Здавалося б, електрон повинен переміщатися з орбіти на орбіту з якоїсь траєкторії, однак рівняння квантової механіки дають інше: електрон як би зникає з однієї орбіти і знову з'являється на інший. Модель Берковича показує, як саме це відбувається. Електрон дійсно зникає з однієї орбіти і ніби воскресає на інший. У проміжку він існує не як частинка, а тільки як хвиля. До цього можна додати, що час трансформації всього 10-24 с.
Одна з груп рішень рівняння графічно виражається у вигляді безлічі спіралей. Якщо рахунок прискорюється, то активність вздовж спіралі наростає, а якщо сповільнюється, то убуває. При цьому виявляється, що і наростання, і спадання інформації підпорядковані одним і тим же математичним законам експоненти.
Серед особливостей цієї кривої - те, що вгору вона злітає дуже круто, а вниз опускається порожнього. Ця особливість відповідає одному з найбільш фундаментальних фактів мікросвіту: колосальному відмінності в масі заряджених елементарних частинок при рівності абсолютної величини заряду. Негативно заряджена частинка, електрон, має приблизно у дві тисячі разів меншу масу, ніж позитивно заряджена частинка - протон. Коли ці факти були встановлені вперше, вони сильно спантеличили фізиків. Згодом до них звикли, але причина відмінності в масі між електроном і протоном так і залишилася непоясненної. Гіпотеза Берковича дає відгадку: протону відповідає зростання експоненти, а електрону - зменшення.
Якщо ж уявити собі таку конфліктну ситуацію, коли лічильнику доводиться і прискорювати, і сповільнювати рахунок з-за протилежною інформації, одержуваної від сусідніх лічильників, то графічно вона може бути виражена шляхом складання зростаючій і зменшення експонент. Вийде крива, відповідна третьою з основних елементарних часток - нейтронів. Стає ясно, чому нейтрон електрично нейтральний і чому маса в нього трохи більше, ніж у протона. Зрозуміла і причина відносної нестійкості нейтрона: у вільному стані він через деякий час розпадається на протон і електрон.
Правда, при розпаді нейтрона виділяється ще одна частинка, надмалих і електрично нейтральна - нейтрино. Звідки вона береться? Беркович пояснює її появу інформаційними взаємодіями другого порядку.
До цих пір ми розглядали таку ситуацію, коли даний лічильник підлаштовується тільки до своїх найближчих сусідів. Але він може взаємодіяти також і з сусідами своїх сусідів, тільки ступінь впливу тут істотно слабша. Такий обмін інформацією, згідно з висновками Берковича, описується синусоїдою. Їй і відповідає нейтрино.
Якщо піти ще далі, то можна переконатися, що повинна існувати частка нейтрино-2, у багато разів менша, ніж нейтрино-1. І має бути нейтрино-3, менше, ніж нейтрино-2. Коли Беркович теоретично розрахував існування цих супермалих частинок, він вирішив, що наткнувся на протиріччя, яке спростовує його гіпотезу. Однак, порившись в літературі, він виявив, що фізикам відомі як раз три види нейтрино, але другий і третій були відкриті вже після того, як він сам відійшов від фізики (закінчивши МФТІ Беркович багато років займався дослідженнями в області інформаційних систем управління).
Вельми цікаво гіпотеза Берковича пояснює загадку спина. Напрямок спина завжди або збігається, або протилежно напрямку вимірювання. А оскільки при одночасному випромінюванні двох електронів їх спини мають протилежні напрямки, то при вимірюванні спина одного електрона автоматично визначається напрямок іншого, наче він "знає", що дослідники саме в даний момент проробляють з його партнером.
За уявленнями Берковича, частка - це "матеріалізована" спіраль, по якій розповсюджується інформація. Рух інформації нагадує рух закручувати шурупи: вона просувається вперед з поворотом. Це означає, що в якому б напрямку ми не розташували вимірювальний прилад - вертикально, горизонтально або під якимось кутом, - він завжди зафіксує один і той же кут повороту шурупа. У цьому й полягає розгадка дивною слухняності спина, чиє напрямок співпадає з напрямом виміру. Стає зрозумілою і "інформованість" парного електрона.
З гіпотези Берковича випливають і інші наслідки, які пояснюють багато парадокси сучасної фізики. Відомо, наприклад, що ми мешкаємо в розбігаються Всесвіту. Шляхом екстраполяції встановили, що це розбігання триває близько п'ятнадцяти мільярдів років і йде з єдиного центру. Значить, колись нашого Всесвіту не існувало, потім в певній точці стався грандіозний вибух, який призвів до утворення величезної маси рухомої матерії. З чого ж все це відбулося?
Теорія відносності і квантова механіка відповідають так. Оскільки енергія і маса взаємопов'язані і можуть переходити один в одного, то можна уявити собі зіткнення двох найменших частинок, наділених сверхогромной енергією. Зіткнувшись, як два більярдних кулі, такі частинки повинні загальмуватися, і частина їх енергії перетвориться в масу. Але фізиків мало задовольняє подібне пояснення, бо, звідки могли взятися частинки, наділені настільки величезною енергією?
Відповідно до гіпотези Берковича, досить зробити припущення, що якась зовнішня причина затримала хід одного з лічильників. Якщо б це сталося, то всі сусідні лічильники стали б підлаштовуватися під нього. У цьому випадку зупинений лічильник перетвориться на центр, з якого в усі сторони розбігаються спіральки інформаційної активності, тобто генератори матерії. Підрахунки показали, що для освіти всієї маси матерії, що становить наш Всесвіт, досить зупинити лічильник всього на таку кількість оборотів, що відповідає часу приблизно в одну тисячу секунд, тобто менше 17 хвилин.
Нарешті ще один фундаментальної важливості питання. Ейнштейн останні тридцять років свого життя працював над створенням єдиної теорії поля. Він прагнув виробити таку загальну фізичну концепцію, з якої і електромагнетизм, і квантова механіка, і тяжіння випливали б як приватні випадки. Проте ця робота не привела до успіху. Важко припустити, що Ейнштейну не вистачило розуму і таланту для досягнення мети, тим більше, що ті, хто наважувався йти тим самим шляхом після нього, теж майже не просунулися вперед. Чи не означає це, що помилка полягала в самій постановці проблеми?
Беркович переконаний, що це саме так. Все, що говорилося вище, пов'язано тільки з одним класом рішень його основного рівняння. Але є й інші рішення. Одне з них дає поширення інформації не по спіралях, а дифузійним шляхом, як би по простим прямих лініях. Причому ці лінії, наближаючись до ліній, продукуються спіралями, стимулюють їх зміщення у свій бік, що дозволяє ототожнити їх з полем тяжіння.
Якщо так, то стає ясно, чому не вдалося створити єдину теорію поля. Єдності між тяжінням та іншими фізичними явищами в рамках фізичного світу не існує. Воно виникає лише на більш глибокому рівні - інформаційному.
Беркович доводилося викладати свою модель світу на різних наукових симпозіумах і конференціях. Ставлення до його поглядів залишається недовірливим. Визнають багаті можливості запропонованого ним підходу, але не приймають дану модель до тих пір, поки в її межах не буде отримано чіткого кількісного (а не тільки якісного) опису фундаментальних фізичних явищ або поки вона не буде підтверджена так званим вирішальним експериментом. Проте всебічне кількісне дослідження моделі наштовхується на труднощі обчислень, що ж стосується експериментальної перевірки, то ідея такої виникла у Берковича тільки в самий останній час.
Це пов'язано з проблемою антисвіту. У моделі Берковича він легко знаходить своє місце: спіралі нашого світу мають один напрямок обертання, але теоретично можливі обидва напрямки. Обертаючись в інший бік, спіраль дає античастинку: позитрон або антипротон.
За теорією вірогідності, спочатку повинно було виникнути приблизно рівну кількість частинок і античастинок. Стикаючись один з одним, вони взаємно анігілювали. Ті частинки, які випадково виявилися в надлишку, - це і є наш світ. Таку точку зору висловив ще А. Д. Сахаров, який пов'язав надлишок матерії в порівнянні з антиматерією з проблемою порушення симетрії в початковий момент життя Всесвіту. У цій концепції Беркович і побачив можливість експериментальної перевірки своєї гіпотези.
Вирішальним вважається такий експеримент, результати якого повинні не тільки випливати з перевіреній теорії, але і спростовувати існуючу альтернативну концепцію.
Згідно з уявленнями сучасної фізики, простір однорідне, тобто всі напрямки в ньому рівноправні. З моделі Берковича випливають інші уявлення: у просторі існує абсолютна виділений напрям. Цей напрямок пов'язаний з порушенням симетрії. Воно може бути виявлено експериментально шляхом спостереження розпаду деяких нетривких часток (К-мезонів).
Фізики давно вже виявили, що зрідка, приблизно один раз з тисячі, розпад К-мезонів відбувається аномально: так, немов матерія має переваги перед антиматерією. Беркович припускає, що у разі відхилення від норми розпаду напрямок руху частинки в момент розпаду збігається з передбаченим їм абсолютним напрямком у просторі. У цьому і полягає можливість перевірки. Для тієї ж мети може бути використаний розпад будь-яких нестійких частинок. Схоже, ніхто не звертав уваги на напрям руху частинки в момент розпаду: адже з точки зору теорії відносності воно не має ніякого значення. За уявленнями Берковича, саме напрямок руху частки визначає, розпадається вона чи ні.
Отримана можливість піддати модель Берковича експериментальної перевірки перетворює її з красивого умоглядного побудови в просту робочу гіпотезу.