Физика и теория поля

Как правило, продвижение физической мысли относятся к двум категориям и их компиляции:

· Экспериментальные открытия — состоят в обнаружении неожиданно нового явления в эксперименте, который может быть повторен с тем же результатом кем угодно; такое открытие заставляет пересмотреть понятия, ранее считавшиеся твёрдо установленными.

· К открытиям другого рода принадлежат такие, в которых наблюдаемые явления оставляют место для размышлений и выводов. Такие открытия в конечном счёте основаны на свойственном учёному «интуитивном ощущении природы вещей»[44], и именно к ним принадлежат теория строения Солнечной системы Коперника, Специальная и, главное, Общая теории относительности Эйнштейна.

Когда один (или оба) вышеназванных способа сработали, в ход идёт математика, которая даёт возможность систематизировать все следствия некой физической гипотезы, выражая их в виде формул и соотношений, истинность или ложность которых зачастую поддаётся экспериментальной проверке с точностью измерительной техники.

Можно сказать, что научно-материалистическим изучением передачи информации на расстоянии в окружающей среде физики занялись одновременно с возникновением понятия «физика». Так, изучение свойств распространения звука возвращает нас в античность, где традиция связывает начало таких исследований с именем Пифагора. Физическую природу звука изучал Аристотель, занимаясь распространением звуковых волн в воздухе.

Ньютон поставил перед собой задачу — описать на языке математики процесс распространения звуковой волны в воздухе. Проведённый им анализ, опиравшийся на известные тогда данные об упругости воздуха, дал теоретическое значение скорости звука 298 м/с, тогда как из опытов Флемстида (1646-1719) и Галлея (1656-1742) было получено значение 348 м/с. Столь значительное расхождение удалось объяснить лишь в 1816, когда Лаплас (1749-1827) указал на то, что величина упругости воздуха, на основании которой вычисляется скорость звука, должна отличаться от обычно измеряемой, так как изменения в звуковой волне происходят очень быстро и в воздухе не успевает установиться тепловое равновесие. Внеся в вычисления Ньютона поправку в этом единственном пункте, Лаплас получил формулу, прекрасно согласующуюся с самыми точными экспериментальными данными. Сегодня часто ставят обратную задачу: определяют упругость газа по измеренной скорости звука в нём. Так у физиков появилось понятие физической звуковой волны, которая, естественно несёт на себе информацию от источника излучения к приёмнику. Скорость же распространения звуковой волны колеблется в зависимости от «упругости» среды распространения.

Если исследования звука укладывались в то, что называлось «механической картиной мира», то с открытием Фарадеем электромагнетизма учёные пытались сначала объяснить электрический ток как «некую жидкость, текущую по проводнику под действием электрических сил», но электромагнитные явления не поддавались такому простому механистическому объяснению, и от них пришлось отказаться.

Считается, что Ньютон открыл гравитационное поле, хотя он утверждал лишь, что «…Тяготение должно вызываться неким агентом, постоянно действующим по определённым законам; а материален этот агент или нематериален, я предоставляю судить читателям». Во времена Ньютона такой агент назывался эфиром, и этому представлению предстояло трансформироваться в более утончённое понятие поля.

Теория поля заняла центральное место в современной физике — так же как материальный атомистический механизм был центральной проблемой изучения физиков предшествующих столетий. Теорий эфира было много, и каждая из них возникла в ответ на необходимость объяснения действия той или иной невидимой силы на расстоянии. Так, были эфиры гравитационный, электрический, магнитный и светоносный (последний эфир был гипотетической средой, обеспечивающей распространение света). Под воздействием общефизических представлений своего времени теории эфира приобретали более механистический характер — эфиры были жидкостями, подчинявшимися законам Ньютона или другим аналогичным законам, а передаваемые ими влияния носили характер механического действия. По мере накопления знаний о свете сам свет начали представлять как волновое движение в светоносном эфире, аналогичное распространению звука в воздухе.

Как мы уже знаем, последние три типа «эфира» — электрический, магнитный и светоносный — после опытов Максвелла учёные свели к явлению электромагнитного взаимодействия. Максвелл заложил в физику основы представления о поле, которое проявляется в том, что оказывает силовое воздействие на вещество, а также переносит энергию. Позднее учёные научились передавать информацию с помощью электромагнитного взаимодействия.

Эйнштейн на основе своего «озарения» и постулатов Специальной теории относительности “доказал”, что превыше скорости света ничего нет и приписал гравитационному взаимодействию ограничения скорости света, вписав гравитацию в Общую теорию относительности. Как мы увидим дальше, Эйнштейн ошибся, “доказав” в Общей теории относительности, что никакая информация не может быть передана со скоростью, превышающей скорость света.

В принципе современная физика в основном занята изучением взаимодействующих полей, одним из которых является поле, открытое Максвеллом — электромагнитное поле. Интерес физиков представляют поля, которые распространяются в виде волн, но не в какой-либо среде, как звуковые волны в воздухе, а просто как волны поля в вакууме.

Повторим, что современное состояние физической науки таково, что учёные выделяют четыре вида взаимодействий — электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное. До сих пор учёные придерживаются мнения, что если эти четыре фундаментальных типа взаимодействий существуют в физике, значит они существуют и в природе, в Объективной реальности. Каждому из этих взаимодействий физиками определена минимальная частица, которая может рассматриваться как наименьший «сгусток» соответствующего взаимодействия. Как мы знаем, у электромагнитного излучения это фотон. Также мы знаем, что электромагнитное взаимодействие (поле) способно переносить не только энергию, но и информацию.