Концепції сучасного природознавства - Бобильов Ю.П. - Додаток 2. Інформаційна модель фізичного світу

У руслі декларованої "методології" моделювання гіпотеза С. Берковича становить особливий інтерес з декількох точок зору:

– пропонована модель дозволяє з інших (більш глибоких) позицій досліджувати неминучі дива мікросвіту й 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 природничонаукового "освоєння інформаційних ресурсів";

– концепція найбільш яскраво демонструє можливості самої методології моделювання як головного інструмента пізнавального процесу.

Модель. Припустімо, що існує маленький лічильник. Не важливо, що рахує цей прилад. Тому що нічого ще немає. Ні кілограмів, ні сантиметрів, ні вольт або ампер, ні просто елементарних частинок, що підраховуються сучасними приладами. Мова йде про лічильник узагалі. Про ідею лічильника. Про деяку абстрактну сутність, що веде лік не матеріальних величин, а ідеальних. Умовно можна сказати, що йде рахунок звичайних цілих чисел -один, два, три... і так до ста, чи тисячі, чи, наприклад, до 255 – словом, до деякого 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 рахувати спочатку. Далі нехай існує кілька точно таких же "годинників", але вони показують різний час: одні поспішають, припустімо, на двадцять хвилин, а інші відстають хвилин на сорок. Як у такому випадку довідатися, котра година? Найдоцільніше зіставити показання всіх "годинників" і обчислити середнє, після чого на всіх підвести стрілки.

Підводити стрілки нікому, але між "годинниками"-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 сповільнює біг стрілки, даючи їм можливість наздогнати себе, а якщо він відстає, то прискорює свою роботу, наздоганяючи їх.

Якщо лічильників небагато, то їхні показання дуже швидко вирівняються і всі вони стануть показувати той самий "час" (будуть знаходитися в одній фазі). Але якщо таких лічильників дуже багато, то повне вирівнювання фаз не відбудеться ніколи: адже поки даний лічильник підлаштовується під своїх сусідів, ті, у свою чергу, підлаштовуються під інших. А це значить, що інформаційними мережами, якими з'єднані лічильники, постійно відбувається обмін інформацією, увесь час 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 синхронізаційної активності в мережі інформації, якою пов'язані між собою лічильники. Все інше – справа техніки. Беркович склав рівняння, що описує поведінку цієї мережі, і приступив до дослідження його розв'язків. "Матерія зникла, залишились одні рівняння",– колись обурювався В. І. Ленін з приводу гносеологічних концепцій Маха та Авенаріуса. У рівнянні Берковича матерія теж "зникає", вірніше, вона виявляється не первинною субстанцією, а похідним продуктом, що виникає в процесі передачі інформації. Якщо його концепція врешті-решт підтвердиться, то можна буде, перефразувавши біблійний вираз, сказати, що на початку було число!

Ми живемо у світі, заповненому рухливою матерією. Ми знаємо, що Земля рухається навколо Сонця і навколо своєї осі. Вітер – це рух повітря, хвилі і течії в океані або ріці – це рух води. Бігають або плазують тварини, літають птахи, у горах відбуваються обвали... Ми самі постійно рухаємося – або на власних ногах, або на винайдених нами апаратах: літаках, автомашинах, велосипедах.

Тим часом давньогрецький філософ Зенон, проаналізувавши саме поняття "рух", прийшов до висновку, що він неможливий. Рух внутрішньо суперечливий, тому що рухатися – значить бути в якомусь місці простору й у той же час не бути в ньому. Зенон вважав, що рух "є тільки назва, дана цілому рядові однакових положень, з яких кожне окремо взяте є спокій". Погляди Зенона здавалися абсурдними, вони суперечать нашому повсякденному досвідові. Але чому ж абсурдні погляди, висловлені дві з половиною тисячі років тому, дотепер не забуті? Адже погляди Зенона живі, вони продовжують нас зачіпати. Чи не тому, що в цьому "абсурді" усе-таки щось є?

Відповідно до моделі світу, пропонованої Берковичем, в основі всього сущого лежить не рух матерії, а передача інформації. Пряма аналогія цьому – світлова реклама. На табло у певному порядку спалахують і гаснуть лампочки. Вони нерухомі, але утворений ними малюнок переміщується і створює ілюзію руху. "Біжить" по табло текст, "летить" чайка, падають каскади води, імітуючи Ніагару... Усе це лише ілюзії, породжені вмілою роботою світлодизайнера. Так, може Зенон має рацію: те, що ми вважаємо рухом матерії, є всього лише передача інформації, вмикання і вимикання у певному порядку якихось "лампочок"? Що відіграє роль лампочок?

Щоб відповісти на це питання, Беркович повернувся до уявлень фізиків кінця XIX ст. Коли Максвелл відкрив електромагнітне поле, фізики не сумнівалися в тому, що існує середовище, у якому поширюються електромагнітні хвилі. Це середовище назвали ефіром. Однак знайти ефір не вдавалося: у нього не виявилося ні маси, ні заряду, ні опору, ні інших властивостей, котрі можна було б зареєструвати якими-небудь приладами. Зрештою було поставлено знаменитий дослід Майкельсона, який показав, що світло рухається з постійною швидкістю незалежно від того, чи наближається до спостерігача джерело світла, чи ні. Цей дослід перевернув багато уявлень. Зокрема, з нього випливало, що гіпотетичний ефір не захоплюється тілом, яке рухається через нього, (як, наприклад, захоплюється повітря), але в той же час ефірові не можна приписати таку властивість, коли захоплення тілом, що рухається крізь нього, дорівнює нулю. Теорія ефіру завела науку в глухий кут.

Геніальність Ейнштейна полягала саме в тому, що він відкинув уявлення класичної фізики (включаючи 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 й 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 розв'язання.

Вивчення праць Ейнштейна показує, що, хоча він і відмовився від використання ефіру у своїх побудовах, але зовсім не заперечував його існування. Він лише вказав, що ефір "не має властивості руху". Гіпотеза Берковича пояснює, що це значить: досить уявити собі ефір у вигляді "лампочок", які, залишаючись на місці, спалахують і гаснуть у певній послідовності. Питання, чи захоплюється це середовище рухомим тілом, чи не захоплюється, не має сенсу, тому що ніякі тіла крізь нього не рухаються – переміщується лише інформація.

Отже, немає ніякого парадоксу в тому, що захоплюваність ефіру неможливо описати якою-небудь величиною, включаючи і нульову. Це середовище "не володіє властивістю руху". Відмінність ця фундаментальна.

У рамках концепції Беркович дає пояснення, як ті самі одиниці матерії можуть бути і частинками, і хвилями. Електрон може обертатися навколо ядра атома по декількох орбітах. Сприйнявши додаткову порцію енергії, він перескакує на більш віддалену орбіту; віпустивши квант енергії, навпаки, переходить на ближчу.

Однак фізики дотепер не могли відповісти на запитання, як відбувається цей перехід. Здавалося б, електрон повинен переміщатися з орбіти на орбіту по якійсь траєкторії, однак рівняння квантової механіки дають інше: електрон ніби зникає з однієї орбіти і знову з'являється на іншій. Модель Берковича показує, як саме це відбувається. Електрон дійсно зникає з однієї орбіти і ніби воскресає на іншій. У проміжку він існує не як частинка, а тільки як хвиля. До цього можна додати, що час трансформації всего 10–24 с.

Одна з груп розв'язків рівняння графічно виражається у вигляді безлічі спіралей. Якщо рахунок прискорюється, то активність уздовж спіралі наростає, а якщо сповільнюється, то зменшується. При цьому виявляється, що й наростання, і зменшення інформації підлягають одним і тим самим математичним законам експоненти. Серед особливостей цієї кривої – те, що вгору вона злітає дуже круто, а вниз опускається похило.

Ця особливість відповідає одному з найфундаментальніших фактів мікросвіту: колосальній різниці в масі заряджених елементарних частинок при рівності абсолютної величини заряду. Негативно заряджена частинка, електрон, має приблизно в дві тисячі разів меншу масу, ніж позитивно заряджена частинка – протон. Коли ці факти було встановлено вперше, вони дуже спантеличили фізиків. Згодом до них звикли, але причина різниці у масі між електроном і протоном так і залишилася нез'ясованою. Гіпотеза Берковича дає відгадку: протону відповідає зростання експоненти, а електрону – спадання.

Якщо ж уявити собі таку конфліктну ситуацію, коли лічильникові доводиться і прискорювати, і сповільнювати рахунок через протилежну інформацію, одержувану від сусідніх лічильників, то графічно вона може бути виражена шляхом додавання зростаючої й спадної експонент. Вийде крива, що відповідає третій з основних елементарних частинок – нейтрону. Стає ясно, чому нейтрон електрично нейтральний і чому маса його ледь-ледь більше, ніж протона. Зрозуміла і причина відносної нестійкості нейтрона: у вільному стані він через якийсь час розпадається на протон і електрон.

Але при розпаді нейтрона виділяється ще одна частинка, над-мала і електрично нейтральна – нейтрино. Звідки вона береться? Беркович пояснює її появу інформаційними взаємодіями другого порядку. Дотепер ми розглядали таку ситуацію, коли даний лічильник підлаштовується тільки до своїх найближчих сусідів. Але він може взаємодіяти також із сусідами своїх сусідів, тільки ступінь впливу тут істотно слабкіший. Такий обмін інформацією, відповідно до висновків 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 повинно 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 у літературі, він знайшов, що фізикам відомі саме три види нейтрино, але другий і третій були відкриті вже після того, як він сам відійшов від фізики (закінчивши МФТІ, Беркович багато років проводив дослідження в галузі інформаційних систем керування).

Дуже цікаво гіпотеза Берковича пояснює загадку спіну. Напрямок спіну завжди або збігається з напрямком виміру, або протилежний до нього. А оскільки при одночасному випромінюванні двох електронів їхні спіни мають протилежні напрямки, то при вимірі спіну одного електрона автоматично визначається напрямок іншого, немов він "знає", що дослідники саме в даний момент проробляють з його партнером.

Згідно з уявленнями Берковича, частинка – це "матеріалізована" спіраль, по якій поширюється інформація. Рух інформації нагадує рух шурупа, який угвинчується: вона просувається вперед з поворотом. Це значить, що в якому б напрямку ми не розташували вимірювальний прилад – вертикально, горизонтально чи під якимось кутом, – він завжди зафіксує той самий кут повороту шурупа. У цьому і полягає розгадка дивної слухняності спіну, чий напрямок збігається з напрямком вимірювання. Стає зрозумілою й "поінформованість" парного електрона.

З гіпотези Берковича випливають і інші наслідки, що пояснюють багато парадоксів сучасної фізики. Відомо, наприклад, що ми живемо у розширному Всесвіті. Шляхом екстраполяції установили, що це розбігання триває близько п'ятнадцяти мільярдів років і йде з єдиного центру. Значить, колись нашого Всесвіту не існувало, потім у певній точці відбувся грандіозний вибух, який призвів до утворення величезної маси рухомої матерії.

З чого ж усе це відбулося? Теорія відносності і квантова механіка відповідають так. Оскільки енергія і маса взаємозалежні і можуть переходити одне в одного, то можна уявити собі зіткнення двох навіть найменших частинок, наділених надвеличезною енергією. Зіткнувшись, як дві більярдні кулі, такі частинки повинні загальмуватися, і частина їхньої енергії перетвориться на масу.

Але фізиків мало задовольняє подібне пояснення, бо звідки могли взятися частинки, наділені такою величезною енергією? Згідно з гіпотезою Берковича, досить зробити допущення, що якась зовнішня причина затримала хід одного з лічильників. Якби це відбулося, то всі сусідні лічильники стали б підлаштовуватися під нього. У цьому випадку зупинений лічильник перетвориться в центр, з якого в усі сторони розбігаються спіральки інформаційної активності, тобто генератори матерії. Підрахунки показали, що для утворення всієї маси матерії, яка становить наш Всесвіт, досить зупинити лічильник усього на таку кількість обертів, що відповідає часові приблизно в одну тисячу секунд, тобто менше 17 хвилин.

Нарешті ще одне фундаментальної важливості питання. Ейнштейн останні тридцять років свого життя працював над створенням єдиної теорії поля. Він прагнув виробити таку загальну фізичну концепцію, з якої й електромагнетизм, і квантова механіка, і тяжіння випливали б як окремі випадки. Однак 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 по тому ж шляху після нього, теж майже не просунулися вперед. Чи не значить це, що помилка полягала в самій постановці проблеми? Беркович переконаний, що це саме так.

Усе, що говорилося вище, пов'язано тільки з одним класом розв'язків його основного рівняння. Але є й інші розв'язки. Один з них дає поширення інформації не по спіралях, а дифузійним шляхом, ніби по простих прямих лініях. Причому ці лінії, наближаючись до ліній, продукованих спіралями, стимулюють їхнє 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. Вона виникає лише на більш глибокому рівні – інформаційному.

Берковичу 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 доти, поки в її рамках не буде отримано чіткий кількісний (а не тільки якісний) опис фундаментальних фізичних явищ або поки вона не буде підтверджена так званим вирішальним експериментом. Однак всебічне кількісне дослідження моделі наштовхується на труднощі обчислень, що ж стосується експериментальної перевірки, то ідея такої виникла у Берковича тільки останнім часом.

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 іншу сторону, спіраль дає античастинку: позитрон або антипротон. За теорією імовірностей, спочатку мала виникнути приблизно однакова кількість частинок і античастинок. Зіштовхуючись одна з одною, вони взаємно анігілювали. Ті частинки, що випадково виявилися в надлишку, – це і є наш світ. Таку точку зору висловив ще А. Д. Сахаров, котрий 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 теорії, що перевіряється, але й спростовувати існуючу альтернативну концепцію. Відповідно до уявлень сучасної фізики, простір однорідний, тобто всі напрямки в ньому рівноправні. З моделі Берковича випливають інші уявлення: у просторі існує абсолютний виділений напрямок. Цей напрямок пов'язано з порушенням симетри. Його можна виявити експериментально шляхом спостереження розпаду деяких недовговічних частинок (К-мезонів). Фізики давно вже помітили, що зрідка, приблизно один раз із тисячі, розпад К-мезонів відбувається аномально: так, немов матерія має переваги перед антиматерією. Беркович припускає, що у випадку відхилення від норми розпаду напрямок руху частинки в момент розпаду збігається із завбаченим ним абсолютним напрямком у просторі. У цьому й полягає можливість перевірки.

Для тієї ж мети може бути використаний розпад будь-яких нестійких частинок. Схоже, ніхто не звертав уваги на напрямок руху частинки в момент розпаду: адже з погляду теорії відносності він не має ніякого значення. Як вважає Беркович, саме напрямок руху частинки визначає, розпадається вона чи ні.

Така можливість піддати модель Берковича експериментальній перевірці перетворює її з красивої умоглядної побудови у просту робочу гіпотезу.