ФИЗИЧЕСКИЙ ОБРАЗ ВСЕЛЕННОЙ

В физическом понимании Вселенной существует немало интересных проблем, решение которых в ближайшем будущем представляется не слишком вероятным. Любопытно все-таки, что удается кое-что сказать о проблемах, отделенных от нас вроде бы огромным техническим (если не общепознавательным!) барьером.

Одна из них - возможно, важнейшая - неудовлетворительность современной концепции пространства-времени. Все, что мы пока умеем делать,- это локализовать трудности в экспериментально недоступных областях.

Попробуем взглянуть на ситуацию с пространственно-временными измерениями с точки зрения самых общих ограничений, которым должны подчиняться системы отсчета. Важнейшее положение специальной теории относительности заключается в том, что всякая система отсчета должна быть снабжена средством синхронизации часов с другими системами. До получения конкретного сигнала мы не можем знать показаний часов в интересующей нас точке пространства. В качестве сигнального средства может использоваться любой носитель энергии, например, самый быстрый - световой луч. Но в таком случае скорость передачи любой информации не может превышать скорости этого носителя, то есть v ? с. Собственно эйнштейновские мысленные эксперименты (подтвержденные впоследствии всей совокупностью экспериментов реальных) можно рассматривать как первый шаг в программе построения реальных систем отсчета, снабженных средствами информационного обмена. В ньютоновской механике этот шаг сделан не был - не конкретизировался синхронизирующий сигнал, из-за чего отсутствовали ограничения на скорость, а фактическая область применения ограничивались условия v " с.

Следующий шаг связан с учетом тяготения в окрестности системы отсчета. Имея источник и приемник излучения и, конечно, блоки их снабжения и обслуживания, реальная система отсчета должна обладать массой, но все-таки выпускать излучение - хотя бы синхронизирующие сигналы. Поэтому необходимо, чтобы скорость отрыва от нее была несколько меньше скорости света, а отсюда легко вывести, что физический радиус системы должен быть больше гравитационного R > Rg = 2GM/c2 . Следовательно, вся внутренняя область черной дыры не может служить моделью системы отсчета - в этом заключено самое общее выражение ее информационной несвязанности с внешним миром.

Испускание сигнала влияет на систему. Направленный сигнал - это импульс, например, света. Выбрасывая его, система должна приобрести ускорение

а ~?P/M? c/?
– последнее условие из-за того, что за характерное время ? она не разгонится до сверхсветовой скорости. Поскольку импульс не может передаваться всему телу системы за время, меньшее времени распространения светового сигнала в ее объеме, получим простое условие ? > R/c > 2GM/c3. Следовательно, реактивное ускорение системы всегда ограничено: a c4/2GM, и соответственно фундаментально ограничена сила, действующая на нее: F c4/2G. Ни один информационный сигнал не может приводить к силовой реакции на источник, превосходящий планковский масштаб силы FP = c4/2G = 6.1043 Н!

Аналогичное заключение получаем и в случае изотропного сигнала. Так или иначе, излучая энергию, система теряет полную массу. Ее физический радиус убывает, и его скорость убывания не может превосходить скорость света. В свою очередь, гравитационный радиус не может убывать быстрее физического. Отсюда получаем ограничение на темп изменения массы (?tM c3/2G) и на светимость (L c5/2G).

Таким образом, мощность излучения сигнала ограничена планковской мощностью LP.

Световые потоки нужны нам в частности для определения координат объектов (тех же систем отсчета) и хода часов. Точность регистрации координаты ограничена длиной волны излучения ?x ( ?, но, с другой стороны, световой квант всегда передает объекту импульс ?р ~ h/?, откуда и возникают квантовомеханические соотношения неопределенностей ?р.?x ( h, т. е. невозможность одновременной точной регистрации импульса и координаты тела. Точность измерения координаты за промежуток времени ?t тоже ограничена: ?x.?t ? h/?р/?t ? h / FP = 2G h / c4 = lP2/c. Это означает, что понятие координаты в данный момент времени теряет смысл. Аналогично, используя соотношение неопределенностей для энергии и времени ?E.?t ( h, придем к ограничению точности измерения времени ?t? tP = v2G h /c5. Таким образом, основные пространственно-временные понятия - координата и момент времени оказываются неприменимыми в планковской области. Нет способа реализации соответствующей физической системы отсчета, то есть невозможно передать информацию (и получить ее) из области масштаба lP.

Если все три фундаментальные константы h , G и с сохранят свою неизменность, мы придем к ситуации, где геометрические построения окажутся беспомощными и современное пространство-время должно быть замещено какой-то более общей структурой. Поэтому, например, современное рассмотрение первых мгновений рождения Вселенной и завершающей стадии коллапса при t ( tp заведомо некорректно. Некорректно также экстраполировать массы элементарных частиц за планковский предел mР = v h c /2G, а массы звезд - ниже этого предела. Не видно, как объект с размерами меньшими lP мог бы дать сигнал о своем существовании, отсутствуют также и сигналы, которые способны нести информацию об изменениях состояния любой системы за время меньшее tP. В современном понимании Вселенной tP играет роль эволюционного кванта предела, за который не удается экстраполировать какие-либо эволюционные представления.

Пока мы не знаем, какая структура придет на смену обычному пространству. Было бы любопытно провести программу построения теории гравитации, последовательно исходя из ограниченности мощностей и сил, и выяснить, насколько она была бы эквивалентна эйнштейновской теории, и насколько удобно было бы сочетать ее впоследствии с квантовыми моделями.

Между тем уровень реальности систем отсчета можно повышать и дальше. Мы пока задали только минимальный набор приборных средств для общения системы отсчета с внешним миром. Надо учитывать также поступление информации наблюдательно (канал взаимодействия прибор-наблюдатель), уровень сложности самого наблюдателя - его теоретическую программу, то есть средства интерпретации результатов наблюдений. Тут наверняка возникнут существенные ограничения, следующие из общей теории связи.

Надо учитывать также, что информация попадает на конкретный тип биологической структуры и перерабатывается там. Вся картина процессов в предельно больших и предельно малых масштабах проецируется не в пустое пространство, а на информационную структуру наблюдателя вида Homo sapiens (или какого-то иного вида), и законы этой проекции должны быть крайне нетривиальны. В конечном итоге, в законе проекции должны как-то отражаться все основные условия существования наблюдателя и даже его эволюционный путь, то есть в развертке каждого эксперимента присутствовал бы весь мир, включая космологическое начало.