Глобально-космологический уровень описания синергетических процессов

§ 1. Синергетический подход к описанию галилео-евклидова пространственно-временного порядка

Синергетический подход к описанию структуры пространства-времени есть, как это видно из того, что изложено в первой главе, подход энтропийно-эктропийный. Такой подход дает возможность по-новому взглянуть на пространство-время как на определенную систему, имеющую свою собственную организацию. Тот феномен, который мы называем эктропизмом жизни, коренится в свойствах пространства-времени. Мы постараемся далее показать, что жизнь есть пограничное явление, возникающее на границе между теми свойствами пространства-времени, которые представляют собой аналог твердой кристаллической организации вещества, с одной стороны, и теми свойствами, которыми описываются жидкие и газообразные (или плазменные) состояния вещества.

Соответственно нам придется иметь дело с поляризацией глобального силового поля на поле сил инерциальных и поле сил гравитационных.

Перенос синергетической парадигмы исследования явлений окружающей нас действительности на тот уровень описания, который оперирует категориями пространства и времени, должен, по нашему мнению, обогатить синергетику и сделать ее полновесной и последовательной научной дисциплиной.

В данном параграфе мы ограничимся тем описанием пространственно-временного порядка (с выявлением его эктропийных свойств), которое укладывается в рамки галилеево-евклидовых преобразований. Для этого придется обратиться к краткому рассмотрению группы преобразований Галилея с ее динамическим и геометрическим [кинематическим] инвариантами. Динамический инвариант опирается на используемое в классической физике понятие меры движения.

Концепция меры движения всесторонне обсуждалась в отечественной философско-методологической литературе. Превосходным образцом такого теоретического обсуждения и анализа может служить статья В.С.Сорокина «Закон сохранения движения и мера движения в физике» [24; 103 – 146]. В ней рассмотрены следующие вопросы:

а) Мера механического движения в классической физике;

б) Общая теория меры движения в классической физике;

в) Мера движения в теории относительности;

г) Общая теория меры движения в теории относительности и закон взаимосвязи массы и энергии.

Из четырех вопросов мы коснемся в данном параграфе только первых двух.

Третий и четвертый из них полезно будет рассмотреть во втором параграфе. А вот выводы из статьи Сорокина целесообразно изложить здесь сразу же, чтобы взглянуть на них под некоторым новым углом зрения. Они сводятся к следующим утверждениям:

1. Движение материи абсолютно, так как оно существует независимо от того, по отношению к чему оно рассматривается, и в то же время оно относительно, так как физические системы движутся относительно других физических систем.

2. Материя движется в пространстве и во времени, и свойства меры движения не должны противоречить существующим свойствам пространства и времени. Но пространство и время таковы, что существование относительной скалярной меры движения (энергии) неразрывно связано с существованием векторной меры движения (импульса). Импульс  столь же универсальная мера движения, как и энергия.

3. Скалярная и векторная меры движения должны рассматриваться как составляющие одной сложной меры, имеющей абсолютный характер, но по-разному разлагающейся в различных системах отсчета. Абсолютный характер этой сложной меры движения выражается в существовании закона преобразования ее составляющих, т.е. в существовании связи между ее составляющими в разных системах отсчета.

Закон преобразования составляющих меры движения таков, что эта сложная мера может считаться вектором в четырехмерном пространственно-временном многообразии мира.

4. Принцип относительности позволяет однозначно определить характер связи между составляющими меры движения любой физической системы и ее скоростью в произвольной инерциальной системе отсчета и позволяет ввести для любой физической системы понятие инертной массы как величины, связывающей скорость и меру движения [24; 145 – 146].

Подытоживая эти утверждения, Сорокин пишет: «По самому понятию инертная масса связана и с импульсом и с энергией, как с двумя составляющими единой меры движения. Выражением этой связи является закон взаимосвязи массы и энергии (закон эквивалентности массы и энергии), корнем которого является существование абсолютной меры движения» [24; 146].

Начнем комментарий этих утверждений с п.4, с той его части, которая касается (специальной) теории относительности. В теории относительности мера движения получила особенно наглядное выражение. Она записывается в виде четырехвектора q(Е, ic). Квадрат этого четырехвектора является инвариантом преобразований Лоренца:

q [2.1.1.]

Если частица имеет нулевую массу покоя, то

Е^{2 –} с² = 0 [2.1.2.]

Если же масса покоя движущейся частицы отлична от нуля и равна m₀, то

Е² – с² = m₀² c⁴ [2.1.3.]

Формулы [2. 1. 1], [2. 1. 2], [2. 1. 3] выражают взаимоотношение между двумя мерами движения: мерой скалярной Е и мерой векторной . Взаимосвязь между энергией и массой частицы определяется выражением:

Е = mc² , где m =

Здесь m₀ есть масса покоящейся частицы, m – масса частицы, движущейся со скоростью υ. Импульс частицы, движущейся со скоростью υ, вычисляется по формуле

Сорокин показывает, что в классической нерелятивистской механике энергия как скалярная мера движения обычно определяется (для частиц, движущихся со скоростью υ) формулой

,

импульс  формулой

.

Для скоростей движения, которые являются небольшими по сравнению со скоростью распространения света в вакууме, массы движущихся частиц можно считать неизменными, так что не учитывается различие между m₀ и m.

Обозначим теперь скалярную меру движения физического тела через E(), а векторную – через и сведем их вместе, как это сделано в статье Сорокина, допуская, что и относительно неподвижная частица обладает некоторой энергией покоя E(o) и импульсом Р(о):

[2.1.4.]

Эти формулы, указывает Сорокин, позволяют видеть зависимость меры движения от инертной массы физической системы. «<…> для любой физической системы,  пишет он,  импульс пропорционален ее «скорости», а избыток энергии над энергией «покоя» (т.е. в состоянии с нулевым импульсом), пропорционален квадрату скорости. Энергия и импульс связаны со скоростью одной и той же величиной – инертной массой, которая не зависит от состояния системы (в частности, и от ее «скорости») и определяется только природой системы. Существование закона преобразования составляющих меры движения, т.е. связи между этими составляющими в разных инерциальных системах отсчета, позволяет считать меру движения единой сложной величиной, отражающей абсолютность движения» [24; 125].

Сделаем по отношению к сказанному некоторые дополнительные разъяснения. Термин скорость автор берет в кавычки, очевидно, для того, чтобы подчеркнуть относительный характер скорости. Далее, когда говорится о законе преобразования составляющих меры движения, то имеется в виду закон преобразования группы Галилея, которая является нерелятивистским аналогом группы преобразования Пуанкаре-Лоренца (иногда ее называют просто группой Лоренца) в специальной теории относительности. В общем, формулы [2.1.4] представляют собою нерелятивистский аналог формул [2.1.1] и [2.1.3], взятых из теории относительности. Но между теми и другими есть и существенная разница – существенная, как мы увидим далее, с точки зрения синергетики. Если инвариантом галилеевых преобразований является просто (положительная) масса (m) частицы или физической системы, то инвариантом преобразования Лоренца является квадрат массы покоя. Таким образом, переход от динамического инварианта преобразований Галилея к динамическому инварианту преобразований Лоренца открывает математическую возможность существования частиц, обладающих отрицательными массами.^ А квантовая теория, изучающая дискретные состояния физических (квантовых) систем, оправдывает скачкообразные переходы от полей, кванты которых обладают неотрицательной массой покоя, к полям с квантами, характеризуемыми отрицательными массами.

Следующий наш комментарий касается п.2. Обращаем внимание на следующее утверждение: «Материя движется в пространстве и времени, и свойства меры ее движения не должны противоречить свойствам пространства и времени» [24; 145]. Речь идет, очевидно, о геометрических свойствах пространства-времени и прежде всего о таком свойстве пространства-времени, которые выражаются двумя геометрическими инвариантами для группы преобразований Галилея и для группы преобразований Лоренца. В первом случае таким инвариантом является расстояние между двумя точками трехмерного пространства, квадрат которого дается, согласно теореме Пифагора, следующей формулой:

Δl² =Δх²+Δу²+Δz² [2.1.5]

Во втором случае речь идет о пространственно-временном интервале, которым определяется «расстояние» между двумя событиями в мире Минковского. Квадрат этой величины, как известно, записывается в виде:

Δs² = c²Δt² – Δx² – Δy² – Δz² [2.1.6]

В классической физике и специальной теории относительности имеется логическая согласованность между геометро-кинематическими инвариантами Δl² и Δs² и динамическими инвариантами, определяемыми соответственно формулами [2.1.4] и [2.1.3]. В обоих случаях имеет место закон сохранения энергии-импульса. Однако в общей теории относительности, претендующей на то, чтобы быть релятивистской теорией гравитации, вместо четырехмерного вектора энергии-импульса вводится в рассмотрение тензор энергии-импульса. Вводится он в теорию наряду с метрическим тензором , употребляемым для обобщенного выражения квадрата пространственно-временного интервала [2.1.6], которое записывается в дифференциальной форме следующим образом:

[2.1.7],

где dx₀=cdt, dx₁=dx, dx₂=dy, dx₃=dz. Выражение это имеет вполне определенный геометрический смысл, установленный еще исследованиями Гаусса и Римана. Если g₀₀ = 1, g₁₁ = g₂₂ = g₃₃ = 1, а остальные компоненты метрического тензора оказываются равными нулю, то это выражение переходит в формулу [2.1.6].

По-другому обстоит дело с тензором энергии-импульса. Выражение меры движения посредством тензора (точнее говоря, псевдотензора), а не четырехвектора, как это имеет место в специальной теории относительности, приводит к тому, что в общей теории относительности законы сохранения энергии и импульса не соблюдаются. С точки зрения синергетического подхода к изучению свойств пространства и времени теория, которая нарушает принцип сохранения энергии, не является истинной теорией. Об этом еще будет речь впереди. Сейчас ограничимся только одним существенным замечанием. Синергетика как наука строится на учете ценности энергии; она изучает как те процессы, которые ведут к обесценению энергии, ее энтропизации, так и те процессы, в которых ценность энергии возрастает (эктропизм жизни). Но такой учет возможен только при условии, что энергия при всех своих возможных превращениях никогда не теряется бесследно и не возникает из ничего.

Поэтому мы должны согласиться с тезисом Сорокина о том, что проанализированная им сложная мера движения (четырехвектор энергии-импульса в специальной теории относительности) имеет абсолютный характер. Столь же абсолютный характер имеет закон взаимосвязи массы и энергии, корнем которого является существование этой самой абсолютной меры движения.

Другое дело  синергетический вопрос о существовании частиц с отрицательными массами, которые могли бы быть ответственными за существование антиэнтропийных процессов. Гипотеза о существовании таких частиц вполне согласуется с релятивистской формулой [2.1.3], которая выполняется как при m₀0, так и при m₀0.

Приступая теперь непосредственно к описанию галилео-евклидова пространственно-временного порядка, мы будем исходить из закона сохранения движения в смысле его единой меры движения. Говоря об энергии, о законе сохранения энергии, мы всякий раз будем иметь в виду, что закон сохранения энергии является всего лишь одним из аспектов закона сохранения движения (в формулировке Сорокина). Об этом важно помнить по той простой причине, что одного закона сохранения энергии недостаточно для того, чтобы, опираясь на понятие энергии, можно было судить об эктропийном порядке в пространстве-времени.

Обратим внимание снова на формулы [2.1.4]. В правых частях обоих равенств стоят у Сорокина слагаемые E(o) и Р(o). Смысл слагаемого E(о) достаточно ясен. С точки зрения теории относительности E(о) = mc². Первая формула, таким образом, является записью в нерелятивистском приближении формулы Эйнштейна

E = mc² , когда m ? m₀.

Во второй формуле, выражающей величину импульса, Р(o) приравнивается нулю. Таким образом, если скорость движения частицы или вообще физической системы равна нулю, то ее энергия оказывается отличной от нуля, а импульс принимает нулевое значение. Понятно, что это имеет место в любой инерциальной системе отсчета, относительно которой данное физическое тело покоится. Поэтому равенство Р(o) = o есть равенство относительное. Возникает вопрос: можно ли найти такую систему отсчета, в отношении которой равенство Р(о) = о имело бы абсолютное значение? Таковой должна была быть абсолютная система отсчета, ассоциируемая, как ранее полагали, с классическим эфиром, заполняющим пространство и остающимся всегда неподвижным. Теория относительности, как известно, гипотезу о существовании такого эфира отвергла. На какое-то время воцарилась парадигма пустого пространства. Однако квантовая физика вскоре вынуждена была отказаться от идеи пустого пространства, поставив на место эфира классической физики ту среду, которая получила название физического вакуума. Можно ли с учетом этого обстоятельства ставить вопрос о вещественном теле, находящемся в покое относительно физического вакуума? Если он, этот вопрос, как-то интуитивно и представляется бессмысленным, то все же требуется разъяснение, почему он не имеет смысла. Большинство физиков, не особенно задумываясь над данной проблемой, скажет, что физический вакуум не есть классический эфир. Поэтому с ним нельзя ассоциировать абсолютную систему отсчета. А не указав такой системы, бессмысленно гадать о том, покоится или движется относительно вакуума то или иное физическое тело. Но этот ответ явно недостаточен, и мы постараемся постепенно сделать его как можно более точным.

Скажем для начала так. Можно допустить, что всякое нечто, возникающее из физического вакуума – частица, физическое тело или какая-либо физическая система – всегда обладает, в отличие от вакуума, некоторым упорядоченным, направленным в пространстве, движением. Если на данное тело не действуют внешние силы, его движение будет инерциальным. И, если это так, придется пересмотреть первые два динамических закона ньютоновой механики и исключить из их формулировки понятие покоя.

С этой точки зрения с физическим вакуумом можно ассоциировать абсолютную систему отсчета, но придется учитывать то обстоятельство, что такое «обездвиженное состояние» для всякой реальной физической системы будет предельным; оно недостижимо, подобно тому, как недостижимо движение тел со световой скоростью. Иначе говоря, остановить организованное в пространстве движение тела означало бы разрушить это тело, хаотизировать его, слить его, как нам представляется, с физическим вакуумом (подробно об этом см. ниже). Сказанное означает, что всегда можно указать такую инерциальную систему отсчета, для которой слагаемое Р(o) в формуле

будет равно нулю. Но P(o) входит в данную формулу неслучайно. Этот «нулевой» привесок к эмпирически вычисляемому импульсу имеет в общем-то такой же смысл, как и слагаемое E(о) в формуле

Поясним эту мысль несколько иначе. Тело, не имеющее импульса движения, находилось бы в движении только относительно потока времени, ибо остановить течение времени невозможно. Это было бы движение, организованное относительно времени, но никак не проявляющее себя в пространстве. Пришлось бы в таком случае использовать два понятия инерциального движения – инерциальное движение во времени (при покое в пространстве) и инерциальное движение во времени и в пространстве. Но тогда и масса тела, определяемая как «мера инертности», разделилась бы на две части или имела бы два аспекта, полагаемые как масса временная и масса пространственно-временная.

Такая неопределенность в статусе понятия массы, в ее взаимоотношении с понятием энергии и послужила основанием для обстоятельного исследования, предпринятого Сорокиным. (Заметим, между прочим, что статья его первоначально была опубликована в журнале «Успехи физических наук», т.LIX, вып. 2, июнь 1956 г.). Обратим внимание на постановку данной проблемы, как она сформулирована самим автором. Он пишет, что происходившее, в течение последних лет обсуждение смысла закона Эйнштейна (называемого также законом эквивалентности массы и энергии), несмотря на то, что в нем приняло участие большое число физиков и философов, все же оставляет впечатление неудовлетворенности. Закон Эйнштейна связывает два, на первый взгляд, совершенно различных понятия – энергии и массы – из которых только понятие энергии кажется достаточно ясным. Понятие же массы при обсуждении закона Эйнштейна обычно не анализируется, может быть, потому, что оно считается привычным. В лучшем случае мимоходом упоминают, что « масса есть мера инертности». В действительности же понятие массы совсем не так просто» [24; 103].

И в самом деле: что, казалось бы, может быть более несовместимым, как энергия – активное начало во всевозможных движениях и изменениях – и масса как нечто инертное, сопротивляющееся движению? Поэтому Сорокин и констатирует имеющееся тут замешательство в умах некоторых физиков: «Сказать, что масса есть мера инертности, значит ничего не сказать, так как совершенно не ясно, что такое инертность, и еще менее ясно, как определяется ее мера.

В этой неотчетливости понятия массы и заключается, на наш взгляд, причина того, что обсуждение закона Эйнштейна не привело к выяснению его смысла» [24; 103].

Вместо «меры инертности» автор ввел понятие меры движения. А с его учетом становится ясно, что масса представляет собой характеристику организованного движения, т.е. движения организованно осуществляемого как во времени, так и в пространстве. Масса тела есть, таким образом, характеристика движения, отличного от хаотического движения физического вакуума, ибо вакуум никаких инертных свойств не проявляет. (Он, в частности, не оказывает никакого сопротивления движущимся через него телам). Вполне понятно и другое: энергия физического вакуума обычно оценивается как величина бесконечно большая, но ее невозможно использовать для производства какой-либо физической работы, так как она полностью обесценена, доведена до того состояния, которое называется абсолютным хаосом.

Всякое же физическое тело или любая совокупность атомных частиц, движущаяся в пространстве как нечто целое, обладает определенным запасом энергии, которую можно превратить в физическую работу.

Вот тут и открывается синергетическая перспектива при изучении пространственно-временного порядка. В этой перспективе прослеживается определенная аналогия между свойствами организованного движения, рассматриваемого применительно к состоянию движения отдельного тела, и свойствами состояния самого пространства-времени. Мы будем иметь в виду вначале инерциальное состояние пространства-времени, отвечающее за инерциальное (свободное от внешних влияний) движение тел. Одним словом, речь пойдет в этом параграфе об инерциальном порядке пространства-времени.

Еще в то время, когда не знали о теории относительности, во второй половине XIX столетия немецким психологом Людвигом Ланге (1863 – 1936) было создано величественное по своей прозорливости учение о поле инерциальных сил. Оно достаточно подробно изложено немецким физиком Максом Лауэ в его книге «Статьи и речи» [25]. Мы укажем здесь на самое существенное в этом учении – существенное с точи зрения термодинамической интерпретации пространства-времени.

Излагая теоретические открытия Ланге, Лауэ дает к ним следующий комментарий. Этот ученый, говорит он, следовал той концепции пространства и времени, которая была разработана И.Кантом. Так как пространство и время, по Канту, являются априорными формами чувственного созерцания, человеческое сознание никогда не сможет отойти от них, избавиться от опоры на них. Физика вынуждена размещать предметы в пространстве и времени, тогда как психология обходится лишь представлением о времени.^ Но если это так, то, поскольку физика не обходится без измерительных процедур и оперирует количественными данными о внешнем мире, встает вопрос об измерении пространственной протяженности и временной длительности. Кант рассматривал протяженность и длительность как a priori заданные величины.

Но здесь, как указывает Лауэ, мы в наше время не можем следовать за немецким философом. Дело в том, что представления о пространственной протяженности и временной длительности вошли в сознание ученых как представления о континуальных многообразиях. И отказаться от этого нельзя, как нельзя отказаться, добавим мы от себя (В.Ш.), от признания того, что среда физического вакуума не имеет атомарного строения. Но в континууме, указывает Лауэ, не содержится собственной системы мер. «Это проще всего видно на одномерном примере: цепь имеет собственную меру – ее звенья можно пересчитать. Но повсюду однородная, а значит, непрерывная нить не содержит в себе метрики. Чтобы ее измерить, нужно приложить, по старому портновскому способу, масштаб, перенося его деления на нить. Так нет и априорной меры времени» [25; 280]. Чтобы все же отыскать такую меру, надо создать соответствующую теорию меры, исходя из каких-то признанных физических законов.

«Хотя пространство трехмерно,  добавляет Лауэ,  здесь дело обстоит аналогично. Представление о пространстве также не включает «меток частей», на которых может быть основано измерение, ибо оно также континуально. В обоих случаях опытная наука, значит и физика, должна заботиться о возможности измерения» [25; 280].

Аналитическая геометрия Декарта, основанная на евклидовой (синтетической) геометрии, дает способ математического вычисления расстояния между двумя пространственными точками. Для этого, как известно, используется теорема Пифагора применительно к пространству двух и трех измерений. Но этим проблема измерения в физике пространственного и временного параметров полностью не решается, ибо должна быть еще указана система отсчета, в которой проводятся измерения. Как определить такую систему отсчета? – Вот вопрос, на который Ланге дал в свое время вполне удовлетворительный ответ. Об этом ответе Лауэ пишет так:

«Лишь в 1885 г. пришло озарение к молодому психологу из Лейпцига по имени Людвиг Ланге. Он напоминает нам почти яйцо Колумба, когда разъясняет: необходимая ньютоновской механике система отсчета и соответствующая мера времени полностью определяются целью, которую они должны достичь, а именно дать основу для ньютоновского закона движения» [25; 282].

Под ньютоновским законом движения надо понимать три сформулированные Ньютоном закона динамики. Единственная поправка, которую теперь следует здесь внести, касается понятия состояния покоя. Выше уже было указано, что с точки зрения теории меры движения, изложенной Сорокиным, абсолютного покоя, как-то ассоциированного с абсолютным пространством Ньютона, не существует. Но посмотрим, что говорит по этому вопросу Лауэ далее.

«Экспериментатор, – пишет немецкий физик, – ищет систему отсчета и меру времени, дающие этот закон (т.е. закон Ньютона – В.Ш.); тогда он владеет правильной системой отсчета и правильной мерой времени. Если механика Ньютона вообще соответствует действительности, то такая система должна существовать. Поскольку галилеевский принцип инерции, согласно которому в отсутствии сил координаты тел суть линейные функции времени, является частью механики Ньютона, Ланге назвал такие правильные системы отсчета «инерциальными системами», а правильную меру времени  «инерциальным временем». Оба понятия сохранены в науке» [25; 282 – 283].

Как это ни странно, хотя оба эти понятия действительно сохранены и используются в науке, произошла большая путаница при выборе систем отсчета в общей теории относительности. Об этом речь в следующем параграфе.

Теория Ланге включает в себя следующие определения и теоремы:

Определение I. Инерциальной системой называется такая система координат, в которой сходящиеся в одной точке разные траектории трех материальных частиц, выброшенных одновременно из одной и той же точки пространства и предоставленных затем самим себе, все прямолинейны.

Теорема I. Относительно инерциальной системы траектория любой четвертой точки, предоставленной самой себе, прямолинейна.

Определение II. Инерциальной шкалой времени называется такая шкала времени, при которой предоставленная самой себе точка движется равномерно по своей инерциальной траектории.

Теорема II. Относительно инерциальной шкалы времени любая другая точка, предоставленная самой себе, движется также по своей инерциальной траектории равномерно.

Определения эти, указывает Лауэ, имеют смысл безотносительно к опыту, правда, их ценность была бы незначительной, если бы опыт не подтверждал обе теоремы. Но мысль Ланге идет дальше; из нее следует заключение, что вся динамика Ньютона (к которой, как тогда полагали, можно свести всю физику) имеет силу в инерциальной системе отсчета и для инерциальной шкалы времени [25;155].

Говоря о научном достижении Ланге, Лауэ утверждает, что фактически физики еще до него шли по пути к решению той задачи, которую удалось разрешить немецкому психологу. Но об этом ученом, в конце концов, забыли. И, стараясь извлечь его из этого незаслуженного забвения, Лауэ делает такое заключение: «История физической системы отсчета для пространства и времени имеет три большие главы. Первую можно назвать «От Аристарха Самосского до Николая Коперника»; третья носит, конечно, имя Эйнштейна. Но вторая должна по праву называться «От Николая Коперника до Людвига Ланге»» [25; 162].

Нам представляется, что концепция инерциальных систем отсчета, высказанная явно Ланге и принятая явно или неявно большинством физиков, имеет не только историческое значение. Она позволяет развить термодинамический, а, следовательно, и синергетический подход к изучению структуры пространственно-временного многообразия. Это, кажется, предвидел и М.Лауэ, когда заявлял, что инерция тел, о которой говорит механика, «становится здесь действием «направляющего поля»» [25; 283]. Понятие направляющего инерциального поля означает такое состояние пространства-времени, при котором, скажем об этом еще раз, движение тел является упорядоченным, организованным, удовлетворяющим законам того порядка, который определяется, по образному выражению К.Геделя, «компасом инерции» [26], [27;313].

Раз мы удостоверились в существовании такого пространственно-временного порядка, то нетрудно сделать и последующие, на первый взгляд, неожиданные выводы. А именно: нарушение этого порядка требует силового вмешательства. Силовое вмешательство означает наличие энергетических затрат. А всякие энергетические затраты, реализуемые посредством свершения физической работы, ведут к обесценению, рассеянию энергии. Фактор обесценения энергии позволяет посмотреть на проблемы пространственно-временного порядка под углом зрения принципа Ле Шателье-Брауна^ и понять, что инерциальный порядок реагирует на силовое воздействие так, чтобы ослабить фактор этого воздействия.

Действительно, всякое воздействие на инерциальное движение тела, нарушающее такое движение, означает, что имеется некоторый силовой (энергетический) потенциал, который ответственен за данное действие. Соответствующий расход, рассеяние энергии ведет к ослаблению, уменьшению этого потенциала. Таким образом реализуется обратная связь между инерциальным порядком и внешними для него силами. Наличие этой связи позволяет говорить уже не просто о порядке, а о соответствующей системе и системной организации пространства-времени. Только здесь граница, отделяющая инерциальную пространственно-временную систему от внешней среды (от других систем), есть не граница пространственная, а граница функциональная. (Функциональная – в том смысле, который разъяснялся нами во введении и в первой главе).

Синергетический подход к изучению пространства-времени позволяет, как нам представляется, уяснить природу инерциальных сил. Инерциальные силы возникают как реакция на воздействия, ведущие к нарушению инерциального порядка. Это – аналог того явления, который имеет место при энергетических затратах, направленных на то, чтобы разрушить какой-либо кусок кристаллизованного вещества.

О том, что в понимании сущности инерциальных сил до сих пор оставались неясные моменты, свидетельствуют многие физики, пытающиеся разобраться в этом вопросе. Одна из первых попыток такого рода принадлежит Г.Герцу, о чем свидетельствует немецкое издание его «Принципов механики» (1894). Герц в своих рассуждениях опирается, в частности, на следующие наглядные представления. По законам Ньютона сила является чем-то первичным, сила есть принцип всякого изменения движения. Допустим, что мы вращаем на бечевке камень. Рука действует на бечевку и тем самым на камень, заставляя его отклониться от равномерного и прямолинейного движения. По третьему закону Ньютона рука также испытывает усилие, которое вызывается центробежной силой, возникающей за счет инерции камня. Таким образом, инерцию камня мы вынуждены рассматривать дважды: сначала как массу, затем как силу. «Можем ли мы, – спрашивает Герц, – без запутывания исходных идей вдруг начать говорить о силах, которые возникают посредством движения, которые являются следствием движения?» [28; 354].

Герц, если выразиться несколько другими словами, спрашивает о том, имеем ли мы право вводить в рассмотрение силы, которым сопутствует (инерциальное) движение, а не изменение этого свободного движения. А после этого заявляет: «Смысл третьего закона заключается в том, что силы всегда связывают два тела и направлены от первого ко второму так же, как от второго к первому. Мне кажется, что концепция силы, принятая нами в связи с третьим законом, с одной стороны, и первые два закона, с другой, являются несколько различными. Этого достаточно, чтобы произвести логическую путаницу, следствия которой продемонстрированы в выше приведенном примере» [28;354].

Если характеризовать точнее источник этой путаницы, то он заключается в следующем. Действие инерциальных сил на физические тела, зафиксированное повседневным опытом, ничем особенным не отличается от действия других сил, скажем, сил гравитационных. Но пытаясь подчинить эти силы третьему закону Ньютона, мы должны были бы указать ту физическую систему, которая воспринимает на себя реакцию (по принципу: действие равно противодействию) от тела, вовлеченного в инерциальное движение. Но тогда возникает вопрос: где находится эта система?

Пытаясь ответить на него, акад. Л.И.Седов прибегает к следующему рассуждению:

«В ньютоновской механике указанные выше внешние силы инерции по своим физическим проявлениям также полностью эквивалентны силам тяжести, причем физическое значение имеют только суммарные массовые силы^, гравитационные силы и силы инерции. Единственная особенность массовых сил инерции связана с тем, что если руководствоваться третьим законом Ньютона о силах действия и противодействия, то силу противодействия внешним силам инерции нельзя прикладывать к массам и полям внутри Солнечной системы, в которой выделяется инерциальная система координат» [29; 12 – 13].

Седов говорит о том, что обратный адрес инерциальных сил не находится в пределах Солнечной системы. Но где же тогда он находится, если все-таки существует? В нашей Галактике? В Метагалактике? На вопросы такого рода, по нашему мнению, вообще нельзя дать разумного ответа, потому что они неправильно сформулированы. Попросту говоря, просто бессмысленны. А почему бессмысленны, становится понятным из системно-организационного осмысления структуры пространственно-временного многообразия.

Та «единственная особенность» сил инерции, о которой говорит в данном случае Седов, не является чем-то малозначительным, ибо затрагивает фундаментальные основания синергетики. Синергетика интересуется тем, как из хаоса возникает порядок, как формируются из хаотического состояния материи организованные системы разных степеней сложности [30]. Описываемый в данном параграфе пространственно-временной порядок является, по-видимому, первой ступенью порядка, который возникает из абсолютного хаоса. А в состоянии такого абсолютного хаоса находится, как видно, физический вакуум.

В самом деле, как понять то обстоятельство, что физический вакуум, будучи некоторой материальной субстанцией, не оказывает никакого сопротивления движущимся в нем частицам или телам? Некоторые физики, пытаясь ответить на этот неизбежный вопрос, формулируют достаточно прихотливые гипотезы. Так, в обзорной статье И.Л.Розенталя «Элементарные частицы и космология (Метагалактика и Вселенная)» можно прочитать о том, в чем состоит привлекательность основной идеи инфляционной космологии^* в свете особых свойств физического вакуума.

«Физическая привлекательность этой идеи,  пишет Розенталь,  связана с основным свойством вакуума, рассматриваемым как макроскопическая релятивистская форма материи. В этом случае свободная частица, проходящая через вакуум, должна сохранять свою скорость. В противном случае (частица тормозится) вакуум будет эфиром, давно отвергнутым теорией относительности. Но такая особенность материи сохранять скорость частицы возможна лишь при уникальном уравнении состояния: (- плотность энергии вакуума, – его давление). В этом случае торможение частицы полностью компенсируется ускорением, обусловленным давлением» [32; 805].

Трудно понять, о плотности какой энергии делается в данном случае высказывание. Идет ли речь о потенциальной энергии, которая может быть освобождена из единицы объема вакуума и измерена, будучи превращенной в физическую работу? Или здесь говорится о кинетической энергии (что маловероятно)? Или имеется в виду тепловая энергия, и физический вакуум отождествляется с термодинамической системой? Первый случай отпадает, поскольку никому до сих пор извлекать из физического вакуума полезную энергию не удавалось и вряд ли удастся. Отпадает, наверняка, и второй случай, поскольку, с точки зрения меры движения, направленный поток энергии характеризуется еще и отличным от нуля импульсом движения (световое давление в опытах П.Н.Лебедева).

Остается единственная возможность: считать вакуум термодинамической системой и отождествить параметр с энергией теплового движения. Но энергия теплового движения в термодинамической системе подразделяется на свободно-активную, которую можно превратить в физическую работу, и пассивную. Доля свободной активной энергии зависит, как это было показано в §1 первой главы, от перепада температур в системе и внешней среде. Имеется ли такой температурный перепад в физическом вакууме? Ответ отрицателен, ибо вакуум заведомо является в тепловом отношении однородной средой.

Остается только одно логически возможное допущение. Физический вакуум действительно представляет собой термодинамическое состояние пространственно-временного многообразия, но такое состояние, энергия которого полностью обесценена. Вакуум есть абсолютный хаос, и поскольку он абсолютный хаос, никакое дальнейшее рассеяние (обесценение) энергии в нем невозможно. А если так, то в нем не могут проявиться и никакие силы сопротивления, ибо, как мы видели выше, всякое действие физических сил сопровождается пространственным рассеянием энергии. Такое рассеяние является необходимым и достаточным условием проявления физических сил, в отличие от третьего закона Ньютона, которым очерчивается только достаточное условие тех изменений в физических системах, которые происходят в процессе силовых взаимодействий.

Синергетику интересуют, однако, не только те процессы, в которых нарушается возникший из хаоса порядок, но и те, и главным образом, те процессы и явления, при которых возникают организованные системы. Но об этих явлениях, особенно о тех из них, при которых имеет место антикристаллическая организация живых систем и вообще сложных развивающихся систем, речь пойдет далее.