12. Я был уверен в том, что замедление времени вблизи большой массы – это экспериментально установленный факт. Неужели не было прямых экспериментов по измерению скорости времени в гравитационном поле?

Ответ. Когда я понял, что с точки зрения квантовой теории гравитации время вблизи большой массы ускоряется, то, несколько озадачился, так как также был уверен в том, что замедление времени в гравитационном поле – это экспериментально проверенный факт. Однако, исследовав этот вопрос с точки зрения квантовой механики, понял, что время в гравитационном поле должно течь быстрее, вопреки общей теории относительности. Как оказалось, все эксперименты в этой области были косвенные. Кроме того, для интерпретации результатов этих экспериментов использовались дополнительные предположения. Например, предположение о том, что частота фотона, когда он движется в гравитационном поле, не изменяется. Такое предположение очень сомнительно (оно основано на сравнении электромагнитных волн со звуковыми, что некорректно) и также нуждается в экспериментальной проверке.

13. Почему одно и то же выражение для квадрата интервала в гравитационном поле интерпретируется в общей теории относительности как замедление времени, а в квантовой теории гравитации, наоборот, как ускорение? В чём ошибка интерпретации, принятой в общей теории относительности?

Ответ. Рассмотрим выражение (8.4) для квадрата интервала в гравитационном поле, создаваемом массой М:

(8.4)

Коэффициент k стремится к единице на большом удалении от массы М, а вблизи массы он возрастает. Из этого уравнения следует, что вблизи массы М все расстояния увеличиваются, а все интервалы времени уменьшаются. Эталон длины – это метр, а эталон времени – секунда. Если длина метра уменьшится вблизи большой массы, то все расстояния увеличатся (см. рис. 5). Но если длительность одной секунды уменьшится вблизи большой массы, то все интервалы времени (длительность любого физического процесса) также уменьшатся. Таким образом, из уравнения (8.4) следует, что вблизи большой массы длина метра уменьшается, и длительность секунды также уменьшается. Ошибочность интерпретации, принятой в общей теории относительности состоит в том, что интервал времени рассматривается как расстояние между точками на воображаемой оси времени (по аналогии с обычным расстоянием). Поэтому сокращение интервалов времени вблизи большой массы (8.4) интерпретируется в общей теории относительности как увеличение длительности секунды.

14. С точки зрения квантовой теории гравитации естественный пространственно-временной масштаб (то есть величины c, ħ, m) определяется распределением всей материи во Вселенной. Вблизи большой массы масштаб изменяется, и поэтому траектории движения частиц искривляются. В своих лекциях по гравитации (раздел 5.4 “Принцип Маха в квантовой механике”) Ричард Фейнман, исходя из уравнений общей теории относительности, также пытался рассчитать изменение масштаба, выраженного через величины c, ħ, m, вблизи большой массы. Почему Фейнману не удалось это сделать, несмотря на то, что эта задача с математической точки зрения достаточно проста?

Ответ. Чтобы рассчитать изменение масштаба вблизи большой массы, Фейнман использует компоненту g₀₀ метрического тензора (коэффициент при c²dt² в выражении для квадрата интервала), которая в общей теории относительности равна (смотри уравнение (4.6)):

g₀₀ = 1 -  (14.2)

Фейнман справедливо полагает, что “единица” в этом уравнении – это масштаб, создаваемый всеми массами во Вселенной, а (- ) - это изменение масштаба, создаваемое массой M. Очевидно, что в такой постановке эта задача не разрешима, так как изменение масштаба, создаваемое массой М, по неизвестной причине имеет, как это ни странно, противоположный знак, чем масштаб, создаваемый остальными массами (“единица”). В квантовой теории гравитации коэффициент при c²dt² равен (смотри уравнение (7.18)): . И в такой постановке эта задача легко решается, так как теперь изменение масштаба имеет тот же самый знак, что и “единица”.

Напомним, что в общей теории относительности компонента g₀₀ метрического тензора в случае слабого поля принимается равной: g₀₀ = 1 + 2j/с² = 1 -  только на том основании, чтобы в нерелятивистском пределе (V « c) уравнения движения переходили в ньютоновский закон тяготения [5,§87]. Однако если представить эту компоненту в виде:

g₀₀ =  (14.3)

то полученные уравнения движения также будут в нерелятивистском пределе переходить в ньютоновский закон тяготения (см. § 7.6).

15. В § 4.12 объясняется, почему из эксперимента, проведённого Шапиро, невозможно выяснить, уменьшается или увеличивается скорость света вблизи большой массы. А каким образом можно выяснить, как изменяется скорость света в гравитационном поле?

О твет. Для того чтобы выяснить, как изменяется скорость света в гравитационном поле, можно, например, провести следующий эксперимент (смотри рис. 46). Четыре спутника A, B, C, D находятся на околосолнечной орбите и непрерывно обмениваются между собой радиосигналами. При этом определяется время, необходимое сигналу, чтобы долететь от одного спутника до другого. При обработке полученной информации мы можем предположить, что скорость света в гравитационном поле не изменяется. И исходя из этого, а также зная интервалы времени Dt_AB (время полёта сигнала от спутника А до спутника В) Dt_BC, Dt_CD, Dt_AD, Dt_AC рассчитать интервал времени Dt_BD. Если реальное время полёта сигнала от B до D окажется меньше расчетного времени Dt_BD, то, значит, скорость света вблизи массы М возрастает. А если реальное время полёта сигнала от В до D окажется больше расчетного времени Dt_BD, то, значит, скорость света вблизи массы М уменьшается.

16. Современная физика – очень сложная наука. Тензора, спиноры, операторы, многомерные гильбертовы пространства вот далеко не полный перечень математических понятий, прочно вошедших в современную физику. Что касается квантовой теории гравитации, то с математической точки зрения – это очень простая теория, вполне доступная человеку без специального математического образования. Разве может такая простая теория быть верной?

Ответ. Когда Бор проходил стажировку у Резерфорда, тот сказал ему примерно следующее: “Если теория представляет собой хоть какую-то ценность, то её можно объяснить даже буфетчице”. Первый раз, услышав эту фразу, невольно думаешь, что Резерфорд немного преувеличил. Ведь получается, что если вы не можете объяснить какую-нибудь из сложных современных теорий буфетчице, то эта теория не просто неверна, она вообще не имеет никакой ценности. Но, на самом деле, если немного подумать, то можно понять – Резерфорд абсолютно прав. Физика – это наука, которая основана исключительно на наблюдениях. А всё, что вы наблюдали (или могли бы наблюдать), сможете рассказать без использования математики даже ребёнку. Если же вы не можете объяснить на пальцах сложную формулу, не обманывайте себя – либо вы её не понимаете, либо она не имеет смысла. Например, если у вас есть тензор – сверните его в скаляр, и разберитесь со скаляром. Но почему теорию надо объяснять именно буфетчице? Резерфорд и здесь прав. Если вы попытаетесь объяснить новую теорию профессору – только зря потратите время. История физики ясно показывает: профессора (за очень редким исключением) не воспринимают новых теорий. Планк, выдвинувший гипотезу о том, что излучение излучается порциями, не воспринял всерьёз идею Эйнштейна о том, что излучение также переносится и поглощается порциями. Он сказал, что Эйнштейн со своей гипотезой о квантах света “зашёл слишком далеко” [28,с.45]. Лоренц скептически относился к принципу относительности Эйнштейна [73,с.321]. Эйнштейн не мог смириться со случайностью в микромире. Возможно, буфетчица потому лучше воспринимает физические теории, что у неё нет собственных идей, которые бы она разрабатывала в течение длительного времени, и от которых было бы жалко отказываться. Так или иначе, но физическая теория в своей основе должна быть простой и понятной [11,с.157].

17. Я недавно разговаривал с одним математиком, и он рассказал следующее. Все трехэтажные математические формулы - это просто формальное представление некоторых объектов, с которыми математик работает в своей голове. Никто в формулах не мыслит. И с этим можно согласиться. Но с другой стороны, математика – это язык физики, и, значит, любое физическое утверждение должно быть выражено в виде математического уравнения. У меня, например, есть знакомый профессор, который не будет читать книгу по физике, если в ней мало формул. Сколько математических формул должно быть в книге по физике?

Ответ. Я тоже думаю, что формулами никто не мыслит. На мой взгляд, математическая формула в физике – это краткая запись какого-то физического процесса. Поэтому я считаю так: необходимо понятно рассказать о физическом процессе на языке наблюдаемых величин, а затем уже привести формулу. В квантовой механике много формул, но там и много новых результатов: технический прогресс 20-го века напрямую связан с исследованием атомной структуры вещества. А в общей теории относительности – куча формул, да ещё в тензорном виде, да ещё в четырёхмерном пространстве, которое к тому же ещё искривлённое и псевдоевклидово. А результатов почти никаких. Единственный новый результат – удвоенное по сравнению с теорией Ньютона отклонение света в гравитационном поле Солнца. Но для объяснения двойки многовато формул. Я не считаю результатом предсказание чёрных дыр или гравитационных волн, так как они пока не обнаружены. И уж тем более не является результатом открытие “белых дыр” или открытие Хокинга о “квантовом испарении чёрных дыр”. Что касается таких теорий, как теория струн и суперструн, теория суперсимметрии и супергравитации и т. п., то здесь ситуация ещё хуже. Огромное количество формул и за много лет ни одного нового экспериментально подтверждённого результата. Получается, что обилие формул предназначено не для того, чтобы поведать о новых результатах, а для того, чтобы скрыть их отсутствие. Таким образом, я думаю, что количество формул в физической теории должно быть пропорционально полученным результатам.

18. Вы утверждаете, что такие теории, как теория струн и суперструн, суперсимметрии, супергравитации и т. д., не имеют физического смысла на том основании, что они не сделали ни одного экспериментально подтверждённого предсказания. Но, возможно, Вы ошибаетесь, и эти теории всё же имеют какой-то физический смысл? Может быть, не стоит высказывать отрицательное отношение к теориям только на том основании, что Вам не понятен их смысл?

Ответ. Я считаю, что любой человек имеет право на ошибку. И если я ошибаюсь, то ничего страшного с этими теориями не случиться. Выражая письменно своё отрицательное отношение к этим теориям, как к физическим теориям, я преследую простую цель. И чтобы понять эту цель, давайте рассмотрим два возможных варианта. Первый вариант. Эти теории имеют некоторый физический смысл. Второй вариант. Эти теории не имеют ни малейшего физического смысла. Допустим, что верен первый вариант, и некто увидит физический смысл в этих теориях. Что произойдёт в этом случае? Этот человек сделает вывод, что Янчилин ошибался, утверждая обратное. И всё. Ничего страшного не произойдёт. А теперь предположим, что верен второй вариант. В этом случае кто-либо, изучая эти теории и пытаясь безуспешно отыскать в них какой-либо физический смысл, может потратить напрасно многие годы своей жизни. А если он узнает о моём отношении к этим теориям, то, возможно, прекратит их изучать и потратит годы своей жизни более осмысленно. Таким образом, если я не прав, то вреда от моих высказываний не будет, а если прав, то польза несомненная. В каком-то смысле, теорию можно сравнить с деревом. За молодым деревом нужно ухаживать и относиться к нему бережно, хотя даже не знаешь, будет ли оно приносить плоды или нет. Но если за деревом уже ухаживают более тридцати лет, а плодов никаких нет, то, следует честно сказать, что дерево декоративное и растёт исключительно для экзотики.