 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
144
есть геометрия.
ОТО оказалась переходной теорией между первым и вторым подходами. В ОТО представлен
смешанный тип описания реальности: гравитация в ней геометризирована, а частицы и поля, отличные
от гравитации, добавляются к геометрии.
Многие ученые (в том числе и сам Эйнштейн) предпринимали попытки объединить
электромагнитное и гравитационное поля в рамках достаточно общего геометрического формализма
на базе ОТО. С открытием разнообразных элементарных частиц и соответствующих им полей
естественно встала проблема включения и их в рамки подобной единой теории. Это положило начало
длительному процессу поисков геометризированной единой теории поля, которая, по замыслу, должна
реализовать второй подход — сведение физики к геометрии, создание геометродинамики.
Важным результатом на этом пути явилось включение в физику структур современной
алгебраической топологии. В геометродинамике доказано, что флуктуации гравитационного поля
могут измерять топологический характер пространства. Особенно перспективны протяженности с
переменной топологией — так называемые топосы. Основные трудности на этом пути связаны с
решением проблемы эмпирической интерпретации топологии на очень больших и очень малых
расстояниях.
Анализ показывает, что там, где проявляются изменения тополоческой структуры мира, топологии
пространственно-временного континуума, там фиксируется кажущееся изменение фундаментальных
законов природы. Так, происходит кажущееся нарушение причинности, когда при падении в «черную
дыру» исчезают элементарные частицы. В связи с изменениями топологии теряет свой однозначный
смысл понятие расстояния (загадочная неоднозначность расстояний до квазаров — их движение
относительно друг друга происходит со скоростями, которые чуть ли не в 25 раз (!) превышают
скорость света). С вариациями топологических структур, возможно, связаны и квантовые процессы.
9.3. Возникновение и развитие квантовой физики
9.3.1. Гипотеза квантов
Истоки квантовой физики можно найти в исследованиях процессов излучения тел. Еще в 1809 г. П.
Прево сделал вывод, что каждое тело излучает независимо от окружающей среды. Развитие
спектроскопии в XIX в. привело к тому, что при изучении спектров излучения начинают обращать
внимание и на спектры поглощения. При этом выясняется, что между излучением и поглощением тела
существует простая связь: в спектрах поглощения отсутствуют или ослабляются те участки спектра,
которые испускаются данным телом. Этот закон получил объяснение только в квантовой теории.
Г. Кирхгоф в 1860 г. сформулировал новый закон, который гласит, что для излучения одной и той
же длины волны при одной и той же температуре отношение испускательной и поглощательной
способностей для всех тел одинаково. Другими словами, если Е
?
Т
и А
?
Т
— соответственно
испускательная и поглощательная способности тела, зависящие от длины волны
?
и температуры
Т- то
где
?(?
,
Т) — некоторая универсальная функция
?
и
Т, одинаковая для всех тел.
Кирхгоф ввел понятие абсолютно черного тела как тела, поглощающего все падающие на него
лучи. Для такого тела, очевидно, А
?
Т
= 1; тогда универсальная функция
?(?
,
Т) равна испускательной
способности абсолютно черного тела. Сам Кирхгоф не определил вид функции
?(?
,
Т), а лишь отметил
некоторые ее свойства.
При определении вида универсальной функции
?(?
,
Т) естественно было предположить, что можно
воспользоваться теоретическими соображениями, прежде всего основными законами термодинамики.
Л. Больцман показал, что полная энергия излучения абсолютно черного тела пропорциональна
четвертой степени его температуры. Однако задача конкретного определения вида функции Кирхгофа
оказалась весьма трудной, и исследования в этом направлении, основанные на термодинамике и
оптике, не привели к успеху.
Опыт давал картину, не объяснимую с точки зрения классических представлений: при
термодинамическом равновесии между колеблющимися атомами вещества и электромагнитным
излучением почти вся энергия сосредоточена в колеблющихся атомах и лишь ничтожная часть ее
приходится на долю излучения, тогда как согласно классической теории практически вся энергия