Александр Гордон: Диалоги (ноябрь 2003 г.)

Некоммутативность, то есть зависимость произведения от порядка сомножителей, действительно, по-видимому, лежит в основе этого мира, потому что она возникает везде: в квантовой механике, например, она является основой всего математического аппарата. Природа некоммутативности до сих пор не ясна. Но, может быть, она связана как раз с существованием таких исключительных алгебр.

Так вот, оказалось, что эта алгебра Гамильтона даже в большей степени «живет» и описывает и как бы «кодирует» наше трехмерное пространство, чем комплексные числа – двумерное (пространство). Потому что, если вы будете поворачивать плоскость, на которой «живут» комплексные числа, закон умножения будет меняться, будет оставаться постоянным только «модуль» комплексного числа. А если вы будете вращать трехмерное пространство, то закон умножения этой алгебры – и она единственная такая – будет оставаться инвариантным, он будет один и тот же во всех системах отсчета. Математики говорят, что группа симметрий, группа автоморфизмов этой алгебры соответствует группе вращений трехмерного пространства.

И поэтому после открытия Гамильтона начался настоящий кватернионный «бум», который продолжался долгие годы и даже вспыхивает эпизодически до сих пор. И действительно, эта алгебра удивительно тесно связана со свойствами нашего трехмерного пространства. Известно, что даже движение твердых тел, движение спутников и тому подобное рассчитывается очень легко и изящно в кватернионных переменных. До сих пор ничего лучшего невозможно предложить, это самый элегантный и самый простой математический аппарат, который позволяет все это рассчитывать.

Но Гамильтона волновало не это. Он хотел понять, как свойства физического Мира могут быть «скрыты» во внутренних свойствах этой алгебры. И более того: поскольку оказалось, что триплеты перемножать нельзя так красиво, как величины, содержащие четвертую единицу, у него сразу появилась мысль: а не связать ли эту четвертую единицу, действительную единицу, с физическим Временем? Это было задолго до теории относительности, задолго до Г. Минковского, который связал геометрически время и координаты в единое 4-мерное многообразие.

Конечно, ничего этого у Гамильтона не получилось. И теперь мы хорошо понимаем, почему: потому что эта алгебра не имеет прямого отношения к преобразованиям Лоренца. Для преобразований Лоренца, свойственных нашему миру и основных в теории относительности, эта алгебра чуждая. И это было одной из причин, почему со временем наступило разочарование в идеях Гамильтона и его последователей.

Где же нашелся выход? Выход нашелся в том, чтобы эту алгебру «удвоить», то есть каждую из ее компонент считать комплексной. Тогда мы естественно переходим к алгебре, содержащей преобразования Лоренца в качестве симметрии; но удивительным образом она оказывается тогда 8-мерной. И только в каком-то определенном подпространстве этого 8-мерного пространства, оказывается, действует геометрия нашего мира. Есть другие «срезы» и другие отвечающие им геометрии. Куда девать эти лишние измерения? Это очень долго было загадкой. И для меня, когда я начинал, это было загадкой. Сейчас я знаю примерный ответ на этот вопрос: они нужны; они нужны для того, чтобы в этом мире могли существовать нетривиальные физические поля и частицы-особенности – об этом позже.

Давайте поговорим теперь о том, что же такое сам по себе алгебродинамический подход? С чего он начался?

В теории функций комплексного переменного есть т.н. условия дифференцируемости, которые называются уравнениями Коши-Римана. Обычно их проходили раньше в университете в курсе теории функций комплексного переменного. Эти «условия аналитичности» представляют собой очень простые линейные дифференциальные уравнения.

Много попыток предпринималось для того, чтобы обобщить эти условия, эти уравнения, на алгебры больших размерностей, в частности, на алгебры типа кватернионов. Но необычное свойство некоммутативности этих алгебр приводило к тому, что все эти попытки оказывались или просто неудачными, или они полностью воспроизводили то, что мы знали из комплексного анализа, ничего нового не добавляя.

Я же попробовал учесть эту некоммутативность с самого начала, то есть определить свойства аналитичности функций в этих алгебрах так, чтобы в этом определении свойство некоммутативности фигурировало с самого начала. Я не буду забивать головы слушателей формулами, просто покажу одну формулу (покажите, пожалуйста, формулу № 1) для общего понимания «плотности информации», которая здесь имеет место. В этой формуле всего 4 значка, это условия дифференцируемости функций бикватернионного переменного – все отображения, все функции, которые удовлетворяют этому соотношению, мы рассматриваем как физические поля.