Физическая сущность гравитационных электромагнитных сильных слабых. Фундаментальные взаимодействия. Тенденции объединения взаимодействий
Наблюдаемые в природе взаимодействия материальных объектов и систем весьма разнообразны. Однако, как показали физические исследования, все взаимодействия можно отнести к четырем видам фундаментальных взаимодействий:
– гравитационному;
– электромагнитному;
– сильному;
– слабому.
Гравитационное взаимодействие проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Оно передается посредством гравитационного поля и определяется фундаментальным законом природы – законом всемирного тяготения, сформулированным И. Ньютоном: между двумя материальными точками массой m1 и m2, расположенными на расстоянии r друг от друга, действует сила F, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними:
F = G ? (m1m2)/r2 . где G- гравитационная постоянная. В соответствии с квантовой теорией г" поля переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны – частицы с нулевой массой, кванты гравитационного поля.
Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрического и магнитного полей. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное – при их движении. Изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое в свою очередь является источником переменного магнитного поля.
Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и другими, – и в обобщенном виде – электромагнитной теорией Максвелла, связывающей электрическое и магнитное поля. Получение, преобразование и применение электрического и магнитного полей служат основой для создания разнообразных современных технических средств.
Согласно квантовой электродинамике переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны – кванты электромагнитного поля с нулевой массой.
Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Оно определяется ядерными силами, обладающими зарядовой независимостью, короткодей-ствием, насыщением и другими свойствами. Сильное взаимодействие отвечает за стабильность атомных ядер. Чем сильнее взаимодействие нуклонов в ядре, тем стабильнее ядро. С увеличением числа нуклонов в ядре и, следовательно, размера ядра удельная энергия связи уменьшается и ядро может распадаться.
Предполагается, что сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, «склеивающими» кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц.
В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и другие процессы. Слабое взаимодействие проявляется главным образом в процессах бета-распада атомных ядер. Переносчиками слабого взаимодействия являются промежуточные, или векторные, бозоны – частицы с массой, примерно в 100 раз большей массы протонов и нейтронов.
Глава III. Основные теоретические результаты. 3.1. Единая теория поля - теория физического вакуума.
Дедуктивный метод построения физических теорий позволил автору вначале геометризовать уравнения электродинамики (решить программу минимум) и, затем, геометризовать поля материи и таким образом завершить эйнштейновскую программу максимум по созданию единой теории поля. Однако оказалось, что окончательным завершением программы единой теории поля явилось построение теории физического вакуума.
Первое, что мы должны потребовать от единой теории поля это:
а) геометрического подхода к проблеме объединения гравитационных, электромагнитных, сильных и слабых взаимодействий на основе точных решений уравнений (уравнений вакуума);
б) предсказание новых видов взаимодействий;
в) объединения теории относительности и квантовой теории, т.е. построение совершенной (в соответствии с мнением Эйнштейна) квантовой теории;
Коротко покажем, как теория физического вакуума удовлетворяет этим требованиям.
3.2. Объединение электро-гравитационных взаимодействий.
Допустим, что нам необходимо создать физическую теорию, которая описывает такую элементарную частицу как протон. Эта частица имеет массу, электрический заряд, ядерный заряд, спин и другие физические характеристики. Это означает, что протон обладает супервзаимодействием и требует для своего теоретического описания суперобъединения взаимодействий.
Под суперобъединением взаимодействий физики понимают объединение гравитационных, электромагнитных, сильных и слабых взаимодействий. В настоящее время эта работа проводится на основе индуктивного подхода, когда теория строится путем описания большого числа экспериментальных данных. Несмотря на значительные затраты материальных и ментальных ресурсов, решение этой проблемы далеко от завершения. С точки зрения А. Эйнштейна индуктивный подход к построению сложных физических теорий бесперспективен, поскольку такие теории оказываются «бессодержательными», описывающими огромное количество разрозненных экспериментальных данных.
Кроме того, такие теории как электродинамика Максвелла-Дирака или теория гравитации Эйнштейна относятся к классу фундаментальных. Решения уравнений поля этих теорий приводит к фундаментальному потенциалу кулон-ньютоновского вида:
В области, где названные фундаментальные теории справедливы, потенциалы Кулона и Ньютона абсолютно точно описывают электромагнитные и гравитационные явления. В отличие от теории электромагнетизма и гравитации, сильные и слабые взаимодействия описываются на основе феноменологических теорий. В таких теориях потенциалы взаимодействия не находятся из решений уравнений, а вводятся их создателями, что называется, «руками». Например, для описания ядерного взаимодействия протонов или нейтронов с ядрами различных элементов (железа, меди, золота и т.д.) в современной научной литературе существует около десятка, написанных руками, ядерных потенциалов.
Любой исследователь не лишенный здравого смысла понимает, что объединять фундаментальную теорию с феноменологической это все равно, что скрещивать корову с мотоциклом! Поэтому, прежде всего надо построить фундаментальную теорию сильных и слабых взаимодействий и только после этого появляется возможность для их не формального объединения.
Но даже в случае, когда мы имеем две фундаментальные теории такие, например, как классическая электродинамика Максвелла-Лоренца и теория гравитации Эйнштейна, их не формальное объединение невозможно. Действительно, теория Максвелла-Лоренца рассматривает электромагнитное поле на фоне плоского пространства, в то время как в теории Эйнштейна гравитационное поле имеет геометрическую природу и рассматривается как искривление пространства. Чтобы объединить эти две теории надо: либо рассматривать оба поля как заданные на фоне плоского пространства (подобно электромагнитному полю в электродинамике Максвелла-Лоренца), либо оба поля свести к кривизне пространства (подобно гравитационному полю в теории гравитации Эйнштейна).
Из уравнений физического вакуума следуют полностью геометризированные уравнения Эйнштейна (B.1), которые не формальным образом объединяют гравитационные и электромагнитные взаимодействия, поскольку в этих Уравнениях как гравитационные, так и электромагнитные поля оказываются геометризированными. Точное решение этих уравнений приводит к объединенному электро-гравитационному потенциалу, который описывает объединенные электро-гравитационные взаимодействия не формальным образом.
Решение, которое описывает сферически симметричное стабильное вакуумное возбуждение с массой М и зарядом Ze (т.е. частицу с этими характеристиками) содержит две константы: ее гравитационный радиус r g и электромагнитный радиус r e . Эти радиусы определяют кручение Риччи и кривизну Римана, порожденные массой и зарядом частицы. Если масса и заряд обращаются в нуль (частица уходит в вакуум), то оба радиуса исчезают. В этом случае кручение и кривизна пространства Вайценбека так же обращаются в нуль, т.е. пространство событий становится плоским (абсолютный вакуум).
Гравитационный r g и электромагнитный r e радиусы образуют трехмерные сферы, с которых начинается гравитационное и электромагнитное поля частиц (см. рис. 24 ). Для всех элементарных частиц электромагнитный радиус много больше гравитационного. Например, для электрона r g = 9,84xl0 -56 , а r e = 5,6х10 -13 см. Хотя эти радиусы имеют конечную величину, плотность гравитационной и электромагнитной материи частицы (это следует из точного решения уравнений вакуума) сосредоточена в точке. Поэтому в большинстве экспериментов электрон ведет себя как точечная частица.
Рис. 24. Рожденная из вакуума сферически симметричная частица с массой и зарядом состоит из двух сфер с радиусами r g и r e . Буквы G и Е обозначают статическое гравитационное и электромагнитное поля соответственно.
3.3. Объединение гравитационных, электромагнитных и сильных взаимодействий.
Большим достижением теории физического вакуума является целый ряд новых потенциалов взаимодействия, полученных из решения уравнений вакуума (А) и (В). Эти потенциалы появляются как дополнение к кулон-ньютоновскому взаимодействию. Один из таких потенциалов убывает с расстоянием быстрее, чем 1/r, т.е. порожденные им силы действуют (подобно ядерным) на малых расстояниях. Кроме того, этот потенциал отличен от нуля, даже тогда, когда заряд частицы равен нулю (рис. 25 ). Подобное свойство зарядовой независимости ядерных сил давно обнаружено в эксперименте.
Рис. 25 . Потенциальная энергия ядерного взаимодействия, найденная из решения уравнений вакуума. Соотношение между ядерным и электромагнитным радиусами r N = |r e |/2,8.
Рис. 26 . Теоретические вычисления, полученные из решения уравнений вакуума (сплошная кривая), достаточно хорошо подтверждаются экспериментами по электро-ядерному взаимодействию протонов и ядер меди.
На рис. 25 представлена потенциальная энергия взаимодействия нейтрона (заряд нейтрона равен нулю) и протона с ядром. Для сравнения приведена кулоновская потенциальная энергия отталкивания между протоном и ядром. Из рисунка видно, что на малых расстояниях от ядра кулоновское отталкивание сменяется ядерным притяжением, которое описывается новой константой r N - ядерным радиусом. Из экспериментальных данных удалось установить, что величина этой константы порядка 10 -14 см. Соответственно силы, порождаемые новой константой и новым потенциалом, начинают действовать на расстояниях (r я ) от центра ядра. Как раз на этих расстояниях начинается действие ядерных сил.
r я = (100 - 200)r N = 10 -12 см.
На рис. 25 ядерный радиус определяется соотношением r N = |r e |/2,8 где вычисленное для процесса взаимодействия протона и ядра меди значение модуля электромагнитного радиуса равно: |r e | = 8,9х10 -15 см.
На. рис. 26 представлена экспериментальная кривая, описывающая рассеяние протонов с энергией 17 Мэв на ядрах меди. Сплошной линией на этом же рисунке обозначена теоретическая кривая, полученная на основе решений уравнений вакуума. Хорошее согласие между кривыми говорит о том, что найденные из решения вакуумных уравнений короткодействующий потенциал взаимодействия с ядерным радиусом r N = 10 -15 см. Здесь ничего не было сказано о гравитационных взаимодействиях, поскольку для элементарных частиц они гораздо слабее ядерных и электромагнитных.
Преимущество вакуумного подхода в объединенном описании гравитационных, электромагнитных и ядерных взаимодействий перед принятыми в настоящее время состоит в том, что наш подход фундаментален и не требует введения ядерных потенциалов «руками».
3.4. Связь между слабыми и торсионными взаимодействиями.
Под слабыми взаимодействиями обычно подразумевают процессы с участием одной из самых загадочных элементарных частиц - нейтрино. У нейтрино нет массы и заряда, а имеется только спин - собственное вращение. Эта частица не переносит ничего, кроме вращения. Таким образом, нейтрино представляет собой одну из разновидностей динамического торсионного поля в чистом виде.
Простейшим из процессов, в котором проявляются слабые взаимодействия является распад нейтрона (нейтрон неустойчив и имеет среднее время жизни 12 мин) по схеме:
n ® p + + e - + v
где p + - протон, e - - электрон, v - антинейтрино. Современная наука считает, что электрон и протон взаимодействуют между собой по закону Кулона как частицы, имеющие противоположные заряды. Они не могут образовать долго живущую нейтральную частицу - нейтрон с размерами порядка 10 -13 см, поскольку электрон под действием силы притяжения должен мгновенно «упасть на протон». Кроме того, даже если и возможно было бы предположить, что нейтрон состоит из противоположно заряженных частиц, то при его распаде должно было бы наблюдаться электромагнитное излучение, что привело бы к нарушению закона сохранения спина. Дело в том, что нейтрон, протон и электрон имеют спин +1/2 или -1/2 каждый.
Предположим, что первоначальный спин нейтрона был равен -1/2. Тогда суммарный спин электрона, протона и фотона тоже должен бы быть равен -1/2. Но суммарный спин электрона и протона может иметь значения -1, 0, +1, а у фотона спин может быть -1 или +1. Следовательно, спин системы электрон-протон-фотон может принимать значения 0, 1, 2, но не как -1/2.
Решения уравнений вакуума для частиц, обладающих спином, показали, что для них существует новая константа r s - спиновый радиус, которая описывает торсионное поле вращающейся частицы. Это поле порождает торсионные взаимодействия на малых расстояниях и позволяет по-новому подойти к проблеме образования нейтрона из протона, электрона и антинейтрино.
На рис. 27 представлены качественные графики потенциальной энергии взаимодействия обладающего спином протона с электроном и позитроном, полученные из решения вакуумных уравнений. Из графика видно, что на расстоянии порядка
r s = |r e |/3 = 1,9x10 -13 см.
от центра протона существует «торсионная яма», в которой может достаточно долгое время находиться электрон, когда он совместно с протоном образует нейтрон. Электрон не может упасть на вращающийся протон, поскольку торсионная сила отталкивания на малых расстояниях превосходит кулоновскую силу притяжения. С другой стороны, торсионная добавка к кулоновской потенциальной энергии обладает аксиальной симметрией и очень сильно зависит от ориентации спина протона. Эта ориентация задана углом q между направлением спина протона и радиусом-вектором, проведенным в точку наблюдения,
Ha рис. 27 ориентация спина протона выбрана так, что угол q равен нулю. При угле q = 90° торсионная добавка обращается в нуль и в плоскости, перпендикулярной направлению спина протона, электрон и протон взаимодействуют по закону Кулона.
Существование торсионного поля у вращающегося протона и торсионной ямы при взаимодействии протона и электрона позволяет предположить, что при «развале» нейтрона на протон и электрон происходит излучение торсионного поля, не имеющего заряда и массы и переносящего только спин. Именно этим свойством обладает антинейтрино (или нейтрино).
Из анализа потенциальной энергии, изображенной на рис. 27 , следует, что когда в ней электромагнитное взаимодействие отсутствует (r e = 0) и остается только торсионное взаимодействие (r s № 0), то потенциальная энергия обращается в нуль. Это означает, что свободное торсионное излучение, переносящее только спин, не взаимодействует (или взаимодействует слабо) с обычной материей. Именно этим, по-видимому, объясняется наблюдаемая высокая проникающая способность торсионного излучения - нейтрино.
Рис. 27 . Потенциальная энергия взаимодействия спинирующего протона, полученная из решения вакуумных уравнений: а) - электрона с протоном при |r e |/r s , б) - то же с позитроном.
Когда электрон находится в «торсионной яме» вблизи протона его энергия отрицательна. Чтобы произошел распад нейтрона на протон и электрон, необходимо, чтобы нейтрон поглотил положительную торсионную энергию, т.е. нейтрино согласно схеме:
v + n ® p + + e -
Эта схема полностью аналогична процессу ионизации атома под действием внешнего электромагнитного излучения g
g + a ® a + + e -
где a + - ионизированный атом и e - - электрон. Разница состоит в том, что электрон в атоме находится в кулоновской яме, а электрон в нейтроне удерживается торсионным потенциалом.
Таким образом, в теории вакуума существует глубокая связь между торсионным полем и слабыми взаимодействиями.
3.5. Кризис в спиновой физике и возможный выход из него.
Современная теория элементарных частиц относится к классу индуктивных. Её базой служат экспериментальные данные, полученные с помощью ускорителей. Индуктивные теории по своей природе описательные и их приходится каждый раз подправлять по мере поступления новых данных.
Примерно 40 лет назад в Рочестерском университете были начаты эксперименты по рассеянию поляризованных по спину протонов на поляризованных мишенях, состоящих из протонов. Впоследствии все это направление в теории элементарных частиц получило название спиновая физика.
Рис. 28 . Экспериментальные данные по торсионному взаимодействию поляризованных нуклонов в зависимости от взаимной ориентации их спинов. Горизонтальные стрелки показывают направление и величину (толщина стрелки) торсионного взаимодействия. Вертикальная стрелка указывает направление орбитального момента рассеиваемой частицы.
Основной результат, полученный спиновой физикой состоит в том, что при взаимодействиях на малых расстояниях (порядка 10 -12 см.) спин частиц начинает играть существенную роль. Было установлено, что торсионные (или спин-спиновые) взаимодействия определяют величину и характер сил, действующих между поляризованными частицами (см. рис. 28 ).
Рис. 29 . Суперпотенциальная энергия, полученная из решения уравнений вакуума. Показана зависимость от ориентации спина мишени: а) - взаимодействие протонов и поляризованного ядра при r e /r N = -2, r N /r s = 1,5; б) - то же, для нейтронов при r e /r N = 0, r N /r s = 1,5. Угол q отсчитывается от спина ядра до радиуса-вектора, проведенного в точку наблюдения.
Характер обнаруженных в эксперименте торсионных взаимодействий нуклонов оказался настолько сложным, что поправки, вносимые в теорию, сделали теорию бессодержательной. Дело дошло до того, что теоретикам недостает идей для того, чтобы описать новые данные эксперимента. Этот «ментальный кризис» теории усугубляется еще и тем, что стоимость эксперимента в спиновой физике растет по мере его усложнения и в настоящее время приблизилась к стоимости ускорителя, что привело к материальному кризису. Следствием такого положения вещей явилось замораживание финансирования строительства новых ускорителей в некоторых странах.
Выход из сложившейся критической ситуации может быть только один - в построении дедуктивной теории элементарных частиц. Именно эту возможность предоставляет нам теория физического вакуума. Решения ее уравнений приводят к потенциалу взаимодействия - суперпотенциалу, который включает в себя:
r g - гравитационный радиус,
r e - электромагнитный радиус,
r N - ядерный радиус и
r s - спиновый радиус,
отвечающие за гравитационные (r g ), электромагнитные (r e ), ядерные (r N ) и спин-торсионные (r s ) взаимодействия.
На рис. 29 приведены качественные графики суперпотенциальной энергии, полученные из решения уравнений вакуума.
Из графика видна сильная зависимость взаимодействия частиц от ориентации спинов, что и наблюдается в экспериментах спиновой физики. Конечно, окончательный ответ будет дан тогда, когда будут проведены тщательные исследования, основанные на решениях вакуумных уравнений.
3.6. Скалярное электромагнитное поле и передача электромагнитной энергии по одному проводу.
Уравнения вакуума, как это и положено уравнениям единой теории поля, переходят в известные физические уравнения в различных частных случаях. Если мы ограничимся рассмотрением слабых электромагнитных полей и движением зарядов с не слишком большими скоростями, то из уравнения вакуума (B.1) последуют уравнения, подобные уравнениям электродинамики Максвелла. Под слабыми полями в данном случае понимаются такие электромагнитные поля, напряженность которых удовлетворяет неравенству Е, Н << 10 -16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >> 10 -13 см. от элементарных частиц, т.е. на таких расстояниях, где действие ядерных и слабых взаимодействий становится незначительным. Можно считать, что в нашей повседневной жизни мы всегда имеем дело со слабыми электромагнитными полями. С другой стороны, движение частиц с не слишком большими скоростями означает, что энергии заряженных частиц не слишком велики и, из-за недостатка энергии, они не вступают, например, в ядерные реакции.
Если ограничится случаем, когда заряды частиц постоянны (е = const ), то слабые электромагнитные поля в теории вакуума описываются векторным потенциалом (так же, как и в элекгродинамике Максвелла), через который определяются шесть независимых компонент электромагнитного поля: три компоненты электрического поля Е и три компоненты магнитного поля Н.
В общем случае потенциал электромагнитного поля в вакуумной электродинамике оказывается симметричным тензором второго ранга, что порождает дополнительные компоненты у электромагнитного поля. Точное решение уравнений вакуумной электродинамики для зарядов, у которых е № const , предсказывает существование нового скалярного электромагнитного поля вида:
S = - de(t) / rc dt
где r - расстояние от заряда до точки наблюдения, с - скорость света, e(t) - переменный заряд.
В обычной электродинамике такое скалярное поле отсутствует из-за того, что потенциал в ней является вектором. Если заряженная частица е движется со скоростью V и попадает в скалярное электромагнитное поле S , то на нее действует сила F S :
F S = eSV = - е V
Поскольку движение зарядов представляет собой электрический ток, то это означает, что скалярное поле и порожденная эти полем сила должны обнаружить себя в экспериментах с токами.
Приведенные выше формулы были получены в предположении, что заряды частиц меняются со временем и, казалось бы, не имеют отношения к реальным явлениям, поскольку заряды элементарных частиц постоянны. Тем не менее, эти формулы вполне применимы к системе, состоящей из большого количества постоянных зарядов, когда число этих зарядов меняется во времени. Эксперименты такого рода проводил Никола Тесла в начале 20-го века. Для исследования электродинамических систем с переменным зарядом Тесла использовал заряженную сферу (см. рис.29 а ). При разрядке сферы на землю вокруг сферы возникало скалярное поле S. Кроме того, и по одному проводнику протекал ток I, не подчиняющийся законам Кирхгофа, поскольку цепь оказывалась незамкнутой. Одновременно на проводник действовала сила F S , направленная вдоль проводника (в отличие от обычных магнитных сил, действующих перпендикулярно току).
Существование сил, действующих на проводник с током и направленных вдоль проводника, было обнаружено еще A.M. Ампером. В последствии, продольные силы были экспериментально подтверждены в опытах многих исследователей, а именно в опытах Р. Сигалова, Г. Николаева и др. Кроме того, в работах Г. Николаева впервые была установлена связь скалярного электромагнитного поля с действием продольных сил. Однако Г. Николаев никогда не связывал скалярное поле с переменным зарядом.
Рис. 29 а . В электродинамике с переменным зарядом ток течет по одному проводу.
Однопроводная передача электрической энергии получила свое дальнейшее развитие в работах С.В. Авраменко. Вместо заряженной сферы С.В. Авраменко предложил использовать трансформатор Тесла, у которого вторичная обмотка на выходе из трансформатора имеет только один конец. Второй конец просто изолируется и остается внутри трансформатора. Если на первичную обмотку подать переменное напряжение с частотой несколько сот Герц, то на вторичной обмотке возникает переменный заряд, который порождает скалярное поле и продольную силу F S . С.В. Авраменко ставит на одном проводе, выходящем из трансформатора, особое устройство - вилку Авраменко, которое из одного провода делает два. Если теперь подключить к двум проводам обычную нагрузку в виде лампочки или электромотора, то лампочка загорается, а мотор начинает вращаться за счет электроэнергии, которая передается по одному проводу. Подобная установка, передающая по одному проводу 1 кВт мощности, разработана и запатентована во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства. Там же ведутся работы по созданию однопроводной линии мощностью 5 и более кВт.
3.7. Торсионное излучение в электродинамике.
Мы уже отметили, что нейтрино представляет собой торсионное излучение, которое, как это следует из решения уравнений вакуума, сопровождает выход электрона из торсионной ямы, при распаде нейтрона. В связи с этим тотчас возникает вопрос, а не существует ли торсионное излучение при ускоренном движении электрона, порожденное его собственным спином?
Теория вакуума отвечает на этот вопрос положительно. Дело в том, что излученное ускоренным электроном поле связано с третьей производной координаты по времени. Теория вакуума позволяет учесть в классических уравнениях движения собственное вращение электрона - его спин и показать, что поле излучения состоит из трех частей:
Е rad = E e + T et + T t
Первая часть излучения электрона E e порождена зарядом электрона, т.е. имеет чисто электромагнитную природу. Эта часть достаточно хорошо изучена современной физикой. Вторая часть T et имеет смешанную электро-торсионную природу, поскольку порождена как зарядом электрона, так и его спином. Наконец, третья часть излучения T t создана только спином электрона. Относительно последней можно сказать, что электрон во время ускоренного движения излучает нейтрино, но очень малых энергий!
Несколько лет назад в России были созданы и запатентованы приборы, подтверждающие теоретические предсказания теории вакуума относительно существования торсионного излучения в электродинамике, порожденного спином электрона. Эти приборы были названы торсионными генераторами .
Рис. 30. Принципиальная схема торсионного генератора Акимова.
На рис. 30 изображена принципиальная схема запатентованного торсионного генератора Акимова. Он состоит из цилиндрического конденсатора 3, на внутреннюю обкладку которого подается отрицательное напряжение, а на внешнюю положительное от источника постоянного напряжения 2. Внутри цилиндрического конденсатора помещен магнит, который является источником не только статического магнитного поля, но и статического торсионного поля. Это поле порождено (так же как и магнитное) суммарным спином электронов. Кроме того, между обкладками конденсатора происходит чисто спиновая (статическая нейтринная) поляризация вакуума, созданная разностью потенциалов. Для создания торсионного излучения заданной частоты на обкладки конденсатора податся переменное электромагнитное поле (управляющий сигнал) 1.
Рис. 31 . Торсионный генератор Акимова.
Под действием переменного электромагнитного поля 1 заданной частоты изменяется ориентация спинов (с такой же частотой) электронов внутри магнита и поляризованных спинов между обкладками конденсатора. В результате возникает динамическое торсионное излучение, обладающее высокой проникающей способностью.
На рис. 31 представлено внутреннее устройство генератора Акимова. С точки зрения электромагнетизма устройство торсионного генератора выглядит парадоксально, поскольку его элементная база строится совершенно на других принципах. Например, торсионный сигнал может передаваться по одному металлическому проводу.
Торсионные генераторы типа того, который изображен на рис. 31 широко используются в России в различных экспериментах и даже технологиях, о которых речь пойдет ниже.
3.8. Найдена квантовая теория, о которой мечтал Эйнштейн.
Современная квантовая теория материи также относится к классу индуктивных. По мнению нобелевского лауреата, создателя теории кварков М. Гелл-Манна, квантовая теория это наука, которую мы умеем использовать, но не понимаем до конца. Подобного мнения придерживался и А. Эйнштейн, считая, что она неполна. Согласно А. Эйнштейну, «совершенная квантовая теория» будет найдена на пути совершенствования общей теории относительности, т.е. на пути построения дедуктивной теории. Именно такая квантовая теория следует из уравнений физического вакуума.
Основные отличия квантовой теории от классической состоят в том, что:
а) теория содержит новую константу h - постоянную Планка;
б) существуют стационарные состояния и квантовый характер движения частиц;
в) для описания квантовых явлений используется универсальная физическая величина - комплексная волновая функция, удовлетворяющая уравнению Шредингера и имеющая вероятностную трактовку;
г) имеется корпускулярно-волновой дуализм и оптико-механическая аналогия;
д) выполняется соотношение неопределенности Гейзенберга;
е) возникает гильбертово пространство состояний.
Все эти свойства (за исключением конкретного значения постоянной Планка) появляются в теории физического вакуума при исследовании проблемы движения материи в полностью геометризированных уравнениях Эйнштейна (B.1).
Решение уравнений (B.1), которое описывает стабильную сферически симметричную массивную (заряженную или нет) частицу, приводит одновременно к двум представлениям о плотности распределения ее материи:
а) как плотности материи точечной частицы и
б) как полевого клубка, образованного комплексным торсионным полем (полем инерции).
Дуализм поле-частица , возникающий в теории вакуума, совершенно аналогичен дуализму современной квантовой теории. Тем не менее, существует разница в физической интерпретации волновой функции в теории вакуума. Во-первых, она лишь в линейном приближении удовлетворяет уравнению Шредингера, причем с произвольной квантовой постоянной (обобщенный аналог постоянной Планка). Во-вторых, в теории вакуума волновая функция определяется через реальное физическое поле - поле инерции, но, будучи нормированной на единицу, получает вероятностную трактовку подобно волновой функции современной квантовой теории.
Стационарные состояния частиц в теории вакуума являются следствием расширенного толкования принципа инерции при использовании локально инерциальных систем отсчета. Как было отмечено ранее (см. рис. 6 ), в общерелятивистской электродинамике электрон в атоме может двигаться в кулоновском поле ядра ускоренно, но без излучения, если связанная с ним система отсчета является локально инерциальной.
Квантование стационарных состояний в теории вакуума объясняется тем, что в ней частица представляет собой чисто полевое протяженное в пространстве образование. Когда полевой, протяженный объект находится в ограниченном пространстве, его физические характеристики, такие как энергия, импульс и т.д., принимают дискретные значения. Если же частица свободна, то спектр её физических характеристик становится непрерывным.
Основные трудности современной квантовой теории порождены непониманием физической природы волновой функции и попыткой представить протяженный объект как точку или как плоскую волну. Точка в классической теории поля описывает пробную частицу, которая не имеет собственного поля. Поэтому квантовую теорию, следующую из теории вакуума, необходимо рассматривать как способ описать движение частицы с учетом ее собственного поля. Это невозможно было сделать в старой квантовой теории по той простой причине, что плотность материи частицы и плотность поля, создаваемого ею, имеют различную природу. Не существовало универсальной физической характеристики для однообразного описания обеих плотностей. Сейчас такая физическая характеристика появилась в виде поля инерции - торсионного поля, которое оказывается действительно универсальным, поскольку явлению инерции подвержены все виды материи.
На рис. 32 показано, как поле инерции определяет плотность материи частицы с учетом её собственного поля.
Рис. 32 . Вакуумная квантовая механика отказывается от понятия пробной частицы и описывает частицу с учетом ее собственного поля, используя универсальное физическое поле - поле инерции.
Что касается конкретного значения постоянной Планка, то его, по-видимому, надо рассматривать как эмпирический факт, характеризующий геометрические размеры атома водорода.
Интересным оказалось то обстоятельство, что вакуумная квантовая теория допускает и вероятностную трактовку, удовлетворяя принципу соответствия со старой теорией. Вероятностная трактовка движения протяженного объекта впервые в физике возникла в классической механике Лиувилля. В этой механике при рассмотрении движения капли жидкости как единого целого выделяется особая точка капли - ее центр масс. По мере изменения формы капли меняется и положение центра масс внутри ее. Если плотность капли переменна, то центр масс наиболее вероятно находится в области, где плотность капли максимальна. Поэтому плотность вещества капли оказывается пропорциональной плотности вероятности найти центр масс в той или иной точке пространства внутри капли.
В квантовой теории вместо капли жидкости мы имеем полевой сгусток, образованный полем инерции частицы. Так же как и капля, этот полевой сгусток может менять форму, что, в свою очередь, приводит к изменению положения центра масс сгустка внутри его. Описывая движение полевого сгустка как единого целого через его центр масс, мы с неизбежностью приходим к вероятностному описанию движения.
Протяженную каплю можно рассматривать как набор точечных частиц, каждая из которых характеризуется тремя координатами х, у, z и импульсом с тремя компонентами р x , р y , р z . В механике Лиувилля координаты точек внутри капли образуют конфигурационное пространство (вообще говоря, бесконечно мерное). Если дополнительно связать с каждой точкой конфигурационного пространства капли импульсы, то мы получим фазовое пространство . В механике Лиувилля доказана теорема о сохранении фазового объема, которая приводит к соотношению неопределенности вида:
D pDx = const
Здесь Dx рассматривается как разброс координат точек внутри капли, а Dp как разброс соответствующих им импульсов. Допустим, что капля принимает форму линии (вытягивается в линию), тогда ее импульс строго определен, поскольку разброс Dp = 0. Зато каждая точка линии становится равноправной, поэтому координата капли не определена из-за соотношения Dx = Ґ , которое следует из теоремы о сохранении фазового объема капли.
В теории поля для полевого сгустка, состоящего из набора плоских волн, теорема о сохранении фазового объема записывается в виде:
DpDx = p
где Dx - разброс координат полевого сгустка, а Dp - разброс волновых векторов плоских волн, образующих полевой сгусток. Если умножить обе части равенства на h и ввести обозначение р = h k , то мы получаем известное соотношение неопределенности Гейзенберга:
DpDx = p h
Это соотношение выполняется и для полевого сгустка, образованного набором плоских волн поля инерции в квантовой теории, следующей из теории физического вакуума.
3.9. Квантование в Солнечной системе.
Новая квантовая теория позволяет нам расширить наши представления об области действия квантовых явлений. В настоящее время считается, что квантовая теория применима только к описанию явлений микромира. Для описания таких макроявлений, как движение планет вокруг Солнца все еще используется представление о планете, как о пробной, не имеющей своего собственного поля, частице. Однако более точное описание движения планет достигается тогда, когда учитывается собственное поле планеты. Именно эту возможность предоставляет нам новая квантовая теория, использующая в качестве волновой функции в уравнении Шредингера поле инерции.
Таблица 3.
Простейшее квазиклассическое рассмотрение задачи движения планет вокруг Солнца с учетом их собственного поля приводит к формуле квантования средних расстояний от Солнца до планет (и астероидных поясов) по формуле:
r = r 0 (n + 1/2) , где n = 1, 2, 3 ...
Здесь r 0 = 0,2851 а.е. = const - новая "планетарная константа". Напомним, что расстояние от Солнца до Земли равно 1 а.е. = 150000000 км. В таблице № 3 дано сравнение теоретических расчетов, полученных с помощью приведённой выше формулы, с результатами эксперимента.
Как видно из таблицы, вещество в Солнечной системе образует систему дискретных уровней, достаточно хорошо описываемых формулой, полученной из нового представления о природе волновой функции квантовой теории.
Интенсивность каждого взаимодействия принято характеризовать константой взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия.
Гравитационное взаимодействие. Константа этого взаимодействия имеет величину порядка . Радиус действия не ограничен . Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения частицы. Однако в процессах микромира это взаимодействие существенной роли не играет. Существует предположение, что это взаимодействие передается гравитонами (квантами гравитационного поля). Однако к настоящему моменту ни каких экспериментальных фактов, которые подтвердили бы их существование не обнаружено.
Электромагнитное взаимодействие. Константа взаимодействия равна примерно , радиус действия не ограничен .
Сильное взаимодействие . Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия имеет величину порядка 10. Наибольшее расстояние на котором проявляется сильное взаимодействие составляет величину порядка м.
Слабое взаимодействие. Это взаимодействие отвечает за все виды - распада ядер, включая электронный К-захват, за процессы распада элементарных частиц и за процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Порядок величины константы этого взаимодействия составляет . Слабое взаимодействие, также как и сильное, является короткодействующим.
Вернемся к частице Юкавы. По его теории существует частица, передающая сильное взаимодействие, так же как фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, её назвали мезоном (промежуточный). Эта частица должна иметь массу промежуточную между массами электрона и протона и составлять . Поскольку фотоны не только передают электромагнитное взаимодействие, но существуют и в свободном состоянии, следовательно, должны существовать и свободные мезоны.
В 1937 году в космических лучах был открыт - мезон (мюон), который, однако не обнаруживал сильного взаимодействия с веществом. Искомую частицу обнаружили тоже в космических лучах через 10 лет Пауэлл и Оккиалини, назвали её - мезоном (пион).
Существуют положительный , отрицательный и нейтральный мезоны.
Заряд и мезонов равен элементарному заряду. Масса заряженных мезонов одинакова и равна 273 , масса электронейтрального - мезона немного меньше и составляет 264 . Спин всех трех мезонов равен нулю; время жизни заряженных мезонов составляет 2,6 с, а время жизни - мезона 0,8 с.
Все три частицы не стабильны.
Элементарные частицы обычно делят на четыре класса:
1. Фотоны (кванты электромагнитного поля). Они участвуют в электромагнитном взаимодействии, но никак не проявляют себя в сильном или слабом взаимодействиях.
2. Лептоны . К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: электроны и позитроны , мюоны , а также все виды нейтрино. Все лептоны имеют спин равный ½. Все лептоны являются носителями слабого взаимодействия. Заряженные лептоны участвуют также в электромагнитном взаимодействии. Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Они не распадаются на составные части, не имеют внутренней структуры и не имеют поддающихся определению размеров верхний предел м).
Последние два класса составляют сложные частицы, имеющие внутреннюю структуру: мезоны и барионы . Их часто объединяют в одно семейство и называют адронами .
К этому семейству относятся все три - мезона, а также К-мезоны. В класс барионов входят нуклоны, которые являются носителями сильного взаимодействия.
Как уже говорилось, уравнение Шрёдингера не удовлетворяет требованиям принципа относительности – оно не является инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца.
В 1928 году англичанин Дирак получил релятивистское квантовомеханическое уравнение для электрона, из которого естественным образом вытекало существование спина и собственного магнитного момента электрона. Это уравнение позволило предсказать существование античастицы по отношению к электрону – позитрона.
Из уравнения Дирака получалось, что энергия свободной частицы может иметь как положительные, так и отрицательные значения.
Между наибольшей отрицательной энергией и наименьшей положительной энергией имеется интервал энергий, которые не могут реализоваться. Ширина этого интервала равна . Следовательно, получаются две области собственных значений энергии: одна начинается от простирается до + , другая начинается от и простирается до . Согласно Дираку, вакуум – это пространство, в котором все разрешенные уровни с отрицательными значениями энергии полностью заполнены электронами (согласно принципу Паули), с положительными – свободны. Поскольку заняты все без исключения уровни ниже запрещенной полосы, то электроны, находящееся на этих уровнях никак себя не проявляют. Если одному из электронов на отрицательном уровне сообщить энергию , то этот электрон перейдет в состояние с положительной энергией, то он будет вести себя там как обычная частица с отрицательным зарядом и положительной массой. Вакансия (дырка), образовавшаяся в совокупности отрицательных уровней буде восприниматься как частица с положительными зарядом и массой. Эта первая из предсказанных теоретически частиц была названа позитроном.
Рождение электронно-позитронной пары происходит при прохождении -фотонов через вещество. Это один из процессов, приводящих к поглощению - излучения веществом. Минимальная энергия - кванта, необходимая для рождения электронно-позитронной пары равна 1,02 МэВ (что совпадало с расчетами Дирака) и уравнение такой реакции имеет вид:
Где Х – ядро, в силовом поле которого происходит рождение электронно-позитронной пары; именно оно и принимает избыток импульса - кванта.
Теория Дирака показалась современникам слишком «сумасшедшей» и была признана только после того, как в 1932 году Андерсон обнаружил позитрон в составе космического излучения. При встрече электрона с позитроном происходит аннигиляция, т.е. электрон снова возвращается на отрицательный уровень.
В несколько измененном виде уравнение Дирака применимо к другим частицам с полуцелым спином. Следовательно, для каждой такой частицы существует своя античастица.
Почти все элементарные частицы, как было уже сказано, принадлежат к одному из двух семейств:
1. Лептоны.
2. Адроны.
Основное различие между ними заключается в том, что адроны участвуют в сильном и электромагнитном взаимодействиях, а лептоны – нет.
Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Их всего было четыре: электрон (), мюон (), электронное нейтрино (), мюонное нейтрино . Позже были открыты лептон и его нейтрино . Они не распадаются на составные части; не обнаруживают ни какой внутренней структуры; не имеют поддающихся определению размеров .
Адроны более сложные частицы; они обладают внутренней структурой и участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Это семейство частиц можно разделить на два класса:
мезоны и барионы (протон, нейтрон, -барионы). Последние четыре вида барионов могут распадаться, в конечном счете, на протоны и нейтроны.
В 1963 году Гелл-Манн и независимо от него Цвейг высказали идею, согласно которой все известные адроны построены из трех истинно элементарных частиц – кварков, которые имеют дробный заряд.
u- кварк q = + ; d – кварк q = - ; s – кварк q = - .
До 1974 года все известные адроны удавалось представить как комбинацию этих трех гипотетических частиц, но открытый в этот год тяжелый - мезон не укладывался в трехкварковую схему.
Основываясь на глубокой симметрии природы, часть физиков высказала гипотезу о существовании четвертого кварка, который получил название «очарованный» его заряд равен q = + . Отличается этот кварк от остальных наличием свойства или квантового числа С = +1 - названного «очарованием» или «charm».
Вновь открытый - мезон оказался комбинацией «очарованного» кварка и его антикварка.
Дальнейшие открытия новых адронов потребовало введение пятого (в) и шестого (t) кварка. Различие между кварками стали называть «цветом» и «ароматом».
1. Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые; основные характеристики и значение в природе. Особая роль электромагнитных взаимодействий.
Фундаментальные взаимодействия – качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел
Эволюция теорий фундаментальных взаимодействий:
До 19 века:
Гравитационные (Галилей, Ньютон-1687);
Электрические (Гильберт, Кавендиш-1773 и Кулон-1785);
Магнитные (Гильберт, Эпинус-1759 и Кулон-1789)
Рубеж 19 и 20 веков:
Электромагнитные (электромагнитная теория Максвелла-1863);
Гравитационные (общая теория относительности Эйнштейна-1915)
Роль гравитационных взаимодействий в природе:
Гравитационные взаимодействия:
Закон всемирного тяготения ;
Сила притяжения между планетами Солнечной системы;
сила тяжести
Роль электромагнитных взаимодействий в природе: Электромагнитные взаимодействия:
Закон Кулона ;
Внутри- и межатомные взаимодействия;
Сила трения, сила упругости,…;
Электромагнитные волны (свет) Роль сильных взаимодействий в природе: Сильные взаимодействия:
Малый радиус действия (~10 -13 м);
Примерно в 1000 раз сильнее электромагнитных;
Убывают примерно по экспоненте;
Являются насыщенными;
Отвечают за стабильность атомного ядра
Роль слабых взаимодействий в природе Слабые взаимодействия:
Очень малый радиус действия (~10 -18 м);
Примерно в 100 раз слабее электромагнитных;
Являются насыщенными;
Отвечают за взаимные превращения элементарных частиц
2. Электрический заряд и его основные свойства: биполярность, дискретность, инвариантность; микроскопические носители электрических зарядов, понятие о кварках; закон сохранения электрического заряда; физические модели заряженных тел.
Электрический заряд – это физическая скалярная величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия;
*обозначается q или Q;
*измеряется в системе единиц СИ в кулонах
Основные свойства электрического заряда:
Биполярность:
существуют электрические заряды двух знаков – положительный (стеклянная палочка) и отрицательный (эбонитовая палочка);
*одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются Аддитивность:
*электрический заряд физического тела равен алгебраической сумме электрических зарядов находящихся в нем заряженных частиц – микроскопических носителей электрического заряда Дискретность:
Основные свойства электрического заряда
Равенство модулей положительно-го и отрицательного элементарных электрических зарядов:
модули зарядов электрона и протона равны с высокой точностью
Инвариантность:
величина электрического заряда не зависит от системы отсчета в которой он измеряется
это отличает его от массы тела
Закон сохранения:
*алгебраическая сумма электрических зарядов тел (частей тела, элементарных частиц), составляющих замкнутую систему, остается неизменной при любых взаимодействиях между ними; включая аннигиляцию (исчезновение) вещества
электрон – носитель отрицательного элементарного электрического заряда (
протон – носитель положительного элементарного электрического заряда ()
кварк - гипотетическая фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3
3. Закон Кулона: физическая сущность и значение в электродинамике; векторная форма записи закона и принцип суперпозиции электростатических сил; методы экспериментальной проверки закона и границы его применимости.
Закон Кулона - Два неподвижные точечные электрические заряды, находящиеся в вакууме, взаимодействуют между собой с силами, пропорциональными величине этих зарядов и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними
Векторная форма записи закона Кулона
Методы экспериментальной проверки закона Кулона
1. Метод Кавендиша (1773):
2. Метод Резерфорда:
опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на ядрах золота (1906)
эксперименты по упругому рассеянию электронов с энергией порядка 10 +9 эВ
ГРАВИТАЦИЯ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ
Гаджиев С.Ш., д.т.н., проф.
НОУ ВПО «Социально-педагогический институт» г. Дербент
Аннотация: В статье рассматриваются явления движения силы природы, и по этим силам остальные явления, позволяющие раскрыть сущность познания природных явлений в целом, и, в частности, загадки «тяготения» и (или) физическую сущность гравитации. Всеобщий закон взаимодействия сил системы и основанный на нем универсальный метод служат ключом познания природных явлений и процессов. Из проведенного всестороннего анализа взаимодействия тел системы выходит, что причина не раскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии в природе как такового тяготения тел друг к другу.
Ключевые слова: познание природных явлений, закон, метод, взаимодействие тел.
Abstract: This article examines the phenomenon of motion the forces of nature, and these forces other phenomena, allowing to discover the essence of knowledge of natural phenomena in general and, in particular, the puzzle of "gravitation" and (or) the physical nature of gravity. Universal law of the interaction offorces and systems based on it are key universal method of knowledge of natural phenomena and processes. Of conducted a comprehensive analysis of the interaction of bodies appears that the reason is not solved the physical essence of the law of universal gravitation was in the nature of the absence of gravity as such bodies to each other.
Keywords: knowledge of natural phenomena, law, method, interacting bodies.
История возникновения мысли о всемирном тяготении
Академик С.И. Вавилов в своей книге «Исаак Ньютон» приводит широко известный рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева в Вульсторпе. Рассказ этот, по-видимому, достоверен и не является легендой. Стекелей передает следующую сцену, относящуюся к старости Ньютона: «После обеда в Лондоне (у Ньютона) погода была жаркая; мы перешли в сад, и пили чай втени нескольких яблонь; были только
мы вдвоем. Между прочим сер Исаак сказал мне, что в такой обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоки падают отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли. Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».
Рассказ Стекелея почему-то остался малоизвестным, зато по свету распространился аналогичный пересказ Вольтера со слов племянницы Ньютона. Рассказ понравился, стали показывать яблоко, будто бы послужившее поводом возникновения «Начал», поэты и философы воспользовались благодарной метафорой, сравнивая ньютоново яблоко с яблоком, погубившим Адама, или с яблоком Париса; людям далеким от науки, понравилась простая механика возникновения сложной научной идеи. Существуют и другие выдуманные легенды. Как мы видим, здесь Ньютон дал свое предположение о происходящем явлении, не раскрывая его физический механизм, и, естественно, это ему показалось реальной догадкой сущности природного явления.
Хотя гравитация самая явно ощутимая из всех четырех фундаментальных сил природы, которая действует на все и всех нас, начиная с самого детства, когда едва вставали и падали, не удерживаясь на ногах. Однако она до сих пор осталась неразгаданной загадкой природы.
Более трехсот лет прошло после открытия закона всемирного тяготения, установленного Ньютоном в виде математической формулы, и до сих пор все же не выявлен физический механизм тяготения тел друг к другу.
Причиной всему - это отсутствие как такового закона всемирного вообще тяготения, и в связи с отсутствием тяготение каких-либо тел друг к другу в природе. Все процессы, происходящие и приписываемые «тяготению», совершаются гравитационным полем, а не тяготением, приписанное природе сил гравитационного поля. Гравитация не является тяготением. Ничто не может создать тяготение тел друг к другу, в том числе и гравитация. Любое физическое поле совершает свою работу. Разве мы приписываем действию известного магнитного поля понятие «тяготение»? Нет. Потому что одновременно наблюдается и отталкивание. Вся причина заключается во взаимодействии, то есть в направленности движения этих (рассматриваемых) магнитных полей.
Считают, что согласно Эйнштейну, пространство и время - это форма существования материи. В реальности, никто не может возразить и сомневаться в том, что пространство и время определяют место нахождения и продолжительность существования материи и в том числе всевозможных физических полей. Основой всего Мироздания составляет пространство, где занимает место материальные составляющие, а также все известные и еще не выявленные физические поля, а
время определяет продолжительность существования материальных тел и длительность протекания явлений и процессов природы.
Возникшие представления об искривленности пространства и еще похуже, когда считают, что материя - это искривленное пространство. Тогда выходит, что материя отсутствует в природе, она становится пространством, то есть материя превращается в искривленное пространство. Из этого вытекает, что пространство бывает в двух состояниях: искривленное и не искривленное. Только не могут указать место нахождения и превращения или перехода материи в искривленное пространство. Нельзя же распределение (или нахождение) энергии в пространстве принимать за искривление самого пространства. Утверждение о том, что не луч меняет свое направление, проходя мимо Солнца, а искривленное пространство его так направляет, следует считать не обоснованным. Для изменения направления движения должна быть приложена определенная сила, что могло бы дать причину для обоснования того или иного явления. Иначе говоря, такие не обоснованные утверждения вызывают не что иное, как иронию трезвого ума. Выходит, что материя в природе отсутствует, остается только искривленное и не искривленное пространство.
Без надобности «прилепили» к пространству время и его, «по щучьему велению», назвали четырехмерным пространством. В итоге из трех фундаментальных составляющих Мироздание осталось только одно пространство, которому приписывают множество гипотетических предположений, которые уже вошли в обиход ученых, не имея реального физического представления о таких многомерных пространствах. Однако такие многомерности пространства - всего лишь умозрительные построения, не опирающиеся на практику, которые вводят в заблуждение многие поколения.
В любом случае очевидным остается то, что природа имеет в своей основе три фундаментальные ее составляющие: пространство, время, материя. Без их независимого существования, естественно, протекание каких-либо явлений и процессов немыслимо. Самый простой пример. Тело движется. Для этого необходимо пространство, время и еще само тело (материя). Что из них можно исключить из этого явления? Синкретизм, то есть слитность им обеспечила сама Природа. К чему их по частям объединять: пространство-время, пространство-тело (материя) или же объединить время с материей? Они объединены без нас и навсегда. Эта есть та «Святая Троица», без которой ничто быть не может.
Если материя исчезнет (удалится), то время и пространство останутся невостребованными. Избавиться от пространства и времени не представляется возможным. Они абсолютны, то есть вечные и неизменные первоосновы, как и материя, для всего существующего в мироздании. Естественно, для нахождения (существования) материи обязательно пространство как вместилище, а время необходимо для продолжительности существования. Следовательно, все эти три составляющие самого Мироздания вступают в свои функции, обеспечивая все природные явления и процессы. Задача науки - познавать физический механизм и
причина возникновения явлений и процессов, то есть добираться до сущности этих закономерностей явлений и ответить на вопрос: почему это происходит именно так, а не иначе?
Материя (масса) не может изменить геометрию пространства. Она только концентрирует поток гравитонов, и гравитационное поле не принадлежит какой-либо планете или другим космическим телам, так же как и свет не принадлежит фокусирующей линзе. Совершенно другое дело, когда мы рассматриваем магнитное поле, создаваемое самим магнитом. Иначе говоря, магнит излучает в пространство свое поле, а свет и гравитационное поле, в рассматриваемых явлениях не принадлежат этим телам. Они попадают извне от других излучателей. Например. Свет на линзу может попасть от любых его источников. Мы же не говорим, что линза искривляет пространство, хотя существует реальное сходство искривления, то есть изменение направления потока света. Аналогичная картина наблюдается и с гравитационным полем при прохождении через массивные космические тела.
Здесь мы находим аналогию между потоком света и гравитационным полем. При искривлении направления света через линзу мы наблюдаем преломление света и никак не можем утверждать, что свет попадает в искривленное пространство около линзы. В отличие от них магнитное поле, создаваемое самим магнитом, принадлежит магниту, а гравитационное поле не принадлежит к какому либо телу, с которым они взаимодействуют. Линза только концентрирует или может, в зависимости от формы линзы (оптического стекла), рассеивать световой поток. То же самое можно сказать и о концентрации потока гравитационного поля, осуществляемое большой массой сферических тел в космосе.
Гравитационное поле создает не тяготение, а подталкивание тел
Всесторонний анализ взаимодействия сил системы показывает, что притяжение -это кажущееся явление, как ранее казалось вращение Солнца, звезд и планет вокруг нашей Земли.
Известно, поиск фундаментальных законов природы остается еще одной грандиозной задачей науки. Природа сил распознается по явлениям движения, когда происходит изменение количества движения во времени. Для выявления природы физической сущности сил тяготения, обуславливающая тяжесть тела, необходимо искать причину возникновения такой тяжести по явлениям движения взаимодействующих материальных тел рассматриваемой системы.
Вне всякого сомнения, что все попытки понять физическую природу гравитации
неизменно заканчивались неудачей. Еще Г. Галилей пришел по этому вопросу к выводу, что мы не знаем ничего, за исключением названия, которое для данного специального случая известно как «тяжесть».
И. Ньютон, столкнувшись с проблемой объяснения природы тяготения, вынужден был признать, что причину силы тяготения он не мог вывести из явлений.
М. Клайн пишет, что Ньютон объяснил ограниченный успех своей программы следующим образом: «То, что гравитация должна быть внутренним, неотъемлемым и существенным атрибутом материи, позволяя тем самым любому телу действовать на другое на расстоянии через вакуум, без какого-либо посредника, с помощью которого и через которого действие и сила могли бы передаваться от одного тела к другому, представляется мне настолько вопиющей нелепостью, что, по моему глубокому убеждению, ни один человек, сколько-нибудь искушенный в философских материях и наделенный способностью мыслить, не согласится с ней».
Ньютон ясно осознавал, что открытый им закон всемирного тяготения -описание, а не объяснение. Поэтому он Ричарду Бентли писал: «Иногда вы говорите о тяготении как о чем-то существенном и внутренне присущем материи. Молю вас не приписывать это понятие мне, ибо я отнюдь не претендую на знание причин тяготения, и поэтому не буду тратить время на их рассмотрение» . Там же далее М. Клайн пишет, что у Х. Гюйгенса вызывало удивление, что Ньютон взял на себя труд проделать множество громоздких вычислений, не имея для этого ни малейшего основания, кроме математического закона всемирного тяготения. Гюйгенс считал идею тяготения абсурдной на том основании, что действие его, передаваемое через пустое пространство, исключало, какой бы то ни было механизма. Г. В. Лейбниц тоже подверг критике труды Ньютона по теории гравитации, считая, что знаменитая формула для сил тяготения - не более чем вычислительное правило, не заслуживающее названия закона природы. «Лейбниц сравнивал этот закон с анимистическим объяснением Аристотеля падения камня на землю ссылкой на «желание» камня вернуться на свое естественное место» .
Сам Ньютон не считал, что природу тяготения нельзя раскрыть. Он просто полагал, что уровень знаний его времени недостаточен для решения этой задачи, и надеялся, что природу тяготения исследуют другие. Однако его последователи этот временный отказ Ньютона от объяснения тяготения возвели в незыблемый принцип науки, который должен ограничиться только описанием явлений, не раскрывая глубоко их причин, еще недоступные человеческому пониманию.
Такой подход решения проблем свойственно некоторым исследователям при затруднениях познания явлений природы. Подобным методом ограничивали решение проблемы псевдоожиженного слоя. Некоторые даже решили псевдоожижение принять как новое состояние материи и отказаться от дальнейшего поиска физической сущности этого явления. Особый интерес ученых к этому вопросу «угас» во всем мире после раскрытия нами реальной физической сущности неоднородного псевдоожиженного состояния и опубликования результатов в ряде стран за рубежом.
Вековой проблемой остается объяснение «отрицательного» результата опыта Майкельсона-Морли. Из-за отсутствия, за определенный период времени, реального однозначного объяснения результата лишь одного этого эксперимента и
своего бессилия исследователи стали подвергать сомнению весь фундамент классической механики, в том числе и незыблемые законы сохранения. В результате ввели не свойственные природе зависимости: массы, времени и пространства от скорости движения тел. Решение этой проблемы и найденный нами реальный подход вполне может оказаться окончательным. Будем надеяться, что нас услышат, поймут, объективно оценят и примут наше решение, которое вернет непоколебимость основ классической механики. Эту тему следует подробно раскрыть в отдельной работе. Несмотря на широко распространенный закон всемирного тяготения, никому еще не удавалось объяснить его физический механизм, и природа его действия остались не раскрытыми.
На современном этапе развития науки нам представляется, что тяжесть возникает не из-за тяготения, а в результате подталкивания, вызываемое сопротивлением, оказываемое телом при прохождении через него гравитационного поля.
Анализируя реальную сущность наблюдаемых явлений, можно прийти к выводу, что «притяжение»- это кажущееся явление. Не тела притягиваются, а их подталкивают друг к другу или их отдаляют друг от друга.
В природе, видимо, не существует физического механизма «притяжения» тел, так как не наблюдается притяжение на расстоянии без действия извне. Взаимодействие тел обусловливает лишь подталкивание и отталкивание их. В механизм, наблюдаемой (в реальности кажущейся) «притягательной силы» двух тел, входит подталкивание за счет изменения количества движения (или импульса) третьего взаимодействующего с ними тела.
Таким третьим телом, которое обусловливает кажущееся нам притяжение к Земле, служит гравитационное поле (т.е. гравитоны), оказывающее давление на все материальные тела, что в реальности создает тяжесть, принимаемая нами за «притяжение» к Земле.
Здесь наблюдается аналогичная картина, как в свое время считали, что Земля является центром Вселенной, а все небесные тела движутся вокруг нее. В гравитационном поле тоже очевидным показалось «притяжение» к Земле, а в реальности каждая частица самой планеты и окружающая атмосфера испытывают давление (силу) гравитационного поля, направленное перпендикулярно к поверхности Земли. Следовательно, не Земля притягивает к себе, а она сама испытывает силу давления гравитонов, придающая «тяжесть» всем материальным составляющим элементам системы Земли.
В явлениях гравитационного поля и электромагнитного взаимодействия имеется существенная разница. В электромагнитных полях существует притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле - возникает только тяжесть. Видимо, в электрических зарядах одни заряженные тела излучают электрическое поле, а другие принимают, подобно магниту, где силовые линии всегда исходят из северного полюса и направляются к южному полюсу, в который входят. В
результате одноименные отталкиваются, а разноименные составляющие этих полей подталкивают тела друг к другу.
В отличие от них гравитационное поле пронизывает все тела. При этом сопротивление, оказываемое материальными телами гравитационному полю, вызывает давление, которое обусловливает тяжесть. Эта энергия тяжести, создаваемая гравитационным полем в массивных телах, переходит в теплоту, благодаря которой в недрах планет и звезд возникает и поддерживается соответствующая температура в неограниченное время. Тем самым происходит восполнение теряемой излучением теплоты (энергии) звезд, Солнца и планет.
Сила тяжести, вызываемая гравитацией, есть реальный результат взаимодействия, обусловленный изменением импульса гравитонов, а «тяготение» -это мнимое, кажущееся представление о явлениях при падении тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни.
К сожалению, в физике смешали понятия: гравитация, тяготение, притяжение и тяжесть. Телам не свойственно притягивать друг друга. Сближение свойственное телам - явление вынужденное, обусловливаемое третьим материальным телом или физическими полями: магнитным, электрическим, гравитационным и другими известными и еще неизвестными силами.
Мы даже не предполагаем возможность явления космических тел на расстоянии отталкивать друг от друга, и не представляем что-либо о необходимости «закона всемирного отталкивания». Это тогда как до сих пор не найдено физическое объяснение сущности и известнейшего «закона всемирного тяготения». О физической сущности явлений притяжения и тяготения ответ не найден из-за того, что их нет. В природе лишь наблюдаются отталкивание и подталкивание. Следовательно, и гравитация не может создавать ни тяготение, ни притяжение отсутствующие в природе.
Гравитация обусловливает тяжесть и тем самым возвращает рассеянную в космическом пространстве тепловую энергию. В основном энергия гравитационного поля концентрируется в массивных космических телах, где она переходит в массу, а масса в свою очередь накапливает гравитационную энергию. Очевидно, что и здесь проявляется божественный закон круговорота. По мере накопления энергии в Солнце и звездах возобновляется излучение, что приводит вновь к возврату энергии во всеобщий круговорот природных явлений.
Итак, можно сказать, что проблема «тепловой смерти» Вселенной отпадает (исчезает). Воображаемое опасение оказалось вынужденным вымыслом исследователей.
Все живое в природе, ее прелести, и гармония мироздания обязаны божественным законам круговорота и, в частности, концентрации и возврате в цикл круговорота энергии, где важнейшую роль играет гравитация. При отсутствии гравитационного поля не было бы ни жизни, ни теплоты. Тогда могло бы замерзнуть все. Остыло бы Солнце, и погасли бы все звезды и другие светила. Однако божественно очаровательные законы: круговорота, воссоздания,
воспроизводства, обновления, возобновления - властвуют и сохраняют устойчивость живой и неживой природы.
Любопытно, что по виду закон всемирного тяготения и закон взаимодействия электрических зарядов Кулона идентичны. Эта замечательная особенность в их сходстве помогает нам раскрыть механизм действия тяжести, создаваемый гравитационным полем. Только остается выяснить, почему в электрических зарядах наблюдаются притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле -только кажущееся нам «притяжение».
Аналогичная картина гравитационному притяжению наблюдается, когда железные опилки (предметы) притягиваются к магниту. Здесь мы наблюдаем тоже только притяжение и не наблюдаем присущее отталкивание одноименных полюсов.
Возникает вопрос. Почему железные предметы притягиваются и к северному и к южному полюсам магнита, а отталкивание отсутствует, подобно как в гравитационном поле? Чем объяснить механизм такого совпадения?
Разумеется, что сила возникает при изменении импульса, т.е. количества движения. Изменение последнего при постоянной массе обусловливаться может только за счет изменения скорости материального тела. С изменением скорости меняется энергетическое состояние тела в соответствии с принципом энергии, который гласит: всякое изменение скорости вызывает увеличение или уменьшение энергии тела.Следовательно, причина такого совпадения сил «притяжения» в таких разных явлениях объясняется изменением импульса (количества движения) потоков магнитного и гравитационного полей при взаимодействии с соответствующими материальными телами. Следует подчеркнуть, что в природе как таковое не представляется возможным существование притяжение тел. Поэтому совершенно справедливо считал Х. Гюйгенс идею тяготения абсурдной.
В реальности гравитационное поле пронизывает тела, подталкивая их по своему направлению движения. Тогда получается не закон тяготения, а закон движения тел в гравитационном поле под действием энергии тормозящихся гравитонов, вызываемой сопротивлением материальных тел гравитационному полю.
Обобщая изложенное, следует, что причина нераскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии как такового тяготение тел в природе.
Проведенный анализ показывает, что в природе, столь привычное для нас, в течение стольких лет, «тяготение» тел друг к другу отсутствует, а наблюдаемое сближение тел обуславливается за счет подталкивания их друг к другу третьим телом. В роли третьего тела могут выступать и физические поля, в том числе и гравитационное поле, которое «прижимает» все материальные тела к поверхности массивных космических образований - планет и звезд.
Всеобщий закон взаимодействия полей сил системы существенно облегчает решение многих проблем наряду с множеством проблем явлений и процессов природы и в том числе космологии.
Отрадно, что математическое выражение (описание) закона всемирного тяготения Ньютона тоже находит в выявленной физической сущности свое глубокое научное обоснование.
Вполне оказалось целесообразным для познания природных явлений, когда исходят из всеобщего закона взаимодействия полей сил системы, служащего универсальным ключом для выявления сущности наблюдаемых явлений и процессов во всем мироздании.
Л и т е р а т у р а:
1. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. - М. - Л.: Издательство АН СССР, 1945. -230 с.;
2. Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ./ Под ред. В.И. Аршинова, Ю.В.Сачкова. - М.: Мир, 1988. - 295с.;
3. Гаджиев С.Ш. Взаимодействие сил системы в технологических процессах (анализ, теория, практика). - Махачкала: Издательство ДГУ, 1993. - 210с.
Загрузка...