Федосин
С.Г. «Физические
теории и бесконечная вложенность материи»,
Пермь, 2009-2013. – 635 с.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На каждом этапе своего развития
наука сталкивается с интригующими и непонятными явлениями, нерешёнными
вопросами, фактами, не укладывающимися в рамки старых теорий. Как указывается в
[275], до сих пор остаются
загадками:
1. Природа гравитации.
2. Природа среды,
«пустого» пространства (эфира, физического вакуума).
3. Природа
распространения электромагнитной волны.
4. Природа электричества
и магнетизма. До сих пор ищут теоретически «открытые» магнитные монополи.
5. Природа ограничения
скорости света в среде и в веществе.
6. Природа квантования
орбит электронов в атомах.
7. Природа явления
волна-частица.
8. Природа строения
«элементарных» частиц.
9. Природа ядерных сил.
10. Природа
электрического заряда и массы.
11. Объединение всех
взаимодействий на какой-либо основе.
Данный список можно было бы
продолжить, переходя ко всё более частным вопросам практически во всех разделах
современной физики. Например, в [278] комитетом
по физике Вселенной в целях осознания связи, предполагаемой между кварками и
космосом, приведён перечень задач для
дальнейшего исследования:
1.
Что представляет собой тёмная материя?
2. Какова природа тёмной энергии?
3. Каково было начало Вселенной?
4.
Закончена ли теория гравитации Эйнштейна?
5.
Каковы массы нейтрино и как они повлияли на эволюцию Вселенной?
6. Как устроены "космические
ускорители" и какие именно частицы они ускоряют?
8. Каковы новые состояния материи
при очень высоких плотностях и давлении?
9.
Есть ли дополнительные пространственно-временные измерения?
10. Как появились элементы от железа
до урана?
11. Нужна ли новая теория для
описания поведения вещества и излучения при высоких энергиях?
Одной из основных целей,
которую поставил себе автор в данной книге, было использование синкретики как
новой философской логики, философии носителей, теории подобия и теории
бесконечной вложенности материи для решения назревших проблем современной
физики. С новой точки зрения были проанализированы классическая и
релятивистская механика, специальная и общая теории относительности, теория
электромагнитного и гравитационного поля, слабого и сильного взаимодействий. Во
многих случаях результатом стали модели явлений, наглядно показывающие их
структуру, способ существования или взаимодействия.
Типичным примером является
модель, объясняющая структуру чёточной молнии в § 1, и построенная на основе электрон-ионной
модели шаровой молнии согласно [2], [3], [4], [270], [271]. Интересным примером
подобия атомных и звёздных систем оказалось квантование удельных орбитальных и
спиновых моментов импульсов планет Солнечной системы, выявленное ранее в [4] и
[7]. В § 2 нам удалось показать, что и у спутников таких планет, как Юпитер,
Сатурн и Уран, квантуются удельные орбитальные моменты импульса. К ряду
закономерностей, характеризующих Солнечную систему, мы добавили ещё одну
зависимость. В соответствии с ней средние температуры поверхностей планет
зависят обратно пропорционально квадратному корню от расстояния между Солнцем и
планетами.
Космическая тема была
продолжена в § 3 при анализе эволюции системы «Земля-Луна». Согласно полученным
результатам, Луна с большой вероятностью могла возникнуть на расстоянии 29
земных радиусов от Земли в то же время, когда формировалась сама Земля. Расчёты
согласуются с энерговыделением в лунных приливах и предполагают синхронизацию
собственного вращения Земли и орбитального вращения Луны через 2,6·1010
лет.
Анализ функции действия в § 5 показал, что она не только удобна для нахождения уравнений
движения по принципу наименьшего действия, но и реально действующая на свойства
тел функция. Это следует из того, что частью функции действия являются как
калибровочная функция поля, используемая для калибровки потенциалов, так и
функция энергии, зависящая от скорости движения вещества. Если эти функции
изменяются за счёт изменения потенциалов и скорости движения, то это приводит к
замедлению процессов и времени, сдвигу фаз в рассматриваемой системе отсчёта по
отношению к контрольной системе отсчёта. Кроме этого, функция действия содержит
ещё члены с энергиями полей, зависящими от напряжённостей полей. Это означает,
что не только потенциалы, но и напряжённости поля участвуют в изменении свойств
тел.
С помощью теории
бесконечной вложенности материи [113] в § 6 обосновывается существование в
космическом пространстве так называемых «новых» частиц (нюонов). Эти частицы
относятся к нейтральным лептонам, а среди звёзд их аналогами являются белые
карлики. Поскольку усреднённая по пространству плотность вещества нюонов
достаточно близка к средней плотности вещества нуклонов в космосе, то нюоны
играют роль своеобразной тёмной материи, оказывающей влияние на движение звёзд
и галактик. Вследствие своей многочисленности и относительно больших размеров
по сравнению с нуклонами сечение нюонов как раз таково, что они способны
создавать эффект красного смещения излучения от удаленных галактик. Нюоны не
только уменьшают энергию электромагнитных квантов, распространяющихся в
космическом пространстве, но и частично рассеивают их. Это приводит к
ослаблению интенсивности излучения с расстоянием, обнаруженному недавно путём
сравнения амплитуды вспышек сверхновых одного и того же типа при разных красных
смещениях, так что для решения проблемы не требуется привлекать экзотической
тёмной энергии. Кроме этого, нюоны являются одним из источников для
термализации электромагнитного излучения, наполняющего Вселенную, и превращающегося
в изотропное микроволновое фоновое излучение с эффективной температурой около 2,725 ± 0,001 К. Интерпретация эффекта красного смещения за счёт потери энергии
излучения на нюонах позволяет объяснить и наблюдаемый факт квантования значений
красного смещения в соседних галактиках. Поскольку потери энергии излучения
зависят от пройденного расстояния, то повторяющиеся периодичности значений
красного смещения отражают почти одинаковые средние значения размеров типичных
галактик, разделений между соседними и парными галактиками, а также средних
расстояний между скоплениями галактик.
Хорошо известно, что как
закон Ньютона, так и общая теория относительности (ОТО) лишь описывают
гравитацию, но не дают ей конкретного объяснения. В § 7 мы на основе [7] и
[273] строим теорию гравитации в концепции гравитонов, исходя из представлений кинетической теории Фатио – Ле Сажа. Это приводит к выводу формулы закона
Ньютона и определению основных характеристик потоков гравитонов – плотности их
энергии в пространстве, проникающей способности в веществе. Сила гравитации
ответственна за форму и целостность космических объектов, в то же время
гравитоны в виде релятивистских частиц, фотонов и нейтрино сами порождаются
веществом на всех уровнях материи. На уровне звёзд излучение частиц и фотонов
наиболее активно происходит вблизи нейтронных звёзд, а на атомном уровне
материи – вблизи нуклонов. По мере продвижения вглубь материи растёт плотность
энергии и концентрация частиц в потоках гравитонов, но уменьшается длина их
свободного пробега в веществе. Отсюда следует сложная структура имеющихся в
пространстве гравитонов, а также невозможность чёрных дыр как объектов,
поглощающих любое вещество и ничего не выпускающих наружу. Если бы последнее
было верным, то следовало бы ожидать чёрных дыр и на самых глубоких уровнях
материи. Но тогда эти чёрные дыры поглотили бы всё мельчайшее вещество и на
нашем уровне материи не было бы ни гравитонов, ни гравитации.
Одним из самых успешных
подходов в физике является принцип наименьшего действия. Сутью его является то,
что при переходе системы из одного состояния в другое среди всех возможных
путей осуществляется то, при котором функция действия имеет наименьшее
стационарное значение. Имеются два варианта принципа – в форме
Гамильтона-Остроградского с дополнительным условием, что рассматриваемые
возможные пути преодолеваются за одно и то же время, и в форме
Мопертюи-Лагранжа, когда условием является сохранение начальной энергии. Мы
хотим акцентировать внимание на том, почему оказывается возможным само
выполнение данного принципа. Возьмём, например, тела, взаимодействующие
посредством гравитационного поля. Каким образом эти тела узнают, как им надо
двигаться, и по какой траектории? Очевидно, что однозначность движения
достигается за счёт действия огромного множества частиц. Примером здесь
является температура газа, стабильная именно потому, что она является средней
характеристикой кинетической энергии большого количества молекул. Для
гравитации, как мы полагаем в соответствии с § 7, имеются многочисленные потоки
гравитонов, осуществляющие притяжение тел. Именно огромная множественность этих
частиц создаёт эффект гравитационного поля и гарантирует движение тел в
соответствии с принципом наименьшего действия. По-видимому, такая же ситуация
имеет место и в отношении электромагнитного поля. Оба поля в совокупности
являются фундаментальными дальнодействующими полями и генерируют основные
наблюдаемые нами в природе силы. Как следствие принципа наименьшего действия,
следует рассматривать и другие менее общие принципы, выполняющиеся при
дополнительных условиях, такие например, как принцип наименьшей диссипации
энергии Н.Н. Моисеева [249], принцип наименьшего производства энтропии И.Р.
Пригожина, и принцип наименьшего рассеяния энергии на границах Онсагера [250].
В § 8 мы констатируем
несовпадение массы-энергии гравитационного поля тела сферической формы в двух
системах отсчёта, в одной из которых тело неподвижно, а во второй движется с
постоянной скоростью. Первая масса-энергия вычисляется через гравитационную энергию
статического поля как
масса-энергия 
.
Если же проинтегрировать вектор плотности импульса гравитационного поля
движущегося тела по всему объёму, занимаемому полем, то импульс поля будет
пропорционален скорости движения тела и массе-энергии поля 
. Неравенство гравитационной массы-энергии 
и инертной
массы-энергии 
означает вероятное
нарушение принципа эквивалентности в применении к массе-энергии гравитационного
поля, что не объяснимо в ОТО в приближении слабого поля. С точки же зрения
лоренц-инвариантной теории гравитации (ЛИТГ) [7], различие масс-энергий
связывается с существованием изотропной системы отсчёта, в которой потоки
гравитонов изотропны [144]. Любое движение тела относительно такой системы
отсчёта приводит к искажению потоков гравитонов, действующих на тело, и к
появлению волнового возмущения в потоках гравитонов, передвигающегося со
скоростью тела. Масса-энергия такого возмущения может быть тогда приравнена к
разности масс-энергий и . В § 19
показывается, что преобразования Лоренца носят условный характер, и что
возможны другие преобразования, содержащие абсолютные скорости систем отсчёта
относительно изотропной системы отсчёта. Одним из следствий этого является то, что наблюдатель, движущийся
вместе с телом относительно изотропной системы отсчёта и использующий принцип
относительности, может вычислить только массу-энергию и не обнаруживает
увеличенную массу-энергию . Разницу между массами-энергиями и можно понимать как
добавочную энергию гравитационного поля, возникающую от работы, необходимой для
перевода неподвижного ранее тела в некоторой системе отсчёта, в состояние
движения.
Согласно ОТО гравитационное поле является особенным –
оно создаётся всеми возможными источниками массы-энергии, начиная от вещества и
кончая электромагнитным полем, но при этом не обязано порождать ни вещество, ни
какое-либо другое поле. Это следует из геометризации гравитационного поля и его
представления с помощью искривления пространства-времени и принципа
эквивалентности. Такой подход является вынужденной мерой, поскольку в ОТО
принципиально отсутствуют как модель возникновения гравитационного поля, так и
механизм его действия. Соответственно, основной задачей ставится описание
эффекта гравитации без проникновения в сущность явления.
Наиболее очевидная слабость такого подхода проявляется
в том, что плотность энергии гравитации в ОТО не является настоящим тензором, а
лишь псевдотензором. Это и естественно – плотность энергии физического поля
всегда тензор и может преобразовываться в любую систему отсчёта, тогда как
преобразование геометрического аналога энергии из одной системы отсчёта в
другую нельзя сделать напрямую, так как это требует предварительного знания
геометрии новой системы отсчёта. Проблема с энергией означает фактически
проблему её локализуемости – в разных системах отсчёта ОТО она
сосредотачивается в пространстве по-своему.
В противоположность этому,
в ковариантной теории гравитации (КТГ), являющейся продолжением ЛИТГ для случая
риманова пространства и произвольных систем отсчёта, гравитация объясняется в
модели гравитонов и является настоящей физической силой. Метрика в этом случае
не отождествляется с гравитационным полем, а характеризует степень влияния
материи и полей на отклонение результатов пространственно-временных измерений
от их значений в инерциальных системах отсчёта. В § 9 согласно результатам
статьи [269] показывается подобие уравнений электромагнетизма и гравитации, и
строится единая электромагнитная и гравитационная картина мира, согласующаяся с
принципом относительности.
Если в макромире основную
роль играет обычная сила гравитации, то в микромире за целостность элементарных
частиц отвечает сильная гравитация. Путём введения постоянной сильной
гравитации: 
м3∙кг –1∙с–2, где 
и 
– заряд и масса
электрона, 
– электрическая
постоянная, 
– масса протона, в § 10 удаётся описать силу и энергию
сильной гравитации, выразить поле гравитационного кручения 
от движения нуклонов.
Это позволило в математической форме задать условия равновесия нуклонов,
определить структуру простейших ядер, представить ядерные силы как комбинацию
сильной гравитации, поля кручения и электромагнитных сил. Показывается, что в
массивных ядрах осуществляется режим насыщения удельной энергии связи, когда
добавление новых нуклонов перестаёт увеличивать гравитационный потенциал ядра и
гравитационную силу, а последующий рост числа протонов приводит к уменьшению
удельной энергии связи ядра за счёт добавочной положительной электрической
энергии.
В § 11 на основе подобия
свойств нуклонов и нейтронных звёзд строится модель внутренней электромагнитной
структуры нейтрона и протона, с учётом конфигурации их магнитного поля, состава
и степени заряженности вещества нуклонов, возможности преобразования частиц
друг в друга в реакциях слабого взаимодействия. Анализ реакций с участием
нуклонов, пионов, мюонов, электронов и нейтрино приводит к выводу о том, что
мюонные и электронные нейтрино (антинейтрино) сами состоят из соответствующих
пучков электронного нейтрино (антинейтрино), но принадлежащих более глубокому
уровню материи. Слабое взаимодействие оказывается результатом закономерной
трансформации вещества элементарных частиц, а не какой-то особой силой.
Рассмотренный подход вытекает из теории бесконечной вложенности материи [113] и
позволяет на единой основе представить эволюцию материи во времени и
пространстве. В частности это означает, что и нейтронные звезды будут со
временем испытывать трансформации своего вещества, подобные реакциям слабого
взаимодействия, превращаясь например в магнитары как в заряженные и
замагниченные звёзды. Структура нуклонов дополняется картиной их
электромагнитного и гравитационного полей при предельном вращении этих частиц в
§ 13. Это позволяет сделать оценку радиуса протона путём сравнения спина и
момента импульса гравитационного и электромагнитного поля протона.
Введённые теорией
элементарных частиц и квантовой хромодинамикой кварки и глюоны полагаются
основным строительным материалом, из которого состоят мезоны и барионы.
Свойства кварков в теории подбираются таким образом, чтобы их комбинации
соответствовали свойствам элементарных частиц. Что касается лептонов, то они
стоят особняком от адронов и не могут быть моделированы с помощью кварков. То,
из чего состоят лептоны, остаётся до сих пор неизвестным. Анализ концепции
кварков осуществлён нами в § 12, где было показано, что кварки могут быть
представлены в виде различных наборов 
– фазы и 
– фазы адронного вещества. Данные фазы обладают различными зарядами и магнитными моментами и
являются составляющими вещества нуклонов, находясь либо в ядре, либо в оболочке
этих частиц. Сведение свойств кварков к типичным фазам адронного вещества означает, что кварки являются не
самостоятельными частицами, а скорее квазичастицами особого рода. Аналогичный
вывод следует и в отношении промежуточных векторных бозонов электрослабого
взаимодействия 
с их энергиями порядка
80 – 90 ГэВ. Эти бозоны обнаруживаются
по симметричным трекам лептонов больших энергий, возникающих в столкновениях
встречных пучков протонов и антипротонов с энергиями порядка 
ГэВ. Однако при таких энергиях частички вещества
сталкивающихся нуклонов могут почти достигнуть своей предельно возможной
скорости 
, где 
– скорость света, 
– коэффициент подобия
по скоростям для вырожденных объектов. Скорость 
определяется с помощью теории подобия уровней
материи [279]. В таком случае вместо появления векторных бозонов можно говорить
просто о том, что достигается граница, при которой вещество элементарных частиц
начинает взаимодействовать со скоростями, близкими к максимальной скорости для
этого вида вещества.
Что касается самого слабого
взаимодействия, то возможность его моделирования в рамках электрослабого
квантового формализма с помощью векторных бозонов как переносчиков
взаимодействия ещё не означает построения сущностного механизма явления.
Действительно, в § 11 слабое взаимодействие сводится не к силам, а к
трансформации вещества элементарных частиц, происходящим в нём на более
глубоком уровне материи. При взаимодействии пионов и нуклонов оказываются
существенными гравитационные и электромагнитные силы, приводя к возникновению
нуклонных резонансов 
или 
, в зависимости от порядка сложения орбитального момента
импульса и зарядов частиц. А анализ реджевских семейств адронов показывает, что
они могут быть объяснены с учётом квантования спина и состояния вещества
частиц, удерживаемого полем сильной гравитации.
Кроме нуклонов, другими
основными составляющими вещества являются электроны, свойства которых в атомах определяют
всё разнообразие химических веществ. Однако квантовая механика и теория
элементарных частиц в силу своего вероятностного, статистического метода не
способны дать точные субстанциональные модели электрона и элементарных частиц.
В § 14 обнаруживается особенность электрона, заключающаяся в отсутствии у него
собственного радиуса как у самостоятельной частицы. Это следует из слабости
силы гравитации, не способной удержать вещество электрона против силы
расталкивания его собственного электрического заряда. Из эволюции вещества на
уровне элементарных частиц можно понять, что электрон возникает как необходимое
следствие достижения электронейтральности атомом водорода (или другим атомом),
когда вокруг положительно заряженного протона (ядра) формируется отрицательно
заряженное электронное облако.
Поскольку такое электронное
облако не может иметь собственные статические магнитный и механический моменты,
которые предполагаются в квантовой механике для спина электрона, для объяснения
спина и спинового магнитного момента мы вводим динамическую концепцию. Это
означает, что все явления, приписываемые спину, происходят только в моменты
перехода электрона из одного энергетического состояния в другое, а в
стационарных состояниях спин отсутствует. Основной причиной появления спина
является отклонение центра инерции электронного облака в атоме от ядра,
появляющееся например после взаимодействия электрона с фотоном. При этом спин
оказывается частью общего момента импульса электронного облака, связанной с
вращением центра инерции облака вокруг атомного ядра. Разные направления
вращения вещества в облаке с учётом орбитального движения самого ядра
относительно центра инерции электрона дают тонкое расщепление уровней энергии
атома. Пока электронное облако как целое сдвинуто относительно ядра и
вращается, происходит электромагнитное излучение и потеря энергии атомом. Затем
атом приходит к равновесному состоянию с одновременным исчезновением спина.
Исходя из такой картины
можно избавиться от известного парадокса в квантовой механике, согласно
которому в основном состоянии атома у электрона не может быть орбитального
момента импульса, но есть спиновый момент импульса. Если спин является
динамическим явлением, то всё должно быть как раз наоборот – в основном
состоянии и в s-состояниях
спина нет, но есть орбитальный момент импульса такой, что он обеспечивает
магнитный момент, который ранее считался спиновым магнитным моментом электрона.
Орбитальный момент импульса не даёт электронному облаку упасть на ядро, при
этом благодаря осесимметричной конфигурации облака излучение из него
отсутствует и энергия вращения не теряется. Находит новое объяснение и ряд
других эффектов, которые полагаются связанными со спином электрона. В
частности, тонкое расщепление уровней энергии атома и мультиплетность спектров
атомов выводятся как следствие сочетания вкладов магнитных энергий в поле ядра
от всех возбуждённых электронов незамкнутой внешней оболочки атома. Учёт
энергии магнитных моментов электронов в собственном поле намагничения
исследуемых образцов приводит к тому, что в магнитомеханических явлениях типа
эффекта Барнетта и Эйнштейна – де Хааза с ферромагнитными образцами фактор Ланде электронов равен 
как в классическом
случае, а не 
, как предполагается для спина.
Последовательное
рассмотрение структуры электронного облака в атоме позволяет выяснить вероятную
сущность процесса аннигиляции электронов и позитронов, учесть вклад поля
сильной гравитации в балансе сил и энергий электрона, в процессе излучения
фотонов. Анализ стационарных состояний
атома показывает, что в них возникает
равновесие между потоками электромагнитной и гравитационной энергии
полей и потоком кинетической энергии в веществе электронного облака. Это
приводит к квантованию энергии и момента импульса электронных состояний и
дискретности атомных спектров. Представление структуры электронных облаков в виде
дисков позволяет рассчитать параметры атома гелия и связать возникновение
принципа Паули с электромагнитной индукцией в соседних электронных облаках и
правилом Ленца. Среди других выводов можно упомянуть достижимость
корпускулярно-волнового дуализма лишь при энергиях, сравнимых с энергиями покоя
частиц, и объяснение космических лучей высоких энергий как следствие
существования у магнитаров положительного электрического заряда.
Скажем ещё несколько слов о принципе неопределённости
и принципе дополнительности в квантовой механике. По нашему мнению, принцип
неопределённости с одной стороны есть следствие того, что физические величины,
связанные с элементарными частицами, приходится измерять с помощью таких же
элементарных частиц или достаточно энергичных квантов поля. Конечно, отсюда
следует, что при измерении положения электрона с помощью фотона невозможно
определить точный импульс электрона, изменяющийся при взаимодействии с фотоном.
Если из двух физических величин 
и 
можно составить
произведение с размерностью кванта действия, то эти величины могут войти в
соотношение неопределённостей вида: 
,
где 
и 
– среднеквадратичные
отклонения физических величин от их средних значений. В силу принципа
неопределённости, чем точнее будут определены некоторые величины, тем менее точно
известными в данный момент оказываются сопряжённые с ними другие величины.
Поэтому каждый раз при данных условиях наше знание о системе оказывается
неполным, часть информации теряется.
С другой стороны, волновые функции элементарных частиц
и вероятности событий с ними существенно зависят от вида и энергии
происходящего и порой никак не учтённого взаимодействия. Поэтому в квантовой
механике рассматривают начальные условия и ищут вероятности конечных событий,
избегая описания промежуточных процессов. Невозможность непрерывного описания
явления через физические величины и использование волновой функции как
амплитуды вероятности событий также являются причиной принципа
неопределённости, поскольку между начальными и конечными состояниями в системе
допускаются неучтённые отклонения физических величин от средних или
вероятностных значений. В самом вероятностном подходе квантовой механики
неизбежно появляются средние величины и отклонения от них, и отдельные
измерения могут давать близкие, но несовпадающие результаты. Таким образом,
принцип неопределённости отражает степень нашего незнания хода промежуточных
процессов, а также учитывает отсутствие средств измерений, которые могли бы не
вносить существенных искажений в результаты измерения.
Как следствие неполноты знания о промежуточных
процессах и физических величинах появляется и принцип дополнительности. Дело в
том, что в начальных и конечных состояниях мы можем приготавливать различные
наборы условий, следить за разными физическими переменными и получать соответствующие
вероятностные предсказания. Полное доступное знание о системе достигается
тогда, когда мы переберём все возможные начальные условия для исследуемых
наборов физических величин и проведём соответствующие опыты для проверки
выводов теории. Полученные результаты будут дополнять друг друга, давая
некоторую общую картину. Принцип дополнительности выражается также и в том, что
само математическое описание и формулы для нахождения результатов опытов
зависят от наборов исследуемых физических переменных. Из всего этого следует,
что детерминизм в квантовых явлениях не исчезает. Просто доступный
теоретический и экспериментальный инструментарий квантовой механики не имеет
возможности нам этот детерминизм продемонстрировать в обычном виде. Мы
наблюдаем особый вариант детерминизма, сопровождаемый частичным
индетерминизмом, ограниченным принципом неопределённости и принципом
дополнительности при каждом наборе выбранных физических переменных.
Отметим ещё одну особенность принципа
неопределённости. Она связана с тем, что данный принцип работает только в
пределах того или иного уровня материи, поскольку для каждого уровня материи
имеется свой собственный характерный момент импульса. Например, для уровня
элементарных частиц характерный момент импульса имеет порядок величины
постоянной Дирака 
Дж∙с. На звёздном уровне материи у объектов типа нейтронных
звёзд характерный момент импульса равен 
Дж∙с согласно (345) и
несколько меньшую величину 
Дж∙с для планетных звёздных систем в соответствии с (10). Для
объектов типа нейтронных звёзд соотношение неопределённостей имеет вид:
.
(1169)
Оно означает, что при измерении местоположения звезды
с помощью других звёздных объектов при разбросе их импульсов на величину 
возникает
неопределённость в координате 
, показывающая степень неточности наших знаний о
местоположении звезды. Соотношение неопределённостей (1169) должно выполняться
при всех взаимодействиях между звёздами, но можно показать, что оно перестаёт
работать для внутренних составных частей, из которых можно было бы составить
звезду. Так, по кварковой гипотезе нуклоны состоят из трёх кварков (на самом
деле в § 12 мы показали, что все кварки, а значит и все адроны, можно
представить как комбинации вещества из ядра нуклона в виде – фазы вещества, и вещества из оболочки нуклона в виде – фазы вещества).
Предположим далее, ввиду соотношений подобия между
нуклоном и нейтронной звездой, что и звезда состоит из трёх объектов, подобных
кваркам. Подставляя в (1169) вместо диаметр нейтронной
звезды порядка 24 км, находим 
Н·с. Из данного можно, разделив его на
массу объекта 
кг, получить для среднеквадратичного отклонения скорости
данного объекта внутри звезды: 
м/с. Эта величина на порядок меньше скорости света и как
будто бы допустима. Но на самом деле нейтронная звезда состоит не из трёх
объектов, а из множества нейтронов – их число достигает 
штук. Если применить (1169) к этим нейтронам, то ввиду их
малой массы разброс скоростей нейтронов окажется значительно превышающим
скорость света. Следовательно, написанное для объектов звёздного уровня материи
соотношение (1169) не может быть прямо применено для объектов типа элементарных
частиц, поскольку предварительно в (1169) следует заменить 
на 
.
В таком случае мы можем считать некорректным сам
подход квантовой хромодинамики, при котором внутри адронов помещаются кварки и
глюоны, причём кваркам приписывают спин, равный по величине 
.
Ситуация становится ещё более запутанной тогда, когда
полагают элементарные частицы состоящими из некоторого множества партонов или
преонов с тем же спином .
На наш взгляд такой подход неверен, так как чем меньше
у объекта масса и размеры, тем меньше у него характерный момент импульса. Для каждого
уровня материи имеется свой характерный момент импульса и своё соотношение
неопределённостей, а использование одной и той же постоянной Дирака для любых объектов без
учёта их принадлежности к уровню элементарных частиц приводит к ошибке.
Поскольку до сих пор является нерешенной проблема
возникновения магнитного поля у космических тел, в § 15 мы представили
электрокинетическую модель как альтернативу известной модели гидромагнитного
динамо. Суть нового подхода заключается в том, что предсказывается
колебательный режим в разделении зарядов внутри конвективных оболочек планет и
звёзд. Это происходит вследствие сдвига фаз в обратной связи между процессами –
при максимальном разделении зарядов градиент электрического поля в центре
конвективной оболочки достигает наибольшей величины и здесь формируются слои
вещества с различными по знаку зарядами. Под действием тепловой конвекции
заряженные слои одного знака поднимаются к поверхности и не только разряжают
там заряженные слои другого знака, но и перезаряжают их. Если к этому добавить
вращение космических тел, получается соответствующее периодическое изменение
знака магнитного момента и магнитного поля у данных тел. Так как магнитное поле
возникает из-за вращения заряженных различным образом нижних и верхних частей
оболочек, то в электрокинетической модели нет проблемы затухания магнитного
поля. Подобная проблема типична для моделей типа гидромагнитного динамо, в которых
поле должно создаваться электрическими токами в веществе с вытекающими отсюда
омическими потерями и ослаблением токов.
Как отмечается в работе [272], метрика является математическим объектом, характеризующим
гравитационное поле с точки зрения его влияния на процессы
пространственно-временных измерений. С помощью метрики мы в § 16 представляем
также поле ускорения любого вида, как это принимается в метрической теории
относительности (МТО). Если поле обладает энергией, импульсом, квантованностью
и другими физическим параметрами, то метрика есть идеальный объект
геометрического вида, зависящий от свойств поля. Ни в одной системе отсчёта
энергия частиц эфира или физического вакуума, ответственных за возникновение
поля, не равна нулю. Если эти частицы обладают высокой проникающей
способностью, то их энергия малозаметна и проявляется лишь у больших или
экстремально плотных объектов. Вблизи тел происходит искривление траекторий
пробных частиц и волн, вследствие
нарушения возле тел изотропности эфирной среды, что описывается как искривление
пространственно-временной метрики.
Исходя из такой картины,
становится возможным сформулировать аксиомы МТО, обобщающие в том числе и
основы специальной и общей теории относительности. Конкретным примером
использования МТО стало определение метрики внутри равномерно ускоряемой
системы отсчёта. Как оказалось в этом случае, метрика становится функцией не
только координат, но и времени. Другим ранее неизвестным свойством стало сокращение видимых поперечных размеров ускоряемых тел,
а также не замедление, а ускорение течения времени при определённых условиях
движения. С помощью метрики в ускоренной системе отсчёта стало возможным
получить точное решение задачи о двух близнецах, один из которых неподвижен, а
второй совершает путешествие и возвращается назад. Сравнение показаний часов
близнецов показывает, что результат зависит от вида движения второго близнеца,
от соотношения между этапами пути, где имеется движение с постоянной скоростью
либо с ускорением. Если в рамках СТО
или ОТО предсказывается, что время на часах второго близнеца будет всегда
меньше, чем у первого, то у нас оказывается возможной и обратная ситуация.
Одним из следствий рассмотренного подхода является подтверждение того, что в
отличие от скорости ускорение проявляет себя абсолютным образом. В таком случае
естественным образом встаёт вопрос о существовании изотропной системы отсчёта,
относительно которой и проявляется ускорение – как ускорение относительно
потоков гравитонов.
В § 17 мы обращаемся к построению аксиоматических
основ теории гравитационного и электромагнитного полей, а также теории для
описания вещества. В пространстве Минковского теорией гравитации является ЛИТГ,
а в римановом пространстве ЛИТГ переходит в КТГ. В ЛИТГ гравитационное поле
получает не только полную формулу для своей энергии, но и формулу для импульса, и становится по-настоящему
лоренц-инвариантным полем. В частности, как вращение заряда порождает магнитное
поле, так и вращение массы создаёт в пространстве кручение как самостоятельную
компоненту гравитационного поля. Кручение оказывается необходимым потому, что
иначе невозможно полностью описать силу гравитационного взаимодействия,
действующую между двумя массами в различных системах отсчёта. Сводка формул для
поля кручения представлена в § 19. Из сопоставления ЛИТГ, электродинамики и
релятивистской механики с помощью СТО обнаруживается сущность энергии покоя
вещества. Эта энергия является энергией связи вещества в поле сильной
гравитации, и она равна в силу теоремы вириала энергии, излучённой веществом
при его образовании, в основном электромагнитным способом.
Как же теперь быть с тензорными уравнениями
Гильберта-Эйнштейна в ОТО, если считать гравитационное поле реальным уже в СТО?
Как изменится содержание этих уравнений? Здесь надо учесть тот же самый способ,
который широко используется для включения электромагнитного поля в ОТО. А
именно, все тензорные величины следует записать в необходимом ковариантном
виде, и только после этого подставить в тензорные уравнения для вычисления
метрики. Проделав это и для гравитационного поля в рамках КТГ, мы сможем найти
метрику, изменяющуюся под совместным действием электромагнитного и
гравитационного полей. Теперь уже невозможно считать энергию-импульс равными
нулю за пределами одиночного гравитирующего тела, как это делается в
традиционной ОТО, ибо вокруг тела всегда есть гравитационное поле, как
собственное, так и от других источников. Тяготение предстаёт перед нами как
совместный эффект от действия реальных физических полей – электромагнитного и
гравитационного.
Сравнение вида метрики в
ОТО и в КТГ за пределами одиночного массивного тела с учётом вклада
энергии-импульса гравитационного поля производится нами в § 18. Одним из
выводов является то, что решение уравнений для метрики Гильберта-Эйнштейна не позволяет однозначно определить
все необходимые коэффициенты для компонент метрического тензора. Этот же
результат следует и из решения для метрики внутри тел в § 19 в пределе слабого поля. Следовательно, для определения данных
коэффициентов необходимо привлекать уравнения движения частиц и волновых
квантов и сравнивать их с формулами классической механики. Но если в ОТО
уравнение движения одно и то же и для частиц и квантов в силу предполагаемой
справедливости принципа эквивалентности, то в КТГ уравнение движения для частиц
отличается от уравнения движения для волновых квантов.
Последнее вытекает из
различия между свойствами частиц и волновых квантов. Например, при
распространении звуковой волны в среде частицы среды лишь кратковременно
участвуют в переносе волны и остаются в среднем на одном и том же месте. В
статическом гравитационном поле на частицы среды (эфира) действует
гравитационное давление, которое может быть различным в разных точках
пространства. Это может привести к изменению скорости волны в пространстве, но
не во времени, так что в этом случае сила на волновой квант действует особым образом. Кроме этого, для
электромагнитных волн принимается условие равенства интервала нулю, 
. С
учётом этого в КТГ получается, что уравнение движения для волновых квантов (1024)
совпадает по форме с уравнением движением в ОТО (964). Для частиц в уравнении
движения КТГ (963) дополнительно появляется плотность гравитационной силы,
определяемая тензором напряжённостей гравитационного поля и плотностью импульса
вещества. Более общее уравнение (880) включает в себя ещё электромагнитную
силу, действующую на частицу или заряженный элемент вещества.
Такие явления, как сила гравитации и электромагнитная сила,
близкодействие сил и задержка в их возникновении, перенос гравитационных и
электромагнитных волн в пространстве на большие расстояния, постоянство
скорости света и её независимость от скорости источников излучения, токи смещения,
связь между волновыми и корпускулярными свойствами частиц
(корпускулярно-волновой дуализм), принцип суперпозиции полей, масса и инерция
тел, принцип инерции, принцип относительности, принцип эквивалентности инертной
и гравитационной масс, принцип локальной эквивалентности гравитационной и
негравитационной сил, соответствие между массой и энергией покоя тел – все эти
и подобные явления имеют нечто общее в своей основе. Мы предполагаем в § 19, что такой общей основой является
гравитонный эфир, который состоит из диффузной и динамической компонент. В
соответствии с эволюцией частиц вещества и поля, вещество порождает компоненты
эфира, проявляющиеся как действие электромагнитного и гравитационного полей, а
эфир в свою очередь посредством сил от полей приводит к образованию всё более
крупных частиц вещества. Взаимосвязь между гравитацией и электромагнетизмом,
кроме подобия их уравнений поля и передачи воздействия через эфир, видна ещё и
в том, что они согласно КТГ в одинаковой степени участвуют в определении метрики
в уравнении (814) и в уравнении движения вещества (880). Кроме этого, в § 14 при
анализе равновесия атомов в молекулах мы допускаем, что быстро движущееся
вещество электронов в атомах способно компенсировать гравитационную силу,
отклоняя потоки гравитонов от первоначального направления или рассеивая их.
Различие свойств частиц и
квантов поля в КТГ приводит к тому, что для них коэффициенты в метрическом
тензоре оказываются различными. Метрика становится функцией от типа пробных тел
и их свойств. Поскольку метрический тензор характеризует пространство-время, то
свойства пространства-времени для частиц и для квантов поля не совпадают
полностью. В частности, как показывается в § 20, для частиц характерным
становится динамическое время, являющееся обобщением определения времени в
движущихся инерциальных системах отсчёта СТО на неинерциальные системы отсчёта.
Ввиду различия зависимости скоростей волновых квантов и частиц в гравитационном
поле, ход часов, определяемый с помощью волн в периодических процессах, задаёт
время, отличающееся от динамического времени частиц.
Для определения значений
постоянных коэффициентов, появляющихся в метрике, можно сравнить уравнения
движения КТГ с результатами гравитационных экспериментов. С этой целью в § 20 анализируются
такие эффекты, как сдвиг перигелиев планет, отклонение
лучей света вблизи массивных тел, гравитационное замедление времени и
гравитационное красное смещение. С точки зрения КТГ получает объяснение эффект
«Пионеров», как результат применения более точного уравнения движения.
Спин-спиновые и спин-орбитальные взаимодействия тел трактуются в КТГ с помощью
поля гравитационного кручения , входящего в тензор напряжённостей поля. При орбитальном
вращении пробных тел вокруг Земли, и при перемещении пробных тел со спином в
поле Земли, кроме энергии-импульса гравитационного поля необходимо
дополнительно учитывать метрику для тела, обладающего спином. Таким образом в
КТГ возникает необходимость решения задачи по нахождению метрики вокруг
вращающегося тела, с учётом энергии гравитационного поля и поля кручения в
окружающем пространстве. По всей видимости, такая метрика должна иметь вид
метрики Ньюмана [254] для вращающегося заряжённого тела.
При анализе принципа
эквивалентности становится видна неполнота или неточность уравнения движения
ОТО (1086), поскольку с его помощью нельзя описать реактивное движение пробной
частицы. Между тем уравнение движения КТГ (1087) содержит как гравитационную
силу, так и возможность перехода к классическому уравнению Мещерского для тела переменной массы.
Использование тензоров
плотности энергии-импульса для вещества и гравитационного и электромагнитного
полей позволяет записать уравнения термодинамики в явном виде в
лоренц-инвариантной форме. В результате получается, что энтропия, количество теплоты, химический потенциал, работа и
термодинамические потенциалы могут быть представлены как тензорные функции от
микроскопических величин, среди которых напряжённости электрического и
гравитационного полей, давление и функция сжатия. Это даёт возможность в § 21
выяснить смысл энтропии как функции состояния системы – она пропорциональна
взятому со знаком минус отношению модуля упорядоченной энергии в системе к
тепловой, хаотической по своей природе энергии. Под упорядоченной энергией
подразумевается энергия направленного движения вещества, энергия сжатия от
давления и потенциальная энергия вещества в гравитационном и электромагнитных
полях. Когда система переходит к равновесию, часть упорядоченной энергии
неизбежно переходит в тепловую форму, и энтропия получает некоторое
положительное приращение.
Глобальный поток негэнтропии возникает на низших
масштабных уровнях материи и передаётся на высшие уровни материи посредством
энергичных частиц поля (частиц эфира), то есть гравитонами в виде различного
типа фотонов, нейтрино и релятивистских частиц. Эти частицы постоянно
упорядочивают вещество, создавая энергию покоя вещества, отодвигая его от
состояния равновесия и уменьшая его энтропию. Возникающие неравновесные системы
в свою очередь являются источниками излучения новых частиц поля, уже более
массивных и имеющих возможность переносить негэнтропию на последующие уровни
материи. Так осуществляется развитие мира на всех мыслимых уровнях материи.
Кроме такого переноса упорядоченности и негэнтропии, имеется и обратный поток,
сопровождающийся увеличением энтропии в различных системах и на различных
масштабных уровнях [34]. Например, вещество не только образуется, но и
разрушается в ряде процессов (столкновение частиц, рассеяние квантов, смерть
живых организмов и т.д.). Потоки упорядочения и разупорядочения, негэнтропии и
энтропии не только являются источником развития, но и обуславливают существование
друг друга как диалектические противоположности.
Как одно из практических применений физических идей мы
рассматриваем использование в экономической теории формулы, подобной формуле
для плотности распределения фотонного газа по энергиям. Распределения годовых
доходов на душу населения в разных странах обнаруживают достаточно сложную
структуру. Как оказывается, её можно объяснить наложением кривых распределения
для нескольких социальных групп с разными доходами. В качестве примера в § 22
проанализировано распределение доходов в экономике США и выявлены 4 основные группы
населения. Полученные формулы, в отличие от использовавшихся ранее, содержат
всего несколько параметров и даны в явном аналитическом виде. Это позволяет
легко осуществлять все необходимые математические операции над статистическими
данными по доходам и расходам, облегчая представление и исследование состояния
экономики.
Автор
надеется, что представленная книга послужит хорошим введением в решение и
проблематику фундаментальных вопросов, открывающихся перед естествознанием в
настоящее время благодаря теории бесконечной вложенности материи. Напомним, что
фактически уже оправдались предсказания в этой теории – минимальной массы звёзд
главной последовательности 0,056 солнечных масс открытием коричневых карликов,
и типичных параметров карликовых галактик, с массой 4,4∙106
солнечных масс и радиусом до 371 пк [287], [288]. Из возможности расположения
всех известных объектов в виде точек на бесконечной масштабной лестнице материи
из данной теории вытекает также новая степень свободы (масштабная физическая
размерность), в дополнение к трём пространственным измерениям и времени.
Сергей
Григорьевич Федосин
Источник:
http://sergf.ru/con5.htm