In English

Сознание и физическая реальность, 2004, Т. 9, №. 2, С. 34 – 42.

 

Проблемы фундаментальной физики и возможные пути их решения

Федосин С.Г.

intelli@list.ru

 

В развитии любого предмета всегда можно обнаружить фазы перестройки со сменой структуры, так называемые революции, и более-менее спокойные эволюционные фазы, протекающие без резких потрясений. Не является исключением и развитие отдельных наук о природе, а также и всего естествознания в целом. В последнем случае происходит периодическая смена не просто фундаментальных теорий, а целой парадигмы, которая порождает саму возможность перестройки в отдельных науках. На какой же стадии находится развитие современного естествознания? Происходит ли сейчас эволюционный процесс или нас ждёт уже в ближайшем будущем настоящая научная революция? Постараемся ответить на эти вопросы, разобрав наиболее фундаментальные теоретические построения в физике, и указывая на присущие им противоречия, сделать соответствующие выводы. Большинство из представленных здесь новых и альтернативных моделей ещё требует своей доработки, но без них уже невозможно представить дальнейшее развитие науки.

Задачей специальной теории относительности (СТО) является описание событий в движущихся системах отсчёта, исходя в частности из вида этих событий в неподвижных системах отсчёта, в которых мы можем много раз повторять одни и те же эксперименты в лабораторных условиях. Как только наблюдатель начинает перемещаться относительно объектов своего исследования, возникает отклонение видимой картины явлений от статического случая – например, появляется неодновременность ранее одновременных событий. Все подобные эффекты с очень хорошей точностью описываются формулами СТО, полученными на основе следующих постулатов:

1. Рассматриваются маломассивные тела, так что действием их гравитации друг на друга можно пренебречь. Внешние воздействия и поля должны быть либо малыми, либо скомпенсированными.

2. Принцип относительности: если наблюдателя и его экспериментальную систему привести в состояние свободного равномерного и прямолинейного движения относительно предыдущего состояния, которое условно можно назвать покоящимся, то процессы для наблюдателя будут протекать также, как и ранее в покоящейся системе.

3. Принимается, что справедливы симметрии относительно сдвигов во времени, в пространстве и при повороте, что означает свойства однородности времени, однородности и изотропии пространства.

4. Все базовые пространственно-временные параметры измеряются с помощью электромагнитных волн, то есть в инструментарий могут входить электронные часы, световые линейки и т.д., которые являются эталонами для обычных механических линеек и часов любого типа. Синхронизация одних часов с другими происходит с помощью циркуляции электромагнитных сигналов с учётом времени на их запаздывание на известном расстоянии. Другими словами, сигнал от первых часов должен дойти до вторых часов и вернуться назад, тогда наблюдатель у первых часов сможет дать наблюдателю у вторых часов инструкцию для установки вторых часов с временным сдвигом, равным половине времени движения сигнала вперёд и назад. Прямое измерение длины возможно лишь в неподвижной системе отсчёта, а при движении объекта его длина определяется косвенно через световые сигналы, посылаемые одновременно с концов объекта на неподвижную линейку.

5. Скорость света (электромагнитной волны) в вакууме считается одинаковой во всех инерциальных системах отсчёта.

 Поскольку в СТО используется принцип относительности, то СТО справедлива для инерциальных систем, по определению движущихся прямолинейно с постоянной скоростью в отсутствие внешних влияний, и является первым приближением к результатам, находимым для неинерциальных систем.

Следствием приведённой выше аксиоматики оказывается независимость величины скорости света от направления и величины скорости движения источников света. Другими общеизвестными эффектами СТО являются относительность одновременности, замедление времени, сокращение продольных размеров движущихся тел. И всё бы в этой картине было хорошо, кроме одного – каждая формула СТО содержит скорость света, а вот как распространяется свет, вообще электромагнитная волна – нам неизвестно! И почему высокочастотное электромагнитное поле приобретает новое свойство – квантованность, описывается в концепции фотонов, так что требуется замена классической электродинамики на квантовую? Говорить же просто, что электромагнитное поле есть особый вид материи, осуществляющий взаимодействие между зарядами, означает заметать проблему под ковёр. Неудача в объяснении внутренней структуры электромагнитной волны влечёт за собой чисто формальный, математический вид СТО, не позволяющий нам найти её ограничения, выйти за её рамки. И вот уже во многих учебниках пишут, что скорость света есть предельная скорость передачи взаимодействий, а для передачи электромагнитного взаимодействия не нужна никакая несущая среда, отличная от самой электромагнитной волны?! Но последнее означает абсолютную автономность и неуничтожимость электромагнитного излучения в том смысле, что одна такая волна не сможет нейтрализоваться другой встречной и противоположной волной. А если бы это и произошло, то куда девалась бы энергия обеих волн, если материя волн в принципе отличается от материи вещества? И как вообще может тогда происходит взаимодействие электромагнитного излучения и зарядов, порождающих его?

Таким образом, гораздо естественнее иметь некую материальную среду (эфир) в качестве переносчика электромагнитного взаимодействия. Это позволяет рассмотреть сразу весь спектр возможных структур электромагнитных колебаний – от обычных периодических волн, перемещающихся в среде и захватывающих вещество в каждой точке с активным кратковременным пространственным движением этого вещества, до одиночных солитоноподобных структур. Кроме этого, в качестве модели фотона возможны и просто движущиеся автономные кванты, содержащие внутри себя захваченную и организованную среду или вещество [1].

Но если мы говорим об эфире как о той среде, без которой немыслимы электромагнитные колебания, то можем ли мы совместить эту идею с выводами СТО? Оказывается, что это возможно. В [2] показывается, что нам достаточно принять существование такой начальной изотропной системы отсчёта, в которой скорости электромагнитных волн одинаковы по всем направлениям, чтобы далее с учётом принципа относительности вывести все формулы СТО. При этом в качестве следствия получается постоянство скорости волны во всех инерциальных системах и независимость величины скорости света от скорости источников света. Исходный постулат классической СТО оказался сам выведенным из других положений! Одновременно мы избавляемся от ограничений, навязанных формальной схемой классической СТО. Во-первых, теперь становится возможным всерьёз рассматривать различные модели эфира как переносчика электромагнитного поля, выбирая из этих моделей такие, чтобы они не противоречили сущности новой концепции СТО. При этом нетрудно представить себе такую изотропную систему отсчёта в эфире, в которой скорость электромагнитной волны была бы одинаковой по всем направлениям, или напротив, считать, что изотропность обеспечивается неподвижным хотя бы в среднем эфиром, как некоей средой. Во-вторых, мы можем теперь понять имеющуюся вполне конкретную величину скорости света в вакууме как необходимое следствие, возникающее от свойств частиц эфира. В-третьих, наблюдаемая независимость скорости волны от скорости источников электромагнитного излучения может быть обоснована действием двух факторов – влиянием применяемой нами процедуры пространственно-временных измерений в разных инерциальных системах отсчёта, и действием эфира как несущей среды в изотропной системе отсчёта. В-четвёртых, существование изотропной системы отсчёта выделяет её из всех других инерциальных систем отсчёта. Тем самым мы уходим от полной абсолютизации относительности, избавляясь от метафизики с философской точки зрения. И в-пятых, новая концепция СТО полностью совпадает со своим классическим вариантом в двух предельных случаях – в вакуумных экспериментах, когда эфир как бы вообще не увлекается движущимися телами, с одной стороны, и в случае условного полного увлечения эфира, с другой стороны. Поскольку в классической СТО эфир отвергается за ненадобностью, то он в ней и не должен обнаруживаться. Однако в СТО с эфиром он теоретически может быть обнаружен в промежуточном случае с неполным увлечением эфира, то есть внешний эфирный ветер должен как-то влиять на распространение света внутри вещественных тел при движении этих тел относительно изотропной системы отсчёта. Данный вывод даёт надежду оценить свойства эфира из экспериментов типа известного опыта Физо с пропусканием света в воде. По крайней мере это должно быть справедливо в тех случаях, когда вещественные тела или та же вода в опыте Физо двигаются ускоренно.

Обратимся теперь к общей теории относительности (ОТО). Её схема была предназначена с одной стороны для развития теории тяготения Ньютона, а с другой – для перенесения методологии СТО на неинерциальные системы отсчёта. При достаточно больших источниках гравитационного или электромагнитных полей или в случае необходимости учёта массы-энергии движущихся частиц в ОТО уже нельзя пренебрегать их влиянием на видимое протекание процессов, что выражается в отклонении метрического тензора от того его простого вида, который принят в СТО. Соответственно, меняются пространственно-временные связи между событиями и вид движения тел, находящихся под действием поля от массивных источников. Всё выглядит так, как будто вещество влияет на свойства пространства-времени, а эти свойства в свою очередь влияют на движение тел и на физические процессы.

Логика ОТО выглядит следующим образом. Принцип пропорциональности между инертной массой, отвечающей за сопротивление тел действующим силам, и массой гравитационной, связанной с притяжением тел (принцип Галилея), приводит к одинаковому ускорению различных тел вблизи тяготеющих масс (при одинаковых начальных условиях). Отсюда вытекает принцип эквивалентности – гравитационное поле можно заменить, по крайней мере локально, ускоренно движущейся системой отсчёта, гравитационные силы при этом заменяются силами инерции, а общий вид явлений при такой замене остаётся прежним. Наличие ускорений означает переход к неинерциальным системам, что изменяет компоненты метрического тензора, необходимого для описания интервала. Под интервалом и в СТО и в ОТО подразумевается расстояние в четырёхмерном пространстве-времени между бесконечно близкими друг к другу событиями. Изменение компонент метрического тензора в ОТО с геометрической точки зрения эквивалентно тому, что пространство-время в каждой точке искривляется, становится неевклидовым. Так как введение источников полей и вообще источников энергии различного вида меняет геометрию, то простейшей записью уравнений ОТО как раз и является линейная зависимость между тензором искривления пространства-времени и тензором плотности энергии-импульса материи. На геометрическом языке движение свободных тел в СТО происходит по прямой линии по инерции (тяготения тел нет), а в ОТО аналогичная линия, называемая геодезической, искривляется под действием тяготения, отличаясь от прямой. В обоих случаях при одинаковых условиях тела движутся по одним и тем же, соответствующим СТО или ОТО, геодезическим линиям. При этом в ОТО ускорения тел не зависят от массы (принцип эквивалентности), но зависят от выбора геодезической линии, то есть от геометрии.

Известными эффектами ОТО являются замедление времени вблизи тяготеющих масс и сокращение размеров тел в направлении градиента (наибольшего изменения) гравитационного поля. Все результаты ОТО получаются в предположении, что поиск гравитационного поля заменяется нахождением компонент метрического тензора, используемых далее для вычисления движения тел по геодезическим линиям. Более того, именно метрический тензор объявляется основной характеристикой поля тяготения. В итоге геометрия поглощает физику – от реального гравитационного поля остаётся одна метрика, сила гравитации сводится к силе инерции и объясняется кинематически. Наиболее очевидная слабость такого подхода проявляется в том, что энергия гравитации в ОТО не является настоящим тензором, а лишь псевдотензором. Это и естественно – энергия 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. 

Существуют ли пути для восстановления у гравитационного поля статуса реального физического, а не геометрического поля? Одна из попыток сделана в работах [3 – 4] на основе изменения тензорных уравнений гравитационного поля, справедливых для пространства-времени СТО. Другой подход предлагается в [1 – 2], исходя из следующих рассуждений. Гравитационное поле рассматривается аналогично электромагнитному, так что для него строятся уравнения наподобие уравнений Максвелла и находятся соответствующие скалярный и векторный потенциалы. Если теперь применить стандартные уравнения Эйнштейна для поиска метрики внутри однородного гравитирующего шара, содержащего движущуюся произвольным образом несжимаемую жидкость, то окажется, что все недиагональные компоненты метрики в приближении слабого поля как раз пропорциональны векторному гравитационному потенциалу, а диагональные компоненты являются функциями скалярного потенциала! Тем самым подтверждается правильность самого подхода описания гравитационного поля непосредственно в рамках СТО, а не только в ОТО, как считалось ранее. Более того, в СТО гравитационное поле получает не только 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. Действительно, в покое между массами действует ньютоновская сила притяжения, но попробуйте точно записать трансформацию этой силы в движущейся системе отсчёта – вряд ли это удастся без учёта векторного потенциала. Лоренц-инвариантность как раз и означает возможность преобразования сил и потенциалов поля из одной системы отсчёта в другую с помощью стандартных преобразований Лоренца. Плодотворность рассмотрения гравитации именно в СТО показана в статье [5] при вычислении момента импульса и радиуса протона, а также при доказательстве аналога теоремы вириала для момента импульса гравитационного и электромагнитного полей. Если в силу теоремы вириала гравитационная энергия достаточно большого космического тела по модулю в два раза больше кинетической энергии движения частиц вещества этого тела, то как оказывается, момент импульса гравитационного поля за пределами космического тела также в два раза больше момента импульса гравитационного поля внутри этого тела.

Как же теперь быть с тензорными уравнениями 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, мы сможем найти метрику, изменяющуюся под совместным действием электромагнитного и гравитационного полей. Теперь уже невозможно считать энергию-импульс равной 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. Справедливость предложенного подхода доказывается ещё одним способом в [2], когда инерциальный наблюдатель на бесконечности после использования принципа эквивалентности находит в рамках СТО точно такое же замедление времени, какое вносит в рамках ОТО реальное гравитационное поле после его ковариантного включения в уравнения ОТО. В результате не метрическое, а именно реальное гравитационное поле обладает свойством гравитационного излучения, источником которого являются движущиеся массы. Если в классической ОТО возможно только квадрупольное гравитационное излучение, рассматриваемое как следствие колебаний метрики, то в новой версии ОТО излучение может носить и дипольный характер, подобно дипольному электромагнитному излучению. Благодаря разделению метрики и гравитационного поля их изменения перестают быть синхронными, поскольку на метрику могут оказывать влияние и другие виды источников энергии-импульса. Про скорости распространения этих изменений можно также сказать, что они не обязаны иметь одну и ту же величину скорости, хотя по порядку величины они близки к скорости света. Это показывают недавние эксперименты по измерению запаздывания отклонения света от квазара в движущемся гравитационном поле Юпитера [6].

Если классическая СТО отказывается от решения проблемы внутренней структуры электромагнитного поля, то точно также и теория дальнодействия гравитации Ньютона, и  классическая ОТО с её концепцией близкодействия гравитации не способны приблизить нас к выяснению природы гравитационного поля. Формализм этих теорий приспособлен лишь для описания следствий – возникающих сил, предполагаемых траекторий движения и т.д., но не может объяснить нам реальные причины. Нам приходится восстанавливать истинную картину глубинных явлений по лёгкой ряби на поверхности событий. Одним из путей решения загадки гравитационного поля является концепция гравитонов, представленная в [1]. Любые два тела будут как бы притягиваться друг к другу вследствие эффекта взаимной экранировки, если они находятся в облаке пронизывающих их во всех направлениях бесчисленных мелких частиц – гравитонов. Расчёт показывает, что в этом случае гравитационная сила имеет вид закона тяготения Ньютона, то есть гравитоны подталкивают тела друг к другу пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния.

Предположим теперь, что самыми плотными объектами, которые может создать гравитация, являются нейтронные звёзды, так что максимальное давление в них создаёт такую же плотность энергии, какая имеется у гравитации. Тогда становится возможным оценить коэффициент поглощения гравитонов в веществе и связать его с гравитационной  постоянной, найти длину свободного пробега гравитонов в зависимости от плотности вещества, и поток их энергии через единичную площадку в единицу времени. Сечение взаимодействия гравитонов с веществом оказывается настолько малым, что гравитонами могут быть только частицы типа нейтрино с энергией порядка 1 кэВ. Полагая, что это так и есть, для концентрации гравитонов находим величину 1049 м–3. Наконец, у нас появляется возможность понять закон инерции, то есть отсутствие торможения у движущихся с постоянной скоростью тел в потоке гравитонов. Дело в том, что с одной стороны в силу эффекта Допплера движение тела квадратично изменяет суммарный импульс, получаемый в единицу времени от встречных гравитонов – за счёт увеличения частоты встречи с гравитонами, и за счёт увеличения их энергии. Но с другой стороны, чем больше энергия гравитонов, тем меньше сечение их взаимодействия с веществом и меньше тормозящая сила. В итоге при любой постоянной скорости движения сила торможения не возникает и выполняется закон инерции. Каждый переход от одной постоянной скорости к другой как от одного устойчивого состояния к другому требует затрат энергии, так что при таком переходе мы ощущаем  сопротивление, пропорциональное массе тела. Поскольку гравитоны отвечают за притяжение тел, а также и за эффект инерции тел, то отсюда сразу вытекает наблюдаемая в эксперименте пропорциональность гравитационной и инертной масс. В концепции гравитонов кинетическая энергия движущегося тела может быть вычислена как работа, необходимая для изменения скорости движения этого тела относительно равновесного состояния потоков гравитонов. Кроме кинетической энергии, у каждого тела и составляющих его частиц обнаруживается так называемая энергия покоя, которая по величине равна энергии, высвобождаемой при гипотетическом полном распаде частиц этого тела в данной системе отсчёта. Полная энергия тела складывается из энергии покоя и кинетической энергии, а на практике её вычисляют через массу и импульс тела.

Мы можем пойти дальше и более тесно связать гравитационное и электромагнитное поля. Во-первых, уравнения гравитационного поля, построенные в [1], подобны уравнениям Максвелла для электромагнитного поля. Во-вторых, расчёты показывают, что для широкого ряда объектов отношение их энергии связи (гравитационной энергии) к собственной электромагнитной энергии приблизительно равно одной и той же величине – отношению масс протона и электрона. Это относится и к вырожденным объектам типа нуклонов и нейтронных звёзд, и к энергии ядерной гравитации по отношению к энергии нулевых колебаний электромагнитного поля в чёрной полости с оболочкой из нуклонов, и к энергии покоя вещества Метагалактики по отношению к энергии фонового излучения, и к отношению мощностей дипольного гравитационного ядерного излучения протона к его соответствующему электромагнитному излучению как заряда. Всё это наводит на мысль о том, что электромагнитное излучение есть не что иное, как своеобразные колебания на переносящих их потоках гравитонов. В этом случае роль эфира играет среда, состоящая из быстро движущихся и всё пронизывающих гравитонов. Кроме электромагнитного излучения есть ещё и стационарные электромагнитные поля, требующие своего объяснения. Очевидно, что стационарность гравитационного поля вокруг массивного тела определяется неизменностью взаимодействия частиц этого тела с гравитонами. Аналогично, стационарность электромагнитного поля возникает в условиях неизменности движения заряженных частиц, создающих поле, и за счёт особого взаимодействия заряженных частиц с гравитонами. В частности, мы легко обнаруживаем воздействие одного заряда на другой, меняющее свой знак в зависимости от знака зарядов. Это можно понять как то, что заряд тела не только существенно увеличивает или уменьшает общий коэффициент поглощения гравитонов, но и изменяет конфигурацию их распределения в окружающем пространстве, что при большой плотности энергии гравитонов приводит к дополнительной и значительной по величине электромагнитной силе. Знак силы в этом случае может зависеть как от направления поляризации гравитонов в области поля взаимодействующих зарядов, так и от пространственного распределения гравитонов вблизи зарядов разных знаков, от их концентрации или наоборот, от расходимости, вытекающей из свойств зарядов.

При таком подходе само понятие фундаментальной силы означает её симметричность относительно взаимодействующих тел как следствие способа взаимодействия. Если одиночное тело находится в изотропной системе отсчёта, где потоки гравитонов уравновешены по всем направлениям, то такое тело необходимо будет покоиться или двигаться без ускорения в силу инерции. Благодаря высокой проникающей способности гравитонов установление факта отсутствия ускорения обнаруживается внутри самой системы отсчёта, связанной с телом, без обращения к другим системам отсчёта. Если же ускорение тела относительно изотропной системы отсчёта есть, то система отсчёта тела является неинерциальной и в ней обязательно появляются силы инерции. При ускоренном прямолинейном движении тело под действием вынуждающей силы и силы инерции изменяет свою форму, сплющивается, и может даже остаться в таком состоянии после снятия вынуждающей силы. При вращательном ускорении под действием момента сил и противодействующего инерционного момента тело также меняет свою форму (шар превращается в эллипсоид). В обоих случаях после снятия силы или момента сил тело движется по инерции – либо прямолинейно, либо вращается с постоянной скоростью. Однако даже вращение с постоянной скоростью всё-таки подразумевает наличие центростремительного ускорения, так что система остаётся неинерциальной. Неинерциальность систем отсчёта с гравитационными полями вытекает из того, что в них всегда есть гравитационное ускорение, играющее роль ускорения для аналогичной силы инерции (например, при покое тела относительно Земли обнаруживается его вес). Точно также, по сути дела не является инерциальной система отсчёта, связанная с зарядами, ведь между ними даже в покое имеются силы и ускорения. Тем не менее, электродинамика в рамках СТО прекрасно описывает все явления с зарядами. Этот факт убеждает нас в том, что и гравитационные силы можно описывать соответствующими уравнениями непосредственно в СТО. В таком случае основная роль ОТО сводится к тому, чтобы учесть зависимость процесса и скорости распространения электромагнитной волны от наличия источников энергии-импульса любого вида, уточнить результаты пространственно-временных измерений, и тем самым более корректно описывать явления.

Рассмотрение гравитационного поля как реального физического поля оказалось очень плодотворным в термодинамике, традиционно использующей энергетический подход. Здесь удалось из первых принципов вывести выражение для приращения теплоты и энтропии, а также аналитическое представление для возвращающей систему к равновесию силы в принципе Ле Шателье [1]. Напомним, что по принципу смещения равновесия Ле Шателье система под внешним воздействием оказывает сопротивление переходу в новое состояние равновесия, в котором система как бы вновь восстанавливает своё прежнее состояние. Энтропия как функция состояния предстаёт теперь не просто мерой необратимого рассеяния энергии или мерой вероятности осуществления определённого макроскопического состояния, но оказалась выраженной через градиенты энергии электромагнитного и гравитационного полей и энергии вещества, характеризуя тем самым структуру системы с точки зрения объёмного распределения энергии и являясь мерой связанности и взаимодействия частиц системы. Если предположить для простоты, что тепло поступает в систему в виде электромагнитных квантов, эффективная температура которых по закону Вина пропорциональна частоте излучения, то приращение энтропии будет пропорционально количеству поглощённых квантов, вносящих в систему определённую упорядоченность в виде направленного движения возбуждённых частиц. В изолированных от внешних потоков вещества системах можно ещё рассматривать прирост внутренней энтропии, возникающий благодаря переходу системы из неравновесного положения в состояние покоя, при котором происходит уравновешивание всех сил.

В монографии [11] был сформулирован следующий закон: «Изменение организации системы пропорционально изменению внутренних и внешних потоков энергии, движения и упорядочения, составляющих в совокупности поток существования системы». Из данного закона следует, что кроме законов сохранения энергии, импульса и момента импульса следует учитывать ещё и закон сохранения энтропии. Действительно, увеличение энтропии одной системы означает такое же её уменьшение другой системы, что эквивалентно переносу упорядоченности в пространстве-времени. Характерным примером здесь является процесс получения планетами солнечного излучения и отдача ими теплового излучения со своей поверхности. В данном процессе имеется равенство, баланс приходящей и уходящей энергии, но поскольку температуры излучений разные, то возникает разность энтропий – планеты получают отрицательную энтропию или негэнтропию, за счёт которой возможно увеличение внутренней энтропии в процессах релаксации и разнообразные движения на планетах с выполнением внутренней работы над телами. В полный баланс потока энтропии кроме электромагнитного излучения следует включить воздействие гравитационного поля и структурную энтропию вещества планеты. При стационарном состоянии происходят химические превращения, осуществляется круговорот вещества в природе и поддерживается жизнь, а внутренняя работа на планете под действием потока солнечной энергии всё время компенсируется работой гравитационных сил. Закон сохранения энтропии как меры упорядоченности для полной системы можно записать так:

S = Sm + Sf  = const ,   или   dS = 0 ,

где Sm – энтропия вещества с учётом вклада, вносимого движением,

      Sf  – энтропия поля, включая статические и стационарные компоненты, а также компоненты энтропии поля, передвигающегося в пространстве (например, энтропии потока излучения).

Открытие закона сохранения энтропии оказалось возможным именно благодаря тому, что гравитационное поле стало восприниматься как реальное физическое поле, наряду с электромагнитным полем вносящим свой вклад в упорядочение систем.

Перейдём далее к космологии, к картине происхождения Вселенной, представляемой нам господствующей в настоящее время теорией Большого взрыва и её разновидностями в виде моделей раздувающейся или хаотической Вселенной. Исходной идеей здесь является существование в самом «начале» сверхплотного и горячего даже не вещества, а массы-энергии всей Вселенной в очень малом объёме в виде полевого сгустка из частиц типа фотонов, кварков, глюонов, нейтрино. Далее под действием какой-то неустойчивости сингулярное состояние разрушается и начинается взрывное и замедляющееся со временем расширение, при этом происходит остывание элементарных частиц и последующее их соединение в нуклоны, а затем и в атомы вещества. После этого наступает очередь для образования путём самогравитации газовых облаков, первых звёзд, их скоплений, галактик… Не будем здесь останавливаться на философском анализе проблемы (а проблема здесь в том, что сведение одной загадки – происхождения мира, к другой – к неизвестно откуда взявшейся сингулярности – есть бесплодная тавтология, при этом даже периодическое повторение процесса от сингулярности до максимального расширения с последующим обратным схлопыванием в сингулярность есть не что иное, как метафизика). Нашей основной целью будет критика физических предпосылок теории Большого взрыва и представление альтернативной теории.

Рассмотрим вначале теоретический базис современной космологии, традиционно включающий в себя перенос неевклидовой геометрии пространства-времени ОТО на всю Вселенную. Предполагается, что действие законов, установленных на Земле и в её окрестностях, можно без ограничений распространять на гораздо более обширные области. Очевидно, что такое утверждение относительно и должно проверяться в каждом конкретном случае. Если принять справедливость ОТО на столь больших масштабах, то из её уравнений следует нестационарность Вселенной, которая должна либо сжиматься, либо расширяться. Теория предсказывает связь кривизны пространства-времени с плотностью массы-энергии и описывает временную эволюцию Вселенной в нескольких допустимых моделях. При этом мало кто обращает внимание на то, что во всех расчётах молчаливо предполагается неизменность гравитационной постоянной. Это и неудивительно, ведь в классической ОТО на первом месте находится не физика, а геометрия, не взаимодействие, а кинематика. Но коли мы говорим об эволюции Вселенной с момента её образования, то обязаны учитывать и эволюцию самой гравитирующей силы, ведь не была же она такой, как сейчас, от века. Как только от идеализированной «геометрической» гравитации мы переходим к реальному её механизму типа гравитонов, то сразу возникают новые вопросы: Как происходит эволюция гравитационной постоянной со временем? Если за гравитацию ответственны гравитоны, то когда и в каком процессе они возникли? Подобные вопросы чрезвычайно важны по той причине, что оценки плотности энергии потока гравитонов дают величину около 1,5·1033 Дж/м3, тогда как средняя плотность вещества во Вселенной в настоящее время всего лишь порядка 10–10 Дж/м3. Именно с последней плотностью энергии оперируют теоретики в космологических моделях, рассматривая её эволюцию и не замечая при этом гораздо большей возможной величины. Можем ли мы в таких условиях доверять космологическим выводам ОТО?

Считается, что теория Большого взрыва подтверждается открытием красного смещения – чем дальше от нас расположены галактики, тем больший сдвиг имеют их спектры относительно спектров лабораторных источников света. Казалось бы, это есть прямое доказательство разбегания галактик, ведь непосредственное объяснение красного смещения следует тогда из эффекта Допплера для излучения удаляющихся источников. Тогда мы должны считать, что близкие галактики удаляются от нас с малой скоростью, а самые далёкие галактики имеют скорости, близкие к скорости света. И вновь нам надо вглядеться в суть вещей, прежде чем переносить на большие масштабы результаты лабораторных экспериментов. Легко заметить, что объяснение красного смещения через разбегание галактик с точки зрения классической СТО подразумевает весьма удивительное явление – вечные, неизменные фотоны, летящие в беспредельных просторах космоса и несущие нам информацию о далёком прошлом породивших их галактик и звёзд. Но возможны ли в реальности объекты, которые в своём движении не теряют энергию? Скорее всего, нет, и фотоны здесь не могут быть исключением. Иначе космологические пространства следует считать активной средой, всё время подпитывающей энергией фотоны различных длин волн, что эквивалентно новой гипотезе, требующей своего доказательства. Если же фотоны постоянно теряют свою энергию при движении, то естественным образом получается экспоненциальный закон для уменьшения их энергии и увеличения длины волны: . Расстояние, на котором энергия фотона уменьшится в e = 2,718 раз (e – основание натурального логарифма), будет равно s = c/H = (3 – 6) Гпк , здесь с – скорость света, H = (50 – 100) км/(с·Мпк) – постоянная Хаббла [1]. Как видно, расстояние s уже близко к размеру Метагалактики, то есть того объекта, который мы только и можем наблюдать в настоящее время в качестве представителя всей Вселенной. Представление о потерях энергии фотонов при их движении в космологическом пространстве заставляет усомниться в реальности разбегания галактик. На это же указывают и периодичности красного смещения в разных скоплениях галактик, которые могут быть объяснены периодичностью пространственного расположения галактик в этих скоплениях, наблюдаемое экспоненциальное нарастание красного смещения на больших расстояниях, а также факт малой величины собственных скоростей удалённых скоплений галактик относительно фонового излучения [7].

Ещё одно открытие – изотропного фонового микроволнового излучения – используется в теории Большого взрыва для обоснования горячего прошлого Вселенной. Если Вселенная расширяется, то падает и средняя температура её излучения. Фоновое излучение есть тогда реликт, сохранившийся с того момента, когда излучение отделилось от раскалённого до температуры порядка 4000 К вещества. Тщательные измерения неоднородности фонового излучения в этом случае могли бы пролить свет на многие крупномасштабные процессы во Вселенной. В любом случае высокая степень изотропии фонового излучения и подавляюще большая плотность его энергии говорит об пространственной универсальности данного вида излучения и его важной роли в космогенезе. 

В [1] представлена альтернативная космологическая теория, которая в отличие от Большого взрыва не требует исходного сингулярного состояния. Предполагается, что Метагалактика не быстро расширяется вместе со своим галактиками, а скорее находится в состоянии, близком к стационарному или к медленному изменению своего объёма. Может быть даже, она просто сжимается под действием самогравитации, как и многие известные нам объекты. При этом Метагалактика является лишь небольшой частью Вселенной. Мы считаем, что и фотоны, и гравитоны теряют свою энергию на больших расстояниях, так что распространение ОТО и её выводов на всю Вселенную становится неправомерным.

Как было показано выше, красное смещение уже не может служить однозначным доказательством разбегания удалённых галактик и расширения Метагалактики. А что можно сказать тогда о реликтовом фоновом излучении? Здесь надо рассмотреть глобальную эволюцию объектов Вселенной. Характерными и взаимно дополняющими процессами являются: 1) Образование частиц и вещественных тел в противоположных процессах скучивания и дробления. 2) Образование статических полей, связанных с веществом, и передвигающихся полей в виде излучения от частиц и тел. Вещество и поле неразделимо связаны друг с другом, поскольку все силы, включая силы инерции, возникают под действием полей. Для скучивания вещества в тела необходимы поля, а  стабильность тел осуществляется при балансе гравитационных и электромагнитных сил, когда градиенты полей выравниваются по величине. В свою очередь, полевые частицы – фотоны, гравитоны, нейтрино – не только взаимодействуют с веществом и теряют при этом свою массу-энергию, но и активно порождаются во множественных взрывных процессах и распадах возбуждённых состояний частиц.

Итак, эволюция Вселенной есть беспрерывная цепь образования объектов от невесомых газовых облаков до сверхплотных тел с вырожденной структурой и квантовыми характеристиками, и одновременно аналогичный конвейер для частиц поля, воспроизводимые на всех пространственных уровнях. При этом поля создают условия для возникновения частиц вещества и тел, и наоборот, множественные взаимодействия частиц порождают поля. Следовательно, каждому уровню строения вещества соответствует свой набор размеров и масс частиц и свои эффективно действующие поля. На масштабной лестнице объектов можно выделить такие уровни, где величины полей достигают максимальной величины. Одним из примеров является уровень элементарных частиц с очень стабильным, почти вечным протоном. Другой пример – уровень звёзд, где есть нейтронные звёзды как наиболее плотные и потому ничем не разрушаемые космические тела. В обоих примерах имеются вырожденные объекты с квантовыми свойствами, когда экстремальность состояния вещества сопровождается экстремальностью соответствующих полей, что и позволяет производить сравнение объектов на разных масштабах с помощью теории подобия.

Логично тогда предположить, что гравитоны во множестве образовались в процессах на каком-то более низком пространственном уровне, чем уровень элементарных частиц, но активно воздействуют при этом на наш гораздо более масштабный мир. В тот период, когда в Метагалактике в массовом масштабе под действием гравитации образовывались нуклоны, могло возникнуть и соответствующее этому процессу  фоновое излучение. Здесь можно привести по крайней мере два возможных механизма, описанные в [1]. Согласно первому из них, каждый нуклон хотя бы раз испытал первичный  бета-распад от нейтрона к протону с излучением антинейтрино, имеющих приблизительно чернотельный спектр энергии (такой же спектр характерен и для реликтового фонового излучения). Если считать, что именно из этих антинейтрино возникло реликтовое излучение, то получается следующая формула для средней плотности вещества Метагалактики:  ρ = E·Mu / ε = 9·10–28 кг/м3, где E = 4,2·10–14 Дж/м3 – плотность энергии фонового излучения с его средней температурой 2,726 К, Mu = 1,66·10–27 кг – атомная единица массы, ε = 480,89 кэВ = 7,7·10–14 Дж – средняя энергия антинейтрино при бета-распаде свободного нейтрона. Плотность вещества Метагалактики, находимая из наблюдений, действительно оказывается очень близкой к величине ρ. В другом механизме процесс образования нуклонов рассматривается аналогично образованию нейтронной звёзды с выделением при этом большого количества электромагнитной энергии. Доля этой энергии по отношению к энергии покоя звезды такая же, как и доля энергии фонового излучения, приходящаяся в среднем на один нуклон в космическом пространстве. Из обоих механизмов следует тесная связь между образованием нуклонов и реликтовым излучением, которая не требует начальной сингулярности. Вместо этого предполагается естественное образование нуклонов из вещества окружающего фона, подобно эволюции нейтронных звёзд от стадии аккумуляции газовых облаков в большие звёзды до выгорания этих звёзд и последующего взрыва сверхновой.

В самой теории Большого взрыва имеется ещё множество до сих пор не решённых проблем, которые отсутствуют или легко объясняются в нашей модели эволюции. Например, почему даже в самых больших масштабах распределение вещества приблизительно однородно и изотропно? Ведь очень удалённые области пространства за всё время предполагаемой эволюции не могли быть причинно связаны друг с другом из-за ограниченной скорости передачи  взаимодействия. Другой вопрос касается «плоскостности» пространства. Почему средняя плотность вещества в Метагалактике настолько близка к так называемой критической плотности, что согласно ОТО пространство по своим свойствам мало отличается от плоского пространства Евклида? Чтобы такое могло случиться, требуется фантастически точное их совпадение ещё в самом начале расширения от сингулярности. Если действительно имеет место расширение, то в его ходе должны уменьшаться начальные флуктуации и вращение вещества будущих галактик. Обратная экстраполяция во времени приводит к проблеме необычно больших флуктуаций и гигантских первичных вихрей непонятной природы. Наконец, если когда-то Вселенная была нагрета до очень высоких температур, а затем в ходе расширения охладилась с образованием первых элементарных частиц, то куда с тех пор делись античастицы? Ведь аннигиляция частиц и античастиц не позволила бы вообще образоваться веществу. Значит, и здесь возникает проблема, предлагаемые решения которой настолько же экзотичны, как и сама теория Большого взрыва.

Имеется уже много наблюдательных фактов, которые явно не вписываются в предсказания теории Большого взрыва или противоречат ей. Например, угловой размер наиболее протяжённых внегалактических радиоисточников уменьшается с ростом красного смещения точно так, как этого следовало бы ожидать в случае евклидовой Вселенной [8]. Возраст самых старых звёзд, шаровых скоплений и галактик приблизительно одинаков и попадает в диапазон 17 – 26 млрд. лет, что превышает время, обычно отводимое в теории Большого взрыва на эволюцию до сегодняшнего дня – до 13 млрд. лет. С другой стороны, если бы Метагалактика просто коллапсировала под действием самогравитации, то время свободного падения равнялось бы величине 85 млрд. лет (здесь γ – гравитационная постоянная, ρ – средняя плотность вещества Метагалактики). Как видно, этого времени вполне хватит и на образование элементарных частиц из окружающей их среды (из-за увеличенной скорости ядерных процессов время в микромире, понимаемое как поток эквивалентных событий, течёт быстро), и одновременно с этим на образование звёзд и галактик из возникшего водородного газа.

Высокая степень изотропии фонового излучения свидетельствует о том, что в прошлом Метагалактика была гораздо более однородной, чем сейчас, так что ранее она могла иметь увеличенные размеры и уменьшенные неоднородности и скопления вещества. При этом автоматически решается проблема начальных флуктуаций, требуемых для создания галактик. В отличие от расширения, при коллапсе начальное вращение вещества всегда меньше  в силу закона сохранения момента импульса, что физически понятно и не требует специальных объяснений.

Находит своё решение и проблема наблюдаемого соотношения между водородом, гелием и тяжёлыми элементами в космосе. Гелий и ядра более тяжёлых химических элементов могли появиться и без участия Большого взрыва. Они вполне могут быть результатом переработки вещества в первичных нейтронных звёздах галактик, образовавшихся из звёзд с массой порядка 10 – 16 солнечных масс [9]. В недавней статье [10] путём анализа распределения сверхновых с большим красным смещением не только подтверждается формула для потери энергии фотонами, но и картина плоской Вселенной.

В силу всего изложенного мы имеем полное право сказать, что теория Большого взрыва претендует на звание самого большого мифа в истории физики. Порождаемые этой теорией проблемы и тупики теоретической мысли таковы, что единственным кардинальным способом избавиться от них является отказ от самой теории.

Рассмотрим теперь квантовую механику. Поскольку при изучении явлений микромира мы всегда имеем дело с множеством частиц и соответствующих однотипных взаимодействий, то в квантовой механике принято описывать не реальное движение конкретной частицы, а вероятности для той или иной частицы быть в определённом состоянии движения или иметь заданную энергию. Амплитуды  вероятности называются в квантовой механике волновыми функциями по аналогии с комплексными волновыми амплитудами в обычной механике, причём если квадрат волновой функции пропорционален вероятности события, то квадрат комплексной амплитуды даёт интенсивность результирующей волны. Как и комплексные амплитуды, волновые функции удовлетворяют принципу суперпозиции. Вероятностный подход в квантовой механике проявился в соотношении неопределённостей Гейзенберга для неопределённостей измеримых физических величин, канонически сопряжённых между собой, и в уравнении Шредингера для волновой функции. Предполагается в частности, что частица может быть обнаружена в любом месте пространства, где её волновая функция отлична от нуля.

Благодаря своему универсальному вероятностно-волновому подходу квантовая механика добилась замечательных успехов – были объяснены многие свойства и строение газов и твёрдых тел (теплоёмкости, ферромагнетизм, сверхтекучесть, сверхпроводимость, особенности металлов, диэлектриков и полупроводников, законы излучения), строение атомов и атомных ядер, свойства ядерных частиц, ядерные реакции. В то же время квантовая механика оказалась неспособной приблизить нас к пониманию своих базовых понятий, например, к происхождению кванта действия в виде постоянной Планка, к сущности спина и заряда частиц. Вследствие неясной внутренней структуры электрона до сих пор остаётся непонятной устойчивость атомов, фактически она просто постулируется с привлечением принципа запрета Паули для электронов, соотношения неопределённостей и дискретности энергий атомных уровней. Требует дальнейшего изучения сущность дуализма света – одновременного совмещения его волновых и корпускулярных свойств, квантование света не только в момент его поглощения или испускания микрочастицами, но и при распространении в пространстве. Недостатком квантовой механики является и то, что она принципиально не решает задачи, связанные с описанием конкретных движений внутри отдельного квантованного действия – в её компетенцию входят лишь операции с величинами, характеризующими начальные и конечные состояния системы. Характерным следствием является принцип неразличимости тождественных частиц до и после их взаимодействия.

В квантовой механике принимается, что каждой частице с определённым состоянием может быть сопоставлена волна де Бройля как соответствующая волновая функция. Эксперименты по дифракции фотонов, электронов, нуклонов, атомов и молекул подтверждают наличие волновых свойств у частиц, однако при этом механизм явления остаётся неясным. Одно из возможных решений проблемы корпускулярно-волнового дуализма частиц дано в [1]. Если считать, что в каждой микрочастице возможны внутренние электромагнитные колебания, вызванные действием внешнего возбуждения, то их простой пересчёт с помощью преобразования Лоренца в лабораторную систему приводит к длине волны де Бройля как пространственному разделению между пиками максимальной амплитуды этих колебаний. Длина волны оказывается пропорциональна постоянной Планка и обратно пропорциональной скорости движения частиц и энергии возбуждения. При дифракции на кристаллах, жидкостях и газах энергия возбуждения падающих частиц достигает максимума за счёт электромагнитного взаимодействия с молекулами вещества, а длина волны де Бройля становится обратно пропорциональной импульсу частиц.

Описание явлений в терминах вероятностей позволило оценить в квантовой механике возможные уровни энергии в атоме, найти их дискретность как следствие проявления пространственного квантования электронов (орбитальное квантовое число l, связанное с величиной полного момента импульса; магнитное квантовое число m, отражающее возможные проекции момента импульса на выделенное направление; главное квантовое число n как основное число, задающее уровень энергии), а также как следствие проявления внутренних свойств частиц (квантовое число J, связанное со спином частиц). Формализм теории целиком направлен на количественное описание экспериментов и не даёт никакой возможности глубокого проникновения в живую суть атомных явлений – практически не делается попыток моделирования того процесса, как могли исторически возникнуть компоненты атома – его ядро и электроны, как они реально взаимодействуют. Попытка отнести эту проблему к компетенции модели Большого взрыва в настоящее время выглядит неубедительной также, как и сама модель Большого взрыва.

Сведение проблемы устойчивости атома к электромагнитным и центробежным силам не проясняет ситуацию до конца, поскольку непонятно само возникновение электрических зарядов. То же самое можно сказать и о механизмах химической связи между атомами. Данные вопросы поднимаются в [1], где выводится формула для возникновения электрического заряда микрочастиц благодаря вращению их собственного магнитного поля. В предположении, что эволюция микрочастиц подобна эволюции планетно-звёздных систем, находится аналогия для протона и электрона. Протон здесь уподобляется последней стадии эволюции массивной звезды – нейтронной звезде, тогда как остатки её планетной системы, с течением  времени теряющие момент импульса и распадающиеся в мощном гравитационном поле звезды, являются аналогом электрона. Не всё вещество остатков планет падает на нейтронную звезду, поскольку падению железных ферромагнитных частиц из ядер планет препятствуют электромагнитные силы и орбитальное вращение. Так модель образования нейтронной звезды и эволюция остатка от ядер планет в замагниченное облако вокруг звезды помогают объяснить путём аналогии  наблюдаемую электронейтральность вещества, когда на один протон приходится один электрон. Интересно, что если пересчитать расстояние, где планеты должны распадаться в гравитационном поле нейтронной звезды (известное как предел Роша) с помощью теории подобия на атом водорода, то окажется, что этому расстоянию точно соответствует орбита с первым боровским радиусом, где электрон находится в основном состоянии! В этом нетрудно убедиться, сравнив отношение предела Роша к радиусу нейтронной звезды, и отношение боровского радиуса к радиусу протона. 

Кроме протона и электрона, существует ещё множество элементарных, так называемых субъядерных частиц и античастиц. Все они могут быть расположены в соответствующие классы: адроны (мезоны и барионы), лептоны (электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им нейтрино), фотоны, промежуточные векторные бозоны, гравитоны. Предполагается, что адроны участвуют во всех видах взаимодействий – сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном, тогда как лептоны в сильном взаимодействии не участвуют. Адроны обладают наибольшим разнообразием частиц и могут быть стабильными как протон, квазистабильными за счёт достаточно длительного распада от электромагнитного и слабого взаимодействий, а также нестабильными с малым временем жизни и распадом от сильного взаимодействия.

Квантование свойств и дискретность состояний частиц благодаря изменению их спина, заряда, массы, внутренней структуры позволяет использовать принципы симметрии и объединять частицы в изотопические и унитарные мультиплеты, а также в семейства вдоль траекторий Редже. С учётом этого для объяснения всего многообразия адронов применяется кварковая модель, по которой мезоны состоят из двух кварков, а барионы – из трёх. Особенностью кварков как особого рода частиц в данной модели является то, что они могут существовать только внутри адронов, не обнаруживаясь за их пределами в свободном состоянии, и обладают дробными электрическими и барионными зарядами. Кроме этого, они имеют цветовые заряды трёх типов  и взаимодействуют между собой с помощью глюонов восьми типов. Хотя кварковая модель оказалась удобной для классификации адронов, она не может ответить на ряд важных вопросов. Если мы не можем обнаружить свободные кварки и глюоны, то как же они возникли внутри адронов в момент образования последних как частиц? Ведь каждая частица когда-то возникла и в принципе когда-нибудь может уничтожиться. Не спасает положения и универсальное свойство элементарных частиц рождаться и уничтожаться при взаимодействии с другими частицами – не можем же мы считать кварки и существующее на их основе адронное вещество вечными и лишь переходящими от одной частицы к другой в виде отдельных комплексов. Странным является и предположение о том, что лептоны не могут участвовать в сильном взаимодействии – это противоречит экспериментам, в которых при столкновениях обладающих высокой энергией лептонов каким-то образом возникают и адроны и соответствующее им сильное взаимодействие. В итоге кварковая модель выглядит таким же искусственным построением, как и теория Большого взрыва.

Напомним, что сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер и протекание ядерных реакций, а также за целостность и взаимодействие адронов, и является короткодействующим с характерным расстоянием 10–15 – 10–14  м. Можно заметить, что сильное взаимодействие для одной и той же частицы, например, протона, в обычной трактовке имеет довольно экзотический вид – внутри протона  должно быть взаимодействие кварков и глюонов, обладающее свойством конфайнмента (удержания),  а снаружи, при включении данного протона в состав атомного ядра – взаимодействие с другими нуклонами, но уже с помощью обмена мезонами, в основном пионами. Столь резкая смена типа сильного взаимодействия при переходе через границу поверхности протона кажется чрезвычайно удивительной и малоправдоподобной. И почему тогда в атомных ядрах явно обнаруживаются устойчивые кластерные структуры и парные корреляции нуклонов, приводящие к спектрам коллективных возбуждений?

Слабое взаимодействие, как известно, отвечает за любые реакции с участием лептонов и считается имеющим ещё меньший радиус действия, чем сильное взаимодействие. Такие интенсивности слабых взаимодействий, как скорость протекания реакции и сечение взаимодействия, быстро увеличиваются с ростом энергии реакции. В стандартной модели электрослабого взаимодействия слабое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных векторных бозонов, которые должны иметь массу покоя для того, чтобы взаимодействие носило короткодействующий характер. Предполагается, что приобретение массы бозонами происходит вследствие «спонтанного нарушения симметрии», тогда как фотон остаётся безмассовым. Источник нарушения симметрии обнаруживается в специально сконструированном теоретиками гипотетичном изодублетном скалярном поле Хиггса с самодействием и ненулевым вакуумным значением. Учёт кварковой структуры адронов в слабом взаимодействии происходит путём включения в слабые токи взаимодействия членов, ответственных за переходы кварков друг в друга.

Практически все современные теории, пытающиеся объяснить внутреннюю структуру поля и элементарных частиц, формулируются на языке квантовой теории и являются существенно квантовыми. При этом почти не обращается внимания на то, каковы границы применимости постоянной Планка как кванта действия, может ли принципиально вероятностный и квантовый подходы дать полную картину явлений. В то же время из теории подобия следует, что на каждом уровне материи существует своя собственная постоянная – квант действия основных носителей массы, так что при углублении внутрь элементарных частиц мы должны находить там качественно другое вещество в вырожденном состоянии с уменьшенной постоянной действия. В задачу кварковой и электрослабой моделей входит описание различий элементарных частиц друг от друга и предсказание результатов их взаимодействий, однако эти модели не могут дать истинное представление о структуре и реальном взаимодействии частиц, о взаимосвязи между различными типами взаимодействий (вспомним, как сильно различаются формальные теории тяготения Ньютона и ОТО, и сущностная концепция гравитонов). Неполным оказывается и вероятностный подход квантовой теории поля и квантовой хромодинамики – оправдавший себя в квантовой электродинамике, этот метод столкнулся с неразрешимой проблемой расходимостей применяемой теории возмущений при анализе сильного взаимодействия.

Существуют ли другие пути для проникновения в структуру субъядерных частиц, отличающиеся от квантового подхода, и дающие не столь формальные результаты? Как показано в [1], мы имеем право применять даже к столь вырожденным и обладающим квантовыми свойствами объектам, как элементарные частицы, методы макроскопической физики. Исходя из аналогии с нейтронной звездой, гравитационная энергия которой вычисляется достаточно точно с поправкой на ОТО, для протона и других элементарных частиц вводится понятие ядерной гравитации, ответственной за их целостность. Отличие ядерной гравитации от обычной заключается только в замене величины гравитационной постоянной. В результате становится возможным найти связь между радиусом протона и его гравитационной энергией (при равенстве энергии связи энергии покоя). Сила ядерной гравитации оказывается также равной силе кулоновского притяжения между протоном и электроном в атоме водорода. Новым результатом является модель дейтрона, в которой устойчивость двух взаимодействующих нуклонов обеспечивается действием двух противоположно направленных сил – силы ядерной гравитации, сближающей нуклоны, и силы магнитного отталкивания, возникающей из-за наличия магнитных моментов у нуклонов, их вращения и предполагаемого наличия сверхпроводящего состояния у вещества нуклонов как у нейтронных звёзд. При сближении нуклонов в дейтроне магнитные силы отталкивания быстро растут, как это и следует из опытов по рассеянию частиц на нуклонах. В данной модели сильное взаимодействие между элементарными частицами есть не особый вид взаимодействия, а результат действия между частицами ядерногравитационных и электромагнитных сил и сил инерции от вращения. При одинаковом расстоянии суммарная сила зависит как от масс частиц, так и от взаимной ориентации и величин магнитных моментов, орбитальных моментов импульса и спинов частиц. Объединение нуклонов в ядре приводит как к парным корреляциям, так и к наблюдаемым коллективным возбуждениям наиболее тесно связанных между собой нуклонов.

Мы видим, что использование понятия ядерной гравитации даёт возможность описать сразу несколько явлений – не только целостность элементарных частиц, но и устойчивость атомов, и связи между взаимодействующими элементарными частицами. В данной модели аннигиляцию частиц и античастиц можно представить следующим образом: вследствие противоположного направления магнитного момента у частиц и античастиц магнитная сила, по видимому, не может скомпенсировать силу ядерной гравитации. Это приводит к столкновению взаимодействующих частиц и последующему их разрушению, причём энергия вращения частиц и часть энергии связи переходят в электромагнитные кванты. Например, протон и антипротон при аннигиляции могут породить гамма-квант, а оставшееся вещество обычно переходит в пионы.

Если электромагнитное поле является исторически первым примером физического лоренц-инвариантного поля, то гравитационное поле следует считать (как мы показали выше при описании ОТО) вторым таким физическим полем. В концепции ядерной гравитации сильное взаимодействие оказывается результатом действия электромагнетизма и ядерной гравитации. А что можно сказать о слабом взаимодействии? Теория подобия устанавливает следующие аналогии между объектами: адроны соответствуют нейтронным звёздам разных масс, имеющим соответственные спины и магнитные моменты и находящихся в различных энергетических состояниях; мюоны по массе соответствуют белым карликам, а электроны – вырожденным замагниченным объектам типа планет, распадающиеся в облака вблизи нейтронных звёзд. Фотоны и нейтрино в этой картине могут соответствовать вспышечно-взрывным выделениям больших порций электромагнитной энергии и направленным потокам ускоренного вещества от космических объектов. Известный в ядерной физике процесс распада пиона на мюон и мюонное нейтрино, и далее распад мюона на электрон и нейтрино (электронное и мюонное) имеет своё подобие в мире звёзд: нейтронная звезда в 0,2 солнечные массы (аналог пиона) неустойчива и распадается вначале на белый карлик в 0,16 солнечные массы, а затем и на ещё менее массивный и плотный объект. Самые тяжёлые адроны – резонансы типа Υ – соответствуют очень горячим массивным нейтронным звёздам в 14 – 15 солнечные массы с  малым временем жизни и их последующим распадом. Они могли бы образоваться при катастрофических столкновениях нейтронных звёзд. Исходя из аналогии с космическими объектами, слабое взаимодействие при распадах элементарных частиц эквивалентно появлению неустойчивости вещества, из которого состоят элементарные частицы, и закономерному переходу к новому равновесному состоянию. В частности, переработка вещества внутри звёзд главной последовательности при  термоядерных реакциях закономерно приводит к образованию белых карликов, так что подобный процесс в мире элементарных частиц относился бы к реакциям слабого взаимодействия. Другим примером является увеличение массы белого карлика свыше предельного значения и превращение его в нейтронную звезду. Процессы преобразования вещества могут длиться долго, что и обеспечивает малую скорость процессов при слабом взаимодействии. Реакции слабого взаимодействия оказываются тогда проходящими не благодаря некоей особой силе, а являются результатом действия всё тех же электромагнитных и гравитационных сил, действующих одновременно и на масштабном уровне самих элементарных частиц, и на более глубоком масштабном уровне составляющего эти частицы вещества. Мы видим, что при таком подходе по своему решается проблема соединения воедино всех четырёх известных типов «фундаментальных» взаимодействий, причём данное решение кардинально отличается от других программ «великого объединения», использующих как правило калибровочные симметрии. Становится более понятным и приобретает своё обоснование также принцип эквивалентности энергии-импульса любого типа взаимодействия и происхождения, как потенциальных источников для изменения метрики пространства-времени в ОТО. 

Резюмируя всё вышеизложенное, можно сделать следующий вывод:

Существующая парадигма физического знания устарела и подлежит неизбежной замене на основе перехода к субстанциональным теоретическим моделям более глубокого уровня.

Незаменимой в таком процессе познания окажется теория подобия, основанная на преемственности и философском законе двойного отрицания. Теория подобия позволяет сопоставлять явления и законы микро и макромиров с помощью преобразования SPФ-симметрии, где операция S обозначает преобразование скоростей, P соответствует преобразованию размеров, а Ф – преобразованию масс [1]. Как оказывается, при переходе с одного масштабного уровня материи на другой соответствующее преобразование SPФ-симметрии оставляет уравнения движения тел неизменными.

В целом можно заметить, что очень многие современные теории лишь описывают явления, не ставя своей задачей построение реально действующих механизмов этих явлений, и тем более не рассматривают генезис данных механизмов в их развитии. Тем самым мы не можем перейти к углублению наших знаний, объясняющих сущность и содержание, а не только форму и явление. Именно на этом направлении должны быть сосредоточены передовые отряды фундаментальной науки. Вместо этого наблюдаются явно недостаточные и разрозненные попытки отдельных учёных. Более того, большинство из них даже не воспринимаются уважительно, их считают чудаками, не желающими удовлетвориться существующим положением вещей. Редакции большинства журналов просто не приспособлены для достаточно сложной работы с авторами проблемных статей по глубоким фундаментальным вопросам и потому предпочитают тиражировать уже апробированные, но без особой новизны работы, подписанные известными авторитетами. Однако развитие ни в одной сфере деятельности невозможно без настоящих первопроходцев, исследователей, предпринимателей по своему духу, не довольствующихся простой ролью потребителя, пользователя чем то готовым, будь то компьютер, обкатанная теория или технология, рутинное производство. Именно от этих творческих личностей зависит тот полёт мысли и те достижения, которыми по праву может гордиться цивилизация. И здесь возникает одна из серьёзнейших проблем организации российской науки, давно уже законсервировавшей себя в рамках академических структур, факультетах вузов и некоторых подразделений отраслевых институтов. Если в Европе нашли выход из ситуации застоя, и развитие новых направлений, в том числе и фундаментальной науки, доверяют только консорциумам из учёных разных стран, то в России до этого ещё не дошли. Результат налицо – очень многие передовые и перспективные исследователи остаются один на один с бюрократической системой, их теории и разработки оказываются невостребованными. А отдельные устаревшие теории и некритически используемые принципы науки всё продолжают воспроизводить своих новых приверженцев, вольно или невольно заставляя  кружить их по одному и тому же кругу. Грядет ли перестройка?

 

Литература

1. Федосин С.Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик. – Пермь, Стиль-МГ, 1999, 544 с.

2. Федосин С.Г. Современные проблемы физики. В поисках новых принципов. – М., Эдиториал УРСС, 2002, 192 с.

3. Логунов А.А., Мествиришвили М.А. Основы релятивистской теории гравитации. – М., МГУ, 1986.

4. Логунов А.А. Лекции по теории относительности и гравитации: современный анализ проблем. – М., Наука, 1987.

5. Федосин С.Г., Ким А.С. Момент импульса и радиус протона // Известия вузов. Физика, Т. 45, №. 5, 2002, С. 93 – 97.

6. Kopeikin S.M. and Fomalont E.B. Aberration and the Speed of Gravity in the Jovian Deflection Experiment. – arXiv: astro-ph /gr-qc / 0311063 v1, 4 Nov. 2003.

7. Зельдович Я.Б., Сюняев Р.А. Метагалактический газ в скоплениях галактик, микроволновое фоновое излучение и космология. – в кн. Астрофизика и космическая физика. – М., Наука, 1982.

8. Miley G.K. // Monthly Notices of the Royal Astron. Society, 1971, V. 152, P. 477.

9. Ривс Г. – в кн. Протозвёзды и планеты. Часть 2. – М., Мир, 1982.

10. Хайдаров К. Вечная Вселенная. // на сайте www.n-t.org .

11. Федосин С.Г. Основы синкретики. Философия носителей.  М., Эдиториал УРСС, 2003, 464 с.

 

Источник: http://sergf.ru/psf.htm

На научный сайт