close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Возможно ли объединение квантовой механики и общей теории относительности по методу Стивена Хокинга ?

код для вставкиСкачать
В статье приведены ответы на вопросы, на которые, по Хокингу, не может дать ответ общая теория относительности. Показано, что гравитационное поле – это динамический постоянно текущий процесс взаимодействия материи с энергией пространства, в резу
УДК 524
ВОЗМОЖНО ЛИ ОБЪЕДИНЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПО МЕТОДУ СТИВЕНА ХОКИНГА?
Шпаков П.Д.
В статье приведены ответы на вопросы, на которые, по Хокингу, не может дать
ответ общая теория относительности. Показано, что гравитационное поле – это динамический постоянно текущий процесс взаимодействия материи с энергией пространства, в результате которого в сторону тяготеющих объектов направлен поток энергии
пространства, а из них – выходит поток излучения. Приведены доводы о невозможности объединения квантовой механики и общей теории относительности.
Содержание
Введение
Состояние общенаучной парадигмы в настоящее время
Внутренние противоречия научной картины мира
Наблюдаемые данные в пользу единства законов мира
Скорость света как фактор, позволяющий создать общую логически
связанную систему фундаментальных констант
6. О сверхсветовых явлениях
7.
Заключение
1.
2.
3.
4.
5.
1. Введение
В качестве основы последовательного построения материала статьи взята книга
С. Хокинга « Краткая история времени от большого взрыва до черной дыры» [5]. Это
сделано потому, что именно этот автор рассматривает проблему объединения квантовой
механики и общей теории относительности в комплексе, а не как «специалист» в какой-то
отдельной области физики. Также этот автор более критично рассматривает проблемы, не
решаемые в рамках общей теории относительности.
Ввиду основательности темы, её глобальности, исследование будет сопровождаться уточнением понятий, используемых в тексте. По возможности, и каждая константа должна быть определена как некий физический объект; она не должна быть вещью в
себе, не должна быть неким неосознанным постулатом. Время использования постулатов
окончено, если мы хотим продвинуться в исследованиях Вселенной на основе понимания
физической природы констант. Нечёткое понимание природы констант таит в себе возможность их использования в теориях, построенных на чисто математических моделях,
не учитывающих ограниченность их применения в реальном мире.
Например, константа элементарный заряд не может быть использована для сколь
угодно малых расстояний. Осознание этого факта уже давно произошло в физике, но нет
ответа на вопрос, как избавится от бесконечных расходимостей, вызванных этим обстоятельством. Это происходит от того, что не ясен физический смысл понятия элементарный
заряд.
Однако константа – скорость света, используется в общей теории относительности (ОТО) без ограничений расстояний как в сторону малости – в квантовой механике и в
теории элементарных частиц, так и в сторону вселенских масштабов – в космологии. При
этом физический смысл этой константы не выяснен и не показана её связь с другими константами, на основе которых её можно вычислить. Скорость света сейчас – вещь в себе,
1
постулат, ни с чем не связанная константа. Так в природе не бывает! Поэтому выяснение
физической природы скорости света является первейшей задачей физики. Авторское понимание скорости света отражено в статье «Скорость света – ключ к разгадке тайн Вселенной», размещённой в Интернете в настоящем ресурсе. Под таким же названием вышла
в свет в мае 2012 года и книга автора [1].
В чем состоит физический смысл постоянной Планка в более полном понимании
её как физического объекта Вселенной, а непросто кванта энергии в квантовой механике?
Ответ на этот вопрос может существенно продвинуть понимание физических явлений,
описываемых методами квантовой механики.
Мы должны также определить, что такое пространство и что такое время. Правомерно ли объединение этих понятий в одно понятие пространство-время? Разъяснение
физического смысла этих базовых понятий будет произведено в тексте статьи по мере
продвижения обсуждения главной темы. Постижение физического смысла констант даст
нам в руки компас, позволяющий выбрать правильное направление в разрешении противоречий, накопившихся в современной физике.
2. Состояние общенаучной парадигмы в настоящее время
Основами научного фундамента сейчас считается специальная теория относительности (СТО), квантовая механика (КМ) и общая теория относительности (ОТО). Математической моделью СТО являются преобразования Лоренца. Они связывают систему параметров инерциальной системы в зависимости от скорости движения этой системы относительно других инерциальных систем. Эти преобразования дают связи таких конкретных
параметров: размеров (длин), времени и массы. Инерциальными системами считаются такие системы, которые движутся без ускорения; отдельные части таких систем также не
движутся друг относительно друга. Основой построения этих преобразований послужил
«отрицательный» результат опыта Майкельсона-Морли по поиску движения тел относительно эфира, – предполагаемой неподвижной среды в виде некоторого газа. Результат
эксперимента интерпретировали как факт отсутствия среды, относительно которой возможно находить параметры абсолютного движения, как факт единства скорости света для
всех инерциальных систем, а также – зависимости времени в системах от скорости движения этих систем. Эти положения в настоящее время не оспариваются и не производится их
переосмысление на основе иных научных данных.
ОТО устанавливает изменение пространства-времени в зависимости от масс, расположенных в пространстве. Эта теория анализирует макрообъёмы и скопления огромных масс.
КМ изучает состояние поведения элементарных частиц в малых объёмах пространства. В этой теории базовым понятием является принцип неопределённости, а реальные
состояния систем вычисляются методами несколько модернизированной статистической
физики. СТО, ОТО и КМ не признают наличие явной физической среды в пространстве.
Существуют ещё теории элементарных частиц, теории ядерных сил, теория слабого
взаимодействия. По этому поводу Хокинг отмечает, что «если всё во Вселенной фундаментальным образом зависит от всего другого, то, возможно, что исследуя отдельные
части задачи изолированно, нельзя приблизиться к конечному её решению». В этом-то и
состоит суть дела. Не находя объединяющего фактора, нельзя построить общую теорию.
Однако Хокинг пошёл этим путем, полагая, что в условиях высоких энергий и сильных
гравитационных полей можно применить квантовый принцип неопределённости для
условий черных дыр.
3. Внутренние противоречия современной картины мира
В чём же состоят основные противоречия современной картины мира?
2
1. Волновые процессы распространяются только в материальных средах. Однако СТО,
ОТО и КМ отрицают наличие межатомной среды. Читатель, как Вы себе представляете
распространение света в совершенно пустом нематериальном пространстве?
2. В квантовой электродинамике взаимодействие между частицами объясняется через
виртуальные фотоны (гамма-кванты). Слово виртуальные придумано для того, чтобы избежать всё того же присутствия материальной межатомной среды. Эти виртуалы вроде
чертиков: возникают ниоткуда и исчезают бесследно, сделав своё явное дело. Где детерминизм, где причинность явно наблюдаемых явлений, пусть даже среднестатистических.
Принцип неопределённости также имеет свой явный предел в виде экспериментально измеренной константы – постоянной Планка.
3. Элементарный заряд для большинства частиц, за исключением кварков, почему-то не
зависит от массы частиц. Почему этот поразительный факт не заинтересовал физиков?
Независимость заряда частиц от их массы и особенно его инвариантность ко всем системам преобразования по принципам СТО, даёт основание предположить, что заряд не входит в структуру частиц, а является следствием наличия в пространстве уровня энергии,
соответствующего уроню электромагнитных сил, [1].
Приведем вопросы без ответов из той же книги Хокинга.
1. «Почему ранняя Вселенная была такой горячей?
2. Почему Вселенная так однородна в больших масштабах? Почему она выглядит
одинаково во всех точках пространства и во всех направлениях. В частности, почему температура космического микроволнового излучения практически не меняется
при наблюдениях в разных направлениях. Однако в описанной модели с момента
большого взрыва у света не было времени, чтобы попасть из одной удалённой области в другую, даже если эти области располагались близко друг к другу в ранней
Вселенной. Согласно же ОТО, если свет не может попасть из одной области в другую, то и никакая другая информация тоже не может. Поэтому разные области
ранней Вселенной никак не могли выровнять свои температуры друг с другом, если
у них не были одинаковы по какой-то причине температуры прямо с момента рождения.
3. Почему Вселенная начала расширяться со скоростью, столь близкой к критической…Вселенная продолжает расширяться со скоростью, примерно равной критической? Если бы через секунду после большого взрыва расширение оказалось хоть
на одну 1/ 1016 меньше, то произошло бы повторное сжатие Вселенной и она никогда бы не достигла своего современного состояния. ОТО сама по себе не в состоянии объяснить перечисленные свойства или ответить на поставленные вопросы.
(Курсив принадлежит автору статьи) …Невозможно предсказать, что выйдет из
сингулярности». « Почему вся Вселенная такая гладкая?»
Я бы хотел особо подчеркнуть позицию Хокинга – заметить и оттенить недостатки ОТО. Сейчас чаще встретишь прямо противоположную позицию некоторых исследователей, считающих, что ОТО полностью («стандартно»?) описывает состояние
Вселенной с момента рождения по настоящее время. При этом такое понимание Вселенной подаётся как торжество науки. Ни рано ли эти люди расчехлили фанфары?
Столь явное бессилие ОТО ответить на поставленные Хокингом вопросы даёт
право поставить вопрос вообще её адекватности как научной теории – с одной стороны, с другой стороны – заменяющая её теория должна дать ответ на эти вопросы, а
также на те, которые объясняет ОТО. Последним мы займёмся ниже.
4. Наблюдаемые данные в пользу единства законов мира
1. В пользу единства законов мира говорит философское заключение, которое
бесспорно с физической точки зрения: если бы законы природы не имели обобщающего
3
фактора, то не соблюдался бы закон сохранения энергии при переходе одного вида
взаимодействия в другой. А он удивительным образом соблюдается. На этом законе
построены все инженерные науки, которые исправно служат человечеству. Мы можем
с поразительной точностью пересчитать энергию гравитационного взаимодействия
гидроэлектростанции в электромагнитную энергию, энергию распада ядер – в любой
вид энергии. При проектировании режима работы реактора применяются статистические методы расчета выхода вторичных нейтронов с опережением времени. То есть,
расчет позволяет предсказать, каким будет выход вторичных нейтронов через определенные промежутки времени в будущем. Человек в состоянии предвидеть будущее
состояние систем, находящихся в настоящее время в хаотическом состоянии отдельных элементарных актов взаимодействия, когда поведение отдельного атома предсказать невозможно по методам самой статистической теории. Но рассчитать среднестатистические параметры возможно. И эти расчеты удивительно продуктивны. Соблюдаются законы сохранения и при распаде частиц.
Перейдём к вопросам, на которые, по Хокингу, не в состоянии дать ответ ОТО.
Ответ на первый вопрос можно опустить, так как он относится к прошлому времени,
он исходит из предположения существования большого взрыва. Но был ли он, была ли
Вселенная такой горячей в прошлом – можно только предполагать на основе правомерности теории большого взрыва.
Второй вопрос об однородности Вселенной категорически конкретен – он относится к настоящему времени. В правильном ответе на этот вопрос содержится ответ
на все дополнительные вопросы. Это коренной вопрос естествознания. Есть подсказка, которая гласит, что однородность среды (системы) возможна при состоянии
термодинамического равновесия этой системы. Это равновесное однородное состояние обеспечивается как диффузионными, так и звуковыми процессами. Последние более скоростные, более эффективные. Тогда следует признать Вселенную как систему,
находящуюся в состоянии термодинамического равновесия (ТДР). Такие системы действительно «гладкие» по физическим свойствам по всем направлениям в больших
масштабах, которые имел в виду Хокинг. Почему такой ответ не был дан наукой до
сих пор? Существовал запрет со стороны СТО, гласящий, что опыт Майкельсона дал
отрицательный ответ на присутствие межатомной среды. К иной интерпретации такого
ответа мы ещё вернёмся, сейчас же давайте поищем другие показания в пользу наличия межатомной материальной среды или энергии среды-пространства. С этой точки
зрения понятие пространство-время придется пересматривать и давать ему ясный физический смысл. Первое показание в пользу наличия энергии и материи в пространстве мы уже имеем – пространство однородно в силу ТДР.
Вторым показанием является распространение в этом пространстве-среде явных
волновых процессов, несущих поток энергии из одной области пространства в другую.
Третьим показанием является эффект Доплера. Фронт волнового процесса может сохраняться независимым от системы отсчёта излучателя только в среде, не связанной с источником излучения единой системой координат.
Принимая предположение о наличии материальной среды во всём пространстве, мы можем попытаться через его физические свойства проанализировать величины констант и определить, спасает ли наше предположение соотношения величин
этих констант. Оказывается – мировые константы образуют самосогласованную систему; величины этих констант гармонично согласуются с предположением о ТДР
Вселенной [1]. Это четвёртое показание объективности предположения.
Пятое показание. Предположение о наличии среды позволяет обойтись без виртуальных фотонов и отыскать реальные фотоны среды, величина которых соответствует электромагнитным силам и согласуется с величиной межатомной энергии.
Это же предположение позволяет найти физический смысл принципа неопределённости в квантовой механике именно по величине его предела – постоянной Планка.
4
Кроме этих показаний, можно указать ещё на существование вселенского инварианта, позволяющего определить температуру любого материального объекта по
шкале Кельвина.
Удивительно, что к этой идее – наличия энергии в пространстве, был очень
близок именно Хокинг, когда строил вариант квантовой гравитации для черных дыр.
Привожу дословно его высказывание: «Вот как это можно понять: то, что мы представляем себе как «пустое» пространство не может быть совсем пустым, так это означало бы, что все поля, такие как гравитационное и электромагнитное, в нём точно равны нулю». Кто же мешал Хокингу по величине электромагнитного поля (величине
элементарного заряда) вычислить энергию самого пространства? Именно с этого самого момента и нужно было искать сопряжение квантовой механики с ОТО, если такое сопряжение возможно. До идеи среды и ТДР я подошел только в 1988 году, 4 сентября. Хокинг мог опередить меня. Но случилось то, что случилось. Стоя на позиции
давней интерпретации эксперимента Майкельсона трудно свернуть на другой путь.
5. Скорость света как фактор, позволяющий создать общую логически связанную систему фундаментальных констант
Мы пойдем по пути, построенному на хорошо проверенной логике термодинамики. Воспользуемся при этом некоторыми простыми уравнениями, пусть это, может
быть, и сократит число читателей. (Моя позиция такова: читатель, который не любит
формул – не интересуется физикой, тем более – Вселенной). Признавая среду и ТДР
среды, посмотрим, что представляет собой скорость света, может ли эта скорость быть
скоростью звукового процесса в среде. Для проверки этого предположения нам нужно
знать только два параметра среды: массу носителя энергии среды m и саму энергию Е.
Скорость звука Сз в термодинамике вычисляется по формуле: Сз = (10 Е/9m)1/2, вывод
этой формулы приведен [1]. Поищем частицу с массой, отвечающей формуле. На сегодняшний момент времени единственной универсальной единицей энергии, приходящийся на 1 Герц, является постоянная Планка. Так как с помощью этой постоянной
вычисляется энергия волновых процессов, то, следовательно, масса этой частицы нормирована к скорости света. Собственно массу частицы можно вычислить из такой же
простой формулы Е = ½ mv2. Эта масса (термодинамическая масса Планка) равна
2,69492785·10-32 г. Скорость флюктуаций v в данной формуле является среднеквадратичной скоростью частиц системы в состоянии ТДР. Соотношение между звуковой и
среднеквадратичной скоростями в термодинамике определено: v2/c2 = 1,8, поэтому вычисление термодинамической массы Планка элементарно. Определение энергии частицы среды можно провести несколькими «независимыми» методами, и все они дают
сходящийся вариант: эта энергия равна Ридбергу, R∞hc = 2,179872325·10-11эрг. Например, в электродинамике универсальным обменным импульсом станет импульс
р = R∞hc /с. Такая величина импульса хорошо согласуется с уровнем электрических сил
и показывает причину независимости заряда от масс частиц [1]. У всех частиц, в силу
ТДР, обменным импульсом будет р = R∞hc /с. Кроме того, квадрат заряда, имеющий
размерность произведения энергии на длину, так же определяется величиной этой
энергии и радиусом Бора. (Приведенная формула для расчета скорости света универсальна для других условий. Читатель может проверить её для расчета скорости звука в
металлах, если подставит в неё массу ядер. Для бериллия, меди и серебра формула даёт удовлетворительные результаты. Продольные волны в некоторых условиях могут
стать вихревыми волнами, соответствующими уравнениям Максвелла).
Принимая энергию Ридберга как среднюю энергию среды, мы совершаем
огромный прорыв в понимании физических параметров Вселенной. Во-первых, мы получаем самосогласованную систему фундаментальных констант, включающую в себя:
скорость света, постоянную Планка, элементарный заряд, постоянную тонкой структу5
ры, радиус Бора, магнитный момент и спин электрона, массу электрона и энергию
Ридберга. Мы также можем вычислить поправку к магнитному моменту электрона,
проще, чем это делается сейчас. Теперь видно, что величины констант – неслучайная
комбинация независимых параметров; эти величины отражают физические свойства
Вселенной, находящейся в состоянии ТДР. В этом состоит ответ на второй вопрос
Хокинга. Состояние ТДР Вселенной определяет её изотропность, её гладкость по
большим масштабам.
Кроме того, в таком понимании свойств пространства мы находим ответ на
процессы флюктуации энергии в пространстве, на неопределённость координаты и
импульса частицы. Принцип неопределенности Гейзенберга получает ясный физический смысл: в малых объёмах пространства средний уровень энергии непостоянен, эта
область физики относится к статистической механике. Таким образом, квантовая механика неявно описывает взаимодействие элементарных частиц со средой, с энергией
пространства, величина которой определена.
Приступаем к обещанному выше уточнению физического смысла констант.
Скорость света – это звуковая скорость в среде, в пространстве. Её величина определяется величиной энергии Ридберга и постоянной Планка (термодинамической массой
Планка). Через эти константы можно вычислить её величину, (эту величину уже можно вычислить и через другие константы).
Постоянная Планка – величина элементарного минимального кванта энергии
пространства, нормализованная к скорости света. Этот элементарный квант является общеусредняющим фактором Вселенной за счет ТДР, придающим всем законам физики
универсальный вид и обеспечивающий закон сохранения энергии при переходе одного
вида взаимодействия в другой. То, что частица с массой Планка обладает упругими свойствами, даёт предположение о существовании более тонкого и более быстрого взаимодействия, чем скорость света. Упругие свойства пространства проявляются не только в скорости света, но и в инерционности материальных частиц, вызванной сопротивлением среды.
О природе инерционности сказано в выше приведенной статье [1].
Механизм формирования скорости света показывает, что при распространении
света на большие расстояния может происходить старение фотонов. Этот факт следует
учитывать при рассмотрении космологических моделей. Сдвиг спектров в красную область не может быть чисто доплеровским. Итоговый сдвиг может быть следствием: старения фотонов, эффекта Доплера, гравитационного красного смещения и уровнем «температуры» среды, в которой находится излучающий объект. В формуле, определяющей скорость света, в числителе стоит энергия. У нас пока нет данных, дающих основание считать состояние ТДР и изотропность пространства во всем наблюдаемом объёме. Изотропность может иметь некоторый локальный характер. Отклонение от идеальной изотропности пространства можно видеть по отклонению фона «реликтового» излучения от идеального во Вселенной, приведенного на рис. (1). Измерение этого фона проводилось с помощью спутников. Эти данные также показывают на общую связь мировых констант и их
зависимость от распределения плотности материи во Вселенной. Неравномерность распределения материи в пространстве обнаружена ранее неравномерности температур реликтового излучения. Это обстоятельство позволяет сделать вывод, что реликтовое излучение не является результатом большого взрыва (БВ), а отражает состояние физических явлений, происходивших и происходящих во Вселенной. В [1] показано, что «реликтовое» излучение может являться результатом рассеяния энергии пространства (Ридберга)
на электронах.
О вопиющих противоречиях теории БВ, которая многократно перечёркивает главный
закон природы – закон сохранения энергии в природе, сказано в книге автора « О физическом пространстве», § 2.7. Например, энергия, необходимая для расширения Вселенной от
радиуса R 1 м до «современных» размеров и современного состояния всей материи Вселенной превышает энергию Вселенной E= mc2 в 1026 раз; откуда взялась энергия, необхо6
димая для расширения Вселенной до современных размеров, которая превосходит энергию-массу Вселенной в 1026 раз ? Перечеркнуты все три закона Ньютона и законы термодинамики. Чего только ни придумано теоретиками БВ для преодоления этих и других
противоречий.
Рис 1. Распределение температур реликтового излучение во Вселенной. Более тёмные области пространства соответствуют пониженным уровням температуры фона.
В сторону более низкого давления среды может перемещаться энергия пространства,
перенося с собой всю материю в форме элементарных частиц, как это имеет место в явлениях гравитации.
Теперь вернёмся к анализу результатов опыта Майкельсона-Морли. В этом опыте
определяли сдвиг фаз как эффект движения относительно неподвижной среды. Но при
этом вычисляли разность хода времени в плечах интерферометра. Тут-то и кроется ошибка интерпретации. В инерциальной системе отсутствует эффект Доплера и волновыми методами невозможно обнаружить движения инерциальной системы относительно среды по
сдвигу фаз. Более наглядный пример из стрельбы. Если мы будем производить стрельбу
шариками в плече интерферометра, направленного перпендикулярно вектору скорости и
по центру этого плеча, то шарики будут попадать именно в центр зеркал, ограничивающих интерферометр. Стрельба с упреждающим углом применима только при наличии
относительного движения, для условий неинерциальных систем. В данном случае аналогия кажется неуместной, если не вникать в суть явления глубже. А вникая в проблему
глубже, мы вспомним, что шарик состоит из элементарных частиц, которые являются
волнами де Бройля, сгруппированными в некотором объеме. Это своеобразные волны, но
все-таки волны. К ним применимы многие свойства волн, как и к световым волнам. Фотон
излучающей системы (волновое явление) в данном случае мы считаем аналогичным шарику. При интерпретации этого опыта забыли о векторном сложении скоростей: как шарик, так и фотон имеют составляющую скорости, присущую всей системе. Этот факт
приведёт к тому, что фотон и шарик попадут именно в точку прицеливания. Фотон и шарик в инерциальной системе летят по прямой в этой системе отсчета, и не отклонятся от
точки прицеливания, не сносятся потоком среды именно из-за сложения скоростей системы отсчёта и скорости волнового процесса. Однако в эксперименте предполагалось, что
7
фактор движения относительно среды приводит к сдвигу попадания сигнала относительно
точки прицеливания, то есть в интерпретации исключается учёт скорости системы.
Другое дело, когда определяют движение относительно источника света, не входящего в инерциальную систему. Из-за того, что волновой фронт сохраняет свое направление в пространстве, то при изменении направления вектора скорости приемника относительно этого фронта, можно определить сдвиг изображения относительно фокуса или относительно изображения на каком-то экране. Аналог этому есть в оптике – аберрация света, с помощью которой определяют суточное вращение и движение Земли относительно
Солнца и звёзд. Нет относительного движения в системе, нет и сдвига фаз. Есть относительное движение в системе, как, например вращение контура со светом в лазерных гироскопах, есть эффект Доплера. Майкельсон не обнаружил отсутствие среды, он всего
лишь обнаружил отсутствие эффекта Доплера в инерциальной системе. Без ускорения нет сдвига частот, нет изменения энергии. В инерциальной системе, как шарик, так и
фотон летит в точку прицеливания без сдвига, вызванного движением относительно среды. Наличие же среды показывает аберрация.
Тем не менее, преобразования Лоренца для массы и времени верны. Преобразование времени верно в силу изменения массы. Система, испытавшая ускорение относительно второй системы, получает прибавку энергии-массы в виде кинетической энергии. Но
из-за принципа ТДР более массивные частицы в среде движутся медленней, все физические процессы в них замедляются. Поэтому замедление времени и увеличение массы взаимно согласуются. Коэффициент увеличения массы и времени один и тот же:
1/(1 – v2/c2)0,5.
Фейнман для доказательства замедления времени применял геометрические методы, по которым свет в поперечном стержне ( в часах Фейнмана) для стороннего наблюдателя движется по гипотенузе, поэтому время пролёта фотона увеличивается. Но это поперечное время он почему-то приписывал всей системе. В варианте автора объяснение замедления времени показано, что это замедление – физический процесс, зависящий только
от фактора движения и в нём нет отдельного продольного и поперечного времени.
Скорость света постоянна для всех систем потому, что они движутся в среде, имеющей эту же скорость. Скорость света, как и скорость звука в средах, не зависит от скорости движения источника звука. Именно этот фактор также подтверждает наличие среды в
пространстве. Кроме того, во всех системах соблюдается принцип ТДР относительно пространства.
Эффект близнецов вызывает споры до сих пор из-за того, что неясно, кого же из
них считать старшим, так как по СТО инерциальные системы равнозначны. Эта равнозначность по теории проистекает из-за того, что нет абсолютного движения, нет среды,
относительно которой можно установить это движение. Однако принцип наличия межатомной среды устраняет это противоречие. СТО не описывает переходной процесс, проходящий при ускорении одной системы относительно другой. При описании эффекта
инерции в вышеотмеченной статье показано, что при ускорении происходит изменение
энергии в ускоряемой частице, пропорциональное произведению постоянной Планка на
производную от изменения частоты по времени. Это накопление энергии представляет
собой кинетическую энергию, дополнительную массу-энергию. С момента окончания
ускорения, измеряемого приборами в ускоряемой системе, в ней происходит замедление
физических процессов, вызванное увеличением масс частиц ускоренной системы, ведь
согласно принципу ТДР скорость флюктуаций частиц в вакууме (среде) в любом случае
должна соответствовать этому принципу. Концепция автора показывает причину замедления времени на основе осознания физических процессов, происходящих при ускорении, а не как абстрактное изменение времени. Инерциальные системы не равнозначны
именно по причине зависимости времени и массы частиц систем от относительной поступательной скорости. Поэтому собственное время инерциальных систем может быть
абсолютным показателем движения относительно среды. Самое быстротекущее время
8
будет у систем, покоящихся относительно среды. ( При обсуждении проблем СТО влияние гравитации не учитывалось).
Теперь рассмотрим понятие пространство-время. Как заметил читатель по предыдущему тексту, все физические процессы рассматривались мной как процессы, происходящие в пространстве, время же – это особая физическая категория, немыслимая без материи. Поэтому термин пространство-время, кажется, совмещает несовместимые понятия и
им злоупотреблять нельзя. Время в любых мыслимых физических процессах воспринимается как характеристика скорости протекания этих процессов, поэтому понятие пространство-время без материи-энергии в пространстве бессмысленно. Или более коротко: пространство без материи не имеет времени. Однако в ОТО, при её построении,
этот термин имел физический смысл. Он заключался в следующем: скорость света зависит
от гравитационного потенциала. Например, имеется понятие гравитационный радиус –
условия для образования черных дыр, который равен двойному отношению гравитационного потенциала к квадрату скорости света; или можно это отношение представить, как
квадрат скорости света равен некоторому значению гравитационного потенциала. В этих
соотношениях нет нарушения законов физики, так как размерность гравитационного потенциала равна квадрату скорости. А вот дальше пошла сплошная математика без оглядки
на физику. Вместо того чтобы рассматривать физическую причину искривления движения физических объектов в гравитационном поле, построили криволинейную систему координат, искривили пространство. С нашей точки зрения, пространство, лишенное
энергии, не может быть подвержено никакому влиянию, в нём невозможно существование физических полей.
Если материя изменяет свойство пространства, то, следовательно, эта материя взаимодействует с материей, распределённой в пространстве, с пустым пространством материя не взаимодействует. Величина скорости света связана с гравитационным потенциалом так, что в области пространства, где абсолютная величина потенциала выше, там
меньше скорость света, там медленнее время, там также ниже уровень энергии пространства, оно холоднее. На спутниках время течет быстрее: там ниже абсолютная величина
потенциала, чем на поверхности Земли.
С нашей точки зрения искривление движения вблизи тяготеющих объектов можно
представить как движение в системе координат, связанной с движением материи среды в
сторону тел, создающих это движение. Такое предположение оправдано тем, что все поля
частиц расположены в составе энергии пространства; движение этой энергии увлекает и
движение частиц. (Наглядный пример: пассажиры воздушного шара не чувствуют движения ветра, который несёт этот шар). Это движение (предположительно) происходит от того, что материя рассеивает энергию пространства, перерабатывает распределение скоростей Максвелла, свойственного энергии пространства, в фотонное распределение Планка.
Этот процесс выгоден по двум причинам. Во-первых, создаётся возможность более быстрого вывода энергии волновым, чем диффузионным путём из точки рассеяния; во-вторых,
звуковая волна короче среднеквадратичного пробега частицы. Эти условия создают пониженное давление в пространстве, наполненном частицами материи, что порождает движение энергии пространства в область материи из частиц. Такая теория показывает, что
если на Солнце прекратятся ядерные реакции, то температура поверхности будет не ниже
5680 К. (Расчёты велись на основе использования гравитационного красного смещения
Солнца). Однако эта теория разработана не до конца, пока не ясен механизм рассеяния
(поглощения).
Но уже имеющегося материала достаточно для некоторых выводов относительно
Вселенной. Встают проблемы черных дыр (ЧД) и большого взрыва (БВ). Теперь мы знаем,
что гравитационное поле – это динамический, постоянно текущий, процесс взаимодействия материи с энергией пространства, что в сторону тяготеющих объектов направлен
9
поток энергии пространства, а из них выходит поток излучения. Разность этих потоков
определяется гравитационным красным смещение. Дополнительный источник энергии
внутри звезды вызовет её раздувание или её взрыв. ЧД, в традиционном понимании, теперь должна содержать в себе механизм переработки энергии пространства в другие виды
материи, или в элементарные частицы, она не может бесконечно накапливать энергию, это
противоречит закону сохранения энергии. Соображения об условиях возможного превращении R∞hc в массы протонов приведены в [ 7].
Кротовые норы в пространстве, которые стали популярны в последние время, не
могут существовать из-за того, что в пространстве существует давление. Это давление захлопнет любую дыру. Без этого давления и упругости среды не существовало бы скорости
света.
Проблема БВ состоит в том, в эволюции Вселенной не учитывалось изменение
констант. Очень точное соответствие скорости света величинам энергии пространства
(Ридберга) и величине постоянной Планка, показывает, что скорость света должна была
уменьшаться с уменьшением энергии пространства из-за его расширения. Должны были
измениться постоянная тонкой структуры, величина элементарного заряда, массы элементарных частиц (масса электрона – несомненно) и другие константы, которые функционально с ними связаны. Сейчас же с расширением пространства связывают только микроволновое фоновое излучение, отрывая его от эволюции Вселенной во всем объёме её
параметров. Исследование соотношения изотопов природного ядерного реактора в районе
Окло (Габон) показало неизменность фундаментальных констант за прошедшие 2 миллиарда лет. В [6] отмечена неизменность констант за время порядка 1014 лет.
Теория БВ слишком упрощает эволюцию Вселенной, поэтому не решает проблему
в целом. Она находится в вопиющем противоречии с законом сохранении энергии. В то же
время мы наблюдаем нерушимое сохранение этого закона при переходе одного вида взаимодействия в другой и плоскость (однородность) Вселенной.
6. О сверхсветовых явлениях
В 1965г. был обнаружен физический объект, движущийся со сверхсветовой скоростью. Это был импульс света стационарной формы, распространяющийся в лазереусилителе со скоростью, превышающей скорость света в пустоте в несколько раз [2].
Так как в то время природа скорости света была неизвестна, и существовал запрет на
сверхсветовые явления со стороны СТО, поэтому стали искать причину такого несоответствия в явлениях, происходящих в лазере-усилителе. У нескольких авторов высказывалась мысль, что происходит «перекатывание» импульса вперед из-за явлений, аналогичных при некоторой форме дисперсии, свойственных диспергирующим средам. К таким
средам относили и лазеры-усилители. Для установления причины возникновения сверхсветовых импульсов теперь есть иной вариант объяснения. Выше показано, что скорость
волнового процесса Сз = (10 Е/9m)1/2. На основе этого уравнения можно заключить, что
скорость волы может увеличиваться как при увеличении плотности энергии в среде, так и
при уменьшении массы частиц среды. Эта формула позволяет вычислить скорость света
по величине термодинамической массы Планка и величине энергии Ридберга. Она удивительно применима для вычисления скорости звука в металлах, если в нее подставить массы ядер металлов. Удивительным является то, что она применима при изменении масштаба масс в 109. Поэтому возникает соблазн проверить её и при изменении плотности энергии в средах, в которых распространяется свет. Лучшим вариантом проверки такого предположения являются лазеры-усилители. Параметрами проверки являются энергия, закачиваемая в объем усилителя и длина усилителя. По закаченной энергии можно вычислить
удельное превышение энергии над уровнем фона (пространства), и увеличение скорости
волнового процесса.. Для таких экспериментов следует выбирать твердотельные лазеры с
одним уровнем квантового перехода. Для четкого выявления уровня влияния фактора
10
энергии на скорость распространения импульсов, следует сравнить результаты измерений
лазеров с разным уровнем накачки. Автор не исключает, что набор таких данных уже есть
в архивах экспериментаторов. Эти данные нужно систематизировать по указанным параметрам и подвергнуть их анализу по указанной формуле. Приведём приближенные к теории расчеты, которые могут подкрепить наше предположение. В [2] речь шла о сверхсветовых явлениях. Результат эксперимента: скорость перемещения сигнала в лазере превысила скорость света в 6 ÷ 9 раз, с. 32. После открытия этого факта возникло некоторое замешательство, так как этот результат противоречил теории относительности [3]. Поэтому
приступили к поиску примеряющей теории, которую сейчас считают заслуживающей доверие. Если бы тогда знали природу скорости света, то поиск согласования результатов
эксперимента с теорией мог пойти по другому пути.
Взгляните на формулу (2) на с. 10 [1]: с = (10/9 ·R∞hc/m )1/2. Скорость света с зависит
от энергии среды R∞hc. В лазеры-усилители закачивается дополнительная энергия, превышающая фон. Возможно, именно она является причиной увеличения скорости сигнала.
Однако уровни закачиваемой энергии для такого объяснения явно недостаточны, если
принимать условия равномерного распределения её по объёму. Возможное неравномерное
распределение энергии в лазере связано с динамикой распространения волны, может
быть, как раз, и кроется в самой формуле.
Рассмотрим наш случай – экспериментальную установку из [2]. Там приведены
параметры установки: диаметр кристалла – 1,6 см, длина двух рубиновых кристаллов по
24 см каждый. По справочникам находим длину волны этого лазера λ = 0,6943· 10-4 см ,
число возбуждаемых атомов хрома – 1,6· 1019/ см3. По квантовым параметрам лазера и
числу возбуждённых атомов вычислим предельную энергию, заключённую в единице
объёма: hν1,6· 1019/ см3 = 4, 5777 дж/см3, (hν – пост. Планка и частота)
По атомному весу Аl203 и плотности рубина 3,92 г/см3 рассчитаем число атомов в 1
3
см . Это число атомов умножаем на энергию Ридберга R∞hc, получим энергию фона в
единице объёма – 5, 0485· 104 дж/см3. В литературе приводится предельная площадь концентрации энергии в зависимости от длины волны S = 100πλ2.
Объём столбика длиной 1 см и площадью 100πλ2 = 1,5144 · 10 – 6 см3.
Объём кристалла лазера длиной 1 см – 2,0106 см3 .
Отношение объёмов – 2,0106 см3/1,5144 · 10 – 6 см3 = 1,327· 10 6
Так как скорость света чувствительна к изменению энергии фона, что произойдёт,
если в кристалле возникнет цилиндрическая волна? В фазе отражения от стенок кристалла
при движении волны к его оси будет происходить уплотнение энергии и увеличение скорости света. Уплотненная энергия, заключённая в столбике кристалла с площадью 100πλ2
будет равна – 4, 5777 дж/см3 · 1,327· 10 6 = 6, 0753 · 10 6 дж/см3.
Энергия квантового перехода будет стремиться распространяться по пути
наименьшего сопротивления. Возникнет именно опережающее движение переднего
фронта импульса, если в лазерах возможен эффект автофокусировки, вызванный зависимостью скорости распространения от энергии. По отношению величины плотности энергии в центре кристалла к плотности фона можно определить и превышение скорости распространения над скоростью света без учета потерь и времени формирования переднего
фронта: (6,075387 · 10 6 /5,048547· 10 4)1/2 = 10,97. Для точного расчета превышения нужно
учесть время раскачки – длительность переднего фронта импульса, а она значительна, и
длину всего тракта усиления. В этой идее соблазняет то, что превышение скорости сигнала над скоростью света зависит от величины накаченной энергии, это отражено в
статье [2] на рисунке и в тексте на с. 31. Верна ли предлагаемая гипотеза или нет,
можно установить конкретно по проверке соответствия пропорциональности между
энергией и скоростью волны, вытекающей из формулы: скорость волнового процесса
должна зависеть от энергии в степени ½.
В статье [4] обсуждаются варианты измерения скорости нейтрино, превышение
этой скорости над скоростью света. Те варианты масс нейтрино, которые приводятся в
11
статье, превысили бы скорость нейтрино в десятки раз над скоростью света. Однако
нейтрино приписывают квантово-механические параметры, поэтому эти частицы-волны
должны двигаться в среде со скоростью, не превышающей скорость света. Превышение
скорости нейтрино над скоростью света может происходить только в зоне столкновения
частиц высоких энергий, где кратковременно перегревается вакуум. С этой точки зрения
использование длинных баз бессмысленно, оно скорее загрубляет чистоту эксперимента.
Такое превышение скорости следует замерять на возможно самих коротких базах.
Если существует плотный фон частиц, с массами, заметно меньшими термодинамической массы Планка, то возможно существование сверхсветовых явлений, согласно
упомянутой формулы. Однако обнаружение таких волн будет проблемой из-за незнания
механизма взаимодействия этих волн с веществом.
7. Заключение
Отметим главный итог статьи. Приведенный материал показывает, что Вселенная
имеет общие законы развития, эти законы могут быть установлены при критическом анализе и пересмотре имеющихся основ физики. Наибольшие трудности испытывает теория
при построении спектра масс частиц. Претензии Хокинга к теории перенормировки весьма уместны, так как эта теория допускает произвол в вычислениях масс. Эти вычисления –
подгонка теории под результат эксперимента. Ш. Глешоу, лауреат Нобелевской премии,
назвал эту теорию вообще ручной работой, так как она не содержит в себе общих определяющих принципов. Однако консервативность сторонников этих идей просто поразительна. Они её назвали «стандартной», то есть не имеющей других вариантов. Авторский
вариант как раз имеет обобщающие факторы. При построении спектра масс большого
числа мезонов достаточно параметров электрона. Мезоны, по автору, – возбуждённые состояния электрона, имеющего всего лишь два вида возбуждения. Этот метод позволяет
рассчитать массы многих мезонов, даже такого массивного, как тау-мезон. Сходимость
теории и эксперимента для этого мезона поразительна. Более подробно об этом сказано в
книге автора «О физическом пространстве». Этот урок научает нас не торопиться с выводами и при наступлении кризиса – не искать обходных надуманных приблизительных
путей решения проблемы. Лучше вернуться к истокам и критически проанализировать
сделанные поспешные «революционные» шаги на пути развития наших знаний.
Привлечение принципа неопределенности для черных дыр как объединяющего
фактора ОТО и КМ нельзя считать удовлетворительным именно из-за пренебрежения другими аспектами проблемы. Как уже сказано, сжатие звезды происходит с изменением физических свойств пространства в окрестности звезды, которые сопряжены с изменением
констант. Будет происходить уменьшение скорости света до нулевого значения, уменьшение величины «зарядов» до нулевого уровня. Имеется и такой вопрос: сохранят ли протоны и электроны свою структуру, применим ли будет принцип неопределенности для такого пространства? Выше отмечено, что принцип неопределенности для энергии предполагает некоторое наличие энергии в пространстве. Мы его не можем принимать безосновательно ко всем условиям. Это ранее было возможно поступать так, когда было неизвестно что за этим принципом стоит. Теперь на замену этому принципу можно представить логически обоснованный принцип неопределенности как вариант статистической неопределенности в термодинамических равновесных системах. Поэтому вариант Хокинга
для объединения ОТО и КМ не имеет логических оснований. В варианте Хокинга содержится формальное использование принципа неопределенности из-за незнания его физической сущности. Однако в понимании среды (пространства) имеется светлое пятно:
признания того факта, что пространство не может быть совершенно пустым. В этом мы
единомышленники.
Как мы теперь видим, объединить КМ и ОТО невозможно. Обреченность таких попыток состоит в том, что ОТО не раскрывает физической причины искривления движения
материи в гравитационном поле. Замена физики процесса геометрией совершенно неадек12
ватна, так как она исходит из неестественного понимания самого этого процесса. Искривление движения, наблюдаемое в системе отсчета, не связанной с движением самой ускоряемой материи нам показывает, что в этой системе мы наблюдаем движение среды с расположенными в ней частицами. Теперь мы можем подсчитать не только изменение энергии падающих частиц (материи) в этой системе, но и вычислить приносимую, например,
на звезду энергию самого потока энергии пространства. Такой подсчет согласуется со светимостью Солнца.
Первым, кто заметил неадекватность теории, был её творец, назвавший её под конец жизни «воздушным замком». Поэтому можно только посочувствовать приверженцам
теории, напрасно потратившим огромное количество интеллектуального труда на попытку объединения КМ и ОТО. «Воздушный замок» не может быть твердым фундаментом
теории. Теория тяготения будет завершена тем человеком, который раскроет механизм
(причину) рассеяния энергии пространства на элементарных частицах. Пожелаем грядущему гению удачи!
Имеющиеся научные данные позволяют интерпретировать экспериментальные
подтверждение в пользу ОТО на иной основе, в то же время позволяют ответить на те вопросы, на которые не в состоянии дать ответ эта теория. Наличие энергии в пространстве
более естественно может объяснить возникновение гравитационных волн как колебание
плотности R∞hc в пространстве и времени. Стабильность Вселенной по её физическим
свойствам предполагает её бесконечность в пространстве. Эта страшная мысль, хотя она и
подчёркивает наше ничтожество как пространственного объекта, однако возвеличивает
наш разум, способный оценить грандиозность Вселенной.
Литература
1. Шпаков П.Д., Скорость света – ключ к разгадке тайн Вселенной, С.- Петербург,
Астерион, 2012
2. Басов Н. Г. и др., Нелинейное усиление импульсов света, ЖЭТФ, Т. 60, вып. 1,
1966 .
3. Ораевский А. Н., Сверхсветовые волны в усиливающих среда, УФН, Т. 168, №12,
1998.
4.
Куденко Ю. Г., Осцилляции нейтрино: прорыв в новую физику, Вестник
РАН, Т.82, №8, 2012.
5. Stephten W. Howking, A Brief History of Time From the Big Bang to Black Holes.
( В статье использован русский перевод из Интернета).
6. Варшалович Д. А., Левашов С. А. , Потехин А. Ю. , Проверка неизменности
фундаментальных констант за космологическое время, УФН, Т. 168, № 12, 1998.
7. Шпаков П. Д. Источники рождения материи во Вселенной, Интернет.
,
13
Автор
pavel2531
Документ
Категория
Астрономия и астрофизика
Просмотров
466
Размер файла
5 202 Кб
Теги
Вселенная, энергия вакуума, мировые константы, Большой Взрыв
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа