close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Критика математической теории струн и основные проблемы физики

код для вставкиСкачать
Критика математической теории струн и основные проблемы физики
Обзор возможных ответов на статью „Нерешенные
проблемы (астро)физики”.
c бакалавр наук, mars.dmitri@yahoo.ca, Longueuil, Канада
8 ноября 2017
Аннотация
Цель обзора - остановить исследователей заниматься теорией струн и Мтеорией, т.к. это вид бизнеса, чтобы захватить место работы по физике в университетах. Это и способ выманивания математиками денег у доверчивых богачей, например у миллионера Мильнера, физика по образованию, как делали
спириты 120 лет назад. Наука и бизнес, спиритизм - это совсем разные области
деятельности ученых и бизнесменов.
В комментариях статьи из Википедии от 25 февраля 2015 г. „Нерешенные проблемы физики” предлагаются невероятные и возможные решения, ответы на
некоторые вопросы. Они помогут Вам поставить эксперименты, сконцентрировать силы на новых направлениях исследований. Собраны неправильные подвиги воображения, безапелляционные, бездоказательные, остроумные суждения без научных аргументов, заблуждения математиков, астрономов, физиков
по теории струн.
Содержание
1 Теоретические проблемы
2 Эмпирические явления без четкого теоретического объяснения
2
65
3 Экспериментальная (астро)физика
111
4 Критика теории струн и М-теории
113
5 Диалог критика теории струн - астрофизика и математиков, поддерживающих терию струн, М-теории
122
6 Почему уже не имеет смысла заниматься теорией струн
132
7 Когда заменят теорию суперструн, М-теорию?
133
8 Выводы из теории струн
135
9 Hовыe задачи, придуманные после критики теории струн
138
10 Уравнения Янга—Миллса
141
11 Уравнения Навье—Стокса
166
12 Гипотеза Ходжа
171
13 Примерная шкала сложности поставленных, нерешенных задач
179
14 Статегия и тактика при решении задач в математике и физике
186
15 Пример части алгоритма решения задачи по матфизике
208
16 Актуальные задачи в физике и астрофизике
209
17 Выводы
218
18 Список литературы и сокращения
221
19 Приложение 1.
225
1
Теоретические проблемы
Это главные теоретические проблемы, идеи, для которых нет экспериментальных
данных или наоборот, как в теории высокотемпературной сверхпроводимости и турбулентности. Имеется множество экспериментальных фактов, эмпирических формул,
но нет одной теории, которая связывает их вместе, т.к. не ясны основы этих явлений. Нет дифференциальных ур-й, которые их описывают. Не известны их точные,
аналитические решения. Нет определений терминов, наблюдаемых явлений или иx
не существует.
“Физики ищут ответы на вопросы, которых сейчас появилось гораздо больше,
чем было 50 лет назад. Они очень мало могут посчитать даже из того, что понимают. Для расчёта массы протона, используя ур-я квантовой хромодинамики, нужно загрузить всю компьютерную мощность США примерно на полгода. Это стоит
неимоверных денег.
Там, где в физике элементарных частиц наблюдается хоть какой-то порядок, работает теория под называнием «Стандартная модель». В ней 26 параметров. Приблизительно известны 19. Почему этих параметров столько, почему они именно такие,
ответить не могут. Минимальный размер физического объекта, который теоретически может быть измерен — это размер «планковской длины» — 1,6 умножить на 10−35
метра. От уровня 10−20 метра до 10−35 — не известно никаких частиц, но точно знают, что они существуют. Наблюдаемый размер Вселенной — порядка 4, 5 · 1026 метра.
Что за пределами — неизвестно. Не понятна основная масса вещества и энергии во
Вселенной. Предполагают, что 74 % — это энергия вакуума. 22 % — темная материя,
известно как она распределена в пространстве. Ученые знают лишь о четырех процентах от всей энергии: 0,6 % — это планеты и звезды, а 3,4 % — межгалактический
газ и пыль” - считает директор Института ядерной физики СО РАН Павел Логачев
[28].
2
Новая теория должна предсказывать известные явления точнее, чем старая.
Она должна быть понятной, красивой, оптимальной.
Точность вычислений не может превосходить точность измерений. Точность теории
не может быть точнее измерений, которые используются для её построения. Теория
должна уточнять эксперимент.
Более десятка теорий пытались объяснить эффект смещения перигелия Меркурия,
но все давали большую ошибку по-сравнению с теорией Эйнштейна. За 100 лет не
придумано более точной теории.
Ссылки к пунктам 1.1 - 1.4 приведены в статье Википедии „Нерешенные проблемы физики” и в списке литературы в конце статьи.
Физики решают задачи:
1. Ответить на вопрос: как природа функционирует на разных уровнях описания:
от нейтрино, кварков до скоплений галактик? Эта работа развивает существующий
математический аппарат физики, который применяют к обработке экспериментальных данных, полученных от обсерваторий, экспериментального оборудования.
2. Объяснить результаты различных экспериментов, экспериментально проверить существующие теории, многие из которых неверны.
Поиск необычных, неизвестных фактов, явлений в природе.
3. „Предсказать результаты экспериментов на качественном и количественном
уровне, выдача чисел, которые можно сравнивать с экспериментом. Если законы
процесса понятны, то это знание не имеет предсказательной силы, потому что соответствующие вычисления очень трудны или невозможны. Такие проблемы возникают при описании частиц, например, протона. Физики понимают законы, которые
управляют частицами, из которых состоит протон — кварки, глюоны и другие. Но
дать количественное описание этих процессов очень сложно или невозможно”, потому что отсутствуют вычислительные программы и алгоритмы.
Часты ситуации, которые предполагают два разных описания одной и той же теоретической модели. Это называется дуальностью. Корпускулярно-волновой дуализм
— один из примеров такой дуальности. У вас есть одна и та же физическая система,
которую вы называете «элементарная частица», но это просто название. На самом
деле у вас есть два параллельных описания, одно в виде волны, другое — в виде
частицы.
Т.е., у вас есть одна и та же физическая система, но с математической точки зрения
она описывается совершенно разными ур-ями. Частица, грубо говоря, описывается траекторией. Это линия, функция или несколько функций от одной переменной.
Волна — это уже функция от многих переменных. С математической точки зрения
это два разных объекта” - cчитает Анатолий Дымарский, профессор Сколковского
института науки и технологий.
„Вы по разному описываете одну и ту же физическую систему. Поэтому, если вы
будете задавать одни и те же вопросы, например, о результатах какого-то гипотетического эксперимента, то в рамках двух существующих описаний придете к одному и
3
тому же ответу. Это может выглядеть как некое тривиальное равенство, когда некое
число будет равно самому себе. Или как ур-е, где некая сложная формула слева
равна совсем другой сложной формуле справа. Это уже будет новое математическое
утверждение. Теперь можно забыть, как пришли к этому утверждению и что вы
описываете некую физическую систему, и далее изучать его с чисто математической
точки зрения”.
Например, переход к сценарию Фейгенбаума в хаотичном движении в жидкости
описывается тремя разными способами: параметры координат частиц воды (например, плоское сечение падающей волны прибоя) двумерного движения описываются
дискретной формулой одномерного отображения xi = f (axi (1 − xi )) или аналитической функцией(она пока не опубликована мною) или дифференциальным ур-ем. См.
стр. 184 [22]. Самый точный результат дает аналитическая формула, самый общий дифференциальное ур-е. Дискретная формула удивляет тем, что мы не можем оперировать величинами меньше машинного эпсилон. Машинным эпсилоном называют
самое меньшее число, больше нуля, с которым может работать компьютер. Координаты, получаемые по этой формуле, имеют дискретные значения, как в квантовой
механике. Но величина скорости, координаты не всегда могут быть бесконечно малыми. Здесь видно противоречие с законом Ньютона, который выведен из предположения о возможности существования любой величины скорости тела и бесконечно
большой скоростью передачи импульса, силы на любое расстояние. Также в законе
сохранения массы и момента импульса предполагается, что они могут быть любыми.
Но они не могут быть бесконечно малыми величинами, например, для броуновских
частиц.
Т.к. скорость заряженного тела под действием электрического поля не может превысить скорость света, можно утверждать, что электрический заряд, например, кварка
или тела, зависит от скорости, как масса. Но это нужно проверить в экспериментах.
1.1 Квантовая гравитация, космология, общая теория относительности.
-Распад метастабильного вакуума.
Почему предсказанная масса квантового вакуума мало влияет на расширение
Вселенной?
Моя гипотеза: Она не описывается стандартной моделью физики. На расширение Вселенной сильнее влияют величина заряда тел, термоядерные реакции, космологическое расширение эйнштейновским всемирным антитяготением, чем масса
вакуума. Размер Солнца, Галактик зависит от термоядерных реакций внутри звезд
и черных дыр. Какой заряд у черных дыр галактик? Без ответа на этот вопрос вопрос о расширении Вселенной бессмыслен. Т.к. струи из электронов(как молнии)
выбрасываются из аккреционного диска, то наверное, его заряд на поверхности отрицателен.
Масса вакуума уменьшается при расширении пространства. Понятие массы связано
с энергией, с объёмом. Объем пространства и энергия вакуума, заключенная в объёме зависят друг от друга во Вселенной.
Предсказанная масса квантового вакуума мало влияет на расширение Вселенной,
4
т.к. энергия вакуума мало влияет на объем расширяющейся Вселенной.
Свойства вакуума Вселенной точно неизвестны, например распределение массы частиц пыли по их размерам. Cуществует несколько видов частиц: кластеры замороженных газов, водяного льда, пыль из графита, углерода, хондритов из которых
состоят ядра комет.
Если вы в полной темноте посветите фонариком, то в луче света увидите пылинки.
Щелкните по ним пальцем и вы увидите, что они прилипают к нему. Похожая ситуация и в космическом вакууме, только вместо одной пылинки наблюдаются облака
газа, пыли размером в несколько Солнечных систем.
Распределение по массе частиц вакуума в Солнечной системе начали измерять с
помощью аппарата Stardust (звездная пыль). Т.к. он разбился о Землю и большая
часть данных пропала, то мы плохо знаем свойства космической пыли вакуума даже
в Солнечной системе. Чистого вакуума в космосе нет. В нем всегда есть излучение,
потоки частиц с энергией до 1022 эВ = 1602,19 Дж, пыль от поверхности планет и
спутников, астероидов, кластеры замороженного газа. Вакуум 100 лет назад называли эфиром.
В вакууме есть частицы, излучения, поля, которые не подчиняются квантовой теории. Например, кольца Сатурна, пояс Койпера, пояс астероидов. Поэтому нужно
спросить: масса не квантового вакуума влияет на расширение Вселенной?
Глагол расширяется не всегда используется применительно к веществу. Мы не говорим, что дерево или человек, его мысли расширяется. Например, при взрыве черных
дыр, звезд, возникают и расширяются ударные волны плазмы, которые сталкиваясь,
порождают гамма всплески, гамма-излучения, потоки нейтрино.
Говорят, что потоки нейтрино разлетаются, а не расширяются. Излучение - поток
разлетающихся фотонов является частью вакуума.
Никто не провёл экспериментов по распаду метастабильного, cтабильного или нестабильного вакуума, поэтому не понятно, является ли вообще это проблемой физики
или это фантазия.
Предсказанная масса квантового вакуума почти не влияет на расширение Вселенной, т.к. её расширение зависит от времени и количества унесённой с излучением
энергии или подведенной в данную точку энергии, а не от массы вакуума, которая
очень мала.
Т.е. энергия взрыва определяет скорость расширения Вселенной, считая её похожей
на водородную бомбу. Масса вакуума не влияет на расширение продуктов взрыва
водородной бомбы. Но Вселенная еще расширяется с ускорением, возможно, из-за
антигравитации Эйнштейна.
Если существуют цепные кварковые реакции с выделением тепла, можно утверждать, что она похожа на кварковую бомбу (т.е. в ней энергия выделяется при синтезе и распаде кварков).
Может ли cкорость расширения Вселенной и скорость электронов в атомах,
кратковременно превысить скорость света, если вещество, из которого она состояло
очень короткий промежуток времени не подчинялось квантовой механике и общей
теории относительности?
Если при этом энергия описывалась бы формулой E = mcn , где n > 2, то что бы
изменилось в физической теории?
5
Газ во Вселенной расширяется и остывает. Этот процесс похож на замерзания
воды и расширение льда в кастрюле. Вселенная расширяется и остывает в зависимости от ядерных, термоядерных реакций и эйнштейновского всемирного антитяготения. Плотность и энергия Вселенной падает, т.к. за счет нейтрино уносится до 90%
излучаемой фотонами энергии. Происходит нейтринное охлаждение. Значит, масса
Вселенной уменьшается в произвольно выделенном объеме. Одновременно наблюдается расширение пространства.
Скорость расширения пространства меньше скорости света. Расстояние между атомами, галактиками увеличивается, словно пространство Вселенной, как тесто, еще и
растягивает неведомая сила. Может быть, при этом происходит расширение кварков
и увеличивается расстояние между ними. Под видимой Вселенной понимаем продукты взрыва галактик, сверхновых звезд и занимаемое ими пространство и время - это
множество терминов.
Проделайте опыт. Нагрейте в микроволновке яйцо 1 мин 10 сек. Вы увидите на поверхности трещины. При попытке повернуть его, оно шипя, лопнет, т.к. тепловая
энергия нагретого желтка испарит влагу и повысится давление внутри.
Есть ли расширение времени во Вселенной? Как это определить экспериментально?
Кроме того, вращение планет, звезд, галактик (скоплений галактик?) замедляется со
временем. Например, на Земле за 100 лет день увеличивался на 1,6 микросекунды.
Если в законе Ньютона ввести зависимость плотности материала или расстояния между атомами от времени, то сила притяжения между двумя телами может
уменьшаться, даже если дистанция между двумя телами сокращается? Например,
между Марсом и его спутником за 1 миллион лет.
От нашей галактики со временем останется невидимое холодное облако пыли и газов,
черная дыра, красные, белые карлики, даже если она объединится с другой галактикой.
Звезды, выгорая, испускают излучение, потоки плазмы, солнечный ветер. При уменьшении массы они превращаются в белые, красные карлики, в сверхновые, нейтронные звезды, туманности.
Энергия вакуума не влияет на эти процессы. Они определяются ядерными, термоядерным реакциями, количеством выброшенного нейтрино, излучением из звезд, черных дыр.
Существует огромное количество ядер карликовых, сферических галактик (т.е. как
черных дыр) почти без звезд, имеющих огромную массу, на периферии крупных
галактик, вращаясь вокруг них. Это видно по некоторым шаровым скоплениям в
нашей галактике. В их центре иногда располагается маленькая черная дыра или их
несколько.
Вакуум насыщен нейтрино и антинейтрино. Превращение их в другие типы нейтрино
(антинейтрино) не влияет на распад метастабильного вакуума. Нейтрино превращаются в мю-мезоны.
При расширении Вселенной расстояние между её объектами увеличивается, например, между галактиками, молекулами. За ядрами галактик тянутся струи темного
космического вещества, нагретого до миллиона градусов, в которых идет ядерная
реакция, словно это радиоактивный газ радон в смеси с парами радиоактивного урана, тория, железа. Возможно, это остывшая, очень плотная кварк-глюонная плазма.
В этих нитях содержится около 50% всего не наблюдаемого вещества Вселенной.
6
Масса космического вакуума подсчитана неверно, т.к. мы не знаем даже параметры вакуума Солнечной системы. Например, про облако Оорта, пояс Койпера пока
точно известно, что тела в них вращаются на расстоянии до 100 000 астрономических
единиц от Солнца. Их около триллиона. Эта цифра возможно занижена на 2-3 порядка. Простираются ли до ближайших звезд глыбы льда, хондритов облака Оорта,
которые становятся кометами, или они равномерно рассеяны по всей галактике (т.е.
они - часть темной материи)? Недавно астрономами был увеличен в 3 раза вес комет
в облаке Оорта по результатам наблюдений. Они предположили наличие еще одной
планеты у Солнца.
Каждые 50000 лет какая-то звезда пролетает внутри облака Оорта, т.е. оказывается на расстоянии 50000-100 000 астрономических единиц возле Солнца (т.е. их было
около 90000 за 4,5 миллиарда лет).
Поэтому облако Оорта и Койпера состоят из тел, часть из которых принадлежала
другим звездам и галактикам. Изучая геологию этих тел, мы узнаем состав других
звезд, планет и галактик.
Если огромное газово-пылевое облако, в состав которого входит водород и гелий влетит в Солнечную систему, то возможно образование новой звезды. Вопрос:
Если наблюдаемое расширение Вселенной - это следствие столкновения триллионов
огромных черных дыр, квазаров из вещества и антивещества, то энергия вакуума не
влияет на этот процесс?
Возможно существует реликтовое излучение бозонов во Вселенной (например, глюонов) и реликтовых нейтрино, т.е. они образовались 13,77 миллиардов лет назад в
эпоху Большого взрыва Вселенной. Энергия вакуума должна быть огромной внутри
черных дыр, где очень велики значения полей, температур в вакууме. Вопрос: стандартная модель физики считала, что масса нейтрино равна нулю. Как это ошибка
теоретиков влияла на предсказаниях астрономов? У них нет даже точной карты нашей галактики. Только в 2016 г. получены координаты и скорости трёх миллиардов
звёзд, входящих в нашу галактику.
-Квантовая гравитация.
Можно ли квантовую механику и общую теорию относительности объединить в
единую самосогласованную теорию (возможно, это квантовая теория поля)?
Является ли пространство-время непрерывным или оно дискретно?
Существуют ли отклонения от предсказаний ОТО для очень малых или очень больших масштабов или в других чрезвычайных обстоятельствах, которые вытекают из
теории квантовой гравитации?
Это три, совершенно разных вопроса.
Квантовая гравитация – это фантастическая теория, которая хочет объединить квантовую механику и общую теорию относительности. Но никто не знает, как? Возможно
ли это в принципе сделать? Иногда квантовую гравитацию называют “единой теорией всего”, что неверно. Её не конкурентка - это ошибочная теория струн.
Гравитация очень слаба. Ею обычно пренебрегают в физике микромира.
Но глядя на приближающую к нам галактику М31, которая должна столкнуться с
7
нашей галактикой, ясно, что это не так на больших временах, расстояниях или внутри небольших по размерам черных дыр.
Стандартная модель физики не учитывает гравитацию, антигравитацию или эйнштейновское всемирное антитяготение, массу нейтрино. Неизвестно, что с этой теорией происходит на планковском масштабе энергий, когда гравитация становится
чрезвычайно важной.
Сильное взаимодействие ответственно за стабильность атомного ядра. Cлабое
взаимодействие осуществляет процесс радиоактивного распада ядер, является источником термоядерной энергии Солнца, электромагнитного взаимодействия. Например, свет переносит энергию Солнца на Землю, которое является источником
тепла для живых организмов и витамина Д в их телах.
Квантовую механику и общую теорию относительности нельзя объединить в
единую самосогласованную теорию (это не квантовая теория поля)[50], увеличивая
число размерностей пространства-времени.
Правильнее искать объединение стандартной теории и ОТО в метрике Минковского. Путь к объединению: в системе ур-й релятивистской магнитной гидродинамики, подставить вместо гравитационной постоянной ур-е Эйнштейна. Затем, провести
обобщение некоторых ур-й этой теории. Т.к. теория ЯМ (основа квантовой хромодинамики) - это обобщение двух ур-й Максвелла из четырех. Ур-я Максвелла, входят
в ур-я магнитной гидродинамики. Значит нужно ввести ур-я ЯМ в ур-е магнитной
гидродинамики, заменив ими два ур-я Максвелла. Ур-е ЯМ очень похоже на ур-е
магнитной гидродинамики в некоторой, вращающейся системе координат, в котором нужно учесть силу Кориолиса. Затем в ур-ии магнитной гидродинамики нужно
заменить векторные функции, матричными. Вместо функции давления, скорости,
плотности надо ввести матрицы этих величин. Тогда результат станет зависеть, от
порядка подстановки матричных операций, как происходит в квантовой хромодинамике, квантовой механике.
Вещество Вселенной, кварк-глюонная плазма, похожи по своим свойствам на жидкость без трения. Оно находится, в основном, в турбулентном состоянии. Турбулентность, при высоких числах Re, например сверхтекучего гелия, описывается квантовой механикой и ур-ем Шредингера или ур-ем Навье-Стокса, магнитной гидродинамики с добавочными членами. Т.е. системой дифференциальных ур-ий в частных
производных, которая описывает все известные явления физики, если добавить или
убрать в ней некоторые константы.
Р. Фейнман написал:„Когда на малых расстояниях начинаются квантовомеханические эффекты, то тяготение оказывается настолько слабым, что не возникает
нужды в квантовой теории тяготения.
Важно понять: должен ли закон Ньютона с внесенным Эйнштейном видоизменением быть изменен и дальше с тем, чтобы согласовываться с принципом
неопределенности”[18].
Закон гравитации Ньютона справедлив на расстояниях меньших размера ядра атома водорода, что подтверждается опытом по детектированию гравитационных волн,
когда удалось измерить смещение атома равное одной тысячной размеру протона.
Поэтому предложим три гипотезы:
8
1. Закон гравитации Ньютона верен на таких расстояниях, при которых справедлив
закон Кулона.
2. Он справедлив на расстояниях равных и меньших размера кварка.
3. Закон гравитации Ньютона зависит от времени, т.к. плотность любого вещества
за миллиарды лет уменьшается из-за очень медленного растягивания пространства.
Спин вещества уменьшается со временем, т.е. удлиняется день на Земле и скорость
вращения Галактик вокруг оси.
Закон гравитации к электрону не применим, когда он вращается вокруг ядра,
т.к. понятие траектории не применимо к электрону, когда он становится волной.
Но тогда и понятие гравитации не применимо к тем частицам, которые одновременно
являются волной и частицей.
Проделайте опыт. Бросьте два камешка в воду, и попробуйте определить силу притяжения первой, расходящейся волны на вторую волну. Через некоторое время вы
увидите, что волны размножились. Их стало намного больше, чем было. А затем они
все вдруг исчезнут.
Если гипотеза для электрона выполняется и его траектория определена, то в этом
случае закон Ньютона не надо видоизменять, т.к. он применим только для частиц, а
не для волн. Или же надо переписать закон Ньютона для волны, как это сделано в
релятивистской гидродинамике[43].
Скорость света на дальних расстояниях должна оставаться постоянной. Размеры предметов в комнате за миллиард лет должны стать больше, а плотность и вес
всех веществ в ней должен уменьшится за счет расширения пространства. Если скорость света остается одной и той же, то сила гравитационного притяжения тел друг
к другу, в соответствии с законом тяготения Ньютона, со временем должна уменьшиться за миллиарды лет.
Непонятно, можно ли галактику рассматривать как волну вблизи и как частицу
на дальних расстояниях?
Для не квантовых волн закон гравитации для микротел, например для капли воды (или магнитной жидкости), должен быть совсем в другой форме, как это записано
для ур-я магнитной гидродинамики (в него входит ур-е Навье-Стокса с добавлением
электромагнитных сил, ур-я сохранения массы или неразрывности и ур-е энергии).
Если мы рассматриваем квантовые частицы - волны, например один электрон или
ротоны, фононы в сверхтекучем гелии, то для него должно применяться только ур-е
Шредингера. Ур-е Шредингера выводится из ур-я Навье-Стокса (без ур-я сохранения массы или неразрывности) с помощью преобразований.
Силы между кварками, кварки не описываются только одной квантовой механикой,
а квантовой теорией поля, квантовой хромодинамикой и другими теориями.
Квантовая гравитация подразумевает, что нет частиц, меньше, чем кварки.
Законы гравитации постулируются, экстраполируются на микро мир, а это экспериментально не доказано[19]. Минимальной известной частицей, которая имеет вес
и массу покоя, является электронное нейтрино. Но в Стандартной модели нет массы
у нейтрино. Единственный класс фактов в физике элементарных частиц, не говоря
9
о космологии, который требует выхода за рамки Стандартной модели. Hейтринные
осцилляции, все переходы одного типа нейтрино в другой – это квантовомеханический эффект. Его невозможно описать в принципе на языке классических частиц.
Непонятно, откуда взялся такой масштаб масс и почему массы нейтрино такие маленькие.
Использование ур-я Шредингера для грубого описания кварков возможно, т.к. они
испускают кванты: бозоны, которые являются квантами поля ЯМ.
К бозонам относят фотоны, промежуточные бозоны, глюоны, гравитоны, бозоны
Хиггса, фононы в твердом теле, экситоны в полупроводниках и диэлектриках, составные частицы из четного числа фермионов.
8 разных видов глюонов, которые относят к бозонам, переносят параметр под названием цвет.
Если для кварка можно написать закон Ньютона F = ma, то m - это масса
кварка.
Но, если этот закон или понятие массы для кварка не справедливы, то понятие расстояния и времени для него может быть определено по-другому или вообще не существовать как например, применительно к фотону в черных дырах.
Формула F = ma не справедлива, когда понятие производной или интеграла не выполняется. Если тело, падая на землю, движется так, что его траектория или функция скорости определяется функцией Вейерштрассе (она не имеет в любой точке
производной), то мы не сможем найти скорость падающего тела. Значит, нельзя в
этом случае было бы записать выражение для силы инерции при падении. Если бы
материя космического вакуума (т.н. темная материя, например, к которым относят
нейтрино) двигалась бы по такой траектории, мы бы не могли подсчитать силу притяжения, с которой она действует на другие тела.
Гравитация не подчиняется квантовой механике. Это кварк-глюонный процесс. При
описании кварков нужна не квантовая механика, а квантовая хромодинамика, квантовая теория поля и другие теории.
Если задать траекторию искусственной микрочастицы с помощью электромагнитного поля вокруг атома в виде функции Вейерштрассе, то что даст нам для неё ур-е
Шредингера? Параметры электронного облака? Функцию плотности распределения
вероятности? Аналогичный вопрос возникает для параметров изотропной турбулентности.
Можно придумать промежуточную теорию на микро или макро масштабе. Например, теорию турбулентности в теории галактик. Можно предположить, что квантовую механику может смоделировать теория турбулентности при больших величинах Re и наоборот, т.к. движение сверхтекучего гелия моделируется уравнением
Шредингера.
С другой стороны, общая теория относительности уточняет понятие пространствавремени. Поэтому для нее не справедливы законы сохранения энергии. Значит нужно
дальше уточнять термин пространства-время.
Невозможно объединить молоток и гвозди (инструмент) и план (теорию) по их забиванию в пол. Это совсем разные вещи. Поэтому, бессмысленно объединять все законы
сохранения в одно ур-е. Например, законы сохранения массы, импульса, момента им10
пульса, энергии в один. Это породит хаос, т.к. непонятно, как его использовать. С
другой стороны, такие объекты, как солитон, пока они существуют, обладают множеством дополнительных законов сохранения, кроме законов сохранения массы, импульса, момента импульса и энергии.
Если в ОТО не справедливы законы сохранения энергии, можно построить теорию
для пространства, которое все состоит из солитонов, кинков и других частиц, для
которых действует множество законов сохранения. И к ним уже применять ОТО, как
частную теорию, которая справедлива для некоторых, частных случаев. В будущем
ее заменят другой, более сложной, точной теорией.
Бессмысленно сжимать в 0,01 метр кубический прессом 10 книг. Мы потеряем
всю полезную информацию. Поэтому не имеет смысла все физические теории объединять в одну. Это неудобно, как универсальный нож-пила-лопата-шприц с вилкой
и ложкой. Это нужно делать в каких-то исключительных случаях.
Является ли пространство-время непрерывным или оно дискретно?
Пока не доказано, что пространство-время дискретны, как информация или как
клетки в живом организме, если под ними понимать наименьшее возможное время,
пространство и информацию. Но они могут иметь сложную структуру, например в
черной дыре. Генетики Н.В. Тимофеев-Рессовский, Н.И. Вавилов предполагали, что
время и пространство, скорее всего, дискретны.
При моделировании эволюции наблюдаемой Вселенной на суперкомпьютерах удается получить удовлетворительные результаты. Значит можно считать пространствовремя дискретным с точки зрения математика. Размер ячейки примерно равен ячейке расчетной модели на суперкомпьютере. При моделировании вращения планеты
вокруг Солнца в виде материальной точки можно получить любое смещение перигелия планеты, если увеличивать шаг по времени в разностной схеме для обыкновенного дифференциального ур-я, которое описывает вращение Меркурия вокруг Солнца.
Шаг по времени в разностной схеме - это наименьший интервал времени, который
мы можем измерить с помощью часов и который соответствует нулевой ошибке наблюдений. В расчетной программе в [22] на стр. 92 он задан равным 0,001 лет, т.е
8,76 часов. Без потери точности можно его уменьшить. Оно не должно быть меньше
машинного эпсилон.
В дискретной математике, численных методах, пользуясь понятием предел функции,
мы привыкли к тому, что пространство и время дискретно, и что дифференциал координаты или скорости, ускорения часто очень маленькие, но конечные величины.
Попробуем уточнить ОТО А. Эйнштейна для величины смещения перигелия Меркурия, найдя такой шаг по времени в расчетной программе в [22] на стр. 92, который
бы полностью корректировал погрешность вычислений ОТО и сравним его с результатами наблюдений. Движение планеты дискретно, и мы видим планету через шаг
по времени по траектории, а пространство непрерывно. Шаг измерения по времени
не может быть больше какой-то экспериментально определенной величины. Возможно, он зависит от кривизны пространства и следовательно от гравитации. Чем выше
кривизна пространства, гравитация, тем больше шаг времени в данной точке пространства. Но т.к. гравитация изменяется, то и величина ∆t меняется от времени.
Кривизна пространства, координаты тел дискретны в компьютерной программе.
11
Т.е. величина смещения перигелия Меркурия равна: D = D1 + D2 ,
где D1 - величина смещения перигелия Меркурия, подсчитанная по ОТО, за сто лет
равная 43 угловых секунд("), D2 - величина необъяснимого, наблюдаемого смещения перигелия Меркурия. Она менее 0.5% от величины D1 для Меркурия или 0,215
угловых сек за столетие, или за год 0,00215".
Подсчитаем приблизительно D2 по теории, если введем минимально возможное дискретное время.
За сто лет Меркурий будет вращаться 36525,64 суток по круговой орбите. Введём
минимальный шаг по времени, используя частоту развертки изображения при просмотре телевизора движения Меркурия по орбите, видимое с Земли без увеличения.
При просмотре телевизионной записи с частотой 25 кадров в секунду видно дискретное движение Меркурия по траектории. Пусть это видимое по телевизору движение
и есть реальное движение Меркурия. Значит максимальный, видимый глазом шаг
по времени менее 1/25 сек = 0,04 сек.
Т.е. 0, 508·10−6 - относительная величина сдвига перигелия за 1 оборот. Она известен
астрономам из наблюдений.
415 = 36525,64/88 - число орбит за сто лет у Меркурия,
57,296 = 180./3,14159
За 100 лет угловое смещение перигелия Меркурия на небе равно: 0,215 угловых сек.
Точное значение дискретного шага по времени определим по формуле:
0,215 угловых сек/(0, 508 · 10−6 · 415 · 57, 296) = 17, 799276 сек.
Значит, если бы мы считали по компьютерной программе Х. Гулда и Я. Тобочника,
предполагая, что время дискретно и именно этим попытались объяснить сдвиг перигелия Меркурия D2 , то все время делилось бы на интервалы равные 17,799276 сек,
если бы мир подчинялся расчетам компьютерной программы. Но при просмотре монитора видно, что Меркурий сдвигается как минимум каждые 0,04 сек. Каждый кадр
- новое положение планеты и новое время. Поэтому минимальный шаг дискретного
времени должен быть меньше или равном времени появлением нового кадра монитора. Астрономы считали бы, что время развертки по телевизору должна была быть
17,79 сек, а не 0,04 сек, как видно на мониторе. Отношение видимого на экране шага
по времени и наблюдаемого, взятого из D2 отличаются в:
17,79 cек/0,04 сек = 444,7 раз.
Почему расчетное значение шага по времени в компьютерной программе отличается
от времени наблюдения человеческим глазом при просмотре экрана монитора, более
чем в 444 раз? Можно придумать, что существует и дискретное пространство, скажем
в кубе размером в 5,3 миллиона км (или 17,79 световых секунд). Когда мы вычисляем скорость и траекторию планеты по дискретной, разностной формуле, интегрируя
численно дифференциальные ур-я её движения, мы не можем считать координату
непрерывной, а время дискретной величиной. Они должны быть одновременно дискретными, как выполняется в расчетной программе. Но это ложь, т.к. физики измеряют промежуток времени в 10−6 секунды и не видят никакого дискретного времени.
Поэтому такая примитивная теория дискретного времени не может объяснить, почему погрешность наблюдений D2 примерно равна 0,5% от наблюдаемого смещения
перигелия Меркурия, если координата и кривизна пространства, интервал времени
наблюдения непрерывны или дискретны.
12
Монитор компьютера, программа на компьютере на фортране, глаз человека ограничены разными значениями минимально допустимого времени - временем развертки
кадра монитора, машинным эпсилон и каким-то отрезком времени меньшим 0.01 сек.
Есть другие причины относительной погрешности в ОТО для величины смещения
перигелия Меркурия[20]. Например, масса Солнца уменьшается из-за термоядерного
выгорания, поэтому точно не известна.
Вопрос. Почему смещение перигелия Луны при вращении вокруг Земли высчитывается без ОТО? Из-за малой величины гравитационного поля Земли?
Проще делать проверки разных теорий дискретного времени для пульсаров, например для PSR 1913 +16, т.к. поворот орбиты D1 равен 4,2 градуса в год. Он составил
60 градусов за 14 лет наблюдений с 1975-1989 г. Относительная ошибка наблюдений
с расчетами по ОТО составляет около 1%.[20]
Будет ли самосогласованная теория использовать гипотетический гравитон или
она будет полностью продуктом дискретной структуры пространства-времени (как
в петлевой квантовой гравитации)?
Самосогласованная теория не будет использовать гипотетический гравитон. Она
не будет полностью продуктом дискретной структуры пространства-времени, как в
петлевой квантовой гравитации.
Неизвестно: гравитация - это следствие распада понятий пространства-времениинформации?
Существуют отклонения от предсказаний ОТО для очень малых и больших масштабов и в других чрезвычайных обстоятельствах, которые не вытекают из теории
квантовой гравитации.
Использование комплексных чисел в механике и теории относительности позволит описать некоторые такие непонятные физические явления, т.к появляется хаос.
При моделировании вращения планеты вокруг Солнца в виде материальной точки
можно получить смещение перигелия планеты, если округлять числа, умножив их
перед этим на порядки или увеличивать шаг по времени в разностной схема для
ОДУ. Можно ли получить этот же результат используя комплексные числа в дифференциальном ур-ии и законе гравитации? Т.е. из [22], на странице 91 или 131. Что
мы получим в Солнечной системе, если используем комплексные числа везде в расчетах и будем строить траектории?
Нужно использовать вместо координаты x, модуль
√
комплексного числа a + i · b.
Увидим ли мы что-то похожее на хаотичное облако астероидов между Марсом
и Юпитером, возможно оставшихся от взрыва звезды раньше Солнца, если число
математических точек велико и они взаимодействуют друг с другом? При движении
материальной точки в жидкости с трением, мы видим хаотичную кривую, т.е. простейшее, теоретическое турбулентное движение. Пример использования комплексных чисел в СТО можно найти в [11] на стр. 60. Но там они используются для
релятивистской электродинамики, при околосветовых скоростях. Я же говорю о любых скоростях тел, для обнаружения хаотического движения тел.
Можно переписать книгу Х. Гулд, Я. Тобочник „Компьютерное моделирование в
13
физике”, заменив везде обычные числа на комплексные. Почти все полученные результаты нельзя наблюдаться в природе, но кое-что может существовать на самом
деле.
Почему в специальной теории относительности в формулах нет комплексных чисел
(кроме как четырёх векторных функций)? Если переписать весь курс физики, замерив обычные числа комплексными, как это сделано в курсе электротехники, то что
ещё можно увидеть нового из формул? Для траектории жидкой частицы, на которую
действуют силы инерции и силы жидкостного трения (она описывается обычным
дифференциальным уравнением второго порядка) мне удалось увидеть хаотичное
движение.
„Безуспешны попытки проквантовать общую теорию относительности. Все
остальные взаимодействия проквантовали. Есть квантовая теория электромагнитного взаимодействия, слабого взаимодействия, сильного взаимодействия. Нет теории
квантовой гравитации.
Что не получается в квантовой гравитации? Путь построения квантовой гравитации такой, как это было сделано в квантовой электродинамике.
Сначала строится классическая теория свободного поля, дальше она квантуется и
рассматривается взаимодействие квантовых полей. Но такая процедура дает сбой
при применении к квантовой гравитации.
Эта проблема возникла не только в гравитации. Например, в теории слабых взаимодействий, которая существовала в прошлом, квантование тоже получалось не в
полной мере. Но позже была найдена другая версия квантовой теории слабых взаимодействий (так называемая, спонтанно нарушенная калибровочная теория) и все
получилось так же как в квантовой электродинамике.
см. ДеВитт Б. С. Динамическая теория групп и полей, М., Наука, 1987.
Стандартным путем, проквантовав возбуждение гравитационного поля, получим гравитоны”.
Быстрые гравитационные волны представляют поток квантов - гравитонов, нейтральных по заряду частиц со спином 2, имеющих нулевую массу покоя, как фотоны.
Медленные - движение волн, например приливных в реке, море.
„Между гравитонами должны происходить обычные для физики элементарных частиц процессы взаимодействия: рассеяния, перерассеяния, рождения новых гравитонов.
Когда мы говорим об этом процессе, то вычисляем вероятность этого процесса. Эта
вероятность зависит от энергии сталкивающихся частиц, и как функция энергии она
должна убывать. Если она не убывает, то рано или поздно вероятность станет больше единицы. Теория выйдет из своих пределов применимости. Вероятность всегда
должна быть меньше единицы. Значит, с увеличением энергии она должна падать.
А в квантовой гравитации она растет и становится больше единицы”. Это противоречит опытам. Значит квантовая гравитация, теория струн - не верные теории.
см. Общая теория относительности, Хокинг С. , М., Мир, 1983
VI. Квантовая гравитация: новый синтез (Б. С. Де Витт), стp. 296
VII. Интегралы по траекториям в приложении к квантовой гравитации (С. Хокинг),
стp. 363
14
VIII. Ультрафиолетовые расходимости в квантовых теориях гравитации (С. Вейнберг), стp. 407
Непонятно, как можно объединять все теорию в одну, если в стандартной теории масса нейтрино считалась равной нулю? Т.е. теоретики объединяют неточные теории в
одну, чтобы занять должность в университете, лаборатории, стать профессором. Но
общество не получает никакой пользы от такой теории.
„Ученые не правильно написали модель гравитации. Она сложнее. Помимо гравитонов есть другие частицы, которые тоже должны давать свой вклад в рассеяние
гравитонов. И вклад этих частиц должен скомпенсировать вклад гравитонов, и все
должно получиться как нужно.
Такие сокращения действительно наблюдаются,.. но доказать, что они существуют всегда не удается. Непонятно, существуют такие сокращения вообще”.
Это ложное утверждение. Этого не может быть: „непонятно, существуют такие сокращения вообще”., но „Такие сокращения действительно наблюдаются”.
„такие сокращения действительно наблюдаются, например в квантовой супергравитации. Но доказать, что они существуют во всех порядках теории возмущений по
константе гравитационного взаимодействия пока не удается. Этот вопрос до сих пор
открыт.
см. E.S. Fradkin and A. A. Tseytlin, "Conformal Supergravity”, Phys. Rep. 119, 233
(1985).
В черных дырах, которые для математиков являются некими сингулярностями,
где все обращается в бесконечность, квантовая гравитация очень сильна. Возможно,
эффекты квантовой гравитации изменяют природу черных дыр. Все попытки построить квантовую гравитацию, осознать ее, в конечном счете направлены на понимание
процессов, происходящих в черных дырах, и в процессах рождения Вселенной”.
При этом они считали, что нейтрино не имеет массу.
Если бы вещество внутри черной дыры ускорялось до скорости больше скорости
света, тогда бы оно саморазрушалось. Если Ваше тело не могло бы находится там
дольше, чем ваш возраст. Энергия связанная с вашим телом улетит из черной дыры,
преодолев гравитационное поле. Так формально, следует из формул СТО Эйнштейна, если подставить в формулы скорости тел больше скорости света. Вы попадаете
в комплексное пространство. Это противоречит нашим знаниям физики и общепринято, что больше скорости света ничто двигаться не может.
Второй неправильный подход к построению квантовой гравитации - т.е. другой вариант решения проблемы поведения амплитуд в квантовой гравитации - „обсуждаемый
со времён Эйнштейна, — локальная теория квантовой гравитации”. Предполагается
из теории размерности, существует некая длина (10−26 нанометров). К ней приклеили два прилагательных: планковская и фундаментальная. „Это очень маленькое
значение, которое даже невозможно себе представить, связано с константой гравитационного взаимодействия G или с константой Ньютона. Это как корень квадратный
из константы Ньютона в подходящих единицах. Не исключено, что на планковских
масштабах ... на самом деле существует фундаментальная длина”. Это ложное высказывание. Почему она должна существовать и ещё на таких масштабах?
15
см. Renata Kallosh, "The Ultraviolet Finiteness of N=8 Supergravity"
„Реализацией этой программы (второго варианта к построению квантовой гравитации) является теория струн, в которой” некая „длина связана с размером” некоторого воображаемого объекта, под названием фундаментальная струна. „Взаимодействие частиц в теории струн является следствием взаимодействия нелокальных
объектов, которыми являются струны, а сами частицы выступают в роли квантовых
возбуждений струны. В этом случае, при высоких энергиях вероятность перестает
расти, потому что энергия ограничена, так называемой массой Планка, что есть величина обратная к фундаментальной длине, равной 1019 ГэВ или 10−8 кг”.
Масса Планка, фундаментальная длина, фундаментальная струна с точки зрения
экспериментатора - бессмысленные, придуманные понятия, ничего не описывают в
природе, т.к. не встречаются в эксперименте, как эфир. Поэтому я считаю, что они
не несут никакой информации о мире, а только о теориях. Например, планковская
масса 2, 17671 · 10−8 кг. Для сравнения, часто везде используется атомная единица
массы - одна двенадцатая часть атома углерода 1, 6605402 · 10−27 кг. Она никак не
связана с Планковской массой.
см. Морозов А. Ю. Теория струн — что это такое? // УФН. — 1992. — Т. 162. — № 8.
— С. 83—175.
„При тех энергиях, при которых мы с вами живем, когда мы описываем вращение Земли вокруг Солнца, Солнца вокруг центра нашей галактики, образование
галактик или другие процессы во Вселенной, когда мы с вами передвигаемся по поверхности Земли, когда элементарные частицы летят в ускорителе и притягиваются
к Земле, квантовать гравитацию не нужно, потому что квантовые эффекты здесь
совершенно не играют никакой роли.
Квантовая гравитация играет хоть какую-то роль при образовании Вселенной, в момент Большого взрыва. Это то, что пытаются сейчас приблизить на ускорителях
и увидеть что происходило в первые секунды или миллисекунды после рождения
Вселенной. Там эффекты квантовой гравитации важны для понимания всей этой
структуры Вселенной”.
см. Цвибах Б. Начальный курс теории струн, Перевод с англ, М.: URSS, 2011.
„Существуют объекты, в которых гравитация необычайно сильна, например, в
черных дырах. Они являются сингулярностями в классической теории гравитации.
Возможно, что эффекты квантовой гравитации на самом деле изменяют природу
черных дыр. Все попытки построить квантовую гравитацию и осознать ее в конечном счете направлены на понимание процессов, происходящих в черных дырах и
процессов рождения Вселенной. ..Очень важно понять как Вселенная была создана
и там-то, наверное, и работает .. квантовая гравитация”- считает Дмитрий Казаков,
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории теоретической физики ОИЯИ в Дубне.
-А если нет?
„Основной проблемой общей теории относительности является то, что непонятно, какая теория заменяет ее на мелких масштабах. ОТО описывает пространство и время
на крупных масштабах. Мечтой теоретиков является понять природу пространства.
16
Например, мы знаем, что все описывается при помощи квантов, дискретной величиной, а пространство и время непрерывны”.
„ОТО хорошо описывает искривление пространства-времени на больших расстояниях планетарного масштаба и до крупномасштабной структуры Вселенной, состоящей из скоплений галактик. Гравитация является самой слабой из фундаментальных сил. В отличие от всех остальных сил, ее нельзя заэкранировать зарядами
противоположного знака, как электрически заряженное тело. Поэтому, наращивая
гравитационный заряд (массу), можно добиться того, что гравитационная сила будет
доминировать над любой другой. Это и происходит на крупных масштабах”.
Одна Вселенная может только притягивать другие Вселенные, если бы не существовало отталкивающей гравитационной силы и растяжение пространства от времени.
„Если увеличивать энергию элементарной частицы, что отвечает переходу ко все
более мелким масштабам (пока не достижимым нынешними техническими средствами), то гравитация должна опять начать снова доминировать. На этих масштабах
должна уже работать так называемая квантовая гравитация. Основной проблемой
ОТО является то, что непонятно, как именно устроена эта теория, которая заменяет
её на очень маленьких расстояниях”.
Это проблема не ОТО, а неправильной квантовой гравитации. Неверная теория порождает множество других проблем.
„За неимением технических средств, позволяющих провести независимую экспериментальную проверку, мы можем только строить предположения о верной теории на
основе математической строгости, красоты, самосогласованности и проверяемости”.
Нужно понять экспериментами природу пространства.
„Почти все, что мы наблюдаем на эксперименте, можно описать при помощи квантов, т.е. дискретных величин. Пространство-время является непрерывным на больших масштабах. Однако пространство-время может оказаться дискретным на очень
малых масштабах. Но как эта дискретная структура возникает”?
Без экспериментов это понять невозможно. Нельзя придумать природу без экспериментов.
Например, капусту Брокколи, брюссельскую капусту, русла рек, вид канала молнии,
корни деревьев и их ветки, горы, маятник, качающийся между тремя магнитами,
поставленными на полу, можно описать комплексными функциями (множествами
точек), которые представляют из себя отображения, многократной операцией над
одной и той же величиной. Это похоже на рекурсию. Геометры вводят понятие фрактал (самоподобие). См. например [26] на стр. 62, 130, 710-714. В данных примерах
можно ввести элемент наблюдаемого тела, который повторяется много раз, изменяясь (например поворачиваясь). Можно говорить, что тело дискретно на каком-то
масштабе расстояний. Например, иногда облака имеют фрактальное строение, как
и стая гусей, пролетая в виде буквы U, но впереди облака и по бокам формируется
структура в виде пятен.
Логично предположить, что и пространство-время также бы выглядели, если были
бы дискретны.
„Когда физики-теоретики создают новую теорию, применимую в новых, более
общих условиях, всегда происходит проверка, что при старых условиях она переходит в известную старую теорию. СТО обобщает механику Ньютона на ситуации,
17
соответствующие очень большим скоростям, близким к скорости света. При этом ТО
переходит в механику Ньютона на низких скоростях. Точно так же обобщением СТО
при искривлении пространства и наличии гравитирующих тел является ОТО. Квантовая механика обобщает механику Ньютона на очень мелких масштабах. Проблема
квантовой гравитации в том, что у квантовой теории поля есть проблемы с существованием бесконечных частот. В том смысле, что вы поле можете гнуть как угодно, со
сколь угодной высокой точностью, но из-за этого происходят разного сорта расходимости. Во всех остальных квантовых теориях поля, эти расходимости могут быть
устранены переопределением так называемых констант связей. Проблема с гравитацией в том, что для того, чтобы устранить такие расходимости, необходимо иметь
бесконечное количество констант связей”.
Константой связи например является в других законах постоянная гравитации G
или константа в законе Кулона k.
Экспериментаторы считают, что теорию струн не следует относить к физике.
Это фантазии математиков, которые не приносят пользы экспериментальной физике и не могут дать проверяемые предсказания.
Считается, что есть около 10500 виртуальных теорий струн”. Bce они не верны.
В неверной М - теории дискретно только пространство, а время при этом непрерывно.
Можно придумать N - теорию, где наоборот, дискретно только время, а пространство
при этом непрерывно; L - теорию, когда время-пространство является одновременно
непрерывным и дискретным; О - теорию, когда бывают все три случая при каких-то
условиях. Значит, если после эксперимента у вас вдруг теоретики написали 5 разных
теорий, значит они не верны и нужны новые эксперименты.
Нужно экспериментально телескопами, обсерваториями изучать черные дыры, а не
фантазировать впустую, как это делали о структуре атома до опытов Э. Резерфорда.
„Когда началась эра специальной теории относительности было введено понятие пространства-времени, метрика которого была инвариантна при преобразованиях Лоренца. Метрика – это способ измерения расстояния между любыми двумя
точками пространства-времени. Если у нас есть плоскость, можно ввести на плоскости координатную сетку. По теореме Пифагора мы сможем вычислить расстояние
между двумя точками. Теорема Пифагора определяет Евклидову метрику на плоскости”. Но для ленты Мёбиуса она не точна, т.к. там нет прямых. Теорема Пифагора
не справедлива и для сферической тригонометрии, т.е. на поверхности глобуса.
Значит в новой теории будет по другому вычисляться метрика пространства. Например, как это делается в теории фракталов. Но из нее должна следовать СТО, ОТО.
„Все известные нам законы движения частиц и полей следуют из принципа наименьшего действия. Есть величина, называемая функционалом действия. Если вы потребуете, чтобы она принимала свое минимальное значение, то из этого требования
следует ур-е движения для теории, описывающей, например, как поля эволюционируют во времени и пространстве или как частицы движутся в пространстве” - считает
Эмиль Ахмедов доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ
ВШЭ.
18
-Чёрные дыры, исчезновение информации в чёрной дыре, излучение Хокинга
Производят ли чёрные дыры тепловое излучение, как это предсказывает теория?
Содержит ли это излучение информацию об их внутренней структуре, как это предполагает дуальность тяготение-калибровочная инвариантность, или нет, как следует
из оригинального расчета Хокинга? Если нет и чёрные дыры могут непрерывно испаряться, то что происходит с информацией, хранящейся в них (квантовая механика
не предусматривает уничтожение информации)? Или излучение в какой-то момент
остановится, когда от чёрной дыры мало что останется? Есть ли какой-либо другой
способ исследования их внутренней структуры, если такая структура вообще существует? Выполняется ли закон сохранения барионного заряда внутри чёрной дыры?
Термин черная дыра - не верное, не точное название астрофизического объекта. На самом деле - это видимое тело только по испусканию гравитационных волн,
огромной массы и небольших размеров.
Нужно найти вблизи Земли черную дыру в шаровом звездном скоплении или у пульсара. Экспериментально её изучить по изменению траектории, светимости окружающих её звезд или вращающегося вокруг неё пульсара и по гамма, рентгеновскому
излучению. Построить математическую модель черной дыры по результатам наблюдений.
Можно ли по анализу излучения вспышек на Солнце, числу Вольфа - черных пятен
(термоядерным реакциям), землетрясениям от вулканов, анализировать состояние
черных дыр в центре нашей галактики? Есть ли огромные черные дыры только из
нейтрино? Например, внутри черных дыр гравитационное поле может быть настолько сильным, что нейтрино, наверное, кратковременно могут образовывать частицы
и из них уже образовывать черные дыры.
Наблюдаются черные дыры весом в 17 миллиардов солнечных масс. Они сразу образовались из газовых туманностей более 13,4 миллиардов лет назад и с тех пор почти
не меняли свою массу. Сверхмассивные чёрные дыры имеют огромные размеры и
невероятно высокую массу с момента своего появления путем коллапса - очень быстрого сжатия газовых облаков (может ли этот газ быть из темной материи?).
Чёрные дыры производят тепловое излучение. Этот процесс как-то предсказывает
теория Хокинга. Огромное количество массы черной дыры теряется в виде гамма,
рентгеновского излучения. Наверное, там наблюдается нейтринное и кварковое охлаждение.
Ученые представили, что есть аналогия между звуком и светом. Границу, которую
не может покинуть свет называли горизонт событий. Аналогичная область есть у
звукового динамика. Поэтому они считают, что излучение звука и света подчиняются одним и тем же правилам, формулам. Поэтому экспериментально определив,
что на границе между дозвуковым и сверхзвуковым течением газа существуют две
одинаковых квазичастицы. Но одна не может покинуть область у излучателя звука,
а вторая покидает границу. Для фотонов света, если аналогия работает, мы имеем
один фотон летит в черную дыру, а второй покидает её у границы горизонта событий. Второй фотон называют запутанным. Теория подсказывает, что температура
теплового излучения Хокинга очень мала, примерно одна миллионная часть градуса
Кельвина.
19
Это тепловое излучение иногда содержит информацию об их внутренней структуре
черной дыры, но не как это предполагает дуальность тяготение-калибровочная инвариантность.
Это не следует из расчета Хокинга. Чёрные дыры не могут непрерывно испаряться. Они испаряются дискретно, т.к. состоят из атомов и кварков и черных дыр.
Скорость их роста превышает скорость испарения, когда они поглощают другие черных дыры или звезды. При столкновении черных дыр они могут разрушатся за счет
взрыва. Информация, хранящаяся в них, уничтожается через образование новых частиц (как квазары, звезды) и тепловое излучение (рентгеновское, гамма). Квантовая
механика не предусматривает уничтожение информации. Излучение не прекратится,
даже когда от чёрной дыры мало что останется[3]. Нет какой-либо другого способа
исследования их внутренней структуры, а такая уникальная структура существует.
Закон сохранения барионного заряда внутри чёрной дыры[4] не выполняется, т.к.
черная дыра состоит не только из барионов.
[3] на стр. 136, Cмородинский Я. А. Температура, М, Наука, 1981
[4] на стр. 197, Cмородинский Я. А. Температура, М, Наука, 2008
Теоретически может быть ситуация, что масса черной дыры колеблется относительно среднего критического значения, например из-за взрыва или столкновения
с другой черной дырой. Материал для звезд могут выбрасывать черные дыры при
столкновениях галактик.
Если масса черной дыры уменьшается и она перестанет ею быть, то её сможет покидать свет. Когда её масса снова увеличивается, например в результате поглощения
вещества, черная дыра снова становится невидимой для астронома. Тогда должны
существовать галактики, центры которых то исчезают, то снова появляется.
Недавно астрофизик Sebastian Hoenig уточнил расстояние до галактики NGC4151
с точностью лучше 15%. Масса черных дыр сразу увеличилась на 150%, т.к. для
их калибровки массового измерения массы использовали только эту галактику. Насколько массу черных дыр снова будут уточнять и как увеличение массы чёрных
дыр влияет на эволюцию Вселенной? [9].
Если черная дыра быстро вращается как пульсар, то ее поверхность не может
раскрутиться до скорости света. Она будет разорвана центробежными силами. Аналогично не видны атомы, в которых электроны движутся со скоростями равными
скорости света. Такие атомы не устойчивы, распадаются за миллионную долю секунды.
-Размерность пространства-времени
Существуют ли в природе дополнительные измерения пространства-времени,
кроме известных нам четырёх? Если да, то каково их количество? Является ли размерность «3+1» (или более высокая) априорным свойством Вселенной или она является результатом других физических процессов, как предполагает, например, теория
причинной динамической триангуляции? Можем ли мы экспериментально «наблю20
дать» высшие пространственные измерения?
В природе не существуют дополнительные измерения пространства-времени,
кроме известных нам четырёх, если скорость частицы не превышает скорость света.
Наше зрение, приборы не видят такие частицы и другие более высокие пространственные измерения.
Почему структура глаза и конструкция приборов не позволяет нам видеть другие измерения? Потому что их нет, как например, кротовых дыр. Кротовые дыры
долго искали астрофизики, но не нашли. Они бы выглядели как область пространства из которого изливается масса вещества и энергия. Поэтому можно ввести правило: кротовые дыры не существуют, т.к. не существует пятимерное пространствовремя.
Представим, что Большой взрыв - это процесс проникания вещества из пятого
измерения в наше четырехмерное пространство. Нет фактов, которые это подтверждают.
Можем ли мы сконструировать прибор для наблюдений 5-го измерения?
Наверное им бы был телескоп, радиотедесколм или гравитационная обсерватория.
Можно ли спроектировать прибор в двух измерениях (x, y), который видит третье измерение (координату z или время t) или прибор с неподвижными узлами (имеющий координаты x, y, x), который запишет видеосюжет (только координату времени
тела t или его координаты и время x, y, z, t)?
Его бы элементом была бы паутина, как объектив, по которой бы передавались через
равный интервал времени, сфокусированный оптический сигнал. Затем на компьютере можно было бы построить множество точек, из которого сформировалось плоское,
2-х мерное изображение. Т.е. по паутине мы могли бы передавать содержание одного
пиксела. Затем информацию о всех пикселах, из которых состоит плоская или пространственная картина (например изображение глобуса).
Имеет ли смысл создавать разделитель координат пространства и времени?
Дополнительные пространства - времена существуют внутри черных и белых
дыр. Их количество велико, т.к. определяется количеством черных дыр. Размерность
«3+1» (не более) является априорным свойством Вселенной, а не является результатом других физических процессов, как предполагает, например, теория причинной
динамической триангуляции. Мы не можем экспериментально «наблюдать» высшие
пространственные измерения. Но мы можем наблюдать дробные, фрактальные измерения. Дробность фрактальной размерности кривой - чисто математический термин. Это грубо говоря, как характеристика „лохматость”, но определенная по строгим формулам. Для снижения шума вентилятора я использовал покрытие лопастей
ватой, шерстью. Возможно контролировать „лохматость”пропеллера, используя понятие фрактальной размерности поверхности.
Вопрос. Можно ли создать микророботов, которые смогут наблюдать новые физические измерения, которые мы не видим?
21
Справедлив ли голографический принцип, по которому физика нашего «3+1»мерного пространства-времени эквивалентна физике на гиперповерхности с размерностью «2+1»?
Не справедлив голографический принцип, по которому физика нашего «3+1»мерного пространства-времени эквивалентна физике на гиперповерхности с размерностью «2+1», т.к. гравитационное поле уникально в данной точке пространствавремени и зависит от кривизны. Кроме того, если две одинаковых капли упали в
воду, то создается две одинаковые волны на поверхности. Если под этими волнами понимать аналогию с гравитационными волнами, то невозможно отличить капли
друг от друга, глядя на только на волны? Капли обладают множеством физических
параметров, поэтому их нельзя свести к параметрам двух линейных волн. Это более
сложные системы. Кроме того, могут быть и нелинейные гравитационные волны. Их
свойства не описываются линейными гравитационными волнами.
Если более точно подходить к размерности времени и пространства, то необходимо
использовать фрактальные размерности. Они позволяют точнее анализировать пространство и время. Поэтому нужна общая теория относительности, где бы использовалось понятие фрактальности пространства и времени, т.е. величину фрактальной
размерности и учитывалось ускоренное расширение пространства во Вселенной.
В этом случае фрактальная размерность наблюдаемого пространства больше или
равна 3, но меньше 4. Если время фрактально, то фрактальная размерность пространства и времени больше или равна 4, но меньше или равно 5-6.
Нужно использовать в физике и фрактальную, дифференциальную геометрию, как в
теории диф. ур-й с частными производными используют дробные производные. Например, неподвижная лента Мёбиуса из графена имеет фрактальную размерность
больше трех, но меньше четырёх. Если она повернута к нам одним слоем атома, то
мы её не видим. Её фрактальная размерность, с позиции простого наблюдателя без
инструментов, зависит от положения её в пространстве.
Волны в жидкости могут иметь вид ленты Мёбиуса. Думаю, что и внутри черной
дыры могли бы фомироваться такие структуры, где луч света изгибаясь, соединялся
бы со своим началом. Их можно полностью описать только привлекая дополнительную пространственную координату z кроме x, y, считая, что их пространственная
размерность дробная, т.е не равная 3. Если они существуют только какой-то короткий интервал времени, то время их существования можно определить как особое
дробное „фрактальное время”. Это необычная концепция, которая предполагает, что
фрактальная (а иногда обычная) размерность любого предмета зависит от нашего
месторасположения, относительно него, от углов поворота. Например, у кристалла.
И здесь уже можно привлекать понятие симметрии тела.
Если мы вводим фрактальную размерность Хаусдорфа, то начинаем предполагать,
что длина окружности кривой зависит от масштаба, от единиц измерений. Длина её
в мм будет меньше, чем если мы используем для измерения длины единицу измерения микрон. Получается, что линия имеет толщину. См. статью: [45], [46]
Дополнительной размерностью пространства иногда служит понятие информации. Без нее мы не можем охарактеризовать данную точку пространства. Поэтому пространство-время-информация образует одну категорию, термин, систему для
сложных систем (например, для описания состояния робота, человека).
22
Нужно еще добавить принцип инерции времени.
Существует абсолютное и относительное время. И удобно ввести собственное время
тела, которое отсчитывается от времени его рождения и заканчивается во время его
смерти, разрушения, или трансформирования, как у гусеницы бабочки или атомной бомбы. Тело небольших размеров, движущее по инерции со скоростью намного
меньшей скорости света, т.е. предоставленное само себе, на которое не действуют
никакие внешние силы, сохраняет свое собственное время. Т.е. отсчет собственного
времени тела (например гусеницы) не меняется до тех пор, пока тело существует.
Время всегда будет отсчитываться для этого тела с одинаковой скоростью от момента рождения этого тела до момента его смерти (распада на отдельные атомы,
молекулы). Собственное время напоминает о том, что весь мир, который существует
вокруг нас, живет только ограниченное время. Значит масса, импульс, энергия и информация данного тела ограничены не только в пространстве, но и во времени, как
у сосульки. Бессмысленно говорить о параметрах сверхновой или Солнца в будущем,
когда они уже взорвались, или в прошлом, если они не родились 4,7 миллиарда лет
назад. То же самое относится к наблюдаемой Вселенной. Нельзя говорить, что было с
ней ранее 13,7 миллиардов лет, до взрыва. Её не существовало. У нас нет данных. То,
что было вместо наблюдаемой Вселенной могло обладать совершенно необычными
свойствами. Её вообще могло не быть. Время жизни каждого тела, объекта, процесса
конечно, ограничено. Поэтому, если мы ввели понятие наблюдаемой Вселенной, то
ввели и наблюдаемое время её жизни, объём пространства, который она занимала и
занимает.
Если вращающаяся вокруг своего центра галактика, движется со скоростью
близкой к скорости света, то свет от нее будет деформироваться и частично не будет
виден в телескоп земным астрономам.
-Инфляционная модель Вселенной
Верна ли теория космической инфляции, и если да, то каковы подробные детали
этой стадии? Что представляет собой гипотетическое инфлатонное поле, ответственное за рост инфляции? Если инфляция произошла в одной точке, является ли это началом самоподдерживающегося процесса за счёт инфляции квантово-механических
колебаний, который будет продолжаться в совершенно другом, удалённом от этой
точки месте?
Примерно через 10−36 секунды после рождения Вселенной началось её экспоненциальное расширение. Этот период называют „космологической инфляцией”. Это
недоказанная гипотеза. Эта модель предсказывает существование реликтовых гравитационных волн. Их пытаются обнаружить на радиотелескопе BICEP2, который
расположен на американской антарктической станции «Амундсен—Скотт».
Существует две модели Вселенной: Большого взрыва (инфляционная модель) и
горячей Вселенной Гамова. Они вытеснили модель холодной Вселенной, под которой
астрономы понимали только часть нашей Галактики 120 лет назад. Скоро появятся другие модели, которые дополнят их, но для этого надо достроить 30 метровый
23
телескоп рефлектор на Гавайях и запустить космическую обсерваторию им. Уэбба.
Замена старых теорий, появление новой с задержкой в 20-40 лет, зависит от скорости
постройки новых обсерваторий, приборов и опытов, полученных на них.
Теория большого взрыва Гамова стала общепринятой в 1970 г. На её основе была
разработана общая теория возникновения и эволюции Вселенной. Её принято называть Стандартной космологической моделью - Lambda Cold Dark Matter - ΛCDM.
Теория космической инфляции заменила теорию горячей Вселенной, предложенную
Гамовым в 1947 г. Она описывает раннюю стадию развития Вселенной: через 10−35
степени секунды после ее рождения. За этот промежуток времени размеры Вселенной увеличились на 50 порядков. Произошло разделение сильного и электрослабого
взаимодействий. Она верна только для некоторого диапазона времени и пространства.
За разработку теорию космической инфляции лауреатами премии Кавли в области
астрофизики 2014 г. стали Андрей Линде, Алексей Старобинский и американский
ученый Алан Гут.
А. Линде работал в Физическом институте имени Лебедева АН СССР. С 1990 года он
профессор в Стэнфордском университете. А. Старобинский - главный научный сотрудник Института теоретической физики имени Ландау РАН в г. Черноголовка под
Москвой. Профессор А. Гут из Массачусетского технологического института в 1981
году опубликовал работу, где впервые была высказана идея о космической инфляции.
Но Вселенная, если под ней понимать скопления метагалактик, теоретически
может расширяться неравномерно во все стороны. Подробные детали этой стадии
зависят от многих факторов и параметров и будут даны космическими обсерваториями.
Гипотетическое инфлатонное поле не ответственно за рост инфляции. Оно ничего не
представляет. Инфляция произошла не в одной точке, а в ряде областей, как салют.
Когда инфляция произошла в какой-то одной точке, то это не является началом само
поддерживающегося процесса за счёт инфляции квантово-механических колебаний,
который будет продолжаться в совершенно другом, удалённом от этой точки месте.
Не до конца ясен механизм, который привел к космологической инфляции. Неизвестно, почему она произошла. Нет теории, которая бы все эти процессы описала.
Можно построить приближенную модель. Не ясно, откуда приходят компоненты в
ур-ях и исходные параметры. Их приходится брать наугад и подгонять под существующий ответ.
Есть три косвенных факта, указывающие, что это правильная гипотеза:
1. Наша Вселенная очень плоская, т.е., когда вы посылаете лучи света, они летят по
прямой. А могли бы лететь по изломанной траектории.
2. Вселенная на больших расстояниях однородна и изотропна. Т.е. её параметры примерно одинаковы.
3. Не удается найти магнитные монополи.
А. Гут предложил решение этих проблем, допустив, что на каком-то этапе существования Вселенной она не просто расширялась, а расширялась экспоненциально
быстро. Эта гипотеза позволяет решить все три проблемы.
Если очень изогнутое и неоднородное пространство начинает очень быстро расши24
ряться, то все изогнутости, хаотические колебания параметров сглаживаются. Оно
становится плоским, очень однородным и разреженным.
Не известно на каких энергиях происходила космологическая инфляция.
В результате быстрого расширения Вселенной плотность магнитных монополей катастрофически падает, и к концу инфляционной эпохи их количество в наблюдаемой
части Вселенной мало. Поэтому их не удается обнаружить экспериментально. Так
предсказывает эта теория.
Если Вселенная расширяется экспоненциально быстро, то квантовая природа происходящих эффектов требует, чтобы хаотические колебания параметров пространства
тоже были квантовые. Эти квантовые флуктуации должны быть видны во флуктуациях реликтового излучения. Флуктуации реликтового излучения были изучены.
Их спектр соответствует именно тому квантовому спектру, который предсказывается
теорией космологической инфляции. Это косвенное доказательство того, что космологическая инфляция действительно была.
Реликтовое излучение — электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и спектром, характерным для абсолютно черного тела с температурой
2, 725 ± 0, 001 К сохранилось с начальных этапов существования Вселенной. (Теоретически есть излучение реликтовых нейтрино, бозонов. Про них ничего не известно).
Получена карта её распределения во Вселенной.
„Во Вселенной известно более миллиона галактик. Для них измерено положение на
небесной сфере и расстояние. Есть очень качественная карта распределения температуры реликтового излучения.
С самого начала был космический вакуум, периодические, хаотические колебания
всяких полей. Вакуум дышит, как живой. В нём все время возникают колебания
разных полей, например электромагнитных. Они взаимодействуют, например, с электронами, позитронами, атомами.
Одновременно пространство быстро растягивалось и вакуумные флуктуации усиливались до такой степени, что стали наблюдаемыми. Из них образовались галактики.
Люди — это дальние потомки вакуумных флуктуаций всяких полей, которые были
во Вселенной. Во время инфляционного раздувания эти колебания усиливаются по
амплитуде. Вселенная раздувается и по величине колебания становятся настолько
большими, какие нужно для образования галактик”.
„Инфляция — единственная из всех гипотез, предсказывающая, что во Вселенной
должны быть реликтовые гравитационные волны. Вакуумные флуктуации самого
гравитационного поля во время инфляции, так же как и всех остальных полей, усиливаются до такой степени, что их амплитуда должна быть на уровне одной миллионной. Это гигантская амплитуда для гравитационных волн. Инфляция предсказывает, что они должны быть очень длинными, вплоть до максимально возможных,
до современного горизонта, до современного размера Вселенной. Это можно пытаться обнаружить, потому что гравитационные волны накладывают свой отпечаток на
реликтовое излучение, точнее, на его поляризацию. Свет и электромагнитное излучение бывает поляризованное. Особенности поляризации реликтового излучения,
если они есть, однозначно должны вам сказать, есть ли такие реликтовые гравитационные волны гигантских размеров миллиарда, десятка миллиардов световых лет.
Если реликтовые гравитационные волны будут обнаружены, то инфляция доказана”.
-Мультивселенная
25
Существуют ли физические причины существования других Вселенных, которые принципиально не наблюдаемы?
Например: существуют ли квантовомеханические «альтернативные истории» или
«множество миров»? Существуют ли «другие» вселенные с физическими законами,
являющимися результатом альтернативных способов нарушения очевидной симметрии физических сил при высоких энергиях, расположенные, возможно, невероятно
далеко из-за космической инфляции? Могли ли другие Вселенные влиять на нашу,
вызвав, например, аномалии в распределении температуры реликтового излучения?
Является ли оправданным использование антропного принципа для решения глобальных космологических дилемм?
Без определения термина Мультивселенная невозможно дискутировать.
Например, я представлю себе налюдаемую Вселенную, как черную дыру. Мы
находимся внутри огромной черной дыры. Черную дыру представим как одну ягоды клюквы. Видя как они раздуваются в стакане с кипятком, предположим себе
несколько похожих Вселенных. И т. д. и т.п.
А можно все ягоды считать за одну мультивселенную. А слово сделать короче - метавселенная вместо мультивселенная. Если мы сделаем стакан из двух лент Мебиуса,
склеив их по краям, то залив его кипятком и бросив в него несколько ягод, увидим,
что поведение „вселенных-ягод” зависит от некой границы, от ее топологии, внутри которой они находятся. Но это математика, а не физика. Астрофизик Хокинг
понимает под мультивселенными свою модель, по которой все черные дыры ведут
в другие вселенные. Его фантазии невозможно доказать экспериментом. Он может
придумать все, что угодно, затем отказаться от этого. Для общества, журналистов
интересен этот процесс. Он источник денег для их статей.
В разных Вселенных, т.е. там, где физические константы были бы разные или внутри черной дыры, мы бы получали при одинаковом числе бросков иголки из задачи
Буффона разные числа Пи. Бросьте иголку на сферу. Число Пи зависит в неевклидовой геометрии от формы и расположения параллельных прямых. В черной дыре
это были бы две не параллельные кривые! И сам процесс бросания иглы был более
сложным, чем на земле.
Т.к. астрономы не наблюдают границы между Вселенными, можно утверждать, что
нет никаких мультивселенных. Т.е., если мы видим один бассейн с водой, то не можем сказать, что вода этого бассейна разлита по бутылкам, которые в нем плавают,
если воду в одной бутылке примем за одну вселенную.
Как только мы придумаем правило, которое задаст любую границу одной Вселенной, сразу появится множество мультивселенных. Когда астрономы ввели границу
Галактики и построили новые телескопы, сразу появилось множество галактик. Они
смогли анализировать структуру новой Вселенной. Когда мы введем границы метагалактики, появится множество метагалактик.
Не существуют физических причин существования других Вселенных. Если они
не наблюдаемы в телескопы, то их нет. Вселенная только одна. Её размер зависит от
параметров, типа астрономических инструментов, от максимального, минимального
наблюдаемого диапазона, интервала времени, пространства, от вводимых критериев,
терминов для её анализа.
26
Например, сегодня мы часто можем видеть гравитационные волны косвенно, по
уменьшению периода вращения, относительно некоего центра масс, двух пульсаров.
Но мы не хотим точно измерять параметры орбит таких пульсаров и использовать
их как гравитационную обсерваторию. Если рядом произойдет взрыв сверхновой, то
мы не будем изучать, как он влияет на изменение периода орбит пульсаров (вокруг
друг друга и вокруг ядра нашей галактики). Нас не интересует как меняется параметры орбиты Солнца при её движении по галактике.
Не существуют квантовомеханические «альтернативные истории» или «множество
миров». Не существуют «другие» Вселенные с физическими законами, являющимися результатом альтернативных способов нарушения очевидной симметрии физических сил при высоких энергиях, расположенные, возможно, невероятно далеко из-за
космической инфляции. Жизнь на Земле была бы невозможна, если бы физические
константы менялись бы со временем или были бы другими.
Для того, чтобы была жизнь, необходимо магнитное поле на планете, диапазон температур от -90С до +70С (ниже температуры сворачивания белка), атмосфера из
сероводорода и углекислого газа или кислорода, вода, сила тяжести, примерно как
на Земле. Давление газов на поверхности не выше нескольких атмосфер. Отсутствие
радиоактивных минералов на поверхности. Это гарантирует развитие и поддержание
жизни сотни миллионов лет.
Также необходим определённый угол наклона оси вращения планеты и очень длительный период его изменения. Это гарантируется нам Луной. Т.к. планет, которые
соответствовали этим параметрам пока не обнаружено, можно предположить, что
жизнь подобная на Земле уникальна во Вселенной. Она нигде больше не существует.
В будущем ученые научатся по характеристикам живых существ, растений анализировать физические процессы, происходящие в космосе и на Земле сейчас и в прошлом. Если бы мы создали базу данных всех окаменелостей (где была бы записана
их структура, как кристаллов), то анализируя кольца окаменелых деревьев, можно
было бы восстановить климат, геологические события Земли в прошлом. Аналогично, зная структуру льда на Земле, удается узнать о климате в Антарктиде до 1
миллиона лет назад. На Марсе знание структуры льда на полярных шапках также
позволит нам узнать о климате планеты в прошлом до 1 миллиона лет.
Другие Вселенные не могли влиять на нашу, вызвав, например, аномалии в распределении температуры реликтового излучения[5], т.к. Вселенная одна.
[5] http://www.ucl.ac.uk/news/news-articles/1108/110802-first-test-of-multiverse
Не является оправданным использование антропного принципа для решения
глобальных космологических дилемм. Т.е. инопланетная цивилизация не может создавать галактики, звезды или другие огромные небесные тела, поэтому за счет них
нельзя объяснять непонятные процессы во Вселенной. Вблизи ядра галактик, черных дыр возникают мощное рентгеновское, гамма излучение, которое уничтожает
все живое на планетах. Поэтому Земля существует на большом расстоянии от центра нашей галактики. Другие обитаемые планеты, пригодные для жизни, наверное,
не могут находится ближе Земли к центру нашей галактики. Этим объясняется парадокс, почему нет множества обитаемых планет в галактике. Межзвёздное и внутригалактическое гамма и рентгеновское излучение препятствует межзвёздным полётам,
образованию жизни на планетах, дезинфицируя их поверхность.
27
Размерность Вселенной не растет в целых числах при увеличении её объема. Её
фрактальная размерность меняется относительно некоего среднего значения, равное
4 и выше, но меньшее или равное 6, если не рассматривать черные дыры.
Э. Резерфорд называл философские рассуждения в стиле Канта без экспериментов,
пустой болтовней, не физикой. Он презирал философов. И никогда с ними не спорил.
Гипотеза: есть множество групп галактик, подобные животным, которые конкурируют друг с другом за вещество, энергию, пространство, кривизну. Это докажут
математическим моделированием на суперкомпьютере. Сейчас не могут полностью
смоделировать даже взрыв одной сверхновой звезды. Наблюдаемая Вселенная образовалась в результате естественного отбора черных дыр и галактик, пожирания их
друг другом и процесса ускоренного расширения Вселенной.
-Принцип космической цензуры и гипотеза защиты хронологии
Могут ли сингулярности, не скрывающиеся за горизонтом событий и известные
как «голые сингулярности», возникать из реалистичных начальных условий, или же
можно доказать какую-то версию «гипотезы космической цензуры» Р. Пенроуза, в
которой предполагается, что это невозможно? В последнее время появились факты
в пользу несостоятельности гипотезы космической цензуры, а значит голые сингулярности должны встречаться гораздо чаще, чем только лишь как экстремальные
решения ур-й Керра-Ньюмена. Неоспоримых доказательств этому представлено ещё
не было. Аналогично, будут ли замкнутые времениподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях ур-й общей теории относительности (и которые предполагают возможность путешествия во времени в обратном направлении) исключены
теорией квантовой гравитации, которая объединяет общую теорию относительности
с квантовой механикой, как предполагает «гипотеза защиты хронологии» С. Хокинга?
Принцип космической цензуры выдуман математиком Пенроузом, который не
знает физики, имеет отношение только к некоторым реальным событиям в природе.
Есть математический приём: получить какое-то решение из ур-я, где есть член, который при значении x=0 метров и t=0 сек обращается в бесконечность. Это видно
в законе для электрических зарядов Кулона и силы гравитации Ньютона. Они не
справедливы для размеров, меньших электрона и кварка. Но математики все равно
тупо будут подставлять в эти формулы любые значения расстояний между частицами. Один раз я услышал фразу от математика А.И. Абзалилова, выпускника ВМК
МГУ им Ломоносова: „Представим себе поезд из 100 тысяч вагонов”. Это абсурд.
Сингулярность видна в смерче. В его центре на оси скорость воздуха, стремясь к бесконечности, достигает скорости звука. И куски шифера вонзаются глубоко в ствол
дерева, когда он пролетает мимо него. Иногда он еще поражает ствол молнией, которая в нем образуется.
Нужно экспериментально доказать, что полученное вами решение реализуется в природе.
Сингулярностью называют ситуацию, когда член со старшей производной умножается на очень малую величину. Например, в ур-ии Навье-Стокса коэффициент вязкости
может быть очень малой величиной. Член со второй частной производной по скорости от координаты умножается на этот коэффициент.
Сингулярности, не скрывающиеся за горизонтом событий и известные как «голые
28
сингулярности», могут всегда возникать из реалистичных начальных условий, если
рассматривать часть законов сохранения, описывающие такую систему.
Если в газовой туманности вокруг черной дыры взорвется сверхновая звезда, то ударная волна от неё может создать на несколько секунд торнадо из плазмы, который как
хобот протянется к горизонту событий чёрной дыры. Если мы не рассмотрим закон
сохранения энергии, то получим любую скорость движения облака такой плазмы.
Закон сохранения энергии ограничивает максимальную скорость движения любых
тел.
Есть общие решения диф. ур-й, которые в некоторых точках становятся равные бесконечности. Например, в законе гравитации Ньютона, такой точкой считается точка
x=0.
Если мы рассматриваем все законы сохранения для данной системы, то такое сингулярное решение противоречит закону сохранения энергии, массы, импульса и тому,
что скорость света не может превышать некоторую константу. Можно доказать версию «гипотезы космической цензуры» Р. Пенроуза, в которой предполагается, что
это невозможно[6] в некоторых частных случаях.
[6] http://www.sciam.com/article.cfm?id=naked-singularities Joshi, Pankaj S. (January
2009), «Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?», Scientific American
Факты[7] в пользу несостоятельности гипотезы космической цензуры ложны. Голые
сингулярности не должны встречаться чаще, чем только лишь как экстремальные
решения ур-й Керра-Ньюмена.
[7] Панкадж Джоши (Pankaj S. Joshi). Голые сингулярности. www.modcos.com
(перевод О.С. Сажина) (11 Марта 2011). http://www.modcos.com/articles.php?id=63
Замкнутые, времениподобные кривые, которые возникают в некоторых решениях ур-й общей теории относительности (и которые предполагают возможность путешествия во времени в обратном направлении) будут исключены теорией гравитацииинформации, которая объединит общую теорию относительности с квантовой механикой, теорией информации как не предполагает «гипотеза защиты хронологии» С.
Хокинга.
В теории информации 2+3 не равно 3+2.
Значит, в законе сохранения(неразрывности) информации, мы должны использовать
функции матриц вместо векторных функций.
В фильме Интерстеллар показано, что произойдет, если существует 5-ти мерное пространство. В нем всегда будет утекать информация в четвёртое измерение. Но никто
никогда не видел никаких следов от пятого измерения, ни кротовых дыр, ни чревоточин в пространстве - времени. Значит оно никогда не существовало.
-Ось времени
Что могут сказать нам о природе времени явления, которые отличаются друг от
друга хождением по времени вперёд и назад? Чем время отличается от пространства?
Почему нарушения CP-инвариантности наблюдаются только в некоторых слабых
взаимодействиях и более нигде? Являются ли нарушения CP-инвариантности следствием второго закона термодинамики или же они являются отдельной осью време29
ни? Есть ли исключения из принципа причинности? Является ли прошлое единственно возможным? Является ли настоящий момент физически отличным от прошлого
и будущего или это просто результат особенностей сознания? Как люди научились
договариваться о том, что является настоящим моментом? (См. также ниже Энтропия (ось времени)).
Прошлое, настоящее, будущее - это другая область пространства, как область
исчезнувшего, горящего (и сгоревшего) и посаженного через некоторое число лет леса. Время(т.е. множество вероятных событий) мне напоминают корни дерева.
О том, что существует ось времени фантазировал А.Д. Сахаров. Это вымыслы.
Нет никаких примеров, что такие процессы в не квантовом мире существуют. Вселенная не может повернуть вспять и начать сжиматься, т.к. термоядерные и ядерные
реакции необратимы, как и взрыв атомной бомбы. Затратив энергию, можно собрать
часть энергии излучения от взрыва атомной бомбы. Затратив её, можно обогатить
уран на заводе. И сделав новую атомную бомбу, снова взорвать её.
Т.е. для микроскопических величин вещества весом m можно обратить время вспять
в искусственной камере на 1 сек, но энергия, которую необходимо для этого затратить, превысит величину E = m · c2 .
Можно ввести коэффициент необратимости физического процесса равный отношению собранной использованной энергии процесса за время T в объёме V, ко всей
выделенной в нем энергии за 1 сек.
Но в природе нет таких процессов. Существуют только самоорганизующиеся, периодические термоядерные процессы. Когда из газопылевого облака образуется звезда,
затем она выгорает, взрывается. Процесс повторяется снова за счет гравитационного поля. Природный гравитационный тепловой, атомный реактор встречается редко.
Только в недрах крупных планет, на спутнике Юпитера Ио или очень малой мощности в урановых месторождениях на Земле.
Кроме того, Вселенная находится в турбулентном состоянии, которое, как и броуновское движение молекул необратимо во времени. Волны способны только переносить
и рассеивать энергию. Это видно в ураганах, цунами. Они не могут вдруг повернуть назад и вернуться к месту, где образовались. Аналогично Солнечная система
не может в произвольное время вдруг распасться на молекулы и превратиться в
газопылевое облако. Для этого нужно чтобы произошел взрыв Солнца, и нагрев излучением взрыва всех планет. Этого А. Сахаров не знал.
Предположим во Вселенной происходит цепная реакция взрывов всех черных дыр в
центрах всех галактик за 1 миллиард лет. Наша галактика потеряет все звезды. Она
исчезнет под действием центробежных сил, распадется на звезды.
Вся Вселенная превратится в облако звезд, погруженных в газопылевые туманности.
Затем в них опять начнутся формироваться галактики и звезды.
Более невероятная ситуация: в наблюдаемой Вселенной все галактики вдруг объединятся в одну. Все звезды в них столкнутся, взорвутся и превратятся в черные
дыры. В итоге образуется одна огромная черная дыра, вокруг которой вращаются
множество мелких черных дыр. Такого события не может быть, т.к. Вселенная не
ограничена в каком-то замкнутом объёме.
По аналогии с постоянным образованием отдельных материков на Земли и опять их
слиянием в один. Скорость их движения за год не превышает ногтя пальца. Можно
30
предположить, что какая-то часть Вселенной может создавать какие-то структуры,
затем они разрушаются. После этого цикл: создание-разрушение повторяется вновь.
Но эти структуры не будут походить друг на друга.
Во Вселенной постоянно происходит процесс уничтожения, поглощения, формирования новых галактик. Но не доказано, что может произойти их одновременное уничтожение. Если бы такое было возможно, тогда Вселенная, представляя из себя облако
газа и пыли, начала бы сжиматься в точку. То же самое началось бы в Солнечной
системе, если вдруг все планеты и Солнце, астероиды и кометы почти мгновенно
превратились бы в пыль, например, под действием огромного гравитационного поля
или внешней ударной, взрывной волны.
Процесс сжатия всей Вселенной в одну точку не возможен, т.к. нет энергии и сил,
которые бы сжали все её вещество. Тёмная энергия, намного больше силы гравитационного сжатия. Она отталкивает вещество Вселенной, а не сжимает.
Если граната, водородная бомба взорвалась, то нужна сила и энергия, больше, чем
выделилась при взрыве, чтобы собрать ее вместе из осколков.
Второй пример: если бы черная дыра попала в шаровое звездное скопление, затем она
начала постепенно уничтожать звезды. Те, под действием её гравитационного поля,
быстрее бы выгорали и взрывались. Если бы она, проглотив все звезды взорвалась,
то через какое время на этом месте опять бы образовалось снова шаровое скопление?
Можно ли такие процессы называть хождением по времени вперёд, а время повторения образования шарового звёздного скопления называть периодом хождения по
времени вперед?
Нам ничего не могут сказать о природе времени явления, которые отличаются
друг от друга хождением по времени вперёд и назад. Даже, если называть такими
явлениями просмотр художественного фильма в прямом и обратном направлении, с
начала до конца, и с конца к началу. Таких явлений нет в окружающем нас мире.
Они могли быть, если бы скорость света превышала максимально допустимую или
менялась бы. Они могут быть в черных дырах в замкнутых пространствах, если там
найдут экзотичные вещества и поля, не описываемые современными теориями.
Периодические процессы, например колебания или обращения планет вокруг звезд
периодичны в пределах некоторой погрешности. Изменяя силу гравитации, создавая
плотины на реках, мы влияем на временные параметры таких колебательных процессов: на период обращения искусственных спутников, на период обращения вокруг
оси планеты Земля, на время выгорание звезды и её периодические термоядерные
реакции.
Представим, что появилась черная дыра в Солнечной системе. Она постепенно
съест всё вещество Солнца и тогда, для каких-то процессов, время повернется вспять.
Солнечная система опять превратиться в газопылевое облако, планеты исчезнут. Будут наблюдаться процессы, обратные тем, что происходили при росте массы планет
и Солнца. Но их нельзя назвать „явлениями, которые отличаются друг от друга хождением по времени вперёд и назад”.
Для нас удобно для некоторых периодических процессов подставлять в формулы отрицательное время, но это только математический трюк.
Время, как номер процесса в пространстве, отличается от пространства тем, что
31
пространство обладает меньшей информацией, чем время. Время - это более высокая размерность мира, куда входит трёхмерное пространство. Чтобы описать время
математического маятника, нужно знать три координаты времени (прошлое, настоящее, будущее), три координаты пространства и множество информации о последовательности процессов. Нужна информация об этих событиях: граничные и начальные
условия о событиях, телах, явлениях, полях величин.
Нужно знать, обратимы ли эти события или нет. Например, грубо можно считать процесс качания математического маятника обратимым процессом. А качание
физического маятника, падение камня в пропасть, течение реки под действием силы
тяжести и подскок камня, из-за удара по нему землей - необратимыми. Когда мы
смотрим фильм задом наперёд, мы легко угадываем, как менялось время, в каком
направлении. Но не всегда.
Чтобы знать, выстрелит ли пистолет (т.е. его будущее состояние) нужно видеть,
есть ли в нем пуля и исправен ли он. Т.е. нужно знать информацию о состоянии
пистолета до нажатия курка. Если вы не знаете этого, то о будущем предполагаете
только то, что наступит одно из трёх вероятных событий. Выстрел, осечка или не
будет выстрела из-за отсутствия патрона. Но какое конкретно наступит событие не
известно. Если вы не получили информацию, о том, какое событие произошло, то вы
считаете, что данные события не наступили. Поэтому ось времени - оси вероятности
наступления событий. По оси времени откладывается вероятность наступления того
или иного события(ий). Происходит множество процессов, о которых мы ничего не
знали, не знаем, не узнаем. Например, я ничего не знал, не знаю и не узнаю о тысячах городов Земли.
Соблюдаются два правила в не квантовом мире.
1. Будущее может влиять на прошлое, если тот, кто управляет информацией (например, каталогом фильмов в магазине) будет знать, что в будущем, в тот момент,
когда информация о прошлом будет затребована покупателем(например - фильм в
библиотеке), сможет её исказить и она будет искажена. И подсунуть вместо одного
фильма другой (как было у меня в прокате фильма на кассете русском магазине).
Т.е., если убийца будет знать место убийства депутата Немцова, то он заранее знает,
что на место преступления затем подъедет милиция, поэтому он заранее скроется
с места преступления. Поэтому, когда шпионы подделывают документы, они знают,
что их могут разоблачить и всегда продумываются пути бегства от полиции, т.к.
разоблачение фальшивых документов неотвратимо.
Поэтому люди знают будущее и живут, планируя его с какой-то степенью вероятности.
2. Будущее неоднозначно и непрерывно определяется информацией о прошлом (если
мы говорим о человеке), если есть существо, которое может уничтожить информацию
о прошлом и подсунет ложь. Назовем его Монреальским демоном. В частном случае,
это может быть: морская свинка, пролившая стакан с водой на нотбук и вызвавшая
в нём короткое замыкание; кролик, который любит грызть провода в квартире; консьерж, который тащит из холодильника продукты, создавая голод. Компьютер портит русский текст в файле спустя какое-то неизвестное время после его печати из-за
32
поврежденного файла Windows-7 на компьютере. Это файл нужен программе, следящей за установленной кодировкой. О том, что текст будет испорчен, мне известно
заранее перед печатанием текста. Поэтому неизвестно, когда текст будет готов без
опечаток, сколько нужно в итоге сделать исправлений и редактирований. Неизвестно время, когда полностью готовый текст будет опять изувечен программой.
Или например, диктофон, с помощью которого можно записать ваши слова, разговор
по телефону, а затем составить их вместе и прокрутить эти предложения другому
человеку в неудобное время. Это может вызвать ссору. Современные спецслужбы
в Квебеке разных стран обладают генератором электромагнитного поля, который
облучает мозговую оболочку. Вы чувствуете при этом неконтролируемое раздражение. Таким образом можно блокировать общение солдат друг с другом, разгонять
демонстрации протеста, разрушать семьи иммигрантов, работу компаний, мешать
работать сотрудникам друг с другом. Это порождение подлых людей и политиков я
называю Монреальским демоном.
Торнадо - это также пример такого демона, создающего хаос и уничтожающий информацию.
Нужно отделять прошлое состояние (величину массы, импульса, момента импульса,
энергии тела) от информации о нём.
Нарушения CP-инвариантности наблюдаются только в некоторых слабых взаимодействиях и более нигде. Эти нарушения не являются следствием второго закона
термодинамики и требуют, и характеризуются отдельной осью времени.
Нет исключения из принципа причинности. Прошлое является единственно возможным для обычных тел. Для волн это не так. Наблюдая горизонтальную, линейную,
синусообразную волну с малой амплитудой мы не знаем, как она возникла: из-за броска в воду одного камня или нескольких 10 секунд назад, если мы не видели начало
их образования. Слабые волны затухли, а средние объединились в одну большую.
Другой пример. Вы не можете сказать сколько камней было брошено в воду, если
все волны на поверхности воды исчезли и вы видите только одну оставшуюся.
Информация о прошлом всегда многозначна, т.к. есть искажения у приемника сигнала. Поэтому, обычный человек и фотоаппарат видят одно и тоже явление по-разному.
Настоящий момент является физически отличным от прошлого и будущего, как
фронт урагана. Это не просто результат особенностей сознания.
В квантовой механике это не так, т.к. все вещество представляет собой одновременно и волны и частицы вероятности. Представьте, что через два отверстия в
бумаге, перпендикулярно листу движется волна-частица. Если вы начнете наблюдать ее приборами, то её параметры изменятся.
Если электрон пролетел через два одинаковых отверстия, т.к. он волна, то информация об этом событии многозначна. Нам не достаточно знать, что электрон пролетел
через одно отверстие. Нам нужно знать, где находилось второе отверстие, через которое он также полетал. И сколько было отверстий?
Кроме того, есть собственное время тела, когда оно существует только внутри определённого интервала времени. Например, египетский фараон. Если бы мы научились
извлекать из него ДНК, то воссоздали его тело, но не информацию о том, как и о
чём он думал. Поэтому нужно к ур-ям движения тела или волны добавлять ур-е
сохранения его информации, может быть в виде еще одного ур-я сохранения: Ин33
формация, которым обладает тело фараона равно информации, которая проникла в
тело фараона через его поверхность за одну сек плюс то, которое в нем образуется
за единицу времени в 1 кг тела минус информации, которая исчезает за 1 сек в 1 кг
тела.
Другой пример. В фильмах часто видно на кадре четкое изображение лица актера,
но задний план, т.е. вид вдали, размыт. Это происходит при съемках лица актера
вблизи.
Если бы мы накладывали на кадр два изображения, которые снимались двумя разными объективами, один снимает лицо, второй вид вдали, то мы бы видели четкое
изображение актера и ясный вид на бесконечности за его спиной. Это позволило бы
значительно улучшить качество фильмов и телепередач.
Получаемое количество информации за 1 сек всегда конечно, ограничено некоторой
областью, с которой она снимается.
Для простейших механических систем можно сказать, что запасенная энергия – это
своеобразное «сконцентрированное время». С одной стороны, это годы ушедшие на
то, чтобы создать величину кинетической и потенциальной энергии. Это годы, которые например, астероид, камень могли бы в будущем перемещаться благодаря своей
кинетической и потенциальной энергии вокруг Земли.
Величину периода такого движения определяет гравитационное поле. Значит гравитационное поле - это и своеобразное „сконцентрированное относительное время”.
Чтобы управлять периодом вращения (отрезком времени) некоторых физических
процессов (например вращением, колебанием) необходимо научиться управлять гравитационным полем, или расстоянием до него.
Есть ли какое-то правило или процесс, который старается сохранить гравитационное
поле от разрушения?
В квантовом мире может быть ситуация, когда время может идти вперед или
назад. На это указывает принцип неопределенности Гейзенберга.
Физик Катер Марч из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (См. Physical
Review Letters, 13 февраля 2015 г.) описал способ сузить шансы на удачное определение в опытах. Объединив информацию об эволюции квантовой системы после точки
отсчета, с информацией об ее эволюции до этого времени, он в лаборатории смог
сузить шансы на верное определение состояния системы из двух с 50/50 до 90/10.
„Если вы знаете все, что квантовая механика может рассказать о квантовой частице,
вы не можете с уверенностью предсказать исход простого эксперимента по измерению
ее состояния. Все, что может предложить квантовая механика, это статистическая
вероятность возможных результатов. Немного похоже на это происходит в теории
турбулентности.
Эта неопределенность представляет собой не дефект теории, а природный факт. Состояние частицы не просто неизвестно, а не определено до измерения. Акт измерения
сам по себе заставляет частицы коллапсировать до определенного состояния.
В 1980-90 годах физики изобрели устройства, позволявшие им измерять хрупкие
квантовые системы так осторожно, что те даже не коллапсировали внезапно до определенного состояния.
Марч использовал сверхпроводящий контур, который входит в квантовое пространство, когда охлаждается почти до абсолютного нуля. Команда Марча использовала
34
два нижних энергетических уровня этого куба, основное и возбужденное состояние,
в своей модели квантовой системы. Между этими двумя состояниями есть бесконечное число квантовых состояний, которые представляют собой суперпозиции, или
комбинации, основного и возбужденного состояний.
Квантовое состояние цепи обнаруживается путем помещения ее в микроволновую коробку. Несколько микроволновых фотонов отправляются в коробку, где их
квантовые поля взаимодействуют со сверхпроводящим контуром. Когда фотоны покидают коробку, они несут информацию о квантовой системе.
Эти «слабые», внерезонансные измерения не беспокоят кубит, в отличие от
«сильных» измерений с фотонами, которые в резонансе с разницей энергий между двумя состояниями, выбивающем цепь в одно или другое состояние.
Это как если бы то, что мы делали сегодня, изменило вчерашнее. Из этой аналогии следует, что результаты эксперимента имеют важное значение для времени и
причинности — по крайней мере в микроскопическом мире квантовой механики.
Когда ураганы, проходя над одним и тем же районом Кубы, доламывают один и
тот же дом - это пример как будущее влияет на процессы, которые произошли в прошлом. Не зная число ураганов, я не смогу угадать их число, глядя на разрушенный
ими дом. Эвакуация населения Кубы перед ураганом - пример воздействие настоящего на будущее, использования информации о прошлом и будущем на поведение
людей, их работу. В США где нет эвакуации, прогибает иногда около 20 человек
из-за одного урагана. На Кубе ни одного погибшего.
В работе Марч описывает квантовую угадайку с кубитом:
«Всякий раз мы начинаем с помещения кубита в суперпозицию из двух состояний. Затем проводим сильное измерение, но прячем результат, продолжая наблюдать
за системой со слабыми измерениями».
Затем ученые пытаются угадать скрытый результат, словно версию убийства,
которая осталась на вырванной странице детектива.
«Расчеты на будущее с применением ур-я Борна, которые выражают вероятность нахождения системы в определенном состоянии, гарантируют вам шансы на
правильный ответ в 50% случаев. Но вы также можете посчитать его наоборот, используя определенный матричный эффект. Возьмите все ур-я и переверните. Они
будут работать и вы можете просто запустить траекторию назад».
«Т. о., если взглянуть на обратную и впереди идущую траектории и взвесить
их информацию в равной степени, мы получим некий прогноз задним числом, или
ретродикцию». Прогноз оказался на 90% точен. Когда физики проверили его по сохраненным измерениям раннего состояния системы, они угадали в 9 случаях из 10.
Квантовая угадайка может пригодиться в разработке квантовых компьютеров
и квантового управления открытыми системами вроде химических реакций, сделав
их более надежными.
... она предполагает, что в квантовом мире время течет назад и вперед, тогда как в
35
классическом мире оно течет только вперед.
«..измерение должно решать вопрос временной симметрии в квантовой механике. Если мы измеряем частицу в суперпозиции состояний и она коллапсирует в одно
из двух состояний, ...похоже. что этот процесс — движение времени вперед».
Но эксперимент с квантовой угадайкой вернул симметрию времени. Улучшенные
шансы на прогноз означают, что квантовое состояние каким-то образом объединяет
информацию из будущего и прошлого. И это означает, что время в квантовом мире
представлено двуглавой стрелой.
«Непонятно, почему в реальном мире, состоящем из множества частиц, время
движется только вперед и энтропия всегда возрастает.»
(Предположим, что время движется в ту сторону и энтропия меняется в зависимости
от затраченной в системе и подведенной к ней энергии. Например, затратив энергию
и заморозив лед, можно хранить его миллион лет в замкнутой системе. Или разогнав
тело до околосветовой скорости можно прыгнуть в будущее, создать дополнительную, временную размерность пространства.
Введём идею пространства и времени как виртуальной машины, состояние которой
зависит от подведённой энергии, аналогично тому, что мы используем в вычислительной физике. Т.е. каждое тело находится не в замкнутой системе, а виртуальной
машине, которая может моделировать некоторые пространства и времена. Полет с
околосветовой скоростью аналогичен прыжку в будущее или использованию 5-и мерного пространства-времени для тех, кто не знает, что вы использовали околосветовой
полёт.
Пример. На перекрестке у светофора на вершине холма в сильную грозу я оказался рядом с каналом молнии, ударившую в фонарный стол или дерево. Не видя её,
услышал грохот, почувствовал в течении секунды боль в руке, державшую зонтик.
Если бы молния была живым существом, то для неё мы бы жили бесконечно долго.
Для неё мы, как Вселенная для нас. Поэтому нелеп вопрос, почему молния движется только вперед во времени? Она движется в том направлении, которое создают ей
внешние электромагнитные силы или тела. Если бы мы разогнали тучу с околосветовой скоростью и в это время из неё ударила бы в Землю молния, то молния бы
жила дольше, чем мы, кто остался на Земле. В этом случае, мы бы казались для
молнии мгновением, а молния для нас была бы неподвижной, как её фотография,
как ствол дерева.) „..существует ли в мире, где время симметрично, такие вещи, как
причина и следствие? Чтобы выяснить это, Марч предлагает запустить эксперимент
с кубитом, который создаст петли обратной связи (цепочки причин и следствий), и
попробовать запустить их вперед и назад. «На один такой эксперимент уйдет 2030 минут, несколько недель на анализ и год на попытки [его] понять. .. У нас есть
настоящий эксперимент и настоящие данные”.
Если это правда, то для квантовых систем удается использовать значение состояния в прошлом и будущем, чтобы угадать будущее состояние.
из http://hi-news.ru/tag/kvantovaya-fizika
В научно-популярной книге, написанной инженером-механиком М. Зиналиевым „Физика времени” не предлагается ни одного нового опыта, сделан некоторый обзор старых представлений понятия времени.
-Локальность (это второстепенная, философская проблема)
36
Существуют ли нелокальные явления в квантовой физике? Если существуют,
не имеют ли они ограничения в передаче информации, или: может ли энергия и
материя также двигаться по нелокальному пути? При каких условиях наблюдаются нелокальные явления? Что влечёт наличие или отсутствие нелокальных явлений
для фундаментальной структуры пространства-времени? Как это связано с квантовой сцепленностью? Как это истолковать с позиций правильной интерпретации
фундаментальной природы квантовой физики?
Принцип локальности в физике, о том, что на тело влияет только непосредственное окружение, не справедлив для квантовой механики и для открытых систем (типа
урагана, извержения вулкана, цунами), для детерминированного хаоса (частный вид
турбулентности), для огромных систем.
Предположим, мы увидели протуберанец на Солнце или взрыв сверхновой звезды,
полярное сияние на Земле. Мы не можем утверждать, что на эти события повлияли
только непосредственный слой плазмы на Солнце или вещества будущей звезды или
электромагнитное поле Земли. Многие физические тела имеют свой путь жизни, как
и человек. И неодушевленные тела (например, торнадо, кристаллы, снежинки) ведут
себя как животные и немного похожи на них, из-за их чувствительности к малейшим изменениям, непредсказуемости, длительности процессов, конкуренции между
собой.
Например, при восхождении на гору вы столкнётесь с внезапным обледенением склона из-за дождя, понижением температуры до -50 С, внезапным ветром до 120 км/час.
Это приводит к лавинам, в которых гибнут самые опытные в мире альпинисты. Внезапный туман, кислородное голодание приводят к потере ориентировки на маршруте
и смерти, т.к. невозможно пройти через систему трещин, спустится с 3 километровой отвесной стены. Поэтому потеря всего лишь информации (ориентировки) всегда
приводят к смерти здоровых, сытых альпинистов с прекрасным, исправным снаряжением на горе К5 в Пакистане. На Эльбрусе, известном своими быстрыми падениями
температуры ниже -55С, альпинисты быстро замерзают в тумане в своих палатках.
Эльбрус имеет свой собственный климат.
Поэтому альпинисты, парашютисты, ракетчики часто суеверны, верят в приметы.
Но в горах можно увидеть совершенно фантастические, уникальные пейзажи. У вулкана Эльбруса около перевала Хатю-Тау посмотрите на огромные, прозрачные куски
отколотого ледника зеленого и синего цвета, как изумруд и сапфир, плавающие в озере зеленого цвета под синим небом. Верх айсбергов краснеет как рубин, когда через
них вечером светит красное солнце.
Кроме того, физические тела умеют накапливать массу, которая может вдруг,
внезапно упасть вниз. Наступите на камень. Он полетит вниз с горы и вызовет огромную снежную лавину. Для этого достаточно порыва ветра, крика человека. То же
самое происходит с зарядами в атмосфере Земли, которые накопившись, вдруг образуют поток частиц и видно полярное сияние или молнию.
Полярное сияние на Сатурне и Юпитере возникает из-за того, что со спутников
извергается куски льда. Они притягиваются электромагнитным полем планеты на
полюса. Образуются полярные сияния на полюсах планет, не зависящее от активности Солнца. Локальности здесь нет.
Неравенство Белла для квантовой механики не справедливы.
37
Для квантовой физики доказано существование квантово-запутанных частицволн в экспериментах. Поэтому скоро появится квантовая связь, которую невозможно подслушать, но её можно заглушить, не дать ею пользоваться.
Существуют нелокальные явления в квантовой физике.
Они имеют ограничения в передаче информации. Пример нарушение локальности/близкодействия - это движение с большей, чем скорость света, поэтому оно не наблюдается. Если бы такие частицы наблюдались, то они бы выглядели движущимися
задом-наперед, из будущего в прошлое, от момента их наблюдения нами до своего
рождения, т.е. появления-исчезновения. Такое движение бы было всегда конечный
период времени. Т.е. луч света, который движется со сверхсветовой скоростью, если
бы он существовал, мог бы наблюдаться в течение времени, равном времени существования луча до момента перехода его в сверхсветовую скорость. Время бы пошло
назад. Если бы наша Вселенная вдруг сейчас стала бы двигаться со сверхсветовой
скоростью, то через 13,77 миллиардов лет она бы вся исчезла. Солнечная система
распалась бы на газопылевое облако, которое превратилось бы в сверхновую звезду
и так бы повторялось несколько раз, пока она не стянулась бы в точку, где находится кварк-глюонная плазма. Наблюдая информацию о прошлых реальных событиях,
которые сейчас перемещаются со сверх световой скоростью, мы бы не нарушили законы прошлого и не изменили бы его.
Сверхзвуковое движение газов и тел в них также отвергалось еще в 1945 г. в МВТУ
им. Баумана. Звук от движения таких тел слышен только по ударным волнам, поэтому тогда в газовой динамике считалось, что выполняется принцип локальности.
Существует закон сохранения информации. То количество информации, которое
выделилось в данном объёме должно быть равно информации, которое пересечет со
временем границы этого объема и храниться в нем. Он похож на закон сохранения
массы (ур-е неразрывности). Но вместо плотности среды надо использовать плотность информации: количество битов данных в данной точке пространства за одну
сек.
В классической физике Ньютона энергия и материя не могут двигаться по нелокальному пути. Нелокальные явления не наблюдаются при любых условиях. Наличие
нелокальных явлений для фундаментальной структуры пространства-времени ограничивает передачу информации из одной точки в другую. Это не всегда связано с
квантовой сцепленностью. Это не истолковать с позиций правильной интерпретации
фундаментальной природы квантовой физики.
Если бы мы написали два одинаковые сообщение в виде двух квантовых объектов и передали их двум студентам. И сказали третьему, который бы оставался на
земле: Вам должен передать сообщение второй, который получит его от первого.
Затем, первый свяжется с вами и передаст сообщение сам. Из-за конечности скорости света, вы получите сообщение от второго, затем с задержкой несколько часов от
первого. Первый из них улетел на космическом корабле к Урану, второй остался на
Земле. Если бы первый прочитал бы эту запись и передал его содержание на Землю
второму в заданное время, то можно было бы утверждать, что информация передана
первым второму быстрее скорости света, если второй сделал бы это в то же самое
38
время, читая свое сообщение. Мы бы знали, что они получили эти две одинаковые
записки заранее. А третий нет.
Если вещество Вселенной находится в виде солитонообразных волн (и нелинейных
гравитационных волн из бозонов), то они могут проходить сквозь друга, как два
кольцеобразных вихря. Две метагалактики, скопления галактик, галактики могут
проходить сквозь друга почти без потери энергии, импульса, массы, если скорость
их полета мала или велика. В этом частном случае объём передачи информации ничем не ограничен. Теория стандартных транспортных потоков не применима. Это не
два столкнувшиеся шара, а две нелинейных волны, которые могут проходить друг
сквозь друга с некоторыми малыми потерями энергии, без потери массы и информации. Поэтому в случае столкновения многих солитонов не наблюдается транспортных
пробок. Если бы мы создали операционную систему для компьютера, где потоки данных, нити, выглядели бы как солитоны, то у нас при увеличения числа запускаемых
программ, нитей, потоков, не наблюдалось бы замедление скорости работы операционной системы, её зависание. Может быть так работает человеческий мозг.
Вопрос на который не знают ответа: если бы солитон двигался со сверхсветовой
скоростью, то как бы он выглядел? Наверное, как фотон в квантовом, запутанном
состоянии. У солитона есть свои дополнительные собственные законы сохранения.
Не ясно, какие новые законы сохранения добавлялись и что они бы давали, если бы
Вселенная представляла бы собой систему волн из солитонов. Если бы он попал в
черную дыру, то исчез или смог бы вырваться из неё и был бы виден? Не являются ли некоторые струи (т.н. джеты) из аккреционных дисков такими солитонами из
рентгеновского и оптического излучения?
Изучая нелинейные оптические, гравитационные волны, если бы такие объекты существовали на самом деле, мы могли бы анализировать внутреннее состояние и
структуру черных дыр.
Принцип не локальности нам подсказывает, что чем выше скорость сплошных тел
(газа, жидкости, песка), тем ближе гидродинамика к квантовой теории. Поэтому
кварк-глюонная плазма хорошо описывается ур-ями невязкой жидкости, которая
описывает частично сверхтекучую, квантовую жидкость. Но из точного аналитического решения ур-я Навье-Стокса для трехмерного, нестационарного течения без
ур-я сохранения массы не получается получить точное аналитическое решение уря Эйлера, подстановкой величины коэффициента кинематической вязкости равной
нулю. Но задав величину вязкости меньшую машинного эпсилон для своего компьютера можно подобраться к такой среде и изучить ее свойства. Для такой среды мы
видим хаотичные колебания. Если бы вязкость была равна нулю, мы бы увидели
спектр колебаний от вихрей, или точнее сказать нелинейных волн, которые в частном случае представляли бы собой солитоны, кинки.
-Будущее наблюдаемой Вселенной (второстепенная проблема, т.к. сначала нужно решить более простую проблему - доказать, что была космическая инфляция и
изучить её свойства. И узнать основные свойства Солнца и солнечной системы).
Движется ли Вселенная по направлению к Большому замерзанию, Большому
разрыву, Большому сжатию или Большому отскоку? Является ли наша Вселенная
частью бесконечно повторяющейся циклической модели?
39
Ответа не существует, т.к. нельзя дать определение: что называть Вселенной через N лет? Не понятно, о каком расстоянии спрашивается? Например, 100 лет назад
Вселенной считали нашу галактику. Поэтому этот вопрос глуп из-за того, что нельзя
определить понятие Вселенной. Оно меняется со временем.
Часть ее исчезнет, как Солнце в будущем. Мы не можем узнать будущее Вселенной, т.к. его не возможно рассчитать, как и прогноз погоды на 7 дней вперед из-за
неточностей в задании начальных данных и граничных условий. Можно рассчитать
только некоторые из возможных сценариев, по которым могла бы развиваться некоторая область Вселенной.
Астрономы обнаружили, что параметры Солнечной системы не могут быть рассчитаны дальше, чем на 60-70 миллионов лет вперед. Затем может быть множество
сценариев. Например, Меркурий может через 1,5 миллиарда лет упасть на Солнце.
Поэтому гадать о будущем Вселенной бессмысленно, как фантазировать про температуру через месяц у вас в городе.
Мы не знаем основы физики и астрофизики: вес кварков, вес черных дыр и почему
они сохраняют стабильность и т.д.
Вселенная (т.е. скопления скоплений метагалактик) движется по направлению к
Большому разрыву, до тех пор или если, не будет их объединения в одну метагалактику. Т.к. понятие „наша Вселенная” нельзя определить точно, то нельзя и сказать,
что она является частью бесконечно повторяющейся циклической модели на неизвестном масштабе пространства-времени.
110 лет назад Вселенной называли только часть нашей галактики, а сейчас несколько супер скоплений метагалактик.
В 2015 г. астрофизики вдруг обнаружили, что наша галактика в 1,5 раза больше и
в 2 раза ярче, чем они думали. Астрономы не знают, что творится в нашей галактике, но пытаются рассуждать о Вселенной. Это рассуждение похоже на мысли мухи
дрозофилы о всех городах Земли, где она не была.
В рамках каждой модели у Вселенной, которая определяется масштабом
пространства-времени, свое движение. Т.е. существует иерархия Вселенных и иерархия движений Вселенных (или точнее имеется её сложная структура, как система
и ее элементы ). Планета со спутниками напоминает солнечную систему, а та нашу
галактику. Нужно создать фрактальную, не Евклидовую дифференциальную геометрию для описания свойств Вселенной, используя её самоподобие.
Есть ложная теория о том, что Вселенная сожмется обратно в одну точку, как было
при большом взрыве. Это глупость, как если бы мы думали, что взорванная бомба
опять соберется вместе. При взрыве Вселенной образовалось огромное количество
фотонов, рентгеновского и гамма излучения. Они улетели и диссипировали в пространстве. Похожий процесс можно увидеть в пластиковой бутылке. Налейте воду и
закройте крышкой, чуть сдавив бутылку. Если бутылка постоит, то на стенках образуются мелкие капли, испарившейся воды. Когда пар остывает, он конденсируется.
Также и во Вселенной при расширении и остывании образуются квазары, звезды. Но
термоядерные, ядерные реакции и процесс аннигиляции - это необратимые процессы.
Поэтому, если открыть крышку в бутылке, вода испариться и никогда не соберется
обратно в бутылке сама. Также и Вселенная никогда не соберется в одном месте. Для
этого надо затратить внешнюю, огромную работу, которой неоткуда взяться. Может
40
собраться в точку только очень маленькая часть Вселенной, как это происходит с
черными дырами и звездами.
Это как вопрос: Когда Солнце взорвется и погаснет, то сколько раз оно может снова
образоваться из газопылевого облака? Наверное, огромное число раз. Т.к. в Галактике, по которому движется наша Солнечная система, имеется огромное количество
свободного водорода и гелия. Существует обмен веществ в галактике, известно большое количество термоядерных циклов, которые могут реализовываться в звезде. Т.е.
звезда может зажечься по-разному и быть разных типов.
Кроме того, расстояние между телами Вселенной и частицами из которых они
состоят увеличивается со временем. Мы не понимаем причины этого. Т. е. нужно еще
и сжать вещество, чтобы оно стало таким, каким было 13,77 миллиардов лет назад.
Можно подумать: Вселенная - это то, что видно после взрыва огромной водородной
природной бомбы - водородного облака, термоядерного взрыва, который породил
цепную реакцию более маленьких взрывов звезд, черных дыр и т.д. Но нет никаких
фактов, которые это подтверждают. Т.е. не было огромного облака водорода и гелия
в котором столкнулись куски урана, плутония внутри облака из кусков лития.
1.2 Физика высоких энергий, физика элементарных частиц.
Нерешённые вопросы физики элементарных частиц делятся на два класса. Первый — из чего всё состоит и почему оно так построено, а также поиск возможных
новых частиц и взаимодействий.
Второй — как из уже известных частиц образуются уже известные явления?
Физики стараются изучить непонятные явления, парадоксы, совсем новые процессы.
-Механизм Хиггса
Сколько бозонов Хиггса существует? Описываются ли они в рамках Стандартной модели?
Cуществует один бозон Хиггса, т.к. он определён экспериментально. Он может
грубо считаться квантом кривизны пространства, если бы мы знали, что он присутствует в данном месте, т.к. величина гравитации, вес тела зависит от кривизны
пространства.
Он описывается в рамках стандартной модели.
Есть ли еще один бозон, намного меньший по размерам, который отвечает за массу, создаваемую гравитационным полем (не инерционную массу)? Или же бозоны
Хиггса могут образовывать квазичастицы (похожие на торнадо), которые обладают
намного большей энергией и массой, чем у одного бозона Хиггса?
Необходимо ждать результатов экспериментов. Пока эксперименты опровергают это для частиц меньше нескольких Тэв.
-Механизм генерации масс
„У каждой частицы в квантовой теории есть внутреннее вращение, его называют
41
словом «спин». Он бывает целый или полуцелый. Частицы с полуцелым спином –
это фермионы: электрон, протон, кварки. Бозоны и фермионы качественно отличаются своим поведением. У бозона Хиггса спин целый. Он равен нулю. У фотонов,
глюонов спин – единица. Разница между бозоном Хиггса и другими бозонами – фотонами, глюонами – состоит в том, что частицы со спином единица отвечают за
взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие переносится фотонами. А глюоны, соответственно, работают в протоне. У Энглера – Браута –Хиггса была идея,
что все частицы надо снабдить массами. И оказывается, что просто так снабдить
их массами не удается, нужно вводить новое поле, которое правильно называть полем Энглера – Браута – Хиггса. Энглер и Хиггс получили Нобелевские премии, а
Браут не дожил до этого времени. Бозон Хиггса – это квант этого нового поля,
прямо связан с тем, как получают частицы массы, и его спин должен быть равен нулю, потому что внутреннего вращения у массы нет. С открытием бозона Хиггса все
частицы, которые предсказывала Стандартная модель, обнаружены. Сейчас завершилась Стандартная модель. Следующие открытия уже будут выходом за пределы
Стандартной модели. Весь этот многолетний период проверки Стандартной модели
закончен. Бозон Хиггса тяжелый, поэтому потребовался Большой адронный коллайдер, чтобы обнаружить его и справиться с формулой E = mc2 . Хотя никто не знал,
какая будет масса у бозона Хиггса, его искали начиная с середины 1980-х годов”Валерий Рыбаков, академик РАН.
Распространяясь в пространстве, частицы взаимодействуют с постоянным полем как с некоторой вязкой средой, что приводит к замедлению их движения, тем
больше, чем сильнее взаимодействие. Они приобретают массу, пропорциональную
силе взаимодействия с этой средой.
Выполняется предсказание: отношения масс различных частиц должно быть пропорционально отношению соответствующих констант, характеризующих силу взаимодействия. В случае частиц – переносчиков слабого взаимодействия W и Z – бозонов
это подтверждается.
Все частицы, взаимодействующие с этим новым полем, кваркам, лептонам и W ± ,
Z 0 бозоны приобретают массу. Фотон и глюон с этим полем не взаимодействуют и
остаются безмассовыми. Соответственно группа симметрии Стандартной модели становится нарушенной, а не нарушенными остаются группы SU(3) и U(1).
Проявлением существования нового поля является не только конденсат. В квантовой теории каждому полю соответствуют квантовые флуктуации, проявляющиеся как частицы. Частицей, соответствующей данному новому полю, является бозон
Хиггса cо спином равным 0, т. к. внутреннего вращения у массы нет. Он тоже приобретает массу в результате взаимодействия с той же самой средой, так что она тоже
пропорциональна силе этого взаимодействия. Теория не предсказывает значение константы самодействия бозона Хиггса и его массы.
Известны свойства хиггсовского бозона, вид его взаимодействия с другими частицами, но его масса определена экспериментально. Теория ( стандартная модель) даёт
лишь косвенные ограничения на массу хиггсовского бозона в пределах от 10 до 600
масс протона.
42
Бозон Хиггса - нейтральная частица, не обладающая электрическим зарядом и
спином, нестабилен, почти мгновенно распадается на более лёгкие частицы. Он движется со скоростью близкой к скорости света, успевает пролететь ничтожное расстояние. Детекторы регистрируют лишь продукты его распада. Это фотоны, кварки,
лептоны и W ± , Z 0 – бозоны. Последние также распадаются. Обнаружение хиггсовского бозона осуществилось по продуктам его распада.
Бозон Хиггса был обнаружен по нескольким модам распада - образуются фотоны, кванты света или образуются лептоны, мионы, электроны. По этим продуктам
распада, по их разлёту определяется все характеристики частицы и её масса.
Признак рождения хиггсовского бозона является избыток рождённых вторичных
частиц с энергией равной массе хиггсовского бозона. Задача детектора состоит в
фиксации потока вторичных частиц и измерении их энергии. При некоторой энергии наблюдается избыток частиц по отношении к расчетному. Это сигнал рождения
хиггсовского бозона”.
Бозон Хиггса, как фотон, глюон, не состоит из других частиц.
„Когда уровень достоверности по двум основным каналам распада в два фотона и в четыре лептона, достиг 3 сигма, были определены квантовые числа – спин и
четность, тогда уверенно заявили об открытии хиггсовского бозона.
Предстоит определить, что это за бозон: единственный бозон из минимальной версии
Стандартной модели или составной бозон с наличием возбужденных состояний.
Он не начало целого семейства хиггсовских бозонов (как в суперсимметричных теориях), т.к. это опроверг эксперимент. Может быть, что это начало семейства таких
частиц, которые только-только показались, две или три будет в конечном итоге.
Вакуум – это кипящий котел, в котором рождаются и уничтожаются частицы, появляются и исчезают флуктуации. Хиггсовский бозон тоже взаимодействует с этим
вакуумом, с частицами, которые там рождаются и уничтожаются все время, и взаимодействует очень сильно. Это свойство именно бозона Хиггса. Все остальные взаимодействуют слабо, эффекты небольшие. А здесь – эффекты колоссальные. Масса
бозона Хиггса, которая сейчас хорошо известна, составляет 125 масс протона, по
теории должна быть на многие порядки больше. Должен быть механизм, который
держит эту массу маленькой.
Мир построен из кварков и лептонов, их имеется по три пары тех и других, но
атомные ядра образованы протонами и нейтронами, составными объектами, которые
в свою очередь состоят лишь из двух сортов кварков, а оболочки атомов образованы
электронами. Остальные кварки и лептоны рождаются на ускорителях, но зачем-то
понадобились природе. Эти элементарные частицы участвуют в 4 видах фундаментальных взаимодействий, но недавно открытый хиггсовский бозон знаменует собой
пятую силу.
Когда создавалась стандартная модель, то одним из ключевых моментов в её создании было создание перенормируемой квантовой теории поля. Т.е. с трудом создана
модель, в которой ..вычисляют вероятности процессов с любой, наперёд заданной
точностью. Когда стандартная модель была построена, то стоял вопрос о доказательстве того, что она обладает этим свойством. За это доказательство была выдана
Нобелевская премия. Модель с Хиггсовским бозоном позволила построить перенор43
мируемую квантовую теорию поля” - из Казаков.
-Проблема иерархии
Почему гравитация является такой слабой силой? Она становится большой только в планковском масштабе, для частиц с энергией порядка 1019 ГэВ, что гораздо
выше электрослабого масштаба. В физике низких энергий доминирующей является
энергия в 100 ГэВ. Почему эти масштабы так сильно отличаются друг от друга?
Что мешает величинам электрослабого масштаба, таким как масса бозона Хиггса,
получать квантовые поправки на масштабах порядка планковских? Являются ли
решением этой проблемы суперсимметрия, дополнительные измерения или просто
антропная тонкая настройка?
Oсновную энергию гравитации на дальних расстояниях переносит нейтрино. 24
февраля 1987 г. астрономы увидели сверхновую звезду в Магеллановом облаке. Это
событие физики заметили за день до этого по внезапному росту потока частиц нейтрино с точностью 20 градусов на небе.
Может быть нет гравитона кванта гравитационного поля, т.к. это поле не квантуется
или легкое нейтрино выполняет перенос энергии вместо него? Можно ли выбросить
гравитон из физики, используя вместо него легкое нейтрино?
Гравитация является такой слабой силой, потому что частица нейтрино, которая
переносит почти всю энергию гравитационного поля, на несколько порядков меньше,
чем электрон. Поэтому она не имеет электромагнитный заряд. Масса нейтрального
по заряду электронного нейтрино меньше массы электрона 0,511 МэВ.
У меня сразу возникают вопросы. Может ли нейтрино образовывать квазичастицы?
Можно ли ввести понятие гравитационного заряда, взяв за его единицу электронное
нейтрино (по аналогии с электрическим зарядом электрон)? Можно ли ввести дробный гравитационный заряд?
Поэтому гравитация становится большой только в планковском масштабе, для частиц с энергией порядка 1019 ГэВ или 1028 эВ, что гораздо выше электрослабого
масштаба. Эти масштабы так сильно отличаются друг от друга, т.к. размер частиц
протона и нейтрино, которое переносит гравитационную энергию различаются на
несколько порядков. Поэтому, есть черные дыры, состоящие из нейтронов и нейтральных кварков (если они существуют). Может быть внутри черных дыр кратковременно есть черные дыры из нейтрино.
Величинам электрослабого масштаба, таким как масса бозона Хиггса, мешает получать квантовые поправки на масштабах порядка планковских неизвестность, сколько
бозонов имеется и неизвестно, существуют ли масштабы порядка планковских (т.е.
есть ли эти масштабы, и можно ли их считать за масштабы).
Суперсимметрия, дополнительные измерения или просто антропная тонкая настройка не являются решением этой проблемы. Она не выполняется, т.к. физические поля многозначны, т.к. вещество часто находится в состоянии волн. Cуперсимметрия,
супергравитация не имеют никакого отношения к природе. „После четверти века исследований все еще нет никаких прямых свидетельств наличия суперсимметрии, т.
к. до сих пор не открыто ни одной пары частиц, связанных суперсимметричным преобразованием. Имеется лишь одно важное косвенное свидетельство суперсимметрии:
44
объединение SU(З), SU(2) и U(l) констант связи при высоких энергиях при наличии
требуемых суперсимметрией дополнительных частиц осуществляется лучше, чем без
них”.[44]
Поэтому, я считаю, что частиц гравитино, скварка, нейтралино, глюино, слептонов нет.
Но эксперименты с детектором космических частиц на международной космической
станции можно объяснить и наличием некоторых суперсимметричных частиц. Но
лучше обойтись без них, т.к. в этом нет необходимости.
Если бы закон Кулона и Гравитации Ньютона были бы подобны (т.е. имелась бы
отрицательная и положительная масса), то при падении вещества на нейтронную
звезду, черную дыру мы бы видели молнии, но не из электронов(плазмы) и позитронов, а гравитонов. Отсюда возникает вопрос, почему нет аналога ур-я Эйнштейна
для электромагнитных волн?
-Магнитный монополь.
Существовали ли частицы — носители «магнитного заряда» в какие-либо прошлые эпохи с более высокими энергиями? Если да, то есть ли какие-либо на сегодняшний день? (Поль Дирак показал, что наличие некоторых типов магнитных
монополей могло бы объяснить квантование заряда.
Не существовали частицы — носители «магнитного заряда» в какие-либо прошлые эпохи с более высокими энергиями, т.к. не существовали топологические аномалии в пространстве.
Какие-либо такие частицы на сегодняшний день не существуют. Но вращающийся
бозе и ферми газ(т.е. бозе конденсат) (как и некоторые квазичастицы) обладают многими свойствами магнитного монополя.
Поэтому, существует правило, которое запрещает магнитный монополь:
M/n 6= hc/e ,
где M - константа (некий магнитный заряд монополя), e - заряд электрона, h - постоянная Планка, с - скорость света, n - целое положительное или отрицательное число.
Для шести кварков и шести антикварков, которые не вылетают из объема атомного
ядра, т.е. друг от друга на расстояние 10−13 см, n = ±3/2, ±3.
h = 6, 62606957(29) · 10−34 Дж·с.
Используя α - постоянную тонкой структуры, получим:
α = µ0 c · e2 /(2h) = 7, 2973525664(17) · 10−3 ,
где µ0 = 4 · π/107 кг · м /(c2 · A2 ) - магнитная постоянная.
h · c/e = µ0 · e · c2 /(2α).
Для шести кварков и шести антикварков нельзя записать:
M/n = h · c/e,
т.к. кварки не подчиняются квантовой механике. Они не испускают фотоны.
Некоторые теории Великого объединения предсказывают магнитный монополь. Но
он при столкновении с протоном уничтожал бы его. Протон бы распадался. А это
никогда не наблюдалось в экспериментах. Теоретики предполагают, что протон не
распадётся за 1030 лет. Значит монополей, как отдельной, элементарной частицы нет.
-Распад протона и Великое объединение.
45
Как можно объединить три различных квантово-механических фундаментальных взаимодействия квантовой теории поля? Почему легчайший барион, являющийся протоном, абсолютно стабилен? Если же протон нестабилен, то каков его период
полураспада?
Объединить три различных квантово-механических фундаментальных взаимодействия квантовой теории поля можно с помощью новой теории групп. Эти разные
взаимодействия описываются разными неизвестными интегро-дифференциальными
ур-ями (т.е. в одно ур-е входит интеграл и дифференциальное ур-я), которые являются решением одного вариационного ур-я. Легчайший барион, являющийся протоном,
абсолютно стабилен, т.к. силы которые действуют на входящие в него кварки очень
сильны. Если же протон нестабилен, то его период полураспада зависит от внешних
условий, сил, которые должны превосходить по величине внутри протонные силы
между разными кварками. Это видно при термоядерных реакциях, при столкновении протонов друг с другом. Поэтому словосочетание „абсолютно стабилен” нужно
использовать фразой при неизменных начальных и граничных условиях, которые
существуют на Земле.
Протон стабилен, у него нет периода полураспада. Это нужно использовать пр и
построении теории. При каком номере n в SU(n) теории протон абсолютно стабилен?
n не равно 5.
-Суперсимметрия
Реализована ли суперсимметрия пространства в природе? Если да, то каков механизм нарушения суперсимметрии? Стабилизирует ли суперсимметрия электрослабый масштаб, предотвращая высокие квантовые поправки? Состоит ли тёмная материя из лёгких суперсимметричных частиц?
Суперсимметрия пространства не реализована в природе. Т.к. она предполагает, что физические поля единственны. На самом деле, при уменьшении размеров
частицы ведут себя как волны. А из опытов с волнами мы знаем факт, если вы видите волну и ничего не знаете о ее прошлом, то может быть огромное количество
состояний волны до ее наблюдения вами. Нельзя восстановить прошлое состояние
волны по её измеренному импульсу и координатам. Т. к. поля переносятся или связаны с частицами-волнами, то мы не можем узнать о том сколько полей, волн было
в первой точке пространства, если у нас есть только данные о ней во второй точке
пространства. Волна могла образоваться из слияния и поглощения нескольких волн.
Для частиц это также справедливо. Например, в случае бильярда, если число шаров
велико, то чем больше шаров в бильярде, тем непредсказуемым становится результат
игры.
Никаких механизмов нарушения суперсимметрии нет. Суперсимметрия не стабилизирует электрослабый масштаб, предотвращая высокие квантовые поправки. Тёмная
материя не состоит из лёгких супер симметричных частиц. Когда появляется приставка супер - это значит автор, который ввел его, не понимает физики.
Дополнительным аргументом против суперсимметрии является наличие гистерезиса во многих физических явлениях и то, что например молния, снежинка, шаровая
46
молния, торнадо, айсберги, волны прибоя, тучи, закат, радуга, звезды, планеты и
т.д., когда образуются, то всё время разные.
Все взаимодействия кварков и лептонов осуществляются путем обмена квантами
соответствующего поля: глюонами, слабыми бозонами и фотонами в случае сильного, слабого и электромагнитного взаимодействия, соответственно.
Дмитрий Казаков доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории теоретической физики ОИЯИ сообщил: „Симметрии, связанные с
этими тремя взаимодействиями, формулируются на языке теории групп и отвечают
преобразованиям в соответствующем пространстве параметров.
Ур-я, которыми описываются кварки и лептоны, а также частицы – переносчики взаимодействий, должны быть инвариантны относительно преобразований симметрии.
Это следствие экспериментально проверенных законов сохранения. Конкретный вид
групп симметрии – это и вопрос соответствия теории с экспериментом. Были установлены унитарные группы SU(3), SU(2) и U(1) симметрии трёх фундаментальных
взаимодействий”.
Известен парадокс существования массы.
„Наличие симметрий ур-й движения для частиц приводит к законам сохранения,
например, электрического заряда, лептонного и барионного (кваркового) зарядов и
определяет свойства их взаимодействий, разрешённые моды распада, времена жизни. Вид симметрии является определяющим при формулировке модели фундаментальных взаимодействий. Перечисленные группы симметрии Стандартной модели
запрещают существование масс у кварков, лептонов и частиц-переносчиков взаимодействий”. Это противоречит экспериментам. „Безмассовыми являются лишь фотон
и глюон – переносчики электромагнитных и сильных взаимодействий. Все другие
частицы обладают массой.
Чтобы остальные частицы имели массу, требуется нарушение симметрии так, чтобы
не разрушить экспериментальные свойства частиц.
Теория, описывающая элементарные частицы - это квантовая теория поля, обобщение квантовой механики на системы с бесконечным числом степеней свободы. Для
своей математической согласованности квантово-полевая Стандартная модель фундаментальных взаимодействий должна обладать симметрией. Иначе она приводит к
неправильным предсказаниям, не согласующимся с экспериментом”.
О спонтанном нарушении симметрии.
„Mеханизм спонтанного нарушения симметрии, известный в статистической физике, приобрел новые черты в релятивистской физике элементарных частиц. Спонтанное нарушение симметрии сопровождается появлением безмассовых состояний,
которые не наблюдаются в физике частиц. Они являются фикцией и продольными модами векторных бозонов – переносчиков слабого взаимодействия. Механизм
спонтанного нарушения симметрии с поглощением безмассовых мод в продольные
состояния векторных бозонов иногда называют механизмом Хиггса, одного из авторов данной идеи. Первые опубликованные работы, где был предложен этот механизм, принадлежат бельгийцам Роберту Брауту, Франсуа Энглерту, шотландцу
Питер Хиггсу.
47
Идея спонтанного нарушения симметрии: дифференциальные ур-я движения
остаются неизменными и определяются ненарушенной симметрией теории, а нарушение касается только начальных условий.
Пример: Вы сидите за ужином за круглым столом и перед каждым гостем стоит
прибор, а между приборами – салфетка. Ситуация полностью симметрична относительно вращений стола. При большом количестве гостей группа симметрии вращений круглого стола есть группа U(1), как группа электромагнитных взаимодействий.
Если какой-то гость выбирает салфетку слева либо справа от себя, cимметрия нарушена. Теперь все гости должны выбрать салфетку соответственно. Таким образом,
при сохранении симметрии круглого стола и всей рассадки гостей, начальные условия симметрию относительно вращений нарушили.
Этот механизм используется в стандартной модели. Он позволяет придать массу
всем частицам.
Вводится дополнительное поле спина 0. Таких полей в Стандартной модели не было:
все кварки и лептоны имеют спин 1/2, все переносчики взаимодействий - спин 1.
Предполагается, что потенциал имеет такой вид, что низшее энергетическое состояние соответствует ненулевому среднему значению поля. В Стандартной модели потенциал выбирается в форме, напоминающей донышко бутылки, форму мексиканской шляпы. В этом случае положение в центре является неустойчивым, а устойчивым низшим состоянием является положение вдоль жёлоба окружающего центр.
Потенциал при этом симметричен относительно вращений вокруг оси проходящей
через центр, но если выбрать какое-либо положение на жёлобе – это нарушит вращательную симметрию. В Стандартной модели это соответствует группе симметрии
слабых взаимодействий – SU(2). Т.е. осуществляется спонтанное нарушение симметрии: ур-я движения симметричны, а начальное значение – среднее значение поля –
нарушает симметрию. Это среднее значение – конденсат – является величиной постоянной, не зависящей от точки пространства и времени. Это как бы некое поле в
которое погружены все частицы Стандартной модели”.
-Поколения материи
Существует ли более трёх поколений кварков и лептонов? Связано ли число
поколений с размерностью пространства? Почему вообще существуют поколения?
Существует ли теория, которая могла бы объяснить наличие массы у некоторых
кварков и лептонов в отдельных поколениях на основании первых принципов (теория взаимодействия Юкавы)?
Не существует более трёх поколений кварков и лептонов. Число поколений связано с размерностью пространства и времени. Поколения существуют, т.к. кварки
и лептоны подстраиваются под конкретные граничные и начальные условия массы,
энергии, полей, а также потому, что существует прошлое, настоящее и будущее. Не
существует кварков, где нет времени и пространства. Не существует теории, которая
могла бы объяснить наличие массы у некоторых кварков и лептонов в отдельных
поколениях на основании первых принципов (теория взаимодействия Юкавы).
48
-Фундаментальная симметрия и нейтрино
Какова природа нейтрино, какова их масса и как они формировали эволюцию
Вселенной? Почему сейчас во Вселенной обнаруживается вещества больше, чем антивещества[12]? Какие невидимые силы присутствовали на заре Вселенной, но исчезли
из поля зрения в процессе развития Вселенной?
[12] http://elementy.ru/trefil/21082
„Нейтрино бывают трех типов. Они превращаются друг в друга прямо в вакууме, летя почти со скоростью света. Это называют: нейтринные осцилляции.
С середины 60-х годов Рэймонд Дэвис начал свой эксперимент, за который он получил Нобелевскую премию, и он еще продолжается. Множество экспериментов было
сделано, чтобы разобраться с тем, как устроены осцилляции нейтрино, взаимопревращения нейтрино одного типа в другой. В Солнце рождаются электронные нейтрино
в термоядерных реакциях, которые греют Солнце. По дороге от Солнца к Земле эти
электронные нейтрино превращаются в нейтрино других типов – мюонные и таунейтрино. А мюонные нейтрино, которые рождаются в атмосфере в столкновениях
космических лучей с атмосферой, превращаются в тау-нейтрино. Сейчас хорошо обрисована картина нейтринных осцилляций, в том числе наземными экспериментами,
использующими нейтрино от реакторов и нейтрино от ускорителей.
Все нейтринные осцилляции, все переходы одного типа нейтрино в другой – это
сугубо квантовомеханический эффект. Его на языке классических частиц описать
невозможно в принципе. Еще требуется, чтобы у нейтрино были массы. Непонятно,
откуда взялся такой масштаб масс и почему массы нейтрино такие маленькие”- Валерий Рыбаков, академик РАН 12.05.2015.
Можно предположить процесс обратный радиоактивному распаду для нейтрино. Они
за 2 процесса увеличивают свою массу до максимума, подлетая к Земле от Солнца.
Нейтрино рождаются, например, при трёх термоядерных реакциях: при реакциях
синтеза новых атомов внутри выгорающих звезд, при падении вещества на нейтронные звезды или черные дыры, при взрывах сверхновых звезд. Масса нейтрино зависит от её типа. Известно три типа этой частицы, как и кварков. Они формировали эволюцию Вселенной, перенося гравитационную энергию и информацию о массе,
т.к. потоки нейтрино образуют медленные гравитационные волны, скорость которых
меньше скорости света.
Нет доказательств, что масса нейтрино, значит её тип зависит от спина нейтрино.
Масса этих частиц мала, определена экспериментально, на несколько порядков меньше масс обычных кварков и лептонов. Благодаря этой малой массе у них есть замечательное свойство, которое есть, но не наблюдается у других частиц из-за больших масс. Когда нейтрино летит в пространстве, оно имеет свойство превращаться
в другие сорта. Есть три сорта нейтрино: электронные, мюонные и тауонные. Они
превращаются друг в друга. Тоже самое происходит и с кварками, лептонами, но
там это превращение, по скольку они тяжелые, происходит на таких маленьких расстояниях, что мы этого не можем видеть, а у нейтрино это может происходить на
макроскопических расстояниях.
Нейтрино играют очень важную роль в распадах, в том, что у нас на Солнце идут
ядерные реакции... Есть ли частица, которая является античастицей нейтрино, или
49
она сама себе является античастицей? У нейтрино нет электрического заряда. Обычно античастицей электрона является позитрон, у позитрона положительный электрический заряд, а у электрона отрицательный. У нейтрино же — нулевой, соответственно антинейтрино тоже нулевой. Не являются ли они просто равными друг
другу?
В термоядерных реакциях образуются нейтрино низких энергий, а нейтрино высоких энергий — в процессе распада мюона, образуются мюонные нейтрино, и далее
— электронные нейтрино или антинейтрино. Рождение таких частиц – это довольно
частый процесс, их много.
Они свободно вылетают из области, где образовались... Они не отклоняются
магнитными полями, будучи нейтральными частицами, в отличие от заряженных
частиц. В отличие от гравитонов их можно детектировать, изменять.
Нейтрино низких энергий были обнаружены давно. Эти явления взаимопревращений нейтрино проявились в экспериментах с солнечными нейтрино, с атмосферными нейтрино, рожденными космическими лучами в атмосфере, и затем, совсем
недавно, все это оказалось подтвержденным в экспериментах с реакторами и ускорителями нейтрино.
Во Вселенной обнаруживается вещества больше, чем антивещества, т. к. имеется
три причины:
1. антивещества родилось намного меньше, чем вещества и оно успело за 13,7 миллиардов лет почти все аннигилировать в энергию. При рождении Вселенной образовались волны из вещества и антивещества, которые привели к уничтожению антивещества.
2. антивещество спрятано в некоторых черных дырах.
3. антинейтрино очень медленно взаимодействует с веществом. Поэтому большая
часть антивещества со времени образования Вселенной сохранилась в антинейтрино. Поэтому вакуум обладает очень небольшой энергией, менее 10−4 эВольт.
Вопрос. Если экспериментально наблюдаются космические частицы из космоса до
величины 1020 эВольт, то не могут ли они рождаться в вакууме?
Какие невидимые силы присутствовали на заре Вселенной, но исчезли из поля зрения в процессе развития Вселенной?
Об этом нельзя сказать, т.к. не понятно, что такое „Заря Вселенной”.
-Элементарные частицы
Существуют ли бозоны, состоящие из четырёх и более кварков? Существуют ли
фермионы, состоящие из пяти и более кварков? Если да, то каковы их свойства?
Если нет, то почему?
Обнаружен пентакварк. Сейчас изучаются его свойства. Непонятно, что понимать под глаголом существуют. Какой наименьший интервал времени можно считать
временем существования частицы? Эта проблема аналогична тому, что называть стабильным химическим элементом?
50
Cловосочетание „элементарные частицы” неверное. Это сложные, составные частицы. Точнее надо было сказать поиск составных частиц материи.
Предположим, что существуют бозоны, состоящие из четырёх и более кварков внутри кварковых звезд и черных дыр, но время их существования зависит от локального
времени черной дыры и кварковой звезды. Существуют фермионы, состоящие из пяти и более кварков внутри кварковых звезд. Их свойства: масса и энергия намного
выше, чем у обычных бозонов и фермионов. Это аккумуляторы массы и энергии
черных, белых дыр и если существуют, то кварковых звезд.
В стандартной модели предполагается, что образование всего вещества можно описать с помощью 6 кварков, 6 лептонов и их 12 античастицами (хотя 3 антинейтрино
еще не обнаружено в эксперименте).
Три поколения кварков, полностью идентичны за исключением значений их масс.
Каждое последующее поколение тяжелее, чем предыдущее. Может быть кварки превращаются в друг друга, как нейтрино в разных поколениях.
-Квантовая теория поля
Совместимы ли принципы релятивистской локальной квантовой теории поля с
существованием нетривиальной матрицы рассеяния? Это не известно. Непонятно,
почему это важно? Какой эксперимент позволит ответить на этот вопрос?
1.3. Ядерная физика
-Квантовая хромодинамика (КХД)
Каковы фазовые состояния сильно взаимодействующей материи и какую роль
они играют в космосе?
Не понятно, о каких масштабах пространства и времени здесь говорится. При разном
интервале времени от начала Большого взрыва Вселенной имеется разные фазовые
состояния Вселенной.
Каково внутреннее устройство нуклонов?
О каких нуклонах говорится? Все они состоят из кварков, глюонов, полей, которые их удерживают рядом друг с другом.
Какие свойства сильно взаимодействующей материи предсказывает КХД?
Только те свойства, в пределах которых КХД справедлива.
Что управляет переходом кварков и глюонов в пи-мезоны и нуклоны? Те процессы,
которые описываются в теории кварков.
Какова роль глюонов и глюонного взаимодействия в нуклонах и ядрах?
Они удерживают кварки друг с другом, значит ответственны за стабильность нуклонов и атомных ядер. Поэтому можно придумать теорию полураспада числа кварков,
пентакварков, теорию полураспада каждого кварка.
Странно, почему теория полураспада живых клеток не используется в биологии?
Что определяет ключевые особенности КХД и каково их отношение к природе
51
гравитации и пространства-времени?
Это промежуточная теория между масштабом кварков и волн из атомов, молекул
(например, волн на реке). У нас может быть облако атомов и другое облако кварков,
образующие атомы. Но гравитационное поле на границе этого облака будет одним и
тем же. Значит, если рассматривать такое облако атомов или кварков, как черный
ящик, то мы не сможем нечего сказать о составе или состоянии этого облака. Нам
нужно измерить его параметры. КХД позволяет измерить его параметры и сказать
о его составе.
-Атомное ядро и ядерная астрофизика
Какова природа ядерных сил, которая связывает протоны и нейтроны в стабильные ядра и редкие изотопы?
Она похожа на электромагнитные силы, которые удерживают молекулы воды в каплю. Молекулы воды в капле - это грубый аналог нейтронов и протонов в атоме и
кварков в протоне и нейтроне.
Какова причина соединения простых частиц в сложные ядра? Наличие между ними
сил и полей, что приводит к их взаимодействию.
На эти вопросы можно ответить после нахождения точных аналитических решений
дифференциального ур-я в частных производных в тензорных обозначениях ЯМ.
Решения представляют собой группу ур-й, куда наверное входит и сингулярное решение.
Моя гипотеза: внутри кварков поля должны описываться неевклидовой геометрией.
Поэтому, если в ур-ии Эйнштейна заменить константу G на 1/(4πε0 ), то такое ур-е
сможет описать процессы внутри кварков - некие поля и электромагнитные волны в
зависимости от кривизны пространства, точно также как гравитационное поле, только более сильное. Но тогда возникает по аналогии с черной дырой парадокс. Должен
существовать радиус, подобно радиусу Шварцильда 2Gm/c2 , подсчитанный, например, для заряда электрона, равный 2, 37 · 10−26 м, примерно миллиард планковских
длин, при котором электромагнитное излучение, создаваемое за счет кривизны пространства электрона не может покинуть этот объём. Как это может быть в природе,
не понятно. Возможно, так можно описать невылетание поля из электрона, если под
ними понимать облака неких полей внутри него, но электрон намного больше этого
радиуса. Комптоновская длина волны электрона 2, 46 · 10−12 м, протона 1, 32 · 10−15
м. Классический радиус электрона 2, 8 · 10−15 м. Размер кварка около 10−20 м.
Если вместо гравитационной постоянной G подставить величину 1/(4πε0 ) из закона
Кулона в формулу для планковского времени, массы и длины, то также из трех постоянных с, 1/(4πε0 ), и аналога планковской константы получим некие длину, время,
массу. Нужно ввеcти вместо константы Планка, константу с другой размерностью:
м2 · Kл2 /(кг·c) = м3 · Kл2 /(c3 · H).
Какова природа нейтронных звёзд и плотной ядерной материи?
Под действием гравитационных сил разрушаются атомы и нуклоны (протоны). Если только разрушаются атомы, то нейтроны остаются в звезде, а протоны улетают
из звезды, т.к. превращаются в другие легкие частицы, излучение или распадаются на кварки. Чтобы разрушить нейтрон, расщепить на частицы требуется больше
52
энергии, чем разрушить, расщепить на частицы протон. Если же масса нейтронной
звезды становится еще больше, то она превращается в черную, белую дыру. Значит
есть черные дыры только из нейтронов. Нейтронная звезда может взорваться, образовав облако темной материи.
Каково происхождение химических элементов в космосе?
Легкие хим элементы образуются также, как и в нашей Солнечной системе. Существует многократный цикл: рождение звезды, планет из облака. Выгорание водорода
в звезде, образование тяжелых хим элементов до углерода, железа из водорода. Затем взрыв звезды, и снова образование из облака пыли новой звезды и планет под
действием силы тяжести. Следовательно, на окраине солнечной системы можно увидеть то вещество, которое было 13,77 миллиардов лет назад, которое не участвовало
в этом процессе. Хим элементы тяжелее железа образуются при взрывах сверхновых
звезд, столкновении нейтронных звезд, черных дыр (весом в миллиарды масс солнечных). В нашей галактике сверхновая звезда образуется не чаще одного раза в год.
Что такое ядерные реакции, которые движут звёзды и приводят к их взрывам?
(Ядерные реакции не движут звезды. Ими движут термоядерные и аннигиляционные, гравитационные процессы, которые мощнее атомных реакций. Они меняют их
массу, унося ее с излучением. Вращают в галактиках вокруг черных дыр.
Масса Солнца уменьшается со временем, значит из закона сохранения момента импульса изменяется ее скорость полета вокруг центра Галактики. Но через 3-5
миллиарда лет наша галактика сольётся с туманностью Андромеды, несмотря на
уменьшение масс звезд. Поэтому атомные и термоядерные реакции здесь играют
вспомогательную роль. Они влияют на скорость объединения галактик, образования
скопления галактик, на образование метагалактики. Масса нашей галактики зависит
от девяти процессов:
1. Аннигиляции частиц-античастиц
2. Уноса излучения от галактики из звезд
3. Уноса излучения внутри галактики в черные дыры
4. Уменьшения массы из-за радиоактивного распада - атомных реакций
5. Термоядерных реакций в звёздах, при падении вещества на нейтронные звезды,
черные дыры, взрывного нуклеосинтеза (образования хим элементов в ядерных реакциях, происходящих во время потери звездой гидростатического равновесия и её полного или частичного разрушения, например, при вспышках сверхновых звёзд [21]).
6. Объединений галактик друг с другом (процесс поедания малых галактик большими)
7. Термокварковых реакций, если они существуют (распад атомов на кварки под действием высоких температур из-за гравитационного сжатия) в кварковых звездах и
черных дырах, когда масса черной дыры меняется из-за распада нейтронов на кварки из-за приливных сил, вращения черной дыры или взаимодействий пары черных
дыр друг с другом (поедание и уничтожения черных дыр). Может быть существуют
цепные кварковые реакции.
8. Образования и распада материи космического вакуума(тёмной материи). От количества энергии космического вакуума.
9. Нейтринного охлаждения. 90% излучаемой энергии сверхновых уносится нейтри53
но. К этому нужно добавить рентгеновское и гамма излучение, испускаемое ядром
галактики, аккреционными дисками, которое разогревает соседнее вещество.
Число образовавшихся новых звезд за год, как Солнце - пренебрежимо мало во многих Галактиках.
-Остров стабильности
Какое самое тяжёлое из стабильных или метастабильных ядер может существовать?
Фраза:„остров стабильности”- выдумка. Речь идет только об изучении периода полураспада химических элементов с номером 95<N<137. N - атомный номер хим элемента.
О какой величине периода распада идет речь? В чернобыльской зоне сейчас множество изотопов. Но они существуют только какое-то ограниченное время и только
здесь. Самое тяжёлое из стабильных или метастабильных ядер может существовать
как радиоактивная частица космической пыли, которая состоит из атомов под номером N, N+1,.., N+i какое-то время, где i целое число. Её можно считать огромным
ядром. С этой точки зрения, атомная бомба в момент взрыва может считаться метастабильным атомным ядром.
Поэтому, чтобы не было путаницы, надо ввести:
-минимальное допустимое время существование химического элемента.
-какой максимальный размер частицы хим элемента или максимальное число атомов
может существовать за это время.
- минимальную энергию межъядерных сил взаимодействующих ядер.
-ввести термин взрывное образование и распад атомов, когда за время 10−5 сек и
менее образуются новые атомы, выделяя или поглощая энергию, но они не являются
новыми химическими элементами. Потому что например три атома железа, гелия и
фреона могут существовать рядом с друг другом миллиардные доли секунды или
под давлением в сосуде, но это не значит, что это новый хим элемент. Это группа
атомов, может быть кластер при охлаждении, который существуют только за счет
временного подвода и затрат внешней энергии, слипаясь под действием меж ядерных сил. Аналогично нейтроны могут слипаться друг с другом иногда в нейтронных
звездах или атомы сверхтекучего гелия в квантовых вихрях. Но мы не называем
такие объекты новыми хим веществами. Они не стабильны.
Все, что существует меньше этого интервала времени и размера, нельзя называть
химическим элементом.
Если за то время, когда к атому присоединится другой атом вещества, произойдет
радиоактивный распад одного атома, то такое вещество не может расти в размерах.
Эта же самая проблема существует в астрофизике: какую планету надо считать планетой, планетоидом, а какую астероидом? Если мы не введём минимальный масштаб:
диаметр, массу для планет, то нельзя ответить на этот некорректно поставленный
вопрос, в зависимости от мельчайших вариаций ответа. Точно также нечёток вопрос,
что называть курицей, а что яйцом. Если мы договорились называть курицей не
рождённого цыпленка в яйце - это одно. Мы можем договорится называть курицей,
недавно умершую или только, что убитую курицу. Это совсем другое. Что называть
яйцом? Только что снесенное, сваренное или съеденное Вами или только яйца не
54
динозавров, потому что их поверхность была из кожи, у них не было скорлупы?
Изучая на протяжении десятков лет метеориты и вещество земли, ученые создали
искусственные химические элементы, которые не встречаются в природе. Они не
нашли в рудах или метеоритах стабильных изотопов тяжелее Нептуния - его атомный номер 93, период полураспада 2,14 млн лет, но и его получают искусственно.
Обнаружили в ничтожных количествах Плутоний - атомный номер 94 в урановых
рудах с периодом полураспада 24390 лет. Значит стабильных химических элементов
с атомным номером больше 94 в природе нет. Можно ввести эмпирическое правило:
чем выше атомный вес химического элемента после нептуния, тем более короткую
сумму периодов полураспадов изотопов он имеет.
Для элементов с атомным номером N: 99, 100, 101, 102, 103
Больший период полураспада T: 276 дней, 94 дней, 56 дней, 1.5 часа, 3 минуты
Постройте график T=f(N) и вы увидите кривую, похожую на гиперболу или на гиперболический котангенс. Можно вывести эмпирическую формулу T=f(1/N) по которой, чем выше номер N, тем меньше времени существует химический элемент.
Можно ввести параметр относительной скорости полураспада:
V = (Ti − Ti+1 )/Ti = (276 − 94)/276 = 182/276 = 0, 659
(94 − 56)/94 = 38/94 = 0, 404
Можно ввести величину ускорения периода полураспада, беря величины в одинаковых единицах измерения:
a(99, 100, 101) = Ti − 2 · Ti+1 + Ti+2 = 276 − 2 · 94 + 56 = 144 день2 = 3456 час2 .
Проанализируйте все химические элементы и изотопы по этим параметрам. Возможно вы найдёте новые формулы.
a(100, 101, 102) = 94 · 24 − 2 · 56 · 24 + 1, 5 · 1, 5 = 2256 − 2688 + 2, 25 = −439, 75 час2 .
a(101, 102, 103) = 56·24·60−2·1, 5·60+3 = 80640−180+3 = 80463 ceк2 = 1341, 05 час2 .
Перевод из одних систем единиц в другие:
80463/60 = 1344 − 3 + 0, 05 = 1341, 05 час2 .
1341, 05/24 = 55, 8(7) день2 .
Задача осложняется тем, что имеется множество изотопов у каждого хим элемента.
У них свои периоды полураспада. Но они уменьшаются с ростом номера хим. элемента, о чем говорил ещё Э. Резерфорд.
Посмотрите на рисунок, где даны все изотопы и их периоды полуспада. Это последние изотопы.
Там нет никаких островков стабильности. Период полураспада падает от
нескольких сот лет до секунд, микросекунд.
Это экспериментально наблюдаемый факт. Поэтому теории, которые его предсказывают неверны.
1 год = 365,2564 сут.
Составим таблицу с периодом полураспада некоторых изотопов:
55
N
98
Название
Калифорний
Кол-во известных изотопов
17
Изотоп
249Сf
250Сf
251Сf
252Сf
99 Эйштейний
19 (массовое число 243-256) 252Es
100 Фермий
?
255Fm
257Fm
101 Менделевий 16 изотопов
256Md
(масcовое число 245-260)
257Мd
258Md
259Md
260Md
102 Нобелий
17 изотопов
248No
(массовое число 248-264)
259No
103 Лоуренсий
неизвестно
256Ls
266Ls
104 Резерфордий 16 изотопов
наименьший
(массовое число 253-268)
265Rf
266Rf
105 Дубний
11
255Db
256Db
257Db
258Db
259Db
260Db
261Db
262Db
263Db
267Db
268Db
106 Сиборгий
10
258Sg
259Sg
260Sg
261Sg
262Sg
263Sg
264Sg
265Sg
266Sg
271Sg
56
Период полураспада
351 год
13,08 лет
900 лет
2,645 лет
761,7 дней
20,7 часов
100,5 дней
75 мин
5ч
56 сут
1,6 ч
32 cут
менее 2 микросек
58 мин
3 ceк
11 час
доли микросек
13 час
10 час
1,6 ceк (+0.6; -0.4)
1,6 ceк (+0.5; -0.3)
1,5 ceк (+0.19; -0.15)
4 ceк (+1; -1)
0,51 ceк (+0.16; -0.16)
1,52 ceк (+0.13; -0.13)
1,8 ceк (+0,4; -0,4)
35 ceк (+5; -5)
27 ceк (+10; -07)
73 мин (+350; -033)
32 час (+11; -07)
2,9 мceк (+1,3; -0,7)
0,48 ceк (+0,28; -0,13)
3,6 мceк (+0,9; -0,9)
0,23 ceк (+0,06; -0,06)
6,9 мceк (+3,8; -1,8)
1 ceк (+0,2; -0,2)
37 мceк (+12; -11)
8 ceк (+3; -3)
21 ceк (+20; -12)
2,4 мин (+4,3; -1,0)
N
Название
107 Борий
Кол-во известных изотопов Изотоп Период полураспада
7
261Bh
12 мceк (+5; -3)
262Bh
8 мceк (+2,1; -2,1)
264Bh
0,44 ceк (+0,6; -0,16)
265Bh
0,9 ceк (+0,7; -0,3)
266Bh
1,7 ceк (+8,2; -0,8)
267Bh
17 ceк (+14; -6)
272Bh
10 ceк (+12; -4)
108 Хассий
7
264Hs
0,8 мceк
265Hs
2 мceк (+0,3; -0,2)
266Hs
2,3 ceк (+1,3; -0,66)
267Hs
52 ceк (+13; -8)
269Hs
9,7 ceк (+9,7; -3,3)
270Hs
3,6 ceк (+0,8; -1,4)
275Hs
0,15 ceк (+0,27; -0,06)
109 Мейтнерий
8
266Mt 1,7 мceк (+1,8; -1,6)
268Mt 21 мceк (+8; -5)
270Mt 5 мceк (+2,4; -0,3)
274Mt 0,45 ceк
проверить
275Mt 9,7 мceк (+4,6 -4,4)
276Mt 0,72 ceк (+0,87; -0,25)
277Mt
5 мceк
278Mt 7,6 ceк
110 Дармштатий 7
267Ds
2,8 мкceк (+13,3; -1,2)
269Ds
179 мкceк (+245; -66)
270Ds
0,1 мceк (+0,14; -0,4)
271Ds
1,63 мceк (+0,44;-0,29)
273Ds
0,17 мceк (+0,17 -0,06)
279Ds
0,18 ceк (+0,05; -0,03)
281Ds
9,6 ceк (+5,0; -2,5)
111 Рентгений
7
272Rg
3,8 мкceк (+1,4; -0,8)
274Rg
6,4 мкceк (+30,7; -2,9)
278Rg
4,2 мceк (+7,5; -1,7)
279Rg
0,17 ceк (+0,81;-0,08)
280Rg
3,6 мceк (+4,3 -1,3)
281Rg
26 ceк
282Rg
0,5 ceк
112 Коперниций 5
277Cn 3,8 мкceк (+1,4; -0,8)
282Cn 6,4 мкceк (+30,7; -2,9)
283Cn 4,2 мceк (+7,5; -1,7)
284Cn 79 мceк (+31;-19)
285Cn 29 мceк (+13; -7)
57
N
Название
113 Нихоний Nh
Кол-во известных изотопов Изотоп
6
278Uut
282Uut
283Uut
284Uut
285Uut
286Uut
114 Флеровий
4
286Fl
287Fl
288Fl
289Fl
115 Московий Mc 3
287Uup
288Uup
289Uup
116 Ливерморий
4
290Lv
291Lv
292Lv
293Lv
117 Тенессин Ts
найдено 5
289Uus
290Uus
293Uus
294Uus
297Uus
118 Оганесон Og 4
294Uuo
Период полураспада
0,24 мceк(+1.14; -0.11)
73 мceк(+134; -29)
100 мceк(+490; -45)
0,48 мceк(+0,58; -0.17)
5,5 ceк
19,6 ceк
0,13 ceк(+0.04; -0.02)
0,48 ceк(+0.16; -0.09)
0,8 ceк(+0.32; -0.18)
2,7 ceк(+1.4; -0.7)
32 мceк(+155; -14)
87 мceк(+105; -30)
156 мceк
7,1 мceк(+3.2; -1.7)
18 мceк(+22; -6)
18 мceк(+16; -6)
53 мceк(+62; -19)
неизвестно
неизвестно
22 мсек (+8; -4)
51 мсек (+41; -16)
неизвестно
0,89 мceк(+1.07; -0.31)
Cоставим таблицу величин Σ - примерная сумма периодов полураспада всех изотопов хим элемента N в периодической таблице Менделеева.
N
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
Сумма примерная периодов полураспадов всех известных изотопов одного элемента
>1266,725 лет
>761,7 дней = 2,085 лет
> 101 день 9,2 часов
> 88 cут 8,1 час
> 58 мин = 3480 сек
∼ 11, 05 час = 39780 сек
> 23 час = 82800 сек
33 часа 14 мин 14,53 сек ∼ 33, 234036(1)час = 119642.52996 сек
174,7604 сек (+41,5593; -75,4044)
30,06 сек (+35,5071; -11,2651)
67,7528 ceк (+25,0703; -13,4202)
8,8124 ceк (+0.8868; -0,2613)
9,7820818 cек (+5.0510083,-2,5654672)
26,6778102 сек (+0.8218321, -0.0830037)
0,1080144 cек (+ 0,1122321; -0,0277037)
25,27372 cек (+0,62572; -0,07428)
58
N
114
115
116
117
118
Сумма примерная периодов полураспадов всех известных изотопов одного элемента
4,11 ceк (+1,56; -0,99)
0,275 сек (+0,26; -0,044)
0,0961 сeк (+0,1032; -0,0327)
0,092 сек (+0,381; -0,040)
0,00089 ceк(+0,00107; -0,00031)
Для хим. элементов от 105 до 118 постройте три графика:
N = f1 (log(Σ)) - средняя величина периода полураспада всех изотопов для конкретного N в секундах,
N = f2 (log(Σmax )), максимальная
N = f3 (log(|(Σmin )|) - минимальная абсолютной погрешность измерений периода полураспада всех изотопов для конкретного N в секундах.
Величины суммарных периодов полураспада для N = 98-104 получаются заниженными, т.к. нет данных для всех изотопов. Нужно уточнить эти данные.
Большие физические системы более нестабильны, неустойчивы, чем маленькие.
Огромные звезды живут 10 миллионов лет, маленькие миллиарды. Лавины образуются чаще на больших горах, чем на холмах. Люди маленького роста живут обычно
дольше тех, у кого высокий рост или большой вес. Большой мыльный пузырь меньше
маленького, но большая волна (ураган) наоборот, живет дольше маленькой. Большая
система живет дольше меньшей, если появляются силы, препятствующие её развалу.
Она может поглощать малые тела, частицы. Циклон (антициклон) может поглощать
атмосферные вихри, излучаемую тепловую энергию.
Если большое красное пятно на Юпитере - это след от вулкана, который образовался
при ударе астероида, то этот ураган может существовать столетия.
В теории существуют малые черные дыры размером с молекулу, но они неустойчивы
и сразу распадаются. Другая теория считает, что образовавшись черная дыра не распадается, а только растёт. Вопрос: могут ли быть микроскопические черные дыры
в центре всех планет и звезд, если бы они распадались, т.е. существовали конечное
время?
Даже эталон массы, изготовленный из платиново-иридиевого сплава теряет свои
атомы со временем, не приобретает их от вещества футляра, где он хранится. Поэтому с 2018 года вводят новую систему измерений, более точную, чем система CИ.
Каков номер и размер атома вещества, который никогда не мог бы существовать
из-за цепной реакции образования нейтронов дольше 1 мкс?
Т. у. существует не островок стабильности, а химический элемент, наиболее долгоживущий изотоп которого существует столько же, как взорванная атомная бомба.
Астероиды, кометы, нейтронные звезды, галактики и более крупные объекты устойчивы только за счет сил гравитации, а не межъядерных сил. Без сил гравитации их
бы не было.
Ценность изучения очень тяжелых атомов в том, что наблюдаются атомы ранней
Вселенной. Т.к. не могут существовать атомы с N=137, скорость электронов в которых равна скорости света, ученые смогут получать, изучать новые атомы еще только
59
двух периодов, т.е. еще 14 штук. Последний является инертным, сильно радиоактивным газом, как Радон.
1.4 Проблемы из других тем
-Квантовая механика и принцип соответствия (иногда называемый квантовым
хаосом)
Принципом соответствия Н. Бора называется утверждение о том, что поведение
квантовомеханической системы стремится к классической физике в пределе больших
квантовых чисел, т.е произведение импульса такого процесса на его размер и энергии процесса на его размер должно быть намного больше по величине постоянной
Планка, делённой на 2 · π. Это выполняется для макроскопических тел в квантовом
состоянии: сверхпроводников и сверхтекучего гелия. Но это же справедливо и для
Земли, мухи. Независимо от того, сколько мы берем атомов одного слоя решетки
сверхпроводника, в нем всегда будет наблюдаться сверхпроводимость. Законы физики, которые его описывают, не зависят от его размера. Но это справедливо часто
и для обычных тел, когда их свойства одни и те же во всем объёме, например, для
кристаллов. Поэтому свойства кристаллов, сверхпроводников, сверхтекучих тел описываются законами квантовой механики, как и атомов, частиц.
Есть ли предпочтительные интерпретации квантовой механики? Как квантовое описание реальности, которое включает в себя такие элементы, как квантовая суперпозиция состояний и коллапс волновой функции или квантовая декогеренция, приводят
к реальности, которую мы видим?
Два вопроса имеют отношение к философии, а не физике.
Сформулировать то же самое можно с помощью проблемы измерения: что представляет собой «измерение», которое заставляет волновую функцию сваливаться в
определённое состояние?
Этот вопрос скорее нужен математикам, чем физикам. Есть стандарт. Что называть
измерением и с какой точностью.
-Физическая информация
Существуют ли физические феномены, такие как чёрные дыры или коллапс
волновой функции, которые безвозвратно уничтожают информацию о своих предшествующих состояниях?
Да. Если свет от Земли попал в черную дыру, то возможна ситуация, когда он будет
сохраняться там какое-то короткое время, т.к. её размер очень мал. Может быть отражение света от вещества у внешней границы горизонта событий. Я представляю
поверхность черной дыры, как множество торнадо наоборот, вверх тормашками. Они
засасывают падающее, вращающееся вещество и свет.
Можно было бы наблюдать прошлое Земли, если извлекать эту информацию о старых квантах света по колебаниям её границ и по анализу гравитационных волн,
нелинейных оптических волн-солитонов. Особенно, если бы существовали оптические
солитоны, которые движутся со скоростью превышающую скорость света. Можно
теоретически анализировать черные дыры по потоку нейтрино, которые пролетают
около их границ.
60
Коллапс волновой функции, которые безвозвратно уничтожают информацию о своих предшествующих состояниях существует.
-Теория Великого объединения всего сущего - синоним вечного двигателя (в неё
входит «Теории Великого объединения» и «Теории Всего сущего» )
Не существует теории, которая объясняет значения всех фундаментальных физических констант [16], т.к. за то время, когда будет создана теория это объясняющая,
будут найдены новые, неизвестные константы, непонятные факты.
Теорию великого объединения надо переименовать в теорию, описывающую 4 силы
и связь их с пространством-временем-информацией.
Существует ли теория, которая объясняет, почему калибровочная инвариантность
стандартной модели такая, как она есть, почему наблюдаемое пространство-время
имеет 3 + 1 измерения, и поэтому законы физики таковы, как они есть?
Да.
Меняются ли с течением времени «фундаментальные физические константы»?
Нет, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.
Являются ли какие-нибудь частицы в стандартной модели физики элементарных
частиц на самом деле состоящими из других частиц, связанных настолько сильно,
что их невозможно наблюдать при современных экспериментальных энергиях?
Т.е. вопрос стоит так. Из каких частиц состоят кварки и другие 15 частиц? На это
ответит только эксперимент с космическими частицами на международной космической станции. У них энергия частиц в триллионы раз больше, чем в большом
адронном коллайдере.
Существуют ли фундаментальные частицы, которые ещё не наблюдались, и если да,
то какие они и каковы их свойства?
Надо понять, что называть и прочему „фундаментальной частицей”, потому что это
словосочетание бессмысленно. Иногда впереди добавляют наречие “строго”и приставки сверх, супер.
Существуют ли не наблюдаемые фундаментальные силы, которые предполагает теория, объясняющие другие нерешённые проблемы физики?
Надо разобраться в терминах и определить, что называть „фундаментальной силой” и „не наблюдаемой”. Потому что физики и математики любят прилеплять слово
фундаментальный, как и переломный к чему угодно. Смысл непонятен, как если мы
скажем: фундаментальная буква в алфавите. Пример бессмысленного словоблудия:
Cуществуют ли не наблюдаемые строго фундаментальные не силы или наблюдаемые
не фундаментальные силы? Это чепуха и на это не надо тратить время. Это игра
слов, а не физика.
-Калибровочная инвариантность
Существуют ли реально неабелевы калибровочные теории со щелью в спектре
масс?
Да, т.к. расчеты на решетках, эксперименты показывают наличие щели в спектре
масс в теории ЯМ.
-CP-симметрия
61
Почему не сохраняется CP-симметрия? Почему она сохраняется в большинстве
наблюдаемых процессов?[1]
„CP-нарушение — это несимметричность законов микромира относительно замены всех частиц на античастицы (C-преобразование) и одновременного отражения
всех координатных осей (P-преобразование). Именно благодаря CP-нарушению во
Вселенной вещество преобладает над антивеществом и, как следствие, существуют
звезды, планеты и мы с вами.
Законы элементарных частиц сильно несимметричны относительно одного лишь Cили одного лишь P-преобразования. Это заложено устройством Стандартной модели. Слабая несимметричность относительно одновременного преобразования C и P
— это загадка, ибо Стандартная модель этого не требует. Описать этот эффект в ее
рамках можно (за это была дана половина Нобелевской премии по физике за 2008
год), объяснить — нет.
Эффекты CP-нарушения известны физикам уже более полувека. Проявляются они,
например, так. Физики изучают определенный распад какой-то частицы и сравнивают его с аналогичным распадом ее античастицы (все дочерние частицы тоже должны быть с приставкой анти-). Если их вероятности не совпадают или же
если они имеют разное угловое распределение, то делается вывод о наблюдении
различий между свойствами материи и антиматерии — это и есть CP-нарушение.
Bсе такие эффекты наблюдались исключительно в распадах и осцилляциях мезонов, то есть частиц, состоящих из кварка и антикварка и в распадах барионов
https://arxiv.org/abs/1609.05216 ”. Из („Асимметрия между материей и антиматерией впервые обнаружена в распадах барионов”, 26.09.2016, elementy.ru).
Это явление будет объяснено лет через 30-40 после более подробного изучения
свойств кварков, нейтрино, плазмы, вакуума.
CP-cимметрия - часть такого явления как СPN - cимметрии.
Но, если бы наш вакуум заметно нарушал CP, то это нарушение проявлялось
бы не только в слабых, но и в сильных и в электромагнитных взаимодействиях. А они с огромной точностью CP сохраняют (самая сильная проверка
— отсутствие электрического дипольного момента частиц, см. например новость
http://elementy.ru/novosti_nauki/432166/)
У всех CP-нарушающих эффектов в распадах и осцилляциях одно и то же происхождение: это комплексность в матрице кваркового смешивания. Каждый конкретный процесс содержит разные вклады от разных кварковых диаграмм, и как
следствие, чувствует этот эффект по-разному. Но микроскопически это одно и то
же.
Есть другие формы CP-нарушения, не связанные с кварками. Например, CPнарушающая фаза в матрице смешивания нейтрино (если докажут, что она есть).
Или, если откроют новые бозоны Хиггса, это будет картина распадов этих бозонов.
-Физика полупроводников
Квантовая теория полупроводников не может точно вычислить ни одной посто62
янной полупроводника[17]
[17] - А. Ф. Иоффе, Полупроводники в современной физике. — М.: АН СССР,
1954. — стр. 159
Значит это не теория. Нет теории полупроводников. Может быть нужно учитывать
токи от кварков при ее создании, дробные заряды.
-Квантовая физика
Неизвестно точное решение ур-я Шредингера для многоэлектронных атомов[18]
[18] - Бёте Г., Квантовая механика. — М.: Мир, 1965. — стр. 12.
При решении задачи о рассеянии двух пучков на одном препятствии сечение рассеяния получается бесконечно большим[19]
[19] - Пригожин И., Стенгерс И.. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — стр. 114
Эта задача немного похожа на задачу о движении N тел в теории гравитации, поэтому она решается только численно на компьютере.
-Статистическая физика
Отсутствует систематическая теория необратимых процессов, дающая возможность проводить количественные расчеты для любого заданного физического процесса[20][21][22][23]
[20] - Кубо Р., Статистическая механика. — М.: Мир, 1967. — стр. 237
[21] - Боголюбов Н.Н., Проблемы динамической теории в статистической физике. — М.-Л.: ОГИЗ Гостехиздат, 1946.
[22] - Термодинамика необратимых процессов. — М.: ИЛ, 1962.
[23] - Честер Дж., Теория необратимых процессов. — М.: Мир, 1966.
Надо ее строить для системы простейших необратимых микропроцессов. Затем
сделать выводы. Затем создать неполуэмпирическую теорию расчета турбулентных
течений.
-Квантовая электродинамика
Существуют ли гравитационные эффекты, вызываемые нулевыми колебаниями
электромагнитного поля?[24]
Нет. Так как электромагнитное и гравитационное поля совершено разные, не
связанные друг с другом. Но, если мы бросим камень на камень или ударим напильником по напильнику, одев перед этим на глаза защитные очки, то увидим множество
63
опасных для глаз искр, которые излучают электромагнитное поле. Только некоторые, определенные тела и процессы могут вызывать гравитационные эффекты. Но не
наоборот. Удар кусков плутония может вызвать атомный взрыв, но атомный взрыв
не может приводить к собиранию кусков плутония в один кусок. Искры от напильника не могут приводит к удару двух напильников. Энергии совершенно разные. Эти
процессы не обратимы во времени. То же самое при падении снежной лавины. Удар
грома от молнии может создать лавину. Но это ненулевые колебания электромагнитного поля. Для того, чтобы создать гравитационные эффекты, нужно затратить
огромное количество энергии. Их нет в ненулевых колебаниях электромагнитного
поля.
Неизвестно, как при вычислениях квантовой электродинамики в области высоких частот одновременно выполнить условия конечности результата, релятивистской
инвариантности и суммы всех альтернативных вероятностей, равной единице[25].
На поверхности нейтронных звезд есть многочисленные медленные гравитационные волны. Но мощности электромагнитного поля не достаточно, чтобы влиять на
их форму.
-Биофизика
Отсутствует количественная теория для кинетики конформационной релаксации белковых макромолекул и их комплексов[26].
Отсутствует законченная теория электронного переноса в биологических структурах[27].
Биофизика - это не физика, а биология и биохимия, т.к. занимается живым веществом.
-Сверхпроводимость
Невозможно теоретически предсказать, зная структуру и состав вещества, перейдет ли оно в сверхпроводящее состояние с понижением температуры[28]. Т.е. непонятно, при какой температуре наступит у веществ квантовое состояние, и сохранится
ли оно при некоторых колебаниях параметров среды на границе тела, будет ли это
состояние устойчивым. Это понимание возможно позволило бы получить высокотемпературную сверхтекучесть из нескольких сжиженных газов.
Известно, что у органических сверхпроводников состояние сверхпроводимости
неустойчиво, поэтому не встречается или наблюдается при очень низкой температуре.
[28] - Кресин В.З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. — М.: Наука, 1978. — 192
-Физика твердого тела
Невозможно даже приближенно рассчитать намагниченность, теплоемкость,
электропроводность и другие макроскопические величины, исходя из известного
строения кристалла, электронных оболочек атомов в кристалле и других параметров
64
микромира для сильно магнитных веществ (ферромагнетиков, антиферромагнетиков
и ферримагнетиков)[29].
Нужно смириться с вероятностными расчетами для таких систем с помощью суперкомпьютеров. У нас нет точных начальных, граничных условий для таких задач.
Для каждой задачи, эксперимента они сильно отличаются. Нужно научиться рассчитывать сначала параметры для нанокристаллов таких тел.
[29] - Методы квантовой теории магнетизма, 1965, с. 61
Наверное, здесь сильно влияют и начальные и граничные условия, загрязнение
кристаллов примесями, вибрации, влияние акустических колебаний, изменение силы
тяжести на свойства кристалла. Данная проблема будет решена, когда физики научатся работать с несколькими атомами кристаллов в вакууме - микрокристаллами
и нанокристаллами, придумают стандарты для работы с ними.
2
Эмпирические явления без четкого теоретического
объяснения
Ccылки к пунктам 2.1-2.3 приведены в статье Википедии „Нерешенные проблемы
физики”.
2.1 Космология и астрономия
-Существование Вселенной (это второстепенная проблема, т.к. не известны основы знаний о кварках и телах из которых состоит Вселенная, о черных дырах.)
Каково происхождение материи, энергии и пространства-времени, сформировавших
Вселенную/Мультивселенную?
Непонятно, что называть Вселенной и мультивселенной? Как определить их границы? Поэтому не известны элементарные основы: cостав веществ из которых состоит
Вселенная и энергия, которой она обладает.
На этот вопрос можно будет частично ответить только после регистрации и анализа
этих волн детектором по аналогии с астрофизической обсерватории „Планк”. После введения в строй 30 метрового телескопа рефлектора на Гавайях, можно будет
изучать нелинейные оптические колебания Вселенной. Тогда станет известно, что
происходило с наблюдаемыми галактиками после большого взрыва в момент времени 10−42 cек и далее.
Cегодня cредняя температура Вселенной составляет 2,7 K. „На базе наблюдательных данных, экспериментов известно, что ее температура давно составляла около миллиарда градусов. Тогда она очень быстро расширялась, за секунду вдвое увеличивала свой размер. Вселенная сегодня вдвое увеличит свой размер за 12 млрд.
лет.
Вселенная не родилась сразу очень горячей с крайне плотной средой, а потом стала расширяться и остывать. На основании наблюдательных данных из тех свойств,
которые проявляются в реликтовом излучении видно, что горячая стадия не была
65
первой стадией эволюции Вселенной, была другая стадия эволюции, предшествовавшая горячей.
Вселенная неоднородна: есть галактики, есть их скопления, есть пустые места во
Вселенной, где галактик практически нет. Она довольно однородная в больших масштабах и неоднородная в маленьких.
Свойства этих неоднородностей указывают на то, что эти неоднородности зародились
до горячей стадии, что они были во Вселенной уже в самом начале горячей стадии,
— те неоднородности, из которых впоследствии образовались галактики, скопления.
Мы знаем про это довольно много на количественном уровне из свойств реликтового
излучения и из структуры Вселенной, из того, как расположены галактики”- считает
Валерий Рубаков доктор физико-математических наук, академик РАН, заместитель
директора Института ядерных исследований РАН.
-Барионная асимметрия Вселенной
Почему в наблюдаемой Вселенной существует гораздо больше материи, чем антиматерии?[15]
Материя и антиматерия обладают абсолютно идентичными свойствами. Магнитный
момент антипротона – то, как сильно частица реагирует на внешние магнитные поля – совпадает с аналогичным значением для протона до 9 знака после запятой.
Сейчас рассматривается один вариант: в первые мгновения после Большого взрыва
возникло равное количество материи и антиматерии. Т.к. материя и антиматерия аннигилируют при столкновении, во время рождения Вселенной их частицы должны
были уничтожить друг друга, породив "море" гамма-квантов и нейтрино, не оставляя ничего, из чего могли бы возникнуть звезды, планеты и галактики. Поэтому
куда "пропала" антиматерия и почему существует Вселенная? Предположительные
свойства новорожденной Вселенной несовместимы с тем, что мы знаем о Большом
Взрыве. Одна из причин "асимметрии материи" может заключаться в существовании
небольших, существенных различий в устройстве и свойствах частиц антиматерии.
Слова материя и антиматерия условны, как и знак плюс и минус у электрического заряда. Нужно говорить про вещество с отрицательным и положительным
зарядом: почему электронов наблюдается больше, чем позитронов? Если на этот вопрос ответят, тогда станет ясно, как можно попробовать ответить на первый вопрос.
Но общий ответ, наверное такой. При создании кварк-глюонной плазмы и последовавших затем ядерных и термоядерных реакциях количество позитронов, которые
образовывались, было намного меньше, чем электронов. Поэтому они почти все аннигилировались, превратились в гамма кванты (фотоны с энергией больше 100 КэВ),
излучение, сжались в черных дырах, ядрах галактик.
Возможен второй вариант. Подобно второму крылу бабочки, антивещество, там где
его был избыток, сформировало поток антивещества, антивселенную, которую мы
пока не видим. Или же мы видим галактики, половина которых, из антивещества.
Т.е. есть половина черных дыр, нейтронных звезд, звёзд из антивещества. Астрономы же думают, что они из обычного вещества. Антивещество исключительно опасно.
Чтобы исчезла жизнь на Земле, достаточно уничтожить Луну астероидом или кометой из антивещества диаметром в 1 км.
Я придерживаюсь третьего варианта. Асимметрия не в паритете. Зарядовое сопря66
жение и инверсии времени являются асимметричными фундаментальными законами
физики. Поэтому антивещества рождается при физических процессах на порядки
меньше, чем вещества. Поэтому наблюдаемые в природе каналы молнии состоят из
электронов и только мизерная её часть из позитронов. Для рождения, сохранения
антивещества нужно затратить намного больше энергии, чем для обычного вещества.
-Проблема космологической постоянной
Почему нулевая энергия вакуума не приводит к большому значению космологической постоянной? Что отменяет эту зависимость?
А почему ненулевая кинетическая энергия и нулевая скорость тела не приводят к
изменению величины ускорения свободного падения g? Энергия тела очень мала.
Космологическую постоянную иногда называют энергией вакуума — это и есть
темная энергия. Что это такое, как физическая субстанция, не понятно. В ур-ях Эйнштейна это космологическая постоянная. Почему она такая маленькая — загадка для
физиков.
Наверное энергию вакуума можно представить, как энергия раскаленных облаков вещества в виде нитей, которые соединяют черный дыры - ядра галактик. Эти
нити - выброшенное, разогретое вещество из областей, прилегающих к черным дырам. При расширении Вселенной эти нити утончаются.
-Энергия космического вакуума или как ее неточно называют: тёмная энергия[1].
Что является причиной наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной (фаза де Ситтера)?
Фаза де Ситтера и ускоренное расширение Вселенной - это разные предметы:
неточная теория и процесс в природе.
Физик Кип Торн, сказал в интервью 19 ноября 1916 г. агентству РИА:„Сейчас
мне и другим ученым не совсем понятно, почему мы вообще называем причину этого
ускорения [звезд] "темной энергией"— мы абсолютно ничего не знаем о ее свойствах,
поведении и генезисе. Чтобы понять, что она собой представляет, нам нужно измерить, как менялось это ускорение в последние несколько миллиардов лет. Для этого
необходимо в разы больше данных, чем те, которые были использованы первооткрывателями этого феномена.
.. этим сегодня занимаются ученые... проводя эти наблюдения при помощи обычных
телескопов, работающих в разных частях спектра электромагнитного излучения, и
гравитационные обсерватории, если понадобится, подключатся к подобным измерениям, наблюдая за слиянием нейтронных звезд и черных дыр.
.. мы найдем ответ на этот вопрос еще до того, как мы накопим достаточное количество данных по гравитационным волнам, и наше участие в раскрытии тайн темной
энергии не понадобится. ..если этого не произойдет, тогда, конечно, гравитационная
астрономия поможет найти ответ на данный вопрос. Это может быть одной из тех
неожиданных вещей, которые.. может нам принести гравитационная астрономия".
67
Наверное имеется два процесса, которые вызывают ускоренноe расширение Вселенной на огромных расстояниях от Земли.
1. Давление света, излучения вакуума на расстоянии более 1 млрд. световых лет, как
при взрыве водородной бомбы, создает огромное давление и дополнительно ускоряет
вещество. Сейчас астрономы не могут точно подсчитать этот эффект.
Давление света создавало квазары, ядра активных галактик, релятивистские струи,
которые были основным веществом в древней Вселенной 13,77 миллиардов лет назад.
Нужно учесть, что уже 9 миллиардов лет назад масса вещества, из которого состояли звезды, квазары была намного тяжелее, чем сегодня, из-за большей плотности.
Сначала 13,77 млрд. лет назад у Вселенной была одна средняя плотность, затем она
начала падать из-за её расширения. Затем в звёздах начали синтезироваться из гелия
и водорода тяжелые элементы вплоть до железа.
Пояс астероидов в Солнечной системе мог образоваться после взрывы звезды,
который был на месте Солнечной системы.
Затем, например 5 миллиардов лет первые звезды выгорели и остались нейтронные звезды, которые начали сливаться друг с другом (образовывая золото, платину,
осьмий и др.). Вселенная - это поток нейтронных звёзд. И затем, редко вспыхивали сверхновые звёзды. За счет этого плотность Вселенной могла временно стать
постоянной или немного расти в каких-то областях. Т.к. радиоактивные вещества,
которые образовались после взрыва сверхновых звезд, слияния нейтронных звезд,
не распались на более легкие элементы, то вес вещества во Вселенной и Земли был
намного тяжелее, чем сейчас. Замените весь свинец на Земле ураном, нептунием.
11,34 и 19,12; 20,45 тонн на кубометр.
Возникает вопрос: если тела, которые находятся на границе наблюдаемой Вселенной иметь плотность в 2 раза выше, чем в центре. То не является ли это причиной
ускоренного расширения наблюдаемой Вселенной?
2. Расширение пространства, когда расстояние между атомами тел, размер тел
увеличивается, без изменения их формы. Это именно расширение пространства, когда расстояние между кварками, нейтронами и протонами в атомном ядре увеличилось за 13,77 миллиардов лет. Этот процесс, возможно, описывается лямбда членом
в ур-ии гравитации Эйнштейна. И частично должен быть отражен в теории кварков.
Если же расстояние между протонами и нейтронами в атомном ядре и молекулами
также увеличилось за 13,77 миллиардов лет, то это должно быть описано в теории
атомного ядра или других теориях. Когда вещество нагревается, то оно также расширяется (чем на дальние расстояния мы смотрим, тем видим более горячее вещество
Вселенной).
При каких условиях расширяется пространство - не ясно. Чем горячее вещество
во Вселенной, тем оно древнее, тем сильнее оно расширялось, как нагретое вещество (например газ) и как холодное пространство. С другой стороны, чем древнее
пространство, тем из более мелких тел оно состояло. Были только карликовые галактики, их ядра, черные дыры, квазары. Кроме процесса расширения Вселенной,
идёт процесс объединения галактик. Он замедляется при расширении и охлаждении
Вселенной, т.е. частота объединения новых галактик падает со временем. Через 10
миллиардов лет Вселенная в среднем станет холоднее, больше, темнее. Сейчас на68
ша галактика намного больше, чем 13,77 миллиардов лет назад, т.к. она захватила
огромное количество вещества других галактик.
Почему плотность энергии компоненты энергии космического вакуума величина того
же порядка, что и плотность вещества в настоящее время, тогда как эти два феномена с течением времени развивались совершенно по-разному?
Чем древнее был космический вакуум, тем он больше излучал в рентгеновском, гамма диапазоне например черными дырами. На земле не видно это излучение. Поэтому,
скорее всего, энергия космического вакуума занижена.
Является ли энергия космического вакуума космологической константой или она является динамическим полем, такой как фантомная энергия?
Термин „энергия космического вакуума” или „темная энергия” была введен при
изучении далеких звезд, галактик на расстоянии миллиарды световых лет, когда
астрономы обратили внимание на ошибку в определении расстояний до звезд. После
исправления её, они увеличили возраст Вселенной с 8 до 13,77 миллиарда лет, но
были вынуждены ввести термин „энергия космического вакуума”. Нужно помочь
астрономам повысить точность методики определения расстояний до звезд. Тогда
станет ясно, что этот термин обозначает.
Что такое „фантомная энергия”? Наверное, это какая-то промежуточная гипотеза об
энергии, как об энергии эманации радия.
Cпрашивающий не дает определение понятий материи и энергии космического
вакуума, а задаёт вопросы, что это такое? Это дефект логического рассуждения.
Нужно выписать основные ур-я, привести эталонную галактику или туманность, где
вводятся эти понятия и измерено какое-то количество энергии и материи космического вакуума, какими приборами, с какой погрешностью, а затем можно обсуждать
и уточнять это факты с помощью экспериментов и наблюдений, расчетов, моделирования.
Плотность энергии космического вакуума (т.е. тёмной энергии) 10−27 кг/м3 или 10−30
грамм/см3 .
Существует колаборация (cоюз ученых) Dark Energy Survey. Они создали камеру для
наблюдений темной энергии DEC.
Нобелевский лауреат Mazer cказал, что „в 1992 г. была дискусия о том, является ли
Вселенная пространственно плоской, или нет. Теоретики чувствовали, что Вселенная
нулевой кривизны проста и привлекательна. Чтобы сделать такую Вселенную, нам
надо иметь в ур-ях член космического ускорения, подобный постоянной Λ, которую
А. Эйнштейн предложил, а позднее отверг. Возможно, правильное значение такого
члена, который производит отрицательную пространственную кривизну, могло бы
уравновесить положительную кривизну, создаваемую обычной материей и темным
веществом. Этот член ускорения теперь называется космической темной энергией.
Название указывает, что она может не быть просто математической постоянной интегрирования, какой видел её Эйнштейн. Возможно является новым видом силы или
материи со своим собственным уравнением состояния. Интерпретация коcмических
флуктуаций стала главной научной индустрией”.[17]
-Материя космического вакуума (или темная материя - ТМ[1])
Что это такое[15], [30]?
69
Проделайте опыт. Поставьте кастрюлю с водой в морозильник и включите на
максимум морозилку. Вы увидите на границе воздух-вода тонкие длинные кристаллы, как спицы. Длина их более 5 см. На их поверхности бегают капли воды. Если
газовая туманость охлаждается в среде с температурой 5K миллиарды лет, в ней
всегда возникнут длинные кристаллы, например из замороженных газов: кислорода,
азота, углекислоты, водорода, родона, углерода. Если они существуют в действительности, они могут цепляться за астероиды, ядра комет. Эти кристаллы-нити могут соединяться с другими галактиками. Я считаю, что их можно называть видом
темной материи.
ТМ называют вещество, которое взаимодействует только через гравитационное поле
с обычными атомами. Она не испускает фотоны, поэтому её не видно в телескоп. Но
она заметна, когда кольцо из нее, словно это туманность из газа или пыли, расположена в пространстве на фоне ярких звезд. ТМ влияет на распределение галактик
различных типов и вместе они эволюционируют со временем.
Во-первых, к нему относят три нейтрино и три антинейтрино, но считается, что
их общая масса во Вселенной мала.
Первые звезды во Вселенной появились спустя несколько сотен миллионов лет после
Большого Взрыва, завершая своим появлением космологический период, известный
как «темная эпоха» — когда атомы водорода и гелия уже сформировались, однако
ничто ещё не светилось в оптическом диапазоне. Не доказано, что часть этих атомов
и есть ТМ. Через 650 миллионов лет после образования Вселенной уже существовали
галактики (и наверное черные дыры в их центре).
Сейчас международная группа, занята составлением первой карты распределения
темной материи Dark Energy Survey (DES). Она будет покрывать одну восьмую видимого неба. В проекте создания карты участвуют более 300 ученых из шести стран.
Они используют для этого изображения, полученные лучшей астрономической цифровой фотокамерой в мире с разрешением в 570 мегапикселей, установленной на
телескопе "Виктор Бланко” в обсерватории Черро Толедо в чилийских Андах.
С помощью механизма спонтанного нарушения симметрии гравитационные поля могут приобретать ненулевую массу. Но наблюдается ли такое для электромагнитного
поля?
Материя космического вакуума похожа на множество капель масла, разлитого на
воде и на куски из растягиваемого теста.
„ТМ представляет собой невидимую паутину, которая удерживает галактики относительно друг друга; наблюдая, как концентрации ТМ сдвигаются со временем, космологи надеются прийти к пониманию природы еще более загадочной силы - темной
энергии, которая ответственна за расширение Вселенной”.
Только после этого можно будет сделать выводы и не гадать.
Есть гипотеза, что ТМ - это только новые, неизвестные нам частицы. Я считаю,
что это смесь новых и известных частиц и полей. Кроме того, астрономы сильно
занижают количество черных дыр, их массу, размер во Вселенной.
Расширение Вселенной не может быть объяснено только воздействием гравитации.
Галактики давно разлетелись бы на огромные расстояния друг от друга. Что-то удерживает их вместе. Астрофизики постулируют наличие невидимой темной энергии,
70
которая воздействует на объекты в галактических масштабах. Расширение Вселенной постоянно ускоряется. Это указывает на наличие темной энергии, которая расширяет Вселенную.
Вселенная появилась в результате взрыва. Возможно, что частично причина его выделение тёмной энергии (антигравитации).
По представлениям на 2015 г. 68% Вселенной состояла из темной энергии, 27% - темной материи (или 25%), и только 5% - из известной материи. Эти цифры меняются
от автора к автору, в зависимости от года, что видно в Википедии.
Примерно 50% TM сосредоточены в нитях, в облаках раскалённого газа, соединяющие все галактики друг с другом. Это вещество в основном формировало галактики,
то есть галактики примерно на 70% состоят из того вещества. Если под чучелом
понимать галактику, то имеются миллионы чучел. Каждое чучело из соломы, соединено соломой с каждым другим чучелом.
Эти данные не верны, т.к. получены из предположения, что имеется только один
вид сверхновых звезд. На самом деле их обнаружено в 2015 г. два разных типа. Я
думаю, что видов сверхновых звезд намного больше. Поэтому расстояние до галактик определено не верно и величина ускорения разбегания галактик завышена. Т.е.
величина темной энергии вакуума завышена.
При изучении столкновений галактик друг с другом, когда они остаются целыми
после этого, было установлено, что материя космического вакуума почти или совсем
не взаимодействует с другими частицами или атомами тёмной энергии. Отсюда сделан вывод, что или её нет в виде вещества или это какие-то частицы, которые не
взаимодействуют друг с другом.
„Когда будет получена относительно полная карта распределения ТМ во Вселенной,
ученые смогут измерить, с какой скоростью происходит относительное смещение этих
масс ТМ.
Расширение Вселенной происходит с постоянным ускорением (постоянная Хаббла). Темная энергия считается, по мнению многих физиков, причиной такого расширения”.
Скорость сгущения ТМ говорит нам о том, насколько быстро растягивается Вселенная”, - cчитает профессор астрофизики Сара Бридл в университете Манчестера
и сопредседатель группы DES. Сравнивая степень сближения этих масс ТМ в различные этапы развития Вселенной на основе анализа изображений астрономических
объектов, удаленных от нас на различные расстояния, космологи смогут оценить
скорость и динамику этого расширения. А это, в свою очередь, может дать ответ о
природе ТЭ. В конечном итоге эти данные могут дать точное измерение параметров
этой загадочной силы”.
Представим, что все вещество на огромном расстоянии представляет собой гравитационную линзу, внутри которой мы находимся. Чем дальше мы наблюдаем вещество, тем сильнее искажается пространство и время. В этом случае ускорение
Вселенной может состоять из двух процессов: из реального ускорения вещества и
гравитационного линзирования пространства. Но это не доказанная гипотеза.
71
TM - это и вещество, которое соединяет центры галактик друг с другом. Это
облака частиц, похожие на нейтроны, примерно в 5 раз плотнее водорода (так считают некоторые астрофизики). На нее не действует электромагнитное поле, т.е. её
электрический заряд равен нулю или она из двух частиц противоположного знака,
как спаренные электроны в сверхпроводнике.
Сложные конструкции из кварков, нейтрино не могут существовать долго в космическом вакууме.
Таблица 1. Значения энергий в МэВ/c2 у 15 частиц (MS mass)
Минимальное
значение
>0
0,17
0,511
1,7
4,1
15,4
80
80,39
80,39
91,188
Минимальное
значение
105,66
124,95
1180
1776,8
4130
171400
Максим.
Заряд Название частицы
значение
≤ 2, 8 · 10−7 0
ELECTRON NEITRINO
0,1899
0
MUON NEITRINO
0,511
-1
electron
3,1
2/3
U quark
5,7
-1/3
D quark
18,19
0
TAU NEITRINO
130
-1/3
S quark (странный)
80,39
-1
W − BOZON
80,39
1
W + BOZON
91,188
0
Z 0 BOZON
Максим. Заряд Название частицы
значение
105,66
-1
MUON
125,77
0
HIGGS BOZON
1340
2/3
C quark (очарованный)
1776,8
-1
таон или тау частица
4370
-1/3
B quark (прелестный)
174400
2/3
Top quark (вес приближается к атому Рения, Урана)
Постройте распределение натурального логарифма минимального значения
энергии покоя для первых 15 частиц из нижней таблицы. Вы увидите что-то похоже на спектр атома. Но не удастся ввести аналог формулы Бальмера-Ридберга,
т.к. это не атомное ядро:
E = c · const · (1/n2 − 1/m2 ), где c - скорость света, const - некоторая константа, n и
m - некоторые целые числа, m > n.
На рис. 1,2 Приложение 1, стр. 226 приведены относительные минимальные и максимальные значения энергии покоя частицы от eё номера для 14-ти первых частиц.
Новые частицы, которые обнаружат с нейтральным зарядом, наверное будут легче
электронного нейтрино или тяжелее T кварка. Например, по энергии, как пара из
нейтрона и антинейтрона, T кварка и T антикварка и т.д.
Вышеприведенные данные общепризнаны и подтверждены экспериментом. Есть
теория, которая позволяет вычислить теоретически значения энергии некоторых частиц внутри интервала данных таблицы. Они дают следующие знания параметров
72
частиц.
Таблица 2 [39]
Минимальное
значение
coupling constant 0.11822(74)
1,7
4,1
80
985,1(63)
4162(48)
171400
Максим.
значение
Заряд Название кварка
3,1
5,7
92,2(1,3)
1273,(6) [41]; 1 % []
4164(23);4166(43)[]
174400
2/3
-1/3
-1/3
2/3
-1/3
2/3
U quark
D quark
S quark
C quark
B quark
T quark
Возможно была найдена частица с энергией 17 Мэв [37],[38], которую назвали вначале тёмным фотоном, затем X бозоном. Она в 30-34 раз тяжелее электрона. Взаимодействует с нейтроном и электроном на расстояниях нескольких размеров атомного
ядра. Если это открытие подтвердится, то значит найдена новая частица темной материи.
Астрономы из Кембриджа, изучив облака из ТМ, их разрывы и следы, после столкновений определили, что минимальная масса частиц, из которых они состоят не менее
18 КэВ.
Но поскольку величина темной энергии и материи огромно, мне кажется, что это
новый, мощнейший источник энергии и вещества, который полностью изменит наши
знания о Вселенной, сделает её намного старше и больше.
Атомы, протоны, нейтроны образовались примерно после 100 сeк после начала большого взрыва Вселенной. Остальные частицы и кварки раньше. Поэтому можно из
графика предположить, что возможно за 100 сек было 3 этапа в образовании кварков и нейтрино, электронов. Сначала образовались тяжелые кварки (t кварк), затем
средние, затем самые легкие частицы - электронные нейтрино, как результат распада более тяжелых частиц. Потом из них образовались протоны и нейтроны.
Правая часть этого графика похоже на функцию величины упругого напряжения от
величины деформации при растяжении металлического стержня в сопромате. Когда
напряжение превысит максимальное значение, то стержень начинает разрываться и
никак этот процесс не остановить. Происходит почти ступенчатое снижение величины напряжения. Если этот график перевернуть слева направо, то рост напряжения
от деформации будет немного походить на график зависимости энергии частиц от
их номера в таблице.
Если построить график по всем частицам, то получим кривую, похожую на функцию
давления от объема для водяного пара - ур-е Ван-Дер-Ваальса и диаграмму железауглерод из курса Материаловедения.
Пространство между галактиками наполнено горячим межгалактическим газом,
температура которого около 9,9 миллионов градусов по Цельсию. Он виден в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазоне. Газ обогащен тяжелыми элементами, которые покинули галактики. Он скапливался миллиарды лет в кластерах галактик
и является частью материи космического вакуума. Облака, которые окружают места взрыва сверхновых звезд, напоминают цемент (соединение кальция, алюминия,
73
кислорода). Есть ли там цементит F e3 C - карбид железа, фаза железоуглеродистых
сплавов, содержащaя 6,67% углерода?
Материя космического вакуума состоит из нерелятивистских частиц, т.е. скорости их
малы по сравнению со скоростью света. Это не электроны, протоны, нейтроны. Из
них не состоят окружающие нас тела, планеты, звезды, наши тела - считают ученые.
На роль частиц материи космического вакуума предлагают только гипотетические частицы, которые никогда еще не наблюдались в лаборатории. Они должны
быть, наверное массивными - в 100-1000 раз массивнее нейтрона (в 50-500 раз плотнее
водорода), не обладать электрическим зарядом, не участвовать в электромагнитном,
сильном ядерном взаимодействии. Им разрешено только слабое ядерное взаимодействие (ответственное, например, за бета-распад атомных ядер) и гравитационное. На
обычное вещество из протонов, нейтронов и электронов приходится 4% полной энергии/массы Вселенной, а вклад реликтового излучения меньше одного процента.
Частью ТМ являются темные карлики. Это звезды, немного меньше Солнца, имеющие температуру от 900 С до 50 С и ниже.
Ответ на вопрос о ТМ и энергии космического вакуума будет найден после изучения 1000 сверхновых звезд, их взрывов, продолжая исследования обсерватории
WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).
Частицей материи вакуума мог бы быть кварк с нейтральным электрическим зарядом и массой тяжелее t кварка, но кварки не встречаются в свободном состоянии в
космическом вакууме. Возможно, они присутствуют в черных дырах. Можно предположить, что это материя из спаренных нейтронов, облака гравитонов, нейтрино.
Но такое гадание, напоминает фантазии о структуре атома Томсоном, у которого он
был похож на пудинг.
В Солнечной системе летает огромное количество темных тел: комет, астероидов, которые состоят из хондритов, веществ на основе углерода, сверхчистого железа
и никеля. Они образовались после взрыва звезд и затем претерпели огромное количество столкновений. Поэтому хондриты, куски железа, никеля существуют между
звездами в нашей галактике и между галактиками. Они часть вещества космического вакуума.
При анализе одной газопылевой туманности, образовавшейся после взрыва звезды и
видной только в инфракрасном диапазоне, астроном из Кембриджа обнаружил, что
выбросы вещества из звезды на последней ее стадии жизни происходили множество
раз. Выброс напоминал по форме комету, облако (думаю, что он мог быть в виде
кольцевого вихря). Вещество выброса после охлаждения под действием различных
сил слипается. Образуется астероид и теоретически может образоваться даже планета. Он предположили, что в галактике в результате этого существуют триллионы
планет, которые летают между звездами, но не покидают галактику.
Ecли диаметр газопылевого облака из которого образовалось Солнце и планеты 10007000 астрономических единиц, то после взрыва Солнца и превращения его части в
красный карлик, часть вещества облака Оорта, не будет удерживаться тяготением и
улетят, как кометы в космическое пространство. То есть размеры солнечной системы,
число планет зависят не от Солнца, а от размера газопылевого облака из которого
всё образовалось.
74
Значит часть тел в солнечной системе принадлежала другим звездами и может быть
галактикам. Значит, изучая кометы, астероиды и планеты солнечной системы мы
узнаем состав других звезд и историю не только солнечной системы, но и других галактик. Поэтому мы можем обнаружить следы древних цивилизаций, изучая очень
необычные, самые плотные астероиды и ядра комет Солнечной системы.
Земля весит 6·1036 кг, Солнце 2·1030 кг. Вес триллиона планет, как Земля, равен
трём миллионам Солнц.
Другая группа астрономов оценила минимально возможную энергию частиц облака
темной материи. Она оказалась выше или равной 18 КэВ. Энергия электрона 510,99
КэВ. Значит частица ТМ может быть в 30 раз менее массивная, чем электрон с нейтральным зарядом и обладающая весом.
По оценкам астрономов в объеме Земли существует примерно 60 грамм темного вещества космического вакуума, поэтому оно не детектируется на Земле. Эти расчеты
не верны.
Теория слабо взаимодействующих массивных частиц Wimp не нашла подтверждения
в экспериментах космического гамма телескопа Fermi-LAT в течении 6 лет исследований аннигиляции частиц ТМ для энергии 500 МэВ-500 ГэВ.
Нужно запустить космический гамма-телескоп и инфракрасный телескоп, которые
бы детектировали частицы ТМ.
В 2017 г. в Китае запустят крсическую обсерваторию для наблюдения рентгеновского излучения энергией до 250 КэВ. На Земле наблюдались частицы с энергией до
1022 эВ. В 2015 г. нашли гало (огромное облако) из газов тяжелых металлов, тяжелее
гелия, не из водорода, вокруг галактики М31 (туманность Андромеды). Оно простирается (его радиус от центра М31) примерно на 1 миллион световых лет. Весит более
20 миллиардов масс наших Солнц. Многие галактики обладают подобным гало. Если
мы видим миллион галактик, то астрономами не учтена огромная масса Вселенной.
Кроме того, астрономы постоянно находят сотни новых галактик в далёкой части
Вселенной. Это пример бывшей темной материи. В 2016 г появилось странное сообщение, что: „Проанализировав данные, полученные с помощью телескопа «Хаббл»
и ряда других космических обсерваторий, астрофизики пришли к выводу, что в наблюдаемой Вселенной располагаются триллионы галактик. Ранее предполагалось,
что их, по меньшей мере, в десять раз меньше — от 100 до 200 миллиардов долларов”. (http://spacetelescope.org/news/heic1620/)
B течении нескольких лет астрономы увеличили в 10 раз число галактик в наблюдаемой Вселенной и это еще не предел! 120 лет астрономы считали, что вся Вселенная
- это наша галактика.
-Тёмный поток
Что является причиной согласованного движения большой группы скоплений галактик к одной точке Вселенной? [32]
Есть несколько причин:
1. Если представить, что группа галактик - это шары бильярда, то их движение возникло из-за столкновения с другой группой галактик.
2. Наверное, это происходит не из-за наличия огромной черной дыры, т.к. число звезд
такого скопления, как наше Солнце, сотни-тысячи триллионов.
75
3. Возможно такое движение получилось случайно.
4. Эти галактики образуют новое состояние вещества с особыми свойствами. Скопления скоплений галактик. Посмотрите на группу галактик Abell 2256, полученную
телескопом VLA протяженностью в 4 миллиарда световых лет. Когда их сфотографировали в радио и рентгеновском диапазоне, они напоминали одну гравитационную
волну, как функция синус с гармониками. Эта группа галактик находится в согласованном колебательном движении после столкновения. Это кусок медленной гравитационной волны, где ее элементами служат галактики. Также нашу галактику можно
считать медленной, вращающейся гравитационной волной из сплошной среды.
5. Есть другая группа галактик, которую мы не видим из-за облака пыли. К ней и
летит большая группы скоплений галактик к одной точке Вселенной.
-Энтропия (направление времени)
Почему Вселенная имела такую низкую энтропию в прошлом, приведшую в
результате к различию между прошлым и будущим и второму закону термодинамики?[33].
О какой низкой энтропии может идти речь, если любой квазар или черная дыра,
весом в 17 миллиардов солнечных масс, термоядерные реакции в звездах, вспышки
сверхновых не описываются релятивистской термодинамикой?
Структура многих открытых систем на земле, например торнадо, ураганов, циклонов
и т.д., удовлетворяет принципу минимального производства энтропии. Они обмениваются веществом, энергией с окружающей средой, что позволяет им существовать
продолжительное время[48]. Поэтому реки сами себе создают препятствия, образуя
наносы. Их русла существуют без изменений сотни тысяч лет. Торнадо ломают деревья леса, здания, что заставляет их тратить энергию и быстрее исчезать. Но квазары,
галактики, наверное нельзя считать открытой системой, т.к. они очень редко обмениваются веществом, энергией с другими галактиками.
-Проблема горизонта[12]
Почему удалённая от нас часть Вселенной так однородна, тогда как теория Большого взрыва предсказывает измеримую анизотропию небесной сферы больше, чем
она наблюдается? Возможным подходом к решению являются гипотезы инфляции,
но не переменной скорости света. Теория Большого взрыва, которая есть, не точна.
-Изотропия реликтового излучения
Некоторые общие особенности микроволнового излучения неба на расстояниях более 13 миллиардов световых лет, по всей видимости, говорят о наличии как
движения, так и ориентации Солнечной системы. Является ли это следствием систематических ошибок обработки, загрязнением результатов локальными эффектами
или необъяснимым нарушением принципа Коперника?
Это следствие систематических ошибок обработки, загрязнением результатов
локальными эффектами.
76
-Форма Вселенной
Что такое 3-многообразие сопутствующего пространства, т.е. сопутствующее
пространственное сечение Вселенной, неофициально называемое «формой» Вселенной? Ни её кривизна, ни топология в настоящее время неизвестны, хотя кривизна
скорее всего «близка» к нулю на наблюдаемых масштабах.
Сейчас не понятно, что называть Вселенной. Поэтому непонятна её форма. Но
эта тема используется для различных спекуляций, для выкачивания денег из налогоплательщиков астрономами и математиками.
Гипотеза космической инфляции предполагает, что форма Вселенной может
быть неизмеримой, но с 2003 года команда Жана-Пьера Люмине и другие группы
полагают, что Вселенная может иметь форму додекаэдрического пространства Пуанкаре. Является ли форма Вселенной неизмеримой, представляет собой пространство
Пуанкаре или имеет другое 3-многообразие?
На этот вопрос ответит только эксперимент.
Гипотеза команды Люмине не верна. Она напоминает рассуждения Кеплера. Он считал, что есть только шесть планет. Вывел приблизительно связь их орбит с геометрическими фигурами и с астрологией. Это не физика, а смесь геометрии, астрологии,
астрономии.
Изучение американского корабля WMAP 2006 г. показало, что наша Вселенная согласно теории Фридмана - трехмерное расширяющаяся пространство, является плоским евклидовым или очень близким к тому. Плотность вакуума и трёх других компонентов космической среды точно или почти точно равна критической плотности
ρc ' 10−29 грамм/см3 .
-Гравитационные волны
Можно ли гравитационные волны обнаружить экспериментально?[34][35]
Гравитационое волны открыты. Прямым наблюдением их обнаружили с помощью
детектора LIGO – Гравитационной обсерватории лазерного интерферометра 14 сентября 2015 г. в 13:51 по московскому времени.
Он представляет интерферометр Майкельсона. В нем используется не один резонирующий объект, а отслеживается расстояние между двумя не связанными друг с
другом, независимо подвешенными двумя зеркалами. Из-за колебания пространства,
вызванного гравитационной волной, расстояние между ними будет то чуть больше,
то чуть меньше. При этом чем больше длина плеча, тем большее абсолютное смещение вызовет гравитационная волна заданной амплитуды. Эти колебания чувствует
лазерный луч, бегающий между зеркалами. Такая схема способна регистрировать
колебания в широком диапазоне частот, от 10 герц до 10 килогерц. В этом интервале
излучают сливающиеся пары нейтронных звезд или черных дыр.
Американский профессор Кип Торн, услышал в беседе с Я. Б. Зельдовичом его
гипотезу, что две черные дыры при слиянии выделяют мощные гравитационные вол77
ны. Затем Торну удалось добиться финансирования в США 350 миллионов долларов
на оптический детектор гравитационных волн. С 1970 г. Владимир Брагинский с коллегами из МГУ и другие ученые придумали несколько идей, как повысить чувствительность такого гравитационного детектора. Может быть они реализуют не схему
двух плоских зеркал, а телескоп рефлектор(или другой тип) с большим фокусом,
внутри которого проходят десятки тысяч лазерных лучей. За счет более сложного
хода лучей и большего их количества им удастся поднять точность измерений.
В сентябре 2015 г. две системы LIGO, расположенные на расстоянии трех тысяч
километров друг от друга возле Сиетла (г. Хартфорд) и в Луизиане, одновременно
зарегистрировали сигнал, который по всем характеристикам был тем, какой ожидали получить от слияния двух черных дыр с массами 29 и 36 солнечных масс в
галактике на расстоянии 1,3 млрд. световых лет. Он возник на последних мгновениях при слиянии черных дыр, т. е. закончивших свою жизнь звёзд.
Другие типы детекторов оказались бесполезными. Их чувствительность была на
несколько порядков меньше требуемой. К ним можно отнести неудачную сеть детекторов гравитационных волн в Синайской пустыне, резонансный детектор в виде
двухметрового алюминиевого цилиндра с чувствительными пьезодатчиками по бокам и хорошей виброизоляцией от посторонних колебаний в Мэрилендском университете, построенных Джозефом Вебером и в других университетах.
Вопрос. Есть ли поглощение гравитационных волн при разрыве двух тел? Можно ли
вызвать разрыв двух тел облучением гравитационных волн? Сколько энергии гравитационных волн поглотилось (и значит массы выделилось) при образовании нашей
Вселенной? Гравитационные волны давно уже обнаружены косвенно, т.к. следуют из
Общей теории относительности. См. Д. Вайсберг, Джозеф Тейлор, Л. Фаулер, Гравитационные волны в пульсаре в двойной системе, Успехи Физических Наук, т. 137,
N8, 1982.
Наблюдая в Пуэрто-Риканской обсерватории в Милестоне в 1974 год за поведением нейтронной звезды PSR B1913+16, американские астрофизики Джозеф Тейлор и
Рассел Хюлз обнаружили импульсы сигналов, приходящие от этой звезды в радиоволновом диапазоне примерно через 59 миллисекунд. Иногда они стали показывать
другую периодичность – на десятки миллисекунд больше или меньше. Нейтронная
звезда, вращающаяся вокруг другой меняет периодичность своих сигналов в зависимости от траектории движения – в направлении Земли или от нее. Это подтверждение ОТО Эйнштейна о том, что нейтронные звезды теряют энергию, испуская
гравитационные волны. Значит и спутник Марса, приближаясь к планете, теряя свою
энергию, испускает слабые гравитационные волны.
В 1980-х годах ученое сообщество пришло к выводу о том, что подобные пары
нейтронных звезд через несколько сотен миллионов лет, столкнутся между собой,
испуская гравитационные волны огромной энергии. Тейлор и Хюлз в 1993 году стали лауреатами Нобелевской премии по физике за это открытие.
Можно использовать для детектирования гравитационных волн и косвенные
способы.
Наблюдать волны в этом пульсаре в двойной системе и других пульсарах: PSR
J0337+1715, PSR B1620-26, 0348+0432, 1738+0333, 1012+5307, WASP 0247-25b, 191078
5959A.
Использовать астероид или спутник планеты, комету, которые теряет свою массу изза гейзеров по известному закону. Значит период обращения его будет уменьшаться.
Нужно учесть, что высота орбиты спутника не может быть произвольно малой из-за
несимметричности гравитационного поля небесного тел.
Рассчитать гравитационные волны, чтобы получить наблюдаемую сеть ледовых
трещин на поверхности Европы - спутнике Юпитера и распределение температуры
поверхности Ио, которое зависит от выделения гравитационной энергии при движении Ио вокруг Юпитера.
Как действующие вулканы на Земле зависят от излучаемой гравитационной энергии
Земли, Солнца и Луны?
Как ядро галактики, испуская тёмное вещество, теряет свою гравитационную энергию?
Использовать орбиту Меркурия, (может быть Земли) в качестве датчика гравитационных волн, т.к. эксцентриситет, их перигелий (самая дальняя точка орбиты от Солнца) постоянно смещается. Может быть можно выделить гравитационное
влияние Солнца и тогда попробовать улавливать влияние гравитационных волн от
взрывов сверхновых.
Использовать для наблюдения гравитационных волн систему глобального позиционирования GPS и ГЛОНАСС. Для этого нужны более точные атомные часы.
Горы Земли представляет собой огромный датчик, координаты которых известны.
Хаотические колебания их высот связаны с землетрясениями и движением земной
коры, а периодические колебания связаны с гравитационными волнами Солнца и
Луны. Есть третий вид колебаний из-за уникальных астрономических явлений. Например, если Луна медленно удаляется от Земли, ее гравитационные волны должны
уменьшаться со временем обратно тому, как у звезды PSR B1913+16. Расстояние
до Луны с Земли определяется лазером и лазерными уголковыми отражателями
с точностью до 0,3 м. Достаточно ли этой величины абсолютной погрешности для
обнаружения гравитационных волн? Может быть нужно использовать поверхность
Луны как датчик гравитационных волн, т.к. там меньше лунотрясений и форма Луны более стабильная, чем Земли.
Mедленные гравитационные волны, наблюдаемые в реках из-за приливов каждый день, называют Бор. Они движутся против течения и против силы тяжести.
Есть приливы и отливы, достигающие местами 14,5 м во Франции раз в 18 лет. Его
можно увидеть на атлантическом побережье Франции 3 марта 2033 г. Анализируя
форму Земли, чем занимается гравиметрия, можно детектировать медленные гравитационные волны, например движение материков.
Если бы мы в невесомости покрыли магнитной жидкостью глобус Луны, поместив
в центр сферический магнит, то определили бы, как жидкая лава Луны застывала
под действием гравитационного поля Земли в древности.
Вместо гравитационного поля нужно было бы использовать электромагнитное, моделируя воздействие Земли сферическим магнитом.
Гравитационное поле Земли сформировало форму видимой поверхности Луны из-за
79
приливов, поэтому видны извержения лавы из глубин Луны. На обратной стороне
Луны видна совершено другая форма поверхности. Там почти нет лунных морей и
океанов (5% от всей поверхности), но видны огромные кальдеры от вулканов. Можно
было бы проанализировать поверхность многих планет, их спутников. Должны быть
какие-то параметры поверхности одинаковы у Земли и Луны, которые определяются
их гравитационным полем, кроме эллиптичности формы.
Нулевая масса фотона не мешает фотонам оказывать давление на любую поверхность, потому, что фотон переносит электромагнитный заряд. см. опыты П. Лебедева. Переносчик гравитационного поля - гравитон. Его масса равна 0. Гравитон
переносит гравитационный заряд. Его хотят обнаружить.
Гравитационным „зарядом” является тензор энергии-импульса, куда входит и
масса, скорость, и кинетическая, потенциальная энергия и т.д. Поэтому нет проблем
отделить эффект Солнца от других.
В экспериментах астрономы давно используют гравитационные линзы - т.е. увеличение размера галактики под действием силы тяжести другой галактики. Если бы не
было гравитационных волн, они были бы невозможны.
В атмосфере Земли мы видим множество оптических линз в атмосфере из воздуха.
Температура волн воздуха, его плотность все время меняется и звезды мерцают. Этот
эффект называют турбулентностью атмосферы. Может быть мы увидим мерцание
масс галактик из-за микрогравитационных линз во Вселенной из-за турбулентности
гравитационных волн.
Полезно было бы обнаружить способы анализа поверхностей планет, их спутников с
медленными гравитационными волнами в сплошной среде.
Силы притяжения Луны могут деформировать земную кору на дециметры, удерживая её на орбите, вокруг Земли.
Нелинейные процессы почему-то не используют в датчиках гравитационных волн.
Ими могут быть две полоски металла, изогнутые в разные стороны и закреплённые
за концы. При передвижении закрепленных концов, горб на полоске (по форме напоминает солитон) перемещается на порядки большее расстояние. Цветы, которые
чувствуют гравитационное поле Луны, во время цветения, напоминают лист бумаги,
изогнутый под собственной силой тяжести. Когда появляется Луна, они наклоняются
и из них высыпаются семена. Такое бывает только раз в году. Похожее наблюдается на коралловом рифе в Австралии, когда кораллы выбрасывают семена во время
прилива при полной Луне.
Есть ли теория, где вещество не падает на черную дыру, а вращается вокруг нее, не
излучая энергию, как электрон вокруг атома?
Частица, имеющая наименьшую массу - электронное нейтрино, поэтому в силу закона сохранения массы ей не во что распадаться. Поэтому электронное нейтрино по
сегодняшним представлениям живет вечно.
Если в тарелку с водой насыпать муку, то видны многочисленные трещины на
муке при покачивании тарелки. Понаблюдайте их в микроскоп. Вы увидите как вода
поднимается вверх за счет капиллярных сил. Можно ли придумать датчик гравитационных волн испускаемых Юпитером, если анализировать динамику трещин льда
на его спутнике Европа? Аналогично это относится к трещинам на Луне и Земле.
Т.е. можно ли провести анализ динамики трещин на Земле в зависимости от гра80
витационных волн на Солнце, например во время наступления редких событий: при
взрывах плазмы, вспышках на Солнце? Влияют ли гравитационные волны на коллективное движение, например броуновских частиц из муки в воздухе, в капле воде
у трещин? А на облака из молекул воды, на рой комаров в воздухе? Точно известно,
что извержения вулканов на Земле происходят чаще во время полнолуния.
Можно ли использовать электронный микроскоп для детектирования гравитационных волн?
Можно использовать форму рисунка масла в зазоре между двумя плоскими пластинами для взвешивания тел, но для обнаружения гравитационных волн этот способ
не подходит.
Придумать антенну, которая ловит и усиливает гравитационные волны. Без неё их
не поймать. Может быть вся поверхность океана Земли могла служить такой антенной или поверхность двух подземных озера в пещере или параметры газа, который
извергается вулканом?
Какого размера морская раковина должна быть, чтобы слушая ухом в ней шум броуновского движение молекул мы могли бы услышать гравитационные волны?
Будет создан гравитационный телевизор, который будет показывать гравитационные
волны любых тел в режиме реального времени и гравитационный лазер, который будет генерировать гравитационные волны, ненамного и ненадолго усиливая гравитационное поле атомов, молекул. Использование приемников и генераторов гравитационных волн в определённых отраслях техники позволит экономить электроэнергию,
т.к. для их создания и приема требуется меньше энергии, чем при генерации и приеме электромагнитных волн. Это станет возможным, когда создадут сеть дорогих
приемников и излучателей гравитационных волн на поверхности Земли и будет возможен доступ к ним по интернету из любой части города.
Гравитационные волны не затухают так сильно с расстоянием, как электромагнитные. Будет создана новая гравитационная астрономия и открыто огромное число
видов и типов новых гравитационных волн-частиц.
Нашу солнечную систему, галактику можно рассматривать в виде огромных частиц.
Представьте себе, что стоя на улице, вы вдруг открыли глаза. Слепых, которые после операции стали видеть, поражает, что все предметы шероховатые, имеет разный
цвет и глаз это видит. Поэтому температура кончиков пальцев у слепых намного
выше, чем у нас. К нервным окончанием постоянно идет прилив крови, чтобы они
могли хоть что-то чувствовать. Поэтому человечество напоминает слепого, который
впервые стал видеть гравитационные волны в цвете и что они шероховатые. А вы
его спрашиваете, какую пользу он может извлечь из того, что стал видеть? Сейчас у
него наступило состояние избытка информации по этой теме, как у школьника. Он
не знает, как её сортировать.
Теперь астрофизики имеют возможность наблюдать столкновения нейтронных звезд,
нейтронных звёзд и черных дыр, черных дыр, для того, чтобы узнать, как они устроены внутри. Такая же ситуация в физике частиц возникла лет 70 назад.
Солнце, Земля и Луна, черная дыра в центре галактики представляют собой гравитационные линзы.
Заранее научатся предсказывать, более точно землетрясения, цунами, извержения
вулканов. Это спасет сотни тысяч жизней. Будет огромное количество новых открытий, приборов. Видеть Вселенную в гравитационных волнах в режиме реального
времени и слышать её, используя псевдо звуки. Астрономы начнут продавать теле81
компаниями новости Вселенной. Будет огромное количество новых идей.
Это изменит наши знания о недрах, где находится золото и нефть, об очень далёких
черных дырах, о ядре Земли. Мы же не видим его, т.к. сейсмические волны сильно
затухают и искажаются, а гравитационные волны нет.
В центре нашей галактики или в ядре находятся примерно 10 черных дыр. Изза вращения галактики они напоминают по форме примерно поверхность полярной
шапки Марса или ураган на Земле. Это остатки от проглоченных галактик. Как
только они начинают взаимодействовать, это влияет на Солнце. Оно начинает вибрировать. Меняется скорость полета его вокруг галактики. Может быть они приводят
к тому, что происходят взрывы, вспышки на Солнце, тогда становится пасмурной
погода и меняется климат на Земле? Поэтому возможно, что учет гравитационных
волн на движение Солнца вокруг галактики уточнит прогноз погоды на Земле, через
предсказание появления солнечных вспышек.
Появилась гипотеза: „Нобелевский лауреат Адам Рисс и другие ученые заявляют,
что недавно обнаруженные гравитационные волны, пойманные детектором LIGO,
могут на самом деле быть порождены не обычными черными дырами, а черными
дырами из темной материи, о чем они пишут в статье, размещенной в электронной
библиотеке Корнеллского университета.
Если эта идея окажется верной или хотя бы не противоречащей теории и наблюдениям, то тогда первое открытие LIGO может напрямую изменить наши представления о тех вопросах, которые имеют прямое отношение к фундаментальной
физике, а именно то, чем является и как ведет себя темная материя. ...эта идея
является подтверждением того, что у нас появился новый способ видеть Вселенную и воспринимать ее совершенно иным образом. - прокомментировал исследование
физик-теоретик Любош Мотль (Lubos Motl), работавший в Гарвардском университете.” Поэтому астрономы приступили к поиску доказательств этой гипотезы. Т.е.
астрономы докажут, что неверно определили вес старых, первых черных дыр во Вселенной, т.к. не понимали, что находится внутри черных дыр образовавшихся в самом начале Большого взрыва Вселенной находится темное вещество с более высокой
плотностью. Оно может состоять, например из кварков с нейтральным электрическим зарядом. Аналог нейтронных звезд. Но тогда, т.к. этих черных дыр больше на
расстоянии более 1 млрд. световых лет, чем вблизи от галактики, возможно поэтому
и наблюдается ускоренное расширение наблюдаемой Вселенной.
Скорее всего, основную информацию о гравитационных волнах будут получать от
неподвижных космических обсерваторий, расположенных в точках Лагранжа Земли,
Луны, планет, а не от земных обсерваторий типа Ligo. Так можно разнести детекторы на расстояние более, чем несколько тысяч км и нет воздействия на датчики от
землетрясений.
-Термодинамика Вселенной
Почему в наблюдаемой части Вселенной в настоящее время отсутствует термодинамическое равновесие?[36] Потому что Вселенная не описывается законами термодинамики, как и квантовая, кварк-глюонная система или самолет, летящий на
солнечных элементах на электрических двигателях. С точки зрения термодинами82
ки такого не может быть, т.к. совершается работа, а температура, объем, давление
внутри тела не меняется.
Вселенная - это открытая система в которой не сохраняется масса, импульс, момент импульса, энергия из-за термоядерных реакций и излучения энергии. Она не
описывается термодинамикой, что доказала теория тепловой смерти Вселенной около 120 лет назад. Кроме того, во Вселенной образуются диссипативные структуры,
введённые И. Пригожиным, которые одновременно управляются термоядерными реакциями, выбросами нейтрино, столкновениями, ТО Эйнштейна, а не законами термодинамики. T.e. облака газа, туманности могут влиять на образование звезд, их
взрывы, излучение энергии, которые не описываются термодинамикой.
Релятивистская термодинамика не может описать Вселенную.
2.2 Физика высоких энергий, физика элементарных частиц.
-Нарушение симметрии электрослабого взаимодействия
Каков механизм, ответственный за нарушение электрослабой калибровочной
симметрии, дающий массу W ± , Z 0 бозонам? Является ли он простым механизмом
Хиггса Стандартной модели[37] или же природа использует сильную динамику при
нарушении электрослабой симметрии, как это предлагается в теории техниколор?
На этот вопрос ответят только опыты.
-Масса нейтрино
Какой механизм отвечает за генерацию массы нейтрино?
Их суммарная масса зависит от величины энергии гравитационного поля, которая
выделяется при взрыве сверхновых звезд, столкновении звезд и черных дыр, где
идут термоядерные реакции. Чем больше масса взорвавшейся сверхновой, тем выше
суммарная масса порожденных нейтрино. То же самое видно при астрономических
событиях. Является ли нейтрино античастицей самой себе? Наверное нет.
Или это и есть античастица, которая просто не может соединиться и аннигилировать
с нормальной частицей из-за её нестабильного состояния?
Есть нейтрино и антинейтрино. Это разные частицы. Они очень быстро взаимодействуют друг с другом.
Можно предположить некое поле, подобное полю Хиггса, но распространенное во
всей Вселенной, за которое цепляется нейтрино и обретает массу. Масса нейтрино
тем тяжелее, чем выше энергия поля Хиггса. Или же есть частицы, как бозон Хиггса,
обмениваясь которыми, нейтрино приобретает массу.
-Кварки
Почему ровно три параметра, которые называют цветом?[1]. Почему ровно три
поколения кварков? Случайно ли совпадение числа цветов и числа поколений? Случайно ли совпадение этого числа с размерностью пространства в нашем мире? Откуда берётся такой разброс в массах кварков? Из чего состоят кварки?[15]. Как кварки
83
складываются в адроны[8]?
Гипотеза: ровно три поколения кварков, т.к. только 6 кварков дают 6 точных
аналитических решений ур-я Янга-Миллса (три решения при прямой и 3 решения
при обратной подстановке, немного похоже на гистерезис).
Как кварки влияют на силу гравитации и светимость? Есть ли кварковые звезды? Какова точные массы кварков? Не зная точно массы кварков, не подсчитать
массу покоя материи космического вакуума.
Если бы ученые начали задавать такие же вопросы про протон и нейтрон, почему их
только два в ядре, то это было бы глупо? Если природа так именно устроена, то мы
должны только определить это, но не спрашивать, почему в ядре атома есть протон
и нейтрон. Это не является парадоксом.
Если кварки состоят из частиц, то примерно к 2100 г. будет построена модель кварков и найдены частицы из которых они состоят. На этот поиск будут направлены
огромные силы физиков.
Три кварка с одинаковым зарядом отличаются друг от друга только цветом и массой
покоя.
-Отношение инерциальная масса/гравитационная масса для элементарных частиц
В соответствии с принципом эквивалентности общей теории относительности,
отношение инертной массы к гравитационной для всех элементарных частиц равно
единице. Однако, экспериментального подтверждения этого закона для многих частиц не существует.
Ну и что. Пока нет ни одного факта, что это не так.
В частности, мы не знаем, каков будет вес макроскопического куска антивещества известной массы.
Принципом эквивалентности общей теории относительности для всех частиц выполняется, если их скорость не превышает скорость света. Поэтому вес вещества и антивещества одинаков. Это все равно что спрашивать: вес капли воды, по которой
идет электрический ток или движутся положительные ионы, равен весу капли, по
которой не идет электрический ток или не движутся положительные ионы?
-Кризис спина протона
По первоначальной оценке Европейской группы по мюонному сотрудничеству,
на три основных («валентных») кварка протона приходится около 12 % от общего
объёма спина. Можно ли пересчитать остаток глюонов, которые связывают кварки, а
также образуют «море» пар кварков, которые постоянно создаются и аннигилируют
для какого-то одного эксперимента на супер компьютере?
Нет.
-Квантовая хромодинамика (КХД) в непертурбативном (т.е. не используя теорию возмущений) режиме
84
Ур-я КХД остаются нерешёнными аналитически на энергетических масштабах,
соответствующих описанию атомных ядер. В основном численные подходы, кажется,
начинают давать ответы на этот предельный случай. Подходит ли КХД для описания физики ядра и его компонентов?
Да, это подтвердили многочисленные расчеты на компьютерах по глюодинамике.
Это справедливо для многих случаев. Аналитически не решены многие интегралы и
дифференциальные ур-я.
„Мы точно знаем, что КХД — асимптотически свободная теория. Т. е. элементарные частицы КХД — глюоны и кварки слабо взаимодействуют между собой на
малых расстояниях и сильно взаимодействуют на больших. Слова «большие» и «малые» относится к очень малым расстояниям с макроскопической точки зрения, а
теория сама задает масштаб, относительно которого мы и отсчитываем величины.
Из-за того что сила взаимодействия увеличивается с расстоянием, теоретики придумали модель, что между кварками протягивается струна, которая не дает кваркам
существовать независимо. В этом состоит явление удержания кварков. Как возникает струна КХД, какое свойство вакуума КХД ответственно за ее возникновение
— вопрос исключительно сложный. Попытки удовлетворительного описания рассеяния частиц в теории сильных взаимодействий и привели к созданию теории струн в
конце 1960-х — начале 1970-х годов, но она дает совершенно не точные результаты.
Фраза «Вакуум КХД — дуальный сверхпроводник», непонятна, не полученное
до сих пор из первых принципов квантовой теории поля. Вопрос про вакуум КХД,
или проблема удержания кварков, ... входит в тройку наиболее важных проблем фундаментальной физики, вместе с вопросом о квантовой гравитации и природе темной
энергии и темной материи.
B вакуумe КХД есть два типа вакуумных флуктуаций: малыe и большиe. Представьтe маятник на подвесе. Для него малые флуктуации — небольшие колебания
маятника относительно положения равновесия, большие — когда маятник совершает
полный оборот вокруг точки подвеса.
Bторой процесс невозможен, если только маятник очень сильно не толкнуть, но мы
уже оказались в квантовом мире, в котором возможно всё, только с разной вероятностью. Большие флуктуации возникают как результат квантового туннелирования
и имеют нетривиальные топологические свойства.
В физике они называются инстантонами. Другое их название — непертурбативные
флуктуации. Впервые в квантовой теории поля они были найдены в 1975 г. в работе
А. Белавина, А. Полякова, А. Тюпкина и А. Шварца. В квантовой хромодинамике
при разделении спина должны быть видны квазичастицы в теории ЯМ, обладающие
ненулевой массой”. Надо посмотреть на процесс разделения спина в сверхтекучей
жидкости.
-Удержание цвета[1]
Почему никогда не были зафиксированы свободный кварк или глюон, а только
85
объекты, построенные из них, например, мезоны и барионы?
Из-за того, что время жизни свободных кварков очень мало (например 10−20 сек),
т.к. силы между кварками огромные. Они приводят к тому, что кварки объединяются, и образуют другие частицы. Я представляю кварк, как один из полюсов магнита.
Он никогда не может быть один, а только в паре. Т.к. имеется 8 типов глюонов и
несколько кварков, то видно несколько видов магнитных полюсов: cкажем северный,
восточный, южный, западный.
Каким образом эти явления вытекают из КХД?
Если вы сможете оградить кварк от других кварков, то удержите одиночный кварк,
как и антиатом длительное время в каком-то объеме. Как это сделать? Нужен гамма
лазер, который бы работал на очень высоких частотах, чтобы можно было его лучом
охлаждать кварк и управлять его положением в пространстве.
-Сильная CP-проблема и аксионы
Почему сильное ядерное взаимодействие инвариантно к чётности и зарядовому
сопряжению?
Это свойство материи.
Является ли теория Печчеи — Квинн решением этой проблемы?
Нет, т.к. она не построена на экспериментальных данных.
-Гипотетические частицы
Какие из гипотетических частиц, предсказываемых суперсимметричной теорией
и другими известными теориями, на самом деле существуют в природе?
Скорее всего те, которые меньше известных по энергиям, массе. Нужно построить
микроскопическую пузырьковую камеру и микро камеру Вильсона. И есть частицы
огромной энергии, те, что прилетают из космоса.
Но сейчас я думаю, что никаких.
В 2008 г Ли (T.D.Lee), нобелевский лауреат в интервью сказал, что асимметрия в
паритете. Зарядовое сопряжение и инверсии времени не являются асимметричными
фундаментальными законами физики. Поэтому на Большом адронном коллайдере
найдут правосторонние частицы W ± , Z 0 бозоны.
Наверное, Ли считает, что есть аналогия с теорией гравитации и турбулентности. Мы видим огромное количество галактик или квазичастиц, циклонов, ураганов.
Но все они различны, отличаются друг от друга. В северном полушарии ураган, закручен часто в одну и ту же сторону. Его электрический заряд одинаков. Он всегда
испускает молнии, а не наоборот. Молнии не ударяют от земли в ураган или грозовую тучу. Ураган всегда сначала растёт, потом распадается на части, т.к. движется
от теплых масс воды к холодным, а не наоборот. Но, если мы создадим воронку в
ванне через слив, то видим, что она может вращаться по часовой или против часовой
стрелке. Значит, есть частицы левосторонные как W ± , Z 0 бозоны и правосторонные.
Но природа почему-то показывает нам, что нет правосторонних бозонов W ± , Z 0 .
Cпустя 10 лет не были найдены правосторонние бозоны, симметричные частицы,
поэтому я предполагаю, что асимметрия не в паритете. Зарядовое сопряжение и ин86
версия времени являются асимметричными фундаментальными законами физики.
-Теория Редже
Почему все наблюдаемые в эксперименте траектории Редже являются прямолинейными и имеют приближенно равные наклоны?[38][39]
Эта теория используется для приближённого, феноменологического, полуэмпирического изучения теории сильных взаимодействий для нерелятивистских процессов,
намного меньше скорости света. О ней можно почитать в физической энциклопедии,
1994 г., т. 4 на стр. 304 и учебнике Л.Д. Ландау, Квантовая механика, т. 3, 1989 г. на
678 стр.
В интернете скачайте: Коллинз П., Сквайрс Э., Полюса Редже в физике частиц, 1971
г., но она для специалистов.
Для каких-то эмпирических данных она справедлива. Какой смысл тратить время на этот мелкий, второстепенный вопрос? Она не даст четкого, ясного ответа. Это
грубая модель, если с 1958 г. не нашли ответа на этот вопрос.
Ценность теории Редже: она привела к созданию дуальных моделей адронов. Дуальность используется в квантовой хромодинамике для описания сечений рождения
кварка, глюона и адрона.
-Радиус протона
Радиус протона, определённый в экспериментах по измерению лэмбовского сдвига в атоме водорода с заменой электрона на мюон (0,8409 фм), оказался меньше радиуса протона, определённого в экспериментах по рассеянию электронов на протонах
(0,879 фм)[40].
Какой-то из этих методов не верен. Или радиус протона меняется в зависимости от
типа эксперимента.
Я проделал численный опыт. Предположим, что конечно неверно, что четыре самых
тяжелых кварка построены только из двух кварков: D и U. Когда они образуют
четыре кварка, энергия кварка D и U немного меняется. Удается получить четыре
формулы для энергии четырёх самых тяжелых кварков вида:
E = const · α · (Ed + Eu).
α = 1/137.0360999708 - постоянная тонкой структуры,
Ed, Eu - энергия D и U кварка. Для каждого типа кварка она немного меняется.
Масса мюона близка к
3/2 · α · melektrona
m_elektrona - масса покоя электрона Если бы размер кварка зависел от его энергии покоя, то и размер протона, зависел бы от его энергии, которая складывается
из энергии покоя плюс некоторая дополнительная энергия, которая поступает извне,
например с потоком нейтронов или та, которая выделяется внутри протона при облучении глюонами кварков.
В будущем мы узнаем, в чём причина изменения радиуса протона, если она есть.
-Магнитный момент мюона
87
Экспериментальное значение магнитного момента мюона не соответствует теоретическому [40][41].
Значит теория СМ физики не верна. Распад мюонов не всегда описывается стандартной моделью.
В 2017-2020 г. в Японии пройдет эксперимент COMET 170 ученых разных стран по
поиску превращения мюона в электрон в импульсном пучке протонов. Стандартная
модель такого процесса не предусматривает.
-Электрический дипольный момент нейтрона
Был бы точно равен нулю, если бы имела место инвариантность всех взаимодействий, в которых участвует нейтрон, относительно операции отражения времени.
Слабые взаимодействия не инвариантны относительно операции отражения времени. Вследствие этого нейтрон должен был бы обладать электрическим дипольным
моментом. Причина отсутствия этого момента у нейтрона неизвестна.[42]
Значит имеет место инвариантность всех взаимодействий, в которых участвует нейтрон, относительно операции отражения времени за счет какого то нового процесса.
-Антивещество
Как быстро, дешево получать и надежно хранить антивещество?
Антивещество - это хранилище энергии. Если бы научились его делать в виде миллиардов, миллионов атомов, например в виде кристаллов, то генераторы антивещества
заменили бы Токамаки, т.к. при аннигиляции образуется только гамма излучение и
не надо достигать миллиарда градусов, чтобы достичь такой же энергии с изотопом
Гелия-3. Антивещество можно было бы хранить внутри сильного магнитного поля,
специальной конфигурации.
Возможно, что когда создадут Токамак, эта проблема будет решена в лоб. Избыток
энергии Токамаков будут направлять не только на выработку водорода из воды, но
и на получения антивещества известными способами.
Изготовив солнечные батареи из атомов антикремния, можно вырабатывать позитроны из солнечного света в космосе. Но их нужно защитить от вещества, пыли сильным
электромагнитным полем. Затем ток из позитронов хранить в конденсаторах, изготовленных из антивещества. Но такой способ пригоден для замкнутого космического
пространства (скажем для камеры на Луне). Он более дорогой и опасный, чем если
вырабатывать и использовать обычный электроток из электронов. Аналогично отказались от озона, фтора в ракетной технике и использовании перекиси водорода в
торпедах в СССР и России. Никто не использует нитроглицерин или динамит, как
топливо автомобилей. Они взрывоопасны и ядовиты.
Сегодня в лаборатории антивещества в ЦЕРН изучают десятки тысяч антиатомов.Завтра будут изучать миллионы.
2.3. Астрономия и астрофизика
-Струи аккреционных дисков.
Активные ядра галактик окружёны аккреционным диском, испускают релятивист88
ские струи, излучаемые вдоль полярной оси[43].
Придумайте модель, которая отражает самые главные особенности этого явления.
Что называть релятивистскими струями?
Уже создана модель, см. В.С. Бескин, Магнитогидродинамические модели астрофизических выбросов, Успехи физических наук, N 12, т. 180, 2010 г.
На 357 стр. Т.4 физической энциклопедии, 1994 г. дается схема процесса рентгеновского пульсара, который излучает рентгеновское излучение за счет аккреции вещества звезды. Нет ли здесь аналогии?
Точно установлено, что есть выбросы из ядер активных галактик, квазаров, пульсаров, молодых звезд. Они делятся на два типа. В одних, медленных, видны спектры
железа. В других релятивистских не видно ничего. Считается, что это струи электронов и позитронов. Струи вращаются вокруг оси и распадаются на части. Испускаемая
плазма отлично проводит ток. Необходим аккреционный диск у черной дыры, который создает магнитное поле и разгоняет плазму.
Поэтому, чтобы изучить релятивистские струи нужны мощные (радио, гамма) телескопы с интерф. базой больше, чем у „Радиоастрона”.
Таким образом галактика в центре имеет черную дыру(или чаще несколько), а
по краям аккреционный диск, который испускает перпендикулярно плоскости галактики, релятивистские вращающиеся струи из атомов железа, водорода, электронов и
позитронов, иногда с околосветовой скоростью. Они разгоняются магнитным полем.
Эти струи превращаются в нити из вещества, которые под действием силы гравитации удерживают галактики друг с другом. Это часть темной материи и энергии
космического вакуума.
Можно придумать 7 моделей.
1. Черная дыра имеет вид тора и/или из-за того, что она из антивещества. Поэтому, после аннигиляции вещества, образовавшееся гамма, рентгеновское, гравитационное излучение уходит из черной дыры через дырку тора.
2. Звезда и черная дыра находятся внутри большой черной дыры. Звезда теряет
вещество. Оно засасывается внутрь черной дыры, которая находится рядом. Черная
дыра из антивещества. Попадая на полюса черной дыры вещество звезды аннигилирует и испускает гамма излучение, которое формирует релятивистские струи. Затем
из этой струи электронов может сформироваться облако, если оно как электромагнит притянет другие частицы.
3. Две быстро вращающихся черных дыры вокруг общего центра тяжести.
Их гравитационное поле образует тор. Часть вещества, ускоряется и проскакивать
сквозь такое поле и имеет форму релятивистской струи.
4. В торнадо наблюдается ускорение кусочков веток, кирпичей, шифера до скорости звука. Кирпич пробивает дыру в листе железа. Кусок шифера площадью 5
квадратных см втыкается в дерево, как нож и не разрушается. Торнадо представляет собой цилиндрический вихрь со стенками. Внутри него сильно пониженное давле89
ние. Он как огромный пылесос. Если стенка в каком-то месте разрушилась временно,
например, при столкновении с преградой, в эту дырку вылетает часть того, что он
всосал внизу со сверхзвуковой скоростью. Может ли быть такой же эффект в черной
дыре? Внутри черной дыры вращается с огромной скоростью вещество и сжимается
пространство. Это микровселенная наоборот. Вдруг стенки черной дыры на полюсах
утончаются и из них вылетает струя расширяющегося вещества со скоростью света, если на полюсах гравитационное поле ослабнет и позволит вылететь веществу.
Но это нарушает принцип черной дыры. Из нее ничего не должно вылетать. Может быть, это не выполняется для черных дыр, когда их вещество или проглоченное
излучение уменьшили плотность и энергию или столкнулись друг с другом, отскочили и вылетели с полюсов. Или при быстром вращении. Тогда всё вещество 3 · 1015
эВ на стенках черной дыры, как в пузыре. Если стенка черной дыры порвалась на
полюсах из-за вращения и центробежных сил, гравитационной неустойчивости, там
резко уменьшится сила гравитации. В этом случае возможно кратковременно такое
явление, как прокол стенки черной дыры.
5. При вращении жидкости у них формируется параболическая поверхность. У
газопылевых дисков, галактик часто бывает линзообразная внешняя поверхность.
Значить вещество черной дыры может принимать форму линзы. Поэтому, если волны вещества, массы, засасываемые черной дырой превращаются в волны энергии,
гравитационные волны, то они могут отражаться от поверхности такой линзы и фокусироваться под действием магнитного поля. Это напоминает отражение металлических шаров от стенки шара. В месте ослабления гравитационного поля черной
дыры на полюсах из нее вырывается две гравитационных волны, торнадо наоборот.
Это вращающаяся волна вещества-энергии со скоростью света, т.к. скорость гравитационных волн близка к скорости света. Т. к. они нелинейные волны, в них может
наблюдаться процесс самофокусировки. Теоретически такие волны можно использовать для межзвездных путешествий, переброски груза, который не повреждается от
возникающего там рентгеновского и гамма излучения со скоростью близкой к скорости света. Значит это и огромная машина времени. Если человек попал в такую
струю, и имеет защиту от гамма излучения, то он постепенно будет оказываться в
будущем времени согласно теории ОТО, если научится использовать огромную энергию релятивистской струи.
6. Это белая дыра.
7. Это природный рентгеновский или гамма лазер, подобно тому, как наблюдаются природные мазеры. Это возможно для тех черных дыр, у которых масса
недостаточна, чтобы удержать фотоны высокой энергии или же ядро черной дыры
сильно деформировано по каким-то причинам, например из-за быстрого вращения
вокруг оси или столкновения с другой черной дырой. Но эта версия не отвечает на
вопрос: почему кроме излучения выбрасывается плазма из электронов и позитронов
из черных дыр.
У многих аккреционных дисков существуют квази-периодические колебания изза вращения ядер черных дыр. Это видно и у рентгеновских пульсаров. Период этих
колебаний имеет масштаб, обратно пропорциональный массе центрального объекта.
90
Иногда существуют обертоны, и у разных объектов обертоны имеют различные соотношения частоты, т.к. черная дыра состоит из нескольких ядер (черных и белых
дыр), вращающихся вокруг общего центра тяжести, испуская гравитационное, нейтринное излучение.
-Солнечная активность.
Какова природа солнечной активности?
Некоторые длительные циклы у Солнца хорошо описываются теорией солитонов.
Как будто бы Солнце механически представляет собой одну нелинейную волну солитон. Как если бы внутри него произошел термоядерный взрыв, или если бы центр
нашей галактики вдруг завибрировал, то всплеск тепла на Солнце происходил бы
очень длительное время и функция температуры поверхности Солнца и следовательно Земли похожи на колебания параметров, которые видны на перевернутом на
180 градусов рис. 7.6 в книге А.Т. Филиппов, Многоликий солитон, 2-е изд., Квант,
1990.
Солнце формирует частицы примерно до 1015 эВ, затем их число падает, примерно
по экспоненте.
-Проблема нагрева короны
Почему солнечная корона (атмосферный слой Солнца) намного горячее, чем поверхность Солнца?
Температура определяется по инфракрасному излучению. Корону нагревает конвекция и электромагнитное излучение плазмы, которая накапливается в солнечной короне. Солнечная корона - это атмосфера Солнца, плазма, которая удерживается не
силами гравитации, а электромагнитным полем. Поэтому вблизи полюсов звезды она
минимальна, а на экваторе обычно максимальна по высоте.
Астрономы обнаружили несколько процессов, которые нагревают корону. К одним
из них относят взрывы, постоянно видимые в ультрафиолетовом и рентгеновском
диапазоне мощностью около 300-400 килотонн тринитротолуола.
Поверхность Солнца кипит, и не может нагреться выше некоторой температуры благодаря конвекции. Охладившись, плазма опускается вниз. Солнечная корона отрывается и отбрасывается солнечным ветром. Её нечем охладить. Там нет конвекции,
ее нагревает индукционный нагрев, как в микроволновой печке. От границы солнечной короны часть излучения отражается обратно к Солнцу, т.к. корона (плазма)
не прозрачна для некоторых длин волн. Поэтому во время торможения спускаемого
космического аппарата в атмосфере Земли с ним нет связи. Солнечная корона нагревается протуберанцами.
Почему магнитное пересоединение совершается намного порядков быстрее, чем предсказывают стандартные модели? Эти модели не верны. Процесс нелинейный и величина магнитного поля намного выше, чем дано в моделях.
-Гамма-всплески(ГВ)
Каково происхождение этих краткосрочных всплесков высокой интенсивности?[44] Существует много типов ГВ. Что Вы называете всплеском? Дайте точное
91
определение всплеска.
Большинство наблюдаемых ГВ, представляет собой два противоположно направленных узких луча в виде конусов мощного излучения, испускаемого во время вспышки
сверхновой. Быстро вращающаяся, массивная, очень старая звезда сжимается под
действием силы тяжести (коллапсирует), превращаясь в нейтронную звезду (или в
кварковую звезду?), или в чёрную дыру и он наблюдается при слиянии двойных нейтронных звезд. После взрыва образуется горячая туманность вокруг взорвавшейся
сверхновой звезды. Крупная сверхновая выбрасывает огромное количество материи
бывшей звезды. Она объединяется в тор, вращающийся вокруг центрального тела, который затем образует туманность (см. Крабовидная туманность). Часть этого
диска поглощается черной дырой, а остатки разгоняются магнитным полем до околосветовых скоростей и выбрасываются в виде релятивистских, закрученных струй
(по-английски джетов): из атомов металлов, например железа, никеля, урана, атомов
тяжелее углерода, электронов и позитронов. Затем они тормозятся и рассеиваются
в галактическом и межгалактическом пространстве.
Состав старых звезд в основном из: H, He, C, O, N, Si, Mg, Ne, Fe.
Скоро достроят 30 метровый телескоп на Гавайях, который в 100 раз чувствительнее
10 метрового рефлектора, запустят космический телескоп им. Уэбба в 2018 г. Проводут обработку наблюдений обсерватории „Радиоастрон”, тогда этот вопрос будет
частично понят. Невозможно ответить на этот вопрос без наблюдений.
В 2015 г. была найдена сверхновая или вспышка SN 2012ap промежуточного третьего типа в галактике NGC 1729. Раньше считали, что бывает два типа сверхновых,
порождающих гамма всплеск: Ic и II-го типа.
Cверхновые и их cтруи достаточно давно считаются источником непонятных GRBвспышек – мощных всплесков в гамма-диапазоне.
-Сверхмассивные чёрные дыры
Какова причина отношения М-сигма между массой сверхмассивной чёрной дыры и дисперсией скорости галактики?[45] А что называть сверхмассивной черной
дырой?
В квазаре SDSS J0100+2802, питающийся от черной дыры, в 420 триллионов раз
ярче нашей звезды и в семь раз – самого дальнего из известных квазаров. Квазар
SDSS J0100+2802 находится на расстоянии 12,8 миллиарда световых лет от Земли
и сформировался спустя 900 миллионов лет после Большого Взрыва. В нем обнаружили черную дыру массой в 12 миллиардов Солнц. Затем нашли черную дыру в
другом месте массой 17 миллиардов Солнц. Эта величина будет увеличиваться. Это
сверхмассивная черная дыра или нет? Когда мы слышим приставку: сверх, ультра,
мега, супер - это условность. Почитайте учебники по суперсимметрии, которую скоро выбросят на свалку истории физики. Там используется много прилагательных,
существительных с приставками супер, сверх.
Любую дыру, которая на порядок тяжелее, больше предыдущей, как персональный
компьютер и суперкомпьютер 20 лет назад равных по мощности называют сверхмассивной черной дырой? Тогда это игра слов.
-Наблюдаемые аномалии
92
Аномалия «Гиппарха»: Каково фактическое расстояние до Плеяд?
При измерении величины параллакса звезд, входящих в скопление Плеяды космической обсерваторией „Гиппарx” обнаружена погрешность с другими измерениями
на Земле, доходящая до 20%. Астрономы считали, что это погрешность обработки наблюдений, измерений программами. Необходимо было переделать и проверить этот
этап. Но результат этой работа остался не ясен. Скорее всего нужно перепроверит
их расчеты другой астролабораторией. Правильнее сказать до какой звезды этого
созвездия? Но это задача астрометрии, а не физики.
Астрономы неточно определяют расстояние до звезд. Поэтому только с 2000 по 2017
год погрешность определения положения звезд, галактик улучшилась с 0.1 секунд
до 0,00001 угловой секунды дуги на небе. Значительное улучшение точности определения положения звезд на небе началось после запуска обcерватории „Гиппарx”
(Hipparcos) в 1989 г. Сегодня у 6% галактик координаты определены с точностью
не лучше, чем 0,1 угловых секунд дуги. Это происходит и из-за того, что у многих
галактик из центра, как из ракеты, вырываются струи вещества, которые мешают
измерениям.
Аномалия сближения. Почему наблюдаемая энергия спутников, совершающих
гравитационный манёвр, отличается от предсказываемых теорией значений?
Из-за несимметричной формы гравитационного поля тел, возле которых они совершают маневр. Например, возле комет. Не учитывается вращения тел, колебаний и
не знают распределения плотности вещества тел. Поэтому не удалось посадить зонд
на ядро кометы, как предполагалось.
Проблема вращения галактик:
Является ли материя космического вакуума ответственной за различия в наблюдаемых и теоретических скоростях вращения звёзд вокруг центра галактик, или же
причина в чём-то ином?
Да, но одновременно масса, размер центра галактик(центров, если они состоят из
нескольких черных дыр), размеры звезд известны приближенно. Профиль скорости
V=f(R) как функция от радиуса у всех галактик отличается друг от друга.
-Сверхновые
Каков точный механизм, посредством которого имплозии умирающих звёзд становятся взрывом?
Это нужно изучать экспериментально, через наблюдения (в оптические, радиотелескопы, Радиоастрон и нейтринную обсерваторию) и с помощью математического
моделирования на суперкомпьютерах. Почему на международной космической станции нет телескопа для решения этой задачи ?
Космические лучи сверхвысоких энергий[30]
Почему некоторые космические лучи обладают невероятно высокой энергией
(так называемые частицы OMG), учитывая, что вблизи Земли нет источников космических лучей с такой энергией? Космические лучи - ядра водорода, гелия, прото93
ны, разогнанные до релятивистских (околосветовых) скоростей в магнитных полях
сверхновых звезд; новых звезд (белых карликов); в пузырях горячего ионизированного газа, надуваемого истечением вещества из массивных горячих звезд. Например, в
расширяющейся оболочке взорвавшейся сверхновых возникают ударные волны плазмы, генерирующие магнитные поля, разгоняющие эти частицы. Это подтверждено
экспериментом PAMELA на российской космической обсерватории. [49] „Механизм
ускорения заряженных частиц на ударных волнах сверхновых был предложен Гермогеном Крымским и коллегами в 1977 году. Из-за малого времени жизни этих ударных
волн оцениваемая максимальная энергия ускоренных частиц не могла превышать
величины порядка 1014 , 1015 эВ (электронвольт). Но гамма-телескоп Ферми в ноябре
2010 года обнаружил две гигантские структуры в центральной области нашей галактики, испускающих излучение в гамма- и рентгеновском (микроволновом) диапазонах. Их назвали «пузыри Ферми». Они как уши на голове, симметрично вытянуты
перпендикулярно плоскости галактики относительно её центра и простираются на
расстояние в 50 тысяч световых лет, равному диаметру диска Млечного Пути.
Природа Фермиевских пузырей ещё остаётся не вполне ясной, однако пространственное положение обнаруженных структур однозначно указывает на их отношение к активности центра нашей Галактики, где, как предполагается, расположена центральная чёрная дыра с массой 106 солнечных масс. Пузыри Ферми связаны с процессами
звёздообразования и выделением энергии в центре Галактики в результате приливного разрушения звёзд при аккреции их на центральную чёрную дыру. Подобные
структуры наблюдаются в других галактических системах с активными ядрами.
См. Иллюстрацию пузырей рентгеновского/гамма-излучения галактики Млечный
Путь: https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/new-structure.html
Телескопом «Планк» обнаружено излучение этих структур в микроволновом диапазоне.
Ученые доказали расчетами, что частицы с энергией от 1015 до 1018 эВ образуются
при разгоне в ударных волнах вещества, которое падает под действием гравитационнного поля на черные дыры и ускоряются в пузырях Ферми.
См. https://www.epj-conferences.org/articles/
epjconf/pdf/2017/14/epjconf-isvhecri2016_04004.pdf
„Дмитрий Чернышёв (выпускник МФТИ), Владимир Догель (сотрудник МФТИ) c
коллегами из Гонконга и Тайваня опубликовали статьи о природе «пузырей Ферми».
Они показали что гамма- и микроволновое излучение в этих областях обусловлено
различными процессами с участием релятивистских электронов, ускоренных ударными волнами, которые образуются при падении звёздного вещества на чёрную дыру.
При этом ударные волны должны ускорять протоны и ядра. В отличие от электронов, релятивистские протоны, обладающие большей массой, практически не теряют
свою энергию в гало и могут заполнять весь объём Галактики. Авторы предположили, что гигантские ударные фронты Фермиевских пузырей способны дополнительно
ускорять протоны, испущенные сверхновыми, до энергий существенно выше 1015 эВ.
Анализ процессов дополнительного ускорения космических лучей показал, что
пузыри Ферми могут отвечать за формирование спектра космических лучей при
энергиях, больших 3 · 1015 эВ. Энергия ускоренных протонов в Большом адронном
коллайдере около 1015 эВ. Рождённые при взрывах сверхновых частицы с энергиями,
меньшими 3 · 1015 эВ, перемещаясь из диска галактики в галактическое гало, допол94
нительно ускоряются в пузырях Ферми. Параметры модели, описывающие ускорение
частиц в Фермиевских пузырях, позволяют объяснить природу спектра космических
лучей выше энергии 3 · 1015 эВ. Спектр ниже этого уровня остается неизменным.
Полученная модель позволяет получить спектральное распределение космических
лучей, полностью соответствующее наблюдаемому”- из mipt.ru/newsblog/
Обнаружено, что частицы с энергией 1018 эВ прилетают в нашу галактику извне.
Обнаружена область на небе с точностью 120 градусов, откуда они прилетают. Интересно, не является ли ею взорвавшаяся галактика М82? Какие частицы возникают
при столкновении нескольких нейтронных звезд и черных дыр друг с другом и взрыве сверхновой звезды рядом с ними?
Фраза:„вблизи Земли нет источников космических лучей с такой энергией” - не верна
для прошлых моментов времени.
Почему некоторые космические лучи, испускаемые далёкими источниками, имеют энергию выше предела Грайзена-Зацепина-Кузьмина 1019.6 эВ?[46][47]
Потому что имеются процессы, при которых выделяется энергия выше предела
Грайзена-Зацепина-Кузьмина. Возможно, связанные с синтезом кварков.
В работе [32] изучается космические частицы с энергией до 250 ТэВ (2, 5 · 1014 эВ) с
помощью шар баллонов.
Nahee Park в работе „Cosmic-ray isotope measurements with HELIX”утверждает, что
наблюдаются частицы прилетающие в Солнечную систему извне с энергией до 1015
эВ.
Физики в Якутии, Аргентине на установке AGASA наблюдали космические протоны
с энергией 1020 эВ [47].
Распределение кинетической энергии космических частиц очень похоже на то, которое дает волна турбулентного движения. Представьте Вселенную, как систему волн,
летящих в пространстве с огромной скоростью. Мы наблюдаем космические частицы
от волн разной энергии, находясь внутри одной из волн.
-Замедление времени пульсара
Почему выбросы пульсаров на больших космологических расстояниях не проявляют предсказанное свойство замедления времени?
Может быть из-за сильного искажения пространства-времени. Представим себе, что
на больших расстояниях вещество в пространстве у пульсара выступает в виде огромной гравитационной линзы. Или неправильно определены величины скорости выбросов пульсаров, которую даёт модель. Возможно скорость выброса пульсаров при
удалении от Земли замедляется из-за уменьшения их размера.
Нужно уточнить галактическое время. Более точно синхронизировать вращение
Солнца с движением галактики.
-Скорость вращения Сатурна
Почему магнитосфера Сатурна проявляет (медленно меняющуюся) периодичность, близкую к той, на которой вращаются облака планеты?
Потому что облака, вращаясь с огромной скоростью до 300-500 км/час, электризу95
ются. Кроме того огромный поток частиц солнечного ветра улавливается магнитосферой. Образуются сбрасываемые из магнитосферы шапки из частиц, полярные
сияния, которые также вращаются. Кроме того планета вращается вокруг оси.
Из одного или нескольких спутников извергаются частицы льда, солёной воды или
с кислотой с помощью гейзеров. Капли попадают в магнитное поле Сатурна. И забрасываются в полярные шапки планеты. Возникают полярные сияния, которые не
зависят от активности Солнца, а от количество частиц, долетевших из гейзеров.
Множество этих отдельных явлений порождает этот же эффект полярных сияний
на Юпитере.
Какова истинная скорость вращения глубоких внутренних слоёв Сатурна?[48]
(это мелкая астрономическая проблема) Если бы этот вопрос задали про Землю,
то что нужно было бы делать, чтобы на него ответить? Вопрос чисто экспериментальный. Пошлите к Сатурну зонд с радиолокатором, измерьте скорость вращения.
Она зависит от газового состава, распределения давления и температуры атмосферы, процессов кристаллизации газов, времени года, освещенности и многих других
данных, как и на Земле.
В 2015 г. астрономы установили, что скорость вращения поверхности планеты с учетом вращения магнитного поля примерно 10 часов, 32 минуты, 45 секунд. „Вояджер2” намерил 10 часов, 39 минут, 22 секунд без учета вращения вокруг оси, т.е. флуктуаций магнитного поля. Только теперь, зная эту величину, можно уже строить модели
по определению скорости вращения атмосферы по высоте и от других параметров.
-Солнечная система
Отсутствует законченная теория, объясняющая происхождение Солнечной системы[49] и Земли[50]. Она не может появиться, т.к. Солнечная система огромная
и очень древняя. Неизвестно, что было на её месте, когда не существовало Солнце.
Что называть законченной теорией? Это все равно что в 14 веке жаловаться, что нет
законченной теории планеты Земля. Это глупость. Она никогда не будет построена,
т.к. Солнечная система - это открытая система. Она постоянно обменивается веществом, энергией с другими планетными системами.
Но полет к другой звезде исследовательского зонда состоится, когда она пролетит
мимо Солнца на расстоянии 100-1000 астрономических единиц, примерно 0,5 - 5,5
световых дней. Полет в соседнюю галактику Андромеды М31 может произойти ранее, чем через 3-5 миллиарда лет, когда она столкнется с нашей галактикой, если к
тому времени будут совершены полеты до центра нашей галактики на расстояние
34000 световых лет и обратно.
2.4 Физика конденсированного состояния
-Аморфные тела
Какова природа перехода между жидкой или твёрдой и стекловидной фазами?
Какие физические процессы приводят к основным свойствам стекла?[51][52]
Нужно взять несколько кластеров молекул и подробно изучить переходы под
электронным микроскопом. Плавление и остывание.
96
-Холодный ядерный синтез
Это фальшивое словосочетание родилось от неграмотных журналистов.
Каково объяснение спорных докладов об избыточном тепле, излучении и трансмутациях?[53][54][55]
При ударе камня о камень выделяется тепло и небольшое количество нейтронов. Таких процессов огромное количество.
Но когда говорят о огромном количестве тепла, полученные при температуре 200300C из-за потоков нейтронов - это ошибки, поэтому никто не может повторить
отдельные опыты. Но есть фирма, которая предлагает источники нейтронов (6-20
миллиардов быстрых нейтронов в сек, 5 мил. термических нейтронов/(сек· cм2 )
http://www.adelphitech.com Adelphi technology). Купите этот источник и исследуйте его свойства. Но его совершенно не достаточно, чтобы запустить термоядерный
синтез с выделением полезной энергии.
Один физик считает, что это ошибочное направление проявилось из-за того, что
переменный радиационный фон нейтронов, который образуется при некоторых процессах, приняли за постоянный.
В 3 номере за 2015 г. в журнале „Авиадвигатель”д.ф.м.н. М. Я. Иванова сделал обзор нового научно-технического направления с выделением энергии в изотопах при
превращении одного изотопа в другой одного и того же химического элемента. В результате реакции металлического порошка никеля и некоторой соли лития возникает
реакция выделения тепла. При этом происходит изменение изотопного состава конечной смеси. При этой реакции кратковременно выделяется огромная энергия, как
при некоторых ядерных реакциях, и нейтроны. К этой установке относится реактор
итальянца Росси и похожий российский аналог. Эти реакции медленные и требуют затраты тепла при запуске и времени 3 часа. Пока работают экспериментальные
установки. Возможно их в будущем используют на подводных лодках. Для авиации
они не подходят.
Кузнец мне говорил, что для зрения вредно смотреть на раскаленный металл. Т.е. инфракрасное излучение от раскаленного металла ухудшает зрение. При таких изотопных реакциях нужно изучить спектр излучения и проанализировать его вредность
для глаз. Может быть удастся обнаружить другие изотопные химические реакции,
если они сильно вредные по ухудшению зрения рабочих в металлургических цехах.
-Криогенная электронная эмиссия
Почему в отсутствие света увеличивается эмиссия электронов фотоэлектронного
умножителя при уменьшении его температуры?[56][57]
Если ли похожий, аналогичный физический процесс?
-Высокотемпературная сверхпроводимость(BCTП)
Каков механизм, вызывающий у некоторых материалов проявление сверхпроводимости при температурах намного выше 50 К?[58]
Их несколько.
Этот процесс характеризуется тем, что наблюдается:
97
1. Устойчивое квантовое состояние с некоторыми параметрами, когда не превышаются
критические значений:
T - температуры ВСТП,
p - разряжение давление внутри ВСТП сверхпроводника при растягивании, H - напряженность магнитного поля.
2. Описывается уравнением Шредингера
3. Образуются квазичастицы.
4. Возникает тогда, когда создают электронные дырки в керамике, которая является
изолятором.
5. Температура перехода в сверхпроводящее состояние тем выше, чем выше плотность сверхпроводящей керамики.
Cверхпроводящее состояние научились получать при комнатной температуре с
помощью лазеров, но оно сохраняется менее микросекунды. Если бы создали среду,
состоящую из частиц, число которых было бы на порядки больше, чем число возможных состояний, тогда бы часть этой среды была бы все время в сверхпроводящем
состоянии, под действием лазерного излучения.
Электронная жидкость в сверхпроводниках состоит из двух жидкостей, концентрация которой зависит от температуры ВСТП. Из обычного тока и сверхтекучей компоненты.
Сверхтекучая компонента образуется 3-4 квазичастицами.
При обычной сверхпроводимости возникают спаренные электроны.
При высокотемпературной сверхпроводимости в керамике образуются квазичастицы, нелинейные волны из электронов. Их может быть несколько типов, как фононы,
ротоны.
По аналогии со сверхтекучестью жидкости, если скорость квазичастиц высока или
давление понижается внутри керамического сверхпроводника (если его растянуть)
эффект сверхпроводимости ВСТП пропадает. То же самое произойдет при повышении магнитного поля тока выше критического значения и/или температуры ВСТП.
Сверхтекучесть жидкости исчезает при превышении некоторой критической скорости, т.к. выделяется тепло, которое разрушает сверхтекучесть. Для обычной компоненты скорость жидкости V < Vkp , Re < Rkp .
Для сверхтекучей компоненты жидкости число Рейнольдса Re → ∞.
Значит в ВСТП проволоке сопротивление для обычного тока не равно нулю, а для
сверхтекучей компоненты равно нулю при некоторых условиях.
R = ρl/S, U = IR.
I = neS/l,
Значит в ВСТП число носителей тока ферми-жидкости n бесконечно велико из-за
их огромного размера. e - Заряд носителя тока намного больше заряда электрона.
То же самое наблюдается в сверхтекучих жидкостях. Размер квантовых вихрей сравним с размером резервуара, хотя толщина квантового вихря сравнима с размером
атома.
Это может быть, если сама сплошная среда создает заряды тока и уничтожает все
сопротивления электротоку, чтобы оно было минимальным.
Это возможно при процессах самоорганизации. Процесс подобен турбулентному движению воды в реке, только здесь наоборот, река старается создать препятствия потоку, изменив русло, нагромоздив камни и уменьшить ее скорость и расход.
98
Вопрос: Возникают ли такие процессы во Вселенной? Если рождается очень много
звезд, планет, астероидов в потоке туманности или газопылевом облаке, то имеются
ли процессы, которые тормозят это рождение, например из-за их столкновений?
Значит, если мы научимся моделировать рост квазичастиц, то сможем моделировать
сверхтекучесть, турбулентность, шаровую молнию. Т.е. нужно научиться моделировать их рост с помощью ур-я Шредингера со многими волнами частицами.
Сверхтекучесть и сверхпроводимость - это особые, квантовые движения в медленном
турбулентном движении, когда скорость обычного гелия 4 мала и энергия диссипации, выделявшееся тепло не разрушает сам квантовый процесс.
Квазичастицы - это квантовое явление и нелинейные квантовые волны одновременно.
Вопросы их роста и уничтожения должны быть главой в теории ВСТП. В органических сверхпроводниках они не устойчивы, поэтому среди них нет ВСТП.
Возможно ткань головного мозга может временно создавать квазичастицы, которые обладают сверхтекучими, сверхпроводящими свойствами. Т.к. мы не можем в
100 миллионов раз быстрее считать, чем персональный компьютер, поэтому можно
утверждать, что наш мозг не аналог квантового компьютера.
Непонятно для математиков. Являются ли они самоподобными. Обладают ли они
свойствами фрактальных кривых?
В какие ур-я превращаются ур-е неразрывности и энергии, если используем преобразование, которое преобразует ур-е Навье-Стокса в ур-е Шредингера?
Можно ли было бы добавить в ВСТП радиоактивный изотоп, например с периодом
полураспада 1 год и посмотреть, как он влияет на свойства сверхпроводника.
Согласно сайту Superconductors.org имеется 24 сверхпроводника с температурой выше комнатной температуры 20С. Говорится о сверхпроводнике с температурой 400 K. Химическая формула, например: Sn9 SbT e3 Ba2 M nCu14 O28 или
Sn8 SbT e4 Ba2 M nCu14 O28 . У вещества Sn9 T e3 Ba2 M nCu13 O26 температура перехода
равна 119 C (или 392K, 246F). Неизвестно, правдивы ли эти данные.
Поэтому в ЦЕРН продолжают использовать только ниобиевые сверхпроводники,
охлаждаемые жидким гелием, т.к. они сохраняют своё сверхтекучее состояние при
высоких токах и напряженности внешнего магнитного поля.
Если это истина, то физическая проблема получения сверхпроводящих материалов
решена. Физики будут развивать исследования по увеличению максимального тока, магнитного поля, при котором сверхпроводимость не исчезает. Для этого они
будут добавлять атомы таких веществ, например, Ниобий. Скорее всего, теоретическая задача будет сведена к созданию программ, которые будут рассчитывать состав
и параметры сверхпроводника с какой-то достаточной точностью. Эта задача будет
превращаться в инженерную и технологическую.
-Сонолюминесценция
Что является причиной выброса коротких вспышек света при схлопывании пузырьков жидкости, возбуждённых звуком?[59]
Есть разные виды люминесценций: ионолюминесценция, фотолюминесценция,
рентгенолюминесценция, биолюминесценция, сверхлюминесценция (суперлюминесценция), хемилюминесценция, катодолюминесценция, электролюминесценция. Нужно изучить, какие общие черты есть у этих процессов и попробовать применить их
99
к сонолюминесценции.
Она наблюдается при двухфазных течениях, например при кавитации, когда образуются пузырьки газа с давлением до 1 миллиона атмосфер. Температура жидкости
поднимается до 20000 К. Например, при выстреле пули в воду. Облако пузырьков
начинает кратковременно светиться от вспышек света так, как будто это большое
облако и в нем вспыхивают молнии. Все это видно только при съёмке на скоростную
видеокамеру.
Нужно смоделировать её. В ур-е энергии для сжимаемой жидкости добавить член с
капиллярностью для того, чтобы могли образовываться пузырьки с давлением внутри них 1 миллион атмосфер, и член с излучением энергии при нагреве sigma ∗ T 4 .
Кинетическая энергия удара пули переходит в повышение давления пузырьков газа и пара. Происходит ионизация пара и его свечение. Непонятно, может ли там
наблюдаться эффект аналогичный излучению Вавилова-Черенкова, но только для
ударных, звуковых волн? То есть скорость ударных, звуковых, световых волн в раскалённом паре становиться больше ударных волн, местной скорости звука для воды.
Из-за того, что вязкость среды, показатель преломления сильно меняется со временем от точки к точке, волны сразу, очень быстро гаснут.
Часть энергии давления при схлопывании пузырьков переходит в излучение света.
Давление, которое развивается при этом, может достигать миллиона атмосфер. Возможно центрами люминесценции в жидких телах являются волны вещества вблизи
пузырьков воздуха. Переход возбужденного центра сонолюминесценции в нормальное или возбужденное состояние сопровождается испусканием света.
Ударьте молотком по капле кипящей воды и вы должны увидеть очень слабую
вспышку света.
Но, может быть этот процесс не относится к люминесценции, как не относится к нему
и свечение Вавилова-Черенкова или испускание рентгеновских лучей солями урана.
Например, если бы нелинейные волны давления и температуры образовывались при
ударе в воде (можно ли их назвать квазичастицами?). У них имеется электрический
заряд. При столкновении со стенками и друг другом, они излучали бы фотоны. Эти
√
заряженные нелинейные волны двигались бы быстрее фазовой скорости света c/( )
в воде, где - диэлектрическая проницаемость среды.
Возможно, что при сонолюминесценции происходит изменение изотопного состава
атомов в жидкости и выделение энергии, которую видно по вспышкам света. Т. е.
это процесс, повторяющийся в изотопном генераторе Росси.
При сонолюминесценции происходит превращение массы электронов в энергию испускаемых фотонов, энергии давления газа в пузырьках при кавитации в тепловую
и световую энергию .
-Турбулентность[12]
Можно ли создать теоретическую модель для описания статистики турбулентного
потока (в частности, для его внутренней структуры)?[60]
Да, можно создать приближённую модель, но чтобы ею воспользоваться, нужно
задать граничные и начальные условия. А они задаются с ошибкой. Поэтому эта
теория имеет конечную точность расчетов и ограниченный временной и пространственный интервал, когда расчет или решение справедливо, т.е. совпадает с экспери100
ментом с какой-то погрешностью. Поэтому не получается сделать прогноз погоды на
срок более 7 дней, рассчитать траекторию урагана, тайфуна. Поэтому и запускают
метеоспутники и идет постоянно сканирование радаром урагана c cамолетов, пролетающих через него и над ним. В пределе теория турбулентности квантовой жидкости
полностью совпадает с квантовой механикой. Поэтому параметры сверхтекучего гелий можно описать уравнением Шредингера и Навье-Стокса.
Я двигаюсь по одиннадцати направлениям:
Зная точные аналитические решения ур-я Навье-Стокса, учусь:
1) Решать сначала ур-я мелкой воды, которые представляют упрощенные двумерные ур-я Навье-Стокса. В этом случае очень легко сравнивать с экспериментом.
В частном случае это явление периодического бора.[1] на стр. 176
2) Рассчитать демпфер колебаний из двух пластин, между которыми жидкость,
который я использовал на стенде. Двумерное течение в нём осложняется появлением
жидких пальцев и очень сложной, подвижной внешней границы жидкости. Как при
добыче в нефтяных пластах, в некоторых случаях образуются пузыри газа. Такой
демпфер можно использовать как весы. По рисунку вязких пальцев(они напоминают
рисунок или узор поверхностных волн песка на барханах на Марсе) можно определять вес тел.
3) Возможно имеет смысл рассчитать форму капель жидкости в невесомости и
изобразить их на экране. В НАСА, Германии тратят деньги на опыты в невесомости
с жидкостями на международной космической станции.
Можно создать игру, где разноцветные капли, переливаясь в лучах Солнца, передвигались в воздухе при невесомости и меняли свою форму так, как хочется игроку.
4) Рассчитать параметры ламинарного и турбулентного пограничного слоя без
эмпирических констант. Для турбулентного потока сложно осреднять параметры.
5) Провести расчет падающей, качающейся, трехмерной, нестационарной, ламинарной струи меда.
6) Расчёт наножидкостей для ламинарных, стационарных или нестационарных
двухмерных течений. Метод Больцмана даёт почти тот же результат, что ур-е НавьеСтокса, но форма конечных границ отличается.
7) Рассчитать вырождение изотропной турбулентности. Т.е. получить подтверждение формулы Миллионщикова, Колмогорова, Обухова. Этот процесс наблюдается после удара волны о берег и прекращения всех колебаний из-за вязкости.
Даже двумерный расчет турбулентного движения падающей волны на берег очень
трудоёмок и требует модели сжимаемой среды системы из 4 диф. ур. ур-й (неразрывности, двух импульса, энергии) и примерно дня или двух дней расчетов. Трехмерное
турбулентное течение рассчитать нельзя даже на суперкомпьютере.[23]
101
8) Научиться получать и строить на экране монитора вид турбулентного течения в двухмерной мыльной пленке.
Эта задача похожа на двухмерное течение в квадратной каверне с двигающейся
крышкой. Но последнее течение при некотором числе Re не реализуется в природе, т.к. становится только трехмерным.
9) Попытаться рассчитать эволюцию вихревого кольца. Наблюдается ли естественный отбор при эволюции, перестыковке вихрей, построенных из частиц пыли
разного цвета? Можно ли в опыте по столкновению вихрей вывести их желаемого
цвета?
10) Решить аналитически более полную систему ур-й для атмосферы, чем ту,
которую изучил и численно решил Эдвард Н. Лоренц. [25], [26]
11) Научиться получать аналитические формулы для краевых, граничных задач
для ур-я Эйлера, зная его точное, аналитическое решение.
Пока я изучаю технологию расчётов на графических картах Cuda и PGI Fortran,
OpenGL и визуализацию с помощью языка Ява. Научился рассчитывать системы
линейных ур-й порядка 2 миллионов неизвестных. Имеется 3 компьютера со скоростью работ процессора примерно 200 миллионов операций в секунду, 25 миллиардов
опер/сек и 150-160 миллиардов опер/ceк для чисел типа float. Их можно соединить
в сеть. Графическая карта GeForce Gt630 дает еще 300 миллиардов опер/cек для
целых чисел и 25 миллиардов опер/сек для типа float c помощью технологии Cuda
и OpenAС.
Объём расчётных данных огромен. Можно хранить не более 1,5 Терабайта на винчестере и примерно 24 Гбт + 0,1 Гбт + 4,5 Гбт оперативной памяти на 3 компьютерах.
Непонятно, как реализовать на практике программу по расчёту турбулентных течений и визуализировать их.
Ни один суперкомпьютер не может этого сделать. В кино мы видим только приблизительные картины, выдуманных волн турбулентных течений, например в американских фильмах „Торнадо” или „Идеальный шторм”.
Создание, расчет изображения одного кадра одной смоделированной искусственно,
движущейся волны в цветном художественном фильме с помощью ур-й Навье-Стокса
занимает до 6 часов времени рабочей станции!
Суперкомпьютер примерно через 12 лет становится персональным компьютером. Поэтому можно подождать 12 лет и решить затем эти задачи.
Затем изучаю новый метод решения линейных ур-й на основе параллельных
чисел. Возможно удастся его совместить с алгебраическим многосеточным методом
или сопряженных градиентов и их вариантами. Тогда удастся быстрее обрабатывать
графические изображения.
При каких условиях существует гладкое решение ур-й Навье — Стокса?
Это, вероятно, последняя нерешённая проблема классической или ньютоновской физики.
102
Существуют общие два гладких и одно не гладкое решение ур-я Навье-Стокса,
если не сохраняется ур-е неразрывности. И еще одно сингулярное решение. Их можно
наблюдать в торнадо. Аналог торнадо можно видеть при выплескивании кипятка на
лист железа. Образуется волны пара из которых формируется торнадо. Он переносит
энергию от нагретой поверхности вверх. То же самое дают расчёты на суперкомпьютерах.
Если мы меняем начальное и граничное условие, то таких точных решений может
быть бесконечное количество. Негладкое решение возникает при турбулентном течении.
Если мы учитываем ур-е неразрывности, то мы имеем по крайней мере два решения.
Гладкое решение существует только для ламинарного течения, т.е. для некоторого
значения числа Рейнольдса меньше критического.
Поэтому нужно задать точно определение гладкости решения, чтобы ответить на
этот вопрос. Например, нужно ли задавать в начальных условиях такое распределение скорости, которое есть у Броуновского движения газа? Задаете ли вы начальное
распределение скорости потока обобщенной функцией?
Разрешаете ли вы иметь сингулярности в начальных и граничных условиях?
B торнадо реализуется одновременно: сингулярное решение ур-я Навье-Стокса
(например при достижении потоком сверхзвуковой скорости при проколе стенок торнадо, например, летящим автомобилем или стоящим деревом) и другие не сингулярные, но не гладкие в турбулентном потоке, и несколько гладких решений в ламинарном пограничном слое. Но торнадо состоит иногда из нескольких маленьких торнадо.
Т.е. он ещё в этом случае и самоподобен. Это группа решений.
Я обнаружил под Монреалем место, где он иногда образуется, если ветер дует с запада. Это место находится не доезжая до поселка Sant-Benoit. Там огромный холм,
обтекая который воздух устремляется вниз. Обтекая дорогу он пролетает над огромной прямоугольной формы скатом и там же дорога делает изгиб и поднимается вверх.
Образуется зубец, как утес. Именно в этом месте и образуется торнадо из-за отрыва,
закручивания воздуха. Иногда их даже несколько. Но, торнадо в этом месте образовался после того, как ранее торнадо мощностью F4 образовался в США. Его конвективная ячейка, остатки от неё, должны долететь в виде фронта до этого места.
Это видно по следу торнадо, ровному как линейка.
Торнадо не видно, т. к. он очень быстрый. Идти пешком от дома невозможно, из-за
очень сильного ветра, который сваливает с ног и выворачивает с корнем деревья.
Идёт стена горячего воздуха с дождем. Воздух, из которого формируется торнадо,
ранее был в торнадо по 4 или 5 (самый максимальный) степени по шкале. Он всегда
прилетает с юго запада с США, двигаясь вдоль русла реки Святой Лаврентий там,
где был мощный торнадо.
В этом случае нагретый воздух разгоняется наверное до 500-600 км/час на высоте.
У сильно нагретой земли (температура днем выше 35С) в торнадо скорость воздуха
достигает 40-60 метров секунду - 144-216 км/час и более.
Фермеры вырубили лес, образовалось поле, воздух с которого дует с запада на восток усиливает торнадо. Мне хотелось поэкспериментировать над слабым торнадо,
попробовать воздействовать на него, затормозить его рост, уменьшить размер, для
того, чтобы он пролетел мимо коровника, фермы и церкви, а не разрушал их.
Например, перегородить дорогу сеткой, запустить в небо парашют, который бы тор103
мозил воздух, охладить льдом то место, где он касается земли - это примерно 20
квадратных метров раскаленного шоссе. Я знаю точно место на дороге, которого он
всегда касается. Можно взорвать шар, наполненный водородом в небе, т.е воздействовать на него ударной волной или распылить хим реагент, который используется
в России для разгона облаков (это йодид серебра). Скорее всего наиболее эффективен метод, аналогичный применяемый в Швейцарии против снежных лавин. Там
высаживают лес на склонах гор. Можно сделать искусственный лес, преграды как в
Японии против цунами.
Торнадо в Квебеке формируется и на границе волны Россби, которая движется с
запада на восток в течении всего года.
В Квебеке я бы выделил трапецию по углам которой часто возникает торнадо.
Восточная часть. Хайвей под номером 20 за горой Святая Елена высотой 250 метров
у посёлка Mont Sant-Hilire, примерно в 40 км от Монреаля. На хайвее переворачивает траки, когда ветер дует с юга и запада, но еще нет торнадо. Один раз замечен
торнадо в рядом расположенном г. Белёе (Beloeil) мощностью F1. Затем торнадо
мощностью F2 был в находящемся немного юго-восточнее посёлке Roxton Falls.Я видел в городе Лонгёе (Longueuil) вдали очень высокие, быстро летящие грозовые тучи
и молнии на небе ночью, когда он произошел. Ветер дул с запада на восток.
Западная часть. Город Salaberry-de-Valleyfield был торнадо F1. Севернее его гoрод Лашут (Lachute) на северо-западе от Монреаля (торнадо F1 в августе 2017 г.)
и поселок St-Benoit. Восточнее St-Benoit торнадо был в 2009 г и F1 в 2012 году вдоль
дороги Grang (так называется тип узкой двух полосной асфальтированной дороги,
часто в трещинах, шириной около 5,5 метров) F resnière, которая у Монреаля переходит в дорогу Chemin de la Rivière sud. Торнадо шел почти точно на восток с запада
от горы через лес, затем сделал петлю к шотландской церкви, разрушил ее, оставив
точный отпечаток своего нижнего профиля на ее восточной стене. Он вернулся на
старую траекторию, поломал два дерева, одно из которых 55 см в диаметре. В одном из стволов дерева я вытащил кусок шифера от крыши. Другой кусок оставил.
Дальше, на расстоянии 100 метров он повредил 300 стволов в яблочном саду, откусив верхушки нескольких деревьев, и исчез примерно через 100 метров, поломав 2
огромных ветки дерева дома, в котором находится зоопарк для детей. Там есть козы. Здесь был коричневого цвета от земли и внешним диаметром не менее 15 метров.
Думаю, что его породила конвективная ячейка, создавшее торнадо на юго востоке в
США мощностью F4 в этот день. В другой год видели торнадо (watersprut) на реке
в Монреале. Был торнадо на острове Laval на улице Boulvare St-Rose вдоль реки, где
погибло несколько человек. В этом месте плоская, каменистая равнина, выглаженная ледниками. Нет леса и ветер сильно разгоняется. Другой источник сообщает, что
этот торнадо был на ул. St-Rose 1539 в Монреале возле старого порта, а не в Лавале.
Я пытаюсь построить простейшую статистическую модель появления торнадо в этой
области, напоминающую трапецию.
Мне показалось, что иногда траектории движения самых мощных торнадо F4-F5 в
Канаде, наблюдаемых в провинциях Калгари (г. Эдмонтон) и Саскачевань (г. Regina)
лежали близко от широт четырех групп самых высоких гор провинции Калгари.
Первая группа: гора Ida (3141,6 м), May (2411,4 м), Sir Alexander (3222 м). Вторая:
Chown (3279 м), Robson (3891,6 м). Третья: Edith Cavell (3309,9 м), Fryatt (3318,6
м), Аlberta(3562,2 м), Columbia (3688,2 м), Cline (3308,1 м). Четвертая: Forbes (3555,6
104
м), Hector (3340,5 м), St Bride (3260,1 м). Холодный воздух из Арктики, Аляски, летящий с северо-запада на юго-восток вдоль горного хребта поворачивает на восток,
там, где самые высокие вершины Канады. После этого, когда он встречается с волной
Россби, иногда, в местах их столкновения, там где потоки ветра перпендикулярны
друг другу, образуются самые мощные торнадо F4-F5 в Северной Америке.
Группа гор, лежащая южнее города Калгари: Sir Douglas (3352 м), King George (3368
м), Joffre (3375 м) и самая южная гора Tornado (3050 м) не оказывает никакого влияния на частоту появления торнадо в этих двух провинциях в Канаде, т.к. ветер с
Аляски не долетает до этих мест. Ему мешают первые четыре группы гор.
Канаде очень повезло, что ее отделяют от США высокие горы. В феврале-мае месяце
мы видим кольцо из мощных торнадо F3-F4, которые перемещаются южнее границ
Канады. Горы на севере их не пропускают. Это изменится, когда уровень моря поднимается на десятки метров. Штат Техас, Флорида, др. штаты окажутся под водой.
Часть Квебека затопит. Ураганы, приходящие с востока будут порождать торнадо
F4-F5 в США, энергия которых будет перелетать через великие озера по реке Сан
Лоран (Святой Лаврентий) и горы на границе США и Канады. Другая часть энергии
ураганов будет опустошать восточное побережье океана, провинцию Новая Шотландия, Брансувик.
2.5 Физика атмосферы
Квазидвухлетний цикл
Какова природа колебаний с периодом порядка 26 месяцев, зарождающихся в экваториальной стратосфере? Она связана с течением в океанах, изменением их направлений. Они зависят от горячего воздуха, который идет с пустыни Сахара, и пожаров
травы, саванны в тех местах.
Полугодовой цикл
Какова природа колебаний с полугодовым периодом, проявляющихся, в частности, в
виде загадочного эффекта «бабьего лета»[61]? Из-за единственного в году максимума и минимума температуры и инерционности атмосферы.В Канаде, когда ураганы
из США с Флориды, мексиканского залива приносят теплый воздух, примерно 7-10
дней тепло и сухо. Процесс турбулентной диффузии преобладает над конвекцией.
При этом параметры атмосферы почти постоянные. Светит Солнце, нет дождей, почти нет ветра. Ветер дует только с запада, юго запада на восток, северо-восток.
Особенно он виден в Квебеке в Монреале. Холодный воздух от северного ледовитого океана не доходит с севера до города. Шапка холодного воздуха вращается над
полюсом без образования течений ветра на юг. Почти весь сентябрь не выпадает дождей и светит солнце, но из за большой влажности, чем в Сибири, более облачно, что
плохо для астрономов. Т.е. параметры атмосферы примерно одни и те же. Холодное
течение с гор идет южнее Монреаля. 50 км южнее Монреаля уже холоднее, чем в
городе из-за высоких гор, холмов и раньше выпадает снег. Воздух нагревается над
провинцией Манитоба, Саскачеван и прилетает в Монреаль сухой.
В Москве или Сибири такого длительного эффекта бабьего лета нет. В Москве огромная влажность и дожди из-за сырого воздуха из-за Атлантического океана, Норвегии,
Балтийского моря. Часты туманы. В Сибири воздух охлаждается с течением от Северного ледовитого океана и от холодной суши. Бабье лето в Сибири короче, чем в
105
Москве.
Поэтому в Сибири в сентябре всегда утром туманы, а в начале октября выпадает
снег. В Квебеке тоже бывает, что снег выпадет один раз в сентябре, но он сразу тает. И больше не появляется до ноября. День в Монреале на 1 час длиннее, чем в г.
Красноярске.
Граница Канады-Квебека - гористая и холмистая местность, граница где протекает холодный воздух от Арктики. Он течет на юго-восток с севера востока с гор от
Аляски, провинции Калгари. Обычно он движется вдоль границ волн Россби.
Равновесный градиент температуры
Существующая теория турбулентного переноса тепла в атмосфере дает значение вертикального градиента температуры -9.8 К/км, в то время как наблюдения дают значение абсолютной величины этого градиента почти на 40 % меньшее!
Отрицательная вязкость
Каков физический механизм явлений с отрицательной вязкостью?[62]
Их огромное количество. Формируются нелинейные волны, например солитоны,
которые проходят друг сквозь друга. Накопив энергию, импульс они вдруг сбрасывают её в поток. Например, в торнадо кирпичи разгоняются до сверхзвуковой скорости
и пробивают лист железа 1 мм. Листы железа рвутся им, как бумага. Это происходит
за счет того, что давление в его центре падает до таких низких значений, а на краю
наоборот немного возрастает, что торнадо лопается и в щели его стенок со сверхзвуковой скоростью врываются ударные волны. Это может кратковременный процесс,
обычно не более 2-3 минут, максимум около 10 минут. В слабом торнадо высотой
120-170 метров цилиндрическое ядро вращается, по моей оценке, с частотой 20-25
оборотов в секунду!
Т.е. в торнадо раскручивается поток и создается разряжение воздуха, как в пылесосе
или во вращающемся реактивном сопле. Политик Немцов писал, что когда он на парашюте попал в торнадо над морем, его как пробку из-под шампанского выбросило
вверх, затем он упал вниз. Но его спас от смерти парашют и то, что он упал на воду.
Но при некоторой угловой скорости или при ударе торнадо о преграду, стенка торнадо протыкается и через нее влетает воздух. То, что было внутри смерча, вылетает
со сверхзвуковой скоростью. Торнадо тогда работает как ускоритель частиц за счет
запасенной в нем кинетической энергии.
Я предполагаю, что в торнадо реализуется вариант точного аналитического решения ур-й механики сплошной среды с сингулярностью. Другой вид решения, который
наблюдается там - это волны, ускорение которых и силы ими вызываемые, описываются уравнением солитона, т.е. ротор скорости для ламинарного течения близок к
ур-ям, описывающие солитоны - гиперболический тангенс.
Пролетая мимо яблочного сада фермера, он быстро колеблет яблони и 300 стволов
оказываются в трещинах. Яблоки висят на яблони или остаются на ветках, которые
надломлены. Их раскачивали, наклоняя на угол больше 90 градусов. Торнадо не испускал мощные ударные волны, как при взрыве, а только звуковые и инфразвуковые.
Стекла дома оставались целыми от проходящего рядом в 5-10 метрах торнадо. При
этом пластиковые ставни изгибались, растягивались им, словно они из пластилина.
106
Шаровая молния (ШМ)
Какова природа этого явления?
Eсть их несколько типов, различающиеся по цвету. Для одного типа получен
спектр ШМ. Она образуется от удара молнии в грунт и существует 1,6 сек. Это процесс горения хим элементов, входящих в почву: железа, никеля, кальция, кремния.
Иногда виден распад канала молнии синего цвета на несколько шарообразных ШМ
зеленого цвета у линии электропередач. Она получает часть энергии от источников
электромагнитного поля: грозовых облаков, ЛЭП, как предсказал П.Л. Капица в
1955 г.
(Сколько времени будет существовать шаровая молния в вакууме, например вблизи
поверхности Солнца?)
Например, есть шарообразная, которая образуется от удара молнии в металлический
трос у земли, которая убила ученого Рихтера в Санкт-Петербурге. Есть молнии,
размером с одноэтажный дом, которые представляют собой огромный заряженный
вихрь (из электронов?) видимый с самолёта. Они образуется от вихря, спутного следа, созданного самолетом и летят за ним. Есть те, которые образуются при полете
самолета из-за трения только на лопастях винтов. Возможно это разновидность вращающегося коронного разряда.
Есть ШМ, которые образуются от удара мощной молнии в землю. Молния может
попасть в птицу или летящий предмет и этот горящий объект (который пахнет сероводородом. Очень мерзкий запах дерева, в которое попала молния) тоже напоминает
ШМ.
Предположим, что ШМ образуется при ударе молнии в почву, деревья, птицы и т.д.
Тогда это процесс горения, химического окисления их паров или тел.
Нужно повторить опыт Ломоносова с молнией, когда в небо запускается воздушный
змей. От него идет бечевка или металлическая проволока, которая оканчивается
внутри сухой комнаты, где воздух неподвижен, но не касается пола. Нужно быть
очень осторожным, так как молния расщепляется, как корни дерева. Один конец
молнии может ударить в одно место, второй в Вас.
Предположим, что в плазме действует закон капиллярных сил, поверхностное натяжение. После того, как она образовалась, силы поверхностного натяжения не дают
разлететься облаку электронов. Они сильнее силы кулоновского отталкивания.
Является ли ШМ самостоятельным объектом или подпитывается энергией извне?
Под действием огромных токов и магнитных полей сильно заряженных облаков создаются шаровые молнии.
Есть два типа ШМ, которые подпитываются, и те которые не подпитываются энергией извне.
Первые формируются на стержнях, мачтах, концах вращающегося лопасти винта
авиадвигателя внутри сильно заряженного облака капель воды и пыли, через которые проходит коронный разряд. Это зависит от влажности, температуры, наэлектризованности воздуха, облаков, состояния грунта.
Вторые создаются после удара молнией и затем они плавают в воздухе. Первые живут намного дольше вторых.
ШМ обладает огромным магнитным полем, способным поднимать трактор и переносить его на несколько метров или же она экранирует гравитационное поле Земли.
Все ли шаровые молнии имеют одну и ту же природу или существуют разные
107
их типы?
Существует большое количество видов ШМ, как снежинки. Их можно различить по
цвету и форме. Одна из них точно возникает при ударе молнии в песок. Ее спектр,
полученный в Китае, содержит атомы кремния, железа, никеля, кальция, которые
входят в почву.
Шаровая молния тяжелее воздуха, поэтому возникает вопрос: это огромная квазичастица из газа фермионов? Есть ли в ней квазичастицы в которых заряд дробный
электрону?
Я предполагаю, что шаровая молния - это нелинейное электромагнитное поле ЯМ квазичастица и одновременно нелинейная, электромагнитная волна, но не из электронов. Это именно поле ЯМ. Ее заряд равен нулю, поэтому она не разлетается, ее
не разрывают электромагнитные силы. Но масса и плотность её чуть выше, чем у
воздуха. При ударе или колебании воздуха она мгновенно преобразуется в обычную
молнию, поток электронов, выделяя мощность не менее 20 киловатт до 3 мегаватт.
Она может катиться по земле. Это не плазма.
Какой аналог шаровой молнии в теории гравитации: не черная дыра, а группа
бозонов, когда исчезает поле Хиггса.
Если ШМ - это объединение фермионов, то они скорее всего будут обладать
эффектом высокотемпературной сверхпроводимости, т.е. ток, который течет в них
при комнатной температуре не превращается в тепло из-за сопротивления. Поэтому
температура их поверхности не превышает 30С-40С.
Мои родители видели шаровую молнию на даче. Они увидели, как появились
необычные облака, сильно наэлектризованные, которые вызвали чувство страха. Таких родители никогда не видели. Затем в воздухе над холмом повис небольшой шар
и с него стал капать огонь на землю. Через несколько минут он беззвучно исчез.
Это было южнее в 3 км от города Зеленогорска, Красноярского края. Я думаю, что
это было что-то огня святого Эльма, когда в воздухе происходил коронный разряд,
потому что это случилось над дачами. От дачного дома могло воздухом поднять
вверх паутину или облако пыли, через которое происходил разряд. Возможно, что
из Казахстана или Монголии прилетело сильно нагретое облако сухих, заряженных
друг о друга песчинок, т.к. не было дождя. Это не было пылевой бурей, но облако
было создано в пустыне и перенесено в Красноярский край.
Не встречается ли в природе почти идеальный или идеальный ферми-газ спаренных электронов? Он бы кратковременно образовывал объекты похожие на шаровую
молнию. Но этой идее препятствует закон Кулона. Спаренные электроны отталкивались бы друг от друга. Или этот закон не соблюдается для спаренных электронов
для квантовой системы, т.к это новое состояние вещества.
Возможно, что чечёточная молния - это конусы Маха, вид ударных волн, которые
образуются в канале плазмы обычной молнии. Если конус Маха огромный и накопил
в себе энергию, то он может превращаться в шаровую молнию. Конус Маха после
ракеты Сатурн-5 сравним по длине с ракетой! Один из типов шаровой молнии похож
на квазичастицу фермион.
ШМ, проходя возле металлических предметов, может исчезать в них, появляться
108
из них, как электронная жидкость из трубы. Т.е. очень сильное электромагнитное
поле может выдавливать из металлических предметов электронную жидкость, передавать ей часть своей энергии. Затем электронная жидкость формирует шары или
другие геометрические фигуры в воздухе. Может быть это квазичастицы из спаренных электронов, позитронов.
Т.к. иногда ШМ может взрываться, в этом случае ее ядро имеет энергию и температуру на несколько порядков выше, чем края. Поэтому при уменьшении магнитного
поля, она взрывается, как яйцо после нагрева в микроволновке, которое повернули
на некоторый угол.
В научном институте в Гатчине возле Санкт-Петербурга создали установку, в которой рождается заряженные шары из клатратов воды, т.е. кластеры из молекул воды.
Она безвредна. До неё можно дотронуться и не обжечься. Но она не похожа на ШМ,
которая убила ученого Рихтера, т.к живет около 2 секунд.
Подобный объект возникает при ударе молнии в воду. Поднимается единственное
облако паров воды.
Я видел в погребе, пол которого покрывал слой воды около 5-10 см, на даче зимой
ночью столбы из пара над водой. Температура воды была около +1..+4С. Пар не покрывал всю поверхность воды. Грунтовая вода, накапливалась в погребе и нагревала
воздух. Нагретый пар поднимался вверх и упирался в бетонный потолок погреба и
почти не двигался. Было 3 столба пара. Было очень необычно и жутковато видеть в
луче фонаря неподвижные, трехмерные, конвективные ячейки пара в рост человека
и шириной полметра. Если во время дождя сформируется такой столб пара в водоеме, луже и в него ударит молния, то возможно образование ШМ из клатратов воды.
Молния
Почему лишь малая часть кучевого облака перед грозой электрически заряжена?[63]
Т.к. заряд не может накапливаться на большой площади. Он размывается из-за конвекции.
Почему ступенчатый лидер молнии перемещается с паузами?[63]
При наблюдении молний иногда видна чечёточная молния, которая состоит из стержня и утолщений, словно это горошины. Они образуются на канале как картошка на
стебле корня. Я видел два раза её в своей жизни. Один раз она ударила над ркслом
реки Барга в г. Красноярск-45, другойц раз в шпиль церкви на ул. Массон в Монреале. Может это вихри - стоячие волны плазмы на канале молнии? Сначала исчезает
канал молнии, а эти вихри или волны плазмы исчезают после. Канал молнии распадается на волны не мгновенно. Глаз видит этот процесс, как образование горошин из
плазмы строго сверху вниз на канале молнии. Поэтому, ступенчатый лидер молнии
перемещается с паузами из-за ступенчатого, постепенного распада канала молнии.
Мы видим стоячие волны и на волне полярного сияния.
Чем объясняется чередование фаз сильного и слабого тока в процессе образования молний?[63]
Потому что, она быстро разряжается и заряжается от трения благодаря конвекции.
И облако меняет свою форму. Например, если облако налетело на гору и остановилось, то в том месте, где оно соприкасается со склоном горы возникают молнии
109
из-за трения облака капель дистиллированной воды о гору, о тучи, воздух. Это я
наблюдал в горах Кавказа примерно в течении 10-15 минут на высоте около 2000
м за перевалом Донгуз-Орун 2 категории сложности на Кавказе. Облако походило
на живое существо. Опыты с неподвижными облаками у гор, а не опасные полеты
у гроз на самолетах, позволят научиться управлять погодой, и измерять параметры
молний и облаков. Необходимо создать металлическую сетку громоотводов на стенах
гор и разместить шланги на вершине горы для подачи пара в облако для управления
его размером и другими параметрами.
2.6 Биофизика
-Синаптическая пластичность
Она необходима для вычислительной и физической моделей мозга, но чем это обусловлено и какую роль она играет в процессах более высокого порядка вне гиппокампа и зрительной коры?
Вопрос связан с математикой, медициной, а не физикой.
-Аксональное наведение
Как аксоны, исходящие из нейронов, находят свои цели? Этот процесс имеет решающее значение для развития нервной системы, в частности, в вопросе формирования
структуры соединений в мозге.
Вопрос связан с химией и медициной, математикой, а не с физикой.
-Случайность и устойчивость к шуму при экспрессии генов
Как гены управляют нашим телом, выдерживая различные внешние воздействия и
внутреннюю стохастичность? Существуют различные модели генетических процессов, но мы далеки от понимания всей картины, в частности, в морфогенезе, в котором
экспрессия генов должна жёстко регулироваться.
Это задачи химии и математики, генетики, а не физики. Физика изучает мертвые
тела.
-Количественное исследование иммунной системы
Каковы количественные свойства иммунных реакций? Каковы основные строительные блоки иммунной системы? Какую роль играет стохастичность?
Это задачи математики и медицины, а не физики. Те, кто изучают политику говорят, что в России действия властей похожи на заболевание иммунной системы. Она
пожирает зря здоровые клетки собственного организма, как будто бы иммунная система (аналог полиции, спецслужб) считает все клетки организм(народ) за вредные
микробы и бактерии. Возможно считать болезнь суставов, артроз, как предельный
случай. Т.е. при заболевании имунной системы иногда возникает болезнь и разрушение организма. Т.е. имунная система не работает.
-Физика биополимеров
Отсутствует теория, которая объясняет экспериментальные данные при конформационных и конфигурационных изменениях биополимеров[64].
Это задача химии, т.к. надо работать с цепочками молекул. Задача по определению ДНК - это вопросы химии и медицины.
110
2.7 Физика полупроводников
В случае полярных решёток опыт даёт значительное расхождение с теоретической
зависимостью подвижности носителей заряда от температуры.[17]
В большинстве полупроводников величина и температурная зависимость термоэлектродвижущей силы на опыте расходятся с предсказаниями теории.[17]
2.8 Геофизика
Отсутствует законченная теория, объясняющая происхождение и эволюцию магнитного поля Земли [65].
А почему можно построить такую теорию? Она меняется со временем, как погода на
Земле. Для ураганов такую теорию построить нельзя. Можно только рассчитывать
некоторое время их параметры.
3
Экспериментальная (астро)физика
Эту часть нельзя комментировать и предлагать ответы, т.к. природу придумать
невозможно. Это не казино. Ответы даст только эксперименты и новые экспериментальные установки. Ccылки по литературе приведены в статье Википедии „Нерешенные проблемы физики”.
-Квантовая гравитация, космология, общая теория относительности
Детектирование гравитационных волн и создание на этой основе гравитационноволновой астрономии [66][67]. Например, изучение шарового звездного скопления
NGC 6101 где около тыcячи черных дыр звездных размеров, что ранее считалось
невозможным.
Проверка закона всемирного тяготения Ньютона на расстояниях, меньших 55
мкм, с целью проверки гипотезы о существовании добавочных пространственных
измерений[68].
Гипотеза: Он справедлив до расстояний атомного ядра, т.к. Э. Резерфорд использовал закон Кулона для анализа столкновений альфа частиц с ядром атома. А закон
всемирного тяготения, имеет ту же самую структура, как закон Кулона и никогда
не нарушался на таких расстояниях.
-Физика элементарных частиц
Обнаружение распада протона и определение времени жизни протона [69][70]
Пока оценивают, что он не распадается за 103 0 лет. Гипотеза: Он не распадается
никогда. Что бы из этого следовало? Что протон - замкнутая система, которая не
обменивается с окружающими телами ничем, кроме энергии, импульсом, моментом
импульса и бозонами Хиггса.
Обнаружение новых элементарных частиц, предсказываемых теориями суперсимметрии и супергравитации [71].
Их нет. Теория суперсимметрии и супергравитации не верна, т.к. природу придумать
111
невозможно. Теории должны следовать из экспериментов, а не наоборот.
-Метрология
Создание эталона массы с приемлемой точностью на основе измерений фундаментальных физических констант масс различных частиц (протона, электрона и
т.д.). [73]
В этом помогут наномашины. В том числе, в которых работает одна молекула в качестве механизма или части машины.
Необходимо создать эталон турбулентного течения в виде математической модели и
расчетной программы, используя точные аналитические решения 3-х мерного нестационарного ур-я Навье-Стокса и энергии.
-Создание комнатных высокотемпературных сверхпроводников.
Они будут созданы на основе подробного изучения свойств квазичастиц в сверхпроводниках из небольших групп разных атомов (от 6-8 хим элементов с не менее, чем 20-64 атомами) при большом давлении и различных спиновых, экситонных,
электрон-фононных взаимодействий.
Утверждается, что уже найдено 24 сверхпроводника при комнатной температуре, но
мне не известно, истинно это. См. сайт. Будут ли там присутствовать диэлектрики,
типа каучука, смол, органических веществ, парафина, полиэтилена и т.д.? Можно ли
использовать бактерии для создания сверхпроводников или изменения их свойств?
Можно ли создать бактерии, в теле которых есть сверхпроводящие неорганические
частицы при комнатной температуре?
Можно ли создать сверхпроводник на спаренных квазичастицах с дробным электрическим зарядом, а не на спаренных электронах? Использовать их параллельно,
одновременно вместе?
- Создание солнечных панелей с более высоким кпд и на новых физических
принципах.
Это технологическая задача. Возможно они будут с электролитом из нового материала пресковита, который в 3 раза дает больше электроэнергии, чем обычные кремниевые панели.
-Теория струн
Обнаружение космических струн, предсказываемых теорией струн [72].
Космических струн нет. Это выдумка.
-Шаровая молния
Внешний вид: картина качественная одна и та же при впрыскивании воды с чернилами в желатин и при электрическом разряде на поверхности. Образуется фрактальная поверхность, которая существует две минуты или меньше.
Она напоминает квазичастицу фермион. Возможно, она возникает и из чечёточной
молнии. В канале молнии рождаются ударные волны и конусы Маха, которые, при
прекращении разряда, видны невооруженными глазом. Они умеют выделять энергию за счет детонации, когда кислород воздуха сгорает с азотом, водородом. Затем
112
конусы Маха попадают в большое облако капель воды, града или птицу и возникает шаровая молния без удара обычной молнии в землю. Или же облако пара и
сам воздух настолько сильно заряжены электрическим полем, что возникает мощный коронный разряд на движущем конусе Маха или градине, каплях воды, сжатых
мощным электрическим полем. Конус Маха виден за соплом ракеты Сатурн-5, но
шаровой молнии не образуется, т.к. электрический потенциал воздуха близок к нулю. Ракеты запрещено запускать в грозу.
Является ли электрический разряд видом электронной жидкости с вязкостью, меньшей, чем у воды? Если да, то почему эти электроны не отталкивают друг друга? Как
будто они спаренные. Или она состоит не из электронов, а каких-то особых частиц,
кластеров из электронов (и позитронов)? Фермионов?
Почему при ударе о землю молнии иногда образуются шаровые молнии? Это доказано при её наблюдении. В этом случае это холодная плазма.
Почему шаровая молния маленькая и холодная, иногда шипит, а ее энергия около
1 МВт? Это не плазма! Как записать формулу для ее энергии? Такое может быть,
если напряжение на её поверхности выше 100 КВольт. Сила тока в канале молнии
достигает 100 КА.
Список литературы взят из статьи Википедии, к которой написаны комментарии. Она прилагается в архиве в файле в формате pdf. Далее используется список
литературы, заданный в конце статьи.
-обнаружение планет, пригодных для жизни у других звёзд
Работа начата 95 см орбитальным американским телескопом „Кеплер”. Была обнаружена одна такая планета в системе Кеплер-11 и три в других системах. Каждый желающий может включиться в охоту за планетами на сайте
http://www.planethunters.org.
Земля много раз замерзала полностью или частично, например 2 миллиарда лет
(когда из-за бактерий резко упал объем углекислого газа в атмосфере), 710 миллионов лет (из-за извержений вулканов или падения астероида), 18 000 лет назад
(из-за оледенения, вызванного наклоном оси вращения Земли). В эти периоды яркость, альбедео была максимально возможными. Зная, какую дает яркость водяной
лед океана, можно сначала искать планеты с такой яркостью, т.е. замерзшие. Если
планету всю или частично покрывает водяной лед, значит на ней есть водяной океан
и жизнь.
4
Критика теории струн и М-теории
Работа по теории струн, М-теории делится на три части[3, 5, 4, 13, 15]:
1. Цели и задачи исследования.
2. Методы достижения этих целей.
3. Полученные результаты и их значение.
113
В 1966 г. физик Абрикосов открыл и назвал сверхпроводящей струной квантовый вихрь в сверхпроводнике. Теперь их называют вихри Абрикосова-НильсенаОлесена. Они существуют на самом деле в 4-х мерном пространстве-времени, но
имеют не бесконечную, а конечную длину. Более сложный объект из них называется
решеткой Арикосова, за которую его наградили нобелевской премией. Про них кратко написано в [57]. Все видели их фотографии из эксперимента. Т.е. под струной он
понимал совсем другие струны, чем их понимают математики.
В 1976 г. английский физик Томас Киббл нашёл из теории струн, что существуют
объекты в космосе меньше атомных ядер (диаметром около 10−31 м), длиной десятки парсек, с удельной массой — около 1021 кг на метр. Это одномерная, реликтовая
складка пространства-времени, возникшая вскоре после Большого взрыва.[60],[59].
Он назвал их „космические струны”. Затем и другие математики развили эти фантазии. Например, советский теоретик Яков Зельдович в 1981 г.
Из его теории следует, что они возникли вскоре после Большого взрыва, были
замкнутыми или бесконечными. Они могут гнуться, переплетаться, рваться. Оборванные концы их тут же соединяются, образуя замкнутые части. Они, их отдельные части летят в космосе со скоростью, близкой к скорости света. Такие объекты
должны представлять из себя гравитационную линзу. Её должен огибать свет. Её
нельзя увидеть в телескоп.
Мне кажется это невероятным, т.к. в космосе мощное гамма, рентгеновское излучение, которое бы их разрушило. Есть такое понятие рентгеновское распухание
материалов в ядерных реакторах. Материал покрывается трещинами и увеличивает
объем за счет радиационных повреждений. Они бы превратились в клубки за счет
термических, гравитационных напряжений. На них бы налипли, сконденсировались
атомы, молекулы органических веществ и их остатки увидели бы в метеоритах. Кроме того, в космосе постоянно образуются гравитационные волны. Они бы постарались
изменить их форму и разорвать их. Если бы такая струна попала в Солнечную систему, на Солнце, то гравитационное притяжение, удары астероидов, термоядерные
реакции её бы уничтожили.
Российские инженеры не смогли использовать космические тросовые системы,
т.к. трос очень быстро скручивался малейшими силами в космосе и им невозможно
было пользоваться. Например для спуска глуза без затрат ракетного топлива. Т.е. к
грузу должен быть прикреплен ракетный двигатель, который должен был бы компенсировать гравитационные напряжкения. Наклонять груз или поворачивать его.
Если бы по такой струне прошел электрический разряд, создаваемой при трении
планетарной туманности или газопылевого облака, то она бы испарилась.
Периодически появляются и опровергаются сообщения, что такие космические трёхмерные струны нашли. См. [62], [61]. Это объект попадает в класс ненайденного
несколько десятилетий бозона Хиггса. Будут продолжаться его поиски. Такой объект не может быть создан из кварков, т.к. опыт показал, что пентакварк существует
всего 10−20 сек!
Космические струны превратились в источник доходов теоретиков, газетных
журналистов на многие десятки лет. Струны не были обнаружены в окрестности
галактики CSL-1 на расстоянии 6-7 млрд. световых лет.
В данном обзоре критикуется третий тип струн, теория струн в 11-26-и мерном
пространстве.
114
Человечество создало огромное количество теорий, которые выбросило на свалку истории. Астрология, алхимия, теория эфира, флагистона, теплорода или теория
SU(5) долгое время кормили ученых. Теория Джорджи и Глэшоу, объединяющая
Стандартную Модель теорией с калибровочный группой SU(5) оказалось неверной.
Она предсказывает слишком быстрый распад протона на другие частицы и исчезновение его, что не было обнаружено в экспериментах.
Цель математиков и физиков теоретиков, которые никогда не провели сами в
своей жизни физический эксперимент, т.к. они не способны к этому, попытаться свести мир к нескольким формулам, подражая А. Эйнштейну. Для этого они организовали Институт теоретической физики Кавли в г. Санта-Барбаре Калифорния США,
где они развивают теорию струн. Их возглавляет нобелевский лауреат, теоретик Давид Гросс.
Методы достижения целей - математические фантазии. Они также выступают с
докладами и сумели выманить деньги у российского бизнесмена, миллионера Мильнера, окончивший физический факультет МГУ.
Им дает деньги и министерство Энергетики США, которое имеет отношение к военным, мало что понимая в физике. Лица, которые им там выдают деньги, неизвестны.
Им выделяют средства из-за того, что институт, где работают струнщики, возглавляет нобелевский лауреат по физике Д. Гросс и они умеют облапошить правительство.
К началу 1930-х годов совместными усилиями Дж. Дж. Томсона, Эрнста Резерфорда, Нильса Бора и Джеймса Чадвика была разработана модель строения атома,
похожая на солнечную систему. Атомы являлись не самыми элементарными частицами материи. Примитивная теория атомов греков была заменена новой теорией
атомного ядра Резерфорда-Бора.
120 лет назад астрономы считали, что наша галактика - это и есть вся Вселенная,
а возраст Земли из термодинамики (например, из теории Кельвина) не превышал
нескольких миллионов лет.
Мы сейчас не знаем азы астрофизики. А академик Иван Павлов сказал, что “с
самого начала своей работы привыкайте к строгой последовательности накопления
знаний. Никогда не пытайтесь прикрыть недостаток знания основ науки самыми смелыми гипотезами и фантазиям. Они лопнут, как мыльный пузырь и у вас ничего не
останется. Наблюдательность, наблюдательность и наблюдательность”.
Ученые более 140 лет назад построили абстрактную картину мира на основе эфира и флогистона, теплорода. Эти теории были вытеснены термодинамикой и квантовой механикой.
Ньютон построил очень точную науку механику. Но А. Эйнштейн показал, что
она не применима при скоростях около и равной скорости света. Квантовая механика
опровергла механику Ньютона на расстояниях равных размерам атома.
Как только теоретики, философы придумают философскую теорию, тут же найдется группа физиков и химиков, которые угробят ее своими экспериментами.
115
Теоретики нашли выход. Они начали придумывать такую теорию, которую никогда невозможно опровергнуть, т.к. почти невозможно провести эксперимент, который бы её опровергал.
Примерно 44 года назад теоретики предложили вместо материальных точек, не имеющих площади, объема, но обладающих массой, энергией, использовать философские термины - струны. Они начали оперировать с невообразимо малыми величинами: c длиной 1,6·10−32 мм, с временем около 10−44 секунд.
Они вывели их из теории размерности, используя только G, скорость света c и постоянную Планка ~. Других физических констант, по их мнению, не может быть, а
остальные константы не главные. Следовательно, они смогут спокойно всю жизнь
создавать, изучать, обсуждать теорию струн. Есть ещё „псевдопланковская” масса,
но у неё нет никакого физического объекта в природе. Это примерно тысячная часть
массы песчинки. Поэтому я предполагаю, что нет никакого смысла в планковской
длине, времени, массе.
Теория размерности не применима для нелинейных процессов. При неправильном
выборе размерности физических терминов мы получаем дробные физические параметры. Это видно в древних системах измерений СГМС, СГСЭ, где ряд величин в
электродинамике имеет степени 1/3, 2/3 в Б.М. Яворский, А.А. Детлаф „Справочник
по физике”, 1964 г.
Теория размерности - это теория для бедных, позволяет получить результат, но не
объясняет, почему он получился, в чем его смысл.
Затем математики изобрели пять сырых, похожих теорий струн.
Смешав стандартную теорию с общей теорией относительности Эйнштейна мы
получим теорию струн.
Чтобы окончательно добить физиков экспериментаторов, математики придумали: пусть теория струн, недоказанная экспериментами, является частью более сложной и непонятной 11-ти мерной М-теории.
М-теория похожа на огромный гамбургер для бедных, компоненты которого не
готовы, не дожарены, не домыты, испорчены, пересолены. Поэтому его нельзя кушать. Его надо заменить на более свежее и удобное первое и второе блюдо, которое можно есть ложкой и вилкой. Теория-монстр не удобна в технике, науке, учебе.
Все теории непрерывно развиваются, дополняются, уточняются. Если мы посмотрим
учебник по стандартной теории в физике, то это том в 830 страниц без примеров [14].
Не понятно, как ее использовать. Нужен еще один толстый учебник c примерами,
чтобы в ней разобраться. Но нам нужна не любая теория, а понятная и наиболее
простая. Поэтому теория Максвелла много лет переделывалась, изменялась после
своего появления. Так же было и с теорией А. Эйнштейна. Вся физика состоит из
множества уточняющихся теорий. Это не один том.
Экспериментаторы построили Большой адронный коллайдер. Один хороший
эксперимент на нём может опровергнуть теорию струн. Надо доказать, что нет суперсимметрии и симметричных частиц, типа гравитино, нейтралино, фотино.
Её опровергнет и теория, которая описывает силы между частицами внутри кварка,
которые его образуют, если такие частицы существуют.
116
Выдающееся достижение теории струн: это квантование гравитации. “Она дает
нам согласованную, конечномерную, хорошо определенную теорию квантовой гравитации. Гравитацию нужно квантовать, т.к. мы живем в квантовом мире. Любое
природное явление должно иметь квантово-механическое описание на микроскопическом уровне” - cчитает Михаил Гойхман, специалист по математической физике,
теории струн, выпускник МФТИ.
“Она включает, помимо гравитации, все элементы, необходимые нам для построения
Стандартной модели, — калибровочные взаимодействия Янга—Миллса, кварки, лептоны и т.д. Наверное, в рамках теории струн можно добиться искомого объединения
и построить теорию всего”.
Но почему тогда она не была закончена в течении 60 лет и почему для нее всё равно,
имеет нейтрино массу или нет? И никто не знает, когда она будет готова, будет ли
окончена вообще?
Теорию струн пытаются заменить петлевой теорией квантовой гравитации, Мтеорией. Если теория хороша, то нам достаточно её одной. Но она также плоха,
т.к. не опирается на эксперименты.
Д. Гросс сказал [4]: “Теория струн демонстрирует непротиворечивость квантовой
механики и общей теории относительности. Теория струн успешно создает естественную теорию гравитации, которая при больших расстояниях асимптотически сводится
к теории Эйнштейна. Следовательно, она дает нам инструменты для исследования
многих весьма странных явлений, происходящих при крайне сильной гравитации
в глубоко продавленном пространственно-временном континууме, как, например, в
окрестностях знаменитых черных дыр.
Новые идеи теории струн позволили буквально спасти квантовую механику. Например, согласно Бекенштейну и Хокингу, черная дыра обладает энтропией. В рамках теории струн можно построить множество примеров контролируемых моделей
черных дыр. В этих случаях мы можем деформировать теорию путем изменения
параметров до случая, когда черные дыры можно будет описать как протяженные
объекты, которые в теории струн принято называть D-бранами, и рассчитать число
их возможных конфигураций с заданными характеристиками — массой, энергией,
моментом импульса и зарядом.
(Если теория Эйнштейна бессильна объяснить, из чего состоит около 80% нашего мира (темная) материя и (темная) энергия космического вакуума, то теория
струн, M-теория, также не могут ничего предложить для её объяснения? Т.е., если
бы мы придумали новую теорию плоской земли 600 лет назад, то она бы все равно
была бы вытеснена теорией эллипсообразной земли. Вопрос: какая теория вытеснит
М-теорию и когда это будет?)
Полученная в результате энтропия (логарифм числа микросостояний) в точности соответствует энтропии, предлагаемой Бекенштейном и Хокингом. Это демонстрирует, что калибровочная теория на D-бранах может в точности описывать число
степеней свободы системы черной дыры. Теория струн позволяет разрешить и парадокс потери информации.”
Но есть конкурент теории струн - теория петлевой квантовой гравитации. В ней
117
считается, что на малых расстояниях время и пространство квантуется, как клетки
живых организмов. Главное ее достижение (специалист по ней Ли Смолин) - объяснен парадокс Бекенштнейна-Хокинга подгонкой аргумента Дрейера и параметра
Аймерзи. Но Д. Гросс считает, что петлевая теория гравитация не верна, и что “успех
теории струн придет уже в этом тысячелетии”.
Пенроуз - математик из Великобритании, считает, что теория струн - “не может
быть правильной”.
Вячеслав Рычков, который получил приз в 100000 долларов как один из трех победителей премии Fundamental Physics Prize в категории “Новые горизонты”считает,
что -“существующие методы не способны эти задачи решить”. Он имел ввиду, что
нет математических методов, которые бы позволили создать квантовую теорию гравитации, которая должна объединить квантовую механику и общую теорию относительности, и кроме того, создать теорию струн - теорию всего.
В недрах нейтронных звезд, черных дыр, скорее всего, есть кварковая жидкость,
т.е одинаковые кварки в сверхтекучем состоянии. Описывает ли их теория струн? Пока мы даже не знаем, есть ли внутри черных дыр другие черные дыры, поменьше.
Космическая обсерватория GLAST не нашла за 6 лет никаких подтверждений теории струн, изучая гамма всплески.
Противники М-теории говорят, что самые важные свойства материи и взаимодействий остаются неизвестными и не до конца осознаны. Поэтому теория струн неверна.
Шелдон Ли Глэшоу - нобелевский лауреат по физике 1979 г., один из создателей
теории электрослабых взаимодействий, в книге “Очарование физики”[3] возразил:
“Суперструны впервые якобы предоставляют нам теорию квантовой гравитации. .. теория суперструн кажется ...почти уникальной в том, что она не нуждается
в измерении. В принципе, массу электрона, массу протона, силу электромагнитного
взаимодействия и все другие измеряемые характеристики материи можно вычислить
из теории, не прибегая к эксперименту.
Ожидается, что правила, которым подчиняются частицы и силы, образующие
стандартную теорию — наше успешное описание мира низких энергий, — будут логически выведены из теории суперструн как необходимые следствия.
Но работающие с суперструнами, еще не показали, что их теория действительно
работает. Они не могут продемонстрировать, что стандартная теория является логическим следствием теории суперструн. Они даже не могут быть уверены, что их
формализм включает описание таких вещей, как протоны и электроны. И они пока
не сделали ни одного.. крошечного, экспериментального предсказания. Но что хуже
всего — теория суперструн не является хотя бы логическим следствием некоторого привлекательного набора гипотез о природе. Почему... эти теоретики настаивают
на девятимерности пространства? Потому что в любом другом пространстве теория
струн не имеет смысла.
Зарыт ли в конце этого пути клад или нас ожидает только лишь трясина еще
более невразумительной математики?
Пока люди, занимающиеся струнами, не могут интерпретировать воспринимае118
мые нами свойства реального мира, они просто не занимаются физикой. Стоит ли
университетам оплачивать их работу и позволять разлагать впечатлительных студентов? Быть может, все эти мысли о струнах больше подойдут к математическим
факультетам, или даже богословским школам, чем к факультетам физики? ”
Чтобы вы представляли себе культурный уровень студентов в Калифорнии, достаточно упомянуть, что в 1960 годах они требовали разрешения у администрации свободно материться в университете Беркли. Т.е., часть их - варвары и хиппи. Понятно,
что там могла возникнуть дикая теория струн, которая “лишь завела целое поколение блестящих аспирантов в десятимерную математическую трясину, сложность
которой непрерывно возрастает ”.
Над теорией струн потешался гениальный физик Ричард Фейнман. Он спрашивал
теоретиков: “Разобрались ли Вы в числе размерности пространства, в котором живёте?”
Есть 11 и 26 мерные пространства в теориях струн. Из экспериментов ясно, что они
не наблюдались в опытах. Такое пространство мы можем видеть на комичных художественных картинах, когда человек идет по прямой лестнице, но она одновременно
изгибается вокруг столба невозможным образом, хуже, чем лента Мёбиуса. Иначе
было бы нарушение четырёх законов сохранения: массы, энергии, импульса, момента
импульса, энергии. Поэтому чревоточины в пространстве также не возможны. Они
нарушают четыре закона сохранения.
В стандартной модели - теории, используемой в физике, около 32 эмпирических
констант. С помощью них можно добиться высокой точности предсказаний стандартной модели. А в теории струн вместо них используют число размерностей пространства, как будто нет никаких других способов.
Если не верно указать величину размерности пространства, то можно сказать,
что Вселенная могла влезть, вырасти из другого пространства с пяти, шести и т.д.
измерениями в наше.
Возможно теория струн возникла из-за дорогой, неудобной и бестолковой системы
образования на США и Канаде. Там все предметы собраны в кучу и преподаются
детям в школах под названием “Science-Наука”. Нет деления на географию, ботанику, зоологию, астрономию, анатомию, геометрию и алгебру и т.д. А все свалено в
кучу. Это сделано специально, чтобы не отвлекать скотоводов и солдат, завоевывать
и осваивать земли индейцев. Точно также учили в Российской империи, во времена,
когда ссылали поэта Шевченко. Поэтому дети считают научным фильмом „Человекпаук”.
Если вы скажете это любому математику по теории струн, он вам возразит, что
вы не компетентны рассуждать и делать выводы по теории струн и вообще обсуждать её.
Математики и физики, которые ею занимаются, не зная основ физики, выдумыли всякие математические гипотезы, называя это теорией струн. Теорий подобно
теории струн много. Их число меняется со временем.
Мне кажется, что теория струн - это аналог вечного двигателя, но не в механике, а
в математике.
119
Если мы не знаем, что такое темная материя и энергия, каков вес черных дыр
и их свойства во Вселенной? Как создается масса у нейтрино? Как распадается протон и нейтрон, сколько они живут? Мы не знаем параметры гравитационных волн,
сколько их видов существует. Мы не знаем свойства ур-й ЯМ, т.к. не известны их
точные аналитические решения. Нет теории турбулентности (теории движения жидкости или газа) на основе ур-я Навье-Стокса, теории высокотемпературной сверхпроводимости. Нет теории шаровой молнии и сонолюминесценции (свечение воды под
действием звука. Этих двух фраз нет в последней российской большой физической
энциклопедии!). Не решено точно аналитически нелинейное ур-е А. Эйнштейна. Мы
не знаем точно массы, энергии покоя кварков и нейтрино. Максимальная их величина отличается почти в 2 раза от минимального.
Поэтому нужно продолжать изучать основы физики, как ученые повторяют
опыты Резерфорда, которые он делал 80 лет назад, сталкивая ядра, частицы, но
на более сложном оборудовании, используя более точные приборы в ЦЕРН.
У струнщиков подход как у математиков, а не физиков. Теория струн - это не
физическая теория, а подгонка математических теорий, формул. Там нет ни одной
эмпирической константы. Или все угадал или ничего.
Шарлатаны пытаются выдать свои творения за теорию всего, например, в Стадницкий и сыновья написали “Теория Всего. Основы квантовой механики, элементарных частиц, гравитации и антигравитации” Издательство: РПК „Политехник”, Волгоград, 2007 г. , 208 стр. ISBN 5-230-05063-2. У них не три нейтрино, а одно. Число
спутников у Юпитера почему-то 16, хотя их более 40. Сразу видно две нелепости.
Это ложная теория. В российских газетах писали о жуликах из Волгограда. Они
„научились”добывать электроэнергию из песка. Получив деньги инвесторов из Канады, они затихли. Затем журналисты протрубили про Garret Lisi, который живя на
Гавайях, придумал неверную “Теорию всего”.
Есть интересный обзор Виттена о теориях великого объединения: Edward Witten,
Quest for Unification.
В журнале Nature, December 2014, vol. 516 появилась статья “Defend the integrity
of physics ”(Защита целостности физики) профессора прикладной математики George
Ellis и профессора астрофизики Joe Silk, в которой критикуется теория струн. В ней
утверждается, что попытки использовать cпекулятивную теорию Вселенной, т.е. не
доказанную экспериментами, расшатывает, подрывает науку. Нельзя с ней иметь дело и уделять ей много внимания, т.к. она не доказана. Нельзя вообще так поступать
в физике - создавать теорию, которую нельзя проверить экспериментально. Что это
за подход, создавать теорию, считая, что новые экспериментальные факты невозможно получить, т.к. нужен ускоритель в триллион раз мощнее? А его невозможно
построить. Поэтому физики вынесли детектор частиц в космос на международную
космическую станцию. Энергия космических частиц в миллионы раз мощнее, чем в
адронном коллайдере.
Значит струнщики считают, что все теории в будущем по физике будут не проверяемые экспериментально и правильность теории будет определять ее красота?
120
Статья вызвала досаду у тех, кто занимается теорией струн.
Меня удивила фраза физиков в газете за Науку:„Кажется теория суперсимметрии
не состоятельна”. Как это может быть? Если это так, то и теория струн не верна. Но
об этом все молчат.
Меня поразил Максим Еленин (Max Elenin), выпускник магистр (имел степень мастера) факультета физики университета McGill, который занимался теорией
струн. Он не знал в 2014 г., что такое постоянная Фейгенбаума, не слышал о теории
хаоса, не знал гидродинамики, газовой динамики, где она используется. Значит он не
понимал, что такое фрактал, не знал основ физики и ботаники, математической физики. Сейчас работает над диссертацией PHD по этой теории. Можно предположить,
что его работа не найдет никакого применения на практике: на заводе, в лаборатории, институте, госпитале, обсерватории.
Некоторые физики говорят, что теория струн - это много шума из ничего, чтобы
получить финансирование. Это кормушка и способ сделать диссертацию ради неё,
захватить рабочее место в физике.
Но появилась работа по теории струн, опубликованная в журнале Science, в которой
предлагается описать с её помощью высокотемпературную сверхпроводимость. [42]
Ученые столкнулись с тем, что несколько тысяч теоретиков, занимающихся теорией
струн создают им огромные трудности при печатании научных статей. В научных
журналах не остается свободного места для статей других ученых, хотя в них получено намного больше результатов, чем у струнистов.
Я обнаруждил интересные примеры, про то, как мыслит математик, который распространяет знания по теории струн: [58] „Основанная на геометрии общая теория
относительности, опубликованная Эйнштейном в 1915 году..”.
Это не так. Она основана на множестве дисциплин, но главным являются физические опыты по измерению скорости света, которые обнаружили то, что эфира нет.
Скорость света не меняется от направления. Астрономы обнаружили во время Солнечного затмения, что координата звезды отклонилась под действием гравитационного притяжения. Т.е. свет отклоняеться под действием гравитации.
„Рассмотрим, например, климат Земли. Хотя это и не очевидно, геометрия оказывает существенное влияние на климат – в этом случае основную роль играет форма
нашей планеты. Если бы мы жили не на поверхности сферы, а на поверхности тора
или бублика, то наша жизнь – так же, как и климат нашей планеты, – была бы совершенно другой”.
Это не так. На климат Земли оказывает главное влияние солнечное излучение, сила
гравитации, наличие магнитного поля, океан воды и атмосфера из азота и кислорода,
кроме этого, наличие Луны, ураганов, бактерий (они сформировали атмосферу), растений, деревьев и водорослей в океане, процессия оси вращения(мз-за нее наступает
оледенение Земли каждые 100000 лет ), извержение вулканов и падение астероидов,
комет, а не геометрия (она та же самая у Венеры). Атмосфера, например, описывается законами Ньютона, уравнением сохранения количества воздуха, энергии. Они
представлены дифференциальными уравнениями. Эти уравнения, частично используют понятие геометрии Декарта, но геометрия составляет мизерную часть знаний,
если мы стараемся понять климат Земли. Жизнь не могла бы появиться, развиваться
на планете в форме тора, т.к. атмосфера была бы очень тонкой. Не было бы магнитного поля у такой планеты.
121
В этом подходе математика к фактам видна разница между знаниями, наукой
- фактами о природе и попыткой подогнать все знания под какой-то раздел математики, например геометрию или теорию струн. Именно поэтому появилась теория
струн.
Математики считают, что все в природе можно описать какими-то разделами математики, как в астрологии. Мысль, что их теории слишком примитивны и не достаточны, чтобы описать природу, биологию вне их понимания.
5
Диалог критика теории струн - астрофизика и
математиков, поддерживающих терию струн, Мтеории
На форуме по физике www.dxdy.ru, по словам выпускников МГУ им. Ломоносова
в Москве неизвестно кем созданного, и не имеющего отношения к университету, я
видел интересный диалог. Привожу его с небольшими сокращениями:
-А зачем интересоваться теорией струн физику-теоретику, если это - не физика
вовсе?
Мне даже столп этой области так и сказал: "Да, теория струн - нефальсифицируема
и ничего не предсказывает, но никого не касается (волнует)”.
-Давайте вы не будете писать о том, чего наверняка не понимаете.
-Вопрос-то вполне серьезный, и экспериментальную проверку популярность теории вообще-то не заменяет.
-Hехилая доля HEP-theory (физики высоких энергий) завязана на теорию струн,
хотя бы. На „это - не физика вовсе” отвечать вообще не вижу смысла, давайте еще
КТП будем обзывать не физикой (состоятельность КТП и теории струн вообще вещи
эквивалентные с точки зрения выполнимых экспериментов на низких энергиях). А
обсуждения вопросов о том, что теория нефальсифицируемая и ничего не предсказывает (оба утверждения, кстати, неверны) вообще оффтопик в данной теме. Понятно,
что теория струн спекулятивная наука на данный момент и не имеет прямых экспериментальных подтверждений, но тот, кто говорит что это не физика, что она
нефальсифицируемая и т.д., вообще ничего в ней не понимает.
-(зачем интересоваться теорией струн физику-теоретику, если это - не физика
вовсе?)
Этот тезис широко разрекламирован в плохой околонаучно-популярной литературе.
В конце 1990-х - начале 2000-х была довольно грязная „грызня”, связанная с тем,
что струнные научные коллективы и вся тематика начали сильно перетягивать на
себя потоки и грантов, и молодых специалистов. Традиционная квантовая теория
122
поля) этому сильно возмутилась, посыпалась взаимная критика, причём апеллирующая к неспециалистам: к чиновникам и широкой публике. Ведущие профессионалы
высказывались весьма неполиткорректно, и в полемическом запале. Поэтому практически всё, сказанное на эту тему в тот период, надо приправлять ложкой соли.
Некоторых авторов неокрепшим умам читать вообще не рекомендуется, например,
Lee Smolin (работает в Канаде в Периметр институт в провинции Онтарио). Сегодня,
к 2010-м, градус полемики сильно поутих, хотя напряжение осталось, и тема всё ещё
флеймоопасна.
Насчёт того, что „теория струн - не физика вовсе”. С точки зрения традиционной
физической теории:
1. Теория струн - это игрушечная модель, которых в физике полно. Они служат
основой для построения реальных теорий. Их никто не изгоняет на том основании,
что у них нет экспериментальной проверки, - это нелепость. Игрушечная модель
несёт в себе некую нетривиальную идею. Однако в чистом виде эта идея оказывается неприменима для описания реального положения дел. На такой модели можно
отработать методики, которые используются потом, когда станет ясно, как работать
с системами, сколько-нибудь близкими к реальности. Когда-то с подобного начинались калибровочные теории...
Например, в классической и квантовой механике - гармонический осциллятор.
В классической механике - центральная сила со степенным законом. В квантовой
механике - ящик, несколько разных прямоугольных потенциалов.
В теории волн, распространены игрушечные модели на основе ур-я Д’Аламбера.
В КТП - например, φ4 теория. σ-модели. В статфизике - модель Изинга.
P.S. А за калибровочными теориями теперь такая математика стоит, что ещё
кому нужно жаловаться...
2. "Теорий струн вообще-то, много разных, и есть в том числе "струна КХД являющаяся вполне физической теорией вполне физических адронных процессов. Подтверждённой.
3. Теоретические работы в теории струн тесно связаны с остальной квантовой теорией поля, идёт постоянный обмен методов и результатов, и взаимное влияние теорий.
Ну и можно скромно напомнить, что струны - наш лучший кандидат для квантовой гравитации.
-Cкорее она выступает как игрушечный каркас. Современный пример игрушечной модели - это, например, N = 4 SYM, ее еще называют гармоническим осциллятором 21-го века. Модель не реализуемая в природе, но тесно связанная с квантовой
хромодинамикой (на „древесном” уровне они одинаковы). Теория струн же, например, через AdS/CFT correspondence описывает динамику калибровочных теорий в
пределе, когда количество цветов Nc большое, а калибровочные теории экспериментально хорошо проверены. Так что теория струн уже въелась в квантовую теорию
поля, на малых энергиях эти два описания дают то же самое, только по-разному к
этому подходят
-струны сыграли ещё одну роль в истории. На момент, когда они появились (1970-е 123
80-е), заниматься квантовой гравитацией и планковской шкалой вообще было плохим
тоном. А к концу 90-х - нет, это нормально. Там, кроме струн, толпятся уже многие
другие идеи. Но струны, пожалуй, были первопроходцами в этой смене отношения
сообщества, в смене перспективы. Что вся фундаментальная физика, в общем-то,
едина, и этого не надо стесняться.
-Я просто предположил, что претензии по поводу теории, которые оппоненты
предъявляют струнщикам, они с тем же успехом могут предъявить и самим себе.
Так что честнее было бы сказать не "теория струн такая и сякая”, а "все теории в
этой области физики такие и сякие”. Верно ли это предположение?
-Вполне. Собственно, и претензии, как правило, связаны не с отсутствием экспериментальной проверки как таковой (для процесса построения теории это, как
уже отмечалось выше, более-менее нормально), а с гипертрофированным интересом
(сопровождающимся гипертрофированным же финансированием и т.п.), не соответствующим фактической значимости для развития физики работ в этой области.
-Пенроуз (в книге „Путь к реальности”) примерно так и пишет. Типа вроде есть
многообещающие теории, но все пока сырые, в том числе и теория самого Пенроуза (теория твисторов). Реальная польза пока от них такая, что сильно продвинулся
обслуживающий эти теории матаппарат. Претензии, поскольку завершенных теорий
нет, сводятся к "верю-неверю а также навроде "мы видим только 4 измерения, откуда там у них 11 (варианты: 5, 26, 12), это не физично” и т.п.
-Опять та же самая ошибка: читаем очень продвинутый научпоп десятилетней
давности и делаем далеко идущие выводы, не соответствующие действительности.
Наука не стоит на месте. Твисторы, о которых спекулировал Пенроуз в шестидесятых, были реинкарнированы Ходжом в 2009-м в соответствующей статье (книга Пенроуза издавалась в 2007-м, поэтому он об этом не знал), в которой он ввел
т.н. momentum-twistors и сейчас они повсеместно используются амплитудщиками. В
частности, оказалось, что амплитуды рассеяния в планарной (количество цветов Nc
стремится к бесконечности) N = 4 SYM, о которой я упоминал выше, обладают
(кроме конфоромной симметрии) еще и "скрытой"(невидимой на языке диаграмм
Фейнмана) дуальной суперконформной симметрией, которая выявляется если эти
амплитуды (вообще говоря, интегранды амплитуд) переписать на языке momentumtwistors. Это все подхватили Аркани-Хамед et. al. и придумали совершенно другой
способ (никаких диаграмм Фейнмана, даже никакой локальности или унитарности,
которые возникают как следствие, и вообще без пространства-времени) как для этой
модели (N = 4 SYM) находить амплитуды чисто геометрически как (в некотором
смысле) "объем” некоторого геометрического объекта, называемого amplituhedronпо-русски обозвали: амплитуэдр (здесь очень много тонкостей, поэтому я упрощаю,
если кому интересно - могу написать подробнее). Это все хозяйство еще завязано на
теорию струн, т.к. N = 4 SYM дуален суперструнам типа 2b на AdS5 × S5 . После того, как удастся разбомбить задачу нахождения амплитуд в этой игрушечной модели,
а это предполагается сделать для любого количества петель L и любого количества
частиц n, что просто невозможно на языке фейнмановских диаграмм, есть надежда,
что на похожем языке можно будет переписать что-нибудь описывающее реальность,
124
например, квантовую хромодинамику QCD, но это уже очень амбициозная задача.
-Я же говорю, про деньги шла "грызня”.Одним давали много, другие завидовали.
А что гипертрофировано или не гипертрофировано - лучше всего оставить решать самим специалистам.
Насчёт же фактической значимости... Даже в астрофизике и космологии теория
струн привела к таким вещам, как: поиск космологических струн; модели "мир на
бране” и „Большой Взрыв как столкновение бран”; и даже надежда на объяснение
размерности пространства три.
-Струны - это событие в одном ряду с ОТО (идея искривлённого пространствавремени) и с идеями симметрий и их нарушений. Это что-то на уровне парадигмы,
общего взгляда на вещи, и языка, которым описываются одни и те же частные детали. До практики это докатывается с большой задержкой, например, чёрные дыры
- с задержкой примерно на век. Космология вообще всё время опирается на физику
полувековой давности: в середине 20 века приняла модель ОТО (фридмановская модель появилась несколько раньше), в начале 21 века - модель квантового вакуума.
Таким темпом, к середине 21 века она будет опираться на струны
- Ценность этого (теория струн привела к таким вещам, как: поиск космологических струн; модели "мир на бране” и "Большой Взрыв как столкновение бран”; и
даже надежда на объяснение размерности пространства 3.) для астрофизики и космологии практически нулевая.
Это моя личная (впрочем, не только моя, но не суть) точка зрения. Я, будучи астрофизиком, вполне могу себе ее позволить.
-Нет. Существует целое направление исследований в этой области - Космология
струн (String Cosmology).
-Вы упорно выдвигаете в качестве подтверждения полезности некоторой деятельности для какой-либо науки тот факт, что этой деятельностью кто-то занимается
и даже изволит ее определенным образом называть. Однако отсюда следует только
одно: эта деятельность полезна именно для того, кто ей занимается (что, безусловно,
верно, и уже обсуждалось выше). А так... да, направление существует. Наблюдательно проверяемых предсказаний - 0. Шансов на то, что таковые появятся в обозримом
будущем (по оптимистичным оценкам людей, которые этим занимаются) примерно
столько же.
Но тут в помойке форума довольно много сообщений от людей, которые упорно
занимаются поиском логических противоречий в специальной теорией относительности Эйнштейна, опровергают квантовую механику и т.п. Более того, они все дружно
считают, что занимаются физикой. Это делает их деятельность ценной для науки
или хотя бы просто разумной? Безусловно, к струнам такие претензии никто предъявлять не собирается, но все же надо понимать, что ценность и популярность - это
125
совсем не одно и то же.
-Достаточно нескольких минут поиска по http://inspirehep.net/ чтобы понять
насколько популярна теория струн и исследования в смежных областях на данный
момент, особенно то, что касается AdS/CFT. Это не считая сколько конференций
в год проходит по всему миру, сколько открывается новых научных школ каждый
год и т.д. На последней конференции, в которой довелось учавствовать, что-то такие
столпы как Аркани-Хамед, Гросс, Виттен, Сасскинд, Диксон, (Герман) Верлинде,
Капустин и т.д. и не заикнулись о том, что интерес к теории струн угасает, а совсем наоборот. Гросс в своем докладе сказал что ему довелось учавствовать в 3-х
конференциях посвященных открытию новых научных школ в этом направлении в
Америке только в этом году. Я сам амплитудщик, а не струнщик, поэтому специалистом себя в этой области не считаю, но и молчать на такие ничем не обоснованные
нападки не буду.
-Вы упорно выдвигаете в качестве подтверждения полезности некоторой деятельности для какой-либо науки тот факт, что этой деятельностью кто-то занимается.
-Разные области науки взаимосвязаны. Продвижение в одной области дает толчок и новые идеи в других ее областях. То, что теория струн популярна не означает,
что люди исключительно ей занимающиеся, интересуются исследованиями (и цитируют работы) людей, исключительно ею занимающиеся. Теория струн взаимодействует (дает идеи и питается ими) как с Квантовой теорией поля, так и с космологией, физикой черных дыр, физикой твердого тела, гидродинамикой, неравновесной
термодинамикой, математикой и т.д. Это не какая-то изолированная область науки,
а люди, работающие в ней - не изгои и не негодяи, откусывающие финансирование
у других ученых, которые дают "реальные результаты”, подтверждающиеся экспериментально. Вас (и не только вас) может не устраивать тот факт, что экспериментального подтверждения теории струн вы с большой вероятностью не дождетесь до
того, пока не умрете, и даже намного позже, но тысячам ученых, занимающихся конкретно в этой области, а также десяткам-сотням тысяч других, которые работают
в смежных областях и развивают идеи, полученные из теории струн, на это как-то
наплевать... “.
-А можно все-таки привести конкретные примеры? Меня интересует "давание
идей” (именно в эту сторону), причем не для математики (мы обсуждаем физику).
Само собой, нужна идея, которая была проверена экспериментально/наблюдательно
или для которой подобная проверка достаточно реалистична.
(Откройте hep-th (наверное любой день за последние лет 15) и посмотрите сколько
работ по струнам как фундаментальной теории там будет.) Я уже писал выше: популярность тут мало что значит. Благо, что это действительно довольно красивая
область математики.
-Реально по струнам как фундаментальной теории всего работ очень мало. Так
что извините, но вы понятия не имеете о текущей популярности теории струн. Ее
основная популярность последние лет 15 именно в мощной матфизике для других
126
областей, в которых экспериментов-то как раз хватает.
-Лучше сразу перечислите те области, для которых вам желательно это услышать.
Боюсь, для небесной механики и классического хаоса ответ будет невелик.
-(Ее основная популярность последние лет 15 именно в мощной матфизике для
других областей, в которых экспериментов-то как раз хватает.) Ну то есть это раздел
математики. О чем, собственно, и говорилось.
-Нет, не "то есть”. Иначе можно всего Ландау-Лифшица назвать "разделом математики". (неправда. Он основан на экспериментах многих ученых).
-А можно все-таки привести конкретные примеры?
-Объяснение поведения вязкости кварк-глюонной плазмы на RHIC (релятивистском коллайдере тяжелых ионов), используя AdS/CFT дуальность, это как первый
пример в первой категории.
-Вы уверены, что порядок правильный? По моим представлениям, собственно
измерение вязкости никоим образом AdS/CFT дуальность не использует, а попытки
интерпретации уже известных экспериментальных данных - это нестолько не то, что
хотелось получить.
- Я не струнщик, а BSM модель-билдер. В какой-то мере знаком с теорией струн,
значительная часть книжки Полчинского меня не пугает (хотя экзамен по ней я бы
и через недельку не хотел сдавать) При этом стоит мне копнуть чуть глубже, и я
натыкаюсь на такие вещи, в которых я уже ни капли не понимаю. Потому я весьма
заинтересован в теории струн ибо иначе я неконкурентноспособное быдло и переквалифицируюсь в уборщики. Но я честен прежде всего перед самим собой и не буду
принижать значимость теории струн только поэтому.
Как говорил пользователь physicsworks, в текущем статусе теорию струн следует воспринимать в духе рабочего каркаса. Ну т.е. есть каркас квантовой теории
поля. Квантовая теория в общем смысле не дает конкретных предсказаний. Четкие и однозначные предсказания дает квантовая теория поля в смысле конкретной
перенормируемой модели, в которой мы фиксируем набор полей, фиксируем взаимодействия и задаем значения констант связи.
При этом:
1). Набор полей и значения констант взаимодействия в принципе почти не фиксированы. Существует бесконечное количество КТП (каждая с континуумом значений параметров), согласующихся с наблюдаемой физикой, если мы выкинем гравитацию.
В нынешних условиях хорошо работающей перенормируемой Стандартной модели
это значит, что строгих путей выйти на физику за пределами Стандартной модели
НЕТ. Есть только преимущественно эстетические аргументы вроде натуральности,
об успешности которых говорят поиски низкоэнергетической суперсимметрии.
2). С другой стороны (если только не работает чудо asymptotic safety) не существует перенормируемой КТП, которая бы включала в себя гравитацию. Ее включение возможно только в рамках эффективной КТП, которая не самосогласована и
требует УФ дополнения, а также включает бесконечное число параметров (которые
127
можно предполагать задавленными все большей степенью Планковской массы, но
гарантий этого нет).
Теория струн дает четкие и однозначные предсказания на любом масштабе энергий и включает гравитацию, если фиксирована конкретная компактификация. Еще
раз. Вы берете конкретную компактификацию теории струн и получает четкие однозначные предсказания на всех масштабах энергий от низких до Планковских.
При этом:
1). Можно включить гравитацию так что модель самосогласованно работает на всех
энергиях.
2). Насколько мне известно, этих компактификаций конечное число. Не конечное
число параметров, конечное число конкретных моделей с однозначными предсказаниями! Так что например, мы бы могли получить конечное число возможных значений массы электрона и зная измеренную определить какой (если он есть) вариант
подходит.
3). Известны варианты низкоэнергетической физики (swampland) которые не могут
быть получены из струн.
Так что даже как каркас, структура теория струн фальсифицируема на совершенно ином уровне, чем КТП. И при этом дает самосогласованные модели с гравитацией (что грандиозное достижение).
Проблема в том, что компактификаций, дающих нечто похожее на известную
физику, безумное количество. При этом рассчитать те четкие и однозначные предсказания для низких энергий весьма сложно. Именно поэтому теория струн пока
что дает в основном навеянные струной модели квантовой теории поля, которые
в отличии от произвольных КТП фантазий имеют то преимущество, что есть хорошая надежда на самосогласованное УФ (ультрафиолетовое) дополнение. Люди вроде
Гордона Кейна пытаются идти еще дальше и дать конкретные предсказания на коллайдерных энергиях для определенных классов струнных компактификаций.
Итог. Теория струн как фундаментальная "теория всего”это нормальный физический каркас квантовой теория поля, но позволяющий самосогласованно включить
гравитацию. Теория струн с конкретной компактификацией дает модель с четкими и
однозначными предсказаниями для всех энергий. Но увы на данный момент указать
конкретный вариант или решить, что ни один не подходит не получается, ибо задача
очень сложная. Может быть все изменится с какой-то гениальной идеей. Может нет
и струны можно будет проверить только на нынче недостижимых энергиях.
В любом случае говорить "теория струн нефальсифицируема, теория струн не
физика” и т.п. бред, это чистой воды агрессивное невежество, увы нынче модное.
-Или просто в результате того, что к 2050 году сколько-то там тыщ компактификаций Калаби-Яу не будет выглядеть неподъёмной задачей для тогдашних компутеров. Ср. несколько "компьютерных доказательств"в математике конца 20 - начала
21 века.
-Речь идет все-таки именно об оценках эксперименнов теории струн? Обзор в
128
УФН (И.Я. Арефьева, "Голографическое описание кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновениях тяжёлых ионов УФН, т.184 с. 569–598, 2014), как мне
кажется, мою точку зрения подтверждает. Вязкость была измерена с использованием дуальности или с этим использованием она была вычислена после получения
результатов измерений?
Прочитал ваше сообщение. http://dxdy.ru/post1184432.html]p1184432
Т.е., это действительно не предсказание эксперимента, а встраивание в теорию уже
известного экспериментального результата. Тем самым число приведенных Вами экспериментальных подтверждений теории струн опять сократилось до нуля.
- Это как: "встраивание в теорию экспериментального результата?” Есть конкретный теоретический каркас: AdS/CFT дуальность, он позволяет предсказать с
определенной точностью (на то есть свои нюансы) поведение определенных характеристик (например, вязкости, но еще много чего) кварк-глюонной плазмы, которая
ведет себя как жидкость пока температура после столкновения тяжелых ионов не
упадет ниже температуры деконфаймента и не произойдет адронизация. Это проверили экспериментально на RHIC. В рамках чистой КХД такого теоретического
предсказания добиться нельзя, потому что нужно знать динамику сильной связи.
При этом решеточной КХД пользоваться неудобно из-за соответствующих причин.
Конкретная дуальность здесь N = 4 SYM при конечной температуре ↔ теория
струн типа 2b на (черных дырах Schwarzschild-AdS5 ) × S5 . Подробнее можно почитать здесь: Jorge Casalderrey-Solana, et. al, Gauge/String Duality, Hot QCD and Heavy
Ion Collisions с соответствующими ссылками на научные работы.
-(Остаются ли после этого какие-то результаты, характерные именно для этой
компактификации, проверяемые экспериментально и неизвестные до выбора компактификации?)
Разумеется. "Грубо говоря”, на входе вы можете задать ту самую массу электрона, измеренную очень точно. А на выходе получить всю вообще физику, всю
стандартную модель физики и за пределы этой модели , включая тёмную материю,
тёмную энергию и потенциал инфлатона.
-Нет-нет. Вы явно пропустили условие про "неизвестные до выбора компактификации”.
Ну вот хочу я получить "всю вообще физику” в части, касающейся темной материи (и
действительно хочу). Что конкретно мне можно предложить нового и проверяемого?
-Насчёт игрушечной модели: едва ли сейчас кто-то изучает её с сомнительными
перспективами применения к физике с таким жаром, как теорию струн. К примеру,
приехал я на школу по субъядерным взаимодействиям в Эриче (там ещё ’т Хоофт
есть организатором). Вместо лекций по субъядерным взаимодействиям я слушал (то
есть, не слушал) кучи лекций по теории струн. Процентов 50-60 визитёров с докладами рассказывали о достижениях в области теории струн. На пожираловах после
лекций люди обсуждали теорию струн. А ’т Хоофт и компания сидели и слушали...
Насчёт струн в КХД, то очевидно, что автор не об этом спрашивал. Иначе вопрос
бы так и звучал: "...Хочу узнать про адронные струны по причине какого-нибудь кумулятивного эффекта...”
129
-Что касается "мы с Вами в равном положении”, то, простите, нет, мы с вами
не в равном положении. Когда у вас будет опыт прохождения нескольких курсов по
теории струн, опыт прочтения вводного курса студентам, опыт общения со специалистами и опыт использования в повседневной научной деятельности, тогда мы будем
в равном положении.
-Ну-ну. Видите ли, позиция, подобная Вашей, весьма удобна. Поскольку любой
конкретной областью науки исключительно редко занимаются люди, скажем так, не
считающие ее интересной, ценной и т.п., то так можно отбиться от любой критики.
Вашу идею местным любителям эфира надо взять на вооружение: ведь все, кто их
критикует, специалистами именно в этой теории не являются.
Поэтому, конечно, если хотите, пусть положение будет неравным. Однако было
бы неплохо, чтобы Вы обосновывали свои утверждения так, как это принято в науке - непосредственным описанием или ссылками на чужие. До сего момента Вы не
потрудились сделать ни то, ни другое. Единственная попытка дать конкретный ответ была, скажем мягко, не очень удачной и ее исправление привело к фактической
пропаже ответа. Для человека, "проходившего несколько курсов"и прочая и прочая,
полагаю, подбирать ссылки на литературу, да и вообще давать более развернутые
ответы, чем "да ничего вы не понимаете”,должно быть не очень сложно.
-Пока вы, кроме демонстрации общего непонимания что такое теория струн вообще еще и какое ее место в науке, вызываете только чувство раздражения, причем
не только у меня. Пока соответствующие сообщения не будут выделены в отдельную
тему и не будет четко оговорено что предлагается в теме обсудить, я воздержусь от
написания любых сообщений.
-Так изложите это место. Я все-таки, при всей моей предположительной убогости, читать умею и краткий пересказ курса, предназначенного для студентов или
аспирантов, усвоить в состоянии.
А что это вызывает чувство раздражения, да, я охотно верю. Но оно, видите ли,
взаимное. Я готов выслушать аргументы против моей позиции (и, уверяю Вас, даже
готов с ними согласиться, если они будут убедительными), но пока что за Вас отвечают мне 2 пользователя (за что им искреннее спасибо), а Вы в основном рассказываете,
как глупы все, кто не проникся "правильной” точкой зрения теории струн.
-В основе построения физической теории - эксперимент. Физическая теория имеет предсказательную силу. Физическая теория есть фальсифицируемой. А какая экспериментальная основа лежит в теории струн? Какую предсказательную силу имеет
теория струн? Наконец, каким именно образом я могу фальсифицировать теорию
струн окончательно?
Очевидно, что я - не специалист в этой области (одна из причин, главная, - не считаю нужным быть в ней специалистом). Потому я допускаю, что разной внятности
ответы могут быть даны в пределах форума, но они могут содержать разной степени
передёргивания, основанные как на незнании ответа на вопросы, та и на сознательной попытке ввести в заблуждение. Потому предпочту увидеть подкрепление ответов
130
в виде многократно процитированной статьи (найденной на вот том же агрегаторе
inspirehep). Если не слишком много прошу. В конце концов, я - не специалист, искать
тяжелее, чем людям, ориентирующимся в вопросе.
- Читаем здесь
physics.stackexchange.com/questions/15/what-experiment-would-disprove-string-theory
- Я считаю, что теории струн уделено слишком много внимания среди физиковтеоретиков
В самом деле, можно заменить "теория струн” на "мормонианская вера”, и ничего
от этого не потеряется в содержательной базе. Ничего... О чём говорит написанное?
С учётом отсутствия (как я считаю; требую статью!) ответов на вопросы, поставленных мною выше этой цитаты, я считаю, что теории струн уделено слишком много внимания среди физиков-теоретиков. Я очень уважаю таких людей, как Виттен,
Гросс, Сасскинд, за их вклад в мат. аппарат аномалий, эффективных теорий поля,
U(1)-проблемы, однако что они, последователи "мормонианской веры”, могут ещё
говорить о ней? Оговорюсь, что я не называю теорию струн "мормонианской верой”
всерьёз по той причине, что у веры нет мат. аппарата.
P.S. Кстати, насчёт "столпа” - это, кажется, был М. Дж. Дафф (или М. Дж.
Дуфф). И это было сказано не в личной беседе, а после лекции, перед слушателями
и другими лекторами (среди которых были и другие специалисты с неплохим багажом Хирша в области струн).
- Оригинальная статья Малдасены об AdS/CFT дуальности https://inspirehep.net/record/451647
имеет свыше 12 тысяч цитирований и является на данный момент самой цитируемой
статьей в области физики элементарных частиц высокой энергии (HEP). Так что
считайте там дальше (про себя).
-(Извините, это некорректно. С вами не говорят "с позиции специалиста”. Вам
цитируют позицию специалистов, а вы ей недовольны как неспециалист).
Ну, в таком случае это было цитирование бездоказательного личного мнения (специалиста). Иногда и это бывает полезно, но, поскольку мы с самого начала знаем, что
я не склонен ему верить, то от многократного повторения цитирования ситуация не
изменится.
-"...Набор полей и значения констант взаимодействия в принципе почти не фиксированы...”
Можно сколько угодно вкладывать СМ в супер-пупер GUT, но тот факт, что ниже
определённых масштабов вся физика будет описываться СМ, где всё фиксировано,
остаётся. СМ же зафиксирована экспериментом. Улавливаете разницу между струнами и физикой?
"...что строгих путей выйти на физику за пределами Стандартной модели
НЕТ...”
А зачем в физике как экспериментальной науке искать строгий путь выхода наобум? Существует не только up-down схема построения расширения СМ. Существует
131
ещё и down-up; вам, как "боди-билдеру это, очевидно, известно. А именно, берём
наблюдаемое явление, не объясняющееся СМ, дописываем возможное эффективное
взаимодействие, смотрим, что оно ещё предсказывает, и вуаля - эффективное расширение построено. На основании этого можно уже думать об UV completion (если
оно и нужно). Это же ведь проще и естественнее...
"...не существует перенормируемой КТП, которая бы включала в себя гравитацию...”
С каких пор перенормируемость является критерием согласованности? Неперенормируемость не значит несогласованность; чем, интересно, несогласована киральная
эффективная теория поля? Дополняйте прозвольным числом контрчленов и живите
себе с ней. Пертурбативная унитарность не страдает, вероятности могут получены.
Фраза "перенормируемая квантовая теория поля, которая бы включала в себя гравитацию” напоминает мантру из "Википедии”. Я её раз сто слышал. Стартуйте с
нормальных координат в ОТО и получайте вполне себе осмысленные ответы, если
беспокоит перенормируемость. де Витт, что ли, зря старался...
Основная идея диалога понятна. Математики остались при своём, астрофизик
при своём мнении. Математики считают что правы, т.к. им от теории струн польза
и гранты, обжираловки на иностранных конференциях, которые можно не слушать.
Они заняты подгонкой теории струн, беря разные данные. Польза для других области науки, их финансирование им не интересны.
Астрофизик, считает, что польза ему и астрофизикам от теории струн ноль. Это не
физика, а очередная модная математическая теория.
6
Почему уже не имеет смысла заниматься теорией
струн
1. Появилась петлевая квантовая теория гравитации. Она меньше и умеет предсказывать события во Вселенной на таких временах, на которых теория струн беспомощна. Появятся и другие заменители этой промежуточной теории. Какой смысл
изучать временную теорию, которая скоро устареет? Часть сторонников теории
струн уже перешли на другую теорию Узлов (Loop Quantum Gravity) которая сулит больше прогресса.
2. Доказано, что Вселенная расширялась в пространстве и во времени примерно через 300 тысяч лет после Большого взрыва. На это четко указывает реликтовое
излучение, которое изучалось космическим обсерваториями „Планк“ и наземными
станциями в Антарктиде. Именно с того времени фотоны перестали поглощаться
плазмой. Она стала прозрачной для них. Но что было до этого? Теория струн постулирует, что был один большой взрыв или расширение пространства и времени.
Можно предположить другую теорию, что взрывов или расширений пространств
было несколько, как считает А.А. Логунов. Например, после столкновения огромных черных дыр - квазаров, когда жидкость из кварков внутри них, сдавленная
чудовищным давлением разрушила кварки, на составные частицы пространство и
132
времени. После этого, как после падения нескольких камешков в воду, образовался
один фронт ударной волны, от которого осталось реликтовое излучение и образовалась Вселенная. Мы не можем узнать, сколько камешков упало в воду спустя 10
секунд после падения последнего камня, глядя на оставшуюся одну волну (остальные исчезли из-за трения). Аналогично нельзя сказать, сколько было взрывов во
Вселенной. Конечно проще считать, что был один взрыв. А если это не так? Тогда
и Вселенных может быть много. И то реликтовое излучение, которое мы видим, это
только маленькая часть знаний о 4-х мерном мире. Ответ на эти вопросы могут дать
только эксперименты по изменению гравитационных волн.
3. Количество денег на теорию струн уменьшается. Число евреев физиков, например в Израиле и число статей по этой теме падает. Мода на неё возникла из-за
рекламы в прессе и финансирования её государственными учреждениями и частными фондами. Так же было с солитонами, с вакуумными лампами в электронике.
Но что вы будете делать, когда финансирование на неё резко сократиться? Нужно
будет менять тему исследования или уходить в другие области науки, например в
биофизику. Например, никто не знает, как электроскатам удается вырабатывать такое огромное количество электроэнергии: до 10000 Вольт, как очищать мозг человека
от токсичных веществ. Лучше сразу выбрать полезную всем одну тему работ на всю
жизнь, чтобы не мучиться.
4. Если за 44 года теория струн не замечала никакие открытия в астрофизике, физике, то это теория, нужная только для получения степени по математике.
Все основные результаты, которые лежали на поверхности, в ней получены. Но есть
биология, медицина, химия, генетика, биоинформатика в которых намного интереснее темы для исследований, на несколько порядков больше финансирование. Таким
образом теорией струн скоро будут занимаются одиночки-фанатики, как и 44 года
назад. В одиночку уже в теории струн ничего нельзя сделать из-за ее сложности и
разработанности.
5. Банкир Мильнер уже вручил премию нескольким математикам 1 млн долларов тем, кто занимался теорией струн. Он не сделает это еще раз.
7
Когда заменят теорию суперструн, М-теорию?
Замена теории струн произойдет:
1. Когда мы придумаем другое математическое описание неравенств Гейзенберга
и на основе этого создадим другую теорию вместо квантовой механики и научимся
рассчитывать спектры атомов не привлекая пятое пространство-время. Например,
это можно сделать на основе хаотической логистической функции и теории детерминистического хаоса.
Возможно, что имея систему дифференциальных ур-й в частных производных релятивистской магнитной гидродинамики (релятивистские магнитогидродинамические
ур-я вязкой сплошной электромагнитной среды), мы можем рассчитать из неё все
133
атомные спектры, все эффекты квантовой механики, процессы общей теории относительности и теории гравитации Эйнштейна, радиоактивного распада, квантовой
электродинамики, введя некоторые запреты и ограничения, эмпирические константы, типа запрета Паули, постулаты Бора, которые следуют из экспериментов.
Это возможно сделать, т.к. нерелятивистские ур-я магнитной гидродинамики можно
преобразовать в ур-е Шредингера. Но ур-е Паули в этом случае(не путать с основным
кинетически уравнением) является обобщением ур-я Шредингера и есть следствие
релятивистски-инвариантного ур-я Дирака в слабо релятивистском приближении, в
котором учитываются лишь первые члены разложения по обратным степеням скорости света. Если напряжённость внешнего магнитного поля не зависит от пространственных координат, то орбитальное движение частицы и изменение ориентации её
спина происходят независимо. На основе ур-я Паули может быть рассчитано расщепление уровней электронов в атоме во внешнем магнитном поле с учётом спина, т.е.
эффект Зеемана.
Более тонкие релятивистские эффекты в атомах, обусловленные спином электрона,
могут быть описаны лишь при учёте более высоких членов разложения релятивистского ур-я Дирака по обратным степеням скорости света. Значит мы сможем вывести
из релятивистского ур-я Дирака ур-я Паули и ур-е Больцмана.
Возникает вопрос. Если у нас есть компьютерная программа, которая из ур-я Шредингера может рассчитать все задачи для ур-я Дирака, Паули, Больцмана, Эйнштейна, то не является ли такая компьютерная программа замена М-теории и теории
струн? Алгоритмы преобразований просты. Сложным является выбор граничных и
начальных условий. Но нужно использовать эмпирические и теоретические константы типа постоянной Планка.
Можно ли формулу точного аналитического решение ур-я Навье -Стокса для турбулентного течения использовать для расчетов интегралов по методу Монте-Карло?
2. когда появится много экспериментальных наблюдений по гравитационным волнам.
Мы узнаем, что было на самом деле со Вселенной в прошлом и можно построить теорию всего. Например, если мы увидим черную дыру в виде полумесяца(или другой
не сферической формы) в оптическом или другом диапазоне волн, значит теория
струн верна, если только в виде сферического тела, значит нет.
Из десяти гравитационных лабораторий на Земле только две зафиксировали одну гравитационную волну в 2015 г. Мы знаем, что было через 300 тыс. лет после
Большого взрыва. Гравитационные волны расскажут, что было через 10−42 ceк [7] [5]
после этого события. Тогда и некоторые споры о теории струн, верно ли она описывает физику, прекратятся.
Пока мы не знаем, что такое Большой взрыв (расширение) Вселенной. Было ли
это одно событие - следствие столкновения двух огромных квазаров или черных дыр
(размер каждой мог быть в 21 миллион солнечных) или их было миллиард штук
за короткое время. Было ли это столкновение вещества и антивещества? На основе
реликтового излучения это не понятно, т.к. после многих взрывов или одного взрыва
(или расширения пространства и времени) образуются похожие картины ударных
волн, фронтов из галактик, звёзд.
Но, если есть пятимерное пространство, то Вселенная могла бы залезть оттуда в
134
наше 4-х мерное пространство. Если чeрвоточина была бы в нашем пространстве, то
из нее, из другого 5-и мерного пространства в наше стала бы выбрасываться энергия
и вещество. Это бы заметили астрономы.
Теория должна только связывать экспериментальные факты, иначе появляется
огромное количество неправильных теорий. См. например, теорию релятивистской
гравитации А.А. Логунова. Она неверна. Её никто не использует в физике. Но это
не помешало ему работать профессором в МГУ им. Ломоносова.
Пока мы даже не знаем, что твориться в центре нашей галактики, о чем расскажет астрофизическая обсерватория им. Уэбба по изучению инфракрасного излучения, или как формируется, создается масса трех разных типов нейтрино. Нельзя
ставить в физике телегу впереди голодной лошади. Лошадь - это эксперимент. Телега - теория.
Я видел множество лжетеорий в России, поэтому держусь за эксперимент, факты из
наблюдений, как утопающий за соломинку.
Придумать природу, изобрести заранее модели, теории в физике без экспериментов,
невозможно. Как нельзя придумать специальную теорию относительности или радиоактивного распада в 18 веке.
3. Между стандартной моделью и общей теорией относительности и гравитации
А. Эйнштейна должна существовать промежуточная теория турбулентности. Эта
теория описывает хаос в природе и играх, молнии, торнадо и ураганы, течения от
масштабов галактик до квантовых вихрей, размером с несколько атомов, шаровые
молнии, нелинейные, электромагнитные волны в сердечной мышце и головном мозге.
В релятивистских ур-ях магнитной гидродинамики, которые описывает турбулентность, есть константы G, c (скорость света). Если скорость среды стремится к огромной величине, то число Рейнольса также становится очень большим. При малых
скоростях потока их можно преобразовать в ур-е Шредингера, в котором есть постоянная Планка h. Интересно посмотреть, как погрешность константы G влияет на
турбулентность.
8
Выводы из теории струн
Из анализа теории струн следует интересный принцип природы:
1. Все теории, в которых число размерностей пространства больше 3 и времени
больше одного не верны.
Существует правило сохранения числа размерности пространств и времени. Число пространств и времен во Вселенной не может быть больше 4.
Существует правило недоступности прошлого. Мы можем менять произвольно координаты некоторого тела в пространстве, но не во времени(прошлом). Все, что мы
можем - разогнав тело, временно замедлить его собственное время в системе отсчета,
связанного с телом. И попасть быстрее в будущее. Это экспериментально наблюдае135
мый факт.
Звездолет - это машина времени.
В мире существует огромное количество черных дыр, которые почти изолированны от другого мира. Т.е., они не обмениваются энергией, веществом, импульсом с
окружающим пространством. Скорее всего, можно ввести собственное время черной
дыры. Т.е. время внутри черной дыры идет по своим законам и мы ничего об этом
не знаем, т.к. до нас не доходит никакая информация.
Мы не знаем, когда черная дыра была создана и когда исчезнет, т.к. свет от поглощаемого ею вещества дойдет до нас спустя длительный промежуток времени или
мы вообще не узнаем об этих процессах. Значит можно говорить о фрактальности,
раздробленности и ненаблюдаемости части пространства-времени, которое поделено
черными дырами и остальным веществом, как хищники и их жертвы (см. дифференциальное ур-е Вольтерры и его модификации).
Если мы наставим N мониторов в комнате и начнем по ним показывать N разных
фильмов, мы создадим N виртуальных пространств. Все они будут только копиями
прошлых пространств, которые описываются тремя координатами и одним временем. Даже если человек создаст робота из облака мыслящих электронов и засунет
его внутрь светодиодного дисплея, роботу не удастся вылезти из четырёхмерного
обычного пространства и четырёхмерного искусственного виртуального пространства в пятимерное. Это подтверждают четыре закона сохранения энергии, импульса,
момента импульса, массы, которые выполняются для любого тела. Иначе бы эти величины перетекали в другие пространства и законы бы не выполнялись. А оттуда,
скажем из пятимерного пространства, притекала бы к нам энергия, масса и давила
бы сила. И ударяла по загривку. Но это ложное высказывание. Дисплей не работает
от электричества пяти мерного пространства без подключения к розетке. Т.е. законы
сохранения составлены для четырёхмерного пространства-времени.
Исключением служат солитоны - нелинейные волны, которые кроме стандартных законов сохранения подчиняются дополнительным законам сохранения некоторых параметров. Этих дополнительных законов сохранения может быть много, т.к.
они зависят от вида среды, в которых образуются солитоны. Солитоны есть в плазме, воде и во всех средах, но законы сохранения разные для разных веществ.
Под дополнительными пространствами в теории струн, нельзя понимать ввод
новых мнимых переменных. Т.е., вводится мнимое пространство и мнимые координаты. Например, есть комплексные числа. Это одно мнимое пространство и одно
действительное. Когда мы используем комплексные функции для расчета электрических цепей, то все экспериментально совпадает с расчетом, кроме высокотемпературной сверхпроводимости.
В космической баллистике для стыковки космического корабля к международной станции используют кватернионы: числа, которые описываются четырьмя переменными. Они умножаются на три разных единичных вектора i, j, k. Их впервые
стал использовать в космонавтике Б.В. Раушенбах. И в этом случае все прекрасно
сходится с экспериментом.
136
Но если мы введем 8 дополнительных координат или 23, кроме трех z, y, z, то
это не значит, что существует столько же разных измерений, т.к. это не наблюдается
в природе. Но если бы они наблюдались в этом случае, в физике нет и не было ни
одной теории, которая бы не использовала эмпирические константы. Ни СТО теория Эйнштейна, ни теория электрослабых взаимодействий, ни квантовая механика,
ни гидромеханика, физическая кинетика и т.д.. А иначе, как ее сравнить с экспериментом? Поэтому и получается, как только физики откроют что-то новое, старая
теория струн меняется на модернизированную. Например, недавно на М-теорию. Но
без эксперимента не рождалось правильной новой теории.
Математик Михаил Гойхман считает наоборот. Все теории должны выводится
из теории струн и ей не нужны никакие подтверждающие эксперименты, т.к. она
уже включает в себя квантовую механику, общую теорию относительности и другие
физические теории. А новых теорий уже никогда не будет, т.к. все изучено в физике.
Поэтому нам нужно быстрее вывести новую теорию, которая бы использовала
только четырёх мерное пространство, но объединяла бы теорию гравитации, ОТО
Эйнштейна и квантовую механику, теорию ЯМ.
Постоянно появляются ошибочные теории, например, холодный термояд или то, что
движение крыла бабочки может вызвать ураган. Они не подтверждаются опытом
многих ученых.
2. Чем глупее наука, тем сложнее теории, дороже приборы она использует.
3. Теория струн обладает избыточной размерностью пространства-времени. Значит она не сохраняет число пространств-времён. Значит, в ней не работают законы
сохранения массы, импульса, энергии. Поэтому она не верна и все её предсказания
ложны.
4. Философы и математики никогда не способны создать новые теории в физике.
Посмотрите, например, здесь.
Дергая цитаты из древних философов, он пытается объяснить мир с помощью подтасовок. Он не понимает, что говорит. Истину он считает за вызубренные фразы.
Это пример средневековья. Тогда не понимали, что такое эксперимент и наука. Вы
можете защититься от такого балабола знанием терминов.
Философы никогда не смогут понять физику, т.к. не знают её, математики, а умеют
только жонглировать словами других, как схоласты. Философия сегодня - прибежище политиков, которым надо получить хоть какую-то научную степень. Для них
это не наука, а что-то типа мясорубки, способ состряпать диссертацию. Затем они
используют научную степень для маскировки при поездках за границу.
В России, Украине образовались фабрики по штамповке лживых диссертаций за
деньги. Наука там дискредитирована, т.к. общество вырождается. Поэтому мы видим огромный уровень коррупции и преступности, войны, рост заболеваний в России
и соседних с ней странах. Поэтому введен запрет на преподавание географии, астрономии в школах. Идет создание более примитивного государства, чем СССР.
137
Философы и математики не могут это сделать, по той же причине, что и Пуанкаре, когда он не смог создать специальную теорию относительности. Хотя он знал
математику намного лучше А. Эйнштейна, но не понимал смысл физических терминов и важность уточнения их смысла, считал, что существует бесконечное множество
равноправных логических точек зрения на природу. Что ученому удобно, то он и использует. Физическая теория - это как туалетная бумага. Потому можно их быстро
менять и особо не задумываться над их смыслом. Поэтому якобы теория Коперника
принята вместо Аристотеля только из соображения удобства.
Так же глупо рассуждают все математики, которые создали теорию струн и Мтеорию. Для них важен процесс создания, количество, а не качество и смысл теории.
Они никогда не понимали и не поймут, что все теории неравнозначны. Есть такие,
которые ближе всего к физической реальности, к природе и к интуиции, логике
физика. До них не доходит смысл слов фрактал, постоянная Фейгенбаума, логистическое ур-е. Это все равно, как если бы вы считали, что хорошо изучили геометрию
и физику, но когда вас спросить основы, то вы не знаете, как канадские школьники,
что такое число Пи. Аналогично студенты в США изучив писателя А.С.Пушкина в
университетах, не знают, что он поэт.
См. примеры Свирежев Ю. М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии, 1987.
9
Hовыe задачи, придуманные после критики теории струн
Возникает восемь новых задач, после чтения теории струн:
1. Если найдены экспериментально квазичастицы, электрический заряд которых
дробный и получена за это нобелевская премия 1998 г. Лафлину, Стормеру, Цуи, то
как найти в квантовой жидкости квазичастицу с дробным гравитационным зарядом?
Как бы это выглядело в эксперименте и какая теория это бы описала? Ведь закон
Кулона и гравитации Ньютона похожи друг на друга. Есть ли между ними аналогия
и при дробном электрическом заряде?
Могут ли кварки заряжать микротела дробными электрическими зарядами, скажем
углеродные нанотрубки?
Может ли существовать квантовая жидкость с возбуждениями (волнами) масса которых дробная? Т.е., могут ли образовывать в сильных гравитационных полях взаимодействующие гравитоны (и нейтрино) новые типы частицы с массой, которая равна
дробной массе гравитона (нейтрино)? Такое наблюдается с электронами, когда солитон из электронов образует частицы, заряд которых меньше заряда электрона и
дробный.
Не являются ли такие квазичастицы и кварковый газ, как и вещество черных дыр
тёмной материей и источником темной энергии?
2. Как теорию струн заменить алгоритмами преобразований ур-й математической физики друг в друга? Например, мы можем вывести из ур-я Больцмана ур-е
Навье-Стокса. Из ур-я Паули можно вывести ур-е Больцмана. Ур-е магнитной гид138
родинамики можно преобразовать в ур-е Навье-Стокса и в ур-е Шредингера и т.д.
Имея цепочку или алгоритмы преобразований всех ур-й математической физики (доказанных экспериментами) и зная, как получить их аналитическое или численное решение, мы остаёмся в рамках 4 мерного пространства-времени. Для ур-я Больцмана
используем 6-ти мерное пространство физических величин (три разных обобщенных
координаты и три проекции вектора импульса).
Можно вывести более общее нелинейное ур-е Паули, выведенное из нелинейного
ур-я Шредингера (так же, как зная кинетические ур-я, можно вывести ур-е НавьеСтокса). Т.е. нужно оперировать в физике только нелинейными дифференциальными ур-ями в частных производных, возможно с производными дробного порядка.
3. Какая простейшая физическая среда, которая бы требовала для описания своей эволюции электрослабую теорию, общую теорию относительности и гравитации
(ур-е Эйнштейна), квантовую механику?
Например, это может быть пузырь из газа радона, покрытый пленкой сверхтекучего гелия, в котором плавают намагниченная наночастица ниобия. Пузырь летит со
скоростью света во Вселенной. Его электрический заряд равен Q.
Или это кусок льда радиоактивного газа радона при температуре 3 K, который летит
со скоростью близкой к скорости света. В нем есть одна наночастица намагниченного
Ниобия. Радон распадется на газ гелий. Гелий тут же образует каплю сверхтекучего
гелия, в которой есть одна наночастица Ниобия.
4. Почему можно легко менять пространственные координаты частицы, а её координата времени для нас недоступна или доступна только для будущего (если мы
можем разогнать частицу до скорости света), но не для прошлого состояния? Мы можем легко менять плюс на минус в кординатах x,y,z, но не времени. Непонятно, как
бы выглядел закон, который запрещает это делать и как он связан с ОТО Эйнштейна? Может он быть связан с понятием информация? Если представить информацию,
как поток жикости, то ей разрешено течение только вдоль оси t слева направо, но не
наоборот. Поэтому мы сможем прочитать поэмы А.С. Пушкина, но не можем извлечь
их из головы заранее, придумать. Т.е. сделать наоборот. Почему это нельзя сделать?
Как это правило сформулировать математически?
5. Придумать еще одну теорию, которая была бы связана со стандартной моделью, общей теорией относительности и гравитации Эйнштейна, а затем с помощью
неё получить квантовую теорию гравитации. Это похоже на работу селекционера
Мичурина, сорта которого в основном растут в Северной Америке. Когда у него
не получилось скрестить персик с диким миндалём, он создал промежуточное звено, который бы обладал морозоустойчивостью и вывел промежуточный сорт дерева.
Используя его, он получил гибрид персика с диким миндалем.
6. Имеет смысл развить Общую теорию относительности, добавив фрактальную
размерность. То же самое проделать со стандартной моделью, квантовой механикой,
механикой и другими дисциплинами.
7. Можно ли ввести как третье измерение для одной стереофотографии, из двух
фото лежащих на плоскости? Их можно увидеть в книге [27].
Пусть на столе лежит две картины, которые пара глаз может преобразовать в сте139
реофотографию. И одновременно идет стерео художественный фильм.
Если бы у человека было N глаз, и сохранялся эффект стереоизображения каждой
парой глаз, то он ими видел бы N + 2 измерений пространства и времени в фильме и
N + 1 измерений пространства на стереоизображении за счет наличия информации о
двух изображений, которые можно объединить в одно. Поэтому две стереофотографии, видимое как два стереоизображения показывают нам 6-ти мерное пространство,
видимое при перемещении головы. Или как два разных кадра в кино. На каждом кадре видно трёхмерное изображение, например шар. За счет тени и разницы цветов мы
представляем трёхмерное изображение на плоскости. Чем больше информации, тем
точнее передается трёхмерное пространство на плоской картине. Уничтожив часть
стереорисунка, мы попадаем в двухмерное пространство. Eсли останется точка, то
в одно. Значит можно ввести связь между величиной информации - числом бит I и
величиной размерности пространства и времени: I = f (N, t).
Можно ли считать, что наше зрение, душа путешествует в трёх мерном пространстве,
когда мы смотрим на стереофотографию или стереофильм с точки зрения математики? Если мы смотрим стерео фотографию, то мы путешествует во мнимом времени и
мнимом пространстве одновременно или только в мнимом пространстве? И при этом
мы остаемся в одном и том же четырех мерном пространстве-времени. Что увидит
тот, кто летит в корабле со скоростью света? Увидят ли то же самое его глаза?
Вывод: Теорию струн её авторы называются великим открытием, но проверка её на
практике не предполагается или даже невозможна.
8. Считаю, что гидродинамике от теории струн не было получено никакой пользы за 50 лет и не будет.
Польза будет получена из более глубокого и подробного анализа ур-я ЯМ. Ур-е
ЯМ - это расширенное третье и четвертое ур-е Максвелла электромагнитного поля.
Ур-е Максвелла входит в ур-е магнитной гидродинамики. Значит, нам надо расширить дифференциальную модель дифференциальных ур-й магнитной гидродинамики. Сделать так, чтобы ур-е ЯМ в него входило. Я знаю точные аналитические решения для трехмерных нестационарных ур-й магнитной гидродинамики для несжимаемой жидкости, но можно найти и для сжимаемой. Ясен алгоритм как это можно
сделать.
Затем ученые уже обнаружили, что ур-е ОТО А. Эйнтейна - есть часть теории гравитационного ур-я ЯМ.
E. Stedile, Einstein Equation and Yang-Mills Theory of Gravitation, Revista Brasileira
de Fisica, Vol. 18, no 4, 1988.
Смотрите статьи. Они есть бесплатно в интернете:
1.R. Coquereaux and A.Jadczyk, Symmetries of Einstein-Yang-Mills Fields and Dimensional
Reduction, Communications in Mathematical Physics, 98, 79-104 (1985).
2. P. Olesen, A relation between the Einstein and the Yang-Mills Field Equations, Physics
Letters, vol.71 B, N 1., 189-190, 1977
Показано, что любое решение ур-я Эйштейна в вакууме есть двухкратное(double)
самодвойственное (self dual) решение O(4) ур-й Янг-Миллса.
Т. к. ур-я Максвелла и ЯМ описывают безмассовые поля, ученые построили ур-я
ЯМ-Хиггса, которое описывает свойства массовых полей. Оно отличается добавлением нескольких членов к уравнению ЯМ. Они ввели таким образом поле Хиггса. С
140
помощью ур-я описывается бозон Хиггса.
Значит после того, как получено расширенное ур-е магнитной гидродинамики, можно встроить в него ур-е ЯМ-Хиггса.
Затем, если ОТО А.Эйштейна содержится в небольшой модификации ЯМ, значит
оно будет содержаться в расширенной системе дифференциальных ур-й релятивистской магнитной гидродинамики. Это модифицированное ур-е возможно станет теорией, которая заменит Стандартную модель физики и ОТО Эйнштейна. Эта модель проверяется в экспериментах и требует только четырех мерного пространствавремени, как и ОТО. Значит оно заменит теорию струн и книги А.А. Логунова из
МГУ, который не смог понять, что черные дыры существуют.
Так возможно будет выглядеть новая, расширенная стандартная модель физики.
Но ур-я ЯМ и магнитной гидродинамики не связаны с нейтрино. Для нейтрино нужны новые правила, законы. Нужно расширить стандартную модель физики.
10
Уравнения Янга—Миллса
Очень полезным и увлекательным занятием вместо теории струн стало бы более
подробное изучение ур-я Янга-Миллса (ЯМ) и Навье-Стокса.
На огромных расстояниях гравитационные поля и силы, возникаюшие в телах,
описываются ОТО и ур-ем Эйнштейна. На малых отрезках до размера молекул урем механики сплошных сред, в частном случае ур-ем магнитной гидромеханики. Её
один из вариантов - ур-я Навье-Стокса. Это второй закон Ньютона для жидких (в
том числе металлов), газообразных и сыпучих сред (порошки, снег). На расстояниях
меньше молекул мир описывается теорией поля, квантовой механикой, квантовой
электродинамикой, квантовой хромодинамикой и ур-ем ЯМ. Каждое из этих трёх
уравнений Эйнштейга, Навье-Стокса, Янга-Миллса преобразуется друг в друга или
в их отдельные уравнения.
Гипотеза: волна гравитационного поля на расстояниях равном размеру протона
есть сильно ослабленная, в более чем 10000 раз, затухающая волна поля ЯМ.
Поставьте кастрюлю с водой в холодильник. Получите над поверхностью воды
усы из кристаллов льда длиной 5-7 см, которые бы располагались перпендикулярно
боковой поверхности кастрюли. Усы состоят из молекул воды. По усам, из-за конвекции и конденсации пара на кристаллах льда бегают капли воды, управляемые
капиллярными силами.
Молекулы этих капель состоят из кварков. Внутри кварков есть 8 сортов глюонов, частиц подобных фотонам. Ур-е ЯМ рассказывает, какие электромагнитные
поля существуют внутри атомов, и какие глюонные поля существуют внутри кварков. Как глюоны взаимодействуют друг с другом. Какая масса у кварков и глюонов
и т.д. С помощью него ведутся расчеты на суперкомпьютерах параметров кварков.
Если мы услышим поля ЯМ, то узнаем, что происходит внутри протонов, нейтронов
и других частиц.
Представте глюонные поля, как микровзрыв не атомной, а протонной, нейтроннной бомбы (в зависимости от вида частицы), удерживаемый внутриядерными силами
внутри частицы.
141
„Теория ЯМ, в физике - обобщение теории электромагнетизма шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла, которая использует уравнения Максвелла. Она
используется для описания слабой и сильной силы в субатомных частицах в терминах геометрической структуры или теории квантового поля. Теория ЯМ опирается
на квантовомеханическое свойство, называемое «массовой щелью». Теория была введена в 1954 году китайско-американским физиком Чен Нин Янгом и американским
физиком Робертом Л. Миллсом, который сначала разработал калибровочную теорию, используя теорию групп Ли (см. математику: математическая физика и теория
групп Ли), для описания субатомных взаимодействий.
Благодаря теории Янга-Миллса были получены точные и полезные результаты
до её формального развития и анализа. Затем были добавлены строгие определения,
которые устранили логические ошибки. Для теории ЯМ одним из наиболее важных вопросов является математическое объяснение массовой щели или ненулевой
массы в формулах квантовых приложений. Доказательства ненулевой массы были
продемонстрированы в физических экспериментах и компьютерных математических
моделях. Считается, что причина её заключается в том, что внутриядерная сила работает только на очень малых расстояниях (внутри атомных ядер)”- из энциклопедии
„Британника” (https://www.britannica.com/topic/Yang-Mills-theory).
Ур-я ЯМ - это система из 12 дифференциальных уравнений в частных производных. Они описывают объединенные векторные поля физических величин для
электромагнитных и слабых сил, которые могут взаимодействовать друг с другом.
Кванты этих полей - (квази)частицы бозоны. Бозоном является фотон, глюон, бозон
Хиггса, мюон и др. частицы. Объединенные означает, что несколько теорий объединены в одну, для того чтобы описать явления, которые описываются по отдельности
каждой теорией. В результате этого требуется меньшее число эмпирических констант.
Точные аналитические решения, под названием инстантоны и антиинстантоны
получены для упрощенного ур-я ЯМ. Это нелинейная волна, локализованная в пространстве и времени, в частном случае в виде функции гиперболического тангенса, которая движется в некотором комплексном времени. Их считают за квантовомеханический переход между различными состояниями одной частицы. Они используются как теоретический инструмент для исследования этих уравнений.
Как может “квантовые частицы иметь положительные массы, даже при том, что
классические волны перемещаются при скорости света”? Институт Математики Клэя
(переводится как глина) пишет о теории Янга-Миллса и задаче о массовой щели на
этой странице: http://www.claymath.org/millennium/Yang-Mills_Theory/
Вы уже скачали русский перевод статьи Artur Jaffe, Edward Witten, „Квантовая теория ЯМ” в архиве zip с этим файлом.
Успешное использование теории ЯМ, которая описывает сильные взаимодействия элементарных частиц, зависит от тонкого квантового механического свойства,
названного „массовой щелью”: квантовые частицы имеют положительные массы, даже при том, что классические волны перемещаются co скоростью света. Это свойство
было обнаружено физиками в экспериментах и подтверждено компьютерными моделированиями, но это все еще не понятно с теоретической точки зрения.
Вопрос:
Как могут квантовые частицы иметь положительные массы, если они в виде клас142
сических волн перемещаются co скоростью света?
Только частицы с нулевой массой покоя могут перемещаться со скоростью света,
таким образом это высказывание походит на нарушение специальной относительности. Что подразумевается под классической волной? Классически частица с массой
- это частица. Нет никакой волны, присоединенной с ней.
Ответ:
Это утверждение не нарушает теорию специальной относительности. Фундаментальная Теория ЯМ описывает динамику безмассовой частицы со спином 1, названной
глюон. Они действительно перемещаются со скоростью света, потому что невесомы,
не имеют массы покоя. Невесомые частицы проблематично описать теоретически.
Появляется задача, о том, что нужно доказать теоретически то, что там нет "никакого массовой щели". Четкая квантовая теория требует, чтобы там была "массовая
щель"или свободно заявляла о несуществовании невесомых, безмассовых частиц.
Нас спасает от этого очевидного парадокса, - явление по имени невылетание
одиночного кварка или конфайнмент. Это утверждение о том, что, в то время, как
глюоны невесомы и описывают взаимодействия в теории ЯМ, не существует других, независимых, свободных частиц. Другими словами, никогда не будет найден (и
измерян) индивидуальный, свободный глюон. Он может однако существовать, когда
присутствует другая настоящая частица, как кварк, но это никогда не будет измерено
в эксперименте. Действительно существует, свободный, сложный объект, названный
шар из клея - глубол ("glueball"), который составлен полностью из глюонов. В то
время, как составные части (конституэнты) глубола - это глюоны самостоятельно
невесомы, глюбол имеет массу из-за энергий взаимодействия. Т.о., объекты, которые действительно существуют свободно, все имеют массу покоя, и теория имеет
массовую щель.
Вы можете думать о глюоне, как классической волне, перемещающейся со скоростью света, и о глуболе, как суперпозиции (наложении) нескольких таких классических волн, чья групповая скорость меньше скорости света.
Конфайнмент доказан экспериментально, но нет никакого теоретического понимания этого явления.
Представьте себе пакет с горохом. Горошина обмазана светящимся фосфором.
Пакет - это аналог нейтрона, протона. Горох - это аналог кварков. Излучение фосфора - излучение глюонов. Внутри пакета горох свободно перемещается. Это эффект
асимптотической свободы. За границу пакета вылетают горошины только парами,
по трое, четверо, пятеро и т.д. Это явление конфаймента.
Вопрос:
Когда Вы говорите, что глюон есть классическая волна, Вы подразумеваете, что
глюоны могут быть описаны классическим волновым уравнением?
Ответ:
Классические поля, которые описывают невзаимодействующие глюоны, действительно удовлетворяют безмассовому волновому уравнению, а именно, 2ϕ = 0 или
для стационарного случая ∆ϕ = 0 или div(gradϕ) = 0, где ϕ = 0 - есть скаляр,
продольных волн.
div - означает дивергенцию, grad - это градиент. Их определения смотрите в
учебнике Н.С. Пискунов, том 2, Дифференциальное и интегральное исчисление для
вузов, М, 1970 г.
143
Дивергенция - это предел отношение массы воды, выливающейся из шарика за 1
сек, в стенках которого везде равномерно проделаны одинаковые отверстия, к объему
этого шарика, когда объем шарика стремится к нулю.
Градиент - это вектор скалярной величины (например, температуры), который
всегда направлен от меньшего значения к большему. Его величина равна сумме трех
частных производных проекций функций на оси x, y, z по направлению x, y, z.
Если у вас есть стол. Внутри него висит веревка. На его верхней крышке, двух боках отображатся проекции от веревки от фонаря, который стоит на полу под столом.
То если, вы на верху стола и его боках прикрепите три больших листа миллиметровки. На них начертите координатные оси XOY,YOZ, ZOX. Найдите три частные
производные в какой-то точке. Сложив их квадраты, взяв квадратный корень от
суммы, вы найдете величину градиента в одной точке. Формула 5.5-4 в [53]. Я бы
еще ввел и добавил частную производную по времени.
Когда ученый исходит не из теории, а из самого явления — изучает его и смотрит, может ли это явление быть объяснено существующими теориями, он пытается
понять, почему теория стандартной модели физики не учитывает массу, например
электронного нейтрино. Для этого необходимо найти аналитические решения в основном ур-ии квантовой хромодинамики ЯМ, которое задавало бы нам массу частиц,
их спектр.
В дифференциальном волновом ур-ии, в нелинейном волновом ур-ии, ур-ии
Кортевега-Де Вриза, Бюргерса, Максвелла в частных производных нет параметра
массы, поэтому масса линейных волн равна нулю. Это доказано опытами. Масса
покоя фотонов, или волн малой амплитуды на воде равна нулю. Но волны малой
амплитуды, описываемые, например, функцией синус, при подводе энергии и массы извне, могут превращаться в нелинейные волны и наоборот. Солитон, цунами,
затухая, превращается в линейные волны.
Без понятия массы мы не можем подсчитать вес, массу волн, возникающих в
сплошной среде. Мы определяем, например, смещение поверхности жидкости от равновесного уровня, скорость волны. Понятие массы волны возникает, если мы свяжем
её с энергией волны или с занимаемым волной объемом, плотностью сплошной среды, когда мы вводим ур-е неразрывности, ур-е сохранения массы в некотором выделенном объеме сплошной среды. Например, мы вводим понятие массы, связав его с
плотностью энергии в данной точке объема, с температурой. Если мы введем ур-е
неразрывности для токов или заряда в системе ур-й магнитной гидродинамики, задав
массу электрона, то сможем подсчитать вес молнии в каком-то объеме и в какой-то
момент времени. Это невозможно сделать с использованием только ур-я Максвелла,
решением которого являются линейные электромагнитные волны без массы покоя.
Более сложный случай. Представим, что через 1 сек возле взрыва атомной бомбы, на расстоянии 1 км от места взрыва образовалась, и исчезла молния. Масса
молнии (масса электронов, позитронов и электромагнитных волн) будет зависеть и
от тепловой энергии, которая выделилась при ядерном взрыве, которая меняет свойства воздуха, ионизирует его. Вместо ядерного взрыва подходит фраза „извержение
вулкана”.
Суммарная масса кварков, в составе протона, обеспеченная механизмом Хиггса,
составляет всего около 10 МэВ. Масса протона равна 938 МэВ. 99% своей массой
144
протон, нейтрон обязаны полю сильного взаимодействия, удерживающему кварки
вместе. Механизм Хиггса обеспечивает только один процент массы окружающих нас
привычных объектов. Основным «источником» массы является сильное взаимодействие.
Термин масса в линейном или нелинейном ур-ии Шредингера вводится как некоторый положительный, экспериментальный коэффициент. При описании электрона,
для которого ур-е справедливо, можно описать свойство частиц ядра, и начать оперировать с количеством частиц, например электронов.
Если бы масса у одной частицы задавалась комплексной величиной, то она была
бы не наблюдаема.
Масса присутствует в ур-ии Навье-Стокса, как в расширенном законе Ньютона.
Она зависит от объема и некоторой плотности вещества. Если мы захотим описывать
кварки, то должны оперировать ур-ем ЯМ. Оно, как и ур-я Максвелла, не содержит
массы. Кварки не обладают массой, но они приобретают ее, если обмениваются бозонами Хиггса друг с другом.
Ученый Frank Wilczek написал очень интересную статью „Источники массы”(Origins
of Mass).
Ур-я ЯМ, ЯМ-Хиггса нелинейные, поэтому в полях, которые описывают эти
уравнения должны возникать только нелинейные волны.
Там нет трения, поэтому нелинейные волны не затухают, не превращаются в
линейные, как это видно в обычной жидкости. В зависимости от свойств среды,
скорость волн может меняться: от небольшой величины, до скорости света.
Если внутри кварков возникает нелинейная волна, например солитон, то можно
подсчитать её массу, задав объем области, внутри которых частицы поля считаем
за его часть, используя плотность среды. Обмениваясь волнами, молекулами с окружающей средой и гравитационными полями, солитон приобретает массу. О том, что
такое энергия волн, как её находить, для школьников приблизительно написано в
пятой главе „Сколько энергии в волне” на 132 стр. [2].
Поле – это множество плотноупакованных, взаимодействующих частиц. Частица – это элемент поля.
Если два взаимодействующих кварка представляли бы из себя какой-то тип нелинейной волны, то они бы приобретали или теряли массу, обмениваясь глюонами, как
нелинейными волнами.
Можно представить модель процесса рождения и исчезновение одиночного кварка из вакуума, как броуновское движение вакуума.
Если бы электронное нейтрино было бы квантом кривизны пространства, то можно
было бы ввести квант массы. Масса покоя глюона, фотона (и гравитона, если бы он
существовал) равна нулю.
Ур-е ЯМ действует в вакууме, в котором случайно рождается и исчезает кварк.
В вакууме есть частицы, состоящие из кварков, например протоны. Зная массу протона, можно подсчитать массу взаимодействующих кварков.
Известно 6 кварков и 6 лептонов (и их 12 античастиц), масса покоя которых не равна
нулю, спин каждой из которых равен 1/2.
Если в вакууме есть один бозон Хиггса со спином и зарядом равным нулю.
Необходимо с помощью ур-я ЯМ показать, что масса покоя, любой из этих 12 частиц
145
не равна нулю.
Но частица с массой ноль формально является решением ур-я Эйнштейна,
Навье-Стокса (и даже Шредингера). Поэтому ноль может быть и точным аналитическим решением ур-я ЯМ и ЯМ-Хиггса - вакуум с массой покоя равном нулю.
Есть частицы с массой покоя равном нулю. И кроме того, мы можем забрать массу
кварка, лептона с помощью поля глюонов. Превратить их излучение в вакууме.
Небходимо найти, не какая минимальная масса присутствует в точном аналитическом решении ур-я ЯМ. Она может быть равна массе электронного нейтрино,
но не равна нулю при малых величинах энергии. А как из взаимодействия частиц с
нулевой массой образуется частица с массой больше нуля?
Аналогично ур-е солитона при малых амплитудах, которое описывается уравнением Навье-Стокса при некоторых начальных и граничных условиях переходит в
линейные волны, форма которых описывается функцией синус, т.е. ур-ями Максвелла. Но масса линейных волн всегда равна нулю.
Какую минимальную массу частиц, волн могут описывать ур-е закона Ньютона,
Максвелла, Эйнштейна?
Ур-е Максвелла не может описывать ударные волны, которые могут иметь разную массу. Tакая волна представлена в частном случае, как внешняя поверхность
гриба атомного взрыва. Масса покоя электромагнитных волн равна нулю. Масса движущейся линейной электромагнитной волны зависит от энергия и импульса волны.
Но тогда бы общая теория относительности была бы частным случаем ур-я ЯМ.
Т.к. гравитационные волны всегда линейные, они не имеют массу. Их скорость
равна скорости света. Но когда А. Эйнштейн выводил ур-я ОТО, СТО, он отбрасывал
многие члены. Если этого не делать, то мы скорее всего, получим другие нелинейные
ур-я ОТО, СТО. Если это так, тогда мы получим, что существуют более сложные
нелинейные гравитационные волны. Которые при малых амплитудах переходят в
линейные.
Гравитационная волна образует квазичастицы, нелинейные волны (например,
бор) в воде и воздухе. Если она вызывает извержение вулкана, то образуется солитон - цунами.
Медленные гравитационные волны, например волны на поверхности воды - солитоны, описываются ур-ями Навье-Стокса. Их скорость меньше скорости звука, света, и
может быть любой. Ур-я ЯМ нелинейные. Значит их решением являются только нелинейные волны, которые всегда имеют массу! Гипотеза о том, что если
решением являются нелинейные волны, то они не имеют массы или то имеют, то не
имеют - не верна.
Все остальные, добавочные искусственные члены, которые превращают его в ур-е
ЯМ-Хиггса-Эйнштейна или ЯМ-Хиггса, и дают нелинейные волны, которые имеют
массу, не нужны. Аналогично как в теории турбулентности. Есть ур-е Навье-Стокса.
К нему добавляют огромное количество разных членов из разных моделей. Они позволяют моделировать турбулентное движение после осреднения потока. Но, имея
точное, аналитическое решение уравнения Навье-Стокса, и задавая для него необходимое граничное и начальное условие, и закон сохранения массы, энергии, мы
получаем параметры любого турбулентного движения.
146
Значит нужно доказать:
1.Что ур-я ЯМ не безмассовое, а наоборот, его решения всегда имеют массу.
2.Оно дает бозон Хиггса без поля Хиггса, который имеет массу покоя.
3. Показать, что при малой энергии они переходит в ур-е Эйнштейна и ур-е Максвелла. Их решением являются линейные гравитационные или электромагнитные волны,
которые не обладают массой.
Т.е. ур-е ЯМ содержит в себе ур-е Эйнштейна и Максвелла.
Значит ур-е Янга-Милса-Хиггса и Максвелла не нужно, а достаточно иметь ур-е ЯМ.
Более точно: электромагнитное поле в электродинамике, поле векторных бозонов — переносчиков слабого взаимодействия в теории электрослабого взаимодействии Вайнберга — Салама и глюонное ноле - переносчик сильного взаимодействия
— описываются полем ЯМ.
Гравитационное поле также может быть интерпретировано как поле Янга—Миллса (см. Попов Д.А., Дайхин Л.И., «Докл. АН СССР», 1975, т. 225, N 4,
с. 790—93);
В гравитация видим два процесса. В одном тела, имеющие массу, обмениваются
линейными гравитационными волнами. Эти волны не имеют массу.
Внутри частиц, из которых скомпонованы протоны и нейтроны видны нелинейные волны. Они имеют массу, поэтому кварки, и частицы из которых они состоят протоны, нейтроны, всегда имеют массу. Значит и электрон, протон, нейтрон - это
нелинейная волна. Т.к. протон не распадается, абсолютно устойчив, значит он может
теоретически представлять собой нелинейную волну в невязкой среде, в идеальной,
квантовой жидкости, которая моделирует окружающую среду. Но подобно магнитам, вес магнита намного меньше, чем сила, которая дкествует меду ними. Магнит
это аналог кварка. Вес магнита или сила тяжести - аналог поля Хиггса. Сила действующая между магнитами (кварками)- это сильное взаимодействие. Оно сильнее
в 99 раз, чем сила веса магнитов (кварков).
Значит, чтобы уменьшить массу тел, мы должны или придать ускорение телу,
равную его силе тяжести, деленную на массу. Или превратить его временно в линейные волны, масса которых равна нулю, а скорость всегда равна скорости света. Или
переместить внутри ракеты, которая придаст отрицательное ускорение. Другого варианта нет.
(Т.к масса и заряд частицы не связаны друг с другом, было бы удобным, если
существовали бы две частицы, заряд которых равен -1/3 и +1/3 от заряда электрона,
входящие в состав кварков.
И если бы существовала одна частица, которая переносит цвет кварка - Z 0 бозон. И
две частицы, с отрицательной массой -3,6 ГэВ с зарядом -e/3 и +e/3. Эти 3 частицы
должны служить переносчиком слабого взаимодействия. Они бы образовывали W − ,
W + бозоны. Оставив электронное нейтрино, можно было бы нафантазировать, что
все 17 частиц состоят только из частиц, заряд которых равен -1/3 и +1/3 от заряда
электрона, электронного нейтрино, Z 0 бозона, фотона, глюона, т.е. из 6. Остальные
нейтрино состояли бы из электронных, которые бы охлаждаясь, конденсировались
бы в более тяжелые. Но в природе, такое не наблюдается. )
Когда мы описываем кварки, нейтрино, мы не можем использовать понятие частицы на расстояниях, равным размеру кварка, нейтрино.
147
Возможно, существуют частицы или силы, которые не дают разлетаться кваркам.
Из них состоит оболочка кварков, как консервная банка или пакет, или оболочка
растительной клетки. Твердость оболочек, спрессованных растительных клеток в
центрифуге примерно как у наждака.
О проблеме массовой щели ур-я ЯМ сокращенно написано в [52].
„Существуют законы сохранения. Каждая сохраняющаяся величина соответствует непрерывной группе симметрии в ур-ях – правило Эмми Нетер.
Все симметрии образуют группу с операцией „провести одно преобразование, затем
другое”. Непрерывная группа — это группа симметрий, определенная единственным
действительным числом. К примеру, вращение вокруг заданной оси есть симметрия,
и угол вращения может задаваться любым действительным числом, поэтому вращения — на все возможные углы — вокруг заданной оси образуют непрерывную группу.
Из сохраняющихся величин с этой симметрией связан момент импульса, или вращательный момент. Сохранение импульса связано с непрерывной группой перемещений
в заданном направлении. Сохранение энергии связанно с временными симметриями
— ур-я неизменны в любой момент времени.
В ур-ях Максвелла присутствует особый вид симметрии: калибровочная симметрия. С ее помощью удалось соединить электричество и магнетизм в единое электромагнитное поле. Вращение и перенос — глобальные симметрии: они равноприменимы
в любой точке пространства и времени. Вращение вокруг определенной оси поворачивает на один и тот же угол каждую точку пространства. Не таковы калибровочные
симметрии: это местные симметрии, они могут меняться от одной точки пространства к другой. В случае электромагнетизма местные симметрии — это смена фазы.
Колебания электромагнитного поля в определенной точке обладают амплитудой (это размах колебаний) и фазой (это момент, в который колеблющаяся величина
достигает своего максимума). Если взять решение ур-й поля Максвелла и в каждой
точке поменять фазу, то получится другое решение (если, вы внесете в описание поля
соответствующее компенсирующее изменение, включающее местный электромагнитный заряд). Калибровочные симметрии ввел в обращение Герман Вейль в попытке
добиться дальнейшей унификации электромагнетизма и общей теории относительности, т. е. электромагнитных и гравитационных сил. Название появилось в результате недопонимания: он считал, что правильная местная симметрия должна означать
изменение пространственного масштаба, т.е. „калибровку”. Из этой идеи ничего не
получилось. Логика квантовой механики заставила Владимира Фока, Фрица Лондона предложить другой тип местной симметрии. Квантовая механика формулируется
с использованием не только действительных, но и комплексных чисел, и каждая
квантовая волновая функция имеет комплексную фазу. Значимые местные симметрии вращают фазу на любой угол на комплексной плоскости. Эта группа симметрий
включает в себя все вращения, но в комплексных координатах все они представляют собой „унитарные трансформации” (U) в пространстве с одним комплексным
измерением (1), поэтому группа, сформированная этими симметриями, обозначается как U(1). Формальные обозначения здесь позволили физикам записать, затем
решить ур-я для заряженных квантовых частиц, движущихся в электромагнитном
поле. Благодаря этому Томонага, Швингер, Фейнман и Дайсон разработали первую
релятивистскую квантовополевую теорию электромагнитных взаимодействий: квантовую электродинамику.
Симметрия калибровочной группы U(1) играла в их работах фундаментальную роль.
148
Следующий шаг, объединивший квантовую электродинамику с теорией слабого ядерного взаимодействия, сделали в 1960-е гг.
Абдус Салам, Шелдон Глэшоу, Стивен Вайнберг, другие ученые к электромагнитному полю с его калибровочной симметрией U(1) они добавили поля, связанные с
четырьмя частицами — так называемыми бозонами W + , W0, W − и B0. Калибровочные симметрии такого поля вращают комбинации этих частиц, порождая другие их
комбинации.
Эти симметрии образуют другую группу, получившую обозначение U(2) — унитарные (U) трансформации в двумерном комплексном пространстве (поэтому 2), являющиеся также специальными (поэтому буква S). Иными словами, полная калибровочная группа — это U(1) x SU(2).
Знак x указывает на то, что две группы действуют независимо на двух разных полях.
Результат, получивший название теории электрослабых взаимодействий, потребовал
введения сложного математического новшества. Группа U(1) в квантовой электродинамике коммутативна: два проведенных последовательно симметричных преобразования дают один и тот же результат, в каком бы порядке они ни проводились. Это
свойство сильно упрощает всю математику, но для группы SU(2) не работает. Так
впервые была применена некоммутативная калибровочная теория.
Сильное ядерное взаимодействие вступает в действие при рассмотрении внутренней структуры таких частиц, как протоны и нейтроны. Толчком к большому прорыву в этой области послужила интересная математическая закономерность, наблюдаемая в одном конкретном классе частиц адронов (известная как „восьмеричный
путь”),вдохновила ученых на создание теории квантовой хромодинамики. Теория постулировала существование скрытых частиц, названных кварками, и использовала
их в качестве базовых компонент для целого множества адронов.
Согласно Стандартной модели, все во Вселенной состоит из 16 по-настоящему элементарных частиц, существование которых подтверждено экспериментами на ускорителях. Плюс 17-я частица бозон Хиггса. Из частиц, известных еще Резерфорду,
ранг элементарных сохранили только электрон и фотон.
В Стандартной модели предполагается существование шести кварков, объединенных
попарно. Mодель предусматривает и шесть лептонов, тоже парных: электрон, мюон
и таон (тау-частицей) и соответствующие им нейтрино. Эти 12 частиц называют фермионами.
Частицы удерживаются вместе силами четырех типов: это гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия.
Действие сил осуществляется посредством обмена частицами, которые их „переносят” или „передают”.
Фотон переносит электромагнитное взаимодействие. Z 0 , W − и W + -бозоны переносят
слабое ядерное взаимодействие. Посредством глюона, масса покоя которого равна 0,
передается сильное ядерное взаимодействие. Технически глюон переносит „взаимодействие между кварками, удерживающее их вместе („цветное” взаимодействие), и,
соответственно, сильное взаимодействие, которое мы наблюдаем в результате.
Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего; нейтрон — из двух нижних и одного верхнего. В каждой из этих частиц глюоны удерживают кварки на
месте. Четыре перечисленных переносчика взаимодействий обобщенно называют бозонами. Разница между фермионами и бозонами очень существенна: у них разные
статистические свойства.
149
Бозон Хиггса — это воплощенное в частице квантовое поле Хиггса — с очень важным свойством: в вакууме оно не равно нулю. Это поле действует на остальные 16
частиц модели, заставляя их вести себя так, будто они обладают массой. Значит,
точное аналитическое решение ур-я ЯМ-Хиггса должно давать спектр масс покоя
для 17 известных частиц. Квантовая хромодинамика — это еще одна калибровочная
теория с калибровочной группой SU(3). Преобразование действует на трехмерном
комплексном пространстве”.
Еcли массы частиц покоя задать, как точки кривых и прямой (для одной массы
одна координата x), то решения ур-е ЯМ сводятся к простым ур-ям, которые имеют
точное решение спектра масс для 17 частиц:
1. В виде прямой с массой x = 0 для 5 частиц. Пять масс покоя равных нулю.
2. Затем в виде четырёх прямых на сфере. По три точки на каждой прямой.
Физически, наверное, правильнее располагать массы 17 частиц на одной кривой для
5 частиц с нулевой массой покоя, трёх частицы с массой, которая известна точно
(электрон, тауон и т.д.) и 9 частиц, у массы которых известно максимальное и минимальное значение. Для последних частиц либо их массы никогда не могут быть
известны точно, т.к. они обладают вероятностной, квантовой природой (6 кварков +
3 нейтрино). Или же могут, но тогда надо задаться средним значением. См формулу
(2.4-20) [53]. Но тогда можно использовать семнадцатимерное пространство Лобачевского. 17 координат масс поместились бы на одной прямой на семнадцатимерной
сфере. Это компактный способ описания масс всех 17 частиц.
3. Существует отображение, которое преобразует одну точку прямой в другую точку
другой прямой. Или задавали бы 3 сферы с произвольным радиусом. Т. е. вместо
девяти частиц имели бы три.
4. Если использовать и радиус от другой частицы, то имели бы меньше частиц.
5. Есть вариант с двумя прямыми на сфере (6 точек), пересекающимися в нужной
точке (3 координаты).
Тогда ур-е ЯМ формально сводится к двум ОДУ первого порядка на сфере или одному(?) ОДУ второго порядка на сфере, если нам от неё нужно было бы знать только
массу покоя частиц.
Подумать на 1-5 пунктами. Если координаты прямых переходят друг в друга при
преобразовании, тогда можно сократить число известных частиц. Вместо 12 например 4.
6. Если откроют три частицы (аналог электрона, мюона, таона), которые переносят
массу. В этом случае будут не 9, а 12 частиц, у которых известно только минимальное и максимальное значение массы покоя.)
„Из этого выводится унификация электромагнетизма, слабого и сильного взаимодействий. Предполагается, что существует три квантовых поля, по одному на
каждое взаимодействие, с калибровочными группами U(1), SU(2) и SU(3) соответственно. Комбинация всех трех полей дает Стандартную модель с калибровочной
группой U(1) x SU(2) x SU(3). Симметрии SU(2) и SU(3) приблизительны; считается, что они становятся точными при очень высоких энергиях. Поэтому их действие
на частицы, составляющие основу нашего мира, соответствует нарушенным симметриям — следам структуры, которые сохраняются в идеальной, полностью симметричной системе, подвергнувшейся небольшим возмущениям.
150
Все три группы содержат непрерывные семейства симметрий: одно семейство U(1),
три — SU(2) и восемь — SU(3).
Со всеми ними связаны различные сохраняющиеся величины.
Симметрии ньютоновой механики, как обычно, обеспечивают сохранение энергии,
импульса и момента импульса.
Калибровочные симметрии U(1) x SU(2) x SU(3) свидетельствуют о сохранении различных „квантовых чисел”, характеризующих частицы. Квантовые числа аналогичны таким величинам, как спин и заряд, но в отношении к кваркам.
Здесь есть такие названия, как цветовой заряд, изоспин или гиперзаряд. И в связи
с U(1) сохраняются еще квантовые числа шести лептонов: электронное, мюонное и
тау число. В результате получается, что cимметрии ур-й Стандартной модели объясняют через теорему Нетер все существенные физические переменные элементарных
частиц.
Общая стратегия и результат: Чтобы унифицировать физические теории, нужно
отыскать и унифицировать их симметрии. Затем нужно придумать подходящую теорию, в которой фигурировала бы объединенная группа симметрий.
Технически это очень сложно. Но до сих пор квантовая теория поля развивалась
именно так, и только одно из четырех фундаментальных физических взаимодействий — гравитация — пока выпадает из общей картины.
Теорема Нетер не только объясняет основные физические переменные, связанные
с элементарными частицами. Именно так были открыты многие базовые симметрии. Исходя из квантовых чисел, которые удалось установить путем наблюдений или
логических рассуждений, пытаются выяснить, какими симметриями в этом случае
должна обладать модель. Затем составляют подходящие ур-я с этими симметриями и убеждались, что эти ур-я достаточно точно отражают реальность. В данный
момент последний этап требует подбора величин 19 параметров — чисел, которые
необходимо подставить в ур-я для получения количественных результатов. Девять
из девятнадцати — это массы конкретных частиц: всех шести кварков, электрона,
мюона, тау-частицы. Остальные параметры более технические: например, углы смешивания, фазовые связи. Семнадцать параметров известны из экспериментов, но два
— все еще нет: они описывают до сих пор гипотетическое поле Хиггса. Однако сегодня есть все шансы измерить их. Физики знают, где их искать.
Ур-я, которые используются в этих теориях, относятся к общему классу калибровочных теорий поля, известных как теория ЯМ. В 1954 г. Янг Чжэньнин и Роберт Миллс
попытались разработать калибровочные теории для объяснения сильного взаимодействия и связанных с ним частиц. Первые попытки закончились неудачей: после
квантования поля выяснилось, что массы частиц при этом должны быть нулевыми.
В 1960 г. Джеффри Голдстоун, Ёитиро Намбу и Джованни Йона-Лазинио нашли
способ обойти эту проблему: они начали с теории, предсказывавшей безмассовые частицы, но затем модифицировали ее, постулировав нарушение некоторых симметрий.
Слегка изменили ур-я, введя в них новые асимметричные условия. Когда при помощи той же идеи модифицировали теорию ЯМ, то получившиеся ур-я очень хорошо
легли и в электромагнитную теорию и в квантовую хромодинамику.
Янг и Миллс предположили, что калибровочная группа является специальной
унитарной группой. К частицам применимы группы SU(2) и SU(3), специальные
унитарные группы для двух или трех комплексных измерений, но этот мат аппа151
рат работает для любого числа измерений. Их теория в лоб атакует сложную, но
неизбежную математическую проблему. В одном отношении электромагнитное поле
отличается обманчивой простотой: его калибровочные симметрии коммутативны. В
отличие от большинства квантовых операторов фазы можно менять в любом порядке.
Но физики работали с квантовой теорией поля для субатомных частиц. Там калибровочная группа не коммутативна, что очень затрудняет квантование ур-й.
Добиться успеха Янгу и Миллсу помогло схематическое представление взаимодействий частиц, предложенное Р. Фейнманом. Любое квантовое состояние может быть
представлено как суперпозиция бесчисленных взаимодействий частиц. Например, даже в вакууме есть пары частиц и античастиц, которые на мгновение возникают из
небытия и тут же исчезают вновь. Простое столкновение двух частиц порождает
танец, в котором промежуточные частицы появляются и исчезают, мечутся взад и
вперед, расщепляются и сливаются. Спасает лишь сочетание двух подходов. Ур-я
поля для каждой конкретной фейнмановской диаграммы можно проквантовать, а
затем сложить все отдельные вклады и представить себе полный эффект взаимодействия. Более того, самые сложные диаграммы встречаются редко. Поэтому их
вклад в общую сумму невелик. Сумма подсчитывается сложением бесконечным числом членов ряда. Янг и Миллс нашли способ перенормировать расчет, исключив
бесконечное число слагаемых, которые не должны много значить.
Величина конечной оставшейся суммы очень точно соответствовала реальности.
Институт Клэя включил в группу задач тысячелетия проблему массовой щели. Применение полей типа ЯМ для описания частиц в терминах сильного ядерного взаимодействия сильно зависит от особого квантового свойства, известного как массовая
щель. В ТО частица, летящая со скоростью света, приобретает бесконечную массу, если её масса покоя не равна нулю. Щель в спектре масс позволяет квантовым
частицам иметь конечную ненулевую массу, несмотря на то, что связанные с ними
классические волны движутся со скоростью света.
Если массовая щель существует, то любое состояние, не являющееся вакуумом, обладает энергией, превышающей энергию вакуума на некоторую фиксированную величину. Иными словами, существует ненулевой нижний предел массы частицы.
Эксперименты подтвердили существование массовой щели. Компьютерное моделирование ур-й тоже говорит в пользу этой гипотезы. Необходимо строгое, теоретическое доказательство того, что квантовые версии теории ЯМ существуют.
В классическом (не квантовом) ее варианте ученые уже хорошо разобрались,
но квантовый аналог осложняется проблемой перенормировки — бесконечностями,
избавляться от которых приходится при помощи математических уловок.
Один подход начинается с того, что непрерывное пространство превращают в
дискретную пространственную решетку и для решетки записывают ур-е, аналогичное ур-ю ЯМ. Затем надо показать, что по мере того, как решетка становится все
мельче, постепенно приближаясь к сплошной среде, этот аналог сходится к четко
определенному математическому объекту. На основании физической интуиции можно сделать вывод о некоторых необходимых его свойствах. Если бы эти свойства
удалось установить строго, то можно было бы доказать и существование подходящей
квантовой теории Янга–Миллса. Гипотеза о массовой щели требует более детальных
представлений о том, как решетчатые теории аппроксимируют эту гипотетическую
теорию Янга–Миллса. Так что существование этой теории и гипотеза массовой щели
152
тесно взаимосвязаны.
На этом этапе все застопорилось. В 2004 г. Майкл Дуглас написал: „в последние
годы в этом вопросе не было никаких прорывов. В частности, хотя в области теорий
поля для низких размерностей достигнут некоторый прогресс, мне неизвестно, о каком бы то ни было существенном прогрессе в строительстве математически строгой
квантовой теории ЯМ”. Это утверждение справедливо до сих пор. Для одной двумерной сигма-модели - это частный случай квантовой теории поля, гипотеза массовой
щели уже доказана.
„Недавно было показано, что самодвойственные ур-я ЯМ - это многомерные интегрируемые системы ур-й. Они допускают редукцию или понижение размерности
к хорошо известным решениям ур-й в двух измерениях, таких как Синус-Гордона,
нелинейное ур-е Шредингера, Кортевега-Де Вриза, ур-я решетки Тода”- сказано на
стр. 156. [33].
Но ур-е Синус-Гордона описывает заряженную релятивистскую частицу и одновременно ур-е струны в упругой среде. Любому решению этого ур-я соответствует некоторая поверхность, на которой выполняются аксиомы геометрии Лобачевского”. [2]
на cтр. 181. Найдены решения, соответствующие одному солитону, двум солитонам
бризеру. Ур-е Синус-Гордона можно преобразовать в нелинейное ур-е маятника. При
малых амплитудах колебаний получаем решение совпадает с ур-ем математического
маятника без трения и радиоактивного распада.
Нелинейное ур-е Шредингера описывает эволюцию волны на поверхности жидкости. Это упрощенное нелинейного ур-я теплопроводности с кубическим членом и
ур-е Курамото-Цузуки.
Ур-е Кортевега-Де Вриза (КДВ) описывает распространение волны воды, когда высота воды намного меньше ее ширины и длины (говорят, что это ур-е теории
мелкой воды). Точное его решение называют солитоном - уединенной волной. Это
частный случай ур-я Кортевега Де Вриза - Бюргерса, которое связано с ур-ем НавьеСтокса.
Ур-е Тоды - описывает точно интегрируемые цепочки атомов. B континуальном пределе, когда число атомов велико, оно превращается в ур-е Буссинска или ур-е нелинейной струны. Решением ур-я Тоды является солитон. Ур-е Буссинеска связано с
ур-ем Навье-Стокса, т.к. описывает движение слабой нелинейной волны на воде, распространяющейся в положительном и отрицательном направлении вдоль оси x. Если
отбросить члены с производной по времени, то ур-я КДВ и Буссинеска совпадают.
Ур-е КДВ выведено из ур-я Буссинеска.
Поэтому движение волн на воде имеет отношение к радиоактивному распаду и полю,
которое притягивает нейтроны и протоны в ядре. Есть аналогии в природе в жидкости, например устаревшая капельная модель атомного ядра.
Из yр-й ЯМ, при их преобразованиях, как из контейнера вылазят огромное количество ур-й в частных производных квантовой механики, гидродинамики, физики,
решением которых являются солитоны, частицы, волны.
Гравитационное поле может быть интерпретировано(описано) как поле Янга—Миллса
[51].
Ур-я ЯМ, наверное, можно заменить другой более простой системой дифференциальных ур-й.
153
На основе теорий Янга—Миллса в 1960—1970-х годах были созданы две теории Стандартной модели в физике частиц: квантовая хромодинамика (теория сильных взаимодействий между нейтронами и протонами в ядре) на основе группы SU(3) и теория
электрослабых взаимодействий Глэшоу-Саламом-Вейнберга на основе группы SU(2)
x U(1), которые описывают радиоактивный распад, электромагнетизм и слабые силы. Группа U(1) описывает квантовую электродинамику.
Группой называют несколько разных функций, которое по отдельности, подставленное в систему дифференциальных ур-й в частных или обычных производных, обращает их в тождество, т.е. они являются их решением. Например, простой группой
можно считать два ур-я, которые описывают форму изогнутого влево или вправо
сжатого стержня. Более сложные эффекты - это гистерезис параметров, например
при нагреве и охлаждении при включении и выключении пылесоса. Его объем увеличивается от нагрева или уменьшается. Значит он описывается, как минимум, двумя
разными функциями расхода воздуха от времени при включении и выключении. Они
образуют группу. Математики для своих задач придумали, например, полезные, более сложные группы Ли с операторами.
Используется Связность — свойство из топологии пространства, состоящее в
том, что пространство нельзя представить в виде суммы двух отделенных друг от
друга, непустых непересекающихся открыто-замкнутых подмножеств. Пространство,
не являющееся связным, называется несвязным. Обычная евклидова плоскость —
связное пространство. Если удалить из нее точку, то остаток связен, если удалить
какую-нибудь окружность, не сводящуюся к точке, то остаток уже несвязен.
Ур-я поля ЯМ сложны, т.к. записываются в тензорных обозначениях.
В этих ур-ях используются и элементы многомерного вариационного исчисления, дифференциального исчисления тензоров, теория поверхностей, геометрия и
области пространства, теория полупростых компактных групп Ли, теория дифференциальных ур-й в частных производных, топология.
Ур-я ЯМ поверхностно описаны в книге Дубровин Б.А., Новиков С.П., Фоменко
А.Т. “Современная геометрия”. Её изучают на 2 и 3 курсе университета.
Теория излагается в [56], [57] Чтобы ее понять надо почитать:
1. Рашевский П.К. Риманова геометрия и тензорный анализ, 1967
2. Рашевский П.К. Курс дифференциальной геометрии, 1956
3. Погорелов А.Б. Дифференциальная геометрия, 1974
4. Погорелов А.Б. Внешняя геометрия выпуклых поверхностей, 1969
5. Александров А.Д. Внутренняя геометрия выпуклых поверхностей, 1948
6. Ефимов Н.В. Высшая геометрия, 1971
7. Фиников Курс дифференциальной геометрии, 1952
8. Зейферт Т., Трельфалль, Топология, 1938
9. Зейферт Т., Вариационное исчисление в целом, 1947
10. Greiner, Berndt, Müller, Gauge Theory of Weak interactions (Групповая теория
электрослабых взаимодействий), 4 ed., 2009, 418 p.
Из-за нелинейности ур-я ЯМ удается решить приближенно в виде ряда теории возмущений, однако как решить эти ур-я в режиме сильной связи, неизвестно. Это значит,
154
что все теории, которые известны математикам не дают ответа на этот вопрос. Вы
должны придумать и разработать новый математический аппарат для их решения.
Если сложить два их разных решения, то мы не получим третье решение. Физики
говорят, что в этом случае не выполняется принцип суперпозиции.
Ур-я Максвелла, например, линейны, поэтому очень легко увеличить громкость детекторного приемника, уменьшив в два раза сопротивление в колебательном контуре.
Непонятно, как именно эта нелинейность приводит к наблюдаемому в нашем мире
невылетанию (пленению) цветных кварков и глюонов, удержанию их внутри бесцветных адронов (протона, нейтрона, пиона и т.д. или говорят коротко конфайнменту) в
сильных взаимодействиях.
Самодвойственные (self-dual, cокращенно на английском ур-я SDYM) ур-я в
частном случае после преобразований сводятся к ур-ям Максвелла. Значит для этого
частного случая SDYM ур-я могут иметь две группы точных аналитических решений ур-й: как для волны электрического и магнитного поля.
Теория ЯМ - осложняется тем, что нет списка, каталога поставленных краевых
задач по физике с использованием этого ур-я в терминах тензоров и теории групп,
и дифференциальных ур-й в частных производных. Известно, что есть множество
ур-й, в которых используются элементы ур-й ЯМ или они выступают как часть системы ур-й в частных производных: ур-я ЯМ-Эйнштейна, ЯМ-Хиггса, ЭйнштейнаЯМ-Хиггса и ЯМ-Эйнштейна-Делатона. Имеется 5 видов теорий.
Поэтому по задаче ЯМ возникают следующие подзадачи.
Задача 1. Выписать их в понятном виде для студента 3 курса. Поставить краевую и граничную задачу, решение которой можно сравнить с экспериментом. Есть
ли они в книге D. Zwillinger, Handbook of Differential Equations, 1997? Возможные
решения всегда существуют и всегда совпадают с экспериментом. Что это за простейшие экспериментальные решения? Есть некоторые решения, которые не описываются стандартной моделью. Их нельзя описать ур-ем ЯМ. Постараться узнать про
них, чтобы с ними пока не связываться.
Из экспериментов на большом адронном коллайдере видно, что константа связи (g coupling constant) в ур-ях ЯМ не константа, а функция приблизительнo как y ≈ g/E,
которая уменьшается при увеличении энергии сталкивающих частиц.
Если кварки не наблюдаются в свободном состоянии как индивидуальные частицы, но встречаются в виде связки кварк-антикварк (т.н. чарморний), то можно ли
представить кварк, как один из шести квантов энергии поля ЯМ, некоторой волной глюонного поля (вакуума)? Только при взаимодействии с другими кварками он
становится частицей. Кварк приобретает массу при взаимодействии с глюонами вторым сортом (видом) вакуума, похожим на частицу, или с частицами бозонами.
Задача 2. Способ их решения один. Нужно искать преобразования, которые бы
превращали ур-я ЯМ, в самодвойственную систему ур-й, которая затем, как известно, превращается с помощью преобразований, в ур-е Максвелла или любую систему
нелинейных ур-й в частных производных, приведённых в [33].
Это похоже на зашифровку. Пусть даже её решение не известно. По крайней мере
можно узнать классы преобразований, которые ничего нам не дают. Если повезет, то
155
найдется преобразование, которое его преобразует, скажем в группу ур-й, например,
Гамильтона-Якоби-Беллмана с какой-то правой частью. Нужно найти множество таких преобразований.
Если в результате скажем 600-го преобразования мы получим например ур-е попроще, но тоже нерешенное никем, то такой подход может сделать задачу в принципе
решаемой через 10-15 лет после других поисков.
Задача 3. Для некоторых классов задач, куда входят ур-е ЯМ находятся сингулярные решения. Попытаться понять, что нам проще попытаться искать: сначала
сингулярные или не сингулярные решения ур-я ЯМ? Наблюдались ли сингулярные
решения ур-я ЯМ в экспериментaх?
Задача 4. Понять, что такое самодвойственные (self-dual) ур-я ЯМ. Как они
связаны с sine-Gordon, NLS, KdV, Toda Lattice equations? Смотри [34],[35],[36].
Задача 5.
Что такое инстантоны? Они являются решением ур-я SDYM. Изучить их свойства.
Как надо видоизменить, преобразовать ур-я Максвелла, чтобы они появлялись в решении?
Полезные статьи, книги по теме YM:
1. Определение полей ЯМ в физической энциклопедии, т 5, стр. 690
2. Определение Квантовой Электродинамики, Квантовой Хромодинамики[54] 2. Пескин, Введение в квантовую теорию поля, 2001 г.
3. Поляков А.М., Калибровочные поля и струны, 1999 [55], но только до 9 главы и
без §7.2. Подход к изучению теории поля основан на исключительно неудобном мат
аппарате. Поэтому чтение этой книги опасно для исследователя. Если вы станете
применять математические методы из нее, вы потеряете много времени, но не сможете решить свои задачи.
4. На английском языке про уравнения ЯМ из энциклопедии DispersiveWiki:
Contents
1 The Yang-Mills equations
1.1 Classical equations
1.1.1 Yang-Mills on R2
1.1.2 Yang-Mills on R3
1.1.3 MKG and Yang-Mills in R4
1.1.4 MKG and Yang-Mills in Rd , d > 4
1.1.5 Yang-Mills-Higgs on R3
1.2 Quantum equations
1.2.1 Hamiltonian formulation
1.2.2 Heisenberg equations
The Yang-Mills equations
Classical equations
Let A be a connection on Rd+1 which takes values in the Lie algebra g of a compact Lie
group G. Formally, the connection A is said to obey the Yang-Mills equation if it is a
critical point for the Lagrangian functional:
156
Z
F αβ Fαβ
where F := dA+[A, A] is the curvature of the connection A. The Euler-Lagrange equations
for this functional have the schematic form
A + ∇(∇x,t A) = [A, ∇A] + [A, [A, A]]
where
∇x,t A = ∂a Aa
is the spacetime divergence of A. A more succinct (but less tractable) formulation of this
equation is:
Dα F αβ = 0
. It is often convenient to split A into temporal and spatial components as
A = (A0 , Ai )
. As written, the Yang-Mills equation is under-determined because of the gauge invariance
A → U −1 dU + U −1 AU
F → U −1 F U
in the equation, where U is an arbitrary function taking values in G. In order to
correctly formulate a Cauchy problem, one must impose a further constraint on the gauge.
There are three standard ones:
Temporal gauge: A0 = 0,
Coulomb gauge: ∂i Ai = 0,
Lorenz gauge: ∇x,t A = 0.
There are also several other useful gauges, such as the Cronstrom gauge Cs1980
(http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/Cs1980) centered around a point
in spacetime.
The Lorenz gauge has the advantage of being invariant under conformal transformations,
but it appears that the Yang-Mills equation is not well-behaved in this gauge
for rough data. (For smooth data one can obtain local well-posedness in this
gauge by energy estimates). The Coulomb gauge is the simplest to work with
technically, and in this gauge the bilinear expression [A, ∇A] acquires a null structure
KlMa1995 (http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/KlMa1995) which
allows for a satisfactory analysis of the equation. Unfortunately there are often
difficulties in creating a global Coulomb gauge, and one often has to rely instead
on local Coulomb gauges pieced together using finite speed of propagation; see
KlMa1995(http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/KlMa1995).
The Temporal gauge is fairly close to the Coulomb gauge, and one can develop a
parallel theory for this gauge. The temporal gauge has the advantage of being easy to
establish globally, but the null form structure is less obvious (one needs to partition the
connection into divergence-free and curl-free components). See e.g. Ta2003
(http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/Ta2003). In the Coulomb or
157
Temporal gauges, one can create a model equation for the Yang-Mills system by ignoring
cubic terms and any contribution from the "elliptic"portion of the gauge (A0 in the
Coulomb gauge, or the curl-free portion of Ai in the Temporal gauge). The resulting
model equation is:
A = ∇−1 Q(A, A) + Q(∇−1 A, A)
where Q(A, A0 ) is some null form such as
Q(A, A0 ) := ∂i A∂j A0 − ∂j A∂i A0
. The results known for the model equation are slightly better than those known for the
actual Yang-Mills or Maxwell-Klein-Gordon equations. The Yang-Mills equations come
with a positive definite conserved Hamiltonian:
Z
|F0,i |2 + |Fi,j |2 dx
which mostly controls the H 1 norm of A and the L2 norm of At . However, there are some
portions of the H 1 xL2 norm which are not controlled by the Hamiltonian (in the Coulomb
gauge, it is ∂t A0 ; in the Temporal gauge, it is the H 1 norm of the curl-free part of Ai ).
This causes some technical difficulties in the global well-posedness theory. The Yang-Mills
equations can also be coupled with a g-valued scalar field f, with the Lagrangian functional
of the form
Z
F αβ Fαβ + Dα f · Dα f + V (f )
where Dα := ∂α + [Aα , .] are covariant derivatives and V is some potential function
(e.g. V (f ) = |f |k+1 . The corresponding Euler-Lagrange equations have the schematic form
A + ∇(∇x,t A) = [A, ∇A] + [A, [A, A]] + [f, Df ], Dα Dα f = V 0 (f )
and are generally known as the Yang-Mills-Higgs system of equations. This system may
be thought of as a Yang-Mills equation coupled with a semi-linear wave equation. The
Maxwell-Klein-Gordon system(http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/MKG)
is a special case of Yang-Mills-Higgs. The theory of Yang-Mills connections is considerably
more advanced in the elliptic case (when the Minkowski metric is replaced by a
Riemannian one), especially in the critical case of four dimensions, but a discussion
of this topic is beyond our expertise. Attention has mostly focused on the three and
four dimensional cases; the one-dimensional case is trivial (e.g. in the temporal gauge it
collapses to At t = 0). In higher dimensions n = 5,7,9 singularities can develop from large
smooth radial data CaSaTv1998 (http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/CaSaTv1998)
(see also http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/Biz-p). Numerics suggest
this phenomenon is generic, and also one appears to have blowup also at the critical
dimension BizTb2001(http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/BizTb2001),
Biz-p (http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/Biz-p).
The Yang-Mills equations can also be coupled with a spinor field. In the U (1) case
this becomes the Maxwell-Dirac equation. The Yang-Mills equations in dimension n
have many formal similarities with the wave maps equation at dimension d-2 (see e.g.
158
CaSaTv1998 (http://wiki.math.toronto.edu/DispersiveWiki/index.php/CaSaTv1998) for
a discussion).
Yang-Mills on R2
Scaling is sc = 0. One can use the method of descent and finite speed of propagation
to infer R2 results from the R3 results. Thus, for instance, one has LWP for s > 3/4 in
the temporal gauge and GWP in the temporal gauge for s1 . These results are almost
certainly non-optimal, however, and probably have much simpler proofs (for instance, one
can obtain the LWP result from the general theory of DNLW without using any null form
structure).
Yang-Mills on R3
Scaling is sc = 1/2.
LWP for s > 3/4 in the Temporal gauge if the norm is sufficiently small Ta2003. The
main tools are bilinear estimates involving both Xs,? spaces and product Sobolev spaces.
Presumably the small data assumption can be removed, but the usual methods to do
this fail because there are too many time derivatives in the non-linearity in the temporal
gauge.
For in the Temporal or Coulomb gauges LWP for large data was shown in KlMa1995.
For s > 1 LWP for the Temporal, Coulomb, or Lorenz gauges follows from Strichartz
estimates PoSi1993.
For s > 3/2 LWP for the Temporal, Coulomb, or Lorenz gauges follows from energy
estimates EaMc1982.
There is a tentative conjecture that one in fact has ill-posedness in the energy class for
the Lorenz gauge.
For the model equation LWP fails for s < 3/4 MaStz-p The endpoint s = 1/2 looks
extremely difficult, even for Besov space variants. GWP is known for data with finite
Hamiltonian (morally, this is for ) in the Coloumb or Temporal gauges KlMa1995.
For smooth data this was proven in EaMc1982.
This result was extended to curved space in CcSa1997.
It seems likely that one can improve this to something like s>7/8, in analogy with the
theory for the Maxwell-Klein-Gordon equation.
MKG and Yang-Mills in R4
Scaling is sc = 1. For the MKG equations in the Coulomb gauge, LWP is known for s > 1
Sb-p5. This is still not known for Yang-Mills. For the model equations this is in KlTt1999
For general quadratic DNLW this is only known for s > 5/4 (e.g. by the estimates in
FcKl2000). Strichartz estimates need s > 3/2 PoSi1993, while energy estimates need
s > 2. The latter two results (Strichartz and energy) easily extend to the actual MKG
and YM equations in all three standard gauges. It is conjectured that one has global
well-posedness results for small energy, but this is open. For small smooth compactly
supported data, one can obtain global existence from the general theory of quasi-linear
equations. For large data Yang-Mills, numerics suggest that blowup does occur, with the
solution resembling a rescaled instanton at each time BizTb2001, Biz-p. Further numerics
suggests that the radius of the instanton in fact decays like BizOvSi-p.
GWP for small B1,1 data (with an additional angular derivative of regularity) in the
159
Lorenz gauge is in Stz-p2.
MKG and Yang-Mills in Rd , d>4
Scaling is sc = d/2 − 1. LWP is almost certainly true for MKG-CG for s > sc by
adapting the results in Sb-p5. The corresponding question for Yang-Mills is still open. For
the model equations one can probably achieve this by adapting the results in Tt1999
For dimensions, GWP for small H d/2 data in MKG-CG is in RoTa-p. The corresponding
question for Yang-Mills is still open, but a Besov result follows (in the Lorenz gauge) from
Stz-p3.
Yang-Mills-Higgs on R3
Suppose the potential energy V (f ) behaves like |f |p+1 (i.e. defocussing p∧ th power
non-linearity). When , the Higgs term is negligible, and the theory mimics that of
the ordinary Yang-Mills equation. The most interesting case is p=5, since the Higgs
component is then H 1 -critical.
There is no perfect scale-invariance to this equation (unless p = 3); the critical regularity
is sc = max(1/2, 3/2 − 2/(p − 1)).
In the sub-critical case p < 5 one has GWP for smooth data EaMc1982, GiVl1982b. This
can be pushed to H 1 by the results in Ke1997. The local theory might be pushed even
further.
In the critical case p = 5 one has GWP for Ke1997.
In the supercritical case p > 5 one probably has LWP for (because this is true for the YangMills and NLW equations separately), but this has not been rigorously shown. No large
data global results are known, but this is also true for the supposedly simpler supercritical
NLW. It seems possible however that one could obtain small-data GWP results.
Quantum equations
Differently from the classical case, the corresponding quantum formulation has not
proved to exist yet. The main difficulties rely on the gauge invariance that makes already
an Euclidean formulation, eventually manageable through Wiener path integrals, at best
problematic. From a physical standpoint, one ignores this kind of difficulties and puts down
a quantum field theory exploiting it through a small perturbation theory in the coupling,
limiting in this way the analysis at higher momenta (smaller distances). This approach has
been proved frutiful in understanding the phenomenolgy observed at laboratory facilities
and using lattice computations with computers. On the other side, at small momenta
(larger distances), difficulties are overwhelming great making best suitable a numerical
approach on the lattice. So, also non rigorous methods seem to fail to give a clever
understanding of the situation for this limit. Then, in what follows, we just give a formal
presentation of material having in view the idea that, through this, fundamental questions
like the existence of the mass gap or existence of the theory itself could finally be proved.
We will use as a reference FaSl1980.
Hamiltonian formulation
160
Yang-Mills equations can be stated into a Hamiltonian form. The canonical variables
are (Eka , Abl ) with a, b running on the Lie group index and k, l enumerating the spatial
coordinates. One has
Ek = Fk0
1
Bk = − ijk Fij
2
C = DE
and the Hamiltonian can easily be written down as
Z
H = dD−1 xTr(E 2 + B 2 )
The dynamics has a constraint and we need a gauge condition to get the equations
of motion. This can also be seen in the corresponding Lagrangian formulation, after a
Legendre transform, where a Lagrange multiplier indeed appears.
Now, one can write down the corresponding Poisson brackets obtaining
{Eka (x), Abl (y)} = δkl δab δ D−1 (x − y)
{Eka (x), Elb (y)} = 0, {Aak (x), Abl (y)} = 0
{C a (x), C b (y)} = f abc C c (x)δ D−1 (x − y)
being f abc the structure constants of the Lie group. We further note that {C a , H} = 0
and so ∂t C a = 0.
Heisenberg equations
In order to obtain the quantum dynamics we can use Heisenberg equations of motion
(~ = 1)
∂0 Eka = i[H, Eka ]
∂0 Abl = i[H, Abl ]
and the set of commuting relations obtained from the Poisson brackets through Dirac
quantization
[Eka (x), Abl (y)] = iδkl δab δ D−1 (x − y)
[Eka (x), Elb (y)] = 0, [Aak (x), Abl (y)] = 0
[C a (x), C b (y)] = if abc C c (x)δ D−1 (x − y).
A further condition to fix the gauge is also needed. We note that these are operatorial
equations and so we need to build a proper state space to give them a meaning. Presently,
a rigorous proof of existence of all this construction does not exist yet and would be a
proof of existence for the Yang-Mills theory itself. The best one can do is to perform
a small perturbation theory of these equations on a Fock space built on the solutions
of the leading order equations. Also this construction has not a rigorous proof but is
common practice between physics community with a considerable success. But, in order
161
to perform such kind of computations, a different approach is used that heavily relies on
path integration. No sound foundation for path integrals in Minkowski spaces exists yet.
Finally, the existence of the theory is not granted for any D. It is known that for D > 4
small perturbation theory cannot be done and the theory is not renormalizable.
За решение задачи тысячелетия по ур. ЯМ обещано миллион долларов (см. описание проблемы в Институте Клея). Эту задачу невозможно решить, если вы думаете
о призовых деньгах. Излагается современное состояние этой проблемы.
При численных расчетах на компьютере в квантовой хромодинамике в модели решеточного газа (скорее всего вероятностным методом Монте-Карло) получено,
что при увеличении размеров решетки выше некоторой, задача разваливается. Численное решение не существует. Наверное, то же самое происходит при расчете Солнечной системы для некоторого астероида. Число уравнений становится настолько
большим, что число дифференциальных ур-й делает задачу очень чувствительной к
начальным данным. В процессе решения погрешности округления приводят к взрыву решения или неустойчивости.
Ценность ур-я ЯМ в том, что теоретически оно может подсказать, как создать
прибор для экспериментальной проверки гипотезы об изменении мировых констант
со временем на основе изучения изменения частот различных кварковых стандартов
со временем. Оно поможет уточнить предельную точность кварковых и протонных,
электронных часов, обусловленный глюонной природой излучения, особенно о точности измерения коротких промежутков времени.
Достижением ур-я ЯМ было бы теоретическое обоснование создания гравитационного или глюонного лазера. Т.е. среды, которое в своей крайней точке состояния
отрицательного нуля по своим свойствам близко к состоянию абсолютной упорядоченности, свойственной состояниям абсолютного нуля энергии и температуры. Это
свойство высокой упорядоченности системы с отрицательной температурой дало бы
возможность создавать высококогерентное излучение кварковых генераторов и получать высокочувствительные кварковые усилители, выделять запасенную в состоянии
с отрицательной температурой, энергией массу за очень короткие промежутки времени, сравнимые с периодом колебаний.
Ур-я ЯМ, наверное, может, по аналогии с лазером, описать сверхнеравновесное состояние с отрицательной температурой, энергией и массой, которое в своей крайней
точке состояния отрицательного нуля по своим свойствам близко к состоянию абсолютной упорядоченности, свойственной состояниям абсолютного нуля температур.
Именно это свойство высокой упорядоченности системы с отрицательной температурой возможно позволит создавать высококогерентное излучение кварковых генераторов, получать высокочувствительные кварковые усилители, выделять запасенную
в состоянии с отрицательной температурой энергию-массу за очень короткие промежутки времени, сравнимые с периодом колебаний.
Возможно станет понятным, как создать систему, в которых получается излучение
с очень малым значением энтропии. Рассеянное по очень большому числу степени свободы низкотемпературное спонтанное излучение атомов с помощью систем с
отрицательной температурой (кварковых генераторов) превращается в высококогерентное излучение кваркового, глюонного лазера, температура которого достигнет
162
значений больше 1026 градусов. Дан примерно нижний порядок величины.
Возможно, такие приборы позволят менять массу тел в небольшом диапазоне в
небольших размерах, например порядка молекул.
Если мы поместим микроволновку или лазер в космос, то они создадут очень малую
тягу. Такое устройство называется EmDrive. В NASA утверждают, что сделали новый ракетный микроволновой двигатель, который создает тягу, не отбрасывая массу.
Возможно, его параметры, работа должны описываться расширенными уравнения
Максвелла, магнитной гидродинамики, ур-ями ЯМ. Посмотрите ссылку:
https://www.reddit.com/r/EmDrive/comments/45cklu/
new_paper_on_the_emdrive_general_relatively_and/
Из анализа точных аналитических решений ур-й ЯМ следует, что:
т.к. это ур-е имеет три точных аналитических решений при прямой подстановке параметров, и три решения при обратной подстановке, то мы имеем шесть типов решений. Согласно опытам все они возможно реализованы в природе. Сразу возникает
гипотеза, что это 6 типов кварков. Есть еще сингулярное решение, которое дает две
формулы. Им, скорее всего, соответствуют две частицы со спином не равным нулю.
Если брать гидромеханическую аналогию, то торнадо является такой сингулярной
частицей, т.к. на его оси скорость стремится к бесконечности, но реально ограничена
скоростью звука.
Смерч испускает фотоны, когда создает молнии, и акустическое волны. Эти два типа
бесмассовых волн. Им по аналогии соответствуют безмассовые калибровочные бозоны, не имеющие массы покоя: фотоны. И какой-то другой безмассовый бозон. Им
может быть только глюон. Других безмассовых бозонов не обнаружено. У фотона и
глюона спин 1, заряд равен нулю. Фотон и глюон отвечают за электромагнитное и
сильное взаимодействие. Но глюонов в опытах обнаружено 8 разных видов. Почему
столько образуется, нельзя сказать, не имея функций точного аналитического решения ур-я ЯМ.
„Основу КХД образуют три цветных состояния кваркового Диракового поля q α (x)
каждого аромата (u,d,s,c,b,...) (x - точка пространств времени, α = 1,2,3 - цветовой
индекс), преобразующихся друг через друга при преобразованиях в цветовом пространстве. Квантами полей являются цветные кварки. Аналогично тому, как в КЭД
электрич. заряд вследствие калибровочной симметрии порождает эл.-магн. полк,
цветные кварки в КХД порождают восемь разновидностей цветовых глюонных полей - векторных калибровочных полей ЯМ. Поскольку глюонные поля, в отличии
от электромагнитного, несут цветовой заряд, они сами порождают глюонные поля
и взаимодействуют друг с другом. Вследствие этого ур-ия для глюонных полей ( в
отличии от ур-й Максвелла в вакууме) нелинейны. Квантами глюонного поля являются восемь глюонов (аналоги фотона в КЭД),имеющих нулевую массу, покоя и
спин 1. При испускании и поглощении глюонов кварки и глюоны могут менять свой
цвет, но не меняют аромата. Указанные характерные особенности КХД находят экспериментальное подтверждение в многочисленных измерениях жестких процессов,
а также в свойствах кваркониев - связанных состояниях тяжелых кварков с,b,... со
своими антикварками (cc̃,bb̃,...) ”.[54]
Еще имеется шесть античастиц - антикварков. Они легко получаются из точных
аналитических решений подстановкой знака минус перед формулой. Это доказано
опытами. Итого 18 частиц.
163
Затем опыты показывают, что есть серия из 6 частиц: лептонов и нейтрино. Электрон, мюон, таон (тау частица) и три вида нейтрино. Им соответствует или три тех
же самых точных аналитических решений ЯМ с другими начальными и граничными
условиями(что вероятнее всего) или три совсем другие формулы. И еще найдено в
опытах три античастицы: позитрон, антимюон и антитаон. Возможно есть еще три
типа антинейтрино, но они пока не обнаружены. Нейтрино не имеют электрического
заряда.
Гипотеза: Эти 6 частиц: 3 лептона и 3 нейтрино связаны с двумя сингулярными
решениями ур-я ЯМ: c двумя бозонами W − Бозон, W − Бозоном и Z 0 Бозон. Для
W − Бозона существует античастица Бозон W + . Все эти три бозона ответственны за
слабое взаимодействие. Бозоны должны из свойств некоммутативности ур-я ЯМ образовывать пару. Меняя знак перед решением получаем античастицы. Но не всякое
решение реально присутствует в природе. Не всякая античастица, бозон, найденный
из ур-я может существовать в природе.
Итого еще 12 частиц точно обнаружено в опытах и возможно найдут еще 3.
Всего 18 + 12 = 30 частиц точно обнаружено в природе. И ожидают проверки еще 3
антинейтрино.
Но физики обнаружили еще один бозон Хиггса, который отвечает за поле Хиггса.
Его заряд и спин равен нулю. Масса покоя ненулевая.Гипотеза: Из ур-й ЯМ следует,
что должны обнаружить второй бозон Хиггса и еще 6 частиц и 6 античастиц.
Предположим, что ученые знают лишь о четырех процентах от всей энергии. Но этот
результат определен с погрешностью 21%. И 75% наблюдаемого вещества и энергии
Вселенной состоит из не открытых частиц, которые не имеют заряда, а только массу
и энергию.
Из ур-я ЯМ следует, что ученые теоретически могут обнаружить не более:
0, 75% ∗ 31 = 23 новых частиц. Уберем 3 антинейтрино. Остается 20 новых неизвестных частиц.
Если отнять 13 частиц (другой бозон Хиггса и еще 6 частиц и 6 античастиц), то
останется 7 других частиц.
Такое может быть, если найдут еще 3 новых частицы и 3 соответствующие им античастицы, которым соответствует три ур-я ЯМ и новый бозон.
Таким образом, ур-е ЯМ ограничивает сверху число новых частиц, которые составляют темную материю и энергию, в количестве не более 20 частиц. Если же это
не так, и уже известные нам частицы образуют кластеры, лед, который является
Гипотеза: темной материей, темной энергией, то могут открыть еще другой бозон и
еще 6 частиц и 6 соответствующих им античастиц.
Гипотеза: Если отношение масс частиц другой группы, будет таким же, как у
предыдущей, то масса нового Бозона около 141,8 ГэВ/c2 или 1, 57(5) · 10−6 кг. Заряд
и спин его равен нулю. Такой частицей мог быть гипотетический, не обнаруженный гравитон, но теоретики считают что его масса покоя менее 3, 5 · 10−56 кг. Массы
остальных 6 частиц лежат в диапазоне: больше 141,8 ГэВ/2 .
Астрономы утверждают, что 18% вещества во Вселенной сделаны из неизвестных
нам частиц, а наблюдается только 4%. Гипотеза: Значит 0, 18% ∗ 31 частицу = 6 новых частицы. Предположим, что сюда не входит 3 антинейтрино. Значит, астрономы
может быть, найдут еще 3 новые частицы и 3 соответствующие им античастицы, ко164
торым соответствует 3 ур-я ЯМ и возможно один новый бозон. Вещество Вселенной
из этих новых частиц в сумме будет тяжелее всех наблюдаемых планет, звезд в 18/4
= 4,5 раза.
Кроме этого, имеются неизвестные частицы, переносящие энергию.
Полученные качественно результаты удобно представить в виде периодической
таблицы частиц:
Таблица 5 Периодическая таблица элементарных частиц
номер
1
2
3
4
5
6
7-12
13
14
15
16
17
bozon Wbozon W+
Название
U quark
D quark
S quark
C quark
B quark
T quark
масса покоя min/max
1,7/3,1
4.1/5,7
80/92,2(1,3)
985,1(63)/1273,(6)
4162(48) /4164(23);4166(43)
171400/174400
foton
gluon
electron
MUON
таон
0
0
0,511
105,66
1776,8
Заряд
2/3
-1/3
-1/3
2/3
-1/3
2/3
6 антикварков
0
0
-1
-1
-1
Спин
1/2
1/2
0
0
0
0
1
1
1
L
0
0
1/3
1/3
1/3
0
0
Спин дается в единицах h. Единица заряда определена так, что электрон имеет заряд
-1. У античастиц B - барионное число, L - лептонное число, Q - заряд имеют противоположное значение. Дано значение изотопического спина. Cуществует 8 сортов
глюонов, gi , i=1,8.
Приведенные цифры пример того, что ур-е ЯМ-Хиггса прекрасно объясняет число и
свойства уже открытых частиц. И может немного подсказать о числе новых частиц, в
том случае, если мы знаем, сколько групп новых частиц будет открыто. Под группой
я понимаю 8 частиц. Т.к. число групп неизвестно, то мы должны ждать результаты
опытов.
Фраза ’Yang-Mills existence and mass gap’ обычно относят к особенной задаче
приза тысячелетия (Millenium Prize Problem), в которой просят:
a) строгое математическое построение (construction) чистой (pure) четырёхмерной теории ЯМ (есть только gluons, кварков нет), и
b) доказательство того, что Гамильтониан этой теории имеет массовую щель (a
mass gap).
Примеры не доказательств, но тема статей по данной теме.
Dimensional Transmutation by Monopole Condensation in QCD. Y. M. Cho, F. H.
165
B
1/3
1/3
1/3
0
Cho, and J. H. Yoon. Phys. Rev. D. 87 N. 8, 085025 (2013). arXiv:1206.6936 [hep-th].
Вопрос. Можно ли использовать гравитационный потенциал внутри кварков или
там только релятивистский случай?
11
Уравнения Навье—Стокса
Другая задача тысячелетия - о существовании и единственности решения ур-я НавьеСтокса для несжимаемой(без звуков) жидкости. Она состоит из 4 задач на выбор.
Ур-е Навье-Стокса рассказывает нам все о воде с постоянной температурой и плотностью, вязкостью, если пренебречь капиллярными силами, пеной, пузырями.
Мы знаем и часто используем в своей жизни скалярные поля давлений, температур и
векторные поля скоростей из прогноза погоды, метеорологии. Поэтому ясна большая
разница между циклоном, ураганом (несущим дождь, область низкого статического
давления и похолодание) и антициклоном (сухая погода, высокая температура воздуха и давление).
Две задачи тысячелетия относятся к жидкости внутри и на поверхности тора,
другие те же самые постановки задач к произвольному объёму, занятому несжимаемой жидкостью. Поэтому можно говорить о двух задачах.
Первая задача - нужно доказать, что существует решение ур-я Навье-Стокса. Оно
единственное, непрерывно зависит от начальных данных. Т.е. что решение представляет собой три единственных, векторных, непрерывных функций скорости и одну
функцию давления.
Вторая задача: надо доказать, что существует разрыв(ы) в решении ур-я НавьеСтокса при каком-то значении координат или для какого-то момента времени. Или
решения для давления и скорости вообще не существует, скажем для какого-то набора параметров или интервала, для некоторого объема.
Или разрыва никогда не будет.
Разрывом называют такое возрастание значение величины давления, скорости, когда
производные функций этих величин или функции терпят разрыв.
По поводу физического смысла второй задачи.
Все знают, что есть кавитация. Когда вы наносите удар палкой по воде, то при
определённой скорости палки видны также пузыри воздуха у поверхности дерева.
Множество таких пузырей за моторной лодкой называют следом. Как доказать математически, что эти пузыри в некотором течении существуют или их нет?
Инженеры не будут это делать, т.к. это доказано экспериментом. Это ненужная работа. Математики считают, что всё нужно доказывать, даже восход Солнца. Нужно
доказать, что не существуют пузыри в воде при движении палки, т.е. кавитация, если
описывать движение воды уравнением Навье-Стокса.
В этом суть задачи тысячелетия об ур-ии Навье-Стокса для обывателя.
Ур-е Навье-Стокса (это закон Ньютона для воды и воздуха и закон сохранения массы
для некоторого объема) может описать и движение воздуха. Для воздуха эта задача
будет формулироваться по-другому.
Примерно до значений скорости 110 м/сек воздух можно считать несжимаемым, т.к.
166
его плотность при такой скорости почти не меняется от той, которая наблюдается
в покое. Вместо пузырей в воздухе наблюдается образование вихрей и отрыв их от
поверхности.
Поскольку ур-е Навье-Стокса описывает и движение воздуха, то нужно доказать,
что при движении до такой скорости не наблюдается такого явления, как отрыв течения воздуха от поверхности и нет разрывов параметров воздуха, когда образуются
вихри.
В [43] на стр. 85 в формуле (18.3) для распределения скорости во вращающейся вязкой жидкости между вращающимися цилиндрами (задача Куэтта) видно, что при
радиусе r = 0 на оси диска величина скорости формально равна бесконечности. Но
в данной задаче минимальный радиус задан r = R1 . R1 - радиус вращающегося цилиндра. Для этой задачи, если бы мы не знали его точного решения, надо было бы
доказать, чтобы решить задаче тысячелетия, что ни в какой области задачи Куэтта
скорость среды не станет равной бесконечности.
В цилиндрической системе координат ур-е Навье-Стокса содержит члены, вида 1/r
и 1/r2 [43] на стр. 76. Всегда при r=0 может быть случай, когда эти члены станут
равными бесконечности. В задаче тысячелетия нужно еще и доказать, что в задаче с
начальными и граничными условиями решение и производные остаются конечными
величинами во всей решаемой области, занятой водой или воздухом.
Для течения Куэтта это не справедливо на оси вращения жидкости. В реальных
течениях, когда скорость становится больше некоторой величины, происходит разрыв параметров. Так образуется водяная воронка в ванной. В центре её нет воды.
Как доказать, что она есть, поэтому говорить о скорости воды в ней бессмысленно.
При каких условиях в ней скорость меньше какой-то величины?
Отрывом называют образование вихря и отсоединение его от обтекаемой поверхности. Затем образуется след за самолетом, вихрь из пыли или дыма.
Не понятно, может ли ур-е Навье-Стокса описать отрыв. Ученый О.М. Белоцерковский считает, что для этого надо применять совсем другое ур-е и модель т.н. „крупных частиц”. Газ представляют десятком тысяч частиц (чем больше, тем точнее),
которые движутся, взаимодействуют друг с другом, примерно как планеты. Такой
подход математического описания облаком одинаковых, взаимодействующих, выдуманных частиц, называется Лагранжевым описанием течения жидкости или газа. Он
показан в фильме „Торнадо” из США. Каждая частица газа или шарик, брошенный
в торнадо, подчиняется ур-ю Навье-Стокса. При таком подходе удается на суперкомпьютерах описать отрыв, если мы знаем траекторию и параметры каждого шарика
внутри потока.
Можно ввести другое описание этой задачи для обывателя.
Имеется волна в бассейне со свободной поверхностью. Надо доказать, что при малых
скоростях она не опрокинется при столкновении о берег.
Инженер, физик, скажет, это невозможно, т.к. волна подчиняется одновременно 4
ур-ям сохранения: массы, импульса (первому закону Ньютона о сложении сил), моменту импульса и энергии в заданном объеме. Ур-е Навье Стокса - это только два
первых закона из четырех.
Более точно - нужно доказать, что нет течения с опрокидыванием фронта волны,
если мы вместо ур-я энергии используем соотношение, которое говорит, что кине167
тическая энергия не может превышать некоторую произвольно взятую конечную
величину. Это обрезанное ур-е энергии. Но математикам так удобнее.
Кроме того, при движении волн наблюдается пена, эффекты капиллярности. А коэффициент поверхностного натяжения отсутствует в ур-ии Навье-Стокса.
Движение опрокидывающейся волны на берег рассчитано в лаборатории во
Франции. Расчет для плоского движения занимает на персональном компьютере
более одного дня. Берётся система трёх дифференциальных ур-й в частных производных: сохранения массы, импульса (т.е. ур-е первого закона Ньютона для сил),
энергии. Затем добавляется сила капиллярности и используется совсем другая среда: сжимаемая, плотность которой меняется по высоте за счет пузырьков воздуха.
Только при таких условиях удается получить на компьютере опрокидывание волны
очень похожее на то, что увидим в природе или лаборатории.
Нужно решить некоторую искусственную задачу, точное решение которой мы
никогда не увидим в природе.
Нужно не найти решение, а только доказать, что это решение существует или не
существует, и что оно единственное и непрерывно зависит от начальных данных.
Для двухмерного или плоского движения задача решена О.А. Ладыженской. Но я
нашел, что её решение не полное. Есть исключение из него.
Если же есть третий вариант, то Вы не получите вознаграждения. Задача будет
переформулирована. Те, кто интересуется, посмотреть статью [24] и библиографию
к ней. Там приведена теорема существования решения для одномерной сжимаемой
вязкой среды.
Автор пытается придумать алгоритм для компьютера, который бы использовал
условия и алгоритм решенной задачи из millenium problems для решения 6 оставшихся.
Я надеюсь найти, если повезет, хотя бы только алгоритм решения одной маленькой подзадачи.
Эти задачи невозможно решить одному человеку. Они подобны той, что решал Тьюринг в фильме „Игра в иммитацию” на ЭВМ. Нужна помощь компьютера, т.е. необходима экспертная система, которая бы подсказывала человеку часть алгоритма их
решения. Кроме того, еще необходима помощь нескольких специалистов. Перельман
решил эту задачу, используя помощь множества математиков.
Интересно, что если задачи классифицировать по числу страниц, на которых написано условие задачи и числу ссылок, на работы, которые следует прочитать, то мы
увидим:
4. Существование и гладкость решений ур-й Навье — Стокса(6) 5p-9 7. Гипотеза
Hodga(2) 5p-11 6. Гипотеза Бёрча — Свиннертон-Дайера(7) 5p-27 5. Гипотеза Пуанкаре(доказана)(3) 8p-54 1. Гипотеза Римана(4) 11p-27 3. Равенство классов P и NP(1)
12p-38 2. Теория ЯМ(5) 14p-50
Значит, нельзя сказать, что чем меньше описание задачи, кол-во ссылок(чем новее задача), или наоборот(чем подробнее, больше описание задачи и кол-во ссылок,
чем старее задача), тем она будет быстрее решена.
Задачи классифицируются так:
Задача о гипотезе Римана. Ее можно решить, если вы найдете формулу распределе168
ния простых чисел в зависимости от их номера. Она состоит из трех формул.
Я обнаружил симметрию в распределении простых чисел. Они образуются, или точнее распределены по двум одинаковым, симметричным множествам одинакового размера. То есть, число простых чисел в два раза меньше, чем кажется. Множество
простых чисел выглядит как множество пар одинаковых камней, совершенно разных, хаотичных размеров. Камень - это подмножество простых чисел. В него может
входить например 27 простых чисел.
Нужно найти к какому множества простых чисел относится данное простое число:
к нечетному или левому множеству или правому (четному). Например число 1, 2 не
относятся ни к левому или нечетному множеству ни к правому, четному. Затем найти формулу, по которой подсчитывается число простых чисел одной группы левого
(или нечетного) или правого(четного) множества простых чисел в зависимости от
номера множества. Затем выписать эту формулу для правого (четного) множества.
Т.е. найти формулу как распределен размер множества в зависимости от его номера.
Третья формула связывает порядковый номер любого простого числа меньше (например, 1 триллиона) с конкретным номером четной или нечетной группы простых
чисел.
Четвертая формула находит номера границ пар групп. Т. е. какое простое число принадлежит границе 3 группы простых чисел.
Размер множества простых чисел хаотично меняется от его номера. Как-то это все
связано с комплексными числами.
Мне пока не удалось найти в природе пример использования простых чисел. Возможно, вместо них природа испольует четные числа, прибавив в множестве простых
чисел единицу. Т.е. вместо чисел 1, 2, 3, 5, 7... природа использует 2, 3, 4, 6, 8 или 0,
1, 2, 4, 6 и т.д.
Гипотезе Римана верна, численно доказана только для 1 триллиона первых простых
чисел.
Задача об эллиптических кривых применяемых в криптологии или шифровании
- гипотеза Бёрча-Свиннертона-Дайера (БСД).
Дает общий способ вычисления ранга эллиптических кривых.
Частично ее справедливость доказана для некоторых случаев. Либо она не верна
для каких-то частных случаев или же она верна всегда. Я попробую придумать алгоритм, когда берутся такие эллиптические кривые, кривизна которых минимальна
для данного отрезка. Я использую идеальные, нелинейные сплайны. Ими являются
некоторые отрезки русла рек. И можно попытаться доказать или опровергнуть гипотезу БСД для этого класса эллиптических поверхностей.
К этой второй задаче примыкает третья задача равенства классов P и NP. Доказано, что она не верна для ораклов - особый подкласс задач. Я взял другой класс
- около 1000 задач. Их называют NP полными. Нужно придумать хотя бы для одной
такой NP полной задачи более быстрый, чем существует алгоритм решения. Это не
удалось сделать никому в течении последних 40 лет. Мне удалось его придумать используя параллельные числа. Если такой алгоритм найдется, значит и все остальные
999 задач можно решить также быстро, т.к. для больших N они не решаются вообще.
Или нужно доказать, почему это не возможно.
Я планирую это сделать, сравнив с тем, как это сделано в природе для задачи транс169
портировки жидкости в листе дерева по аналогии с задачей коммивояжера. Мы сразу
натыкаемся на вопрос, почему лист дерева почти симметричен и плоский, а число
стволов дерева хаотично, зависят от высоты, и образуют свою уникальную трехмерную фигуру. Форма ствола зависит от силы гравитации Земли и периода обращения
вокруг Солнца и наверное Луны.
Я предположил, что эта задача транспортировки жидкости решена природой самым
быстрым образом. Следовательно, интересно и необходимо посмотреть во сколько
раз медленнее эту задачу решили бы традиционными алгоритмами математики и
программисты.
Здесь сразу возникает и другие две полезных задачи. Попробовать понять, как выглядит алгоритм мышления левого и правого полушария головного мозга вместе у
А. Тьюринга. Почему он примерно в 290 миллиардов раз быстрее решал задачу про
дешифровке сообщений Энигмы, чем компьютер? Первое впечатление, что его логика, только управляла самыми простыми операциями, самыми легкими, стандартными этапами решения. Т.е. полушарие, ответственное за логику, только управляло
произношением голоса, передвижением тела, ходьбой, бегом, мышцами тела, а мышлением у него руководило только интуитивное полушарие, работая на неизвестном
принципе так, что оно только формулировало и переформулировало задачу до тех
пор, пока оно не решало медленно, логическое полушарие. Значит в будущем у человека появится третье полушарие, которое будет управлять интуицией, т.е. левым
полушарием.
И это подскажет каким образом у него не возникало ступора в мышлении, когда
множество мыслей, возникая в голове, не дают дальше думать. Такое впечатление,
что он мысли каким-то образом представлял в виде картин и потом их быстро просматривал, отбирал правильные. Поэтому у него никогда не было перегрузки. Одно
интуитивное, левое полушарие решало один вид задач, а правое, логическое другой
тип задач.
Если память человека 1 Петабайт, значит мы думаем образами, рисунками и
видеофайлами, которые представляют результат, смоделированные мозгом изображения реальных процессов. Такое может быть, если мозг может сам приближенно,
качественно решать все дифференциальные ур-я в частных и обыкновенных производных, и отображать решение в виде видеофайла, а не графика.
Пример неполиномиальной задачи - задача вычисления факториала для больших номеров. Она вообще не решается. То же самое относится к задаче коммивояжера при некотором числе городов, т.к. она решается только перебором почти всех
вариантов.
Если вы начнете это делать, то математики начнут над вами смеяться, т.к. с этой
задачей не справилось огромное число ученых. После этого уже можно подойти к
самой задаче. Понять, как можно доказать теорему: что проверка ключа зашифрованного сообщения так же проста, как зашифровка, расшифровка текста или нет?
Если положительный ответ на какой-то вопрос можно быстро проверить (за полиномиальное время), например, зная сумму N нечетных чисел, проверить её, то правда
ли, что ответ на этот вопрос можно быстро найти (за полиномиальное время и используя полиномиальную память)? Полиномиальное, значит, если у вас есть k чисел
или элементов множества. То можно ли проверить задачу за время пропорциональ170
ное k p , где p - какое-то небольшое целое число, например 3.
В фильме про Тьюринга „Игра в иммитацию”видно, что возможность проверки
зависит от размера подсказки, знания смысла сообщения, если в нем три слова: погода, Да здравствует, гитлер. Но это была не полиномиальная задача.
Ее решение зависит от факториала числа k, примерно равном 18. Поэтому она
в общем случае не решается, если вы не знаете смысл сообщения. Поэтому сначала
сообщения накапливались не расшифрованные, а затем по мере удачи, возможности
захвата другой шифровальной машины были разгаданы многие сообщения фрицев.
Поэтому, до сих пор не разгаданы все сообщения Энигмы.
Иногда мы можем решить задачу разными способами, менять скорость решения,
например задавая разные алгоритмы. Если алгоритм задан не верно, например для
решения линейных ур-й выбран метод Крамера, то задача перестает быть решаемой
после некоторого числа неизвестных. Значит, если мы можем проделать такое с разными задачами, решаемыми за полиномиальное или не полиномиальное время, вы
можете искусственно сделать задачи нерешаемыми по вашему выбору.
К задаче гипотезе Пуанкаре примыкает задача о гипотезе Ходжа. Доказана ее
истинности для некоторых случаев.
Либо она верна всегда или не верна для каких-то частных случаев. Я попробую
придумать алгоритм, когда берутся такие поверхности из эллиптических кривых,
кривизна которых минимальна для данного отрезка. И для них попробывать просчитать на компьютере, что можно получить справедливость гипотезы или нет? Т. е., я
пробую использовать результаты для задачи гипотезы Бёрча-Свиннертона-Дайера и
уже решённой гипотезы Пуанкаре.
12
Гипотеза Ходжа
Доказательство гипотезы Ходжа (ГХ) и поиск её опровержения, также бы мог отвлечь студентов от теории струн в 10...26 мерном пространстве.
Она утверждает: На любом невырожденном проективном комплексном алгебраическом многообразии любой класс Ходжа представляет собой рациональную линейную
комбинацию классов алгебраических циклов. В [52] на стр.367-393 кратко разобраны
определения из данной фразы и ниже дается их поверхностное определение из этой
книги.
1. На любом невырожденном („Это слово означает, что многообразие является гладким, не имеет острых гребней или мест, где его форма сложнее, чем просто гладкий
кусок пространства. Поверхность Куммера, задаваемая уравнением:
x4 + y 4 + z 4 − y 2 · z 2 − z 2 · x2 − x2 · y 2 − x2 − y 2 − z 2 = −1 например, имеет сингулярности
в 16 двойных точках.”)
Проще это уравнение записать, как:
(−x2 (1 − x2 ) − y 2 (1 − y 2 ) − z 2 (1 − z 2 ) − (y · z)2 − (z · x)2 − (x · y)2 = −1
Сразу вино, что обозначив x2 как x, x как 2. проективном (“Это обобщение. Для него
171
требуется иное представление о пространстве. Проективная геометрия выросла из
интереса, который живописцы эпохи Возрождения питали к законам перспективы.
В ней отсутствует особое поведение параллельных прямых. В евклидовой геометрии
две прямые либо пересекаются, либо параллельны, и тогда они не встретятся никогда, сколько их ни продолжай. Вообразите себя стоящим с кистью в руке перед
мольбертом на бесконечной плоскости. Все готово, перед вами две параллельные
прямые уходят к закатному горизонту, как два бесконечных идеально прямых железнодорожных рельса. Линии постепенно сближаются и на горизонте сходятся в
точку. Горизонт соответствует той части плоскости, где встречаются параллельные
линии. Но такого места нет. Горизонт на вашей картине представляет собой границу
изображения плоскости. Горизонт должен быть изображением границы плоскости.
Но у плоскости нет границ. Она продолжается бесконечно. «Проектируя» плоскость
(с рельсами) на другую плоскость (ваш холст на мольберте), вы получаете на картине
линию — горизонт, — которая не является проекцией никакой линии на изображаемой плоскости. Есть способ избавиться от этой аномалии: добавить к евклидовой
плоскости так называемую линию бесконечности, представляющую отсутствующий
горизонт. После этого все сильно упрощается. Две прямые всегда встречаются в точке. Прежнее представление о параллельных прямых соответствует случаю, когда две
прямые встречаются в бесконечности. Результат такого перевода называется проективной геометрией. Mатематики XX в. решили обобщить алгебраическую геометрию
на многомерные пространства и использовать комплексные числа. Bместо действительных решений систем алгебраических ур-й в евклидовом пространстве нужно изучать комплексные решения в проективном пространстве.
суммирyeм сказанное.
Проективное комплексное алгебраическое многообразие похоже на кривую, определенную алгебраическим ур-ем, за исключением того, что:
A. число ур-й и переменных может быть любым по нашему желанию (алгебраическое многообразие)
B. переменные могут быть комплексными, а не действительными (комплексность)
C. переменные могут принимать бесконечные значения разумным образом (проективность)”.)
3 комплексном („Aлгебраические ур-я на множестве комплексных чисел ведут себя
лучше. На множестве действительных чисел квадратное ур-е может иметь два решения или ни одного. Для одного решения считаем, что одно решение повторяется
дважды.
На множестве комплексных чисел квадратное ур-е всегда имеет два решения (если
корректно учитывать повторяющиеся решения). В некоторых случаях такое свойство может оказаться полезным. Можно сказать:
«Решаем ур-е для седьмой переменной» — и быть уверенным, что такое решение
действительно существует. Xотя все очень удобно, некоторые свойства комплексной
алгебраической геометрии без привычки воспринимаются тяжело. При действительных переменных прямая может пересекать окружность в двух точках, касаться ее
или проходить в стороне и не иметь с ней общих точек. В случае комплексных переменных третья возможность исчезает. Комплексные алгебраические многообразия
ведут себя куда лучше, чем действительные. Иногда действительные переменные
необходимы, но в большинстве случаев в комплексном контексте работать удобнее.
Так мы описали комплексное алгебраическое многообразие”.)
172
4 алгебраическом многообразии („Это следствие декартова подхода, когда тот при
помощи координатной сетки связал геометрию с алгеброй. Набор инструментовкривых, прямая, окружность, эллипс, парабола, гипербола. Прямая линия — основа
евклидовой геометрии — представляет собой совокупность точек, удовлетворяющих
соответствующему алгебраическому ур-ю. Окружности нуждаются в квадратных урях — как и эллипсы, параболы и гиперболы. Все, что можно определить геометрически, можно интерпретировать и иначе — алгебраически.
Значение слова «измерение»: сколько вам нужно координат. Например, в четырехмерном пространстве четыре координаты (x, y, z, w), и в математическом смысле
этого достаточно для определения. В четырех измерениях единственное ур-е обычно
определяет трехмерную «гиперповерхность», два ур-я — поверхность (два измерения), три ур-я — кривую (одно измерение), а четыре ур-я — точку (нуль измерений).
Каждое новое ур-е расправляется с одним измерением или с одной переменной. Можно предсказать, что в пространстве 17 измерений 11 ур-й определяют шестимерный
объект, за исключением редких (и легко опознаваемых) случаев, когда некоторые из
ур-й избыточны. Объект, определенный таким образом, называется алгебраическим
многообразием.
В русском языке слово «многообразие» употребляется в топологии, дифференциальной геометрии (топологии пополам с дифференциальным исчислением), в алгебраической геометрии. В некоторых других языках традиционно существует два различных термина (в частности, в английском языке используются слова manifold и
variety). Алгебраическое многообразие не называют «многомерным пространством,
определенным системой алгебраических ур-й»”).
любой
5 класс Ходжа („это технические средства, помогающие получить частичный ответ
на фундаментальнейший вопрос о нашей обобщенной кривой: какой она формы? ”)
представляет собой
6 рациональную линейную комбинацию („как в соответствии с общими надеждами
следует ответить на вопрос об обобщенной кривой: какой она формы?”)
7 классов алгебраических циклов („это технические средства, помогающие получить
частичный ответ на фундаментальнейший вопрос об обобщенной кривой: какой она
формы?”
„Определение формы путем алгебраических вычислений” похоже на идеи Пуанкаре
об алгебраических инвариантах топологических пространств. Обсудим алгебраическую топологию. Пуанкаре открыл три типа инвариантов, определенных в терминах
трех концепций: гомотопии, гомологии (Это процесс перемещения петель по поверхности называется гомотопией; альтернативный вариант называется похоже, но иначе
— гомологией. Топологи быстро развили вариант гомологии, превратив в математическую машину, которая получила название „гомологическая алгебра”.) и когомологии. В данном случае интересуемся когомологией.
В 3-х мерном пространстве с действительными координатами пересечением сферы и
плоскости (если они вообще пересекаются) является окружность. Сфера — это алгебраическое многообразие. Окружность — тоже алгебраическое многообразие и входит
в состав сферы. Это называют подмногообразием. В общем случае, если взять ур-я
(с большим числом переменных, комплексные, проективные), определяющие некое
многообразие, и добавить к ним еще несколько уравнений, то некоторые решения
— те, что не удовлетворяют новым ур-ям, — как правило, теряются. Чем больше у
173
нас ур-й, тем меньше становится многообразие. Расширенная система ур-й определяет некоторую часть первоначального многообразия. Эта часть сама по себе тоже
является многообразием — это подмногообразие. При подсчете количества решений
полиномиального ур-я иногда удобно учесть одну и ту же точку несколько раз. Cовокупность решений состоит из множества точек, за каждой из которых мы «закрепляем» число, соответствующее его кратности. Можно, к примеру, иметь решения 0,
1 и 2 с кратностью 7,4, 3 соответственно. Многочлен в этом случае будет:
(x − 1)7 · (x − 2)4 · x3 .
„Каждая из трёх точек x = 0, 1 или 2 является (тривиальным) подмногообразием множества комплексных чисел. Поэтому решения этого полиномиального ур-я
можно описать как список из трех подмногообразий с прикрепленным к каждому из
них целым числом (как этикетки). Алгебраический цикл выглядит примерно так же.
Вместо отдельных точек используем любой конечный список подмногообразий, присоединив к каждому из них числовую метку, не обязательно целую. Меткой может
быть отрицательное целое число, рациональное число, действительное или комплексное число. В гипотезе Ходжа в качестве меток используются рациональные числа,
о чем свидетельствует формулировка «рациональная линейная комбинация». К примеру, в качестве первоначального многообразия может выступать единичная сфера в 11-мерном пространстве; тогда список, о котором идет речь, мог бы выглядеть
так: семимерная гиперсфера (задаваемая такими-то уравнениями) с меткой 22/7; тор
(задаваемый такими-то уравнениями) с меткой –4/5; кривая (задаваемая такими-то
уравнениями) с меткой 413/6.”
„Hарисуйте картинку: три кляксы с надписями. Каждая такая картинка, каждый
список представляет один алгебраический цикл. Специалисты по алгебраической геометрии заимствуют методы у топологов.
Как может муравей, вселенной которого является поверхность, определить форму
своей вселенной, если он не в состоянии отойти в сторонку и посмотреть? Как он
сможет отличить сферу от тора? Представленное в той главе решение предусматривало использование замкнутых кривых — топологических автобусных маршрутов.
Муравей перемещает эти петли по всей поверхности, выясняет, что происходит, если
поставить их одну за другой — концом к началу, и вычисляет алгебраический инвариант пространства, известный как его фундаментальная группа.
Слово «инвариант» означает, что топологически эквивалентные пространства имеют одну и ту же фундаментальную группу. Если группы различны, то различны и
пространства. Этот инвариант привел Пуанкаре к его гипотезе. Муравью непросто
проверить все возможные в его вселенной маршруты. Это замечание отражает реальные математические тонкости в расчетах фундаментальных групп. Существует более
практичный инвариант. Процесс перемещения петель по поверхности называется гомотопией. Альтернативный вариант называется гомологией. Покажем простейший
вариант гомологии. Топологи развили этот вариант, оптимизировали и обобщили
его, превратив в мощнейшую математическую машину, которая получила название
«гомологическая алгебра».
Муравей начинает с того, что обследует свою вселенную и составляет карту. Как
топограф, он покрывает вселенную сетью треугольников. Главное при этом — чтобы ни в одном треугольнике не оказалось дырки в поверхности. Это обеспечивается,
вставляя каждый треугольник в виде резиновой заплатки, как при ремонте велоси174
педной камеры. Каждый треугольник будет иметь хорошо определенную внутренность, топологически эквивалентную внутренности любого обычного треугольника
на плоскости. Топологи называют такую треугольную заплатку топологическим диском, поскольку она эквивалентна кругу. Чтобы убедиться в этом, взгляните на рис. 36
в главе 10, где треугольник постепенно модифицируется в круг. Подобную заплатку
невозможно поставить поверх отверстия, потому что отверстие создает туннель, связывающий внутреннюю часть треугольника с его внешней частью. Чтобы перекрыть
отверстие, заплатке придется выйти за пределы поверхности, а муравью запрещено
делать это. Муравей провел триангуляцию своей вселенной. Условие про заплатку гарантирует, что, имея полный список треугольников и зная, какой треугольник
с какими граничит, можно восстановить топологию поверхности, т. е. ее форму в
смысле топологической эквивалентности. Если бы можно было купить универсальный муравьиный набор надлежащим образом промаркированных треугольников, то
мы могли бы, склеив аккуратно сторону А со стороной АА, сторону В со стороной ВВ и т. д., построить соответствующую поверхность. Сам муравей заперт на
этой поверхности и потому не может построить ее модель, но он может быть уверен,
что его карта содержит всю необходимую для построения информацию. Чтобы извлечь эту информацию, муравью придется проводить вычисления. И рассматривать
уже не бесконечное число возможных петель, но достаточно большое их число: все
замкнутые петли, проходящие вдоль ребер выбранной им сетки. В гомотопии задаются вопросом, можно ли сжать данную петлю непрерывно в точку. В гомологии
мы задаемся другим вопросом: образует ли данная петля границу топологического
диска? Иными словами, можно ли взять одну или несколько треугольных заплаток
вместе таким образом, чтобы в сумме получился участок без отверстий с замкнутой границей? На рис. 47 слева показана часть триангуляционной сети сферы —
замкнутая петля и топологический диск, границей которого она является. Применив
подходящие методики, можно доказать, что любая петля в триангуляционной сети
сферы является такой границей: треугольные заплатки, а в более общем случае топологические диски, — это детекторы отверстий, а интуитивно понятно, что в сфере
отверстий нет. Однако в торе отверстие имеется. И в самом деле некоторые петли на
торе не являются границами таких областей. На рис. 47 справа показана такая петля,
проходящая сквозь центральное отверстие. Иными словами: просмотрев список петель и проверив, какие из них являются границами непрерывных областей, муравей
может отличить сферическую вселенную от тороидальной. Если наш муравей столь
же умен, он сможет превратить эту идею в элегантный топологический инвариант
— гомологическую группу своей поверхности. Идея заключается в том, чтобы «сложить» две петли, нарисовав их обе. Однако то, что получилось, не является петлей,
поэтому нам придется вернуться и начать заново. Для понимания некоторых идей,
связанных с ГХ, мы должны иметь возможность складывать яблоки и апельсины:
3a яблок и 2b апельсинов: 3a + 2b.
Оговорки: при складывании яблока и яблока два яблока получится только в том случае, если первое яблоко не идентично второму. То же и в более сложных комбинациях
яблок и апельсинов. Для целей сложения все яблоки различны между собой. Принять такое условие часто имеет смысл даже в тех случаях, когда два яблока могут
оказаться идентичными. Одно яблоко плюс еще раз то же самое яблоко будет яблоко
с кратностью два. Это игра с символами. Можно разрешить действительные числа
(3,14 свиней минус 2коров), комплексные, любые числа. Mожно рассматривать числа
175
как бирки, навешенные свиньям и коровам. Тогда 3,14 свиней минус 2коров можно
рассматривать как свинью с биркой 3,14 рядом с коровой с биркой 2. Арифметика
здесь применяется к биркам, а не к животным. В ГХ тоже фигурирует подобная конструкция с дополнительными украшениями. Вместо животных в ней используются
кривые, поверхности и их многомерные аналоги. В результате получается глубокая
связь между топологией, алгеброй, геометрией и анализом.
Чтобы привести в порядок мат аппарат гомологии, нам потребуется складывать петли, но не так, как мы делали это в фундаментальной группе, а будем записывать
петли и ставить знак «+» между ними. Чтобы это имело смысл, мы будем работать
не с отдельными петлями, а с конечными их наборами.
Oбозначим каждую петлю целым числом, которое будет соответствовать частоте
встречаемости этой петли, и назовем такой набор циклом.
Теперь наш муравей получает возможность складывать циклы. Для этого он должен объединить петли и сложить значения соответствующих маркеров. Результатом
будет новый цикл.
Когда мы занимались строительством фундаментальной группы, где «сложение»
означает соединение петель концом к концу, там была одна техническая проблема.
Добавление тривиальной петли к любой другой давало в результате не совсем ту
же самую петлю, так что нулевая петля вела себя неправильно. Сложение прямой и
обратной петель давало не совсем нулевую петлю, так что инверсия тоже работала
некорректно. Чтобы решить эту проблему, решено было считать петли одинаковыми, если одну из них можно плавно преобразовать во вторую. Для гомологии это не
проблема. Существует нулевой цикл (все маркеры нулевые), и для каждого цикла
существует обратный к нему цикл (чтобы получить его, достаточно поменять знак у
маркера цикла), поэтому мы имеем группу. Проблема: это не та группа. Она ничего
не говорит нам о топологии пространства. Чтобы разобраться в этом, мы воспользуемся аналогичной уловкой и более свободным подходом к тому, что считать нулем.
Муравей режет пространство на треугольные заплатки, и граница каждой заплатки
топологически достаточно тривиальна: ее можно свести в точку, просто сужая со
всех сторон к середине. Т. о., все граничные циклы должны быть эквивалентны нулевому циклу. Этот логический ход немного напоминает переход от обычных чисел
к значениям по модулю (скажем, по модулю 12); мы делаем вид, что число 12 не
имеет значения, и его можно назвать нулем. Здесь мы переводим циклы в плоскость
гомологии, делая вид, что любые граничные циклы значения не имеют. Следствия
такой позиции: Теперь на алгебру циклов влияет топология пространства. Группа
циклов по модулю границ является полезным топологическим инвариантом — гомологической группой поверхности. На первый взгляд этот инвариант зависит от
того, какой вариант триангуляции выберет муравей, но если говорить об эйлеровой
характеристике, то различные варианты триангуляции одной и той же поверхности
приводят к одной и той же гомологической группе. Т. о., муравей придумал алгебраический инвариант, при помощи которого можно различать поверхности. Искать его
— трудно. Он эффективен. C его помощью можно отличить не только сферу от тора,
но тор с двумя отверстиями от тора с пятью отверстиями, с любым их количеством.
Гомология положила начало целой серии топологических инвариантов. Она основана
на простых геометрических идеях: петлях, границах, объединении наборов, арифметических действиях с маркерами. Учитывая, что муравей заперт на своей поверхности, поразительно, что он может узнать о своей вселенной при помощи разделения
176
поверхности на треугольные кусочки, составления карты и некоторых алгебраических операций. Можно распространить гомологию на высшие измерения. Трехмерный аналог треугольника — тетраэдр; у него четыре вершины, шесть ребер, четыре
треугольные грани и одна трехмерная «грань», его внутренность. В общем случае
в n измерениях можно определить n-мерный тетраэдр, или симплекс, с n + 1 вершинами, попарно соединенными всеми возможными ребрами. Они, в свою очередь,
образуют треугольники, которые собираются в тетраэдры и т. д.
Теперь определим циклы, границы и гомологию и опять же можно создать группу путем добавления (гомологических классов) циклов. Мы получаем целую серию
групп: одну для нульмерных циклов (точек), одну для одномерных циклов (отрезков), одну для двумерных циклов (треугольников) и т. д. до полной размерности
пространства. Это нулевая, первая, вторая и т. д. гомологические группы пространства. Они уточняют представление об отверстиях различных размерностей в пространстве: существуют ли они, сколько их и как они соотносятся друг с другом? Это
и есть гомология.
Нам нужна близкая к ней концепция когомологии. Пуанкаре обратил внимание на совпадение в гомологии любого многообразия: список гомологических групп
с начала и с конца читается одинаково. Для многообразия размерности 5, скажем,
нулевая гомологическая группа совпадает с пятой, первая — с четвертой, а вторая
— с третьей. Он понял, что это не может быть совпадением, и объяснил его двойственностью триангуляции, с которой мы уже встречались в связи с картами. Это
второй вариант триангуляции, где каждый треугольник заменяется вершиной, каждая сторона, общая для двух треугольников, — ребром, соединяющим две вершины, а
каждая точка — треугольником, как на рис. 9 в главе 4. Измерения появляются здесь
в обратном порядке: двумерные треугольники превращаются в нульмерные точки,
и наоборот. Одномерные ребра остаются одномерными, потому что 1 находится в
середине.
Полезно различать два списка, хотя инварианты они выдают одни и те же. Когда все это обобщается и облекается в формальные термины, триангуляция исчезает,
и дуальная триангуляция тоже теряет смысл. Остаются только две серии топологических инвариантов , именуемых гомологическими и когомологическими группами.
Каждое понятие в гомологии имеет двойника, название которого обычно образуется от названия понятия путем добавления приставки «ко-». Так вместо циклов мы
получаем коциклы. Вместо заявления о том, что два цикла гомологичны, говорим,
что два коцикла когомологичны. Классы, о которых идет речь в ГХ, — это классы
когомологий, которые представляют собой наборы когомологичных коциклов.
Гомология и когомология не сообщают нам всё, что мы хотели бы знать о форме
топологического пространства, — различные пространства могут обладать идентичными гомологией и когомологией, — но дают полезную информацию, обеспечивают
системные рамки для его расчета и использования.
Алгебраическое многообразие — действительное, комплексным, проективное или нет
— представляет собой топологическое пространство. Поэтому оно имеет форму. Чтобы узнать об этой форме что-нибудь полезное, рассматривают многообразие как топологи вычисляют его гомологическую и когомологическую группы. Но естественными частями алгебраической геометрии являются не геометрические объекты вроде
триангуляционных сеток и циклов, а вещи, которые проще всего описываются алгебраическими уравнениями.
177
Как ур-е поверхности Куммера соотносится с триангуляцией? В формуле нет
ничего, что указывало бы на треугольники. Может быть, нам нужно начать сначала. Вместо треугольников нам следовало бы использовать естественный строительный материал для многообразий — подмногообразия, определенные дополнительными ограничивающими ур-ми. Теперь нам придется переопределять циклы: вместо
набора треугольников с целыми ярлыками мы воспользуемся набором подмногообразий с такими ярлыками, которые лучше всего подойдут в данном случае. Если
использовать целые ярлыки, ГХ неверна, — разумным выбором будут рациональные числа. Вопрос Ходжа сводится к следующему: содержит ли новое определение
гомологии и когомологии всю ту же информацию, что и топологическое определение? Если гипотеза верна, то алгебраический цикл — не менее острый инструмент
топологии, чем когомологический резец. Если она неверна, то алгебраический цикл
— всего лишь тупой предмет. Но это неточно. Гипотеза утверждает, что достаточно
воспользоваться определенным типом алгебраического цикла — того, что обитает в
классе Ходжа.
Объяснение. Одной из концепций анализа является дифференциальное ур-е, которое представляет собой условие, наложенное на скорости изменения переменных.
Эта идея привела Ходжа к группе новых методик или теории Ходжа. Она связана с
множеством других мощных методов в объединенной области анализа и топологии.
Идея Ходжа была в использовании диф ур-я для распределения классов когомологий по типам. Каждый из них обладает дополнительной структурой, которую можно
успешно применять при решении топологических задач. Определяются они при помощи дифференциального ур-я Лапласа.
Земля представляет собой приплюснутый сфероид. Лаплас нашел способ рассчитать его форму с любой заданной точностью на основании физической величины,
представляющей гравитационное поле планеты: это не само поле, но его гравитационный потенциал. Это мера энергии, содержащейся в гравитационном поле, численная величина, определяемая в каждой точке пространства. Тяготение действует
в том направлении, в котором потенциал уменьшается с максимальной скоростью,
а абсолютное значение силы соответствует скорости уменьшения. Гравитационный
потенциал удовлетворяет ур-ю Лапласа: в вакууме, среднее значение потенциала по
очень маленькой сфере примерно равно его значению в центре сферы. Решение уря Лапласа называется гармонической функцией. Ходжа среди классов когомологий
интересуют те, что имеют особые отношения с гармоническими функциями. Теория
Ходжа помогла открыть отношения между топологией пространства и специальным
дифференциальным ур-ем на этом пространстве.
ГХ постулирует связь между алгеброй, топологией и анализом. Возьмем любое
многообразие. Чтобы разобраться в его форме (это топология с выходом на когомологические классы), выбираем частные случаи таких классов (анализ с выходом на
классы Ходжа через дифференциальные ур-я). Эти частные случаи коголомологических классов могут быть реализованы с использованием подмногообразий (алгебра:
добавьте несколько уравнений и внимательно посмотрите на алгебраические циклы).
Чтобы ответить на топологический вопрос («Какой формы эта штука?») для многообразия, следует перевести его в плоскость анализа, а затем решить средствами
алгебры. Это важно. ГХ — это предложение добавить в инструментарий специалиста
178
по алгебраической геометрии два новых инструмента: топологические инварианты и
ур-е Лапласа. В этой гипотезе речь не идет о какой-то математической теореме, а о
новых инструментах. Если гипотеза верна, эти инструменты обретают новое значение
и становятся средством поиска ответов на огромное количество вопросов. Гипотеза
может оказаться и ошибочной.
Мы оценили природу ГХ. Какие у нас есть свидетельства в ее пользу? Нам известно
очень мало. До того, как Ходж выдвинул свою гипотезу, Соломон Левшец доказал
теорему, которая сводится к ГХ для второй (или двумерной) группы когомологий любого многообразия. При помощи методов алгебраической топологии показано, что
из этого следует ГХ для размерностей 1, 2 и 3. Для многообразий более высоких
размерностей известно лишь несколько частных случаев ГХ. Первоначально Ходж
сформулировал свою гипотезу в терминах целых маркеров (или индексов). Майкл
Атья и Фридрих Хирцебрух доказали, что для высших измерений эта версия гипотезы неверна. Поэтому сегодня мы формулируем ГХ с использованием рациональных
коэффициентов.
Самое сильное свидетельство в ее пользу состоит в том, что одно из наиболее глубоких ее следствий — еще более технически сложная теорема, известная как теорема
об «алгебраичности локусов Ходжа», уже доказана без опоры на ГХ Эдуардо Каттани, Пьер Делинь и Арольдо Каплан в 1995 г. В теории чисел имеется гипотеза,
аналогичная ГХ и получившая название гипотезы Тейта в честь Джона Тейта. Она
связывает алгебраическую геометрию с теорией Галуа — совокупностью идей, доказывающих, что у полиномиальных уравнений пятой степени не существует явных
решений, выражаемых формулой. В формулировке гипотезы Тейта фигурирует еще
один вариант когомологии. Надеются, что гипотеза Тейта верна, но она не доказана.
У ГХ есть аналог, но как подступиться к любой из них, пока неясно. ГХ — одно из
тех математических утверждений, которые почти нечем ни подтвердить, ни опровергнуть.
ГХ может оказаться неверной. Несколько специалистов по алгебраической геометрии так считают.
Теперь нужно составит граф, на котором изобразить логическую связь вышесказанных понятий. Вместо муравья нужно придумать топологическую машину Ходжакомпьютерную программу, по аналогии с машиной Тьюринга. Т.к. работать с числами и функциями проще, чем с топологией, необходимо найти решение гипотеза
Тейта. Для этого понять, как преобразовать ГХ в гипотезу Тейта. После этого будет
ясен алгоритм решения ГХ.
13
Примерная шкала сложности поставленных, нерешенных задач
Cуществует огромный список нерешенных проблем по физике [6, 10] [4,8].
Силы, финансы физиков ограничены. Поэтому необходимо сконцентрировать силы
на самых легких и важных задачах, чтобы побольше успеть сделать. И решив их,
перейти к более сложным, если позволит время.
Было бы полезно проанализировать, какие физические задачи из списка нерешенных
являются самыми простыми. Ввести приблизительно шкалу сложности этих задач.
179
Какие зависят только от потраченных денег? Затем создать компьютерные программы, которые позволили бы облегчить, иногда автоматизировать процесс их решения.
На сегодня проще и дешевле всего решать задачи математической физики по которым уже имеется огромное количество экспериментального материала. Более трудно
находить общие решения основных, самых простых дифференциальных ур-й, которые не решаются. Например, ур-я Эйлера, магнитной гидродинамики, ур-я Шредингера для нескольких атомов. Эти решения дают совсем новый взгляд на физику. И
затем создавать на их основе более точные теории, решать прикладные задачи. Они
позволят объяснить отдельные явления, причина которых непонятна или имеется
несколько её различных версий. Например, шаровая молния (а данные о ней добавят работы по Токамаку) и высокотемпературная сверхпроводимость. Затем из них
выбрать те, по которым можно поставить самый дешевый эксперимент.
Поэтому, предлагаю следующий сырой алгоритм оценки сложности физической
задачи. Нужно ответить на несколько вопросов и набрать баллы. Чем больше баллов,
тем труднее решить задачу. Чем меньше баллов, тем меньше траты денег, времени
на решение задачи.
1. Это теоретическая, экспериментальная задача или то и другое?
Баллы за варианты ответов:1, 100, 1000
Т.е., если теоретическая, то дается 1 балл. Если то и другое, то 1000 баллов.
2. Это задача по астрофизике? Да или нет?
Баллы за варианты ответов: 1, 10
3. Это задача по квантовой гравитации? Да, нет?
1000, 100
4. Это задача по космологии? Да, нет?
100, 1
5. Это задача по общей теории относительности? Да, нет?
1, 10
6. Это задача по физике высоких энергий? Да, нет?
1000, 1
7. Это задача по физике элементарных частиц? Да, нет?
1000, 1
8. Построена ли уже экспериментальная установка, которая позволит решить вашу
задачу? Да, нет?
10, 700
9. Дает ли она уже новые или ожидаемые результаты? Да, нет?
1, 10
10. Это ядерная физика? Да, нет?
10, 1
11. Это другие проблемы, чем в пунктах 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10. Да, нет?
1, 10
12. Это эмпирические явления без четкого теоретического объяснения? Да, нет?
1, 0
Если да то, это космология и астрономия? 1000
Физика высоких энергий, физика элементарных частиц? 1000
Астрономия и астрофизика 500
180
Физика конденсированного состояния 500 (если турбулентность, то добавить еще 900)
Биофизика 200
Физика полупроводников 100
13. Это экспериментальная физика?
Если да, то это:
Квантовая гравитация, космология, общая теория относительности?
Если да, то 500
Если нет, то это:
• Детектирование гравитационных волн и создание на этой основе гравитационноволновой астрономии.
Да 500, нет 0
или
• Проверка закона всемирного тяготения Ньютона на расстояниях, меньших 55 мкм
(0,055 мм), с целью проверки гипотезы о существовании добавочных пространственных измерений?
Если да, то 300
Это физика элементарных частиц?
Если да, то это:
• Обнаружение распада протона и определение времени жизни протона
1000
или
• Обнаружение новых элементарных частиц, предсказываемых теориями суперсимметрии и супергравитации
Если да, то 2000
•Это Теория струн?
(Обнаружение космических струн, предсказываемых теорией струн).
Если да, то 100000
14. Это задача известна всем менее 5 месяцев и её никто не решил?
Если да, то -300. Нет 0.
15. Это задача, следствие недавнего экспериментального открытия?
Если да, то -10. Нет 0.
16. Начали ли вы писать книгу по теме? Если да, то -10.
17. Есть ли внутри вашей проблемы еще сложные, нерешенные физические или математические задачи, которые вы должны решить, прежде чем приступить к вашей
проблеме?
Если да, то 1000, если нет, то 0.
18. Есть ли у вас компьютер с оперативной памятью 16 Гбт, процессором как Сore-i7
и программы Mapple, MаtСAD или Matlab, Scilab?
Да -100
19. Есть ли у вас возможность пользоваться научной библиотекой?
Нет 1000.
20. Есть ли у вас доступ в интернет?
Если нет, то 100
21. Есть ли у вас помощник, студент, знакомый, коллега кто вам добровольно помогает?
Если да, то -100
22. Хочет ли автор вместе с этой задачей решить или попытаться решить еще серию
181
других небольших 19 задач по этой же теме за ближайшие полгода и написать потом
статью?
Если Да -1000. Нет 10.
23. Можете ли вы истратить на решение этой задачи 3000 долларов?
Да -50
24. Работаете ли вы с 10.00 до 17.00 и в субботу, воскресенье отдыхаете?
Да -100
25. Вы закончили с отличием университет?
Да -100
26. Вы живете в нормальных условиях, питаетесь и спите достаточно?
Если Да -300.
27. Вам нравится то, что вы делаете?
Да -100.
28. Вам помогает Ваш научный руководитель?
Если да -100.
29. Вы занимаетесь политикой или чем-то посторонним, что вас сильно отвлекает от
науки, например, боксом?
Если нет -100, если да +100.
30. Занимаетесь ли вы зарядкой 15 минут в день?
Да -50
Нет 0
31. Может ли кто-то украсть Большой адронный коллайдер или радиотелескоп „Радиоастрон”?
Нет 0
Да - у вас нет способностей и знаний заниматься физикой, математической физикой
32. Верите ли вы в то, что американцы не были на Луне?
Да - у вас нет способностей и знаний заниматься физикой, математической физикой
Нет 0
33. Нравится ли вам больше делать переводы с иностранного языка, читать, писать
научно-популярные статьи, снимать фильмы про старые физические теории и умерших ученых, чем добывать новые научные знания?
Да - Вам нужно работать переводчиком или журналистом, но не ученым.
Нет - 0
Величину баллов берем по модулю. 1000 баллов выбрано, если задача намного
превышает возможности обычного человека и время решения превышает жизнь одного человека. Менее 200 баллов, задачу можно решить за срок менее 3-4 лет. Если
задача около или менее 100 баллов, то ее можно решить. Если больше 100 баллов,
то надо попытаться упростить задачу, раздробить её на отдельные части. В скобках
дано промежуточное число баллов.
Пример 1. Предположим, что мне захотелось построить теорию турбулентности. Мне
нужно научиться быстро рассчитывать любое турбулентное течение жидкости на
компьютере при любом числе Рейнольдса. Сейчас это невозможно сделать, т.к. неизвестно точное аналитическое решение ур-я Навье-Стокса, а численное, на компьютере решение сделать невозможно по современным алгоритмам. Т.е., задача состоит,
как матрёшка на самом деле из двух исключительно сложных старинных задач. Из
нахождения аналитического решения ур-я Навье-Стокса и затем уже, зная его, нуж182
но найти решение и сравнить с экспериментом, который наверное где-то провели.
Было бы полезно построить аналитическое решение полуэмпирических моделей турбулентности.
11
2 10
3 100
41
5 10
61
71
8 10
91
10 1
11 1 (137)
12 1 +100+900 (1138)
13 0
14 10
15 0
16 -10
17 1000
18 -100 (2038)
19-21 0
2210
23-50
24 0
25 0
26 -300
27 -100
28 0
29 -100
30 -50
31 0
32 0
33 0
В сумме 1448
1448 баллов означает, что задачу один человек решить не сможет. Нужен коллектив
ученых и большие затраты. И нет гарантии, что задача решаема в принципе.
Нужно отказаться от такой задачи. Нужно взять одну сотую часть от неё. Т.е. отщипывать по-понемножку и решать кусочки этой задачи. В противном случае автор
потеряет время или даже попадёт в сумасшедший дом и ничего не сделает. Но, если
он гений, он решит задачу лет за 30-40, но потеряет семью, здоровье, станет нищим,
работая на износ. Надо подумать, как увеличить шансы, как спланировать и организовать правильно свою работу, уменьшить объем работ в 100 раз.
Пример 2.
Я хочу достроить теорию струн. Она уже построена. Это и cтарая маленькая задача
из теории квантовой гравитации. Мне нужно её решить.
183
11
2 10
3 1000
41
5 10
61
71
8 700 (1724)
9 10
10 1
11 10 (1745)
12 0
13 0
14 0
15 0
16 0
17 0
18 -100
19 0
20 0
21 -100
22 -1000 (545)
23 -50
24 -50 (445)
25 0
26 -100
27 -100
28 -100
29 -100
30 -50
31 0
32 0
33 0
В сумме |-95|=95.
Задачу решить возможно, но если будет очень трудно, то можно разбить её на 2
части и решить первую половину задачи. Узнать время и посмотреть, успеете ли вы
решить вторую половину.
Вам не поверят без экспериментальных доказательств. Представьте, что вы создали
ТО, СТО, но без подтверждения экспериментами.
Пример 3. Я хочу экспериментально проверить справедливость или уточнить
закон гравитации Ньютона на расстоянии 0,05 мм. Это экспериментальная, старая
задача. У меня нет установки. Я сам ее должен сделать без помощи научного руководителя.
1 100
2 10
3 100
184
41
5 10
61
71
8 700
9 10
10 1
11 1
12 1
13 300 (1246)
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 -100
22 10
23 -50
24 -100
25 -100
26 -300
27 -100
28 -100
29 -100
30 -50
31 0
32 0
33 0
256 баллов
Значит задачу надо упростить. Разобьем ее на 6 задач. Уточню закон гравитации
Ньютона на расстоянии 0,055, 0,054; 0,053; 0,052; 0,051; 0,05 мм. Если я решу только
две первых задачи (первая уже решена), но по-своему, что-то останется для науки.
Таким образом задача стала проще. Кроме того, можно предположить, что закон
Ньютона выполняется, как и закон Кулона до расстояний равных размеру атомного
ядра. По крайней мере, до размера 10−16 см. Я могу начать писать книгу обзорную
по теме, купить компьютер, на котором можно быстрее спроектировать прибор. Это
увеличит мои шансы. 146 баллов. Но задачу быстро решить не получится, т.к. у вас
не было никакого опыта. Можно попробовать выпросить в другом университете экспериментальную установку на время, на которой проводили подобное измерение на
большем расстоянии на 0,055 мм. Название университета нужно узнать из статьи.
Это сразу резко увеличит Ваши шансы, т.к. вы сэкономите время на изготовление
или модернизации какого-то узла экспериментальной установки.
Вы можете попробовать найти другого аспиранта, с кем решить эту задачу вместе
и разделить полученные результаты, написав совместно статью. Никто не виноват,
185
что это задача такая сложная.
Самым легким является обнаружение неизвестного физического явления, материала, создание нового прибора или написание компьютерной программы для известного явления, по которому много экспериментальных результатов. Например: открытие графена, сверхпроводимости, высокотемпературной сверхпроводимости, сверхтекучести гелия-4 и сверхтекучести гелия-3.
Физику не надо объяснять природу явления. Надо только открыть его. Заметить
необычный эффект. Более сложно написать промежуточную теорию, которая объясняет и предсказывает некоторые явления. Например, теория транзистора, сверхпроводимости, доказательство существования электрона. Очень сложно предсказать
явление, а потом ждать 30-50 лет, когда его подтвердят экспериментально, как было
с бозоном Хиггса. Но если установка построена, то она поможет решить серию теоретических и экспериментальных задач и опровергнуть ряд теорий. Например, ни
у кого нет сомнения, что термоядерный реактор заработает с выделением нужной
энергии. Это вопрос денег. Но никто не может сказать, что это будет самый дешевый, безопасный способ добычи электроэнергии, т.к. Шотландия полностью прожила
один день только за счет энергии ветра.
Давайте проанализируем по этой шкале нобелевские премии по физике с самого начала и до 2014 г.
Примерно 1 работа дана за теорию, три за эксперимент, новый прибор. Думаю, что
перспектива получения нобелевской премии по теории струн довольно сомнительна
или невозможна.
14
Статегия и тактика при решении задач в математике и физике
Эти рекомендации пригодятся тем, кто решает физико-математические задачи. Хотя
объяснять, как сочинять музыку Моцарту бессмысленно. Он все равно найдет другие методы и решит задачу, но и ему было бы полезно изучить ошибки работы других.
Российские ученые поставлены в неравные условия с зарубежными исследователями. У них примерно раза в 3-5 меньше зарплата и они не знакомы с иностранным
языком так, как его иностранный конкурент.
Научные работники используют лаборатории и печатные издательства. Например,
для публикации в журнале одной статьи требуется заплатить от 1500 до 2000 евро,
работающем по системе open access. За публикацию платит сам ученый или университет, где он работает. Все остальные получают к ней бесплатный доступ.
Если билет на автобус в Канаде стоит 3,25 доллара, как булка хлеба, то российский
коллега, живущий в стране, где цены ниже в несколько раз оказывается в неравном
по сравнению с ним положении.
В России заниматься наукой очень трудно или невозможно тем, кто не входит в
число жителей военных научных городов (как Саров, Снежинск и т.д.), не работает в
крупных научных городах, такие как Москва, Петроград, Новосибирск или маленьких наукоградах, как Академгородок под Новосибирском, Пущино, Черноголовка.
186
Т.к. только там находятся институты Академии наук, университеты, библиотеки, и
самое главное эксперты, ученые, профессора, кто может чем-то помочь.
Мешает политическая нестабильность, хотя Н. Тимофеев-Рессовский, П.Л. Капица
вместе с Н. Н. Семеновым работали так недолго в СССР даже после гражданской
войны. Но такое может быть только в Москве, Петрограде, если у вас железное здоровье и вы живете не в общежитии.
В Москве власть принадлежит торговцам, владельцам торговых центров, госчиновникам, банкирам, военным, прокуратуре и к научным исследованиям они относятся
равнодушно. Поэтому в госбюджете на научные исследования в 2016 г. не было отдельной строки расходов на науку. Возмущенные депутаты добились её включения,
но сумма расходов оказалась равна 0,3% от доходов госбюджета. Цель госчиновников
- сократить деньги на научные исследования примерно в 6-7 раз в расчете на одного
жителя страны, по сравнению с СССР.
И отобрать право ученых планировать свою научную работу. Теперь это право частично перешло к госчиновникам в ФАНО.
Татарин Улюкаев, кто отвечает за формирование расходов госбюджета, считает,
что науку в России должны финансировать частные спонсоры, иностранцы богачи,
типа Сороса, а не государство. Такой же подход был в 1990 годы при разрушении
гражданской авиации в России. Ради достижения каких-то теоретических экономических показателей была введена гиперифляция, ограблены все накопления пенсионеров и уничтожен выпуск российских самолетов. В Беларуссии, Китае было сделано
все совсем по-другому, через систему постепенных реформ.
Инженеры, видели в 2016 г. разорение предприятий космической отрасли путем работы на них не образованного, неграмотного руководства, директора. Развито кумовство, приписки, созданы ненужные бюрократические структуры, увольнение молодых инженеров. Прием на работу не образованных родственников дирекции для
прокорма. Отрасль раздроблена на карликовые, бедные, не конкурентноспособные
предприятия.
Введена сверхэксплуатация инженеров, путем создания сверхурочных работ при сохранении сверхнизкой оплаты труда. Поэтому в 2017-2018 г. мы должны увидеть
уникальные аварии в космической отрасли в России и по аналогии падение числа
публикуемых статей, ученых в научных институтах Российской Академии наук.
В Москве огромное число жуликов, на которых работают выпускники университетов.
Поэтому мы видели, что лучший в мире математик Перельман не мог найти работу
в России. Это пример анархичного, бандитского, диктаторского общества, когда оно
не ценит в государстве самых умных. То же было с поэтом и переводчиком Бродским, физиком П.Л. Капицей, Абрикосовым в СССР.
Это происходит потому, что власть в стране принадлежит не народу, а олигархам,
бандитам, ворам. Их цель - сконцентрировать в своих руках власть, богатства. Все
остальные должны быть нищими и необразованными. Тогда ими легко управлять.
Такое общество строят в России. Оно построено в бедных латиноамериканских странах. У них низкая продолжительность жизни, малы государственные расходы на
образование, медицину, но большие на армию. Нет социальной помощи населению,
очень низкая пенсия, высокая преступность, большое число заключенных, платное
высшее образование и медицина. Рост числа миллионеров и миллиардеров. Каких-то
187
элементов пока нет в России, но постепенно, страна сползает и становится все более коррумпированной и нищей. Из истории известно: коррупция разрушила много
стран. Поэтому огромные запасы нефти, газа не спасут население России от нищеты,
как и в разоренной бандитами Нигерии, Мексике.
Поэтому работать многим ученым в России труднее, чем в других странах Европы, США, Австралии, Новой Зеландии, Канаде.
Может быть имеет смысл учёным из России, странах СНГ делать сейчас самые затратные, поисковые направления в науке в других, более богатых странах, а в России
уже пользоваться ими, или делать только небольшие проекты? Например, подобно
тому, как в Китае быстро скопировали советский космический корабль Союз, палубный истребитель Су-33 купив его в одном экземпляре у Украины, истребитель Су-27.
В США скопировали советский аппарат Бор, который в России не нужен обществу.
Затем, имея эти системы, на базе них стали развивать какие-то новые, нужные направления в науке.
До сих пор в США проводят работы и изучают работы советских ученых и
инженеров по созданию сверхзвукового самолета Ту-144, Бурану и системе „Энергия”, ракетным двигателям СССР. Так они экономят свои деньги. Когда российский
учёный придет в США, то ему не позволят изучить работу Шаттла. Он накрыт
брезентом от него и все технологии засекречены. Продажа технологий военных самолетов, двигателей другим странам - это преступление во всех странах Европы и
США, но не в России.
27 янв. 2016 г. общественная, неправительственная организация Transparency
International (ТI) по итогам общественного голосования обнародовала глобальный
коррупционный список. России в нем организация отвела 119-е место — рядом с Гайаной, Азербайджаном и Сьерра-Леоне. Это относится к какому-то региону, например
к Чечне. Странами с самым высоким уровнем восприятия коррупции TI признала
КНДР и Сомали, которые поделили 167-е место. Эта оценка условна, но полезна бизнесменам. Если бизнесы находятся под угрозой, то ученым не будет хватать денег
на исследования.
Очень холодный климат в России. Как в Канаде и Аляске, отсутствие продовольствия, болезни: эпидемии гриппа, туберкулеза, СПИДа, наркомания, грабежи также
затрудняет работу ученым. Поэтому для жителей России наиболее предпочтительны работы, не связанные с поездками или затратами на крупные экспериментальные
установки. Из-за холода их строительство будет дороже, чем в Европе или Африке.
Идеальный вариант, если бы в России только их проектировали и рассчитывали, а
изготавливали бы в Европе, а собирали установку и устанавливали бы в Африке,
Средней Азии, где сухой, теплый климат. Поэтому, например, испытания ракетных
двигателей, изготовленных в Германии немцы проводят кажется в Нигерии. Так дешевле.
Правила решения задач.
Выберите самую новейшую тему исследования.
188
Начните её с написания реферата. Пишите его заново раз в год.
Цель реферата - найти одну самую простую новую задачу по теме, которую можно
решить за пол года - 8 месяцев, разбить её на 10-15 легких подзадач, написать статью
и опубликовать. Задача экспериментальная или из математической физики.
1. Изучите своего противника, т.е. проблему. Вторым противником являетесь вы сами. Изучите самого себя и свои слабые качества. Вы представляете тормоз, препятствие для решения задачи. Это связано с тем, что вместо того, чтобы перебрать и
проверить варианты решения, вы начинаете заниматься бесполезными догадками,
делать ошибки. Человек послужил источником огромного числа ошибок. Неорганизованность, неаккуратность дорого стоят.
Вы должны хорошо знать и умело применять вычислительную технику и расчетные
программы, знать детали нерешенной задачи, совершенствовать тактику решения
задач.
Третье - изучите ваше место работы и тех, с кем вы работаете. Например, можно
сказать, что ЦИАМ им. Баранова намного лучше, чем кафедра в МГТУ им. Баумана, но хуже Института проблем механики РАЕН или института механики при МГУ
им. Ломоносова или Научного Центра им. Келдыша (бывший НИИТП) или ЦАГИ,
МГУ с точки зрения организации труда научных сотрудников, качества питания.
Качество работы зависит от питания. Если у вас нет еды, вам не хватает на билет на автобус до работы, то вы не сможете заниматься научными исследованиями.
Смените сначала место работы и тогда начните научные исследования. Если это не
выходит, сделайте как профессор МФТИ Утюжников по вычислительной гидромеханике. Набрав опыта по расчетам военных систем и защитив докторскую в МФТИ,
он начал работать на совместные предприятия с компанией ABB, затем перебрался
преподавать в Великобританию в университет. После этого он организовал лабораторию в МФТИ и работает на две страны. Это очень трудно, и возможно только для
несложных научных, но громоздких технических, инженерных задач, решаемых на
рабочих станциях.
2. Избегайте ввязываться в тяжелые задачи (которые вам предлагают или вы хотите
выбрать её сами). Принимайте участие в тех, в которых легко добиться успеха - правило научной стратегии. Т.е. задачи должны быть простыми, но их решение ведёт в
нужном Вам сложном, научном направлении.
3. Используйте самых лучших специалистов, самую новейшую технику решения, методы, оборудование.
4. Старайтесь быть источником вдохновения, энтузиазма для твоих сотрудников. Задачи должны решаться только с чувством радости и издевкой над ними.
5. Читайте подлинные работы Резерфорда, Бора, Капицы, Гельмгольца, Гильберта
по математике, физике, химии. У них всегда можно чему-то полезному научиться.
6. Ф. Содди, поработав 2 года с Резерфордом как ассистент, говорил, что это были самые суматошные, взбаламошные, неспокойные годы в его жизни. Т.к. ему пришлось
решать огромное количество совсем разных, нестандартных серий задач, чтобы добраться до решения главной. Это было как восхождение на гору, в пещеру и прыжок
с парашютом одновременно. Или как при тушении пожара
7. Нужно быть оптимистом во всем.
8. Нужно быть немного нахальным. Т.е. несколько раз попробовать решить очень
трудные задачи. Это не военное сражение, поэтому можно рискнуть. У меня это по189
лучилось. Я думаю теперь, что и успехи Резерфорда и многих других частично можно объяснить за счёт такого подхода. Никому не рассказывайте о таких попытках.
Есть те, кто наоборот только так и работает - это изобретатели вечных двигателей.
Среди них много сумасшедших.
9. Решение задачи находить с максимальной, допустимой погрешностью несколькими методами, а срок публикации результатов ваших достижений в виде патента, в
журнале должен быть минимален.
10. Главное, основное - это понять физическое явление. Провести опыты, расчёты
можно по разному.
Посмотрите, как похожая задача решена в природе.
Второе главное условие работы - это очень высокие темпы. Надо много перепробовать, прежде чем добьёшься чего-нибудь.
Только когда обеспечена возможность перепробывать много различных путей, ведущих к решению проблемы, скорее найдешь верный путь.[30]
Надо предлагать новые пути решения задачи, например 5 новых идей в день, следующие из интуиции. Перерабатывать их и отбрасывать неверные.
Надо использовать единицу измерения интуиции, чтобы добиться таких темпов.
Многое зависит от помощи и организации научного хозяйства, т.е. моей лаборатории.
Что Вам надо купить, чтобы работа в лаборатории шла быстрее?
Нужно заниматься только самыми главными задачами. Решение их так же трудоёмко, как мелких.
Есть большие группы физиков. Около 1000 математиков, инженеров, программистов, химиков вместе работают под руководством нобелевских лауреатов, как врачи, создавая искусственное сердце и над гравитационным детектором LIGO. В институте ЦЕРН в Швейцарии работает 3000 физиков, инженеров, программистов и
техников. Группа двух нобелевских лауреатов по изучению графена работает в Манчестерском университете, группа Каттерле по изучению Бозе-конденсата в г. Бостоне
в США. Группа физиков по частицам в университете Беркли и астрономы в Австралийском университете, исследующие сверхновые звезды и многие другие. Затем к
ним добавится группа физиков, тестирующих термоядерный реактор и плазму в г.
Караш во Франции, группа астрономов с „Радиоастроном”,с марсианскими планетоходами.
Задействованы огромные ресурсы. Они создают самые сложные, точные, дорогие
приборы и методы подавления помех в мире. Читайте выступления нобелевских лауреатов, публикуемых бесплатно каждый год в журнале „Успехи физических наук”.
Вы должны знать, как и какие современные проблемы решают физики. Не уподобляйтесь дуракам, которые не верят в полеты американцев на Луну и не читающих
принципиально работы нобелевских лауреатов.
Спустя некоторое время открытия физиков становятся основой экономики страны.
Например, во Франции 82% электроэнергии производятся на атомных станциях, а в
России, где впервые в мире их создали, только 12%. На Украине около 48%. Неграмотные политики коммунисты затормозили развитие частного бизнеса в СССР в
атомной промышленности. Мария Кюри, её сестра, не поехали учиться в Россию на
врача и химика-физика; Софья Ковалевская на математика, хотя жили в Российской
империи. Это было запрещено законом. Без Пьера Кюри и Марии Складовской не
было бы их учеников и тех, кто создал сеть атомных станций во Франции.
190
Использование жидкого кислорода, полученного на детандерах созданных впервые
в мире Капицей позволило сэкономить 40% труда в металлургии в СССР.
Другой пример - в России и СССР почти не было экспорта лазеров, коммуникационных спутников в другие страны, хотя они впервые были изобретены там. Теперь
Россия закупает их в других странах. Радио было придумано в России, но его не
было на самолетах до 1943 г.
Многовековая проблема российского общества, которое не получает коммерческой
выгоды от экспорта товаров на основе своих изобретений, открытий описана в книге
Лорена Грэхема „Сможет ли Россия конкурировать?”. В ней приводятся анализ и
примеры, почему в России веками не удается коммерциализация новых технологических идей. Когда изобрели лазер, то не удалось создать в СССР и России фирму
и начать их экспорт их в Европу и США. Но это не получилось и у изобретателя
резины Гудийра, Тесла из США, Дизеля из Германии. Общество не вознаграждает
изобретателей во всех странах.
Если вы попадете в такой большой коллектив, окончив зарубежный университет или
работая по грантам с ними вместе в России, вам надо соблюдать определенные правила работы. О некоторых пишет лауреат Нобелевской премии по физике 2011 года
Брайан Шмидт [16]:
„Какой совет вы бы дали молодым астрономам? Какими ключевыми навыками и
умениями они должны обладать, чтобы добиться успеха?
Вы должны быть очень гибкими во всех вещах. Нужно сосредоточить свое внимание на том, что вы хотите сделать, и для этого нужно научиться работать с другими людьми. Важно понимать, в чем состоит ваша цель, какой вопрос хотите решить,
и идти в этом направлении. Но вместо того, чтобы все изобретать самому, сделайте это совместно. Позвольте другим людям идти вместе с вами, с вашим видением
того, куда нужно идти. Это более или менее то, что сделал я, и это работает очень
хорошо”.
Т.е. нужно быть отличным руководителем своей работы и других. Задача может решиться только в команде. Попробуйте её создать.
„Если вы будете только беспокоиться о будущем и будете эдаким головорезом (т.е.
одиночкой) в науке, то в долгосрочной перспективе ни к чему хорошему это не приведет.
Это ваш выбор быть позитивным или негативным по отношению к другим. Я
всегда верил в позитив. Заниматься астрономией это привилегия, у всех есть навыки,
которые можно использовать здесь и сейчас. Поэтому наслаждайтесь возможностями, которые у вас есть сейчас, и будущее так или иначе само о себе позаботится”.
Необходимо уметь использовать весь имеющийся инструментарий математиков
как можно более широко. Работайте междисциплинарно, не ограничиваясь рамками
отдельных дисциплин.
Современные задачи невозможно решить, пользуясь знаниями только одной дисциплины. Математик Перельман решил задачу, используя четыре разные области математики. Задача по нахождении точных аналитических решений ур-я Навье-Стокса,
Эйлера потребовала знания гидродинамики и физических опытов, теории дифференциальных ур-й, понятия солитона(нелинейных волн), векторной алгебры, тензоров,
191
функции комплексных переменных. Шесть разных областей математики.
Не теряйте много времени на обсуждение работ других ученых на семинарах, если эти работы мало связаны с вашей темой. Мы живем во время информационного
взрыва. Мозг не рассчитан на это. Нужно охранять покой головного мозга, чтобы
он мог думать. В будущем будут изобретены машины, которые будут проводить первичный анализ научных работ на их ошибки и полезность. И придумывать способы
использования знаний в научных статьях.
На форумах специалистов в интернете узнавайте, что не получилось за последние 100 лет, какие задачи не решаются. Это как интеллектуальные ловушки. Вам
нужно в них не попасть. Никогда нельзя идти по дороге, которая вы знаете ведет в
ловушку. Точно также нельзя решать задачи, про которые вы точно знаете, что они
не имеют решения, например про вечный двигатель.
Нужно решать множество простых задач, из которых состоит одна сложная, как в
кроссворде.
О решаемой задаче вы должны знать все, что можно найти. Вы должны сконцентрироваться на ней. Если две задачи считать за двух зайцев. За двумя погонишся
- ни одного не поймаешь. Я пытался поймать за 5 минут одного домашнего крольчонка, хотя он сидел почти на одном месте, только прыгал вокруг меня. Мне не
удалось. Он прыгает с большой частотой, быстрее, чем я мог сообразить. У них превосходная реакция. Они думают быстрее, чем мы. Он прыгал в произвольное время,
в произвольном направлении, с совершенно разной скоростью. Представим себе, вам
завязали глаза и вы не зная где он, должны его поймать. Это невозможно. Под нерешенной задачей я представляю такого кролика.
О решаемой задаче вы должны знать все, что уже сделано. Лиса ловит кроликов
когда они спят, подбираясь сзади. Их уши хорошо видны среди травы. Поэтому кгбешники в СССР нападали только вчетвером на одного: трое сзади и один низенький
спереди, чтобы отвлекать внимание. Задние набрасывали тряпку на рот со снотворным и прижимали рукой. Уснувшую жертву запихивали в автомашину. Никаких
шансов спастись у неё не было. Точно также подходите к решению задачи с разных
сторон, многими способами.
Пусть у вас есть небольшая группа исследователей или несколько таких групп.
Например, Вы хотите решить задачу из сайта Институт Клэя. Тогда вы должны придерживаться строгой стратегии и тактики в решении одной из 6 нерешенных задач.
Необходимо соблюдать 8 правил:
Никто не знает, когда будут решены эти задачи и есть ли вообще ответ, т.к. их решали
более сотни лет тысячи ученых и ничего не получилось. Решение одной такой задачи
требует как минимум от 5 до 14 лет работы одним человеком. В лучшем случае её
решение можно изложить примерно в пяти научных статьях. Только на понимание
условия задачи уходит до 10 лет!
Поэтому
1. Отдельные исследователи или мелкие группы не должны решать крупные,
огромные физические проблемы. Вы их не решите никогда. Это все равно, что пытаться выпить всю воду в реке.
Решение задачи похоже на ограбление поезда с информацией о решении задачи на
192
котором едут вооруженные солдаты. Сначала надо их убить, а только потом грабить
поезд. Под поездом я понимаю всю задачу, под солдатами - отдельные проблемы, которые надо обязательно решить в первую очередь.
2. Вы не способны начинать штурм большой проблемы, но можете решать самые
легкие и интересные задачи. Они бывают новыми, как у Марии Кюри, Резерфорда,
Капицы. Или же это старые задачи, как опыты и теория Франклина о природе электричества или решение Резерфордом задачи о магнетизации железа. Почитайте про
Франклина на стр. 342 статью Капицы [30]. Такие задачи решать намного сложнее,
когда известно тысячи отдельных экспериментальных фактов. Они требует совсем
другого подхода, чем совсем новые. Это постепенное, последовательное, медленное
нахождение и уточнение приближенного решения одной и той же задачи. Это требует
огромного терпения и настойчивости. Неизвестно, способны ли вы на такое. Генетик
Вавилов обладал способностью видеть закономерности в миллионе данных.
3. Достоинства отдельных исследователей или мелких групп нужно использовать в глубине, а не на передовой линии атаки научной задачи, которую делают
огромные машины в академических институтах, суперкомпьютеры, дорогие обсерватории, огромные лаборатории.
Т.е., задача уже должна быть сформулирована, как и вознаграждение за неё.
По ней уже написано много статей, полученных результатов. Они доступны для вас.
Но не известен алгоритм ее решения. Не хватает и многих звеньев цепи - отдельных решенных задач по этой теме. Если решение представить в виде цепи, то оно
напоминает ожерелье из нескольких цепочек, т.к. решений может быть несколько,
но сначала находится одно, самое простое. А вы видите только не связанные звенья,
отдельные химические элементы, например, не зная, что есть таблица Менделеева.
В основе научной „войны” c неизвестным лежит:
- География (по странам. В Африке, Арктике, Азии, Арабских странах многие
задачи не решают. Если вы живете в Папуа-Новой Гвинее или в Магадане, то вы
должны уехать оттуда, чтобы решать научные задачи, т.к. там нет библиотек, ученых, университета). После учебы вас могут направить, например, в Антарктиду или
в Магадан, чтобы временно собирать там метеориты с астероида Веста, Марса, работать в обсерватории.
-Временной фактор. За 10 лет точно известно, что решат некоторые задачи, после постройки дорогих телескопов, проборов, стендов, лабораторий. После этого ими
заниматься бессмысленно. Возможно, ею уже бессмысленно заниматься сегодня, т.к.
её точно решат другие на дорогом, уникальном приборе, компьютере. Занимайтесь
только совершенно новым, как Б.В. Раушенбах.
- У научных решенных задач видна случайность, произвольность в её выборе и
времени решения. Поэтому не занимайтесь старой задачей, решением которой давно заняты сотни, тысячи, десятки тысяч специалистов. В лабораториях все вакансии по ней заняты. Вы будете, скорее всего, обрабатывать промежуточные результа193
ты, смысл которых вам будет непонятен, работая по временному контракту. Всегда
помните об украинском физике. Поработав в Манчестере с Геймом и Новосёловым,
будущими нобелевскими лауреатами, он бросил заниматься графеном, занялся разведением коз. Это намного проще, спокойнее и выгоднее.
4. Вы не способны долго удерживать первенство в решении, т.к. есть сотни, тысячи тех, кто занимается этой же проблемой, заняв постоянную позицию в университете. По аналогии с военными, Вы не способны как нападать на крупные задачи,
так и оборонять от других исследователей занятую задачу.
5. Цель небольших групп исследователей - находить слабейшие информационнологические связи нерешенных задач и заниматься только этим, пока они не будут
поняты. Обнаружить алгоритм их решения. Тогда станет ясно, как их можно решить
в принципе и в деталях. Какой нужен прибор для их решения и как его спроектировать. Сначала должны искать неизвестные части алгоритма решения крупной задачи, вводить новые термины.
6. Решение задачи приходит после решения огромного количества мелких задач.
Это гора цифр, формул, расчетов. Затем встречается задача, решить часть её может
только чудо, в результате нескольких озарений. Непонятно, как это происходит.
Вы должны придумать новый способ решения задачи. Это работа интуиции. У всех
она проявляется по-разному или не проявляется вообще, как талант музыканта, поэта. Но легче всего и безопаснее для здоровья, если вы работаете с 9.00 до 17.00, а
затем только обдумываете эту задачу.
Иногда задача решается в результате перебора вариантов, как в шахматах. Поэтому
есть задачи, успех решения которых зависит только от скорости работы и затраченного времени. Так работал Эдисон, перебирая все варианты. Чем вы быстрее переберёте простые варианты и наткнетесь на верный путь, тем быстрее решите задачу.
Такими задачами, например, занимался П.Л. Капица и один выпускник МФТИ, когда взламывал защищенные паролем сжатые pdf файлы в архиве.
7. Если же ничего из вышесказанного не помогает, попробуйте рассмотреть задачу, как информационную катастрофу. Предположите, что решение вашей задачи
было найдено, но в результате каких-то непонятных причин оно уничтожено. И вы
его только восстанавливаете по обрывкам сохранившихся данных.
Создайте три группы мыслей, программ, алгоритмов, которые попробуют обнаружить часть её решения и восстановить его полностью. По сути это мозговой штурм.
Синтезируйте несколько тысяч мыслей о возможном решении, которые сгруппируйте в три группы.
-Первая группа - Внутренняя неисправность вашей решательной системы, начиная с Вас, библиотеки, который вы пользуетесь, университетах, где вы учились,
лекций, еды, что вы ели, компьютерами и кончая алгоритмами решения. Всё подвергните анализу, в чем неисправность или погрешность решения?
Почему вы его не замечаете?
Посмотрите ваши дневники, записи, результаты вывода программ, сбоев и т.д. Начните работать назад. Может быть это небольшое затруднение, внезапный отказ (ава194
рия) в чём-то, ложный сигнал, сигнал помехи в чём-то.
-Вторая группа. Сравните вашу задачу с решениями других параллельных направлений, с теми, кто решают похожие задачи или те же самые, но по-другому.
Просмотрите похожие научные статьи, решения похожих задач. Найдите новые и
старые алгоритмы решения ваших задач!
Проверьте их, перепроверьте и снова проверьте их еще раз.
Т.е., пусть ваш погибший космический спутник на орбите- это аналогия решенной задачи. Уничтоживший его космический мусор - это аналогия неизвестных алгоритмов решения задач. Надо найти их траектории, орбиты. С какой стороны ударить
по задаче, чтобы решить её части?
Про уничтожение вашего космического спутника из-за попадании в него метеорита вы должны проверить весь космический мусор, который отслеживали ранее на
каждой орбите. И найдя пролетевший рядом с вашим погибшим аппаратом, можете
утверждать, что он является причиной гибели спутника.
Зная конечный ответ, вы пытаетесь угадать те алгоритмы, которые привели к решению задач. Может быть вы их найдете.
Объясню по-другому. У вас нет схемы лабиринта. Вы знаете где выход из него. Как
вы должны действовать, чтобы найти хоть какой-нибудь путь, который приведет вас
к входу в лабиринт? Попробуйте решать задачу задом наперед.
Вы всегда решаете одновременно две задачи. Составляет план лабиринта и ищите
путь. В итоге у вас нет всего плана лабиринта после решения задачи. Не надо его
искать. Вашей жизни не хватит.
Другой вариант. Вы ищите способ, как открыть наручник, которым вас приковали
в тонущем Титанике и путь, как выбраться на палубу из заливаемого водой трюма.
Под наручником я понимаю ваше неумение найти новый способ решения нерешенной
никем задачи.
-Третья группа. Все что угодно, где угодно.
У меня получилось таким образом добиться решения маленького, но противного кусочка задачи, который не решался по-другому. Не хватало знаний на это. Я не понял
сначала, каким образом он решился. Через несколько лет стал это понимать. Т.е.
решение части задачи бывает иногда без глубокого понимания. Вы нашли формулу,
свойства, факты, а смысла их не понимаете.
Если какой-то этап задачи решил кто-то другой и вы уверены, что он верен, но не
понимаете, как он это сделал, оставьте разбирательство этого куска задачи другим.
Только используйте его. Может быть потом станет понятнее.
У Вас нет на это времени.
-При усталости, голоде, недосыпе возникает нестабильное мышление, которое
циркулирует по широкому кругу нерешенных задач. Вы неспособны сконцентрироваться на какой-то конкретной задаче. Бросайте все, отдыхайте, кушайте побольше.
Попробуйте переложить работу на компьютер.
8. В субботу, воскресенье нужно обязательно отдыхать. Это нужно для части
головного мога, отвечающего за интуицию, за анализ и синтез полученных фак195
тов. Иначе может быть инфаркт, инсульт или вы не получите никакого полезного
результата. Сальери, который не жалел себя, сочиняя музыку, попал в дом для сумасшедших, признался в преступлении которое не совершал, поэтому его обвинили
в убийстве Моцарта.
Лучшее время для решения задач - ранее утро, если у вас не низкое давление крови
и вы хорошо кушаете. Если у вас мало еды или низкое давление, то нужен хороший
8 часовой сон. Решения задачи начинать с гимнастики, приседаний и делать частые
перерывы через 30 минут или 15 минут работы. Не перерабатывать. Работать только
с 9 утра до 5 часов дня.
При сочинении музыки работает в основном интуиция. Она проявляется, когда вы
отдыхаете и слушаете музыку (хотя бы 15 минут в день). Прослушивание музыки это гимнастика для мозга, нервной системы. Вы чувствуете себя счастливым.
Кроме обдумывания задачи (работа логики), должно быть время на варианты интуитивного поиска. Работа интуиции - это основное при решение нестандартных,
непонятных, очень сложных задач. Логическим перебором миллионов возможных
вариантов задачу не решить. Это не шахматы. Cуществуют сложные правила интуиции.
Есть задачи, которые решаются умениями, знаниями. Ваши задачи должны решаться силой духа, следуя законам природы. Все знают алгоритм её решения, но никто
кроме вас не может понять его и не осмеливается думать о нём. Cпециальная теория
относительности Эйнштейна - пример такой решенной задачи.
Постарайтесь не попадать в ловушку современных лабораторий. Они часто созданы
для зарабатывания денег её руководителями или разработки нового оружия.
Нужно участвовать на форумах, помогая студентам, школьникам. Их вопросы помогают вам решить свои задачи.
В российских аспирантурах исследователи в основном работают по 10-12 часов
в день. Решают задачи по известным алгоритмам, которые проще было бы решить
на суперкомпьютере или стенде, с помощью прибора. Но в России их нет, или они не
доступны для аспиранта. В России аспиранты сталкиваются с необразованностью общества, плохой организованностью работ, искусственно созданной нищетой (которой
нет в соседней Финляндии), недоступностью ресурсов, неправильным их использованием, недоверием и запретами. Например, у нас было постоянное отключение электроэнергии, т.к. было очень старое электротехническое оборудование, стипендия 30
долларов в месяц, давки в автобусах, толпы продавцов в электричках и холод. Пришлось научиться скрываться от контролеров в электричках и автобусах, т.к. не было
денег на билет. Спаренные телефоны были заняты. Поэтому аспиранты вынуждены
решать трудоемкие, стандартные задачи без оборудования, алгоритм которых они
знают. Это подобно выкапыванию котлована лопатой, а не экскаватором.
Меня поразило, что японские инженеры не создают с нуля расчетные программы,
по расчёту компрессоров. Они арендуют их в НАСА, решают свои задачи и быстро
создают коммерческий продукт. Аспиранты в России, занимаясь не коммерческими
исследованиями, не имеют доступ к таким программам НАСА, ОNERA и других
зарубежных научных институтов. Как можно решать такие задачи без финансирования аспирантов? Это невозможно физически и физиологически.
В России практически отсутствует система малых научных предприятий, когда когда
результаты работы над диссертацией становятся коммерческим продуктом,товаром
196
на рынке научных услуг. Потому что стипендия аспирантам практически равна нулю. В то время как у аспирантов других стран она равна от 800 долларов в месяц и
выше. По сути в России реализована финансовая система „совхоза” в науке и уравниловка безграмотными руководителями.
Наверное в России правительство считает аспирантов за детей очень богатых родителей. Поэтому им платят стипендию меньшую в десятки разы, чем у безработных
граждан Европы, не говоря уже об аспирантах в Европе.
Поэтому в России распространена ситуация, когда аспирантская работа делается за
6-10 лет или не делается вовсе.
Мы отстали от зарубежных коллег в организации научного труда и получая уже
решенные в Европе задачи, нужно оценить, сможете ли вы их сделать. Мы не можем заниматься любой научно-инженерной задачей. На это нужны деньги, время,
ресурсы, силы. Если их нет, мы должны заниматься самыми простыми, дешевыми,
новыми, важными научными проблемами.
Если университет стоит в большом городе, то вам будут мешать шум, соседи.
Одного выпускника ВМК МГУ поколотил нетрезвый пьяница в общежитии ЦИАМ
в подмосковье в г. Лыткарино. Чтобы замять конфликт, математик был вынужден
был с ним выпить водки. Ему в голову не пришло обратиться в милицию. Затем
он оказался захлопнутым, как в как в клетке старой, советской, государственной,
металлической кровати. Я его оттуда вытаскивал. У другой выпускницы ВМК МГУ
начальство вдруг конфисковало компьютер на работе, не предупреждая её. Она на
винчестере хранила часть незащищенной диссертации. Другого работника филиала
ЦИАМ посадили на 9 месяцев за хранение патрона из тира мелкокалиберной винтовки. Донос написал студент. Отсидев в тюрьме, он продолжил работать, т.к. ученых,
занимающихся лазерной диагностикой пламени и турбулентным горением очень мало в России.
В России ученые, студенты находятся не только под гнетом чиновников, но и
малограмотных пролетариев, военных, олигархов, бюрократов, которые обнаглели
в России и Украине. Например, (случайно прочитана жалоба в сети в МФТИ) девушка пришла в туалет в общежитии, а малограмотная уборщица ее оттуда начала
выгонять шваброй, т.к. ей срочно нужно помыть там пол. Подождать она не могла.
Злость отличает пролетариев и диких зверей от ученых. С другой стороны человек
старается изменить окружающую среду, а звери наоборот только умеют приспосабливаться к окружающей среде.
В России вам придется столкнуться с огромным воровством (у меня отбирали половину зарплаты в Москве) и с некомпетентным начальством. Оно вам будет давать
задания, которые невозможно выполнить в срок, не будет создавать условия для работы и потом ругать за невыполнение в срок.
В ЦИАМ им. Баранова мы работали в маленькой комнатушке площадью 8 кв. метров
вшестером в 018 отделе. Остальные помещения сдавались коммерческим структурам,
перевозившим большегрузными автомобилями грузы. Институт по авиадвигателям
превратили в склад. Нам не платили по 5 месяцев зарплату, т.к. институт не финансировался мин обороны и авиакомпанией „Аэрофлот”, поэтому попал в финансовую
кабалу к банкам из-за выплаты огромных процентов по кредитам. Минобороны стал
поставлять российскую авиатехнику в Алжир, где шла гражданская война. Арабы
197
отказали платить за неё. Политики в стране с 1992-1998 г. организовали гиперинфляцию, которая обесценила многолетние накопления 40% жителей. Госчиновники
в бывшем министерстве авиапромышленности занимались делёжкой „Аэрофлота”
на 363 мелких компаний, из которых затем 173 разорилось. Было остановлено или
разорено, разворовано вандалами огромное количество предприятий, военных баз
в странах СНГ. С ломами жители Кавказа разламывали новые военные самолеты,
чтобы достать оттуда микросхемы и выплавить из них золото. Политики в России
организовали чеченскую войну. Предвидя это варварство, жители Белоруссии, Казахстана, Прибалтики отделились от России. У них не было дефолта 1998 г.
Теперь в странах Прибалтики евро, а не рубль. Инфляция 2% в год. В России 40%
в год. Когда жители Украины попробовали сделать то же самое, что и прибалты,
российские политики организовали против них войну, как в Чечне. В Баку в 1990
годах КГБ и армия использовали химическое оружие против демонстрантов и врачи
оперировали в противогазах.
Т.е. мы живем в такое время, когда наукой заниматься в России также трудно как
это было в 1925 году. Курс рубля в 2015 г. равен курсу рубля в 1919 г. в СССР. С
2014 г. в России началась гиперинфляция, т.к. курс рубля по отношению к доллару
упал за 2 года в 2,2 раза.
Финансирование российской науки и опытно-конструкторских работ в авиации в
1994-1998 г. прекратились. Уникальные летчики испытатели в ЛИИ им. Громова
работали после испытаний таксистами. Наступил хаос, который продолжился в 1998
г. дефолтом. Ни один госчиновник за это преступление не ответил. Они спекулировали на бирже гособлигациями. Народ в России потерял свои права и власть. Они
перешли от парламента к олигархам, военным, ФСБ и МВД, кучке чиновников, миллиардерам, которые в рабочее время занимаются своим личным бизнесом, рэкетом,
управляют своими мелкими предприятиями посредниками. Об этом написано в книгах убитого работника ФСБ Литвиненко и Немцова. Но то же самое было при царе
Николае 2. В России ради кучки политиков построен дикий капитализм, который
существует в самых отсталых странах Латинской Aмерики, хотя появилось 127 тыс.
долларовых миллионеров. Потерянные рынки сбыта советских товаров (например в
СССР выпускали 200 самолетов в год) захвачены другими странами Европы и США.
Хуже только в Мексике, где убивают 64000 граждан в год, Нигерии, где идет гражданская война. Госчиновники в России получают раз в 10 больше, чем президент
США, государственные деньги от госзаказа прокручивают и разворовывают через
свои временные фирмы. Это же видно и при строительстве космодрома „Восточный”,
стройкой которого управляeт некомпетентный журналист.
Т.е. не пытайтесь работать в бардаке или на военном предприятии. Ничего не выйдет. Наукой можно заниматься тогда, когда нет гражданской войны, голода, когда не
происходит образование новых государств, когда есть порядок. Поэтому из России
вынуждены уехать 3 нобелевских лауреата по физике из четырёх и чемпион мира по
шахматам Г. Каспаров.
Cейчас у народа, журналистов отбирают власть и имущество олигархи, военные.
Они вроде бы считают студентов за собак. В любой войне, которую они организуют,
студенты должны обязательно участвовать. Я видел психоз в обществе, утаивание
войны, когда военные СССР организовали оккупацию дружественного СССР Афганистана. Они все скрывали, как и крупнейшую в мире катастрофу в Чернобыле, а
до этого на комбинате Маяк на Урале. То же самое сейчас повторяется при агрессии
198
против Украины в России. Все страны мира выступили против этой авантюры Путина и его друзей олигархов. Ввели против них временные, слабенькие санкции. До
этого убили депутата Старовойтову, около 6000 бизнесменов в Петербурге и Москве,
затем журналиста Дмитрия Холодова, журналистку „Новой газеты”. Затем депутата
Щекочихина за то, что он пытался расследовать взрывы домов в Москве и других
городах тем же способом, что и Литвиненко. Затем депутата Немцова. Олигархи обвиняют в этом зарубежные страны, называя эти убийства провокацией. Но тираны
всегда убивали наиболее мыслящих людей в стране, чтобы удержать власть. Процесс освобождения российского народа от военной советской бюрократии (типа Сталина, Берии-Хрущева-Андропова), коммунистов (типа лжеакадемика Вышинского,
Лысенко) и КГБешников (типа Берии) не закончился, потому что он им доверяет собой управлять и они подделывают результаты выборов. Поэтому сбежали из СССР в
США дочь Сталина, сын Хрущева и Брежнева с семьёй, т.к. в СССР шла секретная
война за власть между военными группировками. Дети Путина, по мнению журналистов, уехали из России во Францию и г. Мюнхен. И кто знает, не развалится ли
России на куски в результате этой борьбы после 2020 г., когда иссякнут богатейшие
нефтяные месторождения в Сибири, а население сократится на 10%? Процессы борьбы за независимость, реформы длятся в других странах по 100 лет. Можно увидеть,
что ряд стран, например Австро-Венгрия и Германия нанесли России и Украине
ущерб такой же, а может и больше, чем Турция. Эти же страны ведут постоянно
дезинформационную войну против России и Украины, занимаются работорговлей,
поставкой в притоны и бордели жителей многих стран, кражей людей и продажей
их внутренних органов.
Ученые, студенты должны быть вне политики, но знать, что войны олигархов
- это преступления, не участвовать в этом, как не участвовали немецкие ученые во
время Гитлера. Военных надо использовать для науки, а не наоборот, ученых для
грабительских войн олигархов. Если это не возможно, то надо временно уехать из
страны, как аспирант зарубежного университета. Аспирант в Европе, США получает от 800 до 1200 евро в месяц. Всё равно вам не дадут спокойно работать. Если бы
Мозли - отличник Кембриджа, самый талантливый ученик Резерфорда не поехал бы
на колониальную войну, он принес бы большую пользу обществу в науке, чем своей
быстрой гибелью в Турции.
Политические процессы - это следствие недовольства народа. Студенты и ученые составляют мизерную его часть и не способны быть катализатор политической борьбы.
Пример - студент МВТУ Н.Э. Бауман был убит агентами полиции за организацию
демонстраций. Если бы это делали рабочие, то их было бы намного труднее покалечить. Они намного физически сильнее студентов.
Крупнейший ресурс - отдельные исследователи не годятся для решения крупных, планируемых научных задач, типа термоядерного синтеза. Но их достоинствами
служит разумная смелость, мобильность, стойкость, уверенность в себе, знание задач. Даже такой фактор, как рассредоточенность во время решения научной задачи
имеет значение. Поэтому мы должны максимально растягивать фронт научной работы географически, но сконцентрировать его в данный момент времени на слабейшем
звене нерешенной задачи.
199
Долг исследователей - достижение цели при наименьших потерях людского труда, поскольку жизнь человека и его время для нас дороже денег и времени. Если мы
будем терпеливы и сверхискусны, то сможем понять, как решить задачу без решения
её в лоб, на основе тонкого математического, физического, экономического, интуитивного, логического расчета и анализа. У нас есть преимущество перед большими
институтами исследователей в транспортных средствах(интернет), в компьютерах, в
программах для них, запасах электричества, чистой бумаги и ручек, учебников. Мы
могли бы в любую минуту развернуть высокомобильную, отлично экипированную
научную ударную силу минимальных размеров и успешно использовать её в разных
точках обороны нерешенных задач по математике и физике. Это могло бы стать залогом быстрого успеха.
Нужно учиться мгновенно выбирать правильные решения и необходимо смело изучать и использовать новые приемы, новые методы решения задач, отбрасывать прочь
старые!
Мы не должны решать крупные и тяжелые задачи (типа теории высокотемпературной сверхпроводимости или шаровой молнии) . Если бы мы начали решать такую
задачу, то мы бы потратили все имеющиеся ресурсы, но не нашли бы её решение.
Искомое решение непонятной задачи нужно разбито на максимальное количество нерешенных, как можно большее число, чтобы был выбор наилегчайшей проблемы. Резерфорд умел разбивать одну задачу на 15-17 разных мелких подзадач.
Читайте его работы, книги о нём, его учеников и учитесь у них.
Нужно уметь ограничить число решаемых задач до минимума, с минимальными
для нас неудобствами и потерями.
Продовольственный фактор привязывает нас к еде, информационный к интернету в разных странах.
Мы не должны заниматься политикой, т.к. уже победили бюрократию типа Сердюкова информационно. С течением времени он все равно сбежит из политики, как
Горбачев, уйдет на пенсию из-за старости или умрет, как Брежнев, Черненко. Им
принадлежит крохотная часть мира в России, а нам весь мир. Нерешенным задачам
принадлежит весь информационный мир. После нашей смерти другие продолжат
нашу исследовательскую работу. Население само черед выборы или революцию очистит страну, парламент, муниципалитеты от жуликов. Но ученым революции несут
только ужасы. Постепенные реформы намного выгоднее всем.
Надо искать наилегчайшие научные задачи, дробить их и быстро решать не
только методами из математики и физики, но и из всех остальных областей знаний и наук. Тогда затраты времени и труда будут минимальными. Искать такие
направления, где задача не защищена, слаба. Где её сопротивление будет наименьшим, минимальным. Решение ее будет трудной, но возможной, легчайшей задачей.
Использовать поэтому обходные маневры по разным отраслям знаний. Использовать
разные научные журналы и сайты интернета.
Надо искать трудную задачу в пределах прямой дальности наших знаний и научных вычислительных программ, в пределах прямой видимости. И делать обходной
маневр, нанося удар с самой слабой стороны (информационной, теоретической, ко200
личественной и качественной) задачи.
Может здесь есть аналогия с боем. Мы должны искать наибыстрейший способ решения задачи за минимальное число операций. Прочтите труд китайского стратега
„Искусство войны”.
Нужно постепенно учится подсчитывать:
-трудоемкость решения задачи(в число строк статьи, количестве формул, времени
расчета по программе)
-время ее выполнения (в часах)
-сколько сотрудников нужно
-сколько книг, статей нужно прочитать во время её решения
-не использовать тяжелое, сложное и дорогое научное оборудование.
Только ручка, бумага и компьютер с программами, книги, интернет. Есть единственный шанс успеха и надо его найти, перехитрив нерешенную задачу.
-какие дисциплины и знания из них можно привлечь для решения? Например, мне
помогли книги по математической биологии и медицине, [1], [2] и другие из серии
Квант.
Можно ли найти поддержку и местных жителей (профессоров), где вы живете? Полезно периодически заходить к профессорам и рассказывать о том, что сделал. Они
могут напомнить о самых лучших на этот день, быстрых методах решения каких-то
ваших стандартных задач.
Вам надо приобрести уверенность в себе, научить критически анализировать результаты, воспитать постоянное стремление к совершенствованию, постоянное неудовлетворение тем, что уже сделано.
Студентам не надо отвлекаться на олимпиады в качестве участника. Резерфорд, Мария Кюри никогда в них не участвовали. Советую прочитать книгу [29] о менеджменте, о том как руководить и организовать свою работу, как планировать. Я прочел
её в 14 лет. Она есть бесплатно в интернете на русском языке. Очень полезны книги
[30], [31].
У меня получалось часто, что после серии труднейших задач операционная система
Windows выходила из строя и её надо было обязательно переустанавливать. Поэтому
не храните свои данные на разделе жесткого диска (винчестера) там же, где установлен Windows или Линукс.
На 3 месяца должно быть истрачено не менее 1961 долл. на человека на питание,
одежду, оборудование, проживание, если вы живете в Европе, Канаде, США. По калорийности питание не должно быть меньше, чем 3961 калорий в день. 3.6 калорий
содержится в 1 грамме муки. Несколько дней в неделю надо кушать мясо и рыбу. В
рыбе содержится витамин Д, который нужен для работы мозга. Он вырабатывается
немного, когда вы загораете на Солнце. За 3 месяца одна задача по теме должна
быть решена. Самый калорийный продукт - мука. Научитесь печь блины и олади из
дрожжевого теста, лепешки, варить борщ, суп из курицы и мяса, рыбы. Сэкономите
много времени и денег. Никогда не кипятите кофе.
Объединить группу ученых может хорошая идея. Такая связующая идея научного движения, является залогом единодушия.
Нужно учитывать парадокс несовместимости подходов жителей маленьких городов
и города монстра типа Москвы или Лондона.
201
Традиционные для маленького города коллективная ответственность и братство
резко контрастируют с индивидуализмом и духом конкуренции, снобизмом, царящие
в густонаселенных местах городов, где живут более бедные, но честные жители. В
Москве профессора в первую очередь думают о прибыли, деньгах, а не о решении
задач. Первый его вопрос: а что это мне даст в деньгах? Там развито интриганство,
борьба за власть. Поэтому сейчас жители Москвы насаждают систему научной организации труда, основанную на прибыли, индексе цитирования. Она похожа на конвейер. Отбирают ученых, которые наиболее пробивные в печатании научных статей.
Но честного работника можно всегда отобрать через экзамены по оценкам. Зачем же
ему потом мучиться, обманывать других неправильными результатами?
Сравните Мичурина, у которого был свой дом и сад и современного нищего
профессора, инженера в МГУ, МФТИ который живет в коммуналке с алкоголиками
соседями. Это совсем другой мир победившего пролетариата.
В результате в России, будет как в Канаде. Главное не написать статью, а вписать себя в список соавторов. Они заняты переработкой научных статей из журналов других
стран. Делают одну свою статью на основе нескольких статей иностранцев и вписывают себя и всех друзей в авторы. Такая феодальная система есть в среднеазиатских
странах бывшего СССР, в некоторых университетах Японии. Это привело к тому,
что например, было убито в университете Конкордия в Монреале профессора, их помощники, секретарша (всего 7 персон), воровавшие эти статьи одним пострадавшим
ученым из Белоруссии из двух пистолетов . Он сейчас сидит в тюрьме. Арабы там
вписывают друг друга в научные статьи. Обычный канадский ученый профессор в
этом университете имеет по 300-450 статей, часть из которых он сам не писал. Если
запустить диссернет в канадские университеты, то было бы посмешище.
Самую лучшую в мире, новую теорию невозможно украсть, так как никто в
нее не верит. Например у Коперника невозможно было украсть его теорию Солнечной системы, у А. Эйнштейна специальную теорию относительности. Похожих, но
неправильных или менее точных теорий были сотни. Требуются десятилетия, чтобы
ученые поверили в неё после миллионов экспериментов. Поэтому никто не украл теорию бозона Хиггса. Поэтому до сих пор не верят в Общую теорию относительности
Эйнштейна некоторые профессора МГУ им. Ломоносова.
Нужно избегать непродуманных авантюр.
Нужно сконцентрироваться на одной маленькой задаче, которая как одно звено в
цепи крупной, нерешенной задачи.
Образец - это решение на компьютере за 14 часов одной задачи моделирования некоторых свойств белка, а за 3 месяца 90 разных задач по этой теме, которую предлагает
Стенфордская школа медицины в рамках проекта распределённых вычислений.
Или введение Франклином плюса и минуса у электрических зарядов через опыт.
Задача из математики легче, чем по физике. Поэтому имеет смысл решить математическую, а затем эту же расширенную физическую задачу. Затем, усложняя эти задачи, решать их параллельно, вместе. Но так можно делать для небольшого числа не
экспериментальных задач. Hельзя заменить толпой математиков одного Франклина
или Мишу Фарадея. Но решение экспериментальной задачи, затем её математическое моделирование и анализ - это стандарт в инженерной практике.
202
Надо усиливать техническую, интеллектуальную мощь ваших лабораторий. Закупайте постоянно новое оборудование и более быстрые и точные компьютерные
программы для анализа результатов.
Вы должны сделать гораздо больше того, на что вы способны.
Вашей тактикой будут внезапные удары по задаче, атака с внезапным отходом.
Никаких фронтальных, огромных наступлений, только точечные удары.
Не пытайтесь закрепить временное преимущество. Полученный результат надо быстрее публиковать в небольшой статье, как это делал П.П. Лазарев. Задач так много,
что хватит на несколько Ваших жизней.
Использовать минимальную силу в кратчайшее время, в самом удобном для нас
месте. Нужно превратить непрерывное решение в ряд решений отдельных, мелких
задач.
Если задача не получается, смени тему задачи, найди и реши более легкую.
Нужно обязательно не терять связей с людьми из города, где вы родились и учились.
Им интересна Ваша работа и успехи.
У меня получалось и так. Я решал 3 разные, очень трудные задачи по физике и матемавтике. Две из них не решались,т.к. не было возможности поводить опыты, расчеты.
Но они давали знания для последней задачи, теорию о квазичастицах, фермионах которые, возможно и есть ш