А. Г. Формирование единой картины мира на основе фундаментального единого закона взаимодействия
| Вид материала | Закон |
- Является создание единой и неизменной картины мира на основе немногочисленных фундаментальных, 1277.22kb.
- Целью предлагаемой программы является формирование единой картины мира на основе представлений, 515.54kb.
- Герменевтическое измерение языковой картины мира в контексте взаимодействия культур, 653.13kb.
- В. А. Каверина «Картины мира» школьников. Итоги исследования. Исследование, 82.72kb.
- Курс : 3, 4 Форма обучения : очная Семестр : 5, 6, 7, 8 Количество часов на дисциплину, 113.61kb.
- О преподавании физики в общеобразовательных учреждениях Калининградской области в 2009-2010, 313.51kb.
- Тема: Основные исторические этапы развития естествознания. Научные революции и картины, 99.52kb.
- Приказ Минобразования России от 9 февраля 1998 г.№322 «Об утверждении базисного учебного, 315.95kb.
- Маркеры этноспецифической информации в составе фразеологизмов, 89.88kb.
- Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 36.26kb.
1.2.2. Реляционный подход к пространству
В 1905 году физики исключили из теории познания эфир, абсолютное пространтсво и абсолютное время, силу, а концепцию материальной точки сменили на концепцию поля. Этим новым подходом к исследованию Природы отрицалась единая научная картина мира конца ХIХ века, и было положено начало формированию квантово-релятивистской картины мира.
В 70-х годах ХХ века физики поставили задачу построить объединенную теорию взаимодействий в рамках уже сформированной квантово-релятивистской картины мира. Поскольку эфир исключен, то исходные посылки этих исследований формировались на основе концепции реляционного подхода. Суть этого подхода следующая:
1) раскрыть природу фундаментальных взаимодействий можно только путем перехода к более высоким энергиям исследования структуры вещества;
2) исследуя элементарные частицы можно познать не только структуру вещества, но и в плотную приблизится к структуре пространства-времени и электрического заряда;
3) неизбежна постройка более мощных дорогостоящих ускорителей – эффективного средства исследования элементарных частиц.
Указанные выше посылки определили направление научных исследований проводимых физикой элементарных частиц и физикой высоких энергий.
Японский физик-теоретик Р. Утияма описал смещение фундаментальных научных исследований от познания объективной действительности в сторону проблем математических, следующим образом (1983):
«А теперь вернемся к единым теориям поля. … При их исследовании необходимы математические, в основном геометрические знания … Поэтому в исследованиях по единым теориям поля в основном участвовали математики и сильные в математическом отношении физики.
Предмет исследования все больше смещался от первоначальных физических проблем в сторону проблем математических. Физики постепенно отходили от этой проблематики; она все более изолировалась и замыкалась сама на себя» [5, с.109].
«Физики вынуждены полагаться только на метод проб и ошибок, то есть идти по пути постепенного сужения круга конкурирующих друг с другом теоретических выражений.
Поскольку физика элементарных частиц принадлежит к числу наук о природе, естественно требовать, чтобы предсказания теории оправдывались на опыте, в этом смысле процедура проб и ошибок не вызывает нареканий» [5, с.149].
«Сейчас распространилась эпидемия попыток вывода сил трех видов – глюонных, электромагнитных и слабых – из одного многокомпенентного калибровочного поля. Эту деятельность называют теорией великого объединения. Расширение указанного поля, с тем чтобы включить в него силу тяжести, называют теорией сверхвеликого (супер) объединения. Возможности которого тоже энергично исследуются». [5, c.198 – 199].
В 1983 г. на ускорителе ЦЕРНа – Коллайдере были открыты переносчики электрослабого взаимодействия - W±-бозоны, предсказанные в 1967 году в рамках единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий Глешоу – Вайнберга – Салама.
Для того чтобы проверить предсказания единой теории было запланировано строительство нового ускорителя в Национальной лаборатории им. Э.Ферми и сооружение в ЦЕРНе большого электрон-позитронного накопительного кольца с энергией столкновения более 100 ГэВ.
Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) создал при участии физиков из 80-ти стран Большой адронный коллайдер – самый мощный в истории ускоритель элементарных частиц. Главная цель циклопической установки – понять, что такое масса? Откуда она берется? Для этого необходимо будет поймать бозон Хиггса среди миллионов осколков, которые образуются при столкновении двух пучков ускоренных протонов. Открытие этой частицы требуется также для подтверждения Стандартной модели.
Выявление фундаментальности теорий Стандартной модели
Сандартная модель физики элементарных частиц включает в себя теорию электрослабых взаимодействий и квантовую хромодинамику (КХД). Сопоставим эти две теории критериям фундаментальности
Теория электрослабого взаимодействия. В 1960-х гг. Вайнберг, Салам и Глешоу объединили электромагнитные и слабые силы в одно 16-компонентное калибровочное поле – совокупность четырех векторных полей, каждое из которых, подобно электромагнитному потенциалу, имеет четыре компоненты. Чтобы преодолеть затруднения, при объединении разного радиуса действия слабых и электрических сил, Вайнберг и другие воспользовались необычным полем Хиггса. Кванты скалярного поля Хиггса носят название хиггсовских бозонов. Они связали с хиггсовым полем не все 16, а только 12 компонент полного калибровочного поля (три векторных поля из четырех), при этом постулировали, что кванты трех полей, связанных с хиггсовым полем, становятся тяжелыми (приблизительно в 100 раз тяжелее протона). В результате радиус действия сил, передаваемых этими тремя векторными полями, становится очень коротким и уменьшается их величина по сравнению с электромагнитной величиной. А четвертое векторное калибровочное поле, не связанное с хиггсовым, рассматривается как электромагнитное поле.
За перенос слабых взаимодействий ответственны три частицы, которые называются промежуточными (калибровочными) векторными бозонами. Две из них,
заряжены, а третья частица – бозон 
электрически нейтральна. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц возникает за счет обмена фотонами – квантами электромагнитного поля.
Для экспериментального подтверждения теории электрослабого взаимодействия требуется обнаружить бозон
в опытах на Большом адронном коллайдере.Абстрактно-теоретическая фундаментальность теории электрослабого взаимодействия. Первое. Теория не выявила сущность, которая выражается в законах классической электродинамики Максвелла и квантовой электродинамики. Не раскрыта также закономерная связь между слабыми и электромагнитными силами. Следовательно, в теории нет объекта действительности. Второе. Теория утверждает, что за перенос слабых и электромагнитных взаимодействий ответственны разные частицы, т.е. в данной теории взаимодействия рассматриваются изолировано, а это означает, что: «Отдельная истина, взятая изолированно от других истин, самостоятельно, не обладает качеством научности». Третье. Постулированы кванты трех полей, связанных с хиггсовым полем, которое экспериментально не обнаружено, а это означает, что предметом познания является математическая модель хиггсового поля, не имеющая обоснованной ссылки на опытные данные. Таким образом, теория электрослабого взаимодействия характеризуется абстрактно-теоретической фундаментальностью.
Квантовая хромодинамика. Начиная с середины 1950-х годов круг явлений, определяемых сильным взаимодействием, расширяется. Он включает бесчисленные реакции рождения, уничтожения и взаимного превращения различных частиц, которые возникают при столкновении частиц высоких энергий с ядерными мишенями или одна с другой. Участвующие в сильном взаимодействии элементарные частицы назвали адронами (массивные частицы) и подразделили на три большие группы – барионы, антибарионы и мезоны. Самыми легчайшими из барионов являются протон и нейтрон.
Число адронов оказалось очень велико, в связи с этим началась интенсивно развиваться систематика элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии. Первую успешную классификацию элементарных частиц осуществили американские физики Гелл-Манн и Цвейг. Они ввели в физику новую частицу, названную Гелл-Манном кварк, и составили из трех кварков все известные к 1964 г. барионы и мезоны.
В связи с открытием новых барионов и мезонов требовалось расширить классификацию элементарных частиц, поэтому до трех первоначальных кварков были добавлены еще три, в результате общее число кварков возросло до шести. «Кроме того, принято, что каждый кварк существует в трех лицах; если каждое из этих лиц считать за особую частицу, то полное число кварков равно 18. Барионы образуются как соответствующим образом подобранные комбинации трех кварков; разным тройкам кварков отвечают разные барионы. Мезоны строятся из двоек (пар) кварков» [5, с.141].
Было предположено, что за связывание, или «склеивание» кварков в адроне отвественны особые объекты, названные глюонами.
В свободном виде кварки и глюоны не найдены, и это обусловило образованию одной из центральных проблем физики, а именно, фундаментальной проблемы сильного взаимодействия кварков.
Абстрактно-теоретическая фундаментальность квантовой хромодинамики. Эта теория не объяснила сущность сильного взаимодействия кварков, а описание теорией глюонных сил не имеет экспериментального подтверждения. Для обоснования данного утверждения приводим краткое содержание теории сильного взаимодействия кварков, взятое из книги Р.Утияма «К чему пришла физика».
«Силы, «склевающие» кварки в барионы и мезоны, так и называют: силы склеивания, глюонные силы. Подобно тому как электромагнитные силы переносятся электромагнитным полем, глюонные силы передаются глюонным полем, кванты которого – глюоны» [5, с.148].
Однако в свободном виде кварки и глюоны не найдены, а это означает, что нет эмпирических исходных посылок для создания теории.
Поскольку не существовало руководящего принципа для выбора математического описания сильного взаимодействия кварков, то с чисто теоретической точки зрения, в качестве принципа, было выбрано требование локальной калибровочной симметрии, которое лежит в основе построения так называемых калибровочных теорий. А чтобы примирить требование калибровочной инвариантности с наличием конечного радиуса действия сильных взаимодействий, принято предположение, что частицы, между которыми возможен обмен калибровочными бозонами, вообще не могут разлетаться на расстояние больше некоторого определенного. Вероятно, существует сложный динамический процесс многократного обмена, рождения пар частиц в промежуточных состояниях и т.д., который обуславливает как бы «пленения» или «невылетания» кварков из реальных адронов, в результате возникает радиус невылетания. Качественно описала невылетание кварков теория Янга-Милса. Она составляет основу интерпретации взаимодействия кварков, и получила название квантовой хромодинамики.
Таким образом, в основе квантовой хромодинамики находится непроверяемая гипотеза: «пленения» или «невылетания» кварков из адронов, которая не соответствует критерию общей фундаментальности: «Научное познание есть, прежде всего, отражение объективных законов». Следовательно, квантовая хромодинамика характеризуется абстрактно-теоретической фундаментальностью, поскольку ее основные положення выводятся из математики.
1.2.3. Математический подход к пространству
В 1927 г. Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, ограничивающий применение к микрообъектам классических понятий и предсталений. Принцип неопределенности утверждается как «фундаментальный, но специфический закон квантовой теории» [2, стр. 106], в результате исключительно главенствующая роль в изучении движения элементарных частиц принадлежит математике. Известный физик Резерфорд о математическом познании микромира: «… физики погрузились в туманную атмосферу матриц и волновой механики, в математические опперации; они обеспечивают правильность выводов, но вместе с тем не понимают стоящей за ними физической реальности» [6, с.105].
К 50 годам ХХ века был создан математический базис квантово-релятивистской картины мира. В ней, как и в любой картине мира, выделяются три составляющих элемента:
1) представление о материальной первооснове Вселенной – физический вакуум;
2) представление о механизме взаимодействия объектов – четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое;
3) представление о структуре, масштабах, способе существования – реальный мир в неклассической физике расчленен на: четырехмерный, вероятностный, релятивистский и мир элементарных частиц.
В основе описания каждого мира находятся различные разделы математики, поэтому существует фундаментальная проблема единого физического знания. Ее сформулировали как проблема объединения гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий.
На протяжении последних 40 лет проблему единого физического знания решают физики-теоретики, создавая физику в масштабах шкалы Планка в рамках квантово-релятивистской картины мира. Разрабатывается новая единая теория на основе принципа видоизменения материи:
«все наблюдаемые нами частицы – суть просто различные гармоники, различной моды колебаний одной и той же струны» [7].
В соответствии с принципом видоизменения материи реальное пространство наполняется абстрактно-теоретическими объектами физики – «протяженными одномерными струнами», которые могут быть свернуты в замкнутые окружности, а последние рассматриваются как элементарные частицы. Эти колечки постоянно вибрирут, но не в трех, а в десяти пространственных измерениях. Каждому типу их колебаний соответствует определенный набор свойств элементарной частицы – масса, заряд, спин и т.п. Из анализа возможных колебаний одинаковых элементарных струн чисто математически выводятся все параметры элементарных частиц:
«… мы получаем распределение квантово-механических амплитуд свободного распространения струны. Затем, как всегда в квантовой механике, мы рассчитываем вероятности, возводя эти амплитуды в квадрат. Так строится механика свободных струн» [7].
Результатом исследования понятийных средств математического аппарата является создание теории струн – сложнейшей математической конструкции, в рамках которой физики-теоретики пытаются объединить четыре вида взаимодействий элементарных частиц: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Однако эти попытки успеха не принесли, существует вера, что возможно «он придет в этом тысячелетии».
Абстрактно-теоретическая фундаментальность теории струн. Лауреат Нобелевской премии, физик-теоретик Девид Гросс:
«Мы исследуем и развиваем теорию струн уже многие годы, и она, совершенно определенно, выглядит полностью согласованной. Возможно, она не описывает реального физического мира; возможно, она неполна; но она определенно является согласованным логическим расширением физики» [7].
Математическая теория струн, которая «возможно не описывает реального физического мира», не соответствует критериям фундаментальности. А поскольку все основные положения теории струн выводятся из математики, то она характеризуется абстрактно-теоретической фундаментальностью.
Выводы. 1. Вековая историческая практика фундаментальной физики отражает факт, что сущность единого мира непознаваема в рамках неклассической физики, и нет предпосылок для решения данной фундаментальной проблемы. Это означает, что неклассическая физика находится в состоянии кризиса.
2. Причиной кризиса неклассической фундаментальной физики является то, что она проводит научные исследовния в рамках созданной ею квантово-релятивисткой картины мира, в которой отсутствует реальный мир в целом как объект познания. В данной картине мира нет эфира – материальной основы Вселенной, абсолютного пространства-времени – структуры физического вакуума, сил, формирующих единый мир в целом, и метода классической физики, который направляет научное исследование на познание истины.
3. Поскольку в рамках квантово-релятивистской картины мира отсутствуют объекты действительности, то результатом всех научных исследований являются теории неклассической физики, основные положения которых выведены из математики, и поэтому эти теории характеризуются абстрактно-теоретической фундаментальностью.
1.2.4. Субстанциональный подход к пространству
Открытие – научный факт, отражающий решение фундаментальных
проблем физики
Теория микрокосмоса объясняет сущность мира в целом. В истории науки это сделано впервые.
Теория микрокосмоса создавалась в рамках классической физики на основе концепции эфир гравитационный, и благодаря этому, удалось доказать, что мир в целом заключен в элементарной ячейке физического вакуума (эфира). Сначала сконструирована физичекая модель гравитационной элементарной ячейки, а на ее основе создана модель абсолютного пространства-времени и выведено уравнение фундаментального единого закона взаимодействия. Из данного уравнения выведены, в рамках абсолютного пространства-времени, уравнения эмпирических фундаментальных законов физики.
Теория микрокосмоса обобщена в описании открытия:
Калениченко А.Г. Свойство гравитонов образовывать явления и формировать физические системы материального мира в рамках фундаментального единого закона взаимодействия. — К.: «Техніка», 2008. — 40 с.
В названии открытия отображена его сущность. Первое выражение: «Свойство гравитонов образовывать явления и формировать физические системы материального мира» отражает научный факт открытия гравитона, – материальной частицы эфира, а также то, что описаны свойства этой частицы, проявляющиеся посредством эмпирических фундаментальных законов физики. Это означает, что открыт эфир. Следовательно, проблема эфира решена.
Второе выражение из названия: «в рамках фундаментального единого закона взаимодействия» означает открытие фундаментального единого закона взаимодействия, объединяющего эмпирические фундаментальные законы физики. Следовательно, решена фундаментальная проблема создания единой теории взаимодействия и объединения физики.
В основе теоретического и эмпирического доказательств открытия находится:
Модель элементарной ячейки – это упрощенная копия реального структурного элемента физического вакуума. Она а) имеет планковскую область применимости (таблица 1.1 описания), в которой свойства модели с заданной точностью совпадают со свойствами реальной системы; б) допускает достаточно простое математическое описание с помощью уравнения (1.1) и в) эмпирически согласована с реальными фактами природы, посредством уравнений фундаментальных констант.
Модель отображает и воспроизводит в более простом виде структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами исследуемой элементарной ячейки, непосредственное изучение которой просто недоступно. Это означает, что решена проблема структуры вакуума в масштабах планковской длины, которая рассматривалась как нерешаемая.
Итак, в описании открытия отражено решение трех крупных задач теорией микрокосмоса: 1) открыт эфир гравитационный – материальная основа Вселенной, 2) открыт фундаментальный единый закон взаимодействия, выражающий формирование единого мира в рамках элементарных ячеек физического вакуума, 3) сформировано единое физическое мировоззрение. Это означает, что теория микрокосмоса является физическим базисом гравитационной единой картины мира, и она отвечает критериям общей фундаментальности.
1.3. Практика – источник и критерий истинности теории, познания
Таблица 2
Сопоставление проблем современной физики с результатами
исследования микрокосмоса в рамках классической физики
Квантово-релятивистская картина мираЦели и проблемы неклассической | Гравитационная единая картина мира Научные результаты теории |
| «Одна из основных (а быть может, и главная) задача современной физики – построение объединенной теории взаимодействий. …Конечная цель заключается в том, чтобы написать единое уравнение, описывающее все четыре взаимодействия» [6, с. 60]. Проблемы современной физики, которые необходимо решить: «1. Создать последовательную квантовую теорию гравитации, что, вероятно, эквивалентно созданию единой теории поля. 2. Создать теорию физического вакуума. 3. Создать теорию фундаментальных постоянных… 4. Ясно понять природу физического пространства, и в первую очередь его размерности» [6, с.129]. | Создана единая теория, объединяющая гравитацию, электромагнетизм и другие фундаментальные взаимодействия. Выведено уравнение состояния гравитонов в элементарных ячейках – уравнение, описывающее все четыре взаимодействия. Проблемы, которые решены в процессе создания теории микрокосмоса: 1. Создана квантовая теория гравитации и единая квантовая теория электромагнетизма – решена проблема единой теории поля. 2. Создана теория физического вакуума. 3. Выведены уравнения фундаментальных постоянных и планкеонов. 4. Создана модель абсолютного пространства - времени. Описан процесс формирования относительного пространства-времени. |