Является создание единой и неизменной картины мира на основе немногочисленных фундаментальных идей
| Вид материала | Документы |
- А. Г. Формирование единой картины мира на основе фундаментального единого закона взаимодействия, 984.7kb.
- Целью предлагаемой программы является формирование единой картины мира на основе представлений, 515.54kb.
- В. А. Каверина «Картины мира» школьников. Итоги исследования. Исследование, 82.72kb.
- Программа дисциплины фтд. 01 Фразеология как отражение русской языковой картины мира, 176.79kb.
- Тема: Основные исторические этапы развития естествознания. Научные революции и картины, 99.52kb.
- Маркеры этноспецифической информации в составе фразеологизмов, 89.88kb.
- Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 36.26kb.
- 1. Физическое мироздание. Понятие научной картины мира, 86.6kb.
- Программа вступительных испытаний для абитуриентов, поступающих в колледж, 60.72kb.
- Концепция атомизма от Левкина и Демокрита до наших дней. Концепция эфира и ее трансформации, 22.99kb.
К ЕДИНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ МИРА
Виктор Пьянов
Автор выражает благодарность за спонсорскую помощь при издании работы
Арсеньеву Юрию Владимировичу
1. ВВЕДЕНИЕ
Целью, к которой с античных времён до настоящего времени стремится естествознание, является создание единой и неизменной картины мира на основе немногочисленных фундаментальных идей.
Около 2,5 тысяч лет назад древнегреческие философы Анаксимандр, Левкипп, Демокрит и др. создали философскую единую картину мира и сформулировали фундаментальные идеи о строении материи и природе взаимодействий.
Анаксимандр учил, что всё существуюшее в бесконечном прстранстве и бесконечном времени состоит из первовещества (апейрона), находящегося в вечном движении, в процессе которого из него беспрерывно выделяются противоположности, борющиеся друг с другом и в результате этой борьбы обратно возвращающиеся в первовещество, вновь выделяя противоположности и затем поглощая их.
Согласно учению Демокрита, материя состоит из бесконечного числа мельчайших неделимых частиц, благодаря соединению и разъединению которых образуется всё бесконечное разнообразие вещей и их свойств.
Излагая философские взгляды Анаксимандра и Демокрита Левкипп утверждал, что причиной возникновения бесчисленных миров являются вихревые движения составляющих их атомов.
Наряду с материей Демокрит признавал самостоятельное существование пустого пространства, как необходимого условия для возможности движения атомов и образования сложных тел. Он развил теорию истечений, которой объяснял явления магнетизма и другие случаи влияния одних тел на другие на расстоянии.
Даже с высоты достижений современной науки высказанные древними философами- атомистами основные идеи остаются непоколебимыми.
В результате развития естественных наук происходит смена картин мира, и система научных представлений о мире и происходящих в нём явлениях становится всё полнее с каждым естественнонаучным открытием.
В соответствии с философской концепцией преемственности знаний каждая новая картина мира (механическая, электромагнитная, полевая, вакуумная) сохраняет от своих предшественниц всё ценное, оправдавшее себя на опыте и в практике, отвечающее объективному устройству Вселенной.
Наиболее полный ответ на вопрос о любом физическом явлении становится возможным при включении этого явления в физическую картину мира, описывающую изучаемое явление вместе со множеством других, исходя из немногих фундаментальных принципов.
Совокупность физических знаний, накопленных человечеством к порогу XXI века, уже столь велика, что позволяет вплотную приблизиться к созданию единой физической теории, объясняющей и описывающей все явления и закономерности Природы на основе единых первых принципов. Физикам-теоретикам программа, пути и цели работ в этом направлении представляются следующим образом [1]: “Первый этап состоит в построении теории, которая была бы конечной. Другими словами, ценой фантастической логики необычных геометрических представлений нужно получить логически замкнутую теорию, не имеющую, по крайней мере, противоречий…
Следующая, вторая задача новой теории состоит в том, что она должна стать всеобъемлющей, притом не только на качественном, но и на количественном уровне. Это значит, что теория должна:
- получить из первых принципов весь набор частиц и полей. Фактически оказывается, что все варианты новой теории предсказывают большее число сортов частиц и полей, чем мы наблюдаем;
- получить – также из первых принципов – массы частиц или, точнее, безразмерные отношения масс частиц к планковской массе и безразмерные константы, характеризующие взаимодействия, такие как е2/ħс =1/137.”
Относительно надежд построения внутренне непротиворечивой теории на основе “фантастической логики необычных геометрических представлений” необходимо заметить, что пока физики будут руководствоваться призывами Эйнштейна и Бора к “безумным ” идеям и к отказу от здравого смысла решительного прогресса в физической науке не будет. Что касается ”второй задачи”, сформулированной академиком Зельдовичем, то на наш взгляд, совокупность не вызывающих сомнения теоретических знаний и имеющихся экспериментальных данных уже достаточна для её решения без выдвижения каких-либо новых “безумных” идей. Здравый смысл отражает вековой опыт человечества, поэтому на современном этапе развития науки для решения второй задачи необходимо лишь решительно отказаться от теорий, сводящихся к парадоксам, оскорбляющим здравый смысл, а из богатого наследия прошлого использовать только всё логически ясное и подтверждённое опытом. Нелишне помнить, что согласно одному из величайших мыслителей человечества – Декарту, ясность и отчётливость идеи – высший и решающий критерий истины.
Для того, чтобы объяснить любой физический процесс, любое явление необходимо знать: строение материи, уравнения движений и действующие силы, а высшей формой описания единства Природы будет являться объединение указанных трёх элементов в физической теории.
- 1.1 О СТРОЕНИИ МАТЕРИИ
В настоящее время можно считать установленным, что все наблюдаемые в природе процессы происходят в конечном итоге в результате взаимодействия элементарных частиц материи, под которой понимается совокупность вещества и поля, а взаимодействие между двумя элементарными частицами осуществляется за счёт обмена третьей частицей, которая является переносчиком взаимодействия – квантом обусловленного им поля сил.
Под элементарной частицей на каждом этапе было принято понимать наименьшую неделимую частицу, структура которой была неизвестна. С переходом на новый уровень познания менялось представление о таких “кирпичиках” мироздания.
Первой ступенью в изучении строения вещества была молекулярная теория и до начала XIX века элементарными частицами считались молекулы.
В 1816г., после открытия атомов, У. Проут выдвинул гипотезу о том, что все атомы сложены из атомов водорода, а в 1911г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома.
В течение XIX века в основном была завершена теория элементарных частиц на атомной ступени элементарности.
В конце XIX начале XX веков было установлено, что атомы имеют внутреннюю структуру и состоят из электронов, протонов и нейтронов. Эти три частицы занимают особое место среди элементарных частиц: поскольку все вещества состоят из атомов, то они являются как бы первичными элементами вещества, и вопрос о наличии у этих частиц внутренней структуры становится центральным вопросом строения вещества.
Эксперименты последних лет показали, что большинство известных сейчас “элементарных” частиц несомненно имеют какую-то внутреннюю структуру. В настоящее время большинство физиков считает установленным, что фундаментальными составляющими частиц вещества являются дробнозаряженные кварки, хотя все многочисленные попытки экспериментального подтверждения существования кварков оказываются безуспешными.
Параллельно с познанием строения вещества развивались гипотезы о материальной среде, заполняющей пустоту между неделимыми частицами вещества. Аристотель отрицал возможность существования абсолютной пустоты и считал, что пространство заполнено особой средой – эфиром; он видел в эфире основу для всех остальных элементов природы, праматерию, сущность всех вещей. Рене Декарт ввёл понятие о сплошной материальной среде, заполняющей всё мировое пространство. Исаак Ньютон высказывал мнение, что всё в мире – пустота между телами, как и сами тела, - пронизано мельчайшими частицами эфира. Д.И. Менделеев предполагал существование ”атома эфира”- ещё не открытой наименьшей частицы материи, химически инертной, вездесущей и всепроникающей. Он предпринимал попытки определения массы ”атома эфира”.
В XX веке стараниями А. Эйнштейна слово ”эфир” было дискредитировано, и в картине мира место эфира занял физический вакуум. В современной науке прослеживается тенденция рассмотрения вакуума как сплошной среды. Теории вакуума объясняют взаимодействия между элементарными частицами вещества обменом т.н. виртуальными частицами, рождающимися из вакуума и являющимися квантами- переносчиками взаимодействий. Во многих современных теориях сами частицы вещества рассматриваются как порождение электронно-позитронного вакуума, как его возбуждения, поэтому центральной проблемой строения материи стала теперь проблема строения вакуума. Некоторые авторы гипотез о строении вакуума считают, что фундаментальным ”кирпичиком мироздания” - ”атомом эфира”, возможно, является нейтрино – частица, ”изобретённая ” в 1930г. Паули для ”спасения” законов сохранения в процессах β- распада свободного нейтрона. Масса нейтрино до сих пор достоверно не определена, но считается, что она на несколько порядков меньше массы наименьшей из частиц вещества – электрона.
1.2 ОБ УРАВНЕНИЯХ ДВИЖЕНИЯ
Результатом взаимодействия материальных частиц является изменение формы их движения.
В изданном в 1687г. труде ”Математические начала натуральной философии” И.Ньютон сформулировал законы механики и закон всемирного тяготения, которые позволяют в принципе ответить на все вопросы о движении материальных частиц и тел, обладающих массой.
Уравнения движения являются дифференциальными уравнениями изменения физических величин во времени и пространстве. Для широкого класса сил удаётся произвести интегрирование уравнений движения в общем виде и представить результат как постоянство численного значения определённой комбинации физических величин. Сохраняющиеся в процессе движения величины являются фундаментальными, а их законы сохранения – фундаментальными законами механики и физики. Вопреки этому даже авторы курсов физики, ссылаясь на соотношения неопределённостей Гейзенберга, утверждают, что в процессах обмена виртуальными частицами законы сохранения могут нарушаться. История с нейтрино, в последствии экспериментально обнаруженного, указывает на то, что ревизии подлежат не фундаментальные законы сохранения, а идеология соотношений неопределённостей [2].
Законы сохранения позволяют рассматривать свойства движения без решения уравнений движения и детальной информации о развитии процессов во времени.
В своём труде И.Ньютон постулировал существование абсолютного времени и абсолютного пространства. Согласно Ньютону, абсолютное время существует само по себе, независимо от материи, протекает непрерывно и равномерно, а абсолютное пространство не связано ни со временем ни с материей и также существует независимо. Геометрические свойства абсолютного пространства рассматривались Ньютоном как абсолютные, подчиняющиеся установленным почти две тысячи лет тому назад законам геометрии Евклида и как независящие от присутствия или отсутствия материальных тел в данной области пространства, а время рассматривалось им как независимый параметр, определяющий скорость движения материи в пространстве. Ньютон связывает проблему пространства с вопросом о системах отсчёта. Согласно ньютоновой механике, существуют инерциальные системы отсчёта, связанные с телами, движущиеся инерциально в абсолютном пространстве и абсолютном времени, в которых только и справедливы ньютоновы законы механики. В системе отсчёта, движущейся ускоренно относительно абсолютного пространства, появляются силы инерции. Силы инерции, по утверждению Ньютона, физически доказывают существование абсолютного пространства.
Трудно представить более простой, наглядный и убедительный опыт по демонстрации действия центробежных сил инерции во вращающейся относительно абсолютного пространства системе отсчёта, чем предложенный Ньютоном – вращение подвешенного на верёвке ведра с водой.
В XVIII веке Л.Эйлер развил идею Декарта о пространстве сплошь заполненном материей и, основываясь на законах механики Ньютона, вывел дифференциальные уравнения равновесия и движения сплошной среды, безупречные с математической точки зрения. Он указал интегралы уравнений движения сплошной среды и сформулировал закон сохранения массы применительно к текучей сплошной среде.
Развивая идеи Эйлера, Ж.Лагранж подробно рассмотрел два разных аналитических метода исследования движения сплошных сред, из которых один получил в дальнейшем наименование метода Лагранжа, а другой – метода Эйлера.
При лагранжевом задании движения среды скорости и ускорения точек среды определяются обычными для кинематики дискретной системы равенствами. В соответствии с методом Лагранжа каждой механической системе, под которой понимается совокупность материальных точек, сопоставляется т.н. функция Лагранжа, определяемая как разность между кинетической и потенциальной энергиями системы. Метод Лагранжа и функция Лагранжа в настоящее время широко используются в квантовых теориях физических полей.
Метод Эйлера нашёл широчайшее применение в механике сплошных сред, в частности, в гидромеханике. Кинематика движения сплошной среды в методе Эйлера определяется заданием поля скоростей в фиксированных точках абсолютного ньютонова пространства, при зтом вводится важное понятие о линиях тока, как линиях, вдоль которых в данный момент времени векторы скорости направлены по касательным к ним в каждой точке. При стационарности поля скоростей линии тока совпадают с траекториями частиц.
В 60-е годы XIX века Д.Максвелл разработал теорию электромагнитного поля, представляющую собой теорию сплошной среды, обладающей электрическими и магнитными свойствами. Система дифференциальных уравнений электромагнитного поля Максвелла математически аналогична системе дифференциальных уравнений равновесия и движения сплошной среды Эйлера в форме, представленной Громекой и Лембом. Уравнения Эйлера выражают взаимосвязь кинематических и динамических характеристик поля единичных масс, уравнения Максвелла – взаимосвязь характеристик поля единичных электрических зарядов. Отмеченная аналогия указывает на независящее от пространственных и временных масштабов математическое единство закономерностей движения сплошных сред, обладающих различными свойствами.
В начале XX века А.Эйнштейном была разработана теория относительности. Теория Эйнштейна отрицает существование абсолютного пространства, абсолютного времени и абсолютного движения. Согласно теории, при переходе в движущуюся систему координат меняются длины и массы движущихся тел, меняется течение времени, исчезает понятие одновременности, а геометрия пространства зависит от распределения в нём материи.
В ряду физических теорий теория относительности стоит особняком. Для любой теории возникновение даже единственного парадокса рассматривается как наличие внутреннего противоречия, ставящего под сомнение справедливость теории. Теория относительности, в которой смешаны в единое пространство и время, гравитация и инерция, энергия и масса, масса и ускорение (в этой теории массу делят на Лоренц-фактор ускорения, а полученное нечто, неподдающееся определению, называют массой движения), неисчерпаема на парадоксы [3], [4]. Многочисленные парадоксы теории относительности её апологетами кокетливо трактуются как доказательство уникальности и особого совершенства теории.
1.3 О СИЛАХ
В физике элементарных частиц рассматриваются 4 вида фундаментальных сил или, точнее, взаимодействий: сильное, электромагнитное, гравитационное и слабое.
Для гравитационного и электромагнитного взаимодействий известны законы, по которым вычисляются действующие силы. Это упомянутый в 1.2 закон всемирного тяготения для силы взаимодействия двух гравитационных масс и аналогичный по форме закон Кулона для силы взаимодействия двух электрических зарядов. Для слабого и сильного взаимодействий законы действующих сил не определены.
Благодаря сильному взаимодействию возникают силы притяжения, удерживающие заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны в ядрах атомов вещества.
Электрические силы взаимодействия между электронами и протонами также являются силами притяжения и обеспечивают образование атомов вещества.
Гравитационному взаимодействию подвластны все без исключения объекты Вселенной. Гравитационные силы – это дальнодействующие силы притяжения, обусловливающие процессы концентрации материальных объектов, в том числе, образование звёзд и звёздных систем из атомов и молекул вещества.
В отличие от трёх вышеперечисленных, слабое взаимодействие ”несёт ответственность” за прямо противоположный процесс – процесс распада атомных ядер и адронов, по существу, за процесс распада вещества. Первым из открытых процессов, идущих за счёт слабого взаимодействия, явился процесс β- распада нейтрона с образованием нейтрино. Образование нейтрино – отличительная черта слабых взаимодействий. Слабые взаимодействия определяют протекание процессов излучения энергии звёзд и конечную судьбу звёзд.
Считается, что совместно 4 вида фундаментальных взаимодействий обеспечивают круговорот материи во Вселенной. С таким мнением трудно согласиться. Для обеспечения круговорота материи в космических масштабах должна существовать ещё одна фундаментальная сила, противодействующая гравитационной силе притяжения. Заметим, что в макромире распад сложных тел и веществ на более простые составляющие из-за разрушения межмолекулярных связей (например, разрушение маховиков, роторов машин, центрифугирование и т.п.) может быть следствием вращения и действия центробежных сил инерции.
Относительная интенсивность видов взаимодействия существенно различна и характеризуется безразмерными константами взаимодействий.
Усилия многих физиков в последние десятилетия были направлены на создание теорий, объединяющих различные взаимодействия и теории т.н. Великого объединения всех 4-х видов взаимодействий. Основные идеи, на которых строятся попытки Великого объединения, состоят в том, что 4 известных вида взаимодействий рассматриваются как различные проявления одного фундаментального взаимодействия, характеризующегося одной безразмерной константой, а переносчиками всех видов взаимодействий считаются кванты т.н. калибровочных суперполей. В разрабатываемых теориях предполагается, что объединение гравитации с остальными взаимодействиями должно произойти в области сверхвысоких энергий и сверхмалых расстояний, где константы всех видов взаимодействий предположительно должны стать одинаковыми.
Уместно заметить, что интенсивность гравитационных взаимодействий в мире элементарных частиц по существующим оценкам меньше интенсивности электромагнитных взаимодействий приблизительно в 1040 раз, а, кроме того, константы потому и называются таковыми, что по определению являются неизменными и устойчивыми величинами. На наш взгляд, попытки объединения взаимодействий на основе идеи изменения отдельно взятых мировых констант обречены на неудачу. Последнее касается всех теорий, строящихся на гипотезах Пуанкаре и Дирака об изменении некоторых мировых констант во времени и пространстве при постоянстве значений других. Мир един, и все константы связаны одна с другой и каждая со всеми.
Рассматривая Великое объединение как самоцель, которой нужно достичь любыми средствами, можно впасть в “ересь” и “доказать” несуществующую эквивалентность явлений принципиально различной природы. Реальность такого заблуждения, крайне опасного для прогресса физической науки, демонстрирует общая теория относительности Эйнштейна, объединяющая на основе ложных посылок гравитацию и инерцию.
Все материальные объекты во Вселенной движутся ускоренно относительно абсолютного пространства. Ускоренными являются движение электронов вокруг ядер атомов, вращение Земли и других планет вокруг Солнца, движение галактик к границам Вселенной. Ускоренные движения относительно абсолютного пространства, согласно механике Ньютона, вызывают возникновение сил инерции. В реальности сил инерции в макромире каждый неоднократно убеждался на личном опыте, иногда печальном. Поэтому вызывает удивление, что физики-теоретики до сих пор не включили в число фундаментальных сил силы инерции. Считая эти силы фиктивными, они в результате вынуждены жить в искривлённом пространстве, периодически схлапывать Вселенную в сингулярную точку, а затем взрывать её. Абсурдные теории, оскорбляющие здравый смысл, вроде теории относительности и т.н. теории Большого взрыва, могут возникать только в искривлённом сознании. Спрашивается, зачем взрывать Вселенную и мучаться над разгадкой природы слабых и сильных взаимодействий, если для объяснения наблюдаемого факта разбегания галактик достаточно предположить, что не только все объекты Вселенной, но и она сама вращаются, а в возникновении полей сил инерции вращательных движений объектов микромира найти искомую загадку природы слабых и сильных взаимодействий. Во вращающейся Вселенной увлекаемые во вращение галактики должны перемещаться к её границам по спиралям. Логично предположить, что имеющая размерность угловой скорости космологическая мировая константа – постоянная Хаббла, определяющая скорость разбегания галактик и является ничем иным как значением угловой скорости вращения Вселенной, а центробежная сила инерции является пятой фундаментальной силой, обеспечивающей противодействие гравитационным и электрическим силам притяжения.
Более трёхсот лет не прекращается полемика о силах инерции, так как до настоящего времени не существует единой концепции приемлемой для сторонников полярных мнений об этих силах. Специальная теория относительности (СТО), утверждающая зависимость инертных свойств от скорости движения и общая теория относительности (ОТО) с лежащим в её основе принципом эквивалентности гравитации и инерции не только не внесли ясность в вопрос спора, но и ещё больше запутали его. Без ясного понимания природы сил инерции полемика о них, а также и о СТО и ОТО могут продолжаться бесконечно долго. Подробнее этот вопрос проанализирован в работе [4].