Задачи для физиков
Задачи для физиков
вторая редакция
Создать ТЕОРИЮ МИРОЗДАНИЯ
Сначала было слово
И слово это было столь прекрасно, что ни миллиарды живущих после людей, ни мыслители и философы, ни университеты и академии не смогли создать ничего более совершенного. И звучит это слово яко волшебная райская музыка в ушах людей ищущих, устремлённых к истине. И звучит оно яко железо по стеклу в ушах попутчиков их, устремлённых к степеням и регалиям. И изрёк это слово Уильям Оккам. И слово это, – Не следует привлекать новые сущности без крайней на то необходимости. И наречено это слово Бритвой Оккама.
Описать все разнообразные явления окружающего нас мира единой системой законов, свести объяснение мироздания к единой формуле – это давнишняя мечта физиков. Мир един, а описаний явлений и физических формул много. Ситуация как в известной притче о трёх слепых мудрецах, ощупавших слона. У каждого получилось верное, но не полное представление об изучаемом объекте. Слон, конечно же, похож и на столб, и на змею, и на верёвку. Эти модели неплохо описывают ногу, хобот и хвост зверя, доставшиеся на ощупывание разным исследователям. Но мы-то с вами имеем зрение и видим, что все эти три модели слона объединяются в одну общую модель животного. У физиков похожая проблема. Они ощупали мироздание с разных сторон – и микромир, и вселенную. Продолжают щупать постоянно. Количество описываемых сущностей и явлений всё возрастает. Количество и длина формул растёт. Умножается и количество Нобелевских премий, коими они чествуют свои достижения, а искомый результат, вдруг поманив надеждой, вновь только отдаляется.
Грандиозных успехов в продвижении к цели добился Исаак Ньютон. Несколькими простыми формулами он описал движение всех тел вселенной от окружающих нас предметов до планет, звёзд и далёких галактик. Мир стал абсолютно понятным, физику можно закрывать и ставить на полку. Но тут как-то разом с разных сторон посыпались новые открытия. Были открыты и описаны электромагнитные волны. Но Максвелл своими уравнениями не только решил вопрос с описанием их поведения, но и породил замешательство и недоумение в головах учёных мужей. Слишком уж возмутительно, без всякого почтения к классической физике Ньютона вели себя эти самые электромагнитные волны. Достаточно сказать, что скорость их распространения никак не зависела от скорости перемещения источника и приёмника. Как будто они жили в своём отдельном аристократическом обществе и не хотели даже замечать нашу земную суету.
Оказалось, что и атом не так прост, как представлялось прежде. Он предстал сложной системой, состоящей из элементарных частиц. Дабы описать эту систему не хватило ранее известных физикам сил. Пришлось вводить поле сильного взаимодействия, поле слабого взаимодействия. Процесс так увлёк публику, доселе далёкую от большой науки, что даже вождь пролетариата и дедушка всех октябрят, на секунду отвлекшись от разрушения всего мира до основания, изрёк, как всегда, историческую фразу о неисчерпаемости электрона. Энтузиазм в направлении обозначенного исчерпывания со временем только нарастал. Однако сей процесс лишь отдалял перспективу единого описания физических явлений.
Второй мощный вклад после Исаака Ньютона в объединение физических теорий внёс Альберт Эйнштейн. Он остроумными формулами сумел объединить классическую физику Ньютона с физикой Максвелла. Его Теория относительности описала и ту и другую физику, как частные случаи одной, более общей физики. На этом Эйнштейн не остановился. Он поставил задачу создать общую теорию поля, которая единообразно описала бы все известные в физике поля. Из этой затеи у него вышла Общая теория относительности, которая стала на самом деле теорией гравитации. Но единого описания всех полей ему получить так и не удалось.
После Эйнштейна физики пошли на эту проблему уже эшелонами. Но количество описываемых сущностей только множилось. Идея ограниченного количества кварков привела к неконтролируемому их размножению. Для постоянного надстраивания теорий нужны всё новые частицы – не то частицы бога, не то дьявола. Чтобы объяснить красное смещение понадобились сначала тёмная материя, затем тёмная энергия. Так скоро всё закончится тёмными и светлыми силами. Все эти объяснения скатываются на первобытный уровень мышления. Объяснения ad hoc. На каждое вновь обнаруженное явление придумывается новая физическая сущность со своими новыми законами.
Все новые физические модели после Эйнштейна уводят от единой теории всё дальше и дальше. Но что самое интересное, Эйнштейну для своих гениальных теорий потребовалась только ручка и бумажка. А его последователям на получение весьма сомнительных результатов нужно всё больше миллиардов на различные коллайдеры. Видимо в физике последние десятилетия что-то пошло не так. И прежде, чем объединять всё в единую теорию, нужно избавиться от наносного. От того, что ни в какую теорию не влезет.
Ревизия современной физики
Для начала позвольте процитировать себя из главы «Этажи сильного мышления». Не от жажды славы обильно цитируемого автора, а исключительно из лени писать заново об одном и том же разными словами.
Полвека назад Гелл-Манн и Цвейг вознамерились проникнуть мыслью вглубь строения материи. Для описания субэлементарного уровня они придумали частицу, названную кварком.
Дабы наделить новую частицу свойствами, физики, оцененные, кстати, своими коллегами Нобелевской премией, ломать голову не стали. Они стали ломать свойства частиц элементарных. Спин у них раскололся пополам, заряд электрона – на три части. Комбинируя эти осколочные частицы, авторы составили описание всех известных адронов (тяжелых элементарных частиц).
Шли годы. Физики открывали все новые элементарные частицы. Кварков для их описания стало не хватать. Пришлось вводить в модель новые классы кварков, придумывать им новые свойства – "цвет", "запах"… и понеслась. Элементарных частиц становилось все больше, и кварков тоже. Но совсем неприлично размножалось количество свойств этих якобы субэлементарных частиц. При этом ни одно свойство элементарного уровня на субэлементарном не исчезло, а было количественно разделено на части.
А ведь понимание независимости системных свойств разных системных уровней доступно не только современным физикам. В 1964 году, когда придумывали свою кварковую теорию Гелл-Манн и Цвейг, об этом было уже полвека как известно. В работе Фридриха Энгельса «Диалектика природы» именно эта тема была описана в терминах – "формы движения материи". Под этими формами движения классик понимал – физическое, биологическое, социальное. И писал о несводимости друг к другу законов, описывающих разные формы движения.
Энгельс не мог себе представить, чтобы клетка или атом, из которых состоит человек, могли бы быть наполовину с высшим образованием или на треть женаты. А вот воображению современных физиков это, видимо, под силу. Именно такую экзекуцию они упорно пытаются учинить над элементарными частицами. Тратят десятки миллиардов разнообразных денежных единиц на постройку очередного коллайдера, дабы, наконец, состоялся долгожданный прорыв мысли.
Но миллиарды им не помогут. Прорыва не выйдет. И если они догадаются расколоть заряд электрона хоть на четыре, хоть даже на пять частей, все равно ничего у них не получится. Никакого отношения к другому, более низкому, уровню строения материи их модели не имеют.
Чтобы построить модель субэлементарного уровня, надо не количественно делить свойства уровня элементарного, а описать их через качественно иные свойства. Нужно описать – как и какие флуктуации, организуясь в надсистему, становятся различимыми в виде заряда, спина… Какие-то из набора этих свойств (или все) должны исчезнуть, а появиться должны совсем другие свойства. Причем набор этих свойств должен быть проще и меньше количественно.
Вывод. Кварковую теорию отправляем в утиль. Как же так? Она ведь описывает кучу частиц и явлений, как же без неё?
Всё будет без неё прекрасно. Это не первый случай отказа от хорошо зарекомендовавшей себя теории. Вспомните теорию Птолемея. Она тоже описывала движение планет, и значительно точнее, чем теория Коперника с её круговыми орбитами. Точность достигалась большим количеством эпициклов орбит. Эти эпициклы являлись ничем иным, как разложением в ряд. Таким разложением можно подогнать описание любой функции. И это не физическая теория, а подгонка, использующая чрезмерное количество сущностей и нарушающая тем самым принцип "бритвы Оккама". С кварковой теорией та же самая ерунда. Бесконечное умножение их количества и классов – не что иное, как такая же подгонка, нарушающая те же принципы. И, значит, она не может адекватно отражать действительность.
Только представьте себе – каково Эйнштейну пришлось бы создавать Общую теорию относительности при необходимости включить в неё теорию Птолемея? Бедняга до сих пор бы мучился. Так что выбрасываем кварки вместе с Птолемеем, и не жалеем. Эта теория с бесчисленными нагромождениями ненужных сущностей будет только кандалами на наших ногах.
Второй класс сущностей, который нам следует выкинуть – это теория теплорода и порождённые "теплородным мышлением" различные частицы. Идея частицы как переносчика взаимодействия вообще мне не понятна. Звуковая волна распространяется безо всякой звуковой частицы. Термодинамика тоже, в конечном счете, обошлась без теплорода. И для описания гравитационного поля Эйнштейну не понадобилось специальных частиц. Однако идея гравитона, как частицы, не покидает физиков. И для описания переноса других взаимодействий физики норовят ввести свой теплород. Если понятие поля общее для всех взаимодействий, то все взаимодействия следует описывать, как передачу энергии возмущения среды. Никаких частиц с энергией, пойманной в массу покоя, для описания взаимодействия вводить не надо. Волна любого поля – это возмущение среды. А само поле – это распределение энергии соответствующего взаимодействия. Все частицы – переносчики полей (теплород, гравитоны, глюоны) отправляем вслед за кварками.
В космологии тоже дела не лучше. Не сумев объяснить один эффект, физики ввели в описание тёмную материю. Обнаружив производную от этого эффекта, они ввели ещё одну сущность – тёмную энергию. Ну, люди! Братья по разуму! Вы чё!? Высуньтесь в форточку. Там за окном двадцать первый век. А вы мыслите на уровне пещерного предка. Тот каждое явление наделял своим отдельным объяснением. Ручей по его представлениям тёк, потому что в нём жил дух ручья. Гром и молнию посылал Зевс или Перун. Чтобы полностью достичь уровня мышления дикаря, вам нужно было обозвать вашу новую сущность не тёмной энергией, а нечистой силой. Хотя, какая разница…
Все вновь введённые чистые и нечистые силы отправляем в ту же корзину. А вместе с ними все объяснения ad hoc. Если для объяснения одного явления необходимо ввести одну новую сущность, то это не объяснение, а подмена одной непонятности на другую, нисколько не лучшую.
Мы выкинули кучу "достижений" физиков. Все выводы пока только отрицательные. А есть что-нибудь положительное, вывод, который мы сможем использовать для построения Единой теории? Да, есть! Мы спасли принцип "бритвы Оккама". Он стоит всех этих жертв. У нас уже есть одно требование к нашей общей теории. Количество сущностей (принципов, постулатов, независимых констант) в единой теории должно быть существенно меньше, чем во всех объединяемых теориях.
Теперь порассуждаем о том, из чего же должны состоять элементарные частицы. Для начала заметим, что их много с разными свойствами и с разными уровнями энергии. Видимо, стоит начать с самых простых и переходить в описании от простого к сложному. Поиски самой простой частицы приводят нас куда-то к фотону, который – то ли частица, то ли волна.
Заметим, что принцип корпускулярно-волнового дуализма не является объяснением фотона. Это не что иное, как ощупывание слона с двух сторон. Описаны только хвост и хобот. А что же такое слон – осталось неосмысленным. При этом частицей фотон являться не может. Факт поглощения фотона частицей, размер которой много меньше длины приписываемой ему волны, может доказывать только то, что фотон не волна, но никак не доказывает, что он частица. А отсутствие массы говорит о том, что фотон не частица, и опять же никак не доказывает, что он волна. А эффект Комптона – рассеивание энергии фотона на свободном электроне говорит одновременно, что он и не частица и не волна. Как же он может быть частицей, если он отдаёт электрону часть себя, и остаётся при этом фотоном? И как волна может отдать часть своей частоты? Так что фотон скорее не частица и не волна, чем частица и волна.
Как же так? Ведь считается, что экспериментально доказаны и волновые и корпускулярные свойства фотона? Ну, так и слон проявляет свойства и змеи, и верёвки, но ни тем, ни другим не является.
Давайте вернёмся ещё раз к волне. Звуковая волна бежит следующим образом. Одна молекула воздуха ударяет другую, та следующую и так далее. В результате сами молекулы остались на месте, а энергия возмущения среды побежала со скоростью звука. Так же, как нас учат физики, передаётся волна электрического поля по проводу. Один электрон сдвинулся чуть-чуть. Но он своим полем толкает электрон на орбите следующего атома и т.д. Сами электроны текут медленно, а волна побежала передавать энергию со скоростью света. Во всех описаниях волны присутствует возмущение среды. Возникает вопрос – а как же перемещается электромагнитная волна в вакууме? Что в нём возмущается, если он – пустота? Что в пустоте колеблется с частотой ню?
Может существовать только два ответа на этот вопрос. Первый – вакуум имеет электромагнитные свойства. То есть, вакуум не пустота, а нечто другое. Если и пустота, то способная расслаиваться на две части, дающие в сумме ноль. Второй – фотон не является частотой колебания. Чем же он может являться?
Очевидно, что фотон является какой-то порцией энергии. Именно порцией, а не квантом. Ведь согласно теории уже упомянутого эффекта Комптона фотон может разделиться на части в любой пропорции. Какой же он квант после такого конфуза? Фотон – порция энергии, объединённой единым вектором импульса и проквантованной только по спину. Эта порция может распространяться в пространстве только со скоростью света, которая, видимо, связана с какими-то резонансными свойствами пространства (вакуума? вселенной?). Эта порция может попасть в ловушку, какую-то неоднородность этого вакуума, и затормозиться, стать массой покоя. А может рассеяться на этой неоднородности вакуума (веществе) в виде электромагнитной волны с частотой, определяемой энергией этой порции. Не столкнувшись с веществом, эта порция энергии может сколь угодно сохранять свою структуру. Лучше всего для описания этой порции энергии подходит понятие солитон.
Но если фотон – это солитон в вакууме, то вакуум всё равно должен обладать свойствами, причём нелинейными. Куда ни кинь – опять упираемся в свойства вакуума. Уже и теория элементарных частиц почти начала наклёвываться, и опять всё упёрлось в вакуум. Видимо следует сделать вывод – и теория частиц и объединительная теория должны начинаться с построения модели вакуума. Вот мы и получили уже второе требование к нашей объединительной теории.
Мы уже поняли, что ни с частицами, ни с волнами в современной физике нет ясности. А если быть менее политкорректными, то следует сказать, что современная физика пользуется ошибочными представлениями о них. Теперь давайте подвергнем ревизии некоторые принципы, сформулированные в физике. Физики очень любят формулировать различные принципы симметрии. Это их стремление можно понять с эстетической точки зрения. Но трудно понять стремление во что бы то ни стало держаться этих принципов, старательно не замечая их расхождения с наблюдаемой действительностью.
Начнём с так называемой С-симметрии. Этот принцип сообщает нам об абсолютной симметричности положительного и отрицательного зарядов. Физиков даже не насторожил факт отсутствия во вселенной наблюдаемого антивещества, равновероятность появления которого с веществом прямо следует из этого принципа. Действительно, зачем подвергать сомнению такой красивый принцип? Лучше придумать очередное объяснение ad hoc.
Давайте присмотримся попристальней – есть ли ещё факты, не вписывающиеся в этот красивый принцип. Действия зарядов, согласно сегодняшнему представлению, проявляются только относительно друг друга. Одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Ядерному синтезу сильно мешает это неприятное свойство. При сближении положительно заряженных протонов сила их отталкивания, обратно пропорциональная квадрату расстояния, увеличивается. Нужно приложить большую энергию, компенсирующую эту силу отталкивания, чтобы сблизить эти протоны на сверхмалые расстояния. Тогда начинает действовать какая-то новая, более значительная сила, притягивающая эти частицы. Эту силу назвали сильным взаимодействием.
Само это взаимодействие выглядит как-то странно. Оно появляется как бы скачком ниоткуда. Но в природе ничего не может происходить скачком (хотя квантовая физика так не считает), поэтому для описания этой силы пытаются применить самую быстроменяющуюся функцию, которую только знают математики – экспоненту. Но экспонента какая-то очень "нефизичная" функция. Ни одно физическое взаимодействие не менялось до сих пор по экспоненте. Легко представить физическую картинку, как интенсивность поля уменьшается пропорционально квадрату расстояния, распределяясь по поверхности сферы. Можно представить и уменьшение пропорционально кубу расстояния в результате рассеивания в объёме. Но как перевести экспоненту с математического языка в физическую картинку – непонятно. Да и откуда взялось эта идея описания в виде экспоненты? На таких сверхмалых расстояниях точных измерений, подтверждающих эту модель, нет. Не оставляет ощущение, что экспоненту придумали только затем, чтобы уйти от описания сильного взаимодействия с помощью дискретной функции…
Ну, оставим на время в стороне странности с сильным взаимодействием. Предположим, что описанные выше представления верны. Из них следует, что чем меньше в ядре будет положительно заряженных протонов и больше нейтронов, тем больше будет энергия связи и устойчивей ядро. А что мы наблюдаем в действительности? Углерода, состоящего из шести протонов и шести нейтронов сколько угодно. А где вы видели изотоп водорода, состоящий из одного протона и одиннадцати нейтронов? Ведь он должен содержать столько же тяжёлых частиц, и ему, согласно нашим представлениям, образоваться значительно легче – никакие силы отталкивания одинаково заряженных протонов не мешают.
Но не тут-то было. Не держатся нейтроны без протонов в одном ядре, разлетаются от радиоактивности. Видимо положительный заряд протона обладает каким-то ещё неописанным стягивающим свойством. И это неописанное свойство проявляется по отношению не к заряду, а к нейтральному веществу (пространству? вакууму?).
А как же с отрицательным зарядом? Согласно рассматриваемому принципу С-симметрии он должен обладать таким же действием. Давайте это проверим на уже известных фактах. Мы знаем массу протона и массу нейтрона. При объединении их в один атом получается дейтерий. Масса ядра дейтерия становится меньше суммарной массы двух исходных частиц на энергию, которая называется энергией связи. Частицы как бы проваливаются в потенциальную яму, равную этой энергии связи.
А что же произойдёт в случае объединения с отрицательным зарядом? Нейтрон, по нашим представлениям, состоит из протона и электрона. Но если мы сложим массу протона и массу электрона, нам их не хватит для образования массы нейтрона. Нужно добавить энергию извне. Энергия связи в нейтроне отрицательная. Но отрицательно заряженный электрон за счёт сил притяжения с положительным зарядом протона должен только добавить энергию связи. Видимо существует какое-то другое отрицательное воздействие заряда электрона на вакуум (пространство? вещество?), которое с лихвой перекрывает дополнительную энергию связи зарядов.
Ели это так, то нам никогда не суждено встретиться с анти гомо сапиенсом, состоящим из антиуглерода и антикислорода. Эти элементы будут настолько суперрадиоактивны, что время их жизни будет ничтожно. И для придумывания причин отсутствия во вселенной антиматерии не надо вводить никаких новых сущностей. А с Нобелевской премией за единую электрослабую теорию явно поторопились. Как же можно объединять то, что не понимаешь? Ведь у нас нет адекватного описания даже электрического заряда. А со слабым взаимодействием, как и с сильным, вообще следует разобраться отдельно. Ясно одно – эти два относительно новых взаимодействия нужно брать в Единую теорию без их сегодняшнего описания. И главный вывод – от принципа С-симметрии придётся отказаться. Единая теория должна содержать принцип С-антисимметрии относительно нейтрального пространства (вакуума, вещества).
Ну и наконец, на сладкое добрались до главной засады в современной физике – Т-симметрии. Физика Ньютона и вслед за ней физика Эйнштейна описывают время, как координату, ничем не отличающуюся от координат пространственных. Прошлое абсолютно симметрично будущему, достаточно лишь поменять в формулах знаки перед физическими величинами. И Ньютон и Эйнштейн именно так и воспринимали время. Не как математически обратимое в их формулах, а как реальное отсутствие запрета на его реверс. Но мы-то с вами знаем, что ёрзать по времени, как по стулу задницей туда-сюда мы не можем.
Это что за обывательское понимание, когда речь идёт о высоких научных материях? – возмутится какой-нибудь остепенённый учёный. Ну хорошо, не хотите вы меня слушать, дуру деревенскую, так загляните в собственные учебники. Второе начало термодинамики – это ведь закон физики, а не какие-то гуманитарские рассуждения. Сколько импульсы и направление действия сил не меняй на противоположные, паста обратно в тюбик не поползёт. Изменение импульса каждой отдельной частицы пасты на противоположный по направлению не приведёт к сколь-нибудь заметному изменению результата на уровне надсистемы (расползающегося пятна). Та часть пасты, что осталась в тюбике тоже при его разбухании станет расползаться внутри него, так же увеличивая свою энтропию.
Главный смысл второго начала термодинамики – это необратимость времени. Время никак не может быть координатой, равноценной координате пространственной. Мы живём только в одном срезе времени, называемом настоящим. А прошлое и будущее могут существовать только в нашей памяти и в нашем воображении. Это противоречие между двумя физиками – динамической и термодинамической – не я выдумал. На нём заострил внимание ещё Илья Пригожин. А мне представляется, что именно нежелание отказаться от своего понимания времени и помешало Эйнштейну создать Единую теорию.
Так как же поступить с теориями Эйнштейна? Обойтись с ними так же, как с предыдущим хламом, мы не можем. Теории Эйнштейна действительно гениальны. Это и есть настоящая наука. Они с помощью минимального количества сущностей описывают огромное количество непонятностей. А те теории, что мы выкинули, являются не наукой, а подгонкой результата под ответ. Как у плохого школяра на контрольной.
Значит, нам придётся инкорпорировать его теории в Единую теорию. В этой Единой теории надо объединять не мифические кварки с мистической тёмной энергией. Единая теория должна объединить динамическую физику Эйнштейна с термодинамической физикой Пригожина.
И ещё один момент следует подчеркнуть. Все настоящие прорывы в понимании строения вселенной каждый раз рушили устоявшееся мировоззрение. Совершенно очевидные, само собой разумеющиеся представления вдруг превращались в иллюзию, которая, оказывается, застилала нам реальность. Человечество веками жило в мире, где вверху находится верх, а внизу низ. И вдруг, на тебе, Земля круглая. Верх теперь во всех направлениях, а низ где-то там, в центре Земли. Трудно сегодня представить – как эта информация разрывала мозг современников. Но в награду за такое усилие над своим разумом человек получил логичную картину мироздания, в которой Солнце, звёзды и планеты вращаются вокруг Земли по легко описываемым траекториям.
Но Копернику и этого показалось мало. Он Землю из центра вселенной переместил куда-то на периферию, на солнечную орбиту. Такое надругательство над очевидностью настолько возмутило учёных мужей, что они всю жизнь гнобили Коперника, а его последователя Джордано Бруно изжарили на костре. Но именно коперневское отрицание очевидности позволило Ньютону описать вселенную физическими формулами и вывести формулу закона всемирного тяготения.
Эйнштейн создал Теорию относительности, тоже надругавшись над здравым смыслом. У него исчезла одновременность в разных точках пространства, а само пространство и вместе с ним время стали растягиваться и сжиматься, а в Общей теории относительности даже искривляться. Но каждое из этих надругательств над "здравым смыслом" добавляло понимания строения вселенной, лёгкости его описания и избавляло от ложных сущностей, навязываемых "очевидностью".
В противовес этим прорывам мысли ни кварковая теория, нагружающая нас лишними сущностями, ни тёмная энергия, ни теплород, ни частица бога никогда никого не возмущали. Но и не приводили к прорывам в науке, а лишь загоняли её в тупик. Боязнь отказа от очевидности, навязываемой нам "здравым смыслом", а на самом деле, являющейся иллюзией, приводит к необходимости введения излишних сущностей. Чтобы получить единое описание мироздания без излишних сущностей, нам надо заплатить отказом ещё от одной очевидности. Если за вашу Единую теорию вас захотят сжечь на костре, значит вы на верном пути. Если же такого желания не возникнет, то вам не стоит претендовать ни на что большее, нежели очередная Нобелевская премия.
Итак, у нас уже вырисовывается техническое задание к построению Единой теории мироздания. Нам надо так вывихнуть мировоззрение, чтобы результирующая модель удовлетворяла следующим требованиям.
1) Количество сущностей в Единой теории должно быть существенно меньше, чем во всех объединяемых теориях.
2) Единая теория должна начинаться с построения модели вакуума.
3) Единая теория должна содержать принцип С-антисимметрии относительно нейтрального пространства
4) Единая теория должна объединить динамическую физику Эйнштейна с термодинамической физикой Пригожина.
И от себя хотелось бы добавить пятый пункт. Меня как-то напрягает большое количество независимых констант. Хорошо бы их из чего-нибудь вывести. Или хотя бы свести к одной. Это моё пожелание перекликается с первым требованием. Но первое требование не определяет каких-то конкретных количеств. А хочется внести некую красоту после того, как погубил такие красивые принципы симметрии. К тому же я сделал уже столько подсказок, что должен иметь право на одно иррациональное пожелание к этому мирозданию…
Строим Теорию мироздания
Для построения нашей модели за основу возьмём концепцию Общей теории относительности Эйнштейна. Это самое разумное и совершенное из созданного до сих пор в физике. Теорией предсказано большое количество гравитационных эффектов, не описываемых предыдущим пониманием гравитационного поля. Эти эффекты подтверждены экспериментально. Экспериментально подтверждена правота теории относительно предыдущих классических представлений. И всё это достигнуто благодаря всего одной сущности – искривлению пространства-времени. А может быть благодаря отказу от лишней сущности – от представления о линейности пространства-времени?
Попытаемся осмыслить это вновь введённое свойство. Чтобы представить искривление четырёхмерного пространства-времени, нам необходимо ввести некое пятое измерение, в котором всё наше мироздание прогибается. Это, конечно, неприятность, но следует признать, что оно, это пятое измерение, уже практически введено Эйнштейном. То есть, оно как бы подразумевается.
Если мы всё же смиримся с этой неприятностью, то у нас получается четырёхмерное пространство раздела двух частей пятимерного пространства. А на поверхности раздела сред (в нашем случае четырёхмерном, а не двухмерном), как мы знаем, всегда действуют свои специфические законы. В известном нам трёхмерном пространстве поверхность раздела двух сред, например – жидкости и газа (поверхность моря), ведёт себя совершенно своеобразно. На этой поверхности раздела возникают свойства нехарактерные ни для одной из сред – ни для жидкости, ни для газа. Например, только на этой поверхности возникают силы поверхностного натяжения.
В нашем четырёхмерном пространстве раздела двух частей пятимерного пространства мы также вправе предположить силы объёмного натяжения и всё остальное выводить из них. На поверхности раздела несложно себе представить и фотон в виде солитона, и искривление поверхности в другое измерение. Например, в виде воронки. Открываются большие перспективы для фантазии. Можно уже начинать описывать все частности – массу, заряд, частицы…
Но напрягает более глобальная непонятность – это пятое измерение. Начинаешь чувствовать себя жучком водомером, бегающим по поверхности водной глади в двух измерениях, и не способным вырваться в третье. Хотя уже и увидел его. Почему мы должны жить в одном срезе этого измерения и не можем попасть вглубь его? Не можем ёрзать по нему туда-сюда?
Позвольте, у вас нет ощущения дежавю? По-моему мы об этом уже говорили… И правда. Мы именно эти слова и образы употребляли, рассуждая о времени. Время – именно то измерение, в одном срезе которого (в настоящем), мы только и можем существовать. Так выходит нам не надо никакого пятого измерения. Мы можем обойтись уже имеющимися. Только определим их несколько иначе, нежели Эйнштейн. Время будет не такой же свободной координатой, как пространство. Оно будет протекать сквозь пространство в одном направлении, и пространство будет существовать только в одном срезе этого времени, называемом настоящим.
Визуально это можно представить, как расширяющееся четырёхмерное пространство-время. А пространство (вселенную) – как трёхмерный фронт расширения этого четырёхмерного шара. Итак, мы не только не ввели новую сущность, но и подправили сущность, введённую Эйнштейном. Сделали её более физичной, логичной и понятной. И это должно нам дать значительно большие возможности для описания всех наблюдаемых явлений.
Вакуум становится зоной ламинарного течения времени. А вещество представляет собой турбулентность пространства-времени. При таком понимании вакуума, как растягивающегося трёхмерного фронта расширяющегося пространства-времени, мы должны просто физиологически ощутить возникающие силы объёмного натяжения пространства. Ощутили? А теперь давайте из этой единственной, логически обоснованной силы попробуем вывести все остальные силы и явления.
Поля и проточастицы
Электрическое поле пространство сжимает и растягивает. Гравитационное – изгибает во времени, не искажая его изнутри. Гравитационная энергия возмущения времени может привести к завихрению времени, в которое как в ловушку попадает энергия. Эта ловушка останавливает энергию, распространяющуюся со скоростью света, и превращает её в массу покоя. Ловушка эта становится элементарной частицей. Таким образом, частица – это дефект пространства, вызванный завихрением времени (турбулентность пространства-времени). Завихрение времени приводит к отставанию времени в данной точке пространства или к прогибанию пространства в прошлое, определяемому величиной пойманной в завихрение времени энергии. То есть, величиной массы. Таким образом, масса замедляет время.
Фотон – это электромагнитный солитон. Возмущение сил объёмного натяжения в одной плоскости (электрическая волна) вызывает запаздывающую реакцию сил объёмного натяжения в перпендикулярной плоскости (магнитная волна). Закручивание этих плоскостей является спином.
Нейтрино – тоже двумерный солитон. Но у него только одна пространственная координата – направление, вдоль которого он движется. Вторая координата временная. То есть, нейтрино является волной возмущения времени (гравитации). Поэтому он такой неуловимый. Можно сказать, что он существует одновременно с нами только в узлах волны и обтекает вещество во времени. Он обтекает частицу во времени, если её искажение времени (гравитационное поле) меньше четверти длины волны нейтрино. Вот почему нейтрино может взаимодействовать только с веществом, имеющим большую плотность массы. А вовсе не потому, что нейтрино – это маленькая частичка.
Частицы
Частицу можно представить, как пузырёк пространства-времени. Ядро атома можно представить не как две притянутые друг к другу частицы, а как два пузырька, содержащих завихрение времени, схлопнувшиеся в один. Сильное взаимодействие – это сила, необходимая для разрыва пузырька. Такое взаимодействие будет описываться дискретной функцией, прекращающейся скачком.
Неоднородность пространства (частица) кроме энергии завихрения времени может поймать и квант сжатия (растяжения) пространства. Эта единица сжатия или растяжения является зарядом. Положительный и отрицательный заряд обладают пространствофильностью и пространствофобностью. Между этими двумя квантами создаётся напряжённость пространства. Мы его называем напряжённостью электрического поля. Эта напряжённость тем больше, чем ближе квант сжатия и квант растяжения. Поле сил пространственного натяжения стремится выровняться и свести заряды вместе, взаимокомпенсировав их действия. Это всё описывается законом Кулона. Но этот закон не описывает влияния градиента сил пространственного натяжения (напряжённости электрического поля) на незаряженное вещество. Градиент электрического поля, в понимании Кулона, на нейтрально заряженное вещество не должен влиять. А градиент сил пространственного натяжения (сжатия-растяжения пространства) влиять должен.
Понять – что же это за неоднородность вакуума, пузырёк пространства-времени? – нам поможет формула Эйнштейна. Е равняется эм*це квадрат. Из неё мы видим, что размерность массы описывается энергией, двумя степенями времени и обратна двум степеням пространственной координаты. Две степени пространственной координаты легко интерпретируются как площадь поверхности частицы. В этом случае масса (искривление пространства) больше при меньшей наружной поверхности, в которую заключена определённая энергия. Кстати, о том же говорит и комптоновская длина волны – чем меньше её размер, тем больше энергия.
Но поверхность – это снаружи частицы. То, чем она сопрягается с внешним пространством. А внутри этих двух измерений, не третье пространственное измерение, а два измерения времени. Завихрение времени. То есть частица, как и вакуум, описывается четырьмя измерениями. Но вакуум описывается тремя пространственными координатами и одной временной. А его неоднородность – частица (масса покоя) описывается двумя пространственными измерениями, двумя временными и пойманной в эту неоднородность энергией. Осталось только проквантовать этот набор и получится периодический закон Менделеева для элементарных частиц.
Электрон
С этими вводными приступим к конструированию электрона. Замечательная модель электрона предложена Константином Истодиным «Феномены самоприменимости. Электрон». Электрон в ней является замкнутой на себя электромагнитной волной в форме тора. Устойчивость подобных структур мы наблюдаем и в макромире (кольца Гельмгольца). Истодин приходит к выводу, что размер электрона в 1836 раз больше размера протона. Соглашусь с Истодиным в интерпретации электрона, как диссипативной структуры, замкнутой на себя электромагнитной волны. Соглашусь и с оценкой размеров электрона. В её пользу говорит и формула Эйнштейна (чем меньше размер, тем больше масса) и комптоновская длина волны электрона. Но геометрию придётся изменить. Тор – красивая структура, но тор не обладает свойствами для формирования электронных оболочек с существующими в реальности количественными соотношениями.
Представим диссипативную структуру в виде поверхности сферы, на которой замыкается на себя одна комптоновская волна, и где электрическая энергия переливается в магнитную и обратно. На подобии автоколебательных реакций Белоусова-Жаботинского. Только не в химической среде, а в электромагнитной. Подобные диссипативные структуры, хотя и очень редко, встречаются и в макромире (шаровая молния, "тунгусский метеорит"). Масса, согласно формуле Эйнштейна, имеет две пространственные размерности. Поэтому энергия (и масса) электрона должна быть сосредоточена на поверхности сферы.
Из этой модели следует – то, что в классической физике считали орбитой электрона, и есть электрон. А атом – это ядро, расположенное внутри электрона. На поверхности одной сферы в атоме могут располагаться два электрона с противоположными спинами, образуя куперовскую пару. Более того, если такая пара не образована, то появляется сила, больше кулоновской. Эта сила может оторвать недостающий электрон откуда нипопадя, преодолевая кулоновскую силу, и превращая свободный радикал в ион, уравновешивая таким образом спиновое возмущение пространства. Но, несмотря на это, физиками данная сила не выделена в отдельную. Видимо физика внешней электронной оболочки проходит по другому ведомству и называется химией.
На втором уровне, на двойном радиусе располагаются замыкающиеся на себя двойные волны. Площадь поверхности второго уровня в 4 раза больше, чем первого. А энергия и масса частицы распределены по площади поверхности. Следовательно, на ней может располагаться энергия четырёх электронных пар. Площадь третьего уровня, с тройной волной в 9 раз больше, и на ней располагается энергия 9 пар электронов. Я пишу – энергия четырёх пар электронов, а не четыре пары или восемь электронов. Потому что непонятно – как адекватно интерпретировать второй уровень. Как восемь электронов, как четыре электронных пары или как восьмирной электрон?.. Ведь на самом деле формируется единая волновая структура.
В такой модели электрона комптоновская длина волны приобретает физический смысл. Квантование энергетических уровней и эмпирическое уравнение Шрёдингера получают физическую интерпретацию. Принцип неопределённости Гейзенберга тоже. Неопределённость объясняется ошибочной оценкой размеров электрона и попыткой локализовать его в пространстве, меньшем его размеров…
Адроны и ядро
С протонами и нейтронами дело обстоит подобным же образом. Это такие же диссипативные структуры, как и электрон. Большая масса и малая комптоновская длина волны определяют их меньшие на три порядка размеры. Но строение ядра атома посложней строения электронных оболочек. Масса и энергия нейтрона больше, чем у протона. Значит, радиус нейтрона меньше. Но меньше на очень небольшую величину. Если представить нейтронную структуру внутри протонной, то получится, что энергия протона, сосредоточенная на поверхности его сферы, расположена как бы на нейтронной подложке.
Зачем это понадобилось природе? Предположим, что протонная структура стягивает пространство положительным зарядом и удерживает нейтронную структуру. А нейтронная структура уравновешивает это стягивающее действие. Таким образом, ядро атома представляет собой не притянутые друг к другу шарики, а структуру, подобную электронным оболочкам. На них сосредоточивается энергия двух, восьми, восемнадцати протонов на подложках из таких же нейтронных структур. И эти структуры собираются как матрёшка. А энергия сильного взаимодействия – это энергия разрыва этой структуры на два пузырька.
Становится понятно – почему для ядерного синтеза используются дейтерий и тритий, а не два атома дейтерия, хотя, казалось бы, в такой реакции лишний нейтрон должен только мешаться. Дело в том, что в тритии уже сформирована нейтронная структура из двух нейтронов. Нужна энергия только на формирование из двух протонов одной протонной структуры. Формирование из двух атомов дейтерия единой нейтронной и на ней единой протонной структуры теоретически тоже возможно, но понятно, что это потребует значительно более высоких входных энергий.
Красное смещение и нечистые силы
Теперь немножко об описании космологии. На первый взгляд расширение пространства выглядит очень просто. Четырёхмерное пространство-время расширяется и его фронт – трёхмерное пространство расширяется вместе с ним. Далёкие галактики разбегаются от нас всё дальше. Но в этом рассуждении есть одна неточность. Расстояние между галактиками разбухает, но и сами галактики, и мы вместе с ними состоим из тех же пространства и времени. И тоже разбухаем. Разбухает и метр, с помощью которого мы меряем это расстояние. То есть, далёкие галактики, в среднем, сегодня на том же расстоянии от нас, что и миллиард лет назад.
Погодите. Если мы растём, что будет с нашей массой? А ничего. Вторая степень времени сокращается со второй степенью пространственной координаты. Изменений массы никаких не происходит. Изменение размеров никак не визуализируются. Мы никак не можем заметить разбухания пространства.
А как же тогда красное смещение? Ведь измеритель частоты тоже ничего зафиксировать не должен, он также разбухает вместе с нами. Да, конечно. Но красное смещение объясняется несколько по-другому. Дело в том, что фотон летит к нам не только в пространстве, но и во времени. То есть, фотон в пространстве-времени прилетает к нам не из того места, где звезда находится сегодня, а из того места, где она была в прошлом. Это место находится под прямым углом от фронта расширения пространства-времени. Под прямым углом от линии, соединяющей нас и звезду сегодня. Фотон летит к нам в пространстве-времени по гипотенузе. А она длиннее катета (линии, соединяющей нас с сегодняшним положением звезды). Это удлинение пути и создаёт эффект разбегания.
Если мы продлим свой взгляд ещё дальше во вселенную, на несколько миллиардов световых лет, то увидим, что линия, соединяющая нас сегодня – дуга, а траектория фотона – спираль Архимеда. Чем дальше мы заглядываем, тем из более искривлённого пространства мы получаем фотон. И тем большее увеличение траектории фотона относительно длины дуги, отделяющей нас сегодня от наблюдаемой звезды. Этим объясняется ускорение увеличения красного смещения с расстоянием. Которое принимается сегодня за ускорение расширения вселенной.
Кривизна пространства в прошлом, миллиард лет назад, наблюдается нами, как большая, чем сегодняшняя. Но большая она в сегодняшних выпрямившихся единицах измерения. А для наблюдателя миллиард лет назад она была такой же, как для нас сегодня. Наблюдатель через миллиард лет будет видеть вселенную с той же кривизной, что и мы видим вселенную сегодняшнюю. А нас будет видеть более кривыми. Будет наблюдать то же красное смещение, но среднее расстояние между галактиками не изменится. Расширение вселенной мы никак не ощутим. Лишь красное смещение остаётся нам от этого процесса. Поэтому, несмотря на то, что пространство разбухает, говорить о расширении вселенной некорректно. А красное смещение для нас просто искривление прошлого времени с коэффициентом, равным отношению длины участка спирали Архимеда к длине соответствующего участка дуги. Таким образом, для описания красного смещения и для вывода его формулы нам не понадобилось ни тёмной материи, ни нечистой силы, ни других сущностей, введённых ad hoc.
Резюме
Итак. Общая концепция вселенной, как трёхмерного фронта расширения четырёхмерного пространства-времени, полностью вписывается в известную нам действительность. Все эффекты Общей теории относительности – и искривление пространства вокруг массы, и замедление времени возле массы – согласуются с этой моделью и получают объяснение. При этом время становится однонаправленным, необратимым, что лучше согласуется с наблюдаемой действительностью, нежели время в модели Эйнштейна. Образующиеся в результате растягивания вселенной силы объёмного натяжения являются той единственной общей силой, из которой формируются все остальные. При этом становятся ненужными все придуманные ad hoc лишние сущности (кварки, глюоны, тёмные материи, суперструны…) Теперь остаётся построить модели всех сил, одиночных непонятных эффектов, констант и т.п.
1. Заряд, электрические силы, как кванты сжатия и растяжения пространства (сил объёмного натяжения).
2. Поле сильного взаимодействия, как сила разрыва пространственно-временного протонно-нейтронного пузыря.
3. Гравитационное поле уже описано в общей теории относительности, как искривление пространства-времени. Несколько меняется интерпретация на искривление пространства во времени.
4. Теория элементарных частиц должна получиться из нахождения длин волн, формирующих устойчивые диссипативные структуры.
5. Если получится действительно адекватное описание полей, частиц и атомов, то многочисленные эмпирические физические величины станут выводимыми теоретически. Например, диэлектрические проницаемости различных сред. Тем более интересно будет получить теоретически выведенные значения основных констант – гравитационной постоянной, скорости света…
Из чего вывести все эти соотношения? Из единого уравнения мироздания. Откуда его взять?
Дело в том, что элементарные частицы и атомы в предложенной концепции описаны в рамках неравновесной термодинамики, как диссипативные структуры. Такие структуры могут существовать только в открытых системах, через которые проходит поток. В нашем случае единственный процесс, который можно интерпретировать как такой поток – это расширение вселенной, ощущаемое нами как течение времени. Этот процесс создаёт силы пространственного натяжения и все порождаемые им поля. Этот процесс создаёт и условия устойчивости диссипативных структур, называемых нами веществом.
Например, при более быстром течении времени электрон должен распасться и испустить свою энергию в виде фотона. При более медленном течении времени (высокой гравитации) структуры электрона и протона должны схлопнуться в нейтронную звезду. Таким образом, наблюдаемая нами материя может существовать только в определённом диапазоне скорости расширения вселенной. При другой скорости протоны и электроны станут нестабильными. Стабильными могут оказаться другие элементарные частицы.
Из единого уравнения мироздания, в основе которого должна лежать скорость расширения вселенной, должны выводиться – скорость света и соотношения устойчивых диссипативных волновых структур. Это и будет единой теорией элементарных частиц, полей и всего остального.
С чего начать формирование единого уравнения мироздания? Вернитесь к красному смещению. Формула удлинения пути фотона там описана словами. Вам осталось только записать её на бумагу и оттолкнуться от неё. Не ждите, пока я не сдержусь и сделаю это сам. А не то все академики и профессора по физике станут совсем лишними…