1. Научные и философские проблемы вакуума Проявление свойств физического вакуума в экспериментах - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1страница 2
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Непонимание функционального назначения и свойств физического вакуума... 1 161.29kb.
Атом и вещество часть 6 основные свойства физического вакуума 1 134.52kb.
Первоначально сама идея физического вакуума для ученых имела несколько... 1 205.91kb.
Открыта природа гравитации 1 49.22kb.
Социальные и философские проблемы применения биологических знаний... 1 154.64kb.
Это учение о методах и приемах познания и преобразования действительности... 1 70.63kb.
Вопросы к зачету по философии гр 1 13.29kb.
Образовательная программа «Школа безопасности» 1 127.13kb.
Рассмотрение междисциплинарных проблем методологии, развития, организации... 1 25.89kb.
1. Понятие мировоззрения, его структура и основные функции 1 14.93kb.
«Свобода личности: правовые, исторические, философские аспекты» 1 24.43kb.
Тема Эффект замещения и эффект дохода при изменении цены. Эффект... 1 51.04kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
1. Научные и философские проблемы вакуума Проявление свойств физического вакуума - страница №2/2

4. Проблемы создания теории физического вакуума.


Современная физика стоит на пороге перехода от концептуальных представлений о физическом вакууме к теории физического вакуума. Современные концепции физического вакуума имеют существенный недостаток — они отягощены геометрическим подходом [12]. Проблема, с одной стороны, состоит в том, чтобы не представлять физический вакуум геометрическим объектом, а с другой стороны, оставляя физический вакуум в статусе физической сущности, не подходить к его изучению с механистических позиций. Создание непротиворечивой теории физического вакуума требует прорывных идей, далеко выходящих за рамки традиционных подходов [5].

Реальность такова, что в рамках квантовой физики, породившей саму концепцию физического вакуума, теория вакуума не состоялась. Не удалось создать теорию вакуума и в рамках классических представлений. Становится все более очевидным, что «зона жизни» будущей теории физического вакуума должна находиться за пределами квантовой физики и, скорее всего, ей предшествовать. По всей видимости, квантовая теория должна быть следствием и продолжением теории физического вакуума, коль скоро физическому вакууму отводится роль наиболее фундаментальной физической сущности, роль основы мира [12]. Будущая теория физического вакуума должна удовлетворять принципу соответствия. В таком случае теория физического вакуума должна естественным образом переходить в квантовую теорию. Для построения теории физического вакуума важно получить ответ на вопрос: «какие константы относятся к физическому вакууму?» Если считать, что физический вакуум является онтологической основой мира, то его константы должны выступать в качестве онтологического базиса всех физических констант. Эта проблема исследовалась в [15, 16] где предложены пять первичных суперконстант, от которых происходят фундаментальные физические и космологические константы. Эти константы могут быть отнесены к физическому вакууму. На рис. 5 приведены пять универсальных физических суперконстант и их значения.



Рис. 5. Универсальные физические суперконстанты.

В настоящее время преобладает концепция, в рамках которой считается, что вещество происходит из физического вакуума и свойства вещества проистекают из свойств физического вакуума. Такой концепции придерживались П. Дирак, Ф.Хойл, Я.Б.Зельдович, Э.Трайон и др. Я.Б. Зельдович исследовал даже более амбициозную задачу — происхождение всей Вселенной из вакуума [3]. Он показал, что твердо установленные законы Природы при этом не нарушаются. Строго выполняются закон сохранения электрического заряда и закон сохранения энергии. Единственный закон, который не выполняется при рождении Вселенной из вакуума — это закон сохранения барионного заряда. Остается непонятным, куда подевалось огромное количество антивещества, которое в равном количестве с веществом должно было появиться из физического вакуума.

Есть все основания считать, что создание теории физического вакуума позволит не только расширить знания об устройстве мира, но и прикоснуться к тайне его происхождения [3].




5. Несостоятельность концепции дискретного вакуума


Идеи о том, что какие-либо дискретные частицы могут составлять основу физического вакуума, оказались несостоятельными как в теоретическом плане, так и в практическом приложении [5, 12]. Подобные идеи вступают в противоречие с фундаментальными принципами физики, например, с принципом Паули. Если считать, что физический вакуум состоит из частиц с целочисленным спином, то опять же возникают проблемы по типу экзотического уравнения состояния, как это происходит, например, в модели де Ситтера.

Как считал П. Дирак, физический вакуум порождает дискретное вещество. Это значит, что физический вакуум должен генетически предшествовать веществу. Чтобы понять суть физического вакуума, надо оторваться от стереотипного понимания «состоять из…». Мы привыкли, что наша атмосфера — это газ, состоящий из молекул. Долгое время в науке господствовало понятие «эфир». И сейчас можно встретить сторонников концепции светоносного эфира или существования в физическом вакууме газа из гипотетических частиц. Все попытки найти место «эфиру» или иным дискретным объектам в концепциях вакуума или в моделях вакуума не привели к пониманию сущности физического вакуума. Статус такого вида физической реальности, каким являются дискретные частицы, всегда вторичен. Вновь и вновь будет возникать задача выяснения происхождения дискретных частиц и, соответственно, поиска более фундаментальной сущности.

Можно сделать вывод, что концепции дискретного вакуума принципиально несостоятельны. Весь путь развития физики показал, что никакая частица не может претендовать на фундаментальность и выступать в качестве основы мироздания. Дискретность свойственна веществу. Вещество не имеет первичного статуса, оно происходит из физического вакуума, поэтому оно принципиально не может выступать в качестве фундаментальной основы мира [12, 13]. Поэтому физический вакуум не должен иметь признаков, свойственных веществу. Он не должен быть дискретным. Он является антиподом вещества. Его основной признак — континуальность.

Осознание системной организации вещественного мира и материального единства мира, является величайшим достижением человеческой мысли. К этой системе мира добавилась еще одна подсистема — физический вакуум. Однако существующая система структурных уровней организации мира пока выглядит незавершенной. Она не ориентирована на генетическую взаимосвязь уровней и на естественное развитие. Она не завершена снизу и сверху. Незавершенность снизу предполагает выяснение величайшей тайны природы — механизма происхождения дискретного вещества из континуального вакуума [12, 13]. Незавершенность сверху требует раскрытия не меньшей тайны — связи физики микромира и физики Вселенной.

Современные физические теории, в попытках найти фундаментальные физические объекты, демонстрируют тенденцию перехода от частиц — трехмерных объектов, к объектам нового вида, имеющим меньшую размерность. Например, в теории суперструн размерность объектов-суперструн намного меньше размерности пространства. Фундаментальные струны понимаются как 1-мерные объекты. Они бесконечно тонкие, а длина их порядка 10-33 см [8]. Считается, что у физических объектов, имеющих меньшую размерность, больше оснований претендовать на фундаментальный статус. В тенденции перехода к фундаментальным объектам, имеющим меньшую размерность, перспективным, на наш взгляд, является подход В. Жвирблиса [7]. Жвирблис утверждает, что физический вакуум — непрерывная материальная среда. По аналогии с «нитью Пеано», бесконечно плотно заполняющей двумерное пространство, условно разбитое на квадраты, автор предлагает новую модель физического вакуума — «нить Жвирблиса», бесконечно плотно заполняющую трехмерное пространство, условно разбитое на тетраэдры.

На рис.6 показана модель вакуума Жвирблиса.



Рис. 6. Нить Жвирблиса.

По нашему мнению, это большой прорыв в понимании сущности физического вакуума как фундаментальной основы мира. Жвирблис, в отличие от других ученых, в качестве модели физического вакуума рассматривает не многокомпонентную среду, а одномерный математический объект — «нить Жвирблиса». В отличие от всех известных моделей, в его модели дискретности и множественности отведено самое минимальное место — используется одномерный математический объект. В пределе понимается, что при сверхплотном заполнении пространства среда становится непрерывной.

На рисунке 7 показана тенденция перехода к объектам, имеющим меньшую размерность. Мы считаем, что в этой тенденции поиска наиболее фундаментального объекта недоставало решающего шага — перехода к нуль-мерному объекту. Эта проблема исследовалась в [12, 15-20], где физический вакуум, в отличие от традиционного понимания, представлен как нуль-мерный физический объект.





Дискретные трёхмерные объекты-частицы

Дискретные одномерные объекты-суперструны

Одномерный объект - нить Жвирблиса

Нуль-мерный объект - континуальный выкуум

Рис.7. Тенденция в физических теориях: переход от трехмерных объектов к нуль-мерному объекту.

Фундаментальные объекты в теории суперструн имеют планковские размеры. Тем не менее, пока нет убедительных доводов, что «планкеоны» или «суперструны» составляют основу мира. Нет оснований считать, что не существует объектов, имеющих размеры меньше планковских. В этом контексте следует заметить, что планковские естественные единицы не являются единственными. В физике известны константы Джорджа Стони [17, 26], образованные комбинацией констант G, c, e. Они имеют меньшие значения по сравнению с планковскими единицами, и вполне могут выступать конкурентами планковским единицам. Единицы Планка и единицы Стони исследовались в [25], где предложены новые системы естественных единиц, относящиеся к глубинным уровням организации материи в микромире ниже планковского уровня. Новые системы естественных единиц образованы гравитационной константой G, зарядом электрона e, скоростью света c, постоянной Ридберга R, постоянной Хаббла H0.

На рис.8, для сравнения, приведены значения планковских естественных единиц, естественных единиц Джорджа Стони и новых естественных единиц.







Рис. 8. Естественные единицы М. Планка, естественные единицы Дж. Стони и новые естественные единицы.

Подход, в рамках которого считается, что физический вакуум существует в виде непрерывной среды является многообещающим. При таком подходе к физическому вакууму находит объяснение его ненаблюдаемость [12]. Не следует связывать ненаблюдаемость физического вакуума с несовершенством приборов и способов исследования. Физический вакуум — принципиально ненаблюдаемая среда — это прямое следствие его непрерывности. Наблюдаемыми являются только вторичные проявления физического вакуума — поле и вещество. Для континуального физического объекта нельзя указать никаких других свойств, кроме свойства непрерывности. К континуальному объекту неприменимы никакие меры, это антипод всему дискретному [12].

Физика, на примере проблемы физического вакуума, сталкивается с коллизией непрерывности и дискретности, с которой столкнулась математика в теории множеств. Попытка разрешить противоречие непрерывности и дискретности в математике была предпринята Кантором (континуум-гипотеза Кантора). Эту гипотезу не удалось доказать ни ее автору, ни другим выдающимся математикам. В настоящее время причина неудач выяснена. В соответствии с выводами П.Коэна: сама идея множественной, дискретной структуры континуума является ложной [6]. Распространяя этот результат на континуальный вакуум можно утверждать: «идея множественной или дискретной структуры физического вакуума является ложной».

С учетом парадоксальных свойств и признаков можно констатировать, что континуальный вакуум является новым видом физической реальности, с которым физика еще не сталкивалась.


6. Критерии фундаментальности.


В связи с тем, что физический вакуум претендует на фундаментальный статус, более того, даже на онтологический базис материи, он должен обладать наибольшей общностью и ему не должны быть присущи частные признаки, характерные для множества наблюдаемых объектов и явлений. Известно, что присвоение объекту какого-либо дополнительного признака уменьшает универсальность этого объекта. Так, например, ножницы — универсальное понятие. Добавление какого-либо признака сужает круг охватываемых этим понятием объектов (ножницы бытовые, слесарные, кровельные, дисковые, гильотинные, портновские и т.п.). Таким образом, приходим к выводу, что на онтологический статус может претендовать такая сущность, которая лишена каких-либо признаков, мер, структуры и которую принципиально нельзя моделировать, поскольку любое моделирование предусматривает использование дискретных объектов и наделение моделируемого объекта конкретными признаками и мерами. Физическая сущность, претендующая на фундаментальный статус не должна быть составной, поскольку составная сущность имеет вторичный статус по отношению к ее составляющим.

Таким образом, требование фундаментальности и первичности для физического объекта влечет за собой выполнение следующих основных условий:



  1. Не быть составным.

  2. Иметь наименьшее количество признаков, свойств и характеристик.

  3. Иметь наибольшую общность для всего многообразия объектов и явлений.

  4. Быть потенциально всем, а актуально ничем.

  5. Не иметь никаких мер.

Не быть составным — это означает не содержать в себе ничего, кроме самого себя, т.е. быть целостным объектом. Относительно второго условия идеальным должно быть требование — совсем не иметь признаков. Иметь наибольшую общность для всего многообразия объектов и явлений — это означает не обладать признаками частных, конкретных объектов, поскольку любая конкретизация сужает общность. Быть потенциально всем, а актуально ничем — это означает оставаться ненаблюдаемым и одновременно быть основой всему сущему. Не иметь никаких мер — это означает быть континуальным объектом.

Эти пять условий первичности и фундаментальности чрезвычайно созвучны с мировоззрением философов древности, в частности, представителей школы Платона. Они считали, что мир возник из фундаментальной сущности — из изначального Хаоса. По их воззрениям Хаос породил все существующие структуры Космоса. При этом Хаосом они считали такое состояние системы, которое остается на конечном этапе по мере некоего условного устранения всех возможностей проявления ее свойств и признаков [1].


7. Континуальный вакуум.


Перечисленным выше пяти требованиям не удовлетворяет ни один дискретный объект вещественного мира и ни одно квантованное поле. Отсюда следует, что этим требованиям может удовлетворять только целостный объект. Поэтому, физический вакуум, если его считать наиболее фундаментальным состоянием материи, должен быть непрерывным (континуальным) [12,20].

С таким физическим объектом — ненаблюдаемым, не имеющим никаких признаков, в котором нельзя указать никаких мер и в то же время целостным объектом, физика еще не сталкивалась. Еще предстоит преодолеть этот барьер в физике и начать изучать этот необычный вид физической реальности — КОНТИНУАЛЬНЫЙ вакуум. Континуальный вакуум расширяет класс известных физических объектов [12, 20].На рис.9 представлены особенности континуального вакуума.



Рис.9. Особенности континуального вакуума.

Континуальный вакуум недопустимо отождествлять с эфиром, считать его состоящим из квантов или считать его состоящим из каких бы то ни было дискретных частиц, даже если эти частицы виртуальные.

Континуальный вакуум следует рассматривать как антипод всему дискретному. Континуальный вакуум является целостным, неделимым физическим объектом. Таким образом, вещество и вакуум, будучи генетически связанными, являются диалектическими противоположностями. Целостный мир представлен совместно веществом, полем и континуальным вакуумом. Континуальный вакуум генетически предшествует полю и веществу, он порождает их, поэтому вся Вселенная живет по его законам, которые науке предстоит еще открыть.

Между ненаблюдаемым континуальным вакуумом и наблюдаемым проявленным миром явно просматривается взаимосвязь и имеют место взаимопереходы. В чем состоит взаимосвязь таких противоречивых сущностей? По каким законам происходят переходы непрерывного в дискретное и дискретного в непрерывное? Большинство проблем физики остались нерешенными из-за отсутствия ответов на эти вопросы. По тем же причинам нет четкого разграничения между континуальным вакуумом, полем и дискретным веществом, а физика, именуя себя материалистической наукой, на самом деле «проглядела» самый главный вид материи, «проглядела» континуальный вакуум, и все свои усилия направляла на изучение вещества и поля, полагая, что ими исчерпываются все возможные классы физических объектов. Физика изучала не первичную сущность, а ее вторичные проявления — поле и вещество. Проблемами происхождения вещества и поля физика не занималась. Идеи генезиса поля и генезиса вещества пока еще слишком новы для физики. В этом мы видим причины многих нерешенных проблем физики.

Таким образом, основа всего сущего — континуальный вакуум, оказался вне поля зрения физики. Перед современной наукой встает задача изучить этот физический объект, раскрыть связь между континуальным вакуумом и дискретными физическими объектами и раскрыть механизм взаимопереходов между ними.


8. Энтропия континуального вакуума.
В цепи проблем, связанных с раскрытием природы физического вакуума, есть ключевое звено, относящееся к оценке энтропии вакуума. Мы считаем, что континуальный вакуум имеет наибольшую энтропию среди всех известных физических объектов и систем. На рис.10 условно показано изменение энтропии при переходе от континуального вакуума к различным физическим объектам.

Рис.10. Энтропия континуального вакуума и других физических объектов.

Приведенные выше пять критериев первичности и фундаментальности указывают на то, что таким требованиям может удовлетворять объект, имеющий наибольшую энтропию. Фазовый переход вакуум-вещество относится к процессам, связанным с уменьшением энтропии. Точно также, как H-теорема Больцмана и теорема Гиббса стали основными инструментами в термодинамике, для теории физического вакуума необходимо искать новый инструмент на основе обобщения H-теоремы на процессы с уменьшением энтропии. Такой прорывной подход уже наметился. Принципиально новый подход для изучения физического вакуума, открывает закон уменьшения энтропии, установленный Ю.Л. Климонтовичем [2]. Теорема Климонтовича практически снимает запрет на возможность порождения регулярных структур континуумом. В рамках будущей теории физического вакуума, используя S-теорему Климонтовича, очевидно, появится возможность обосновать механизм возникновения дискретных частиц из непрерывного вакуума. Одним из следствий приложения S-теоремы Климонтовича к проблеме вакуума является вывод о том, что корни дискретности следует искать в непрерывности.
9. Унитронное поле.
Процессы, приводящие к возникновению вещества, идут в направлении: континуальный вакуум, поле, вещество. Они идут в направлении космологического вектора развития (КВР) (Рис.13. 14). Эти процессы идут с уменьшением энтропии. При этом они проходят такие стадии: континуальный вакуум, унитронное поле, вещество [12, 18, 24].

На рис.11 схематически показаны различные уровни материального мира: континуальный вакуум, имеющий первичный статус, поле, имеющее вторичный статус и дискретное вещество, имеющее третичный статус.



Рис.11. Континуальный вакуум, унитронное поле, Максвелла поле, вещество.

В [12, 20, 24] в класс полей физических было введено поле нового вида — унитронное поле. Унитронное поле является новым физическим объектом [12,18, 19, 20]. Унитронное поле (унитрон) является динамическим объектом, обладающим свойством нелокальности и динамической симметрии (D-инвариантность) [16, 18, 19, 20]. D-инвариантность унитронного поля является новым видом симметрии и распространяется на непрерывную субстанцию [16]. Унитронное поле представляет собой энергетически насыщенное состояние континуального вакуума. В отличие от известного в физике энергетически насыщенного состояния вакуума, представленного электромагнитным полем, унитронное поле обладает уникальной особенностью — оно характеризуется конвергенцией [12]. Унитронное поле является единственным конвергирующим физическим объектом в классе полей физических. В этом уникальном признаке его основное отличие от других полей физических. Понятие конвергенции для унитрона было введено в [23]. Подробнее особенности конвергирующего унотронного поля изложены в [12,18, 19, 20]. При конвергенции плотность энергии увеличивается, одновременно с этим происходит уменьшение размеров области локализации энергии. Унитронное поле расширяет класс известных физических полей и является антиподом поля Максвелла. Существует предел плотности энергии унитрона. Это предельное состояние унитронного поля приводит к рождению электрона и позитрона [12].

Электрон и позитрон являются первыми представителями вещественного мира. Неверно, что электрон и позитрон считают объективно существующими частицами. Неверно, что электрон и позитрон считают не возникающими и не исчезающими. Настало время решать новую задачу — задачу происхождения электрона и позитрона. Эти частицы и возникают и исчезают. Они возникают из унитронного поля и аннигилируют, порождая кванты энергии.

На рис.12 показан кадр анимации процесса рождения электронно-позитронной пары из унитронного поля.

Рис.12. Схема рождения электрона и позитрона из унитронного поля.


10. Генезис вещества.


Вещество существует в виде объектов различной сложности, которые занимают соответствующие уровни в иерархической системе мира. Представителями вещественного мира являются: электрон и позитрон, позитроний, другие элементарные частицы, атомы, молекулы, макроскопические тела, геологические системы, планеты, звезды, внутригалактические системы, Галактики, системы Галактик (рис.13) [24].

Рис.13. Иерархическая система мира в направлении космологического вектора развития (КВР) [24].

По генетической взаимосвязи континуальный вакуум, унитронное поле и вещество можно расположить в такой последовательности, как это показано на рис.14.

Рис. 14. Генезис вещества.

Предельное состояние унитронного поля является началом другого уровня организации материи — вещества. Вещество — это дискретное информационно-энергетическое воплощение унитронного поля. Вещество имеет дискретную структуру, но своим происхождением оно обязано континууму [13,14]. Дискретность является главным признаком вещества. Дискретный мир начинается с электрона и позитрона.

После возникновения электронов и позитронов происходит процесс образования протона. Структурогенез протона исследовался в [12, 24], где выявлен фрактальный закон формирования структуры элементарных частиц. Структурогенез протона также подчиняется фрактальному закону [12, 24]. На рисунке 15 показан фрагмент фрактала протона. Фрактал протона является сходящимся фракталом [12]. Таким образом, конвергенция, начавшаяся в континууме, имеет свое естественное продолжение в структурогенезе протона.



Рис. 15. Фрагмент фрактала протона.

Конвергирующее поле выступает поставщиком электронов и позитронов для процесса структурогенеза протона. На рис.16 представлен кадр анимации процесса возникновения вещества и антивещества из физического вакуума и фрагмент динамики структурогенеза протона.

Рис.16. Возникновение вещества и антивещества из унитронного поля и динамика структурогенеза.


11. Деструктуризация вещества и поле Максвелла.


Процессы деструктуризации идут в направлении: вещество, электромагнитное поле (поле Максвелла), континуальный вакуум (рис. 17). Они идут в направлении вектора деструктуризации (ВД). В этих процессах происходит возрастание энтропии. При этом они проходят такие стадии: вещество, поле Максвелла, континуальный вакуум.

Рис.17. Иерархическая система мира в направлении вектора деструктуризации (ВД).

На конечной стадии деструктуризации вещества наступает аннигиляция. На рис.18 условно показан кадр анимации процесса аннигиляции электрона и позитрона.

Рис.18. Кадр анимации процесса аннигиляции электрона и позитрона.

По генетической взаимосвязи континуальный вакуум, поле Максвелла и вещество можно расположить в такой последовательности, как это показано на рис.19.

Рис. 19. Направление процессов деструктуризации, аннигиляции, дивергенции.

Поле Максвелла — это энергетически насыщенное состояние континуального вакуума. Это электромагнитные волны, характеризующиеся дивергенцией поля. В процессе дивергенции плотность энергии поля уменьшается. Одновременно с этим происходит увеличение области пространства, занимаемого полем. Дивергенция является естественным продолжением процесса деструктуризации, начавшегося на вещественном уровне.

Таким образом, можно указать такие физические объекты, обладающие свойством непрерывности: континуальный вакуум, унитронное поле (унитрон), поле Максвелла. Унитронное поле и поле Максвелла являются промежуточными состояниями материи между веществом и континуальным вакуумом и представляют собой энергонасыщенные состояния континуального вакуума.

На рисунке 20 приведена схема, поясняющая этапы замкнутого природного цикла: генезис вещества, структурогенез вещества, деструктуризация, аннигиляция.

Рис. 20. Этапы замкнутого природного цикла: конвергенция, рождение электронно-позтронных пар,

структурогенез вещества, деструктуризация, аннигиляция, дивергенция.

На рисунке 21 показаны материальные объекты в замкнутом природном цикле: континуальный вакуум — унитронное поле — вещество — поле Максвелла — континуальный вакуум.



Рис. 21. Материальные объекты в замкнутом природном цикле: континуальный вакуум — унитронное поле — вещество -поле Максвелла -континуальный вакуум.


12. Онтологическая основа мира.


Изложенное выше остро ставит вопрос: «что же является основой мира?" Поле? Частица? Ответ, который мы даем — континуальный вакуум! Это пока еще непривычно. Непривычно видеть в физическом объекте, не имеющем никаких мер, ненаблюдаемом, не содержащем актуально ничего, основу мира. Подтверждение этому следует искать не столько в физике, сколько в совокупных знаниях накопленных человечеством в разных областях. Для этого нужны знания науки, философии, мифологии и религии.

Континуальный вакуум и вещество в философском понимании являются диалектическими противоположностями. В такой же диалектической связи находятся унитронное поле и поле Максвелла.

Таким образом, фундаментальной, онтологической основой мира является не дискретный «первокирпичик», не эфирная частица, а непрерывная сущность — континуальный вакуум, который, вследствие своей непрерывности, непосредственно ненаблюдаем и непосредственно никак себя не проявляет. Поскольку на роль первоосновы мира претендует столь непривычный физический объект, обладающий свойством непрерывности, то такое положение дел выводит на первый план решение следующих задач:


  • раскрытие механизма происхождения электрона и позитрона;

  • раскрытие механизма структурогенеза протона;

В этих двух проблемах скрыты истоки всех законов физики. Появление этих частиц происходит как следствие уменьшения энтропии унитронного поля. На границе перехода унитронного поля в дискретное вещество берут начало все фундаментальные взаимодействия и все физические законы [15]. Здесь рождаются все фундаментальные физические и космологические константы [15, 16]. Эта «законоформирующая» и «константоформирующая» стадия требует пристального внимания ученых. Настало время физике от идей синтеза переходить к идеям генезиса [12,24]. Настало время расширить класс физических объектов и дополнить его унитронным полем и континуальным вакуумом. Настало время исследовать физические объекты совершенно нового типа — континуальный вакуум и унитронное поле [12, 18-20,24]. Настало время принять в качестве одного из главных законов — закон уменьшения энтропии [2]. На этих направлениях можно ожидать прорывные научные открытия.


13. Эффект Казимира

С точки зрения современной физики вакуум вовсе не пустота. Квантовая теория показала, что вакуум представляет собой чрезвычайно динамичную, непрерывно меняющуюся субстанцию, нечто вроде кипящей жидкости из виртуальных – рождающихся и тут же умирающих – элементарных частиц. Иначе говоря, вакуум с точки зрения квантовой теории не просто «ничто», а может рассматриваться как море так называемых нулевых колебаний, и, даже если в пространстве нет ни одной реальной частицы и ни одного реального кванта – фотона, электрические и магнитные поля совершают нулевые колебания (то же самое можно сказать и относительно других квантованных полей). И вот оказывается, что нулевые колебания вакуума весьма отчетливо себя проявляют в целом ряде замечательных физических эффектов, один из которых был предсказан в 1948 году голландским физиком Хендриком Казимиром и носит его имя. В последние годы область приложений эффекта Казимира необычайно расширилась и охватила практически всю физику – от теории межмолекулярных взаимодействий до физики элементарных частиц и космологии. Мы расскажем о наиболее впечатляющих проблемах, где этот эффект стал играть особенно заметную роль.

В 1948 году Казимир рассмотрел две плоские металлические нейтральные – незаряженные – пластины, расположенные в вакууме параллельно друг другу на некотором расстоянии. Поскольку электрическое поле не проникает в глубь металла, электрическая составляющая нулевых колебаний, направленная вдоль пластин, должна обращаться в нуль. А значит, рассуждал Казимир, вакуумное море обязано претерпеть определенные искажения, хотя его энергия как была бесконечной, так и останется такой. И все же, как первым заметил Казимир, если вычесть эту бесконечность из исходной (до внесения пластин), то получится некоторая конечная энергия, заключенная между пластинами. Эта энергия отрицательна и, следовательно (по правилам механики), должна привести к тому, что пластины будут притягиваться друг к другу. Необычность такой силы притяжения, называемой вакуумной или казимировской, состоит в том, что она не зависит ни от масс, ни от зарядов, ни от других аналогичных постоянных, называемых физиками константами связи, а определяется только расстоянием между пластинами. Подобная сила, с точки зрения многих теоретиков того времени, выглядела какой-то неправдоподобной экзотикой, однако через 10 лет, в 1958 году, казимировское притяжение было обнаружено экспериментально, причем в полном соответствии с предсказаниями теории.

Поначалу у Казимира возникла сумасшедшая идея попытаться объяснить действием вакуумных сил загадочную стабильность электрона. Ведь электрон несет электрический заряд, и его разные части отталкиваются друг от друга. Не вакуумные ли силы препятствуют его развалу? Привлекательная идея, однако, «не прошла» – казимировская энергия сферы оказалась положительной, что соответствует силам отталкивания, а не притяжения. (Впоследствии выяснилось, что роль эффекта Казимира в физике элементарных частиц оказалась куда более изощренной.)

Вакуумные энергии и силы возникают не только в ограниченных объемах, но и в топологически неевклидовых пространствах, то есть таких, которые нельзя перевести в евклидовы взаимно однозначным и непрерывным преобразованием. Например, на неограниченной плоскости эффекта Казимира нет, а на поверхности сферы есть. Именно поэтому эффект Казимира, как оказалось, имеет прямое отношение к вопросу, конечна или бесконечна Вселенная, – одному из самых интригующих в истории человечества. Наука о Вселенной в целом – современная космология – основана на общей теории относительности Эйнштейна и допускает три возможности (см. «Наука и жизнь» №№2...4, 1987 г.).

Если средняя плотность материи во Вселенной меньше критического значения 10–92 г/см3, то пространство нашего мира подобно поверхности гиперболоида вращения, если средняя плотность равна критической, то мы живем в обычном плоском пространстве. Кстати, именно эта возможность представляется наиболее предпочтительной с точки зрения популярных в настоящее время инфляционных моделей Вселенной (см. «Наука и жизнь» №8, 1985 г.). Если же средняя плотность превосходит критическую, то пространство Вселенной уподобляется поверхности сферы и объем его конечен. Казалось бы, сакраментальный вопрос о конечности Вселенной наконец-то получает ясный ответ. Однако ситуация оказывается не такой простой.

Действительно, средняя плотность материи известна лишь очень приближенно, и ее значения ненамного отличаются от критического, причем неясно даже, в сторону увеличения или уменьшения. Кроме того, как подчеркивают некоторые философы, занимающиеся проблемой бесконечности, наблюдательные данные о средней плотности всегда поневоле относятся к конечному объему, и поэтому, опираясь только на них, в принципе нельзя сделать вывод о бесконечности Вселенной. Таким образом, утверждают эти философы, сам вопрос выпадает из сферы физики и должен решаться на основе философских соображений.

Вот тут-то в защиту космологической компетенции физики и выступил эффект Казимира. В самом деле, если мы живем в гиперболическом или плоском мире, то эффекта Казимира нет, а если в сферическом, то он должен проявляться. Соответствующая положительная плотность энергии вакуума очень мала, однако в принципе ее можно зафиксировать в локальных измерениях и по их результатам реконструировать структуру Вселенной в целом – в частности, решить проблему конечности – бесконечности. Эффект Казимира, как недавно выяснилось, играет важную роль и в других проблемах космологии, например, при обсуждении механизмов инфляции или, скажем, в космологической «машине времени» И.Д. Новикова и К. Торна (см. «Наука и жизнь» №12, 1988 г.).

Уже более десяти лет теоретики обсуждают эффект Казимира в связи с проблемой строения адронов, то есть сильно взаимодействующих частиц. В рамках теории сильных взаимодействий – квантовой хромодинамики – адроны можно упрощенно представлять как пузырьки в вакууме (так называемые «мешки»), внутри которых заключены кварки и глюоны (см. «Наука и жизнь» №10, 1987 г.). Нулевые колебания квантованных полей кварков и глюонов приводят к появлению казимировской энергии мешка, которая, как оказалось, составляет около десяти процентов его полной энергии. Вклад энергии Казимира необходимо также учитывать при определении радиуса мешка, массы адрона и других его характеристик, измеряемых в эксперименте.

Еще одно интереснейшее приложение эффекта Казимира относится к многомерным моделям типа Калуцы – Клейна. Согласно таким моделям, «истинная» размерность нашего пространства-времени больше четырех, скажем, 10, 11 или 26. Однако лишние измерения (кроме наших четырех-трех пространственных и времени) замыкаются или, как говорят, компактифицируются на очень малых расстояниях – порядка 10–33 сантиметра, в связи с чем мы их просто не замечаем. Вот эту-то замкнутость лишних измерений и гарантирует эффект Казимира.



Наконец, силы Казимира оказались чрезвычайно чувствительными к параметрам гипотетических легких или вообще безмассовых частиц, предсказываемых сегодня в рамках единых калибровочных теорий, суперсимметрии и супергравитации (скалярный аксион, дилатон, арион, антигравитон со спином единица и многие другие). Такие частицы невозможно обнаружить с помощью даже самых мощных ускорителей, поскольку они нейтральны и способны пронизывать огромные толщи вещества, почти не взаимодействуя с ним. Но именно эти частицы приводят к появлению новых медленно убывающих с расстоянием – дальнодействующих – сил (см. статью Е.Б. Александрова «В поисках пятой силы»), которые можно зафиксировать на фоне сил Казимира. Подобные работы ведутся в Московском государственном университете под руководством доктора физико-математических наук В.И. Панова с помощью атомного силового микроскопа (см. «Наука и жизнь» №8, 1989 г.). Не исключено поэтому, что в недалеком будущем эффект Казимира станет новым тестом для предсказаний фундаментальных физических теорий.




































Список литература.


  1. В.И.Аршинов, Ю.Л.Климонтович, Ю.В.Сачков. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И РАЗВИТИЕ: ДИАЛОГ С ПРОШЛЫМ, НАСТОЯЩИМ И БУДУЩИМ.

  2. Климонтович Ю. Л. Уменьшение энтропии в процессе самоорганизации. S-теорема. Письма в ЖТФ, 1983, т. 8.

  3. Зельдович Я.Б. Возможно ли образование Вселенной «из ничего»? Природа, 1988, N4, с.16-27.

  4. Мостепаненко А.М., Мостепаненко В.М. Концепция вакуума в физике и философии. Природа, 1985, N3, с.88-95.

  5. Барашенков В.С., Юрьев М.З. О новых теориях физического вакуума. Физическая мысль Росcии, 1995, N1, с.32-40.

  6. Коэн П.Дж. Теория множеств и континуум-гипотеза. Пер. с англ., М.: 1969.

  7. В.Жвирблис. Не «мировой эфир», а физический вакуум.

  8. Основы струнной теории.

  9. Г.И. Шипов Теория физического вакуума.

  10. Гинзбург В.Л., Фролов В.П., УФН, 153, 633 (1987).

  11. Герловин И.Л. Основы единой теории всех взаимодействий в веществе. — Л.: Энергоатомиздат, Ленингр.отд-ние, 1990.-432 с.

  12. Косинов Н.В. Физический вакуум и природа, N1, 1999, с.24-59, с.82-104.; N2, 1999, с.16-29.; N3, 2000, с. 98-110.

  13. Косинов Н.В., Гарбарук В.И. Вакуумное происхождение электрона. Физический вакуум и природа, N1/1999.

  14. Косинов Н.В., Гарбарук В.И. Вещество; Материя; Поле физическое; Физический вакуум. Краткий энциклопедический словарь по эниологии.- Одесса: Энио, 2002. с. 71; с. 210; с. 256; с. 334.

  15. Косинов Н.В. Физический вакуум и гравитация. Физический вакуум и природа, N4, 2000.

  16. Косинов Н.В. Константные базисы новых физических теорий. Физический вакуум и природа, N5, 2002, с.69-104.

  17. Косинов Н.В. Константы Дж. Стони.

  18. Косинов Н.В. Унитрон — триединая субстанция вакуума. Идея, N2, 1994, с.11-17.

  19. Косинов Н.В. Континуальный и унитронный вакуум. Физический вакуум и природа, N2, 1999, с. 22-27.

  20. Косинов Н.В. Вакуум-гипотеза и унитрон-теорема. Физический вакуум и природа, N2, 1999, с. 30-35.

  21. Солонар Д.П. Термодинамика и вакуум.

  22. Болдырева Л.Б., Сотина Н.Б. Модель сверхтекучего физического вакуума. 1992 г, 30с.

  23. Косинов Н.В. Вакуумные переходы с изменением сигнатуры метрики. Идея, N4, 1996, с.11-17, Идея, N5, 1997, с.290-299.

  24. Косинов Н.В. Эманация вещества вакуумом и проблема структурогенеза. Идея, N2, 1994, с.18-31.

  25. Косинов Н.В. Глубины микромира и новые естественные единицы длины, массы, времени.

  26. Л.Б.Окунь. О статье Г.Гамова, Д.Иваненко и Л.Ландау «Мировые постоянные и предельный переход». Ядерная Физика, т,65, сс.1403-1405, 2002.

  27. Мостепаненко В.М., Трунов Н.Н. Эффект Казимира и его приложения. «Успехи физических наук» т. 156, вып. 3, с. 385...426. 1988

  28. Гриб А.А., Мамаев С.Г., Мостепаненко В.М. Вакуумные квантовые эффекты в сильных полях. М., «Энергоатомиздат», 1988.

<< предыдущая страница