Современная физическая картина мира без парадоксов релятивизма (взгляд инженера-исследователя).
Собственно современная безальтернативная физическая картина мира в том виде, как ее принято сейчас обрушивать на головы еще не подозревающих подвоха студентов и даже школьников, очень хорошо представлена в докладе В.Ф. Мастерова и А.И.Мамыкина.[1]
Методика преподавания современной "заматематизированной" физики как будто специально предназначена для того, чтобы заставить студента не постигнуть физический смысл, а принять на веру некую математическую модель.
Отметим лишь некоторые тенденции в этой области. Например, основной направленностью научных исследований считают открытие законов природы. А ведь только человек, умудренный жизненным опытом может сообразить, что никаких законов природы не существует. Существуют лишь некоторые закономерности, которые может уловить тот или иной экспериментатор или теоретик.
В прошлом веке стало прямо-таки модным подменять физический смысл интерпретацией математических формул. В качестве объяснений свободно используются мысленные эксперименты "для потомков", т. е. такие, которые невозможно будет практически осуществить в обозримом времени. Особенностью развития науки прошлого века явилось создание в российском государстве официально утвержденной научной парадигмы, тщательно охраняемой с помощью президиума Российской Академии Наук (РАН) и небольшого числа честно заблуждающихся физиков-догматиков.
И вот, в центре этой картины мира оказалась теория относительности с ее позитивистским релятивизмом. Почему вообще эта насквозь парадоксальная теория могла стать основой физики XX века? Ответ подсказывает вся история науки: науку творят ученые и ничто человеческое им не чуждо.
Теория относительности была "раскручена" несколькими известными физиками в условиях отсутствия, как тогда казалось, других столь же оригинальных физических концепций. Вообще-то, наверное все физики любят парадоксы.
Во-первых, это как-то привлекает внимание остальных людей и тем самым подчеркивает значимость физиков в обществе, так как только они могут разъяснить всем остальным "чайникам" всякие физические понятия, придуманные (кстати, самими же физиками) для объяснения сущности природных явлений.
Во-вторых, парадоксы делают физику более увлекательной наукой. Красота теории в прошлом веке стала чуть ли не основным критерием ее правильности.
Но инженеры-исследователи - народ более прагматичный, для них важна целостная непротиворечивая физическая картина мира, которую можно было бы осознать (или в которую можно было бы поверить), руководствуясь обычным жизненным опытом - здравым смыслом.
Дело в том, что как бы нам ни хотелось познать Природу as is (как она есть), человек не может этого сделать в полной мере, являясь ее частью. Судя по всему, человечеству суждено вечно создавать теоретические модели мира на основании экспериментальных данных и затем корректировать эти модели после проведения новых экспериментов.
Принимая это во внимание, инженер-исследователь скорее всего согласится, что в первую очередь физическая модель мира должна наиболее адекватно описывать ту реальность, которую мы познаем, используя свои органы чувств.
Чем сложнее прибор, с помощью которого мы исследуем природные явления, тем в большей степени мы зависим именно от данного способа проведения измерений. Вот тут то и возникают серьезные перепалки в стане физиков, доказывающих адекватность своих концепций на основе полученных тем или иным исследователем экспериментальных данных.
Подобный переполох произошел в конце XIX, начале XX веков после того, как Максвелл предложил, а Майкельсон провел судьбоносный для физики эксперимент. До проведения этого эксперимента считалось, что мировое пространство заполнено светоносным эфиром, т.е. промежуточной средой, ответственной за перенос в том числе и электромагнитных волн.
И никто не сомневался в реальности этой сверхтонкой и неуловимой среды, которая и обеспечивала все виды взаимодействий. Из уравнений Максвелла получалось, что принцип относительности Галилея для электродинамики не справедлив. Тогда ученый решил детальнее исследовать движение электромагнитных волн в эфире и предложил эксперимент, в котором измерялась бы скорость света, идущего от земного источника на движущейся Земле в направлении её движения, и затем сравнивалась со скоростью света, измеренной в противоположном направлении.
Если Земля не увлекает при своём движении окружающий эфир, то в первом случае эта скорость равна c1=c–v, а во втором случае c2=c+v, где v–скорость Земли.
Однако для проведения такого опыта нужно уметь измерять время движения сигнала в одном направлении, а эта задача была экспериментально неразрешима. Поэтому во всех проводимых на Земле опытах скорость света определялась по времени его прохождения в прямом и обратном направлениях.
Следовательно, для того чтобы определить влияние движения Земли на скорость света, остается возможность сравнить время прохождения светом определенного расстояния туда и обратно вдоль движения Земли и в направлении, перпендикулярном этому движению.
Майкельсон сконструировал специально для этой цели интерферометр. Из его расчётов следовало, что смещение интерференционных полос, если считать скорость v равной орбитальной скорости Земли, должно быть равно 0,04 расстояния между соседними полосами.
Однако после проведения экспериментов выяснилось, что это смещение не превышает 0,015, что можно было объяснить ошибками наблюдения. Отсюда сделали вывод, что эфирного "ветра" не существует и, следовательно, эфир, окружающий Землю, увлекается ее движением.
В то время уже имелась теория Френеля (о частичном увлечении эфира движущимися телами), которая объясняла многие экспериментальные факты, но противоречила результатам опыта Майкельсона. С другой стороны, теория Стокса (полностью увлекаемого эфира) объясняла результаты опыта Майкельсона, но не могла объяснить явление аберрации света.
Фитцджеральд и независимо от него Лоренц сформулировали контракционную гипотезу. По Лоренцу выходило, что существует всюду неподвижный эфир, в котором движутся электрические заряды. В эфире распространяется электромагнитное возмущение, создаваемое зарядами и в свою очередь действующее на заряды.
Эта теория объяснила все известные экспериментальные факты за исключением результатов опыта Майкельсона. Поэтому Лоренц и предложил считать, что всякое тело, движущееся относительно эфира, сокращается в направлении движения .в (1 – v2/c2)1/2 раз и происходит замедление во столько же раз темпов всех процессов.
Он допускал, что, подобно электрическим взаимодействиям молекулярные силы также передаются через эфир, и их величина будет зависеть от движения тел, как зависят электрические и магнитные силы от движения зарядов.
В отличие от Лоренца Пуанкаре сразу стал исходить из справедливости принципа относительности Галилея и обобщил его на любые явления природы (в том числе и на оптические).
Однако модель Лоренца-Пуанкаре все же приводила к неравноправию покоящейся и движущейся в эфире систем. Чтобы получить равноправное описание всех инерциальных систем и удовлетворить принципу относительности, пришлось вместо классического сложения скоростей ввести условное соглашение о равенстве скорости света во всех направлениях во всех системах отсчета.
Но считалось, что это является конвенциальным условием (теоретическим соглашением, а не реальным фактом). В этот момент физика еще могла пойти по правильному пути. Скорректировать уравнения электродинамики так, чтобы они соответствовали принципу относительности Галилея в интерпретации Пуанкаре и принять существование эфира, признав, что все опыты по измерению движения Земли относительно эфира заведомо дадут отрицательный результат (в полном соответствии с принципом относительности).
Принять материалистическую трактовку экспериментальных данных, допускающую наличие искажения информации при движении тел, а не реальное изменение размеров, масс и темпа процессов.
Очевидно, что непререкаемый авторитет перечисленных выше выдающихся физиков не позволил бы в то время принять подобные допущения. Зато авторитет другого известного физика - Эрнста Маха, основоположника физического позитивизма, в значительной степени способствовал продвижению специальной теории относительности (СТО) А.Эйнштейна.
Далеко не все ученые того времени немедленно поверили в эту теорию, ведь несмотря на все успехи, почти с самого начала СТО столкнулась с теоретическими трудностями. "Позитивистская методология с неизбежностью привела СТО, во-первых, к трактовке изотропности электромагнитной волны (с точки зрения любого наблюдателя) как закона природы, а не как вполне естественного артефакта, эффекта искажения информации; во-вторых, к произвольной подмене физики как науки о действительном имитационной математической моделью, хотя математика является наукой о возможном, т.е. объем ее понятий неизмеримо шире объема физических понятий; и в-третьих, к отказу от материального эфира в физическом пространстве и к замене его идеальным полем векторов и скаляров в пространстве координат."[2,стр.46-47].
Однако вскоре на практике подтвердилось предсказание Эйнштейна об отклонении луча света в поле Солнца. Кроме того, с позиций СТО удалось объяснить причину смещения орбиты Меркурия. Это принесло А.Эйнштейну подлинный триумф и укрепило веру в его теорию.
Множество экпериментов было проведено с целью демонстрации справедливости теории Эйнштейна. Подробный анализ подобных экспериментов показывает, что в большинстве случаев результаты получены на грани чувствительности методики эксперимента, на их интерпретацию решающее влияние оказывает представление самого исследователя о сущности явления, и, соответственно, его невольное желание отбросить результаты, не подтверждающие теорию [3].
Во второй половине прошлого столетия было опубликовано много теоретических концепций, претендующих на то, чтобы занять главное место в физической картине мира, потеснив теорию относительности. Некоторые теоретики пытаются ее слегка подкорректировать. Много интересных замечаний по поводу теории относительности можно найти, например, в журнале Galilean Electrodynamics & Ged-East и др.
Один вариант такого "косметического ремонта" предложен академиком А.А.Логуновым [4]. Он видит основной недостаток теории Эйнштейна в отказе от интерпретации гравитационного поля в обычном для физики смысле, какой придавали понятию "поле" его творцы, Фарадей и Максвелл.
Еще в 1918 году Шредингер, изучая общую теорию относительности, попробовал решить одну из простых задач этой теории - найти величину гравитационного поля и плотность его энергии вне массивного тяготеющего шара. И очень удивился, когда обнаружил, что можно выбрать такие трехмерные координаты, в которых плотность энергии-импульса гравитационного поля вне шара будет равняться нулю. На что Эйнштейн тут же нашел некие оправдания.
Логунов совершенно справедливо вслед за Шредингером решил, что выбор удобных координат не может влиять так значительно на результат, и создал свою релятивистскую теорию гравитации (РТГ), покритиковав общую теорию относительности (ОТО) (не возражая при этом против СТО), тем более, что Эйнштейн помешать Логунову уже не мог.
Результатом этого "украшательства" теории относительности Логуновым явилась длительная вялотекущая (в связи с изменившейся в России социальной обстановкой) дискуссия, перенесенная в околонаучную среду [5]. Такая дискуссия вполне могла быть специально задумана где-то в недрах РАН, чтобы отвлечь внимание от неадекватности всей теории относительности в целом.
Другие авторы пытаются критиковать СТО, создавая собственные модели строения эфира (с подробным описанием его характеристик) [6,7], характеристик фотонов [8] и т.п. (см. также в Интернет на сервере Yahoo.com в разделе "новая физика").
В некоторых работах приводятся физико-поэтико-философские основы мироздания [9] или, наоборот, четко структурированное нагромождение сущностей [10], которые так и просятся под "бритву Оккама".
Пожалуй, для здравомыслящего инженера-исследователя основные положения физической картины мира наиболее адекватно представлены в работах [11, 12]. Предполагается, что эфир (он же "физический вакуум", он же "промежуточная среда") существует, и через него осуществляется взаимодействие между материальными телами (подробного описания характеристик эфира не дается потому, что на сегодня нет достаточного количества непротиворечивых экспериментальных данных по этому поводу).
Принцип относительности Галилея в обобщенной трактовке справедлив. Действительно, никакими способами нельзя определить равномерное прямолинейное движение системы материальных тел относительно эфира, так как внутри данной системы в процессе движения с измерительным прибором происходят точно такие же изменения, как и с тем объектом, который им измеряется. (Кстати, вполне вероятно, что этот принцип справедлив и для системы тел, движущейся прямолинейно с переменной скоростью относительно эфира).
Однозначно принимается материалистическая парадигма физической реальности. Предлагается отказаться от теории относительности, которая выдает иллюзию за реальность, вернуться к классической физике и скорректировать ее, приведя в соответствие с принципом близкодействия (т.е. передачи взаимодействий через промежуточную среду, а не мгновенно через пустое пространство) и принципом относительности Галилея [2]. Рассмотрим основные идеи этой своего рода "неоклассической" концепции более подробно.
Коррекция классической механики
Классическая физика XIX века исходила из предположения о мгновенной скорости распространения взаимодействий, но после измерения скорости света стало ясно, что для электромагнитных явлений эта скорость не превышает примерно 300000 км в секунду. Это запаздывание в наше время наблюдается и в повседневной жизни, тем более его следует учитывать при исследовании явлений, связанных с передачей информации с помощью электромагнитных волн.
Измерим длину и скорость стержня, пролетающего мимо нас со скоростью v0. До начала эксперимента длина стержня в неподвижном состоянии составляет L0 , время будем измерять с помощью обычного секундомера.
Когда в процессе эксперимента начало движущегося стержня поравняется с началом шкалы неподвижной линейки, то находящийся в том же начале шкалы наблюдатель увидит другой конец стержня не напротив деления L0 неподвижной линейки, а напротив того деления L1 > L0, изображение которого принес световой луч со скоростью с в тот момент, когда начало стержня поравнялось с началом шкалы линейки, т.е. с запозданием на L1/c (см.рис.1).
За это время дальний конец стержня как раз пролетит путь от L1 до L0, так что L1 - L0 = v0 L1 /c и, поэтому, L1 = L0 /(1- v0 /c). Когда конец стержня поравняется с началом шкалы линейки, то мы увидим его не напротив L0, а напротив L2< L0, т. е. L2 = L0 /(1+ v0/c). Определив промежуток Dt времени прохождения стержня мимо начала шкалы линейки от начала до конца, получим
v1 = v0 /(1- v0 /с) и v2 = v0 /(1+ v0 /c).Таким образом, приближающийся стержень кажется более длинным и быстрее двигающимся, чем удаляющийся стержень той же длины L0. Аналогичные результаты получатся если стержень остается неподвижным, а наблюдатель движется вместе с линейкой.
Рис.1 Кажущееся изменение длины движущегося стержня.
Пусть в процессе измерений стержень движется относительно неподвижной линейки со скоростью v01, а исследователь - ему навстречу со скоростью v02 (относительно той же неподвижной линейки).
В тот момент, когда начало стержня с одной стороны и движущийся с другой стороны вместе со своей линейкой исследователь поравняются с началом шкалы неподвижной линейки, наблюдатель на своей движущейся линейке увидит
L1' = L1 / (1 - v02/c), т.е.
L1' = L0 /(1 - v01 /c)(1 - v02 /c),
поскольку для него отрезок L1 неподвижной линейки как бы движется навстречу ему, со скоростью v02.(см. рис.2).
Рис.2 Искажение длины стержня при встречном движении
В этих условия при наблюдении за уже пролетевшим началом стержня, когда его конец поравняется с началом шкалы неподвижной линейки и наблюдателем, тот увидит
L2' = L0 / (L + v01 /c)(1 + v02 /c).
При движении наблюдателя и стержня в одном направлении получим
L1" = L0 / (1 - v01 /c) (1 + v02 /c) и L2" = L0 /(1 + v01 /c)(1 - v02 /c)На собственном опыте мы знаем, что человек (или прибор) усредняет информацию об одном и том же объекте, поступающую одновременно. Так, для электромагнитной (оптической) природы явлений характерна гармоническая симметрия наблюдаемой анизотропии измерений потому, что гармоническое среднее дает истинное значение L0 без всяких искажений.
Действительно,
Lгарм. = (2 L1 L2) /(L1 + L2) = L0 ,где Lгарм.. - обратная величина среднего арифметического обратных усредняемым величин:
Lгарм. = 1/[(1/ L1 + 1/ L2) /2], а vгарм.= (2v1v2) / (v1 + v2) = v0.Тогда среднее гармоническое для анизотропии измерений при обоюдном встречном движении составит
LSгарм.= (2 L1' L2' ) / ( L1' + L2' ) = L0 /(1 + v01v02/c2),
а для скоростей
vSгарм.= (v01 + v02 ) / (1 + v01v02/c2) ,
где v01 + v02 = L/Dt, если Dt - время прохождения стержня мимо наблюдателя при их обоюдном встречном движении.
Эта формула совпадает с формулой сложения скоростей по Эйнштейну, но она вытекает из ошибок измерений и способа гармонического усреднения анизотропии этих измерений. Поэтому при равенстве одной из скоростей v01 или v02 скорости света следует, что суммарная скорость сближения равна с как для неподвижного, так и для движущегося исследователя.
Но это кажущееся явление. Однако если принять другой способ усреднения информации, например, геометричеcкий, который характерен для механики и гравитации, то получатся другие результаты.
LSгеом.=(L1L2)1/2=L0/(1 - v02 /c2)1/2
и для скорости
vSгеом.=(v1v2)1/2 = v0 /(1 - v02/c2)1/2 .
Из этой формулы видно, что нет никакого роста массы m движущегося тела, а есть искажение информации о скорости тела. Умножив искаженную скорость на m, .получим известную формулу
mvгеом. = mv0/(1 - v02/c2)1/2 .
Теперь ясно, что Лоренцев фактор (1 - v02/c2)1/2 к массе никакого отношения не имеет. Дифференцируем это уравнение по времени (при постоянной массе). Учтем, что если наблюдатель не просто измеряет ускорение (силу), но должен сам двигаться с этим ускорением а0, и он (вследствии искажения получаемой им информации) станет двигаться не с желаемым ускорением, а с ускорением, которое измеряется им как а0, т.е. как бы под действием силы F, вызывающей ускорение а, измеряемое как а0.
Тогда получим формулу для релятивистской силы Минковского [11,стр.10].:
F = [F0 - (F0v0) v0 /c2] (1 - v02/c2)1/2
Еще раз отметим, что здесь нет никакой зависимости массы от скорости). Вычислим кинетическую энергию Wk движущегося тела неизменной массой m, взяв интеграл от 0 до v,
Wk = тmvгеом.dv = mv2/2 = mv02/ [2(1 - v02/c2)].
У Эйнштейна под интегралом Лоренцев фактор относится не к v, а к m и поэтому получается иное выражение
W=mc2/(1-v02/c2)1/2,
в котором вместо кинетической энергии возникает некая смесь статики и кинематики, а после интегрирования при v0 = 0 Эйнштейн получил mc2, т.е. внутреннюю энергию вместо нулевой кинетической [11,стр.11].
Вспомним формулы для искаженной длины стержня
L1' = L0/ (1 - v01/c)(1 - v02 /c), и L2' = L0 /(L + v01/c)(1 + v02/c).и проведя геометрическое усреднение получим
vSгеом = (v01 + v02)/((1 - v012/c2)(1 - v022/c2))1/2.
Из данной формулы видно, что если хоть одна из скоростей v01, v02 равна скорости света с, то суммарная кажущаяся скорость для любых механических измерительных приборов будет равна бесконечности. Это в частности означает невозможность обнаружения гравитационных волн.
Коррекция классической электродинамики
В электростатике принимается предположение о полной адекватности отражения заряда в окружающей среде (в духе материализма), т.е.
Поэтому в кинематике все поле заряда кажется наблюдателю (пробному заряду) анизотропным, т.е. при приближении и удалении Е = Е0(1 ± v/с), за счет кажущегося уменьшения или увеличения размеров площадки dS.
Пробный заряд реагирует на среднее арифметическое значение E, которое вытекает из гармонического усреднения длин, т.е. на E = (E1 + E2)/2 = E0(1 + v/с + 1 - v/с)/2 = E0.
Правильно воспринимая информацию о величине заряда, пробный заряд так же ощущает на себе действие вращающего момента сил
(Е2 – Е1)/2 = (v х Е0)/с = Вс, где В = (v х Е0)/с2 - магнитная индукция, вызванная движением заряда.
В случае одиночного движущегося точечного заряда, его электрическое поле Е0 имеет сферическую симметрию, а магнитное поле В = (v х Е0)/с2, пропорционально синусу угла между v и E0, так что на самой линии движения оно равно нулю.
Если смотреть на эту картину сбоку, а также сверху или снизу, то изменение Н в зависимости от угла j между Е и v выглядит следующим образом (рис.3а). где H = Evsinj
а) магнитное поле .................б) электрострикционное поле
Рис.3. Поле движущегося заряда
Электрическое поле Е0 по сторонам летящего электрона не изменяется, хотя апологеты релятивизма утверждают, что оно по бокам заряда при движении со скоростью света равно бесконечности [13,стр.259]. Однако, сам пробный заряд при движении будет сжиматься по бокам.
Если же движутся со скоростями v1 и v2 как источник информации, так и ее приемник (пробный заряд), то информация искажается дважды, т.е. сначала за счет движения источника, а затем за счет движения приемника.
Как показано в [12] движение заряда отражается в среде не только в форме векторного магнитного поля В, но и в форме скалярного поля Т = vЕ/с2 . Оно имеет форму, показанную на рис.3б. При этом линии Т спереди и сзади заряда образуют пары сферических поверхностей.
Учитывая эффект сжатия заряда данное поле предложено называть электрострикционным. Хотя необходимо еще раз подчеркнуть, что электромагнитное и электрострикционное поля не является каким-то особым видом материи, это всего лишь искажения силы взаимодействия, измеренной в статике. В частности это означает и то, что магнитных монополей не может существовать, и попытки их обнаружения в середине прошлого века с самого начала были обречены на неудачу.
Вспомним из классики, что если на один из взаимодействующих зарядов действует сила
F , то и на другой действует такая же сила, только в противоположном направлении. Если учесть, что поле от одного заряда к другому искажается дважды: сначала при движении источника, а затем при движении пробного заряда, то исходное поле Е
или в
E"
= Е0 + Е0 х v1 х v2 /с2 = Е0 – В1 х v2,
так что сила составляет Fл = q2Ел = q2(Е0 – В1v2).
При движении зарядов они испытывают обычное кулоновское взаимодействие и действие магнитной силы
FМ = - q2 В1х v2 = - q1В1х v1,
представляющее добавку по отношению к исходной кулоновской силе FК..
Таким образом феномен магнитного поля, который описывает поведение зарядов, есть результат искажения кулоновского поля в процессе движения зарядов. В результате одноименные заряды помимо кулоновского отталкивания еще и притягиваются магнитным полем, если движутся в одном направлении, но дополнительно расталкиваются при встречном движении. Для разноименными зарядов все происходит наоборот.
Сила Лоренца описывает взаимодействие движущихся зарядов как между собой, так и с внешним магнитным полем, однако, она противоречит обобщенному принципу относительности Галилея.
Действительно, если заряды движутся друг за другом с одинаковыми скоростями, то сила их взаимодействия не отличается от электростатической В1 = v1 х Е0 /с2 = 0, т.к. угол между v1 и Е0 равен нулю.
Но, если заряды движутся параллельно друг другу, то сила их взаимодействия ослабевает в (1 - v2/с2) раз, поскольку углы между v1 и Е0 и между В и v2 составляют p/2, где v = v1 = v2.
Получается, что можно определить их абсолютное движение, просто поворачивая систему зарядов то вдоль, то поперек вектора скорости, что не соответствует обобщенному принципу относительности Галилея. Значит, кроме силы Лоренца существует еще сила, компенсирующая изменение электромагнитной силы при поворотах и делающая движущуюся систему не зависимой от таких операций.
Предположив, что мы имеем дело с дополнительным электрострикционным полем мы можем оценить величину этой добавки как
FД = - q2 (v1 Е0)v2/с2 = - q2Т1v2,
где скаляр Т – кинетический потенциал поля движущегося заряда.
Действительно, модуль суммы FМ и FД при одинаковых скоростях v зарядов всегда равен
q2Е0v2/с2
независимо от взаимного расположения зарядов.
Итак, вместо силы Лоренца существует
F = Fл + FД = q2 (Е0 – В1 х v2 - Т v2),
которая безразлична к взаимному расположению зарядов и соответствует принципу относительности, но зависит от скорости. Однако надо учесть, что при измерении силы движущимся с той же скоростью прибором его уравновешивающая система имеет либо гравитационную либо электромагнитную природу, что в свою очередь тоже приводит к искажению показаний в v2/с2 раз.
Таким образом в итоге показания прибора в целом не изменятся и принцип относительности остается справедливым. Как показано в [12] c учетом присутствия электрострикционного поля (т.е. дополнительного искажения кулоновской силы при взаимном движении зарядов) классическую систему уравнений электродинамики можно скорректировать следующим образом [12, стр.28]
divE = r/e +дT/дr
rot E = - дВ/дr
rotB + gradT = m jn - дE/дx2
divB = 0
Она отличается от максвелловской вторым слагаемым в правой части первого уравнения и вторым слагаемым в левой части третьего уравнения, содержащими кинетический потенциал Т стрикционного поля, которое подобно магнитному полю В, проявляет себя только в кинематике и динамике.
При этом электромагнитная волна является поперечной, поскольку представляет собой совокупность взаимообусловленных вихрей электрического и магнитного полей, располагающихся во взаимоперпендикулярных плоскостях; а электрострикционная волна является продольной, поскольку в ней наведенный стрикционный заряд и перепад кинетического потенциала Т последовательно сменяют друг друга в направлении распространения волны.
Остается загадкой, почему Максвелл, составляя свою систему уравнений электродинамики на базе механистической модели эфира, не учел исследованные к тому времени продольные и поперечные волны в материальных телах. Введенное же им понятие тока "смещения" не позволило отразить сущность явления.
Действительно, если, например, к изолированному относительно земли металлическому шару подключить генератор переменного напряжения, то при вычислении магнитного поля интеграл по поверхности, охватывающей шар будет равен 0.
Т.е. переменного магнитного поля у шара нет, но как тогда будет распространяться электромагнитная волна от такого объекта. Вокруг шара находится непроводящая среда, токов нет. В этом случае более наглядно проявляется сущность поля T: вокруг шара распространяются сферические продольные электрострикционные волны.
Единая теория взаимодействий
В конце ХХ века наука накопила огромный объем информации о свойствах материи, начиная с характеристик элементарных частиц и завершая параметрами Метагалактики. На основе этих данных создано огромное количество феноменологических теорий.
С другой стороны, с самого момента зарождения материалистической парадигмы существовала тенденция создания единого концептуального подхода по интерпретации всего многообразия существующих теоретических и экспериментальных данных о свойствах объектов физической реальности. Единая физическая теория электродинамики и гравитации теория уже со времен Максвелла. С точки зрения инженера-исследователя просто интересно посмотреть как бы со стороны на перепитии физической науки с единственной целью - понять, в чем же тут дело.
В конце XIX столетия первые шаги в построении "электромагнитноподобной" теории гравитации были сделаны Хевисайдом [14]. Позднее эта проблема затрагивалась также Лоренцем, Пуанкаре, Минковским и другими.
Понятие поля, потребовавшееся для релятивистских объединений это и есть Среда, отвергнутая релятивизмом же, но востребованная под другим наименованием "с заднего хода". Эйнштейн стремился решить проблему единства физики, но у него не получилось.
Теодор Калуца в 1921 г. показал [15] (во всяком случае многим так показалось), что электромагнетизм является своего рода "гравитацией" в ненаблюдаемых измерениях пространства. Он постулировал, что существует дополнительное измерение и общее число измерений пространства равно 4, а всего пространство-время насчитывает пять измерений.
Гравитационное поле в таком пятимерном мире проявляет себя в виде обычного гравитационного поля плюс электромагнитное поле Максвелла - если наблюдать этот мир из пространства-времени, ограниченного четырьмя измерениями. Таким образом, если мы расширим свои представления о мире до пяти измерений, то в нем будет существовать лишь единственное силовое поле - гравитация. То, что мы называем электромагнетизмом,- всего лишь часть гравитационного поля, которая действует в пятом дополнительном измерении пространства, которое обычный человек (инженер-исследователь) не в состоянии наглядно себе предтавить.
В теории Калуци-Клейна для описания слабых и сильных взаимодействий приходится вводить одиннацать измерений. Во второй половине ХХ века стала интенсивно развиваться физика элементарных частиц. Были обнаружены около 1000 элементарных частиц и предложено описание двух видов новых полей: сильное (ядерное) и слабое взаимодействие, поэтому изменился и подход к решению проблемы единства физики; для классификации элементарных частиц стали использоваться новые квантовые характеристики: лептонный заряд, барионный заряд, странность, очарование, цвет, четность, аромат, изотопический спин и т.д.
В 1957 году М. Гелл-Маном и Р. Фейнманом была создана универсальная квантовая теория слабых взаимодействий, которая объясняла все известные к тому времени факты, касающиеся превращения элементарных частиц, вызванных слабыми взаимодействиями.
В 1961 году М. Гелл-Маном и Р. Нееманом была заложена основа трехмерной теории сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика, основанная на существовании виртуальных частиц – кварков и глюонов, которые составляют первооснову частиц мезонов и барионов. Теория струн возникла в 60-е годы при попытках выяснить внутреннее строение адронов. Оказывается, что кварки, связанные друг с другом внутри адронов глюонами, в некотором отношении ведут себя подобно нитям или струнам.
Теория не была вполне успешной. В частности, обнаружилось, что при определенных условиях струны двигались бы быстрее света, что было недопустимо. В середине 70-х годов теория струн получила значительное развитие под влиянием концепции суперсимметрии. Вдруг решили, что взаимодействия якобы существуют лишь для того, чтобы поддерживать в природе некий набор абстрактных симметрий Описание гравитации на языке суперсимметрии получило название супергравитации.
В конце XX века количество вариаций на тему единой теории поля резко возросло. Можно отметить, например, эфиродинамику Ацюковского [16]. Другой автор - И. Герловин строил свою теорию всех взаимодействий, считая, что наблюдаемые в нашем лабораторном четырехмерном пространственно-временном континууме элементарные частицы являются проекцией фундаментальных первочастиц - фундаментонов единого многомерного расслоенного комплексного континуума. Вселенная, по этой теории - трехмерная сфера нулевого подпространства; каждая точка внутри такой сферы есть ее центр, см. также [17].
Здравый физический смысл не принимает подобного физического абстракционизма, эзотерической феноменологии и апологетики парадоксальности. Прежде всего давайте вспомним, что реально мы наблюдаем взаимное влияние материальных объектов друг на друга через промежуточную среду (физический вакуум = эфир). При этом возникают искажения информации о взаимодействующих объектах.
Для создания единой теории надо с самого начала предположить единую природу этих взаимодействий. Как показано в [11], можно построить универсальную теорию взаимодействий (единую теорию поля) через описание взаимодействия электрических зарядов. Действительно, выше было показано, что магнитные силы - это кулоновские силы действующие на движущийся заряд. Можно выести гравитацию из электрических сил, причем как раз из той составляющей, которой не было в классическом варианте у Максвелла.
Предполагая, что поскольку элементарные частицы подвержены либо прецессии вращения, либо орбитальному движению, то все они имеют составляющую возвратно-поступательного движения в направлении друг друга. При этом, если обозначить среднюю скорость возвратно - поступательного движения электронов v ', то по закону Кулона с учетом искажения информации взаимодействие двух электронов по формуле
DE = - (EЭ0v)v/c2
на расстоянии r друг от друга выразится соотношением
e2(1 - vэ2/c2)/4per2
Здесь первое слагаемое в скобках соответствует обычному отталкиванию одноименных зарядов, а второе слагаемое реализует их слабое притяжение, которое соответствует гравитации, так что -e2vэ2/ 4 pe r2c2 = - gmэ2/r2 откуда масса электрона
mэ = evэ /2c(peg)1/2,
если только средняя скорость возвратно-поступательного движения электронов в направлении друг друга имеет порядок vэ ~ 10-13 м/c
Аналогично и масса протона имеет вид
mпр = evпр/2c(peg)1/2,
если vпр ~ 10-10 м/c
При взаимодействии электрона и позитрона следует учесть встречную прецессию разноименных зарядов, так что попрежнему
- e2vэvпоз/ 4pe r2c2= - gmэmпоз/r2, a
mпоз = mэ = evэ/2c(peg)1/2.
Из практики известно, что гравитационное поле - потенциальное (вихревую составляющую его пока обнаружить не удалось). Единственным источником его является масса m тела, т.е. для него
D0 = dmi /dS
где D0 – вектор плотности наведенной массы, аналогичный вектору потока смещения в электродинамике, S – площадь произвольной замкнутой вокруг m поверхности интегрирования, dS нормальной вектору D0.
А так как dS = dLxdL
где dL – длина стороны площадки dS, то из-за искажения информации при движении источника поля со скоростью v вдоль одной из сторон площадки dS в среднем произойдет кажущееся увеличение площадки до dLxdL(1-v2/c2)1/2 и соответствующее уменьшение
D* = dmi (1 - v2/c2)1/2/dS = D0 (1 - v2/c2)1/2
Т.е. если исследователь судит о величине движущейся массы по плотности поля D, он обнаружит уменьшение массы движущегося тела (но это кажущееся явление).
Теория позволяет описать и известные гиромагнитные явления, из - rot B = grad T следует, что изменение магнитной индукции, например, при намагничивании тела, вызывает изменение Т, т.е. например, скорости вращения тела
- rot dB/dr = grad dT/dr
Напротив, раскручивание тела вызывает его намагничивание. То есть магнитное поле Земли создается за счет ее вращения вокруг своей оси. Как показано в [11] для случая точечной массы в статике имеем для потенциала U0 = - gm/r и
U = - gmc2/(rc2 - gm)
а для напряженности гравитационного поля
E0 = - gm/r2 и
E = - gmc2/(rc2 - gm)r.
Тогда при аннигиляции массы, когда радиус r тела становится равным нулю, выделяется энергия W = mU = mc2, т.е. опять все обошлось без релятивистских парадоксов.
Кроме того, при малых по сравнению с gm/c радиусах r тела сила, действующая на пробную массу изменяет знак, т.е. притяжение переходит в отталкивание.
Поведение силы вблизи r = gm/c2 определяет сильное взаимодействие, которое на больших по сравнению с gm/c2 расстояниях r от источника поля становится классической ньютоновской гравитацией U ~ U0 и E ~ E0.
В космологии эта формула описывает поведение пульсаров, которые то сжимаются, когда r > gm/c2 , то расширяются, когда r становится меньше gm/c2 и так называемые "черные дыры" как состояние тел размером r = gm/c2 или чуть большим, когда их притяжение близко к бесконечному.
В динамике потенциал гравитационного поля должен был бы стать запаздывающим:
Вопрос о том, имеет ли нейтрино массу покоя - один из важных вопросов единой теории взаимодействий
Чтобы решить этот вопрос, физики во всем мире с помощью экспериментов стараются получить оценку массы нейтрино. Главная трудность в том, что эта частица практически не взаимодействует с веществом и ее трудно обнаружить. Но чем дольше проводятся наблюдения и чем больше масса используемого вещества, тем ниже фон и тем больше вероятность заметить нейтрино. Сейчас предполагается, что масса этой частицы меньше массы электрона примерно в 104 раза, хотя в середине июня этого года появилось сообщение о том, что в обсерватории Садбюри (Канада) получено значение меньше предполагавшегося теоретически.
Нейтрино может играть большую роль в модели Вселенной, являясь одним из видов "темной материи", которая составляет большую часть массы Вселенной . С нейтрино также связана еще одна проблема - недостаток солнечных нейтрино по сравнению с тем, что дали бы термоядерные реакции, поддерживая светимость Солнца на наблюдаемом уровне.
Возможно этот эффект можно объяснить квантомеханическими осцилляциями - переходами из одного типа нейтрино в другой. Это с одной стороны объяснило бы недостаток солнечных нейтрино, с другой, свидетельствовало бы о ненулевой массе нейтрино.
Расчет массы и радиуса нейтрино в соответствии с "неоклассической" теорией приведен в работе [12]: Нейтрино состоит из двух частиц (положительной и отрицательной, например, электрона и позитрона), находящихся на таком расстоянии, что силы притяжения и отталкивания уравновешены. Тогда "гравитационный" радиус электрон-позитронного нейтрино
r = g m0/c2 ~ 10–57 м, а масса m ~ 10–72 кг, . , где m0 - масса электрона.
Опираясь на прочный научный нерелятивистский фундамент вполне реально вернуть здравый смысл и в другие разделы физики.
Заключение
Изложенная выше концепция является вполне завершенной и позволяет восстановить здание физической науки, покореженное парадоксами релятивизма, выправив его фундамент. Специально поставленные эксперименты, подтверждающие справедливость приведенных формул, будут свидетельствовать в пользу рассмотренной "неоклассической" теории взаимодействий (в частности, эксперименты по обнаружению электрострикционного поля в чистом виде).
Однако анализ существующей физической картины мира показывает, что невозможно поставить эксперименты, доказывающие справедливость какой-то одной определенной теории. Поэтому, по-видимому, еще в течение как минимум нескольких десятилетий (пока не произойдет смена членов президиума РАН в силу естественных причин) все эксперименты, не подтверждающие релятивистскую точку зрения не будут рассматриваться академической наукой в России.
Официально теорию относительности отменять не будут, она постепенно растворится в потоке новых идей. И, наконец, когда-нибудь кто-то осуществит очередной судьбоносный для физики эксперимент в котором, например, два близнеца расстанутся, чтобы затем встретиться и убедиться в отсутствии замедления времени и всех остальных парадоксальных теоретических предсказаний. Тогда-то и наступит окончательно эпоха возрождения здравого смысла в физической науке.
Список литературы