Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

§ 3.2. Проблема фундаментальных принципов квантовых теорий физических полей (Problem of fundamental principles in quantum theories of physical fields)

Как известно, основные принципы квантовой механики положены в основу создания квантовых теорий физических полей. Наиболее завершенной на сегодняшний день считается теория квантовой электродинамики. По аналогии с данной теории строятся теории других взаимодействий.

Квантовая электродинамика строится на следующих принципах.

1. Принцип корпускулярно-волнового дуализма.

2. Принцип вероятности обнаружения элементарной частицы и связанный с ним вероятностный характер описания микромира.

3. Принцип тождественности элементарных частиц.

4. Принцип симметрии (частиц и античастиц).

5. Существование виртуальных частиц в физическом вакууме.

Поскольку на теории электромагнитного взаимодействия строятся теории других взаимодействий, остановимся на рассмотрении данных принципов и сделаем их анализ.

1°. Принцип корпускулярно-волнового дуализма

Истоки вопроса о том, что представляет собой свет, уходят еще в 17 столетие и выражались в утверждении противоречивых точек зрения. С одной стороны, утверждалось, что свет – это волна (Гюйгенс), с другой – поток «корпускул» (Ньютон).

В 19 веке Максвеллом была создана теория электромагнитного поля – уравнения Максвелла, – описывающие распространения в среде с конечной скоростью электромагнитных волн.

В начале 20 века немецким физиком Планком для объяснения закона равновесного теплового излучения была предложена гипотеза о дискретном характере излучения. Планк полагал, что энергия излучения испускается порциями и кратна некоторой величине, названная им квантом энергии (квантом действия, постоянной Планка).

В дальнейшем трудами Эйнштейна и ряда ученых было показано, что электромагнитное излучение не только испускается, но и распространяется квантами. Так Эйнштейн предположил, что макроскопическое электромагнитное излучение определенной частоты можно описывать двумя эквивалентными способами: либо как волну определенной интенсивности, либо как поток огромного числа фотонов определенной частоты и испускаемых порциями.

Кроме того, в 1924 году французским физиком Луи де Бройлем выдвинута гипотеза о том, что любой частице с определенной энергией и импульсом соответствует определенная волна (волна де Бройля).

Таким образом, был закреплен принцип корпускулярно-волнового дуализма материи, в соответствии с которым любые микрочастицы материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и другие) обладают свойствами и частиц (корпускул), и волн.

На наш взгляд, принцип квантово-волнового дуализма вытекает из попыток математического описания движения микрочастиц и необходимости данного математического описания. Сложность такого описания несомненна.

Пример 3.2/1

Так, установлено, что в 1 см3 твердого тела – 1022 ядер атомов (10 секстиллионов) и еще больше электронов. Что касается фотонов, то известно, электромагнитная лампа мощностью 100 Вт излучает за секунду более секстиллиона (1021) фотонов видимого света[114]. Из данных цифр становится понятно, что определить современными приборами, где движется конкретный фотон, а где волна из потока фотонов довольно сложно.

Из приведенного примера мы видим, что математическое описание движения микрочастиц не раскрывает в полной мере сущностей данных частиц, к примеру, квантов электромагнитного взаимодействия – фотонов.

В квантовой физике принято считать[115], что фотон является своеобразным «атомом» или неделимой более «порцией» электромагнитного излучения, причем сорт «атома», определяется определенной частотой излучения. Однако в макроскопических опытах участвует столь большое их число, что «атомизм» электромагнитного излучения в них себя не проявляет.

В квантовой теории света полагается[116], что носителями физических характеристик излучения типа энергии и импульса, волн и частиц, являются отдельные фотоны, а специфические волновые свойства излучения относятся к потоку огромного числа фотонов в целом.

Все это позволяет с большой точностью для объяснения многих явлений на микроуровне в рамках волновой теории поля применять волновые функции (уравнения), в рамках корпускулярной теории для характеристики дискретности излучения энергии – формулы, связанные соотношением частоты излучения и постоянной Планка.

Таким образом, на данном этапе развития науки волновое и корпускулярное описание микропроцессов не исключают и не заменяют, а взаимно дополняют друг друга.

Возможно, что в будущем при создании конкретных математических моделей на основе включения дополнительных нововведений в теорию физического поля данный дуализм найдет свое простое объяснение.

Уже сейчас в рамках теории Ацюковского предложена математическая и наглядно-образная модель, объясняющая, каким образом фотон может быть и частицей, и волной одновременно.

В соответствии с теорией Ацюковского фотон, представляющий собой вихрь эфира, всегда образуется в группе подобных вихрей. Данная группа вихрей имеет винтовую структуру, составленную из линейных расходящихся вихрей эфира, расположенных относительно друг друга в шахматном порядке. Такое образование имеет в гидромеханике аналог, так называемую вихревую дорожку Кармана[117]. В данной структуре вихри одного ряда вращаются в одном направлении, вихри второго ряда – в противоположном. Длиной волны фотона является расстояние между центрами вихрей одного ряда.

Замыкание винтовых вихревых потоков в торцах вихрей приведет к тому, что вихревое движение не будет распространяться за пределы узкой зоны пространства, прилегающего к фотону. Никакого кольцевого движения в окружающем эфире фотон не создает и, следовательно, будет восприниматься как электрически нейтральная частица.

Данные положения наглядно можно выразить на следующей схеме.

3.2_1_1.tif 3.2_1_2.tif 3.2_1_3.tif

а б в

Схема 3.2/1. Наглядное изображение фотона в виде волны и частицы одновременно (по В.А. Ацюковскому):а – продольное сечение; б – поперечное сечение при спине –1; в – поперечное сечение при спине +1

В соответствии с концепцией макро-микробесконечности мира в представленных рисунках фотона и его волны легко можно увидеть аналоги спиральных галактик, наблюдаемых в современных телескопах.

Однако, несмотря на данные догадки, сейчас мы можем лишь высказать предположение, что в любом случае на микроуровне частица при ее движении всегда остается частицей. Волна обнаруживается уже на макроуровне при движении лавины частиц или как результат воздействия частицы на среду в виде возмущения этой среды (например, волны на воде, звуковые волны в виде потока воздуха).

В недалеком будущем, при переходе к изучению фундаментальных фермионов и бозонов (в рамках, например, субфотонной механики) физики будут брать во внимание, как отдельную частицу фотонного излучения, так и порождаемое ей поле в виде возмущения окружающего частицу пространства субфотонной материи. Таким образом, создается, например, субфотонная волна, частицы которой, по нашему мнению, непосредственно участвуют в таких феноменах сознания, которые проявляются у людей в виде экстрасенсорных способностей.

Вывод

Принцип корпускулярно-волнового дуализма является естественным инструментом, позволяющим описывать явления в микромире на данном этапе развития науки с учетом имеющейся в настоящий момент инструментальной базы. С совершенствованием научно-технической базы многие аспекты корпускулярно-волнового дуализма будут уточнены.

2°. Принцип вероятности обнаружения элементарной частицы и связанный с ним вероятностный характер описания микромира

Вероятностный характер описания микромира, принцип неопределенности обнаружения микрочастиц – являются сердцевиной квантовой механики. Данный принцип связан с соотношением неопределенности В. Гейзенберга, согласно которому нет возможности измерить одновременно координату частицы и её импульс, поскольку данное измерение может повлиять на само это измерение.

Указанные положения резко отходят от представлений классической механики. Их введение диктовал ряд сложностей, с которыми столкнулись физики в попытках дать описания движения элементарных частиц.

Так в 1926 году немецкий физик Макс Борн для описания электронной волны (как и других волн объектов микромира) предложил использовать вероятностное толкование движения электрона. В тех областях, где квадрат амплитуды волны больше, обнаружение электрона более вероятно, а в местах, где амплитуда мала, вероятность обнаружить электрон меньше.

В дальнейшем вероятностный характер описания микромира лег в основу квантовой механики, которая оперирует величинами, относящимися лишь к начальному и конечному (моменту регистрации) положению микрообъекта в пространстве.

В. Гейзенберг сформулировал знаменитый принцип (соотношение) неопределенности в 1927 году. Им было показано, что микрообъект (элементарная частица), может быть обнаружен в любой точке пространства, в которой волновая функция, определяющая его состояние, отлична от нуля.

Волновую функцию можно представить себе как амплитуду вероятности (т.е. величину, которая при возведении в квадрат дает вероятность) того, что частица находится в заданной точке, или имеет определенную энергию, или движется с определенной скоростью. Соответственно, волновая функция может быть функцией координаты, энергии, скорости и т.д. Например, вероятность обнаружить частицу в некоторой точке равна квадрату ее волновой функции, аргументом которой служит координата. Иногда эта вероятность равна единице – при этом говорят, что частица находится в состоянии с определенной координатой. Но обычно частица считается как бы размазанной по пространству, и ее координата с ненулевой вероятностью может принимать целое множество значений. Возникает вопрос: носит ли эта вероятность статистический характер, т.е. отражает разброс между свойствами различных частиц, или это свойство каждой отдельной частицы? Может быть, у каждой отдельной частицы имеется определенная координата, но частиц так много, что нам приходится описывать их статистически? Или размазанной в пространстве оказывается каждая частица? Последнее, с позиции классической механики, кажется невероятным, но именно это утверждали «отцы-основатели» квантовой теории. Так Бор, Гейзенберг, Шредингер считали, что поведение отдельно взятой частицы существенно вероятностно. Однако с этой точкой зрения многие не соглашались. Например, Эйнштейн, Подольский и Розен утверждали, что вероятностное описание отдельной частицы не соответствует физической реальности.

Наиболее наглядно возражения против вероятностного описания микромира были изложены в известном «парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена». Его история началась с 1935 года, когда Эйнштейн вместе с физиками Борисом Подольским и Натаном Розеном написал статью «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?»[118], в которой описал следующий мысленный эксперимент.

Допустим, две одинаковые частицы A и B образовались в результате распада третьей частицы C. В этом случае, по закону сохранения импульса, их суммарный импульс pA + pB должен быть равен исходному импульсу третьей частицы pC, то есть, импульсы двух частиц должны быть связаны. Это даёт возможность измерить импульс одной частицы (A) и по закону сохранения импульса pB = pC – pA рассчитать импульс второй частицы (B), не внося в её движение никаких возмущений. Теперь, измерив координату второй частицы, можно получить для этой частицы значения ее импульса, что по законам квантовой механики невозможно. Отсюда Эйнштейн делает вывод, что, скорее всего, соотношение неопределённостей не является абсолютным, а законы квантовой механики являются неполными и должны быть в будущем уточнены путем введения каких-либо скрытых параметров.

При анализе данного мыслительного эксперимента английский физик Джон Белл в 1964 году получил неравенства, которые сейчас принято называть неравенствами Белла. Белл предположил, что скрытыми параметрами в данном эксперименте являются множество частиц и невозможность экспериментатора узнать набор физических параметров для каждой частицы. Возможно, что каждая отдельно взятая частица с момента своего рождения имеет совершенно определенные значения всех физических параметров, однако у разных частиц эти параметры различны. Если провести серию экспериментов с частицами, то можно получить результаты которые подтвердят или опровергнут наличие скрытых параметров. Другими словами, можно выявить закономерность детерминирования каких-либо показателей, а следовательно доказать существование скрытых параметров, связанных с огромным количеством частиц и трудностью проследить за каждой из них. В случае не обнаружения такого детерминирования, т.е. нарушения неравенств Белла, можно заключить, что скрытых параметров, связанных с множеством частиц нет, у любой частицы нельзя одновременно обнаружить и координату, и импульс, можно определить лишь вероятность возникновения того или иного физического параметра.

Начиная с 1960-х годов было проведено множество экспериментов по проверке неравенств Белла. В большинстве экспериментов в качестве коррелированных частиц использовались фотоны. Проведенные эксперименты показали: неравенства Белла нарушаются. А это значит, что несправедливо предположение, исходя из которого выведены неравенства, – предположение о том, что у обеих частиц существуют определенные параметры с момента их рождения. Вышеуказанных скрытых параметров у квантовой частицы не существует. Иначе говоря, эксперименты по проверке неравенств Белла доказывают существенно вероятностное поведение даже отдельно взятой частицы.

Ниже мы рассмотрим конкретный пример (пример 3.6), в котором наглядно демонстрируется необходимость введения положений о вероятностном характере описания микромира и неопределенности обнаружения микрочастиц. При анализе данного примера, а также в последующих главах настоящей работы мы выдвинем предположение о существовании других скрытых параметров, которые могут пролить свет на понимание сущности не только вышерассмотренного парадокса, но и других загадочных квантово-механических явлений.

На наш взгляд скрытыми параметрами, необходимыми для более полного описания микромира, являются конкретные трудности, связанные с наблюдением элементарных частиц. Эти трудности диктуются, прежде всего, отсутствием на данный момент необходимой инструментальной (технической) базы, позволяющей заглянуть в микромир и увидеть его структуру. Любые созданные на данный момент математические модели (например, волновые функции), пытающиеся описать квантово-механические явления являются не более чем абстракцией. Да, они дают, с одной стороны, некую согласованность с экспериментом, но, с другой стороны, они не раскрывают сущность данных явлений, не позволяют создать наглядную картину процессов, происходящих на уровне элементарных частиц.

По нашему мнению вероятностный характер описания микромира будет иметь место до тех пор, пока не будут созданы более совершенные приборы наблюдения микромира и соответственно пока не изменится взгляд на «бесструктурность» некоторых элементарных частиц (фотонов, электронов, кварков).

Так проблема обнаружения элементарной частицы и определения ее траектории связана, как мы отметили, с нахождением для этого инструментальной базы. На сегодняшний день заглянуть в структуру электромагнитного поля мы можем лишь с помощью самого этого поля (фотона). Это, примерно, то же самое, что попытаться разрезать нож тем же самым ножом.

Уточнить координаты микрообъекта на сегодняшний день возможно лишь при условии, что на этот объект будет направлен поток фотонов (электромагнитная волна). Но при определенном положении микрообъекта фотон может дать точность, равную лишь длине его волны, которая обратно пропорциональна его частоте[119]. Если энергия фотона велика (высокочастотный свет), то он вносит большую погрешность в скорость движения микрообъекта. Если же использовать фотоны с низкой энергией (большей длины волны), то тем самым мы жертвуем точностью определения координат микрообъекта. Другими словами любое «подглядывание» за микрообъектом (допустим за тем же фотоном) меняет траекторию движения, координаты микрообъекта.

Однако если предположить возможность определения положения частиц не фотоном, а его составляющими (т.е. его собственным полем, «полем фотона»), то данная проблем разрешается.

Пример 3.2/2

Ярким примером, демонстрирующим необходимость введения положений о вероятностном характере описания микромира и неопределенности обнаружения микрочастиц, являются серии опытов с фотонами и электронами[120].

Дадим им краткую характеристику и выразим свое мнение.

Известны следующие состояния поляризации для фотона: правая, левая циркулярная поляризация, а также линейная поляризация по осям координат. Речь идет о различных положениях в пространстве фотона, в зависимости от направления вращения и угла поворота.

В серии проведенных опытов с электромагнитным излучением крайне малой интенсивности, позволяющей следить за поведением отдельных фотонов, установлено, если падающее электромагнитное излучение поляризовано правоциркулярно, то каждый фотон свободно проходит через правоциркулярный поляризатор и обязательно поглощается левоциркулярным (см. Схему 3.2/2). Если же падающее электромагнитное излучение поляризовано линейно, например, вдоль оси у, то каждый фотон проходит через линейный поляризатор, ориентированный вдоль оси у (см. Схему 3.2/2-2, а), и поглощается линейным поляризатором, ориентированным вдоль оси z (см. Схему 3.2/2-2, б).

При усложнении опыта, например, прохождение циркулярно поляризованного излучения через призму Николя (установленную под углом 45°), открывается следующая ситуация. Некоторые фотоны выхолодят из призмы Николя линейно поляризованные по оси у, а некоторые по оси z, причем тип поляризации очередного регистрируемого фотона совершенно непредсказуем (см. Схему 3.2/2-3).

Еще более усложнение опыта с призмой Николя демонстрирует всю парадоксальность свойств фотона. Так, если применить две призмы Николя и пропустить через них правоциркулярно поляризованный фотон, то первая призма разлагает излучение на фотоны линейно поляризованные по осям у и z, а вторая вновь складывает излучение, так что в итоге из нее выходит излучение, обладающее той же циркулярной поляризацией, что и падающее (см. Схему 3.2/2-4). Однако из Схемы 3.2/2-3 логично вытекало бы, что фотон должен был выходить после второй призмы с равной вероятностью либо линейно поляризованным по оси у, либо по оси z, т.е. вторая призма Николя не должна была бы оказывать на него никакого влияния.

В квантовой физике сложившаяся ситуация интерпретируется следующим образом.

Установить, где, фотон распространяется как частица, а где, как волна, невозможно. Поэтому необходимо использовать для его описания вероятностные законы. Так физики отказываются применять к фотонам классические представления о движении по определенной траектории, а, следовательно, и отказываются от наглядности квантового описания.

На наш взгляд, данный отказ от наглядности и применение к описанию микромира исключительно математических конструкций, приводит в дальнейшем, например, при создании теорий слабых и сильных взаимодействий, к определенным заблуждениям (Далее данное утверждение будет аргументировано).

По нашему мнению результаты Схемы 3.2/2-4 говорят о том, что фотон, проходя через вещество (призму Николя, кристалл турмалина и т.д.) движется скачками, вступает во взаимодействие с другими фотонами. Взаимодействие может происходить по законам упругого удара, в результате чего фотон выбивает из вещества другой фотон, сам же занимает его место.

Кроме того, необходимо учитывать, что вступая во взаимодействие с веществом, фотон взаимодействует, в первую очередь, с внешней оболочкой атома, т.е. с электроном.

Структура электрона на сегодняшний день не определена. Известно только то, что в пределах расстояния 10–16 см, электрон проявляет себя как точечный объект[121].

В соответствии с нашей концепцией макро-микробесконечности мира электрон имеет структуру, состоящую из частиц, также имеющих дробную структуру.

Возможно, что фотоны по-разному могут взаимодействовать с электроном (в зависимости от энергии электрона). Они могут взаимодействовать с электроном по законам упругого удара, например, при рентгеновском и гамма-излучении (эффекте Комптона). Могут также поглощаться электроном и испускаться им (при других видах электромагнитного излучения). При этом возможно, что испускается уже другой фотон, а не поглощенный. Поглощенный же фотон, может занять место испущенного.

Важная особенность поглощения фотона, по нашему мнению, состоит в том, что сливаясь с электроном, фотон может «раствориться» в нем, т.е. составляющие фотон частицы присоединяются к внешней оболочке электрона.

В соответствии с современными воззрениями (об этом пойдет речь далее) электрон покрыт «шубой» фотонов. В соответствии с эфиродинамической теорией В.А. Ацюковского свободный электрон представляет собой оторванный от протона сколлапсированный вихрь в виде винтовое кольца сжатого эфира, в котором знак винтового движения, т.е. ориентация кольцевого движения относительно тороидального, противоположен знаку винтового движения эфира в теле протона, но количество кольцевого движения то же самое. Следовательно, он несет в себе заряд той же величины, что и протон, но знак заряда не положительный, как у протона, а отрицательный[122].

Электрон, находящийся в составе атома представляет собой присоединенный вихрь, образуемый вокруг протона. Такой вихрь получается, если внешние потоки эфира, ранее замыкавшиеся через центральное отверстие протона, будут замыкаться вовне. В таком вихре кольцевое движение будет иметь то же направление, что и кольцевое движение протона, а тороидальное – противоположное, поэтому знак винтового движения и присоединенного вихря будет противоположен знаку винтового движения протона, что и будет восприниматься как отрицательная полярность электрического заряда всего присоединенного вихря – электронной оболочки атома. Поскольку кольцевое движение целиком замыкается внутри этой внешней оболочки и не проникает во внешнюю область, вся система в электрическом отношении оказывается нейтральной. Так образуется атом водорода[123].

В соответствии с нашей концепцией в тех случаях, когда фотон «раствориться» в электроне (за исключением случаев его рассеивания, эффекта Комптона) часть его энергии (в виде частиц субфотонной материи) сбросится с электронной оболочки, начнет закручиваться и может создать систему фотонов.

Результаты опытов Схемы 3.2/2 демонстрируют парадокс движения фотона. Современная квантовая физика объясняет этот парадокс тем, что в какой-то момент фотон превращается в волну. На самом деле фотон просто меняет свою форму и внутреннюю структуру. Так, вступая во взаимодействие с электроном, он либо, сталкивается с ним по законам упругого удара (эффект Комптона), либо проникает вовнутрь электрона. Далее фотон может либо «раствориться» в электроне, либо в обновленном виде «вылететь» из него. При этом произойдет обмен составными частями электрона и фотона.

Разные направления вращения (импульсы) отдельно выходящих фотонов в соответствии со схемой 3.2/2-1 связаны с направлением магнитных моментов составляющих частиц вещества и энергией, которая тратится на преодоление магнитного поля данных частиц. Если магнитный момент совпадает, то энергии становится достаточно на обеспечение выхода фотона (возможно, другого фотона) (Схема 3.2/2-2, а). Если магнитные моменты не совпадают, то энергии становится недостаточно на выход фотона, и он поглощается (Схема 3.2/2-2, б).

Если магнитный момент не совпадает, то выбиваются другие фотоны с разными видами поляризации (как получится) (Схема 3.2/2-3).

При использовании второй призмы, происходит не сложение волн, а самосборка фотона из остаточной энергии, которая «помнит» первоначальную поляризацию фотона (Схема 3.2/2-4). Вторая призма в этом случае играет роль «усилителя» сигнала. Подробнее о механизме самосборки фотона и психического образа, возникающего у человека во время мышления, поговорим в седьмой главе.

Отсюда можно сделать вывод, что свет далеких звезд, дошедший до нас, может содержать совершенно другие фотоны, не вылетевшие из первоначального источника света в том виде, в котором они долетели до Земли.

Аргументация данного утверждения будет дана в § 6.1.

Продолжим наш пример.

Продолжение Примера 3.2/2

Аналогичные опыты с фотоном были проведены и с электроном[124]. В данном случае использовался прибор Штерна-Герлаха (Ш.-Г.) как своеобразный аналог призмы Николя, в котором вместо данной призмы применяется сильно неоднородное магнитное поле.

Так электрон с определенным магнитным моментом, движущийся через прибор Ш.-Г. с той же ориентацией магнитного поля, однозначно проходит данный прибор (см. Схему 3.2/2-5, а). Здесь наблюдается аналогия прохождения линейно поляризованного фотона через два параллельных поляризатора (см. Схему 3.2/2-2, а). Если же электрон, находящийся в том же спиновом состоянии, пропускается через второй прибор Ш.-Г. с противоположной ориентацией магнитного поля, то через него электрон не проходит вовсе (см. Схему 3.2/2-5, б). (Аналогия прохождения линейно поляризованного фотона через два взаимно перпендикулярных поляризатора, см. Схему 3.2/2-2, б).

Такая же аналогия возникает через пропускание электронов через два прибора Ш.-Г., повернутых друг относительно друга на определенный угол (см. Схему 3.2/2-6). Рассматривается аналогия с призмой Николь, где правоциркулярно поляризованные фотоны с равной долей вероятности выходят линейно поляризованными то по оси у, то по оси z (см. Схему 3.2/2-3). Здесь электроны после прохождения первого прибора «отбираются» в соответствии с их поляризацией, например, проходят только электроны с положительным спином. После прохождения второго прибора они выходят с равной
вероятностью, то с положительным спином, то с отрицательным (противоположно вращающимися своему движению, см. Схему 3.2/2-6).

Так же по аналогии со Схемой 3.2/2-4, если через два прибора Ш.-Г., каждый из которых ориентирован вдоль оси у, пропустить, поток электронов с положительным спином, а между ними установить магнитное поле противоположного знака, то через второй прибор электрон выйдет с положительным спином (см. Схему 3.2/2-7).

Данные опыты с электронами в кантовой физике также интерпретируются, как и опыты с фотонами. Общепринято, что любое «подсматривание» как между призмами Николя за фотонами, так и между приборами Ш.-Г. за электронами будет менять поляризацию выходящих фотонов и электронов и не ответит на вопрос, что же происходит между призмой Николя и приборами Ш.-Г.

Возникает типичная ситуация для квантовой физики, выходом из которой становится применение для описания электрона (так же, как и для фотона) принципов вероятности и неопределенности.

На наш взгляд, результаты Схемы 3.2/2 можно интерпретировать следующим образом.

По аналогии с предыдущими рассуждениями укажем, что электрон, так же, как и фотон, имеет внутреннюю структуру.

Проходя через магнитное поле прибора Ш.-Г., в соответствии со Схемой 3.2/2-5, а, в котором среда имеет (образно скажем) «попутный ветер», электрон беспрепятственно проходит данную среду в первозданном виде.

При изменении «ветра» на противоположное направление электрон расщепляется на составляющие частицы и захватывается средой; Схема 3.2/2-5, б.

При прохождении электронов через два прибора Ш.-Г. (в соответствии со Схемой 3.2/2-6) происходит следующая картина. При прохождении первого прибора не расщепляются электроны, которые попадают в «попутный ветер», именно они и выходят из первого прибора. Второй прибор гасит их энергию. При этом в электронах меняется их структура. Так в одних электронах начинают преобладать одни силы, которые складывают электрон в левую циркулярную поляризацию. В других электронах складываются такие внутренние силы, которые повторяют изначальную правую циркулярную поляризацию. Поэтому на выходе мы видим электроны с правой и левой циркулярной поляризацией.

При прохождении электрона через два прибора Ш.-Г. и магнитное поле противоположного знака (в соответствии со Схемой 3.2/2-7) мы предполагаем следующую картину.

При прохождении электрона через первый прибор Ш.-Г. он может попасть в «попутный ветер» и выйти из прибора не расщепленным. Однако, попадая в магнитное поле противоположного знака, электрон расщепляется. Через второй прибор выходит уже часть энергии электрона, которая собирается на выходе за счет внешней среды (субфотонной материи). При этом выходящая часть «помнит» свой изначальный импульс, и, объединяясь с частицами субфотонной материи, сохраняет данный импульс. В итоге, на выходе мы имеем электрон с такой же поляризацией, как и входящий.

Современная квантовая физика трактует это явление как существование электрона в виде волны и частицы одновременно. В соответствии с концепцией макро-микробесконечности мира и теорией Ацюковского такое явление можно объяснить существованием в пространстве уплотненной среды – вихрей, распространяющихся в виде волн в определенном порядке. При встрече с препятствием данные вихри могут расщепляться на составляющие части, а затем по принципу самосборки приобретает прежний вид.

Проиллюстрируем сказанное на следующей схеме.

3.2_2.tif

Схема 3.2/2. Опыты с фотонами и электронами

Как мы видим, данные опыты могут свидетельствовать, что электроны и фотоны отнюдь не являются «бесструктурными» образованиями, какими их общепринято признавать.

Кроме того, высказанное нами предположение может подтверждаться явлением квантовой телепортацией.

Здесь лишь укажем, что свойства частиц сохранять («запоминать») первоначальную поляризацию объясняется их внутренней структурой.

Таким образом, из продемонстрированных опытов вовсе не вытекает, непредсказуемость «поведения» фотона и электрона, а, следовательно, основные принципы квантовой физики (Принцип корпускулярно-волнового дуализма и Принцип вероятности обнаружения элементарной частицы) требует уточнения и подробного описания на наглядном уровне.

Первые шаги в этом направлении уже сделал В.А. Ацюковский. Так, в соответствии с его эфиродинамической теорией, вероятность нахождения частицы, описанную уравнением Шредингера, можно интерпретировать как концентрацию максимальной плотности частицы (нахождение ее керна)[125]. И действительно, любая элементарная частица – это концентрированная часть более общего содержания (эфирного газа в соответствии с теорией В.А. Ацюковского или микрогалактик, образующих какую-либо конкретную, целую фундаментальную частицу Микромира, в соответствии с нашей концепцией).

В дальнейшем мы рассмотрим другие примеры, которые позволят нам построить модель структуры материи.

Вывод

Введенный в квантовой механике принцип вероятности обнаружения элементарной частицы и связанный с ним вероятностный характер описания микромира является временным явлением, продиктованным необходимостью теоретических и экспериментальных расчетов на данном этапе развития науки и техники.

В ближайшем будущем при создании технических приборов, регистрирующих субфотонное излучение, появится возможность изучать микроматерию не с помощью электромагнитного поля, не фотоном, искажающим объект исследования, а, например, полем фотона, любой другой частицей субфотонной материи. В этом случае принцип вероятностного описания микромира уйдет в прошлое, и его место займут более точные расчеты перемещения элементарных частиц, например, с помощью их меток. Появится также возможность осуществлять контроль процесса самосборки фотонной материи из субфотонной, и управлять им.

3°. Принцип тождественности элементарных частиц

В квантовой механике установлен принцип тождественности одинаковых микрочастиц.

В серии проведенных расчетов[126] установлено, что микрочастицы конкретного сорта (фотоны, электроны, протоны и др.) совершенно одинаковы. Если бы две микрочастицы (например, два электрона) были различны (например, имели бы слегка различные массы), то базисные состояния с их волновыми функциями были бы различны. На опыте это не наблюдается. Поэтому общепринято считать все односортовые частицы одинаковыми.

На вопрос: возможно ли обнаружить и выделить из потока частиц именно те, за которыми мы наблюдаем, – современная квантовая физика дает только вероятностный ответ возможности их обнаружения и не дает никакой возможности отличить одну частицу от другой.

На наш взгляд проблема заключается в сложности или действительной невозможности на данный момент метить микрочастицы, как например, можно пометить бильярдные шары и пронаблюдать за их движением. Возможно в будущем, с установлением внутренней структуры фундаментальных фермионов и бозонов[127] появится, и возможность их метить и находить различия.

Кроме того, установив внутреннюю структуру фундаментальных фермионов и квантов полей, мы увидим, что одинаковые (односортовые) частицы все же различаются друг от друга элементами их информационных составляющих.

Вывод

С точки зрения предлагаемой нами субфотонной механики (элементы которой мы опишем в 7-й главе настоящей работы) микрочастицы конкретного сорта могут качественно отличаться друг от друга. Причем это различие касается не таких параметров, как масса, заряд и других характеристик в общепринятом понимании, а информационной составляющей данных объектов (т.е. их внутренним содержанием). Микрочастицы могут содержать как сходную, тождественную информацию, так и различную. При взаимодействии данных частиц (на субфотонном уровне) отмечается притяжение частиц со сходной информацией и отталкивание частиц с разной информацией.

4°. Принцип симметрии (частиц и античастиц)

Как известно, симметрией какой-либо теории называется инвариантность (неизменность) ее уравнений относительно некоторых ее специальных преобразований. При этом обычно предполагается, что симметрия имеет глобальный характер, т.е. параметры преобразований не зависят от координат и времени. Если, однако, параметры преобразований зависят от координат и времени и, тем не менее, инвариантность теории имеет место, то такая симметрия называется локальной[128].

Симметрия «частица-античастица» заключается в утверждении, что фундаментальные законы природы не должны зависеть от того, описываются ли они в правой (x, y, z) или левой (–x, –y, –z) системах координат (т.е. не должны меняться при взаимной замене всех частиц на соответствующие античастицы).

Согласно вышерассмотренному принципу тождественности элементарных частиц системы одинаковых микрочастиц могут находиться в квантовых состояниях либо полностью симметричных, либо полностью антисимметричных относительно прерстановок всех характеристик микрочастиц[129]. Под квантовыми состояниями здесь понимаются такие физические величины как магнитный момент, заряд, притом, что энергия (соотношение массы и импульса) микрочастиц остается неизменной.

Принцип симметрии вытекает из следующего рассуждения. Всякий раз, когда на опыте невозможно установить различие односортовых частиц, единственным способом выделить их различие остается применение принципа симметризации системы одинаковых микрочастиц. То есть допустить наличие у всех частиц античастиц, у которых значения масс, спина, времени жизни, что и у их двойников, их отличия заключаются в разных знаках некоторых характеристик (например, электрического заряда, магнитного момента, барионного числа[130]). К характеристике частиц и античастиц мы еще вернемся.

Так на основе математической теории групп и другого математического формализма, не имеющего отношения к пространственной структуре элементарных частиц, участвующих в фундаментальных взаимодействиях, были выдвинуты идеи о существовании внутренней и внешней симметрий.

Так внешняя симметрия связана со свойствами пространства-времени. Ее примером является симметрия законов квантовых объектов относительно пространственной инверсии[131] (Р), обращения времени (Т) и зарядового сопряжения[132] (С), т.е. замены частиц на соответствующую античастицу (СРТ-теорема). Внутренняя симметрия связана со свойствами частиц и античастиц, которые теоретики вывели умозрительным путем, применяя принципы перекрестной и калибровочной симметрии. Принцип перекрестной симметрии связан с преобразованием частиц и античастиц, например, из существования следующего процесса преобразования частиц a + b → c + d, следует возможность существования схожего процесса с античастицами: c + d → a + b. Калибровочная симметрия связана с преобразованием волновых функций. Здесь уже рассматривается не частица, а группа частиц, которая описывается уравнением поля, где преобразование одной частицы влияет на преобразование другой (так называемые глобальные и локальные калибровочные преобразования). Соответственно возникает необходимость для связи и поддержания симметрии в каждой точки пространства вводить новые силовые поля – калибровочные (компенсирующиеся, подстраивающиеся). Из принципов калибровочной симметрии выстраиваются модели теорий слабых и сильных взаимодействий с новыми квантами этих взаимодействий (которым соответствуют несколько силовых полей) и прочая, перегруженная, на наш взгляд, математическими абстракциями, картина микромира.

Также есть теория так называемой суперсимметрии, согласно которой у каждой частицы есть партнер со спином, отличающимся на 1/2. Из этой теории вытекает возможность существования барионов (например, нуклонов: протонов и нейтронов) с целым спином, например, как у фотона.

Таким образом, квантовая физика подменила кардинальные вопросы о существовании тех или иных фундаментальных взаимодействий вопросом о существовании соответствующих принципов симметрии. Формируется убеждение, что все фундаментальные взаимодействия существуют лишь для того, чтобы поддерживать в Природе некий набор абстрактных симметрий. Ниже мы рассмотрим, что подобный математический формализм и отказ от наглядности может привести к определенным ошибкам в представлении мира элементарных частиц.

Вывод

На наш взгляд, выявленная и выявляемая симметрия на основе квантовых уравнений физических полей имеет более глубокое обоснование. Необходимо рассматривать принцип симметрии не как какую-то абстракцию, а находить ему конкретное объяснение, построенное на знаниях и учете внутренних сил, лежащих в основе тех или иных симметрий.

Как известно в природе существует набор полярных (противоположных) сил, имеющих свое объяснение. Это объяснение связано с установлением структуры той или иной частицы, обладающей теми или иными свойствами.

Выше, например, мы уже указали, что частица и античастица являются воплощением не абстрактной математической симметрии, а являются порождением полярных противоборствующих сил, имеющих свое объяснение на структурном уровне.

5°. Существование виртуальных частиц в физическом вакууме

Введенные в квантовой физике понятия виртуальных частиц и физического вакуума, на наш взгляд, окончательно запутывают человека, пытающегося постигнуть азы этой науки. Рассмотрим последовательно развитие представлений о виртуальных частицах и физическом вакууме с тем, чтобы в дальнейшем сделать их подробный анализ.

В квантовой электродинамике электромагнитное взаимодействие объясняется следующим образом. Согласно правилам частот Бора фотоны поглощаются и испускаются квантами. Так электрон при переходе с орбиты большей энергии на меньшую (например, с Е2 на Е1) испускает фотон, а при переходе с меньшей на большую (с Е1 на Е2) – поглощает фотон.

Были проведены следующие эксперименты с фотонами и электронами[133]:

1) рассеяние фотонов на электроне, т.н. эффект Комптона;

2) аннигиляция электрона и позитрона;

3) рассеяние электрона на электроне;

4) рассеяние электрона на позитроне.

Не вдаваясь в подробности данных экспериментов (они достаточно освещены в литературе, и о некоторых из них мы еще будем упоминать в работе), отметим, что в каждом из этих процессов в промежуточных состояниях (между соударениями частиц) были обнаружены нарушения законов сохранения (соотношения энергии, импульса, массы). Кроме того, было открыто отклонение уровня энергии электрона атома водорода в порождаемом им (электроном) поле (т.н. лэмбовский сдвиг). Согласно уравнениям Дирака в данном случае уровень энергии электрона должен оставаться неизменным.

Все эти эксперименты подтолкнули теоретиков к мысли о существовании т.н. виртуальных частиц – частиц, существующих в промежуточных, имеющих малую длительность состояниях. Эксперименты проводились в вакууме (сильно разряженном газе при низких давлениях). Таким образом, был сделан вывод, что вакуум отнюдь не является абсолютной «пустотой». Он заполнен виртуальными, а потому непосредственно не наблюдаемыми частицами[134].

Исследования вакуума проводились одновременно с установлением в физике понятия физического вакуума и космического вакуума в космологии. Была обнаружена связь между всеми тремя видами вакуума:

1) Обычный вакуум (разряженный газ с низким давлением).

2) Физический вакуум.

3) Космический вакуум.

В теории физического вакуума Г.И. Шипова есть утверждение, что данный вакуум представляет кипящий бульон элементарных частиц в каждой точке пространства, из которого рождаются, и, в который уходят, элементарные частицы[135].

По современным представлениям квантовой физики физический вакуум действительно заполнен микрочастицами необычных свойств (виртуальными частицами). Как часто выражаются физики, вакуум буквально «кишит» виртуальными частицами.

В космологии с физическим вакуумом связывают вакуум в космосе, в котором по последним научным данным содержится так называемая «темная материя» и «темная энергия». Особенностью физического и космического вакуума является наличие в нем отрицательного давления. Именно с этим качеством связывают его отталкивающие (антигравитационные) «способности». Данная антигравитация, вызывающая отталкивание вещества во Вселенной, является причиной начала ускоренного расширения Вселенной спустя 6–8 млрд. лет после «Большого взрыва». (Антигравитация начала себя проявлять спустя 6–8 млрд. лет после возникновения Вселенной в результате снижения плотности обычного вещества в связи с его распространением, т.н. «расширением Вселенной).

Предположительно, природа всех трех вышеуказанных видов вакуума объясняется наличием в нем виртуальных частиц.

В квантовой физике виртуальные частицы описывались с помощью специальных математических моделей (скалярных полей), в соответствии с вышеуказанными принципами, особенно принципом калибровочной симметрии. Именно данный принцип диктовал необходимость физикам сделать вывод о том, что виртуальные частицы возникают не поодиночке, а парами – частица и античастица (например, электрон-позитрон). Экспериментально также было установлено, что виртуальные частицы возникают в результате взаимодействия (столкновения) реальных частиц высоких энергий. Чем выше энергия взаимодействующих реальных частиц, тем больше виртуальных частиц превращаются в реальные.

Вывод, сделанный в квантовой физике о парном возникновении частиц из физического вакуума, был воспринят космологией для уточнения теории Большого взрыва и теории антивещества и антиматерии.

Пример 3.2/3

Ученые нашли ответ на вопрос, почему в нашей материи (Вселенной) преобладают частицы над античастицами.

Оказывается, после Большого взрыва из физического вакуума выделилось множество аннигилирующих друг с другом виртуальных частиц. Поскольку античастицы возникали по парам, они также по парам и уничтожались. При этом возникла, так называемая барионная асимметрия. На каждый миллиард античастиц рождался миллиард плюс одна частица, возникло соотношение 109:(109 + 1). Именно этот остаток из одной частицы и послужил материалом, из которого построена вся Вселенная, включая человека[136].

На сегодняшний день в научном и не научном мире все более утверждаются идеи о возможности создания антивещества и антиматерии. Данные убеждения еще больше усилились после того, как в 1995–2001 в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРНе) наблюдалось образование атомов антиводорода. В массовом сознании появились даже опасения, что построенный в 2008 году крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц (Большой адронный коллайдер) приведет к созданию черных дыр. Данные рассуждения, как мы отвечали выше (см. §3.1.3°) являются, на наш взгляд, следствием крайних обобщений.

Вывод

На наш взгляд, обнаруженные «странности», связанные с нарушением законов сохранения энергии, импульса и массы связаны с существованием субфотонной материей и частиц, из которых данная материя состоит. Как мы уже отмечали, в результате расщепления какой-либо системы частиц, на уровне атомного ядра, а также при фотоэлектронном обмене происходит высвобождение субфотонной энергии и ее взаимодействие с веществом и полем «Нашей материи». В результате данного взаимодействия наблюдается так называемый дефект масс и рождение виртуальных (т.е. временных, промежуточных) частиц.

Общий вывод

В данном параграфе мы рассмотрели фундаментальные принципы квантовых теорий физических полей и дали им анализ. Мы показали, что принципы корпускулярно-волнового дуализма, вероятности обнаружения элементарной частицы являются временными. Необходимость их введения была продиктована ограниченным уровнем развития науки и техники прошлого. В будущем появится более совершенная инструментальная база, которая позволит расширить наши представления о природе фотона. Со временем изменятся также и наши представления о других элементарных частицах, и будет отброшен принцип, утверждающий их тождественность. С нашей точки зрения, все элементарные частицы (даже одного сорта) отличаются друг от друга своей информационной составляющей. В этой связи открываются широкие перспективы, касающиеся раскрытия сущности симметрии частиц и античастиц на структурном уровне, а также сущности виртуальных частиц в физическом вакууме. Все это позволит пролить свет на субфотонную материю и ее структуру.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252