Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

§ 3.3. Проблема квантовых теорий фундаментальных взаимодействий (Problem of quantum theories of fundamental interactions)

Как известно, на сегодняшний день ни одна из созданных квантовых теорий фундаментальных взаимодействий (физических полей) не является бесспорной, несмотря на то, что имеется ряд экспериментально подтвержденных положений этих теорий.

Наиболее общепринятой и логически завершенной в общих чертах считается Стандартная модель элементарных частиц. К ней относят теорию электрослабого взаимодействия Вайнберга-Салама и квантовую хромодинамику. К нестандартным моделям элементарных частиц обычно относят теории суперструн, преонов и др.

В рамках Стандартной модели активно развивается квантовая теория поля, которую при всех ее успехах нельзя считать завершенной. Главные причины этого в трудностях, которые появляются при попытках создания квантовой теории гравитации, т.е. объединения квантовой механики и общей теории относительности.

Квантовая теория поля базируется на квантовой механике и ее принципе вероятностного характера описания микромира, классическом (Ньютоновском) представлении о силовом поле и специальной теории относительности (Эйнштейна).

Для описания четырех известных на сегодняшний день типов взаимодействия элементарных частиц (электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого) созданы соответствующие им теории:

– квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие электромагнитного поля. Создатели: С. Томонага, Р. Фейнман, Дж. Швингер (нобелевская премия, 1965 год). В настоящий момент квантовая электродинамика является наиболее завершенной и выступает моделью для квантового описания трех других фундаментальных взаимодействий;

– теория электрослабого взаимодействия, описывающая взаимодействия слабых и электромагнитных полей. Создатели: С. Вайнберг, Ш. Глэшоу, А. Салам (нобелевская премия, 1979 год);

– квантовая хромодинамика, описывающая сильные взаимодействия ядерных сил. Создатели: М. Гелл-Манн, Д. Цвейг;

– квантовая теория гравитации, которую не удается реализовать в рамках Стандартной модели элементарных части (т.е. исключительно в рамках понятий и принципов квантовой теории поля). Теория гравитационных взаимодействий активно развивается в находящейся сейчас в процессе становления теории суперструн.

В целях установления ясности в изложении последующего материала приведем определения некоторых физических категорий, которые будем использовать при дальнейшем анализе.

Физическое поле – особая форма материи, представляющая собой систему взаимодействующих друг с другом частиц, размеров меньше одной миллионной доли миллиметра (к примеру, 10–8 см – размер атома, 10–13 см – размер ядра, 10–16 см – размер кварков). Другими словами, физическое поле выступает в роли переносчика взаимодействия частиц. Взаимодействие осуществляется в виде рождения (испускания одной частицы другой), распада (деления), соударения (изменения состояния и движения), уничтожения (аннигиляции и рождения новых частиц) и описывается так называемыми 6 степенями свободы движения: 3 поступательными – вдоль трех осей декартовой системы координат и 3 вращательными – вокруг этих осей.

Источниками физического поля являются заряженные частицы (обладающие зарядом), а его носителями (переносчиками взаимодействия) – кванты поля. Таким образом, физическое поле представляет собой совокупность заряженных частиц, которые взаимодействуют друг с другом, посредством переносчиков взаимодействия (квантов).

Понятие фундаментальность определяет базисный уровень взаимодействия частиц, обладающих минимальной дискретной (прерывной, состоящей из отдельных частей) величиной. По современным данным квантом поля является частица, обладающая целым спином, совершающая за один промежуток времени, например, времени одного кванта испускания частицы, целое количество вращений (1–2) вокруг своей оси. К таким квантам поля (носителями фундаментальных взаимодействий) относятся: фотон, промежуточные бозоны и глюон, имеющие спин, равный 1, а также гравитон, имеющий спин, равный 2.

Нефундаментальными, например, являются химические, молекулярные, ионные, межатомные, межнуклонные (пионные) и другие виды взаимодействий, основанные на остаточном эффекте более мощных сил.

Термин «элементарные частицы» на сегодняшний день сохранился просто по традиции. Изначально под ними понимались далее неразложимые «кирпичики» материи. Впоследствии выяснилось, что «элементарных» частиц много и у многих из них обнаружена внутренняя структура. Более точным их названием будет субъядерные частицы. Истинно элементарными частицами по современным воззрениям являются лептоны и кварки.

Каждый вид фундаментальных взаимодействий связан переносчиком взаимодействий (так переносчиком электромагнитного поля является фотон, гравитационного – гравитон, слабого – промежуточные бозоны, сильного – глюоны).

Рассмотрим следующие виды взаимодействий и сделаем их анализ:

1. Электромагнитное взаимодействие.

2. Слабое и электрослабое взаимодействие.

3. Сильное взаимодействие.

4. Гравитационное взаимодействие.

1°. Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие является фундаментальным взаимодействием, в котором участвуют частицы, имеющие электрический заряд (или магнитный момент).

Переносчиком электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами является электромагнитное поле или кванты поля – фотоны. По «силе» электромагнитное взаимодействие занимает промежуточное положение между сильным и слабым взаимодействием и является дальнодействующим. Оно определяет взаимодействие между ядрами и электронами в атомах и молекулах, поэтому к электромагнитному взаимодействию сводится действие большинства сил, проявляющихся в макроскопических явлениях: сил упругости, трения, химическая связь и т.д. Электромагнитное взаимодействие приводит также к излучению электромагнитных волн[137].

Квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (главным образом электронами, позитронами, мюонами и таонами) – квантовая электродинамика – как уже было отмечено, является в настоящий момент наиболее завершенной.

На основании вышеизложенных принципов квантовой теории физического поля был предложен следующий механизм электромагнитного взаимодействия.

Вокруг каждой реальной микрочастицы (в данном случае, электрона) существует облако («шуба») виртуальных частиц. Данное облако неотступно следует за электроном, окружая его квантами энергии, которые при этом постоянно и очень быстро возникают и исчезают.

Возьмем, например, акт испускания (виртуального) фотона электроном. После того как электрон испускает фотон, тот порождает (виртуальную) электрон-позитронную пару, которая может аннигилировать с образованием нового фотона. Последний может поглотиться исходным электроном, но может породить новую пару и т.д. Таким образом, электрон покрывается облаком виртуальных фотонов, электронов и позитронов, находящихся в состоянии динамического равновесия[138].

Таким образом, получается довольно смешная, на наш взгляд, картина: представим электрон, за которым неотступно движется облако фотонов и аннигилирующих электронов и позитронов. (Сразу возникает ассоциация какого-то детского мультфильма).

Причина получения такой картины, возможно, заключается в том, что спасая свои принципы (симметрии) и другие законы, физики, на наш взгляд, чрезмерно перенесли абстрактные обобщения на слишком большой пласт явлений. Подобный перенос приводит к некоторым искажением основного результата исследования – в представлении картины микромира и структуры материи в целом.

В предыдущих параграфах мы указывали на ряд нерешенных вопросов в современной квантовой физике (в том числе в квантовой электродинамике). Например, не определена структура электрона, не выяснена траектория его движения (за исключением принципов вероятностного описания), не достаточно изучен механизм электромагнитного взаимодействия. Кроме того, такие понятия, как спин, фермионы и бозоны, принцип Паули, на наш взгляд требуют более ясного и наглядного уточнения.

Электрон, в соответствии с квантовой теорией электромагнитного поля, может находиться в один и тот же момент в разных точках его орбитали.

Фотон, в соответствии с теорией квантовой телепортацией, будучи в парной системе частиц с одинаковой поляризацией, может внезапно поменять свою поляризацию, если ее изменила его пара.

В свое время Эйнштейн выражал свое возмущение против данной фантастики, поскольку под любой вероятностью должны быть определенные закономерности. Частица не может просто так исчезнуть и вскоре появиться в совершенно другом месте в первозданном виде. Частица не может быть одновременно и волной (каким-то абстрактным импульсом), и конкретным точечным объектом. Наука, тем более физика, не может оперировать какими-то фантастическими, фантасмагорическими, абстрактными категориями, она должна быть конкретной, точной и ясной.

Несмотря на некоторые неясности и парадоксы, заложенные в квантовой механике с момента ее образования, наука (квантовая физика) заметно изменилась за последние 100 лет. Введенные математические абстракции и категории позволили сделать многочисленные расчеты и смоделировать определенную картину микромира. Однако данные модели не дали ожидаемой ясности, а наоборот создали еще больше проблем в понимании структуры материи и мироздания в целом. Это видно на примере теорий слабых и сильных взаимодействий, о которых речь пойдет далее.

Таким образом, с позиций современной квантовой электродинамики на сегодняшний день остается непонятным, что же представляет собой электрон (объект с некой внутренней структурой или «бесструктурный», «голый», точечный объект, покрытый «шубой» фотонов и аннигилирующих электрон-позитронных пар), фотон и вообще сущность электромагнитного взаимодействия.

Большой интерес в понимании сущности электромагнитного взаимодействия и его наглядного описании представляет эфиродинамическая теория В.А. Ацюковского. В соответствии с его теорией электромагнитное и оптическое излучение относятся к разным классам явлений, имеющих разную внутреннюю структуру[139]. Так, например, электромагнитные волны (радиоволны, гамма-излучение) образуются в результате колебания атомов, нуклонов и возмущения межатомной среды и осуществляются путем поперечного движения от одного слоя эфира к другому. Они состоят из вихревых образований эфира, в том числе фотонов.

Другими словами, электромагнитное излучение представляет собой вихри самых разнообразных размеров, которые отрываются от электронных оболочек атомов, закручиваются и движутся в виде сферических волн от точечного источника. В процессе закручивания вихри могут образовывать достаточно устойчивые образования – фотоны, а могут и не образовывать их. В последнем случае, вихри продолжают закручиваться и делиться, при этом порождать во время этих преобразований вокруг себя самые разнообразные винтовые возмущения, которые расходятся во все стороны и которые воспринимаются как электромагнитные излучения широкого диапазона волн[140].

Видимый свет (оптическое излучение), по мнению В.А. Ацюковского, представляет собой фотоны в виде системы частиц, двигающихся в волне эфира. В этой волне, как мы указывали (Схема 3.3), фотоны расположены друг от друга в шахматном порядке и могут восприниматься, как частица, и как волна.

В соответствие с нашей концепцией теория В.А. Ацюковского проливает свет на сущность электромагнитного взаимодействия (фотоэлектронного, гамма-излучения и др.), по сравнению с такими «смешными» абстракциями квантовой электродинамики, как «облако» из электрон-позитронных пар, виртуальных частиц и фотонов, неотступно несущегося за «бедным» электроном по пятам.

Вывод

Забегая вперед, отметим, что в соответствии с нашей концепцией, электромагнитное взаимодействие является универсальным полем «Нашей материи». Данное положение мы аргументируем после анализа всех известных видов физических полей.

Электромагнитное взаимодействие является единственным фундаментальным взаимодействием с точки зрения теории фундаментализма, изложенной в преамбуле к данному параграфу. Оно связано с преимущественным взаимодействием частиц физической формы материи и отражает базисный уровень данного взаимодействия.

Разумеется, электромагнитное взаимодействие происходит при участии частиц субфизической материи, но их участие не так ощутимо, по сравнению с их влиянием на слабые, сильные и гравитационные взаимодействия. В этих взаимодействиях роль частиц субфизической формы материи заметно возрастает, что, естественно, не может не отразиться на регистрации данного взаимодействия и его математическом обсчете.

Отсюда возникают известные трудности для построения квантовых моделей слабого, сильного и гравитационного взаимодействия. Об этом пойдет речь в следующих пунктах данного параграфа.

2°. Слабое и электрослабое взаимодействие

Слабое взаимодействие – одно из фундаментальных взаимодействий, в котором участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Слабое взаимодействие, гораздо слабее не только сильного, но и электромагнитного взаимодействия, но гораздо сильнее гравитационного. Примерный радиус действия слабого взаимодействия 2∙10–16 см. Слабое взаимодействие обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом, является составной частью термоядерных реакций на солнце и звездах.

К выявлению существования слабого взаимодействия физика продвигалась медленно. Важнейшим достижением физики конца 19 века было открытие радиоактивности. Работами А. Беккереля, Э. Резерфордом, физиками Кюри было обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно и содержит три компонента, которые получили название альфа, бета и гамма лучей. При этом оказалось, что альфа лучи представляют собой положительные заряженные частицы ядра гелия (два нуклона, т.е. два протона и два нейтрона). Бета-лучи (отрицательно заряженная частица) состоят из быстрых электронов и в магнитном поле отделяются от других видов радиоактивных излучений. Гамма лучи (гамма квант) – фотон большой энергии.

В данных излучениях особый интерес физиков привлек к бета-распаду, у которого была обнаружена странная особенность. Создавалось впечатление, что в данном распаде нарушался закон сохранения энергии. Для его «спасения» в 1930 году В. Паули предположил, что в бета-распаде одновременно с электроном рождается очень легкая нейтральная частица. Теоретическое описание бета-распада было развито Э.Ферми (он и дал название новой частице – нейтрино). Согласно теории Ферми электроны (позитроны), нейтрино (антинейтрино) внутри ядер до момента распада не находятся. Они возникают в результате превращения свободного нейтрона в протон, электрон (позитрон) и электронное антинейтрино (электронное нейтрино). Причем образовавшиеся в ядре электрон (позитрон) и антинейтрино (электронное нейтрино), покидают ядро. Речь идет о реакциях:

04.wmf (β– – распад); (3.2)

05.wmf (β+ – распад), (3.3)

где n – нейтрон; p – протон; e – электрон; 06.wmf – позитрон; v – нейтрино; 07.wmf – антинейтрино.

Однако в вышеописанных реакциях наблюдались некоторые нарушения симметрии (инвариантности). Так, в 1956 году было обнаружено, что при бета-распаде происходит нарушение закона сохранения пространственной четности (Р-четности). Это означало, что частицы и античастицы вылетают из ядра под разными углами относительно его спина. В то же время угол поворота в пространстве частицы и античастицы в определенный момент времени должен был совпадать (оставаться неизменным) не зависимо от того, в какой системе координат (левой или правой) проводили измерения. Соответственно данные углы должны были быть симметричными (зеркальными) для частиц и античастиц, чего не наблюдалось для бета-распада. В опытах Ву[141], например, было установлено, что электроны в (β–-распаде) летят против спина ядра, а позитроны (β+-распаде) – преимущественно по спину ядра.

Одновременно с законом сохранения четности в бета-распаде наблюдалось нарушение С-инвариантности зарядового сопряжения (невозможности замены частицы на античастицу).

Также была обнаружена спиральность нейтрино и антинейтрино, что выражается в наличие в природе только «левого» нейтрино, со спиральностью (–1), у которого направление спина и импульса всегда противоположны; и только «правого» антинейтрино, со спиральностью (+1), для которого направление движения и вращения совпадает. В то же время для других частиц и античастиц возможны состояния, когда у одной и той же частицы спин может быть направлен как по направлению движения, так и против него.

Параллельно с изучением бета-распадов физики обратили внимание, что схожие процессы (нарушения симметрии) присутствуют и при распаде других лептонов (мюонов и таонов, у которых были обнаружены соответственно мюонные и таонные нейтрино). В то же время для всех этих процессов наблюдается 100 %-ное сохранение лептонных зарядов. Так, условно было принято считать, что для электрона и электронного нейтрино лептонный заряд (число) равно (1). Для позитрона и антинейтрино (–1). Так же для мюонов и таонов были приняты мюонный лептонный заряд и тау-лептонный заряд. Таким образом, все лептоны были объеденные в дуплеты[142] по аналогии с дуплетами нейтронов и протонов (нуклонов). «Открытые» законы сохранения лептонного заряда, как и барионного, во всех процессах в которых они участвуют, говорят о «неуничтожимости» барионной и лептонной материи.

Таким образом, в квантовой физике возникает довольно странная картина: наблюдается взаимодействие частиц, противоречащее основным законам симметрии. Для объяснения подобного явления было сделано предположение, что, возможно, «странное» поведение (геометрия движения) продуктов бета распада и других лептонных распадов связано с возникновением в момент распада промежуточной частицы, после распада которой, и изменяются направления движения частиц и их углы поворота в пространстве.

Для описания подобной частицы выдвигались различные теории. С одной стороны становилось ясно, что таких частиц должно быть по крайней мере три: две из которых ответственны за два вида бета распада (β+ и β–) и третья – нейтральная частица, включающая электрон-позитронную пару и нейтрино-антинейтринную. С другой стороны, данные частицы подчиняются какой-то другой «силе», имеющей не известную на тот момент природу и действующей на расстояниях, сравнимыми с размером электрона (10–16 см).

Математические расчеты и видоизменение глобальной симметрии (создание локальной симметрии) требовали введение новых калибровочных преобразований, а такие преобразования, в свою очередь, (на что обратили внимание еще в 1954 году физики Янг и Миллс[143]), должны всегда приводить к появлению некоторых дополнительных компенсирующих полей с новыми квантами. Так теоретики приходят к мысли о существовании (помимо известных на тот момент электромагнитного и гравитационного полей) нового поля, носителя слабых взаимодействий.

В то же время создание калибровочной теории с тремя компенсирующими полями и тремя калибровочными бозонами (на основе локальной изотопической инвариантности) вызывало определенные трудности. Так, например, в качестве квантов компенсирующих полей получались безмассовые калибровочные бозоны, не пригодные на роль квантов слабого взаимодействия (поскольку продукты бета-распада имеют массу).

Выход из создавшейся ситуации был предложен в 1967 году двумя независимо работавшими физиками С. Вайнбергом и А. Саламом. За основу своей теории они взяли аналогию с электромагнитным взаимодействием нуклонов с электронами, при котором ядерный нуклон испускает виртуальный гамма-квант нулевой массы, поглощаемый затем электроном. Аналогично этому в процессе слабых взаимодействий (например, в бета-распаде) ядерный нуклон виртуально испускает тяжелый заряженный W-бозон, который распадается затем по принципу β+ и β–-распадов.

Для объяснения масс бозонов Вайнберг и Салам ввели новое, так называемое хиггсовое поле с бесспиновыми (но имеющими массу) хиггсовыми бозонами, которое и обусловливает спонтанное нарушение калибровочной симметрии. Калибровочные бозоны в результате избирательного взаимодействия с хиггсовым полем приобретают массу. Так возникают три калибровочных бозона W +, W –, W 0 , два из которых (W + и W –) описывают слабые заряженные токи (т.е. слабые токи, изменяющие электрический заряд) и включают процессы, описывающие выход продуктов

β–-распада: 08.wmf (3.4)

β+-распада: 09.wmf (3.5)

Третий бозон (W 0) самостоятельной роли не играет. Его рассматривают совместно с введенным четвертым калибровочным бозоном B 0, который появляется после наложения на теорию требований локальной фазовой инвариантности (характерной для электромагнитной теории). Так из двух нейтральных калибровочных бозонов W 0 и B 0 составляются две комбинации, одна из которых объединяет гамма-квант (фотон) не взаимодействующий с частицами Хиггса, другая – нейтральный бозон (Z 0), ответственный за слабые нейтральные токи (т.е. токи, не изменяющие электрический заряд)[144].

В целях внесения ясности в понимание хиггсового механизма приведем следующий пример.

Пример 3.3/1

Возьмём кусок пенопласта и покрошим его на стол. Мы получим маленькие пенопластовые шарики, которые будут очень легкими. Если мы подуем на них, то они разлетятся. Это и будет аналогией безмассовых частиц, то есть частиц, у которых очень маленькая инертность.

Теперь аккуратно нальём на стол воды и покрошим сверху пенопласт и снова слегка подуем на него. Мы увидим, что шарики отплывают, но уже неохотно. Если бы мы не видели воду, нам бы казалось, что у них появилась инертность, которой раньше не было. Эта инертность возникает из-за того, что им при движении приходится пробираться сквозь воду.

Вода в этой аналогии играет роль вакуумного хиггсовского поля. Если же мы подуем на воду без пенопластовых шариков, то по её поверхности побежит рябь – это будет аналог хиггсовских бозонов. Неточность этой аналогии заключается в том, что вода мешает движению шариков, а хиггсовское вакуумное поле мешает ускорению частиц. На частицы, движущиеся равномерно и прямолинейно, оно не влияет.

Как мы видим из приведенной аналогии масса частицы Хиггса получается довольно большой. С этим связан вышерассмотренный феномен дефекта масс.

Таким образом, Вайнбергу и Саламу удалось создать единую теорию слабых и электромагнитных взаимодействий с четырьмя бозонами γ, Z 0, W+, W– ответственными соответственно за электромагнитное взаимодействие, слабые нейтральные токи и слабые заряженные токи.

Так в физике произошло выдающееся событие: два фундаментальных взаимодействия из четырех были объединены в одно.

В 1983 году промежуточные бозоны были открыты на специально построенном для этого ускорителе (так называемом 10.wmf-коллайдере). В связи с этим их обнаружение физики часто называют запланированным открытием[145]. На открытие частицы Хиггса были направлены огромные усилия физиков. Определенные надежды они связывали с запущенным в 2008 году Большим адронным коллайдером (БАК). 4 июля 2012 года в результате исследований на БАК, был обнаружен кандидат на роль бозона Хиггса – новая частица с массой около 125–126 ГэВ/c2. Имелись веские основания считать, что эта частица является бозоном Хиггса. В марте 2013 года появились сообщения от отдельных исследователей ЦЕРН (Европейского центра ядерных исследований), что найденная полугодом ранее частица действительно является бозоном Хиггса. Таким образом, его открытие завершает Стандартную модель.

В то же время внутренняя структура промежуточных бозонов на момент создания теории Вайнберга-Салама была еще неизвестна. Она была разрешена только в 1973 году в рамках квантополевой теории сильного взаимодействия (квантовой хромодинамики).

На основании изложенного, отметим, что на наш взгляд, симметрия электрослабого взаимодействия (если данная симметрия имеет принципиальное значение) нарушается не скалярным полем Хиггса и механизмом слабого и электрослабого взаимодействия, а за счет высвобождения субфотонной энергии и ее взаимодействия с веществом.

Если даже предположить, что в процессе слабого взаимодействия рождаются экспериментально открытые векторные скалярные бозоны, то в данном случае эти бозоны отнюдь не являются некими переносчиками слабого взаимодействия. Бозоны распадаются в результате взаимодействия их составляющей Субфотонной материи с веществом «Нашей материи».

Таким образом, можно предположить, что гипотетическая частица Хиггса с предсказанными ее свойствами не существует. Существуют конкретные субфотонные частицы, которые в процессе самосборки формируют «Нашу» фотонную материю.

Масса в привычном нам понимании возникает при компоновки частицы, приобретшей электромагнитные свойства, т.е. ставшей фотонной материей. Отсюда вытекает, что выдвинутый в теории механизм Хиггса, на самом деле имеет более простое и логичное объяснение.

Рассмотрим его на примере эфиродинамической теории В.А. Ацюковского, согласно которой механизм слабого взаимодействия выглядит следующим образом.

Ядро сложного атома представляет собой систему связанных друг с другом вихрей. Так протон представляет собой тороидальный вихрь с уплотненными стенками, структура которого соответствует некоторому подобию трубы, замкнутой в кольцо. Таким образом, форма протона приближается к шаровой, но она все же таковой не является. Наиболее близко по форме протон схож с куполом православной церкви (или с перевернутой воронкой). Его центральные стенки немного вытягиваются и представляют собой своеобразную воронку, из которой истекает среда эфира (см. Схему 3.1).

Нейтрон по В.А. Ацюковскому – это тот же протон, только окруженный пограничным (нейтрализующим слоем) и имеющий некоторые внутриструктурные особенности, подробно изложенные в теории.

Как известно, протон с нейтроном образуют нуклон, который по В.А. Ацюковскому также представляет собой систему взаимосвязных вихрей. Нуклоны же в свою очередь формируются также в свою систему связанных между собой вихрей. Таким образом, получается, что все ядро сложного атома представляет собой системы взаимосвязанных и взаимодействующих вихрей. Среди них наиболее устойчивыми становятся системы с дополнительными оболочечными (нейтрализующими) кольцами. Такими устойчивыми системами становятся нуклоны, альфа-частицы и другие ядра с «магическим» числом нейтронов[146].

Внутри сложного ядра атома постоянно происходят взаимодействия между наклонами и их системами. Образующиеся «межнуклонные волны» в конечном счете могут привести и приводят к делению ядер, альфа- и бета-распадам, гамма-излучению. Сам механизм бета-распада Ацюковский раскрывает следующим образом.

«Прохождение волн по ядру может привести к появлению впадин в отдельных нейтронах, что нарушит целостность его тела и, главное, целостность его пограничного слоя. Будучи разорванным, этот пограничный слой не будет сохраняться и не обязательно восстановится. Он может оторваться, замкнуться и сколлапсироваться в самостоятельную частицу. Поскольку в нем направление винтового движения противоположно тому, что есть в протоне, то образовавшаяся частица будет воспринята как частица с отрицательным зарядом – электрон»[147].

Экспериментально установленный дефект масс в слабых взаимодействиях В.А. Ацюковский объясняет простым растворением избытка пограничного слоя нейтрона в свободном эфире без образования какой бы то ни было частицы. При этом он не отрицает возможность образования нейтрино, обладающего массой, близкой к массе электрона, но не имеющей кольцевого вращения или имеющего кольцевое вращение, экранированное уже своим пограничным слоем. К другим же «продуктам» слабого взаимодействия (скалярным бозонам, механизмам Хиггса и др.) В.А. Ацюковский относится более критически.

В данном случае мы поддерживаем идею В.А. Ацюковского. Какие бы ни открывались новые «элементарные» частицы они так или иначе будут представлять собой «обломки» несформировавшихся частиц в устойчивые системы, какими являются, например, фотон, протон, электрон. За процесс образования масс отвечает не «механизм Хиггса», а естественный природный механизм образования физической материи из дофизической (субфотонной). Только с формированием стабильных элементарных частиц становится возможным процесс «приращения масс» физической материи. Появляется возможность образования атомов, химических элементов. Далее на основе физической материи, как известно, образуется химическая материя, на основе химической – биологическая; на основе биологической – социальная.

Таким образом, в природе нет неразрешимых загадок и вещей, которые нельзя наглядно представить. Всё имеет свое объяснение и описание на том или ином уровне материи.

Вывод

В механизмах слабого и электрослабого взаимодействия принимают непосредственное участие частицы субфизической формы материи. Но поскольку данные частицы (как и сама субфизическая форма материи) в настоящий момент не регистрируются, то и создание непротиворечивой модели электрослабых взаимодействий затрудняется.

Поэтому при создании непротиворечивой модели электрослабого взаимодействия (в которой механизм Хиггса будет уточнен или пересмотрен) необходимо учитывать влияние субфизической формы материи.

3°. Сильное взаимодействие

К представлению о существовании сильного взаимодействия физика шла в ходе изучения структуры атомного ядра. Предполагалось наличие определенных сил, удерживающих положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания.

В настоящее время нет законченной теории ядерных сил. Имеются несколько моделей ядра. Среди них – обобщенная модель (капельной и оболочечной моделей) является общепринятой. На основе ее был сделан вывод, что «сильные» ядерные силы, действующие между нуклонами, нефундаментальны, а сами ядра – это своеобразные аналоги молекул[148].

Параллельно созданию теории ядерных сил в физике открывались новые элементарные частицы. Так в 1936 году в космических лучах были обнаружены положительные и отрицательные мюоны (относящиеся к лептонам). В 1947 году было установлено, что мюоны космических лучей возникают в результате распада более тяжелых частиц – пи-мезонов (относящихся к адронам[149]).

Первоначально считалось, что пи-мезоны (пионы), участвующие в межнуклонном обмене и есть кванты фундаментальных сильных взаимодействий. Впоследствии в 1949 году Э. Ферми и Ч. Янгом была впервые высказана гипотеза о составном характере пионов и нуклонов. В 1969 году Р. Фейнманом на основании результатов неупругого рассеивания электронов на протонах была предложена партонная модель нуклонов. Рассеивание электронов происходило так, как если бы они налетали на крохотные твердые вкрапления и отскакивали от них под разными углами. Данные вкрапления внутри протонов Фейнман назвал партонами (от слова part – часть). Партонами могли быть, например, широко известные к тому времени гипотетические частицы – кварки.

Теория кварков была создана в 1964 году американскими физиками М. Гелл-Маном и независимо Д. Цвейгом[150].

Согласно их теории все адроны могут быть построены из фундаментальных частиц (кварков) трех типов: с дробными значениями барионного числа и заряда, а также полуцелым спином (фермионов). Так, барионное число любой частицы, составленной из тройки «основных» частиц адронов (протона, нейтрона, гиперона) будет равно 3. Поэтому частицы, их которых состоят протон, нейтрон и гиперон, будут иметь дробные значения зарядов (при сложении которых образуется «основная частица»). Данные типы частиц были названы «ароматами». Так, например, протон состоит из двух u-кварков (верхних ароматов) и одного d-кварка (нижнего аромата).

Одновременно с созданием кварковой теории, как и теории слабых взаимодействий, возникали определенные сложности. Для их преодоления выдвигались новые конструкции, значительно осложняющие понимание теории. Так появилось понятие «цвет», цветовой заряд для кварков.

При сложении трех ароматов кварка нарушался принцип запрета Паули, согласно которого три фермиона не могут находиться в одном и том же пространственном и спиновом состоянии. Аналогом заряда кварка был назван «цвет» (цветовой заряд). Поэтому по аналогии с обычными частицами, которые характеризуются электрическим зарядом (плюс, минус, нуль), было решено, что кварки также имеют три цветовых заряда: «красный», «синий», зеленый (данные цвета при их сложении образуют белый цвет). В случае сложения данных зарядов (объединения кварков внутри «основной» частицы), цветовые заряды компенсируются и частица проявляет соответствующие ей свойства.

Следующей сложностью на пути к созданию теории стала проблема ненаблюдаемости кварков. Первоначально их пытались обнаружить в земной коре или воде океана, а также на космических телах (Луне, метеоритах). При этом применялись разнообразные методы (камеры Вильсона, ускорители заряженных частиц и др.). Однако кварки не были обнаружены. Тогда была выдвинута гипотеза о ненаблюдаемости кварков.

Объяснение невылетания кварков из адронов было получено в 1973 году в рамках квантовой хромодинамики.

В основе квантовой хромодинамики лежит общий принцип всех калибровочных теорий – локальная инвариантность, в данном случае относительно перемешивания трехцветных кварков. Для описания этого перемешивания необходимо восемь параметров. Соответственно, в теорию вводится восемь компенсирующих полей с восьмью безмассовыми калибровочными бозонами – глюонами[151], которые осуществляют взаимодействия между кварками («склеивают» их между собой, благодаря наличию у глюона цветового заряда). Согласно этой теории кварки, обладающие цветовым зарядом, создают вокруг себя глюонное поле, т.е. могут испускать и поглощать глюоны подобно тому, как электрически заряженные частицы испускают и поглощают фотоны. Особенность кварков благодаря глюонному полю такова, что при их сближении энергия их взаимодействия уменьшается, и, наоборот, при удалении – увеличивается. Получается, что с ростом расстояния между кварками их энергия взаимодействия настолько увеличивается, что делает невозможным для них покинуть адроны.

Далее в теорию вводятся понятия квантовой электродинамики – виртуальные частицы. Кварк существует только с антикварком. Разделить их друг от друга невозможно. Квантовая физика здесь приводит аналогию с попыткой отделить друг от друга северные и южные полюса магнитной стрелки. При этом, как известно, возникают две новые магнитные стрелки[152].

Другой наглядной иллюстрацией невылетания кварков является представление о том, что кварки внутри адрона скреплены глюонными «резиновыми нитями» или «струнами», натяжение которых приводит к увеличению энергии взаимодействия. Пока струна не натянута, кварки свободны. С увеличением расстояния струна натягивается и не позволяет кваркам разлететься. Если натяжение окажется настолько сильным, что струна оборвется, то и тогда кварки не вылетают, потому что на вновь образовавшихся в точке разрыва концах струны возникают новые кварки, объединение которых с кварками адрона приводит к образованию нового адрона.

На основании данной идеи появилась теория «Суперструн», пытающаяся создать единую структуру материи на основе нахождения общей основы всех фундаментальных взаимодействий элементарных частиц.

Теория кварков распространилась и на слабые взаимодействия. Было установлено, что промежуточные бозоны так же состоят из кварков. Например, W + состоит из кварка верхнего аромата протона (u-кварка) и антикварка нижнего аромата антипротона (d–-антикварка). Фотон рождается в результате электромагнитного взаимодействия по следующим схемам[153]:

uu– ↔ γ; dd– ↔ γ; e–e+ ↔ γ. (3.6)

Как ранее уже было отмечено, на основании теории электрослабых взаимодействий и квантовой хромодинамики была создана Стандартная модель элементарных частиц. Были обнаружены универсальные симметрии фундаментальных фермионов (с полуцелым спином) и фундаментальных бозонов (со спином 1). Первые являются носителями характеристик внутренней симметрии, а вторые – переносчиками фундаментальных сильного и электрослабого взаимодействия. Фундаментальных фермионов известно 12, и они существуют в виде двух совершенно разных «сущностей»: кварков и лептонов. Причем внутренняя симметрия фундаментальных фермионов проявляется в том, что и тех и других существует по шесть «штук»: 6 ароматов кварка и 6 лептонов[154]. Среди них выделяют три семейства фермионных поколений. Первое поколение (нижний и верхний кварки; электрон и электронное нейтрино) включает фактически все, что мы видим вокруг себя в природе сегодня. Остальные поколения с этой точки зрения являются экзотическими и по современным воззрениям они играли важную роль на ранних стадиях эволюции Вселенной[155].

Фундаментальных бозонов, известно, что их тоже 12. Это восемь глюонов, один фотон, и три «слабых» бозона W +, W – и Z 0.

Прежде чем продолжить начатый анализ сильных взаимодействий, выразим свое мнение и связанный с ним следующий пример, отражающий своеобразные исторические параллели между созданием геоцентрической системы мира и современными теориями физических полей

Пример 3.3/2

На наш взгляд история создания теорий электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики напоминает историю создания геоцентрической системы мира Птолемеем.

Основываясь на представлениях Аристотеля о том, что Земля находится в центре конечной Вселенной, Птолемей создал математическую модель, объясняющую движение планет и звезд относительно неподвижной Земли. При создании данной модели Птолемей встретился с рядом сложностей. Ему нужно было объяснить не совсем понятные (с точки зрения геоцентрической системы) траектории планет и сделать расчеты, позволяющие предвычислять положение небесных тел на будущее. Для решения этой задачи Птолемею потребовалось применить вспомогательные окружности: эпициклы и деференты. Таким образом, созданные Птолемеем таблицы и карты позволили с высокой точностью определять положения небесных тел, и на протяжении практически 1500 лет (до опубликования Кеплером «Рудольфовых таблиц» в 1627 году) карты Птолемея широко применялись в мореплавании.

При создании Стандартной модели физики элементарных частиц ученые встретились также с рядом сложностей. Были обнаружены явные нелогичности и противоречия при построении математической модели слабых и сильных взаимодействий. Так наблюдались нарушения законов четности волновых функций для слабых взаимодействий, принципа Паули для некоторых частиц, нарушения калибровочной симметрии и т.д. Все это требовало введения все новых и новых квантовых чисел, силовых векторных полей и других констант, при этом естественно усложнялся математический аппарат. Характерно, что даже строительство ускорителей заряженных частиц было «под заказ», для доказывания существования тех или иных частиц. И новые частицы действительно открывались. Но с их открытием появлялись и появляются новые вопросы, говорящие о нелогичности тех или иных фундаментальных положений теории. Это касается даже самого понимания кванта поля. Так, например, у электромагнитного поля его квант испускается большими его по размеру частицами. В слабых же взаимодействиях наоборот квант поля испускается меньшими его по размерам частицами. В сильных взаимодействиях наблюдается вообще смешная картина: склеенные глюонами кварки никак не могут разлететься.

Вполне возможно, что в теориях электрослабых и сильных взаимодействий, а также суперструн, преонов, тахионов, аксионов и других теориях, основанных на фундаментальных принципах квантовой механики, из-за отказа от наглядности в понимания структуры материи и перехода к математическим абстракциям допускаются определенные заблуждения, которые приводят к формированию искаженной картины мироздания.

На наш взгляд, авторы вышеуказанных теорий физических полей, не беря во внимание концепцию макро-микробесконечности мира, создают теорию в рамках законов «Нашей матери», которая имеет электромагнитную природу. Они не учитывают, что переходя к изучению микромира на субатомном и ядерном уровнях, необходимо применять совершенно другие представления, принципы и физические категории. Это другая материя не электромагнитной природы, она не испускает фотоны, в ней нет привычных нам зарядов, масс и энергий. Ее трудно обсчитать разработанными квантовомеханическими уравнениями. Подгоняя те или иные уравнения под данные экспериментов, теоретикам приходится действительно разрабатывать все новые и новые «деференты» и «эпициклы». В некоторых случаях теоретики довольно логично вырисовывают математическую абстракцию, но она очень далека от истинных представлений о структуре материи.

Мы видим, что существующая на сегодняшний день теория сильного взаимодействия, развиваемая в квантовой хромодинамики имеет не совсем логичную и ясную картину, которую трудно представить с позиций здравого смысла. А в природе, как известно, не может быть каких-либо неясностей и чрезвычайно сложных описаний. В ней всё существует по своим достаточно простым законам, имеющим простое объяснение и наглядность.

Именно такую картину сильного взаимодействия дал В.А. Ацюковский.

В основу сильных ядерных взаимодействий В.А. Ацюковский берет не гипотетические кварки, глюоны или даже не взаимодействия между протоном и нейтроном, а межнуклонные силы.

Экспериментально установлено, что именно разрыв межнуклонных и внтринуклонных связей освобождает огромную энергию (электромагнитную, альфа-, бета-излучение и осколки ядер). Однако квантовых теоретиков не удовлетворила сама «фундаментальность» этих сил. Они захотели найти конкретные частицы, ответственные за сильные взаимодействия. Так первоначально их приняли за пи-мезоны, и решили, что все адроны (частицы, участвующие в сильном взаимодействии), окружены облаками («шубой») мезонов. Однако пи-мезоны не были признаны фундаментальными частицами сильных взаимодействий. Поэтому их поиски продолжились (и продолжаются по настоящий момент).

Была выдвинута партонная модель, в которой предполагалось, что адроны в неупругих соударениях ведут себя как совокупность точечных частиц – партонов, некоторым образом распределенных по импульсам. В дальнейшем в качестве партонов стали рассматривать кварки, считая, что адроны помимо трех кварков содержат также облако кварков-антикварков.

Как мы видим сильное взаимодействие теоретики строят на основе представлений квантовой электродинамики («шубы» электрона из электрон-позитронных пар и фотонов).

Поскольку исследования протонов происходило путем их бомбардировки частицами высоких энергий, достигающих значения в сотни миллиардов электрон-вольт (ГэВ), то представление о кварках стало складываться как о частицах с высокой энергией связи. Так было предположено, что тяжелые элементарные частицы построены из различных комбинаций «истинно элементарных» частиц – трех кварков и трех антикварков, каждый из которых имеет массу порядка пяти протонных масс. Соединение кварков между собой приводит к преобразованию масс кварков в энергию связи, в результате, соединившись, например, в протон, три кварка, имеющий каждый по 5 протонных, а в сумме 15 протонных масс, сохраняют в виде массы только одну протонную массу, остальные 14 протонных масс преобразуются в энергию связей кварков между собой. Другими словами, получается, что в «свободном состоянии» кварки намного тяжелее протона, но при входе в него теряют энергию связей. Что же представляет собой эта энергия связей, какова ее структура? Данный вопрос остается открытым.

Таким образом, можно сказать, что теория квантовой хромодинамики уперлась в стену, преодолеть которую можно, если отбросить на время поиски «истинно элементарных частиц» и начать более подробно изучать межнуклонные и внутринуклонные силы.

Согласно теории В.А. Ацюковского сильные взаимодействия в ядре атома происходят между нуклонами, соприкасающимися своими пограничными слоями. Отсюда физической сущностью сильного ядерного взаимодействия следует считать прижатие нуклонов друг другу внешним давлением эфира вследствие падения давления эфира в межнуклонном пограничном слое в результате значительного градиента скоростей в пределах этого пограничного слоя[156].

Другими словами межнуклонная и внутринуклонная энергия связей создается не какими-то гипотетическими кварками и глюонами, а колоссальными давлением и плотностью, образуемыми самими нуклонами и их системами.

Таким образом, теорию сильного взаимодействия в рамках квантовой хромодинамики можно рассматривать как определенный уровень понимания, существующий и общепризнанный в научных кругах на сегодняшний день.

На наш взгляд большой шаг в сторону более глубокого понимания сущности сильных взаимодействий сделал В.А. Ацюковский. Поэтому его теорию следует не отбрасывать как ненаучную, а изучить более подробно.

При рассмотрении всех более или менее известных физических теорий о природе сильных взаимодействий можно отметить следующее. Если в целом, отбросив некоторые детали, посмотреть на эти теории, то можно увидеть, что все равно все физики-теоретики независимо от того, ставят ли они цель понять физический смысл сильного взаимодействия, все равно, так или иначе, к нему подходят. Они приходят к пониманию того, что чтобы выяснить сущность того или иного явления необходимо понять его структуру, а разбираясь в понимании этой структуры они, так или иначе, подходят к его сущности. В конце концов, к какой бы теории не придерживались физики-теоретики, их основной задачей является описывать структуру реальности. Т.е. речь не идет о каких-то выдумках и фантазиях, речь идет об описании явлений, которые существуют. Поэтому рано или поздно, но физики опишут ту реальность, которая существует, несмотря на то, какой бы она не была, и как бы они к ней не относились.

Так многие, выводимые квантовыми теоретиками следствия, уже сейчас можно интерпретировать в пользу теории В.А. Ацюковского и нашей концепции. Так абстрактные «шубы» и оболочки адронов, нуклонов и лептонов можно связать с внешними оболочками «вихрей Ацюковского». Механизм кварк-глюонного взаимодействия можно также представить в виде взаимодействующих «вихрей Ацюковского», неких вращающихся субстанций, которые и удерживаются в виде той или иной системы за счет своих внутренних сил (например, скомпенсированного вращения). Отсюда и неразрываемые кварк-глюонные нити можно также представить в виде скомпенсированных систем вихрей, при которых один вихрь существует за счет другого и при попытках отделить один вихрь от другого, данные вихри раздваиваются по закону сохранения самой системы этих вихрей.

Таким образом, можно заключить, что многие следствия квантовой хромодинамики и ее некоторые вычисления еще много раз пригодятся при создании нового раздела физики. Так или иначе, возникнет необходимость описания движения частиц, входящих в структуру фундаментальных фермионов и бозонов, а также конкретных адронов и лептонов. Возникнет необходимость описания движения частиц в самих «вихрях Ацюковского», а также движения частиц, представляющих собой межнуклонную и внутринуклонную энергию связей. В 7 главе мы аргументируем, в связи с чем может появиться такая необходимость, и в рождении какого нового раздела физики в первую очередь возникнет необходимость.

Вывод

Основой сильного взаимодействия выступают межнуклонные силы. В основе межнуклонных, внутриядерных, внутрипротонных сил лежат частицы субфизической формы материи.

Современная кварковая модель адронов требует пересмотра. Хорошо бы было ее совместить с эфиродинамической теорией В.А. Ацюковского. В этом случае было бы интересно «заглянуть» в структуру протона с точки зрения взаимодействия его составляющих. При этом составляющие протон частицы можно назвать кварками, но иметь в виду, что по своим размерам и массам они меньше протона. Такие кварки можно представить как «маленькие» вихри в «большом» вихре самого протона. Кроме этого, следует иметь в виду, что эти кварки по своим физическим и иным параметрам в какой-то степени аналогичны наблюдаемым нами скоплениям и сверхскоплениям галактик во Вселенной. Отсюда становится понятным, что при попытке поделить такие кварки пополам образуются новые вихри, которые для поддержания своей устойчивости формируют прежние системы.

4°. Гравитационное взаимодействие

Теория гравитационного взаимодействия занимает особое место в физической картине мира. Вообще явление гравитации (тяготения) всегда считалась и до сих пор считается самой загадочной из всех сил природы. От других сил гравитацию отличает то, что ее нельзя экранировать или изменить никаким искусственным способом.

Большой вклад в исследование гравитационных взаимодействий внесли Ньютон (закон всемирного тяготения), Эйнштейн (общая теория относительности).

По современным данным важнейшее свойство гравитационного поля состоит в том, что оно определяет геометрию пространства-времени, в котором движется материя. Так для тел, движущихся медленно по сравнению со скоростью света в вакууме справедлив закон всемирного тяготения Ньютона. При движении тел, сравнимых со скоростью света начинает меняться геометрия пространства и времени. Пространство становится искривленным, а время при таком движении замедляется. Об этом говорит общая теория относительности (ОТО). Тем не менее, ОТО не отвечает на вопросы: почему замедляется время, что лежит в основе гравитационного потенциала, искривляющего пространство, и почему искривленное пространство заставляет массы притягиваться?

Таким образом, на сегодняшний день сущность гравитационного взаимодействия, не выяснена. Неизвестно, существует ли фундаментальная сила, лежащая в его основе и соответственно квант этой силы (гипотетический гравитон).

Общеизвестные сегодня теории гравитации[157] основаны на открытиях физики элементарных частиц. Например, в теории гравитации Эйнштейна – Картана – Траутмана (т.н. гравитация с кручением, авторы: А. Эйнштейн, А. Картан, А. Траутман, 1922–1972) гравитационное поле взаимодействует не только с энергией (тензором энергии и импульса) частиц, но и с их спином.

В теории гравитации К.Дж. Айшема, А. Салама и Дж. Стразди (1973) предполагается существование двух гравитационных полей. Носителями одного из них являются безмассовые частицы со спином 2 (обычная «слабая» гравитация общей теории относительности), это поле взаимодействует с лептонами. Другое поле переносится массивными частицами (f-мезонами) со спином 2 («сильная» гравитация) и взаимодействует с адронами.

Интересную, на наш взгляд, идею о гравитации выдвинул в 1967 году академик А.Д. Сахаров. В его теории гравитация не является фундаментальным взаимодействием, а есть результат квантовых флуктуаций всех других полей.

Помимо названных общеизвестных теорий гравитаций на сегодняшний день существует масса альтернативных теорий, не основанных на общей теории относительности и квантовых теориях. К альтернативным теориям гравитации часто относят вообще любые теории, не совпадающие с общей теории относительности хотя бы в деталях или как-то обобщающие её. Тем не менее, нередко теории гравитации, особенно квантовые, совпадающие с общей теорией относительности в низкоэнергетическом пределе, «альтернативными» не называют.

Среди альтернативных теорий гравитации обычно выделют «классические» (теория гравитации Лесажа, Модифицированная ньютоновская динамика) и «релятивистские» (релятивистская теория гравитации; калибровочная теория гравитации; гравитация с массивным гравитоном; телепараллелизм; теория Нордстрёма; теория Бранса – Дикке; биметрические теории гравитации; несимметричные теории гравитации и другие).

В квантовых теориях гравитации (канонической, петлевой, полуклассической, евклидовой квантовой гравитации) создание теории сталкивается с большими математическими трудностями, возникающими вследствие нелинейности уравнений поля. Так, например, если учитывать искривление траектории движения частиц в каждой точке пространства, то картина пространства-времени приобретает настолько деформированный, искаженный характер, что подобную деформацию материи физики-теоретики называют квантовой пеной. В данном случае вообще понятие пространство и время теряет смысл.

В этой связи большие надежды возлагаются на теории гравитации, пытающиеся создать единую теорию поля (сюда относят многомерные, струнные и прочие теории). Так в теории супергравитации объединены все взаимодействия на основе суперсимметрии – общей симметрии, позволяющей связать поля, кванты которых обладают целочисленным спином (бозоны), с полями, кванты которых имеют полуцелый спин (фермионы). Идея о суперсимметрии является дополнением к уже существующим глобальным симметриям, где наравне с математическими симметриями вводится также симметрия по такой квантовой характеристике как спин. Так, согласно суперсимметрии, каждой известной частице должна соответствовать частица-суперпартнер, спин которой на половину меньше. Так, например, электрону должна соответствовать частица со спином, равным 0; ее назвали сэлектрон, т.е. суперсимметричный электрон. Фотону должен соответствовать суперпартнер со спином 1/2; его назвали фотино. Кроме гравитонов (безмассовых бозонов со спином 2), должны существовать и другие переносчики гравитационного взаимодействия – фермионы, получившие название гравитино. Характерно, что в настоящий момент завершенных, общепризнанных теорий супергравитации нет и вышеописанные частицы в экспериментах не обнаружены.

Также в последнее время с целью создания единой теории физических полей, которую не удается создать в рамках Стандартной модели элементарных частиц, создаются другие нестандартные модели, среди которых наиболее перспективной считается теория суперструн.

Как нами уже было отмечено, теория суперструн последовательно вытекает из Стандартной модели, в частности квантовой хромодинамики. Согласно теории суперструн все элементарные частицы рассматриваются не как точечные образования, а как крошечные одномерные вибрирующие, колеблющиеся струны. Они либо свернуты в замкнутые кольца (петли), либо представляют собой незамкнутые отрезки. Такие струны не имеют толщины, а их длина находиться в пределах 10–33 см. Они характеризуются огромным натяжением (до 1039 тонн), с ростом которого растет энергия струны.

Одним из важных на наш взгляд, положением теории суперструн является следующее рассуждение. Время в данной теории одномерно, а пространство должно иметь кроме трех известных нам измерений еще как минимум шесть дополнительных. Такие дополнительные измерения находятся в свернутом состоянии в каждой точке пространства (в пределах 10–33 см). При этом все обычные, знакомые нам частицы и негравитационные поля проявляются только в нашем мире трехмерного пространства и одномерного времени. Нераскрывшиеся, свернутые пространства им недоступны. И только поле тяготения не знает этого ограничения и проявляется во всех девяти пространственных измерениях.

Таким образом, согласно суперстунной теории в каждой точке нашего пространства имеется еще не менее шести нераскрывшихся измерений, свернутых определенным образом, представляющих собой замкнутые системы. Это означает, что при перемещении в пространстве дополнительных измерений вдоль соответствующего направления нельзя уйти сколь угодно далеко от исходной точки. Продолжая двигаться в одном и том же направлении «путешественник», достигнув некоторого максимального удаления, возвратится в исходную точку.

В теории суперструн также предполагается оболочечная модель мира, в котором каждая оболочка (брана) включает в себя свернутое измерение гигантской геометрической фигуры в масштабе вселенной[158].

К структуре материи мы еще вернемся в главе 5.

Продолжим анализ теорий гравитационного взаимодействия и рассмотрим вопрос о его фундаментальности.

Выше мы рассмотрели, что фундаментальность электромагнитного поля оправдывается наличием экспериментально установленных квантов данного поля – фотонов. Существующие силы притяжения в электромагнитном поле объясняются

1) наличием притягивающих зарядов;

2) доменов в ферромагнетиках;

3) химической связью;

4) межмолекулярными связями (Ван-дер-ваальсовыми) и др.

В основе их лежат, соответственно, притяжения электронов и протонов; согласованное движение электронов; «спаривание электронов»; особые внутренние силы, определяющие агрегатное состояние вещества и его другие свойства на макроуровне. Таким образом, сами по себе силы, лежащие в основе химических, молекулярных связей не фундаментальны. Фундаментальным является наличие у ядра атома и электронов сил притяжения и отталкивания, а также общей их способности поглощать и испускать гамма-кванты.

При участии слабых взаимодействий обнаружено, что при взаимопревращении протонов и нейтронов из ядер атомов испускаются промежуточные частицы, которые затем распадаются на основные продукты бета распада. Возникновение этих промежуточных частиц при всех нейтринных образованиях, послужило основой выделить слабые взаимодействия как фундаментальные.

В основе сильных взаимодействий, как уже было отмечено, лежат внутренние ядерные силы, удерживающие составляющее ядра. Это кварки и глюоны, которые настолько связаны друг с другом, что при любой их попытке разлететься образуются струны, при разрыве которых, снова возникают кварки в связанном состоянии.

В случае гравитационных взаимодействий по аналогии с вышеперечисленными также должны существовать некие кванты взаимодействия, объясняющие природу той или иной силы. Теоретически рассчитано[159], что если вращать стальной цилиндр массой 1 тону вокруг оси, перпендикулярной оси цилиндра со скоростью, при которой центробежные натяжения близки к разрывным, то возникнет определенная сила притяжения к цилиндру, и, возможно, также гравитационное излучение, мощность которого не превысит 10–30 Вт. Отсюда мы видим насколько мала интенсивность гравитационного взаимодействия (в 1039 раз меньше силы взаимодействия электрических зарядов).

Однако на макроуровне гравитационные силы являются не такими уж и слабыми, они возрастают по мере образования больших скоплений вещества, определяют земное притяжение, траектории движения космических тел и, таким образом, являются господствующей силой во Вселенной. Вполне возможно, что скопления вещества, вовлеченного во вращательное движение, и вызывает силу притяжения к нему менее массивных тел, примерно так же как упорядоченное движение электронов в ферромагнетике объясняет явление намагниченности.

Отсюда вытекает, что кванта гравитационного поля может и не быть, поскольку каждая частица, испытывая на себе действие гравитации, в то же время сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Возможно также, что само вращение с ускорением вызывает определенное притяжение и на микроуровне ему создается противоборствующая сила – вращение в противоположную сторону (своеобразная компенсация по спину). Может быть именно вращение, его направление и объединения частиц по одному или противоположному направлению, входящих в состав более массивных частиц и определяют внешние характеристики известных нам частиц (их заряды, спины и т.д.)?

Для ответа на эти вопросы рассмотрим, что представляет собой гравитация с точки зрения эфиродинамической теории В.А. Ацюковского.

В соответствии с ней гравитационные взаимодействия представляют собой термодиффузионные процессы, основанные на теплообмене массы вещества с окружающей его эфирной средой.

Физическая природа сил гравитации выражается В.А. Ацюковским в следующей формуле

11.wmf (3.7)

где Fp1 и p2 – сила между двумя протонами; k = 1,38∙10–23 Дж∙K –1 – постоянная Больцмана; na = 5,8∙10102 м–3 – количество амеров в единице объема эфира; Rp1 – радиус первого протона; Т – температура; Vp2 – объем второго протона; r – расстояние между протонами.

В соответствии с данной формулой, притяжение между двумя протонами (телами) пропорциональна числу амеров в единице объема эфира, радиусу первого протона, создающего градиент температур в эфире, объему второго протона, воспринимающего градиент давлений, созданный этим градиентом температур, и обратная пропорциональность квадрату расстояния между ними[160].

В соответствии с теорией Ацюковского свободный эфир имеет более высокие температуры, чем создаваемые им вихри (т.е. грубо говоря, вихри являются холодными образованиями, а эфир – теплым). Следовательно, между верхними оболочками вихря и эфиром будет происходить теплообмен: температура вихря должна непрерывно повышаться за счет притока тепла из окружающей вихрь среды, а температура окружающей вихрь среды должна снижаться. Таким образом, вокруг каждого протона температура снижается, и в окружающем пространстве возникает градиент температур эфира. Следствием градиента температур является градиент давлений эфира вокруг протонов.

В соответствии с расчетами В.А. Ацюковского градиент температур на малых расстояниях уменьшается пропорционально квадрату расстояния, а на больших расстояниях уменьшается значительно быстрее (т.е. притяжение тел растет по мере их приближения, чем дальше тела друг от друга, тем меньше они притягиваются, в то же время обмен амерами происходит). По мере удаления от вихрей эфира – частиц вещества – температура эфира повышается до некоторого значения Т∞, характеризующего температуру эфира в свободном от вихрей пространстве. Таким образом, гравитационное поле получает трактовку как поле градиента давления в эфире, вызванного градиентом температур, возникшим вследствие охлаждения эфира пограничными слоями нуклонов, что подтверждено численными расчетами[161].

Высказанные положения В.А. Ацюковским относительно сущности гравитации довольно просто объясняются в рамках нашей концепции.

Из положений теории В.А. Ацюковского вытекает, что любые тела притягиваются друг к другу, так как между ними «неизбежно» возникает гравитационная связь, единственно данная сила притяжения будет зависеть от расстояния между телами, температурой эфира, плотности тел и других факторов. В любом случае любые тела испускают амеры, которые поглощаются другими телами.

Отсюда вытекает положение о существовании гравитационных волн. Однако вопреки общепринятым представлениям, что гравитационные волны должны иметь аналогично фотон-электронному взаимодействию квант поля и его источник, получается несколько иная картина. Она напоминает картину сильного взаимодействия, в которой источником силы являются сами взаимодействующие друг с другом вихри. Аналогично и в гравитационных взаимодействиях. Их источником являются не какие-то конкретные частицы, а тела физической материи, имеющие массу. Как мы отмечали (в § 3.1.1°) масса – это величина физической материи, а физическая материя начинается со стабильных элементарных частиц: фотона, электрона, протона. В субфизической материи действуют другие гравитационные силы (субфизической природы). Получается амеры не имеют тяжести, о чем упоминал еще в древности Демокрит[162]. Гравитация действует на тела Нашего мира, в субфотонной материи нет этих сил, так как они вызываются самой субфотонной материей. Вместе с тем, в субфотонной материи существуют гравитационные силы, причины которых имеют подсубфотонную основу (т.е. связаны с силами, которые лежат в основе Субфотонной материи).

Теперь объясним, за счет чего поддерживается теплота эфира? И почему холодные вихри не тают, находясь в теплоте окружающей среды? Ответим на данные вопросы по порядку.

В соответствии с теорией В.А. Ацюковского ответ на вопрос, за счет чего поддерживается теплота эфира, очевиден. Все дело в плотности газовой среды. Как известно, сжиженный газ метана (находящийся, например, в газовом баллоне) всегда холоднее того же газа, находящегося в свободном состоянии при обычной комнатной температуре.

В соответствии с нашей концепцией, как мы уже отмечали, молекулы эфира, находящиеся в свободном состоянии (амеры в терминологии Ацюковского) – это микрогалактики Микромира, следующего после нашего мира в микроглубину материи. По аналогии с Нашим миром, можно сказать, что галактики состоят из горячих звезд. Тогда общая температура галактик будет складываться в зависимости от расстояний между звездами, т.е. в зависимости от плотности звездного вещества в галактике. Однако, если предположить, что галактики могут входить в структуру какой-либо фундаментальной единицы Макромира (наподобие фотона, электрона, протона Нашей материи), то плотность вещества отдельных галактик, судя по всему, должна уступать общей плотности всех галактик, входящих в структуру фундаментальной единицы Макромира. Поэтому условно можно считать галактики, как и молекулы газов, находящихся в свободном состоянии, как и молекулы эфира (амеры) более теплыми образованиями, по сравнению с тем уплотненным веществом, которое они могут создавать на макроуровне. Точно также, огромные скопления галактик в виде образуемых ими стабильных и нестабильных элементарных частиц Макромира будут являться более холодными образованиями по сравнению с «горячими» галактиками.

По этим же критериям, кстати (по уровню плотности звездного вещества в галактиках) можно будет найти, в какой (или ближе к какой) фундаментальной частице Макромира находится наша Галактика «Млечный путь».

Для большей наглядности вышеуказанного суждения заметим, что сама по себе температура (сущность теплоты) определяется мерой движения молекул, т.е. энергией, передаваемой на микроскопическом уровне (за счет взаимодействия атомов или молекул). Отсюда мы видим, что теплота – это свойство, воспринимаемое нами на макроуровне (на уровне вещества). Чем быстрее будут двигаться молекулы, тем большую температуру мы будем ощущать. При этом само вещество (например, камень) может оставаться неподвижным, однако его температура будет связана с мерой движения частиц, его составляющих. Получается, при образовании вещества возникает своеобразное замыкание сил и энергий внутри данного вещества. Возникает пласт реальности, в котором внутренние силы (энергии) нами непосредственно не воспринимаются. Если же представим, что совокупность вещества в виде звезд, галактик, скоплений и сверхскоплений галактик, тоже могут образовать новый пласт реальности, то в нем, также должно произойти «замыкание сил и энергий» на уровне новосозданного материального объекта. В этом случае «новоиспеченный» объект приобретает как бы замедленное движение по сравнению с его внутренними составляющими, точно также как неподвижный камень и бешено двигающиеся в нем молекулы. Теперь на основании данной аналогии становится понятной условность выше приведенного суждения о том, что эфир «горячее» создаваемых им структур. Галактики «горячее» создаваемого ими «вещества». Молекулы «Нашей материи» «горячее» тех структур, которые они создают на уровне вещества (например, камня). Здесь под понятиями «горячий», «холодный» мы понимает разницу в скоростях движения между объектами из разных уровней (подуровней) материи.

Теперь ответим на второй вопрос: почему холодные вихри газов не тают, находясь в теплоте окружающей среды? Как известно из теории газовой механики, такие вихри постепенно тают и растворяются в среде газов, находящихся в свободном состоянии. Отсюда вытекает, что холодные вихри в виде стабильных элементарных частиц физической материи также когда-то должны растаять. К данному выводу и пришел В.А. Ацюковский, рассчитав среднее время жизни фотона, электрона, протона. Так, например, по предварительным расчетам В.А. Ацюковского протон распадается за период равный примерно 2 тыс. млрд. лет[163]. Хотя, несомненно, по его же утверждению, эти данные требуют уточнения.

Скорость распространения гравитационных взаимодействий В.А. Ацюковский оценивает как «скорость 1-го звука эфира» – 4,3∙1023 м/с, т.е. более чем в 1015 (10 квадриллионов) раз превышает скорость света[164]. Разумеется, данные расчеты также требуют уточнения. Но в любом случае, становится понятно, что «скорость 1-го звука» на несколько порядков выше скорости света в вакууме.

Эти положения удовлетворяют основам нашей концепции, согласно которым частицы субфотонной материи распространяются со скоростью, на порядок превышающей скорость света в вакууме. Гравитационные взаимодействия, как мы уже отмечали, относятся к взаимодействию частиц субфотонной материи.

Мы также поддерживаем идею В.А. Ацюковского, о том, что скорость распространения гравитации не является принципиально предельной. Ацюковский предполагает, существование в среде частиц эфира-2, из которого состоят амеры. Следовательно, данные частицы могут распространяться со скоростью также на несколько порядков выше гравитационных волн.

В соответствии с нашей концепцией, речь идет о наличии в Субфотонной материи аналогов электромагнитного взаимодействия для Нашего мира и соответственно аналогов гравитационных волн, имеющих «подсубфотонную» основу. Если брать во внимание расчеты Ацюковского, что скорость гравитационных волн может достигать порядка, превышающего более чем в 10 квадриллионов раз скорость света в вакууме, то, получается, примерно в таком же соотношении быстрее перемещается «подсубфотонная» материя по сравнению с субфотонной.

На основании проведенного анализа, а также после рассмотрения основных положений нашей концепции (глав 4–6) в § 6.3 мы представим собственную модель гравитации в более развернутом виде.

Вывод

Гравитационное взаимодействие имеет свою причину на уровне субфизической формы материи. В соответствии с теорией фундаментальности, о которой мы говорили в преамбуле к § 3.3, гравитационное взаимодействие нельзя назвать таким же фундаментальным взаимодействием, каким является электромагнитное взаимодействие. Последнее, как мы отмечали, преимущественно связано с взаимодействием частиц физической формы материи. Гравитационное взаимодействие, как мы увидели, непосредственно связано с субфизической формой материи.

Гравитационное взаимодействие проявляется только на уровне Нашей материи. В Субфизической материи действуют гравитационные силы иной природы (другого нижележащего вида материи).

На уровне элементарных частиц как таковые гравитационные взаимодействия выражены слабо. Между элементарными частицами нашей физической формы материи действуют силы притяжения и отталкивания, которые возникают в связи с теми или иными структурными особенностями элементарных частиц. В структурном плане все элементарные частицы представляют собой вихри, скомпонованные из частиц субфизической формы материи. Помимо притяжения и отталкивания, между элементарными частицами происходит непрерывный обмен частицами субфизической формы материи. Именно этот обмен и представляет собой гравитационное взаимодействие между физическими телами. С ростом массы этих тел, растут их гравитационные силы. Тела начинают сильнее поглощать частицы субфизической формы материи, и, соответственно, начинают сильнее притягивать тела физической формы материи.

В этой связи гравитационные волны представляют собой поток частиц субфизической формы материи, истекающих от каждого объекта физической формы материи со сверхсветовой скоростью.

На уровне Киберматерии гравитационные силы, также как и в Нашей материи, и в Субфотонной материи имеют свою природу. Они основаны на обмене галактиками и их скоплениями между фундаментальными единицами Макромира.

Таким образом, в каждом виде материи (в замкнутых микро- и макромирах) существуют свои гравитационные силы, действующие в пределах того или иного вида материи. В § 6.3 мы вернемся еще к вопросу о сущности гравитации, где разовьем и конкретизируем вышерассмотренные идеи.

Общий вывод

Мы сделали анализ 4-х видов фундаментальных взаимодействий и пришли к выводу, что все они в своей основе имеют субфотонную механику. По нашему мнению, субфотонная механика и является тем ключом, позволяющим не только объединить теорию относительности и квантовую механику, но и построить действительно единую теорию «Суперобъединения полей» в единое поле субфизических (субфотонных) взаимодействий. В следующем параграфе мы более детально рассмотрим данные идеи.


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