Целью настоящей статьи является анализ проблем современной физики с точки зрения развития ее как науки. Главным образом анализ того, что в процессе развития было утрачено, и создает трудности построения единой физической теории. Анализ проводится в форме рассмотрения самых общих концепций, позволяющих нарисовать самые общие контуры возможной единой модели природы (физики).
Известно, что начало развития физики, соотносится с космогониями древнегреческих философов, рассматривающих «мир» как единое целое. В последующем происходила дифференциация единой модели: с выработкой абстрактных понятий, затрагивающих все больший круг явлений; с логический их увязкой, путем построения теорий, отвечающих запросам жизнедеятельности людей. Те же философы ясно осознавали этот процесс: например Аристотель считал, что «…подлинное знание достигается на основе чувственного опыта, с помощью интуиции и абстрагирования…». И это, надо считать, совершенно необходимый этап в развитии науки. Однако, в процессе абстрагирования приходится отвлекаться от многих важных сторон вещей, явлений и процессов, с неизбежной потерей их единства и целостности. С развитием и углублением теории, с накоплением фактического материала, увязанного в ее рамках, резко возрастает ее сложность и теряется наглядность. Но история науки имеет примеры того, что если вернуться к исходной модели, но только с позиций уже развитой теории, позволившей накопить фактический и увязанный ею материал, то она может преодолеть кризис. Несомненно, наиболее яркой иллюстрацией этому служит зарождение и развитие научной Астрономии Птолемеем, и разрешение кризиса Коперником. Особо следует отметить, что, по мнению ученых, Птолемей знал о Гелиоцентрической гипотезе Аристарха Самосского, разделял которую и Архимед Сиракузский. Однако Птолемей, по всей видимости, понимал или чувствовал, что прими он в то время эту гипотезу, то не смог бы заложить основы и развить Астрономию в качестве теории, как не смог этого сделать Аристарх Самосский. С этой точки зрения рассмотрим развитие Физики, начиная от Космогонии Анаксимандра из Милета. Основные идеи его трактата «о природе» носят явно эволюционный характер:
- о развитии:
Первая фаза: выделение из бесконечного континиуума мирового зародыша.
Вторая фаза: разделение и поляризация противоположностей.
Третья фаза: Взаимодействие и борьба «горячего и холодного» (противоположностей) порождает «оформленный космос».
- о материи:
«Вещи уничтожаются в те же самые элементы, из которых они возникли, согласно предназначению» (первая формулировка закона сохранения материи)
- о жизни:
Происхождение первых людей из животных другого вида (первая формулировка идеи биологической эволюции).
- о завершении цикла:
После гибели космос поглощается бесконечным континуумом объемлющем его.
Даже после поверхностного взгляда видно, что модель Анаксимандра потенциально содержит в себе почти все главные проблемы современной Физики. По всей видимости, причина этого кроется в том, что космогония Анаксимандра явилась обобщением взглядов на мир большинства предшествующих цивилизаций, выраженных в том числе и в мифологической форме. А взгляды эти формировались из наблюдений за окружающей жизнью.
Впоследствии, в рамках Милетской школы в хронологическом порядке началась дифференциация исходной модели, в смысле формулирования более конкретных понятий и увязки их в зачатки теорий. Так, Анаксимен из Милета более подробно рассматривал проблемы материи и дал первую теорию ее качественных изменений. Анаксагор из Клазомен продолжил разработку проблем материи. Особенностью его подхода явился анализ проблемы движения материи. Так как понятие относительности движения отсутствовало, то возникла необходимость во введении перводвигателя: «…В какой то момент времени и в каком то участке пространства, эта смесь («семян») приобрела быстрое вращательное движение, сообщенное ей неким внешним по отношению к ней агентом – умом («Нусом»). Далее процесс образования материи из семян происходит на фоне непрерывности (то есть отсутствия «Пустоты»): «Приведенные в движение семена стремятся соединиться с себе подобными, образуя более или менее однородные массы вещества. Однако полного обособления этих масс произойти не может, ибо во всем имеется часть всего. Каждая же вещь кажется тем, что в ней преобладает. В ходе этих преобразований общее количество любого рода вещества остается неизменным, ибо никакая вещь не возникает и не уничтожается, но соединяется из существующих вещей и разделяется (первые понятия о законах сохранения). Уже явно просматривается, что более подробное рассмотрение процессов движения проводится на фоне некоторого ограничения идеи эволюции (введение «Нуса»).
Дальнейшее более подробное развитие идеи движения и его анализа привело к отказу от непрерывности. От Парменида Элейского еще отрицавшего пустоту, через его ученика Зенона развитие привело к идее атомизма. Атомисты, в лице Левкиппа и его ученика Демокрита, окончательно оказались от идеи эволюции и непрерывности, введя «Вечные атомы» и «Пустое пространство». Однако они заложили основы механики, которая превратилась в развитую теорию, проникающую во все разделы физики.
Математика, являясь основой и инструментом развития всех разделов физики, подверглась той же тенденции. От Пифагора, еще поддерживающего идею Милетской школы о непрерывности (точка определялось как единица, обладающая протяжённой величиной), до Евклида, использующего при построении теории (геометрии) абстрактные математические понятия. Эти математически понятия (объекты) стали выражать свойства пустого пространства и идеализированных объектов в нем. Вместе с этим, идея эволюции, косвенно отраженная в Пифагореизме, как порождение «чувственных тел»: точка – линия – плоскость - тело, трансформировалась в систему первичных неопределяемых понятий: точка, прямая, плоскость и.т.д.. Число лишилось определенности: точка и прямая попали в зависимость идеи бесконечной делимости материи. Так, любой отрезок прямой мог содержать «несчетное множество» точек, соответственно и чисел. Однако процесс необходимого и сознательного абстрагирования привел к созданию математики, и соответственно физики, как развивающихся и дифференцированных наук. Но, по мере развития и совершенствования теорий, на фоне накопления фактического материала, постоянно сказывались результаты упрощений при абстрагировании. Для увязки явлений в рамках соответствующих теорий вводились абстрактные сущности, например: силы, флогистон, эфир, различные поля, и т.д., что приводило к их усложнению и потере наглядности. Особенно остро это проявилось с разработкой теории относительности и квантовой теории, что в свою очередь привело к возрастанию потребности выработки единых взглядов на природу. Однако оба подхода к единой теории недостаточно внимательно отнеслись к исходным идеям заложенным в космогонии Милетской школы.
Так, общей теории относительности удалось свести гравитацию к геометрии, построенной для пустого пространства, и влияющей на его кривизну массой движущейся в нем (определенной через свое свойство инерции). Однако попытки свести к геометрии другие силы встретились с большими трудностями, требующими введения еще более абстрактных понятий, например, дополнительных измерений. По всей видимости, причина этого кроется в том, что в процессе абстрагирования, форма (сперва терминологически) была противопоставлена материи (например, у Платона и Аристотеля), и стала анализироваться как самостоятельная сущность, сомкнувшись с уже ранее существовавшими идеализациями; в качестве ее элементов: точки, линии, поверхности. Затем эти элементы стали основой геометрии пространства, а суть связи формы и материи закономерно стала жертвой абстракции.
Другой подход к поиску единства представляет квантовая теория. Эта теория, являясь развитием идей атомизма, для согласования новых фактов в своих рамках, была вынуждена заменить силовое воздействие на обменное, и усовершенствовать понятие поля, объясняющее факт дуализма (волна – частица). Так, квантовая теория поля, представляя поле как систему с бесконечным числом степеней свободы (механический аналог – связанные между собой осцилляторы), «вкладывает» его в пустое пространство. Особенно показательной иллюстрацией этому служит следующий факт: Однажды у основателя квантовой электродинамики Р. Фейнмана спросили: «если бы завтра все живущие ныне физики погибли, и от всех них в будущее можно было передать только одну фразу, то что бы вы сказали?» Ответ был таков: «Весь мир состоит из атомов и пустоты. Остальное они додумают».
Исходя из приведенных выше соображений, попробуем усомниться в резюме Фейнмана, и построить хотя бы качественную модель, опирающуюся на идеи космогонии Милетской школы, основными из которых являются идеи непрерывности и эволюции. Вместо бесформенной смеси мельчайших чувственно не воспринимаемых частиц (космогония) примем множество связанных между собой осцилляторов (К.Т.П.). Под осциллятором будем понимать элемент множества, представляющий равенство противоположных движений (флуктуаций, осцилляций) в самом общем виде. Связь соседних осцилляторов представим общим (одноименным) для них движением. Таким образом, осциллятор будет олицетворять симметрию данной модели в самом общем виде. Место перехода движения осциллятора в противоположное движение(характеризующееся отсутствием движения) назовем центром симметрии осциллятора. Будем считать, что существует собственное подмножество принятого множества осцилляторов. Основная особенность этого подмножества заключается в идентичности его элементов (осцилляторов), создающая условия для возникновения в нем когерентных движений и процессов. Назовем это подмножество «Пространство» («Организованный космос» в представлении Милетской модели). Таким образом, Пространство будет представлять «открытую систему» элементами которой являются центры симметрий осцилляторов (точки пространства). Возможные совокупности точек представят формы пространства – линии, поверхности и т.д., а их количество – «число» (идеи Пифагореизма).
Отталкиваясь от современных представлений о развитии из состояния сингулярности, а также идей «синергетики» и принятой модели пространства, нарисуем возможную картину этого развития. Под влиянием внешнего множества самым простейшим когерентным движением с наименьшим числом степеней свободы и единым центром, представляется замкнутое вращательное движение. По структуре это состояние пространства (сингулярность) видится как вращение в противоположных направлениях разноименных слоев осцилляций разделенных сферическими поверхностями симметрий. А если положить, что сингулярность вращается как целое относительно внешнего множества, то у слоев (условно положительного вращения) угловая скорость будет больше чем у противоположных (условно отрицательно вращения). Исходя из условий сохранения непрерывности, как основополагающего принципа, на некотором этапе процесса вращения должен наступить критический этап (бифуркация). По мере влияния внешнего множества, вместо увеличения угловых скоростей наступит этап дифференциации сингулярности на противоположно вращающиеся образования типа «Солитон». Этому процессу в каком-то смысле можно уподобить процесс выкипания жидкости. Следовательно, фиксируя предельные угловые скорости вращения своих элементов, система получает возможность реагирования на внешние изменения другим путем, например поступательным движением возможных подсистем. Каждый из вращающихся противоположных элементов образован соответствующим когерентным движением всей системы в целом, имея индивидуальный центр симметрии и направление оси симметрии. Вклад в состояние пространства вносимый конкретным элементом назовем - полем. А сам элемент - монополем. Условно выделенную пару ближайших противоположных монополей будем считать диполем, имеющим центр и ось симметрии. При сближении монополей центр симметрии диполя будет смещаться в направлении своей оси симметрии со скоростью пропорциональной угловым скоростям монополей. В силу принципа структуры монополя невозможна изолированная система диполя, поэтому каждый из монополей может оказаться ближе к своей противоположности другого диполя и составить с ним новую пару. Поэтому процесс условного существования пары назовем виртуальным диполем. Существование пары одноименных монополей невозможно в силу того, что их взаимное сближение соответствовало бы увеличению угловой скорости системы, противоречащей условию бифуркации, а соответственно непрерывности пространства. В качестве отступления следует заметить, что в статье намеренно не используются понятия притяжения противоположных монополей и отталкивания одноименных, так как это потребовало бы привлечение многих других, например векторных, усложняя главную задачу статьи- по возможности наиболее краткое представление концепции. Каковы были бы следствия из предложенной модели пространства? Рассмотрим некоторое множество противоположных монополей объединенных процессом образования виртуальных диполей. Назовем это объединение равных количеств противоположных монополей - нейтральным мультиполем. Очевидно, что чем больше количество монополей, тем интенсивнее процесс образования виртуальных диполей, и тем меньшая область пространства охватывается этим процессом. Область пространства, содержащую центры симметрий монополей входящих в состав мультиполя, назовем – частицей. Представим, что в состав частицы входят монополи с собственными осями симметрий ,охватывающими все направления (необязательно равномерно). Частица, как некоторая система должна иметь свой центр симметрии, перемещение же этого центра сложится из элементарных перемещений виртуальный диполей мультиполя. Элементарное перемещение центра симметрии частицы будет зависеть от конкретного сочетания осей симметрий монополей в виртуальных диполях в данный момент, но тенденция результирующего перемещения определит перемещение частицы как целого. Направление перемещения определится суммарным преимуществом направлений осей монополей мультиполя из полного спектра направлений. Далее нам понадобятся понятия: времени, длины (расстояния, протяженности), скорости, действия, массы, трактуемые данной моделью. Для этого мы должны иметь нечто постоянное и неизменное, пока существует представленная модель пространства. С этой точки зрения, положительный и отрицательный монополи обладают постоянными характеристиками вращения и направленности их осей симметрий. Но. Так как характеристики вращения полей не симметричны (у положительного монополя скорость вращения выше), то некоторые постоянные величины (единицы) могут быть производными только от их совместного действия. Для этой цели подходит виртуальный диполь. Длительность существования пары монополей (в течение которой происходит перемещение их общего центра симметрии) примем за единицу времени, величину перемещения за единицу длины (расстояния), величину их отношения за единицу скорости (с. – в теории относительности). Вклад, вносимый виртуальным диполем в состояние системы (мультиполя) примем за единицу действия (h. – квантовая теория). В качестве вывода следует заметить, что величины единиц времени, длины и действия будут иметь минимальные значения из возможных, а скорости – максимальное (для данной модели пространства). В отношении понятия массы следует отметить некоторую особенность. Если принять понятие массы как количественную характеристику, то количество монополей входящих в состав частицы принимается за ее массу, а вклад, вносимый ими в состояние всего пространства за ее гравитационное поле. Однако, в этом определении не учтен фактор спектра направлений осей симметрий монополей, а от этого зависит и скорость частицы, и степень действия гравитационного поля остальных частиц пространства. Это свойство – инерция, другими словами, это качественная характеристика массы. Например, для частицы, движущейся с максимальной для пространства скоростью (с.), в направлении движения инерция будет отсутствовать (будет равна нулю), при вполне определенной количественной массе.
Теперь вернемся к анализу состояний нейтрального мультиполя. Из приведенных выше рассуждений видно, что в общем случае состояние мультиполя будет зависеть от количества монополей в его составе, спектра направлений их осей симметрий и внешнего поля. Виртуальный процесс сводится к перебору сочетаний, направлений осей симметрий монополей в виртуальных диполях.
Первый вариант: в результате перебора сочетаний, взаимно более близким окажется какое-то количество виртуальных диполей с параллельными осями симметрий. В результате часть общего виртуального процесса сосредоточится вокруг данной группы, образуя виртуальную частицу в составе мультиполя, имеющую свой центр и ось симметрии. Скорость частицы при этом станет максимально возможной (с.). Не будучи связанной общим виртуальным процессом с исходным мультиполем, частица покинет область его пространства, и станет реальной частицей (фотон квантовой теории). Рассмотренный процесс в общем случае назовем распадом, а в случае образования фотона – излучением.
Второй вариант: в результате неравномерности виртуального процесса, какая-то пара виртуального диполя с максимальным расстоянием между монополями создает условия для существования некоторых виртуальных центров в составе исходного мультиполя. Каждый монополь из этой пары, образуя очередной виртуальный диполь с противоположным монополем рядом расположенного виртуального диполя, оставляет неспаренным очередной монополь своего знака. Конечно, о неспаренности имеет смысл рассуждать только условно (исходный мультиполь в целом нейтрален). Взаимная удаленность неспаренных монополей создает ситуацию, когда их индивидуальные поля в меньшей мере компенсируют друг друга, создавая условия для устойчивого существования виртуальных центров. Так как вращение положительного монополя более интенсивно, значит, большее количество монополей будет вовлечено в его виртуальный процесс. Другими словами он будет более массивным, занимая меньшую область пространства мультиполя и расположенным ближе к его центру симметрии. Соответственно, подобного рода виртуальные процессы, включающие непарный монополь назовем виртуальными заряженными частицами. Эти виртуальные частицы в рамках нейтрального мультиполя связаны общим виртуальным процессом обмена монополями, меняющим набор направлений осей симметрий в них, и соответственно скоростей. Важно отметить, что центр симметрии виртуальной заряженной частицы связанный с конкретным непарным монополем (имеющим свое конкретное направленное поле в пространстве) будет создавать эффект непрерывного изменения направления поля, в соответствии с виртуальным процессом. Центр симметрии виртуальной заряженной частицы назовем электрическим зарядом, а его переменное направление в пространстве электромагнитным полем. При этом, если из общего спектра направлений выбрать часть равномерно распределенную в пространстве, то эту часть назовем электрическое поле соответствующего электрического заряда, а оставшуюся часть спектра (определяющую общую направленность поля) магнитным полем электрического заряда. Так как направленность спектра направлений осей симметрий монополей частицы определяет ее среднюю скорость, то чем больше скорость частицы, тем больше магнитная часть ее общего электромагнитного поля. Заметим, что электромагнитные поля виртуальных заряженных частиц будут влиять лишь на взаимные скорости, и скорости относительно их общего центра симметрии, нивелируясь за пределами нейтрального мультиполя до общего гравитационного фона.
Далее рассмотрим возможные исходы общего виртуального процесса, для виртуальных заряженных частиц нейтрального мультиполя. Для упрощения изложения, под направлением будем понимать направление оси симметрии соответствующего объекта (монополя, диполя, нейтрального или заряженного мультиполя), а под спектром направлений – конкретный набор направлений осей симметрий элементов рассматриваемого объекта. Итак, в общем виртуальном процессе, в результате перебора сочетаний монополей в виртуальных диполях виртуальных заряженных частиц, складывается ситуация, когда их скорости противоположно направлены и имеют достаточную величину для прекращения общего виртуального процесса. Этот случай будет соответствовать распаду нейтрального мультиполя на реальные заряженные мультиполи (частицы). Спектр направлений монополей этих частиц станет стабильным, а электромагнитное поле зарядов этих частиц будет зависеть от конкретных сочетаний направлений монополей в виртуальных диполях (каждой из частиц). Так, максимальной скорости будет соответствовать максимальное магнитное поле, а минимальной – максимальное электрическое поле. Значит, электромагнитное поле реальной заряженной частицы окажется периодически меняющимся, так как периодически будут повторяться конкретные сочетания направлений элементов частиц. В результате может возникнуть периодический процесс изменения расстояния между противоположно заряженными частицами. Максимальному расстоянию будут соответствовать максимальные магнитные поля, а минимальному – максимальные электрические поля. Систему из двух противоположно заряженных частиц будем считать диполем, связанным электромагнитным взаимодействием. В силу того, что положительно заряженная частица более массивна, мгновенная скорость ее центра симметрии (центра масс) будет меняться по направлению более интенсивно, занимая более ограниченную область пространства и в системе диполя занимая центральное место. Особо отметим, что процесс распада нейтрального мультиполя на заряженные частицы, сопровождаемый излучением, уносящим преобладающую направленность их спектров, делает эти спектры более равномерными, а сами частицы и их системы более стабильными. Если спектры зарядов диполя близки друг другу, то центр симметрии отрицательно заряженной частицы будет просто вращаться относительно центра симметрии положительной. Частицы, не связанные периодическим процессом назовем свободными. Свободную, стабильную, положительно заряженную частицу назовем протон, отрицательно заряженную – электрон, нейтральную – фотон. Заметим, что однонаправленность спектра фотона обеспечивает процесс образования виртуальных диполей с параллельными осями симметрий. Однако, возможен значительно более редкий процесс образования нейтральных частиц подобного типа, когда они формируются монополями с осями симметрий близкими к параллельным. В этом случае виртуальный процесс в этих частицах замыкается на себя, в крайней степени препятствуя образованию связанных систем с другими частицами. Процесс образования частиц подобного типа назовем слабым. А саму частицу – нейтрино.
Процесс взаимного изменения состояний движения частиц по величине и направленности назовем взаимодействием. Взаимодействие с учетом массы а, следовательно и интеграла действия, будет характеризовать энергию взаимодействия. Взаимодействие, рассмотренное выше, и различающееся особенностями виртуальных процессов назовем полевым (гравитационным и электромагнитным). Однако, в процессе взаимодействия, частицы сближаются до расстояний, позволяющих обобщение их виртуальных процессов а, следовательно и обмену монополями, меняющими их спектры направлений с последующим распадом до стабильных состояний. Подобного рода процессы назовем локальным взаимодействием. Если в результате локального взаимодействия распад происходит на такого же рода частицы, лишь с изменением их спектров направлений, то назовем его упругим рассеянием. Если распад происходит на другого рода частицы, то с понятием неупругое рассеяние. Распад в любом случае будет происходить (даже в несколько этапов) до стабильных состояний. Простейший электромагнитный диполь из двух стабильных противоположно заряженных частиц (протона и электрона) соответствует понятию – простой атом. При этом, протон будет двигаться по описанным выше причинам вблизи центра симметрии системы, и играть роль ядра системы (атома).
При достаточном увеличении количества атомов в некоторой ограниченной области пространства, взаимодействия всех типов приведут к взаимному сокращению расстояний между ними, вплоть до обобщения виртуальных процессов с образованием новых систем, распадающихся до стабильных состояний, за счет излучения фотонов и нейтрино. За счет меньшей подвижности, в центре симметрий этих систем оказываются более массивные положительно заряженные и нейтральные частицы, связанные общим виртуальным процессом, стабилизирующимся излучением. Подобного рода связь назовем – сильная. Сильно связанные системы, одноименно заряженных (положительных) и нейтральных частиц назовем - ядро сложного атома.
Дальнейшая иллюстрация представленной концепции, преломлением через нее физической картины была бы излишней, это задача возможных теорий на ее основе.
В качестве основных выводов следует привести следующее:
1. Вещество и поле - это различные состояния пространства.
2. Материальные объекты – это разной степени стабильные процессы, в данных условиях их протекания.
3. Взаимодействия любых возможных типов имеют единую основу, а различие их зависит лишь от возможных сочетаний элементов пространства.
4. Сохранение непрерывности путем расширения пространства есть основное условие проявления симметрии.
В качестве замечания следует отметить, что идея антивещества, слишком упрощенно (с точки зрения данной концепции) представляет симметрию. В самом деле, античастицы представляют лишь кратковременные продукты процессов рассеяния на пути к стабильным состояниям вещества, а изолированных условий, в которых некоторые из них были бы стабильны, не существует
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
