Андронов Г.Ф. Сложность элементарных частиц:
Структура и природа происхождения микромира. Изд. стереотип.

Оглавление

Введение

Сложность и многообразие задач, стоящих перед теоретической физикой, подробно описано в двух последних обзорах академика В.Д.Гинзбурга. Там же отмечается, что многие проблемы физики, на решение которых возлагались большие надежды, так и не были решены за последнее тридцатилетие. Более того, накопилось огромное количество вновь возникших проблем и задач как в области микромира, так и макромира.

При этом многие ученые уверены, что, только познав раннюю Вселенную, можно ответить на многочисленные вопросы, стоящие перед физиками различных специальностей. Причина такого предположения состоит в том, что только в ранней Вселенной, согласно теории "великого объединения", могли существовать частицы высоких энергий, соизмеримых с энергией космических лучей, достигающей величины 3 × 10¹¹ ГэВ. В то же время в ускорителе LHC может быть получена энергия не более 1,4 × 10⁴ ГэВ. Поэтому экспериментальное моделирование процессов, происходивших в ранней Вселенной в ближайшие годы, просто недостижимо.

Кризис физических наук очевиден. До настоящего времени не дано объяснение ни физической сущности неделимости квантового состояния, ни природы так называемой "темной материи", ни физической сущности дуализма фотонов и других элементарных частиц, ни природы недавно открытых гамма-всплесков, ни крупномасштабной структуры Вселенной, ни действительной физической сущности гравитации. Но ведь и нет никакой перспективы открытия тайны происхождения Вселенной из состояния сингулярности (состояния отсутствия физического смысла) в рамках теории относительности.

Для ученых прикладных наук понятно, что наличие сингулярности свидетельствует лишь о несовершенстве математической модели. Напрашивается вывод: стратегическое направление ученых, работающих на переднем крае физических наук, выбрано неверно. Ведь даже формулу А.Эйнштейна для ядерной энергии частицы массы М

Е = МС²,

в которой С – скорость света, в рамках теории относительности объяснить невозможно, поскольку невозможно разогнать до скорости света частицу самой ничтожной массы.

Несмотря на многочисленные критические отзывы о теории относительности (ТО), она до сих пор оказывает большое влияние на мировоззрение ученых, находящихся на переднем крае наук. И это несмотря на то, что ТО не оправдала возложенных на нее надежд, породила множество недоразумений и способствовала развитию разнообразных сингулярных решений в различных областях науки о природе. Сложившаяся ситуация возникла не случайно, а порождена объективными причинами.

Во-первых, исследование процессов, скорость которых приближается к скорости света, как и исследование поведения фотонов и материальных частиц в сильных гравитационных полях – задача чрезвычайно сложная. А ведь этим проблемам и посвящены специальная теория относительности (СТО) и общая теория относительности (ОТО). Вот что по поводу сложности познания названных процессов говорит видный астрофизик Пол Девис. Он сообщает, что у ученых, находящихся на переднем крае наук, начинает просто отказывать воображение, теряется физический смысл происходящего и, в качестве утешения, они начинают обращаться к бессмысленному набору формул, имеющих лишь логическую согласованность между собой.

Во-вторых, экспериментальная проверка названных выше процессов сопряжена с чрезвычайными трудностями. Для изучения скоростных (релятивистских) процессов в настоящее время не хватает мощности в современных ускорителях, а для изучения сильных гравитационных полей не хватает точности у современных атомных часов.

И, в-третьих, большинство статей, критикующих ТО, либо занимаются поверхностным анализом ТО, либо увлекаются несущественными частностями, либо не конструктивны. Поэтому большинство солидных ученых перестало зря тратить время и читать критические публикации в адрес ТО. Но ведь сами ученые, находящиеся на переднем фронте наук, повинны в этой ситуации. Именно они ограничиваются стереотипным мышлением и, опираясь на ТО, игнорируют многочисленный фактический материал, полученный экспериментаторами после создания ТО. Дошло до того, что крупнейший ученый, лауреат Нобелевской премии В.Д.Гинзбург призывает прекратить все попытки критики теории относительности. Совершенно неконструктивное предложение.

Но самое поразительное состоит в том, что сам А.Эйнштейн создал внутри ОТО неразрешимое противоречие. Это противоречие привело к тому, что большинство маститых ученых неверно трактуют ОТО. Это убедительно доказал с позиций квантовой механики В.Л.Янчилин. Подробнее об этом мы поговорим позднее.

Эйнштейн постулировал факт равенства гравитационной и инерционной масс, основываясь на экспериментальных данных. Поэтому он провел полную аналогию между процессом свободного падения тела в гравитационном поле и процессом движения тела с тем же ускорением – процесс, соответствующий движению инерционной массы. Но если для массовых частиц эта аналогия справедлива, то для фотонов, не имеющих инерционной массы (массы покоя), такая аналогия ведет в тупик. Известен факт, что фотон, покидая Землю, "краснеет", теряя энергию на преодоление поля гравитации Земли. И многие ученые считают этот факт подтверждением ТО! Недопустимая ошибка. Ведь по ТО фотонам, не имеющим инерционной массы, запрещено иметь гравитационную массу. Именно поэтому А.Эйнштейн объявил гравитацию "белой вороной" и подменил это сложное понятие более простым – искривлением континуума "пространство-время".

С момента публикации ОТО и СТО мощное развитие получила квантовая механика. Квантовой механике, за счет математического формализма и вероятностного подхода, удалось достичь существенных успехов в понимании структуры элементарных частиц (в масштабах 10^-7-10^-13 см.). Но до сих пор сильна традиция отсутствия взаимосвязи между ТО и квантовой механикой, поскольку А.Эйнштейн с большим недоверием относился к квантовой механике. Но именно отсутствие взаимодействия между квантовой механикой и ТО и породило охватившие все физические науки глубокий кризис. И вот что примечательно. И СТО и ТО, и квантовая механика, и электродинамика, и астрофизика, и астрономия, и космология, и биофизика, и синергетика, и ряд других наук занимаются фактически одним и тем же – познанием микро- и макроструктуры вещества Вселенной.

Такое обилие отраслей наук по одной проблеме говорит о чрезвычайной сложности этой проблемы. Но в связи с усложнением всех отраслей наук ученые даже смежных отраслей теряют связи между собой и, зачастую, просто перестают понимать друг друга. И процесс углубления ученых в свою узкую специализацию все более усиливается. Приведу только один, глубоко поразивший меня пример. Редкой принципиальностью и бескомпромиссностью на фоне других ученых отличается упомянутый ранее английский астрофизик Пол Девис. Я выяснил, что большинство астрофизиков и ученых смежных специальностей либо не обращают внимания, либо просто не знают фундаментальный принцип, высказанный Полом Дэвисом по поводу открытого в 1965 г. реликтового излучения. Ученые с большой точностью определили температуру вещества в момент Большого Взрыва (БВ), из которого, вероятнее всего, и произошла наша Вселенная. Эта температура оценивается чудовищной величиной 1032 К.

У ученых нет сомнений, что с момента БВ характерная длина волны излучения, дошедшего до нас в виде реликтового, увеличивалась пропорционально падению температуры (на самом деле это не так). Температура реликтового излучения оценивается величиной 3 К. Следовательно, с момента БВ температура уменьшилась на 32 порядка и длина волны реликтового излучения должна увеличиться на те же 32 порядка. Но в рамках всех существующих моделей БВ, базирующихся на планковской длине волны Lп = 1,62 × 10^-35 м, от реликтового излучения требуется рост длины волны на 61 порядок! Вопиющее несоответствие. Оно объясняется тем, что с момента Большого взрыва Вселенная достигла размера порядка 10²⁶ м.

Ошибка всех теорий БВ очевидна. И объясняется она наличием узких рамок ТО, приводящих к узаконенной сингулярности в момент БВ, поскольку все теории упорно придерживаются этих рамок, несмотря на полную бесперспективность этих попыток. На сегодня у физиков, занимающихся проблемами квантовой механики, сложилось мнение, что сингулярность (потеря физического смысла происходящего) является действительным смыслом процессов, происходящих в микромире. Надо признать, что парадоксальность проблем квантовой механики не является надуманным фактом. Эта сложнейшая проблема требует подробного разговора.

Вот что пишет по поводу ситуации с реликтовым излучением Пол Девис: "Итак, можно сформулировать фундаментальную тайну тонкой подстройки Вселенной следующим образом: почему характерный размер Вселенной столь неимоверно велик по сравнению с типичной длиной ее реликтового излучения?" Ответ на этот вопрос можно найти, только выйдя из рамок ТО. Но эта тема отдельного разговора, так как сначала необходимо раскрыть реальную структуру квантовых частиц. Анализ квантовых частиц мы проведем на примере электронов и фотонов.

Для раскрытия этой тайны нам необходимо углубиться в физический смысл СТО, о чем в дальнейшем и пойдет речь. Дело в том, что СТО, несмотря на правильный конечный вывод формулы для энергии релятивистской частицы, полностью исказила физический смысл процессов, происходящих с релятивистскими частицами. Но самое сложное положение с пониманием физического смысла происходящего сложилось в квантовой механике. Проблема эта настолько сложна, что большинство физиков вынуждено отказаться от понимания физического смысла происходящего. Скептицизм физиков по этому поводу понятен. Тем не менее, в настоящее время необходимо попытаться максимально сблизить наши представления с физическим смыслом происходящего. Именно этой проблеме, проблеме приближения научного мировоззрения к физическому смыслу происходящего и посвящена данная публикация.

В чем состоит главная проблема современной квантовой механики? Об этой проблеме подробно говорится в работе лауреата Нобелевской премии астрофизика Стивена Вайнберга. Он говорит о том, что в последнее столетие возникло противоречие между позитивистами и сторонниками теоретических методов познания. Позитивисты твердо стоят на позиции признания только тех фактов, которые могут быть подтверждены экспериментально. Теоретики утверждают, что на каждом этапе познания природы существуют знания, которые с помощью экспериментов подтвердить невозможно.

Ярким примером такой борьбы явился процесс признания существования атомов. Позитивисты не признавали атомарную структуру вещества до тех пор, пока наличие атомов не было доказано экспериментально. Только после этого они вынуждены признать свое поражение. В настоящее время ситуация в квантовой механике сложилась еще более сложная. Сложность проблемы для всех элементарных частиц наиболее рельефно наблюдается на примере электрона. При воздействие на электрон измерительной аппаратуры, он совершенно меняет свою конфигурацию, практически локализуясь в материальную точку.

Именно поэтому квантовая механика рассматривает в настоящее время элементарные частицы как совершенно необъяснимый объект – материальную точку, обладающую корпускулярно-волновым дуализмом. Понятно, что такой подход обусловлен позицией позитивизма, с которой и подходят к проблемам квантовой механики специалисты. У меня нет никакого сомнения, что для понимания физической природы микромира необходимо перейти к пониманию элементарной частицы как сложной системы, имеющий волновую природу.

Только такой подход позволяет приблизить нас к пониманию физической природы микромира и объяснить многие, не решенные до сих пор квантовой механикой проблемы. Подробный разговор об этом пойдет в дальнейшим. Но вначале остановимся на проблеме закономерности и полезности периодических кризисов в науке.

Опечатки