URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Владимиров Ю.С. Реляционная картина мира: От состояний элементарных частиц к структурам таблицы Менделеева Обложка Владимиров Ю.С. Реляционная картина мира: От состояний элементарных частиц к структурам таблицы Менделеева
Id: 290135
699 р.

Реляционная картина мира:
От состояний элементарных частиц к структурам таблицы Менделеева. Кн.3

URSS. 2023. 224 с. ISBN 978-5-9710-6163-2.
Серия: Relata Refero
Типографская бумага

Аннотация

В данной, третьей из трех книг серии под общим названием «Реляционная картина мира» на базе математического аппарата бинарных систем комплексных отношений ранга (4,4) изложены основы бинарной предгеометрии — системы исходных понятий и закономерностей, присущих физике микромира. Бинарная предгеометрия опирается исключительно на простейшие алгебраические закономерности и не использует классические пространственно-временные представления и общепринятые... (Подробнее)


Содержание
top
От издательства8
Предисловие9
Введение15
Часть I. Реляционные основания физики микромира20
Глава 1. Бинарные основания физики микромира21
1.1. Идеологические основания бинарной геометрофизики21
1.2. Основные понятия теории бинарных систем комплексных отношений23
1.3. Принцип минимальности реализуемых в природе рангов и его следствия27
1.3.1. Роль БСКО минимального ранга (2,2)27
1.3.2. Роль БСКО ранга (3,3)29
1.4. Важные следствия бинарной геометрофизики в рамках БСКО ранга (3,3)30
Глава 2. Бинарная предгеометрия на базе БСКО ранга (4,4)32
2.1. Необходимость увеличения ранга БСКО до (4,4)33
2.2. Основные понятия БСКО ранга (4,4)34
2.3. Финслеровы 3-компонентные спиноры36
2.3.1. Определение 3-компонентных финслеровых спиноров36
2.3.2. Алгебра 3-компонентных спиноров38
2.4. Определение элементарных частиц39
2.4.1. Свойства частиц в собственной системе отношений39
2.4.2. Соответствие состояний частиц свойствам матрицы SU(3)-преобразований41
2.5. Характеристическое уравнение 33-матриц и его свойства43
2.6. Выводы и замечания по БСКО ранга (4,4)44
Часть II. Состояния адронов в сильных взаимодействиях46
Глава 3. Реляционное описание состояний барионов48
3.1. Барионные решения характеристического уравнения48
3.1.1. Решения с вещественными коэффициентами49
3.1.2. Решения с мнимыми коэффициентами50
3.1.3. Анализ полученных решений52
3.2. Электрические заряды барионов53
3.3. Формула значений масс барионов54
3.3.1. Два вида целочисленных параметров55
3.3.2. Значения параметра n2 и виды барионов56
3.4. Выводы и замечания58
Глава 4. Сопоставление теоретических и экспериментальных свойств барионов60
4.1. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных в рамках общепринятых таблиц61
4.1.1. Сопоставление масс «обычных» барионов61
4.1.2. Сопоставление масс «странных» барионов64
4.2. Задача уточнения классификации барионов67
4.2.1. Задача уточнения «обычных» барионов67
4.2.2. Возможные изменения в таблицах «странных» барионов69
4.3. Блок-схема видов барионов и их масс71
4.4. Выводы и замечания73
Глава 5. Реляционное обоснование видов мезонов и их масс75
5.1. Мезонные решения характеристического уравнения76
5.1.1. Шесть пар мезонных решений подтипа D76
5.1.2. Две пары мезонных решений подтипа O78
5.1.3. Иллюстрация совокупности мезонных решений78
5.2. Зарядовая структура мезонов80
5.3. Массовая структура мезонов81
5.3.1. Формула масс мезонов81
5.3.2. Массовые весовые вклады мезонных корней82
5.4. Сопоставление теоретических и экспериментальных значений масс мезонов84
5.4.1. Значения масс нейтральных мезонов85
5.4.2. Массы «заряженных» мезонов89
5.5. Блок-схема спектра масс легких бесцветных мезонов93
Часть III. Предгеометрические основания таблицы Менделеева96
Глава 6. Зарядовая структура таблицы Менделеева97
6.1. Таблица Менделеева и проблема ее обоснования98
6.2. Реляционный взгляд на структуру таблицы Менделеева100
6.3. Обоснование рядов и периодов в таблице Менделеева102
6.3.1. Обоснование четных рядов таблицы102
6.3.2. Обоснование нечетных рядов104
6.4. Зарядовая блок-схема таблицы Менделеева105
Глава 7. Нейтронная структура таблицы Менделеева108
7.1. Проявления закономерностей в количествах дополнительных нейтронов109
7.1.1. Дополнительные нейтроны в первой части таблицы109
7.1.2. Дополнительные нейтроны во второй части таблицы Менделеева110
7.2. Закономерности в количествах дополнительных нейтронов112
7.2.1. Анализ нейтронных закономерностей112
7.2.2. Теоретическое обоснование нейтронных вкладов113
7.3. Блок-схема дополнительных нейтронов114
Глава 8. Структура таблицы Менделеева по энергиям связи116
8.1. Энергии связи атомных ядер117
8.2. Закономерности в структуре энергий связи119
8.3. Блок-схема структуры энергий связи120
Часть IV. Предгеометрические основания электромагнетизма124
Глава 9. Предгеометрия состояний частиц в электрослабых взаимодействиях126
9.1. Характеристическое уравнение с увеличенным числом констант127
9.2. Константы электрослабых взаимодействий129
9.3. Обоснование лептонов в электрослабых взаимодействиях132
9.4. Сопоставление реляционного и калибровочного подходов133
Глава 10. Предгеометрия электромагнетизма136
10.1. Два фактора перехода к состояниям частиц в электромагнитных взаимодействиях136
10.2. Алгебраическая классификация состояний, описываемых 22-матрицами138
10.2.1. Решения с вещественными коэффициентами138
10.2.2. Решения с мнимыми коэффициентами140
10.3. Физическая интерпретация решений подтипа II142
Глава 11. Обоснование теории водородоподобных атомов145
11.1. Базовое 44-отношение и его интерпретация146
11.2. Состояние двух связанных частиц (атома)148
11.3. Сопоставление со стандартной квантовой механикой149
11.4. Переход к общепринятой электродинамике151
Глава 12. Электромагнитные структуры таблицы Менделеева155
12.1. Принципы формирования электромагнитных структур таблицы Менделеева156
12.2. Решения подтипов N и III157
12.3. Три электромагнитные структуры таблицы Менделеева160
12.4. К истории обсуждения структуры таблицы Менделеева163
Заключение. Метафизический характербинарной предгеометрии166
1. Метафизические проявления чисел 2 и 3156
2. «Игра» чисел в весовых вкладах157
3. Симметрии и асимметрии в бинарной предгеометрии160
4. Доминанта холизма в физической картине мира163
5. Смыкание математики и физики в основаниях физической картины мира174
6. Два противоположных пути построения физики176
7. Вопросы, вопросы, вопросы...178
Часть V. Приложение. Бинарная предгеометрия и три дуалистические парадигмы181
Глава 13. Унарное многомерие в трех парадигмах182
13.1. Генерация из БСКО ранга (4,4) унарной 9-мерной финслеровой геометрии182
13.1.1. От спинтензоров к матрицам Гелл-Манна182
13.1.2. Финслерова геометрия184
13.2. Многомерные геометрические модели физических взаимодействий186
13.2.1. Пятимерные теории Калуцы и Клейна187
13.2.2. 8-мерная геометрическая модель физических взаимодействий188
13.3. Многомерие в теоретико-полевой парадигме191
13.3.1. Многомерие в калибровочных теориях191
13.3.2. Многомерие в суперсимметричных и суперструнных теориях192
Глава 14. Родственные черты и отличия бинарной предгеометрии от трех дуалистических парадигм195
14.1. Предварительные варианты реляционных теорий196
14.1.1. Теории прямого межчастичного взаимодействия196
14.1.2. Развитие бинарной реляционной парадигмы197
14.2. Дуалистическая геометрическая парадигма199
14.2.1. Реляционные идеи в рамках геометрической парадигмы199
14.2.2. Общие черты и различия предгеометрии и геометрии200
14.2.3. Недостатки геометрической парадигмы202
14.3. Главные недостатки теоретико-полевой парадигмы204
Глава 15. Алгебраическая классификация Петрова206
15.1. Алгебраические классификации электромагнитных полей206
15.2. Алгебраическая классификация Петрова пространств Эйнштейна208
15.2.1. Комплексная 33-матрица тензора кривизны208
15.2.2. Диаграмма Пенроуза—Петрова210
Литература214
Именной указатель218

Предисловие
top

В картине мира Лейбница все сущее находится не в пространстве,

а погружено в сеть взаимодействий. Эти связи определяют пространство (а не наоборот).

<...> Я называю революцию в физике XX века реляционной. Ли Смолин [63]

В данной серии из трех книг под общим названием «Реляционная картина мира» возрождаются идеи реляционного подхода к физической реальности, отстаивавшиеся в трудах Г. Лейбница [46], Э. Маха [50] и ряда других мыслителей прошлого. Развитие этих идей привело в начале

XX века к созданию специальной теории относительности, однако две другие революции, свершившиеся в физике вслед за этим — создания общей теории относительности и квантовой механики — затмили идеи реляционного подхода. В итоге в XX веке развитие физики происходило в рамках двух направлений: 1) в рамках теории поля (квантовой в микромире и классической в макромире) и 2) в рамках общей теории относительности и ее геометрических обобщений. Наличие двух направлений в физике остро поставило проблему их объединения, что трактовалось как необходимость создания «квантовой теории гравитации». В XX веке были затрачены огромные усилия на решение этой проблемы. Этим занимались А. Эйнштейн, Дж. Уилер, Р. Фейнман, П. А. М. Дирак и многие другие, но достичь решения этой проблемы в XX веке так и не удалось.

Все это заставило обратиться к анализу оснований физических теорий, начиная с классической (ньютоновской) физики вплоть до теорий рубежа XX–XXI веков. Проведенный анализ показал, что классическая физика самого начала XX века опиралась на три ключевые категории: 1) пространство и время, а после создания специальной теории относительности на пространство-время, 2) тела (частицы), мыслимые помещенными в пространство-время, и 3) поля переносчиков взаимодействий. Все это отображено в тройственности 2-го закона Ньютона ma = F , где символ m отображает свойство категории тел, символ a соответствует категории пространства-времени, а символ F относится к категории полей переносчиков взаимодействий. Эта тройственность соответствует принципу тринитарности, содержащемуся практически во всех философско-религиозных учениях мира. Теории, основанные на трех названных категориях, отнесем к триалистической парадигме .

В XX веке осознанно (или не очень) физики стремились опереться не на три, а на меньшее число ключевых категорий (желательно на нечто единое). Удалось перейти от трех категорий к двум, причем это оказалось осуществимым посредством объединения пар из названных трех категорий в одну обобщенную категорию при сохранении независимой третьей.

Очевидно, что имеются три такие возможности.

1) Объединение категорий частиц и полей переносчиков взаимодействий в единую категорию поля амплитуды вероятности фактически привело к созданию теоретико-полевой парадигмы.

2) Объединение категорий пространства-времени и полей переносчиков взаимодействий породило геометрическую парадигму, в основе которой была общая теория относительности.

3) Третья, реляционная парадигма строится на основе двух категорий: частиц и отношений между ними. Эта парадигма фактически соответствует третьему варианту объединения пар из трех категорий в одну обобщенную категорию 2) . Этот вариант дуалистического описания физики макромира изложен в первой книге данной серии.

История развития идей трех парадигм в фундаментальной теоретической физике в XX и начале XXI века была изложена в серии из шести книг «Между физикой и метафизикой» [17, 18]. (Последняя из этих книг [23] вышла под иным названием «От геометрофизики к метафизике».)

В связи с осознанием наличия не двух, а трех физических (точнее, метафизических) парадигм естественно возникла мысль, что неудачи в попытках построения квантовой теории гравитации оказались обусловленными игнорированием третьей парадигмы — реляционной. Излагаемый в книгах данной серии материал нацелен на возрождение полузабытых идей реляционного подхода и на выявление его возможностей для решения назревших проблем современной фундаментальной физики, в том числе и проблемы «квантования гравитации».

Идеи реляционного подхода оказались весьма непривычными для большинства физиков, поэтому следует напомнить, что этот подход опирается на три неразрывно связанные друг с другом составляющие (принципы или концепции).

Первой составляющей является отказ от представлений об априорно заданном классическом пространстве-времени. Его следует понимать как абстракцию от совокупности отношений (расстояний и интервалов) между материальными объектами (или событиями с их участием). Это соответствует взглядам Маха, о которых А. Эйнштейн писал: «Мах в девятнадцатом столетии был единственным, кто серьезно думал об исключении понятия пространства, которое он пытался заменить представлениями о всей сумме расстояний между всеми материальными точками» [78, с. 749].

Второй, также непривычной для большинства современников составляющей, является описание физических взаимодействий на основе концепции дальнодействия, альтернативной ныне общепринятой концепции близкодействия. При реляционном подходе к природе пространствавремени теряет силу понятие поля, поскольку его невозможно определить в точках пустого пространства-времени, которого в этом подходе нет. Полям не по чему распространяться. Общепринятые представления о распространении, например, электромагнитного излучения теряют силу. Об этой составляющей реляционного подхода выразительно писал Р. Фейнман: «Ведь поля нет совсем или, если вы непременно хотите пользоваться понятием поля, оно теперь всегда полностью определяется взаимодействием частиц, его создающих. Вы качнули эту частицу, а она в свою очередь качнула ту; но раз уж вы хотите говорить о каком-то поле, если оно вообще существует, должно полностью определяться теми материальными частицами, которые его порождают, а потому у него нет никаких независимых степеней свободы» [66, с. 202]. Именно концепция дальнодействия послужила основой для построения его специфической формулировки квантовой механики.

Третьей составляющей является принципа Маха. В современной физике, преподаваемой в школе и в университетах, принцип Маха, как правило, даже не упоминается. Общепринято описывать свойства физических объектов, таких как, например, массы элементарных частиц, локальными обстоятельствами: бозонами Хиггса, флуктуациями вакуума и т. д. В реляционном подходе используется принципиально иной способ, — предлагается это делать посредством учета глобальных свойств окружающего мира. Об этом писали Г. Вейль, А. Эддингтон, Г. В. Рязанов и другие физики.

Анализ показал, что все три названные составляющие реляционного подхода неразрывно связаны друг с другом. Труды ряда авторов, например, Я. И. Френкеля и Р. Фейнмана, развивавших отдельно концепцию дальнодействия, оказались недостаточно обоснованными из-за игнорирования первой составляющей — реляционного понимания природы пространства-времени. А если ее учесть, то концепция дальнодействия оказывается неизбежной.

Принятие концепции дальнодействия в последовательном реляционном подходе порождает необходимость учета принципа Маха, а он, в свою очередь, оказывается ответственным не только за массы или инерцию, как это полагали Эйнштейн, Г. Вейль или А. Эддингтон, но и за происхождение понятий классического пространства-времени. Таким образом круг из трех составляющих реляционного подхода замыкается. Ни одна из этих трех составляющих не жизнеспособна без двух остальных.

Отличие реляционных идей от ныне общепринятых заставило автора произвести анализ высказываний великих мыслителей о природе пространства и времени, высказывавшихся в течение более двух тысячелетий, что было сделано в обширном сборнике «Природа пространства-времени. Антология идей» [19].

В предыдущей книге данной серии [25] на базе реляционных идей был предложен вывод классических пространственно-временных представлений и было дано обоснование важных закономерностей, вскрытых специальной теорией относительности и последующими революциями в физике. Это делалось на основе самостоятельной системы понятий и закономерностей, присущих физике микромира. При этом самым существенным образом использовались идеи о природе пространства и времени, высказанные мыслителями от античности до наших дней. Некоторыми из них уже высказывалась мысль о необходимости решения данной проблемы, однако для этого не хватало подходящего математического аппарата (теории бинарных систем комплексных отношений), развитого лишь в конце XX века.

Идеи этого направления исследований многократно обсуждались на семинарах «Геометрия и Физика» и «Метафизика», работающих более 40 лет на физическом факультете МГУ. Эти семинары фактически продолжили традиции обсуждения оснований физики, заложенные семинарами Я. И. Френкеля и Д. Д. Иваненко. А истоком этих семинаров послужили семинары, основанные еще в дореволюционной России П. Эренфестом.

Методологическое осмысление существующих в настоящее время представлений об основаниях фундаментальной физики было изложено в монографии «Метафизика» [14], выдержавшей два издания в 2002 и 2011 годах. дования оснований фундаментально физики тесно смыкаются с метафизикой в ее традиционном понимании.

Результаты проведенных в нашей группе исследований по данной тематике были изложены в ряде предыдущих книг: «Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий» (серия из двух книг [10, 11]), «Физика дальнодействия» [16], «Реляционная концепция Лейбница—Маха» [21], «Метафизика и фундаментальная физика» (серия из трех книг [22]). Однако эти книги писались по мере получения соответствующих результатов, причем, как правило, в виде сопоставления с идеями двух других подходов к основаниям физического мироздания: теоретикополевого (ныне доминирующего) и геометрического. В данной серии из трех книг предлагается систематическое изложение уже сложившихся представлений о реляционной картине мира.

Исходя из проведенного анализа можно сделать два основных вывода, во-первых, это вывод о настоятельной необходимости исследования возможностей третьей, реляционной парадигмы, долгое время остававшейся вне должного внимания.

Во-вторых, следует иметь в виду, что процесс (стремление) перейти от опоры на три ключевые категории (от триалистической классической парадигмы) к мировому единству не может считаться завершенным созданием трех дуалистических парадигм. Физика вплотную приблизилась к следующему этапу — к поиску возможностей создания монистической парадигмы, объединяющей в себе принципы и возможности всех трех дуалистических парадигм. Остро встал вопрос: от какой из трех названных парадигм удастся осуществить этот переход?

Проведенный анализ и уже полученные результаты дают достаточно оснований утверждать, что этот переход возможен на основе идей именно реляционной парадигмы, а решение поставленной задачи вывода классических пространственно-временных представлений из самостоятельной системы понятий и представлений, присущих физике микромира, означает решительный шаг в этом направлении.

Можно даже утверждать, что реляционная картина мира является альтернативной геометрической картине. Если в геометрической парадигме ключевой является категория искривленного пространства-времени, а вторую категорию частиц (тел) намечено трактовать как проявления неких геометрических особенностей, то в реляционной парадигме, наоборот, в качестве ключевой используется категория частиц (или их составляющих), а пространство-время трактуется как отношения между частицами.

Наконец, следует отметить, что данная серия из трех книг формировалась по индуктивному принципу. В первой книге излагалось применение методов унарного реляционного подхода для описания общепринятой геометрии и классической физики. Во второй книге был использован более элементарный математический аппарат теории бинарных систем комплексных отношений ранга (3, 3), из которого формируется аппарат унарных систем отношений, использованный в первой книге. В данной третьей книге использован еще более элементарный математический аппарат бинарных систем комплексных отношений ранга (4, 4), такой что аппарат предыдущей книги может рассматриваться как частный случай. Все это соответствует индуктивному методу изложения реляционной картины мира.

Однако возможен и обратный путь изложения — дедуктивный, — исходя из более элементарной системы понятий и закономерностей, присущих физике микромира. Из этой системы затем можно выводить в качестве следствий основания квантовой теории, а также общепринятые представления о классическом пространстве-времени. В этом смысле данную книгу можно трактовать как первую книгу серии, а ранее изданную первую книгу этой серии трактовать как третью. По этой причине первая часть этой книги написана так, чтобы ее последующий материал мог осваиваться без предварительного чтения двух других книг.


Об авторе
top
photoВладимиров Юрий Сергеевич
Физик-теоретик, доктор физико-математических наук (1976), профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, профессор Института гравитации и космологии Российского университета дружбы народов, вице-президент Российского гравитационного общества, главный редактор журнала «Метафизика». Окончил физический факультет МГУ в 1961 г. Область научных интересов: классическая и квантовая теория гравитации, проблема объединения физических взаимодействий, многомерные модели физических взаимодействий, теория прямого межчастичного взаимодействия, теория систем отношений, метафизические и философские проблемы теоретической физики. Ю. С. Владимиров — автор ряда монографий, среди которых: «Системы отсчета в теории гравитации» (URSS), «Пространство-время: явные и скрытые размерности» (URSS), «Метафизика» (URSS), «Геометрофизика», «Основания физики», «Классическая теория гравитации» (URSS) и др.