Cover Петров Ю.И. Парадоксы фундаментальных представлений физики
Id: 228191
13.9 EUR

ПАРАДОКСЫ фундаментальных представлений ФИЗИКИ. Изд. стереотип.
Парадоксы фундаментальных представлений физики

URSS. 336 pp. (Russian). ISBN 978-5-397-05919-0.
Серия: Relata Refero

Summary

В настоящей книге рассматриваются и обсуждаются с классической точки зрения основы фундаментальных представлений физики, при этом особое внимание обращается на трудные и неясные стороны этих представлений. Охвачен широкий круг вопросов, включающий механику Герца, электродинамику, теорию относительности, квантовую механику, а также внутренние и поверхностные напряжения в жидкости и термодинамику малых частиц. Главной целью книги является раскрытие ...(More)физической сущности затрагиваемых явлений. Математические основы рассматриваемых теорий анализируются на уровне начальных понятий дифференциального, интегрального и векторного исчислений. Специальные математические сведения привлекаются по мере необходимости и снабжаются соответствующими комментариями. В работе выявлено много парадоксальных следствий, противоречий и ошибок, неявно существующих в математических конструкциях разных теорий.

Книга отличается оригинальностью подходов к исследуемым вопросам и не имеет аналогов в мировой литературе. Ее задача заключается в том, чтобы пробуждать творческий потенциал научного мышления. Она может служить учебным пособием для студентов, аспирантов и преподавателей физических и физико-математических факультетов университетов, а также других вузов, имеющих физическую специализацию.


Oglavlenie
Ot izdatel'stva
Vvedenie
 Literatura
Glava 1.Prostranstvo. Sili. Polya
 1.1.Obschie predstavleniya o prostranstve i silakh
  1.1.1.Vzglyadi Genrikha Gertsa na printsipi mekhaniki
  1.1.2.Stanovlenie ponyatiya sili i skritie zhestkie svyazi mekhaniki Gertsa
  1.1.3.Razmernost' i metrika prostranstva
  1.1.4.Ponyatie o rimanovoj geometrii
  1.1.5.Ponyatie o tenzorakh
  1.1.6.O printsipe otnositel'nosti
  1.1.7.Chto predlagaet obschaya teoriya otnositel'nosti
 1.2.Dinamika chastits v potentsial'nom pole soglasno modifitsirovannoj mekhanike Gertsa
 1.3.O primenenii nekotorikh operatorov vektornogo analiza
  1.3.1.Potentsial'noe pole
  1.3.2.Vikhrevoe pole
  1.3.3.Sopostavlenie potentsial'nogo i vikhrevogo polej
 1.4.Gravitatsionnoe i kulonovskoe potentsial'nie polya
  1.4.1.Pole tyagoteniya
  1.4.2.Elektrostaticheskoe pole
 1.5.Dvizhenie zaryazhennoj chastitsi v magnitnom pole
 1.6.Zaklyuchenie
 Literatura
Glava 2.Elektrodinamika
 2.1.O magnetizme
 2.2.Magnitnoe pole postoyannogo toka
 2.3.Formula Ampera
 2.4.Vzaimodejstvie dvizhuschikhsya zaryadov
 2.5.Uravneniya Maksvella
 2.6.Energiya elektromagnitnogo polya
 2.7.O neprimenimosti formalizma Lagranzha k magnitnim yavleniyam
  2.7.1.Priemlemo li ponyatie magnetizma v klassicheskoj fizike?
  2.7.2.Analiticheskaya mekhanika i magnitnie vzaimodejstviya
  2.7.3.Teorema Van Leeven
  2.7.4.Neudachnost' popitok opisaniya dvizheniya zaryadov v magnitnom pole s pomosch'yu analiticheskoj mekhaniki
 2.8. Krushenie teoremi Larmora
  2.8.1.Effekt Zeemana i chastota Larmora
  2.8.2.Neudachi razlichnikh dokazatel'stv teoremi Larmora
  2.8.3.Nereal'nost' larmorovskoj pretsessii
 Literatura
Glava 3.Effekti otnositel'nogo dvizheniya
 3.1.Otnositel'nost' vremeni
 3.2.Preobrazovaniya Lorenttsa
 3.3.Model' mertsayuschikh chastits
 3.4.Effekt Doplera
  3.4.1.Otnositel'noe dvizhenie izluchatelya i nablyudatelya v vakuume
  3.4.2.Izmenenie chastoti i dlini volni sveta pri vzaimnom dvizhenii izluchatelya i nablyudatelya v vakuume
  3.4.3.Rasprostranenie sveta v dvizhuschejsya srede
  3.4.4.Illyuzornij kharakter preobrazovanij Lorenttsa
 3.5.Novij vglyad na effekti otnositel'nogo dvizheniya. Teoriya otnositel'nosti -- neosoznannoe zabluzhdenie
 3.6.Povedenie fotonov v silovikh polyakh
  3.6.1.Rezul'tati obschej teorii otnositel'nosti
  3.6.2.Chto daet model' mertsayuschikh chastits
 3.7.Sopostavlenie teorii s opitnimi dannimi
  3.7.1.O testirovanii preobrazovanij Lorenttsa
  3.7.2.Izmenenie chastoti izlucheniya v silovikh polyakh
 Literatura
Glava 4.Korpuskulyarno-volnovoj dualizm chastits
 4.1.Vvedenie
 4.2.Mertsayuschie material'nie chastitsi
 4.3.Kvantovanie izlucheniya absolyutno chernogo tela
 4.4.Volnovoj aspekt radiatsii
 4.5.Dvizhenie elektronov v atome
  4.5.1.Statsionarnie i nestatsionarnie orbiti
  4.5.2.Atomnaya model' Bora
  4.5.3.Vliyanie magnitnogo polya na orbital'noe dvizhenie elektronov
  4.5.4.Kvantovie chisla, pravila otbora i effekt Zeemana. Spin elektrona
  4.5.5.Ob uglovom momente fotonov
 4.6.Ob osnovakh kvantovoj mekhaniki
  4.6.1.Volnovoe uravnenie Shredingera i printsip neopredelennosti Gejzenberga
  4.6.2.O gamil'toniane dlya zaryada, dvizhuschegosya v magnitnom pole
 Literatura
Glava 5.Novij vzglyad na poverkhnostnie napryazheniya
 5.1.Vvedenie
 5.2.Kritika mekhanicheskikh modelej poverkhnostnogo natyazheniya
 5.3.Statistiko-mekhanicheskaya traktovka vnutrennego davleniya v zhidkosti
 5.4.Termodinamika malikh chastits
 Literatura

Vvedenie

Priroda bespredel'na i bezgranichna vo vsekh svoikh proyavleniyakh kak v beskonechno bol'shom masshtabe, tak i v masshtabe beskonechno malom. Ona ne mozhet bit' predstavlena v kakikh-to edinikh okonchatel'nikh kategoriyakh. Poetomu na opredelennikh etapakh ee poznaniya prikhodit'sya pribegat' k razlichnim modelyam, imeyuschim, razumeetsya, ogranichennij kharakter. Vse fizicheskie modeli tol'ko priblizhenno otrazhayut prirodnie yavleniya. Kriteriem prigodnosti modeli sluzhit opit. Vopros o ee adekvatnosti nevozmozhno reshit' s pomosch'yu odnikh lish' logicheskikh zaklyuchenij, no i bez logiki obojtis' tozhe nel'zya. Predpochtitel'na prostota, yasnost' i neprotivorechivost' mishleniya.

V sovremennoj fizike gospodstvuet predstavlenie o tom, chto yakobi, chem slozhnee matematicheskij apparat, tem blizhe on k istine. Poetomu kul'tiviruyutsya razlichnogo roda abstraktnie matematicheskie konstruktsii, pretenduyuschie na vseobschnost' i adekvatnost' pri opisanii prirodnikh yavlenij. Periodicheskaya literatura zabita sverkhnovimi pretentsioznimi matematicheskimi teoriyami s pugayuschej frazeologiej. Novie podkhodi v fizike stroyatsya na osnove algebraicheskikh ponyatij ili geometricheskikh postroenij v abstraktnikh, chasche vsego kompleksnikh, prostranstvakh s bol'shim chislom izmerenij. Odnako dazhe v sluchae nekotorikh davno ustoyavshikhsya fundamental'nikh matematicheskikh opisaniyakh zakonov fiziki, kak pokazivaet detal'nij analiz, obnaruzhivayutsya logicheskie neuvyazki i prosto oshibki.

S drugoj storoni, mnogie privichnie ponyatiya okazivayutsya diskussionnimi, trebuyuschimi pereosmislivaniya. Tak, nesmotrya na suschestvennij progress nauki za poslednie dva veka priroda gravitatsii i elektromagnitnikh polej prodolzhaet ostavat'sya zagadochnoj. Ne reshen dazhe glavnij vopros o dal'nodejstvuyuschem ili blizkodejstvuyuschem kharaktere vzaimodejstvij. Dolgoe vremya dal'nodejstvie otvergalos' kak nelepost' vvidu protivorechiya s predstavleniem o kontaktnom vzaimodejstvii tel, porodivshem ponyatie sili. Odnako umestno napomnit', chto samo eto ponyatie yavlyaetsya tol'ko udobnim terminom dlya oboznacheniya rezul'tiruyuschego perenosa dvizheniya cherez granitsu kontaktiruyuschikh tel pri khaoticheskoj bombardirovke granitsi molekulami, togda kak v sluchae sil tyagoteniya nichego podobnogo ne proiskhodit (Eddington, 2003).

V kontse XVIII i nachale XIX vv. dlya ob'yasneniya rezul'tatov mnogochislennikh opticheskikh i elektromagnitnikh eksperimentov bila vvedena kontseptsiya efira, zapolnyayuschego vse prostranstvo i sluzhaschego sredoj dlya peredachi sil vzaimodejstviya tel (Uitteker, 2001). Efir nadelyali svojstvami zhidkogo ili tverdogo tela. Vskore, odnako, viyasnilos', chto mekhanicheskie modeli efira okazivayutsya nesostoyatel'nimi vo mnogikh otnosheniyakh. Odnovremenno na osnove vozzrenij Faradeya i teorii Maksvella zarozhdalos' predstavlenie o klassicheskom pole kak prostranstve, v kotorom proyavlyaetsya dejstvie sil. Ponyatie polya sokhranilo za efirom tol'ko sposobnost' blizkodejstvuyuschej peredachi sil bez popitok ob'yasneniya takogo mekhanizma. Spetsial'naya teoriya otnositel'nosti voobsche ustranila efir iz rassmotreniya, aktsentiruya vnimanie na prostranstvenno-vremennikh izmeneniyakh pri otnositel'nom dvizhenii tel. Vopros o nositele blizkodejstviya v nej ne zatragivaetsya. Vmeste s tem eta teoriya porodila massu paradoksov, vizivayuschikh nedoumenie i nepriyatie (sm., naprimer, knigi Artekhi, 2004; Kalinina, 2003 i broshyuru Sekerina, 1991).

Obschaya teoriya otnositel'nosti (OTO) svyazivaet gravitatsiyu s lokal'nim iskrivleniem prostranstva pod dejstviem massi. Odnako, nesmotrya na ogromnuyu literaturu, posvyaschennuyu OTO i ee primeneniyu v kosmologii (sm., naprimer, Vejnberg, 2000) samo ponyatie prostranstva i mekhanizm vliyaniya massi na ego kriviznu v etoj teorii ostayutsya neyasnimi. Zarodivshayasya v nachale XX v. kvantovaya mekhanika, uspeshno reshiv ryad problem mikromira, stala postepenno otkhodit' ot fiziki v oblast' chisto matematicheskikh abstraktsij. Osnovnaya ee zadacha -- eto raschet veroyatnosti energeticheskikh sostoyanij sistemi. V kvantovoj elektrodinamike predpolagaetsya, chto silovie vzaimodejstviya osuschestvlyayutsya putem obmena virtual'nimi chastitsami, no eto ne ob'yasnyaet yavlenie prityazheniya tel.

Analiziruya istoriyu nauki, Klajn (1988) prishel k vivodu, chto priroda postroena na osnove matematicheskikh printsipov i chto istinnie zakoni prirodi matematicheskie, a tyagotenie -- nauchnaya fiktsiya. V sovremennikh uchebnikakh po teorii polya (Landau i Lifshits, 1967), kvantovoj mekhanike (Landau i Lifshits, 1989), kvantovoj elektrodinamike (Berestetskij, Lifshits, Pitaevskij, 1989; Fejnman, 1964) i dr. fizicheskie predstavleniya v znachitel'noj stepeni podavlyayutsya matematicheskimi abstraktsiyami. Chrezmernoe uvlechenie matematikoj pri popitkakh bolee glubokogo proniknoveniya v tajni prirodi kharakterno dlya nauchnogo mishleniya neskol'kikh poslednikh stoletij. Odnako ne sleduet upuskat' iz vida, chto matematicheskij apparat, kak bi ego ni uslozhnyali, yavlyaetsya vsego lish' produktom chelovecheskoj logiki. Zhelaya proniknut' za predeli dostignutikh fizicheskikh predstavlenij, nuzhno s bol'shoj ostorozhnost'yu otnositsya k razlichnim matematicheskim obobscheniyam i abstraktsiyam vvidu otsutstviya nadezhnikh kriteriev togo, chto oni dolzhni obyazatel'no realizovat'sya v okruzhayuschem nas mire. Matematicheskaya interpretatsiya dazhe izvestnikh fizicheskikh faktov v ryade sluchaev zavodit teoriyu v tupik ili napravlyaet ee po lozhnomu sledu. V rezul'tate porozhdayutsya raznogo roda yavnie ili skritie oshibki i nedorazumeniya. Mezhdu tem, mnogie teoretiki prodolzhayut nagromozhdat' matematicheskie konstruktsii, slepo ispol'zuya teoriyu otnositel'nosti i kvantovuyu mekhaniku v kosmologii (Vejnberg, 2000) i popitkakh sozdaniya Vseobschej okonchatel'noj teorii (Vajnberg, 2004; Grin, 2007). V etom otnoshenii sejchas naibolee modnoj yavlyaetsya matematicheskaya teoriya superstrun, svodyaschaya vse silovie vzaimodejstviya k razlichnim energeticheskim vozbuzhdeniyam pervichnikh chastits -- strun, priroda kotorikh neponyatna dazhe samim avtoram etoj teorii (Vajnberg, 2004; Grin, 2007). Ona osnovana na gipoteze o sil'nom vozrastanii kvantovikh energeticheskikh fluktuatsij polya pri beskonechnom umen'shenii rassmatrivaemoj oblasti prostranstva. Pod strunami ponimayut "prostranstvenno-vremennie singulyarnosti". "Struni mozhno predstavit' sebe kak krokhotnie odnomernie razrezi na gladkoj tkani prostranstva" (Vajnberg, 2004). Voobsche, posle poyavleniya obschej teorii otnositel'nosti s prostranstvom stali obraschat'sya ochen' famil'yarno. Ego rasshiryayut, szhimayut, zakruchivayut i iskrivlyayut. "K kontsu 1991 g. u nekotorikh fizikov, zanimayuschikhsya teoriej strun, vozniklo yasnoe oschuschenie togo, chto tkan' prostranstva mozhet razrivat'sya" (Grin, 2007). Kogda proiskhodit razriv prostranstva (neyasno chto, sobstvenno, rvetsya i pochemu), ogromnaya massa chernoj diri umen'shaetsya do nulya, posle chego chernaya dira prevraschaetsya v bezmassovuyu chastitsu (podobnuyu fotonu). Tak teoriya strun ustanavlivaet svyaz' mezhdu chernimi dirami i elementarnimi chastitsami. V etoj teorii sovershenno proizvol'no predpolagaetsya nalichie v ischezayusche malikh oblastyakh prostranstva mnogikh prostranstvennikh i neskol'ko vremennikh "svernutikh" izmerenij (Grin, 2007).

Inogda vneshne izyaschnie matematicheskie formulirovki pri blizhajshem rassmotrenii okazivayutsya nevernimi s fizicheskoj tochki zreniya ili protivorechaschimi eksperimental'nim dannim. Privedem kur'eznij primer iz knigi anglijskogo matematika Styuarta (1980): "Odin fizik-teoretik zarabotal sebe prochnij avtoritet tem, chto, iskhodya iz obschikh matematicheskikh soobrazhenij, vivel formulu dlya radiusa Vselennoj. Eto bila ochen' vpechatlyayuschaya formula, schedro nachinennaya konstantami e, c, h, neskol'ko raz v nej vstrechalos' chislo pi i mnogo kvadratnikh kornej. Poskol'ku on bil ubezhdennim teoretikom, ego ne bespokoili chislennie znacheniya. Proshlo neskol'ko let, poka nashelsya chelovek, kotoromu zakhotelos' uznat', chemu raven radius Vselennoj. Okazalos', 10 santimetram".

Razmishleniya po povodu razlichnogo roda neponyatnikh ili trudnikh dlya vospriyatiya matematicheskikh opisanij fizicheskikh kontseptsij priveli k poyavleniyu etoj knigi. V nej zatronut shirokij krug voprosov, vklyuchayuschikh klassicheskuyu mekhaniku, elektrodinamiku, teoriyu otnositel'nosti, kvantovuyu mekhaniku i teoriyu poverkhnostnikh yavlenij. Poskol'ku v ryade sluchaev kriticheskij analiz matematicheskikh predposilok nekotorikh teorij viyavil logicheskuyu nesurazitsu ili oshibochnost' ukorenivshikhsya predstavlenij, v poryadke diskussii predlagayutsya inie modeli obsuzhdaemikh yavlenij. Eti modeli stroyatsya v ramkakh klassicheskoj fiziki i suschestvuyuschikh eksperimental'nikh rezul'tatov.

Pervaya glava posvyaschena obschim ponyatiyam o prostranstve, silakh i polyakh. Daetsya razvernutoe izlozhenie vzglyadov Gertsa (1959) na printsipi mekhaniki. Gerts rezko kritikuet ponyatie sili, figuriruyuschee v teorii N'yutona, i stroit svoyu mekhaniku, opirayas' na ponyatiya skritikh mass i skritikh svyazej. Mi neskol'ko modifitsirovali podkhod Gertsa, polagaya v kachestve skritikh svyazej potentsial'nuyu energiyu, osuschestvlyayuschuyu dal'nodejstvie vne mira nashikh chuvstvennikh vospriyatij. Eto pozvolilo poluchit' vse uravneniya mekhaniki i virazit' vzaimodejstvie zaryadov i mass cherez gradienti potentsial'noj energii. Dlya ponimaniya materiala privedeni neobkhodimie svedeniya iz vektornogo analiza. Viyavleno, chto, v otlichie ot gidrodinamiki ideal'noj zhidkosti, sovmestnoe suschestvovanii potentsial'nogo i vikhrevogo polej v sluchae elektrostaticheskikh ili gravitatsionnikh vzaimodejstvij vryad li vozmozhno. Pri otozhdestvlenii skritikh svyazej s potentsial'noj energiej voznikaet trudnij vopros o tom, mozhet li eta energiya lokalizovat'sya gde-libo v prostranstve ili ona realizuetsya v kakikh-to inikh kategoriyakh. S tsel'yu proyasneniya etogo voprosa, a takzhe v vidu samostoyatel'nogo interesa, obsuzhdayutsya ponyatiya razmernosti i metriki evklidova prostranstva i kratko izlagayutsya osnovi rimanovoj geometrii.

Kriticheski analiziruyutsya osnovnie polozheniya spetsial'noj teorii otnositel'nosti. V etoj teorii rassmatrivayutsya otnositel'nie koordinati i vremya odnogo i togo zhe sobitiya v raznikh inertsial'nikh sistemakh koordinat s tochki zreniya nablyudatelya v odnoj iz nikh. Zatem eti koordinati bezosnovatel'no pripisivayutsya sobstvennim koordinatam drugoj sistemi. Na takoj podmene koordinat stroyatsya vse paradoksal'nie vivodi teorii. Pokazano, chto esli vosprinimat' printsip otnositel'nosti neposredstvenno, kak kharakteristiku inertsial'nosti sistemi, to stanovyatsya sovershenno nenuzhnimi i illyuzornimi preobrazovaniya Lorenttsa, a, sledovatel'no, i rassuzhdeniya Ejnshtejna--Minkovskogo o ne odnovremennosti sobitij v raznikh inertsial'nikh sistemakh (Sb. Printsip otnositel'nosti, 1935).

Osoboe vnimanie udeleno obschej teorii otnositel'nosti. Dostatochno podrobno rassmatrivayutsya osnovi tenzornogo ischisleniya, neobkhodimie dlya ponimaniya suschnosti etoj teorii. Ejnshtejn (1955) analiziruet geometriyu chetirekhmernogo mnogoobraziya, obrazovannogo tremya prostranstvennimi koordinatami i vremenem. Poluchennoe v tenzornom vide uravnenie geodezicheskoj krivoj sovershenno proizvol'no sopostavlyaetsya s dvizheniem material'noj tochki pod dejstviem Vsemirnogo tyagoteniya N'yutona. Na etom osnovanii otvetstvennost' za tyagotenie pripisivaetsya odnomu iz chlenov uravneniya geodezicheskoj krivoj, togda kak drugomu chlenu etogo uravneniya sopostavlyaetsya inertsiya. V tekh sluchayakh, kogda inertsiej mozhno prenebrech' krivizna geodezicheskoj krivoj opredelyaetsya tyagoteniem. Dalee Ejnshtejn obobschaet ponyatie elektromagnitnogo tenzora energii-impul'sa, dobavlyaya k nemu tenzornie velichini energij veschestva i gravitatsii. Pri etom on bezosnovatel'no polagaet, chto summarnij tenzor energii materii dolzhen udovletvoryat' chetirekhmernomu uravneniyu sokhraneniya, kak eto imeet mesto dlya elektromagnitnogo tenzora energii-impul'sa. Mezhdu tem uravnenie sokhraneniya budet soblyudat'sya tol'ko v tom sluchae, esli k elektromagnitnomu tenzoru energii-impul'sa budut dobavlyat'sya ne tenzornie velichini, kotorie udaetsya vvesti lish' ves'ma formal'nim i iskusstvennim putem (Rashevskij, 1964). Iz samikh obschikh soobrazhenij Ejnshtejn poluchaet svoe znamenitoe uravnenie polya dlya obobschennogo tenzora energii materii, opredelyaemogo geometriej prostranstva cherez tenzor krivizni i metricheskij tenzor. Na osnovanii ekvivalentnosti massi i energii (E=mc2) vmesto tenzora energii materii rassmatrivaetsya raspredelenie i peremeschenie mass. Uvelichenie kontsentratsii mass v dannom meste prostranstva privodit k rostu otkloneniya rimanovoj geometrii ot evklidovoj geometrii, a, sledovatel'no, k uvelicheniyu krivizni geodezicheskikh linij i tyagoteniya. Zametim, odnako, chto rech' idet o krivizne chetirekhmernogo mnogoobraziya, a ne real'nogo trekhmernogo prostranstva. Posle triumfal'nogo dlitel'nogo shestviya obschej teorii otnositel'nosti ee smisl i printsipial'nij osnovi za poslednie desyatiletiya podverglis' ser'eznoj kritike so storoni matematikov (Rashevskij, 1964) i spetsialistov teoretikov (Dikke, 1965; Logunov i dr., 1987).

Po nashemu mneniyu, eta teoriya ne daet yasnogo predstavleniya o tom, chto takoe prostranstvo, ego krivizna i tyagotenie. V etom otnoshenii bolee prigodnoj okazivaetsya modifitsirovannaya mekhanika Gertsa, kotoraya opiraetsya na ponyatie prostranstva kak vmestilischa materii. Pokazano plodotvornoe primenenie etoj mekhaniki dlya konservativnikh golonomnikh sistem (tyagotenie, elektrostatika). Primer negolonomnoj i nekonservativnoj sistemi, skritie svyazi kotoroj zavisyat ot skorostej chastits, yavlyaet soboj sistema zaryadov, dvizhuschikhsya v magnitnom pole.

Vo vtoroj glave analiziruyutsya ponyatiya elektrodinamiki. Glavnoe vnimanie udelyaetsya viyasneniyu suschnosti magnetizma i magnitnoj energii. Kriticheski rassmatrivayutsya osnovnie zakoni elektromagnitnikh yavlenij, opirayas' na gipotezu Ampera o tom, chto magnitnoe pole yavlyaetsya prosto kharakteristikoj vzaimodejstviya dvizhuschikhsya zaryadov. Pokazana illyuzornost' magnitnoj energii vvidu ee nesposobnosti proizvodit' real'nuyu rabotu. Proslezhen put' Maksvella (1952) pri vivode osnovnikh uravnenij elektrodinamiki. Viyavlena protivorechivost' ispol'zuemikh im modelej, privodyaschaya k nekorrektnosti ryada zaklyuchenij. V chastnosti, pri poluchenii uravneniya dlya elektromagnitnikh voln odnovremennoe primenenie operatsij divergentsii i rotora, dopustimoe matematicheski, ne mozhet bit' opravdano s fizicheskoj tochki zreniya, ibo eti operatsii otrazhayut razlichnie i ne sovmestimie drug s drugom potentsial'noe ili vikhrevoe sostoyaniya polya.

Rassmotrena interpretatsiya uravnenij Maksvella Dzh. Dzh. Tomsonom (1928), kotorij ne opiralsya na model' gipoteticheskoj zhidkosti, kak eto delal Maksvell, a ispol'zoval neposredstvenno kontseptsiyu Faradeya o silovikh liniyakh. Tomson posledovatel'no poluchil vse osnovnie zakoni elektrodinamiki, dal im naglyadnoe ob'yasnenie, i zadolgo do Ejnshtejna vivel kak sootnoshenie mezhdu energiej i massoj (E=mc2), tak i zavisimost' massi ot skorosti ee dvizheniya. Naibolee interesnoj, s nashej tochki zreniya, yavlyaetsya glubokaya ubezhdennost' Tomsona v tom, chto vse elektromagnitnie vzaimodejstviya osuschestvlyayutsya posredstvom skritoj energii, nedostupnoj nashim chuvstvennim vospriyatiyam. Po ego mneniyu, potentsial'naya energiya est' prosto skritaya kineticheskaya energiya, kotoraya pri opredelennikh usloviyakh mozhet realizovat'sya v dvizhenii material'nikh tel. Tomson otmechaet, chto ego kontseptsiya ochen' blizka k vozzreniyam Gertsa na skritie svyazi. Analiziruya rassmatrivaemie v etoj knige fizicheskie voprosi, mi priderzhivaemsya vzglyadov Gertsa i Tomsona, predpolagaya v kachestve nositelya skritoj svyazi potentsial'nuyu energiyu.

Izvestno, chto ni Maksvellu, ni ego posledovatelyam ne udalos' vivesti zakoni elektrodinamiki iz analiticheskoj mekhaniki Lagranzha. Mi dokazivaem, chto eto sdelat' printsipial'no nevozmozhno iz-za illyuzornosti magnitnoj energii i nesposobnosti sili Lorenttsa proizvodit' rabotu. Etu silu mozhno traktovat' kak novij vid negolonomnoj skritoj svyazi, izmenyayuschej traektoriyu dvizhuschegosya zaryada bez zatrati energii. V rezul'tate fiktivnosti magnitnoj energii teryaet smisl opisanie elektromagnitnikh vzaimodejstvij s pomosch'yu funktsij Lagranzha i Gamil'tona, a eto trebuet peresmotra sootvetstvuyuschikh polozhenij sovremennoj kvantovoj mekhaniki i kvantovoj elektrodinamiki. V svyazi s etim pokazana nesostoyatel'nost' znamenitoj teoremi Van Leeven (Van Leeuwen, 1921), utverzhdayuschej, chto magnetizmu net mesta v klassicheskoj fizike.

Vtoraya glava zavershaetsya obsuzhdeniem shiroko izvestnoj teoremi Larmora, soglasno kotoroj pod dejstviem magnitnogo polya vse elektroni atoma dolzhni sovershat' pretsessiyu vokrug napravleniya polya s odinakovoj chastotoj, sokhranyaya vnutrennee sostoyanie dvizheniya neizmennim. Kriticheskij analiz viyavil oshibochnost' etoj teoremi, vsledstvie chego trebuetsya pereosmislit' ee primenenie v spektroskopii, a takzhe peresmotret' ponyatiya kvantovikh urovnej i kvantovikh perekhodov v atome, chto i delaetsya v 4-j glave.

Tret'ya glava posvyaschena effektam otnositel'nogo dvizheniya. Utochnyaetsya ponyatie otnositel'nosti vremeni. Viyavleno skritoe protivorechie pri vivode preobrazovanij Lorenttsa Ejnshtejnom, a zatem i drugimi avtorami. Putanitsa voznikaet iz-za togo, chto koordinati kakogo-libo tela, naprimer, nakhodyaschegosya v nachale otscheta inertsial'noj sistemi, podmenyayutsya koordinatami fronta svetovoj volni. V rezul'tate etogo rassuzhdeniya Ejnshtejna teryayut fizicheskij smisl. Vidvinuta novaya traktovka effekta Doplera, kotoraya estestvennim obrazom vvodit kazhuscheesya uvelichenie sobstvennoj chastoti istochnika izlucheniya, dvizhuschegosya so skorost'yu V na faktor (1-V2/c2)-1/2, gde s -- skorost' sveta. Daetsya novij vivod formuli uvlecheniya sveta dvizhuschimsya veschestvom. Kritikuyutsya osnovi spetsial'noj teorii otnositel'nosti, rassmatrivaemoj kak neosoznannoe zabluzhdenie vvidu illyuzornosti preobrazovanij Lorenttsa. Predlagaetsya prostaya model' "mertsayuschikh chastits", pozvolyayuschaya ob'yasnit' v ramkakh klassicheskoj fiziki vse effekti otnositel'nogo dvizheniya, ne pribegaya k postulatam spetsial'noj teorii otnositel'nosti. Analiziruetsya povedenie fotonov v silovikh polyakh s pozitsij obschej teorii otnositel'nosti. Ejnshtejn predskazal dva effekta, kasayuschiesya sveta v pole gravitatsii. Eto, vo-pervikh, krasnoe smeschenie spektral'nikh linij, a vo-vtorikh, -- iskrivlenie traektorii luchej sveta. Poluchennoe pervonachal'no znachenie dlya ugla otkloneniya lucha sveta vblizi massivnogo tela vposledstvii on bez osobikh ob'yasnenij udvoil posle ves'ma gromozdkikh vichislenij. Imenno eto udvoennoe otklonenie luchej sveta ot dalekikh zvezd bilo blizko k tomu, kotoroe nablyudalos' pri zatmenii Solntsa. Odnako khotya rezul'tati predskazanij i nablyudenij chislenno ne razlichalis', primenyaemij v raschetakh Ejnshtejna printsip Gyujgensa dolzhen bil bi privesti ne k prityazheniyu, a k otkloneniyu lucha sveta vblizi Solntsa, narushaya tem samim soglasie s astronomicheskimi nablyudeniyami. Neponyatno, pochemu eto obstoyatel'stvo ne bilo zamecheno samim Ejnshtejnom i ego posledovatelyami. Esli rassmatrivat' svet kak potok chastits, to ugol otkloneniya ikh traektorii vblizi massivnogo tela dolzhen bit' rovno v dva raza men'she togo, kakoj daet obschaya teoriya otnositel'nosti. Eddington ob'yasnyal dopolnitel'noe otklonenie chastits za schet otstupleniya ot evklidovoj geometrii pod dejstviem polya gravitatsii. Veber (1965) provel vichisleniya ugla otkloneniya sveta massivnim telom soglasno obschej teorii otnositel'nosti i vidvinul fundamental'noe predpolozhenie, chto tyazhelaya massa fotona vdvoe bol'she ego inertnoj massi. Eto zaklyuchenie tem bolee paradoksal'no, chto ono protivorechit osnovnomu printsipu obschej teorii otnositel'nosti o ravenstve tyazheloj i inertnoj mass. V predlagaemoj modeli mertsayuschikh chastits predpolagaetsya, chto tyazhelaya massa fotona dejstvitel'no vdvoe bol'she ego inertnoj massi. Privoditsya obosnovanie etogo predpolozheniya. Model' mertsayuschikh chastits daet dlya krasnogo smescheniya spektral'nikh linij i ugla otkloneniya lucha sveta v pole gravitatsii tochno takie zhe formuli, kakie vitekayut iz obschej teorii otnositel'nosti, no delaet eto prostim putem. Takim obrazom, te eksperimental'nie dannie, kotorie svidetel'stvuyut v pol'zu obschej teorii otnositel'nosti, odnovremenno podtverzhdayut i bolee prostuyu model' mertsayuschikh chastits, ne trebuyuschuyu privlecheniya slozhnogo tenzornogo apparata 4-kh-mernoj rimanovoj geometrii.

Za poslednie desyatiletiya v svyazi s razvitiem lazernoj metrologii bilo vipolneno mnozhestvo rabot, avtori kotorikh pitalis' obnaruzhit' otkloneniya ot preobrazovanij Lorenttsa ili lorenttsevskoj invariantnosti pod dejstviem razlichnikh prichin. V chisle takikh prichin rassmatrivalis': orbital'noe i sutochnoe dvizhenie Zemli; izmenenie gravitatsionnogo potentsiala Solntsa pri takom dvizhenii Zemli; ogranicheniya, nalagaemie razlichnimi model'nimi predstavleniyami, v chastnosti, teoriej strun. Sdelan kratkij obzor "teorij" testirovaniya i lazernikh izmerenij, ispol'zuyuschikh eto testirovanie dlya raznikh tselej. Ukazano, chto fakticheski vo vsekh opitakh izmeryalis' effekt Doplera ili kharakterizuyuschij ego faktor lambda=(1-beta2)-1/2. Nami pokazano, chto etot kazhuschijsya faktor ne imeet nichego obschego s teoriej otnositel'nosti, poetomu na osnovanii testirovaniya trudno govorit' o podtverzhdenii ili narushenii samikh preobrazovanij Lorenttsa ili lorenttsevskoj invariantnosti, kak eto delayut avtori rassmatrivaemikh rabot.

V chetvertoj glave predprinyata popitka sinteza korpuskulyarnikh i volnovikh svojstv chastits i izlucheniya bez privlecheniya statisticheskikh metodov kvantovoj mekhaniki. Predpolagaetsya, chto lokalizovannij v prostranstve kvant energii periodicheski "peretekaet" iz odnogo sostoyaniya, kotoroe mozhet proyavlyat'sya kak pul'siruyuschaya inertnaya massa, v kakoe-libo drugoe sostoyanie (ostsilliruyuschie zaryad ili prostranstvenno lokalizovannoe elektricheskoe pole), i obratno. Takaya model' mertsayuschikh chastits uspeshno ob'yasnyaet kak volnovie svojstva elektronov i nejtronov, tak i korpuskulyarnoe povedenie izlucheniya. Ona pozvolyaet s edinikh pozitsij poluchit' virazheniya dlya dlini volni de Brojlya i dlya davleniya sveta, a takzhe vivesti volnovoe uravnenie Shredingera i zakoni izlucheniya absolyutno chernogo tela. Obosnovano podobie raspredeleniya plotnosti izlucheniya chernogo tela po dlinam voln i maksvellovskogo raspredeleniya molekul gaza po ikh skorostyam. Pokazano, chto rasprostranenie fotonov v vakuume podchinyaetsya uravneniyam Maksvella. Bez privlecheniya preobrazovanij Lorentsa polucheni takie zhe, kak i v teorii otnositel'nosti, zavisimosti dinamicheskoj massi i chastoti fotona ot skorosti dvizheniya izluchatelya. Dostatochno podrobno rassmotreni atomnaya model' Bora, usloviya statsionarnosti orbit i perekhodi elektrona s odnoj orbiti na druguyu pod dejstviem magnitnogo polya. Prostim putem vivedeni kvantovie chisla, kharakterizuyuschie sostoyanie elektrona na orbite. Polucheni uglovie i magnitnie momenti elektrona i fotona. Viyavleno, chto foton, vozmozhno, perenosit moment kolichestva dvizheniya vdvoe men'shij, chem schitalos' do sikh por. Esli eto tak, to on dolzhen podchinyat'sya statistike Fermi--Diraka, a ne Boze--Ejnshtejna, kak polagayut teoretiki.

Dano ob'yasnenie normal'nogo i anomal'nogo effektov Zeemana. Vvidu togo, chto pri dejstvii magnitnogo polya na elektron rabota ne sovershaetsya, obichnoe predstavlenie zeemanovskogo rasschepleniya energeticheskikh urovnej na podurovni s raznoj polnoj energiej okazivaetsya oshibochnim. S pozitsij modeli mertsayuschikh chastits predlagaetsya novaya traktovka podscheta sostoyanij elektrona v magnitnom pole, imeyuschikh odinakovuyu energiyu. Eti sostoyaniya razlichayutsya pereraspredeleniem potentsial'noj energii elektrona mezhdu ee izmeneniem na raznikh orbitakh i kompensiruyuschej "virtual'noj potentsial'noj energiej" magnitnogo polya. Novaya traktovka pozvolyaet sokhranit' staruyu skhemu rasschepleniya urovnej v magnitnom pole, vkladivaya v nee drugoj smisl.

Kriticheski rassmotreni printsipial'nie osnovi kvantovoj mekhaniki, ee operatornij apparat i printsip neopredelennostej Gejzenberga, isklyuchayuschij samu vozmozhnost' traektorii chastitsi. Vopreki etomu printsipu v predlagaemoj modeli traektorii chastits vpolne opredeleni, i vdol' nikh rasprostranyayutsya ostsilliruyuschie kvanti energii. Pokazano, chto v sluchae zaryada, dvizhuschegosya v magnitnom pole, obscheprinyatij operator gamil'toniana yavlyaetsya oshibochnim i neprigodnim dlya ispol'zovaniya v uravnenii Shredingera opyat' zhe iz-za nevozmozhnosti magnitnogo polya sovershat' rabotu. Eto obstoyatel'stvo delaet illyuzornimi mnogie vazhnie formuli kvantovoj mekhaniki.

V pyatoj glave kriticheski analiziruyutsya suschestvuyuschie teorii poverkhnostnogo natyazheniya. Viyavlena oshibochnost' ryada shiroko primenyaemikh formul. Rassmatrivaetsya problema poverkhnostnikh i vnutrennikh napryazhenij v malikh zhidkikh i tverdikh chastitsakh. Pokazana nesostoyatel'nost' poverkhnostnogo davleniya Laplasa. S pomosch'yu statisticheskoj mekhaniki, teoremi viriala i uslovij ravnovesiya sistemi ustanovleno, chto takie napryazheniya, vopreki ukorenivshimsya predstavleniyam, printsipial'no otsutstvuyut. Eto podtverzhdaetsya takzhe prakticheskoj neizmennost'yu parametrov reshetki malikh metallicheskikh chastits pri umen'shenii ikh razmera do 4--6 nm. Razrabotana i predstavlena termodinamika malikh chastits. S uchetom ravenstva davlenij snaruzhi i vnutri chastitsi polucheno fundamental'noe uravnenie dlya skachka khimicheskogo potentsiala na ee poverkhnosti, iz kotorogo vitekayut khorosho izvestnie formuli Kel'vina, Tomsona i Vul'fa.

V zaklyuchenie avtor virazhaet iskrennyuyu priznatel'nost' svoemu kollege E. A. Shafranovskomu za postoyannoe obsuzhdenie rassmatrivaemikh voprosov.


Ob avtore
Yurij Ivanovich PETROV

Rodilsya 15 aprelya 1922 goda. Posle okonchaniya srednej shkoli sluzhil shest' let v Sovetskoj Armii. Uchastvoval v Velikoj Otechestvennoj vojne. Nagrazhden ordenami i medalyami. V 1949 g. okonchil s otlichiem fizicheskij fakul'tet Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta im. M.V. Lomonosova. S tekh por i po nastoyaschee vremya rabotaet v Institute khimicheskoj fiziki im. N.N. Semenova Rossijskoj akademii nauk. V 1954 g. emu bila prisvoena stepen' kandidata fiziko-matematicheskikh nauk, a v 1967 g. -- stepen' doktora fiziko-matematicheskikh nauk. Osnovnoj krug interesov -- fizika klasterov i malikh chastits metallov, ikh splavov i soedinenij. Avtor bolee 140 nauchnikh rabot i dvukh monografij -- "Fizika malikh chastits" (1982) i "Klasteri i malie chastitsi" (1986), khorosho izvestnikh kak u nas v strane, tak i za rubezhom.

V 2006 g. im bila opublikovana nebol'shaya po ob'emu kniga "Nekotorie fundamental'nie predstavleniya fiziki. Kritika i analiz" (M.: URSS, 2006), v kotoroj obsuzhdaetsya protivorechivost' i nekorrektnost' ryada ukorenivshikhsya predstavlenij fiziki. V chastnosti, pokazana illyuzornost' magnitnoj energii, chto stavit pod somnenie nekotorie vazhnie formuli teorii polya i kvantovoj mekhaniki. Predlozhena novaya model' "mertsayuschikh chastits", pozvolyayuschaya s edinikh pozitsij ves'ma prosto raz'yasnit' effekti otnositel'nogo dvizheniya i osnovi kvantovoj mekhaniki.

Novaya kniga "Paradoksi fundamental'nikh predstavlenij fiziki", vo-pervikh, razvivaet i utochnyaet zatronutie ranee voprosi, a vo-vtorikh, okhvativaet znachitel'no bolee shirokij tematicheskij krug, vklyuchaya mekhaniku Gertsa, elektrodinamiku, otnositel'noe dvizhenie fotonov, dejstvie na nikh gravitatsii, korpuskulyarno-volnovoj dualizm chastits, osnovi kvantovoj mekhaniki, poverkhnostnie napryazheniya v zhidkosti i termodinamiku malikh chastits.


Otziv

Kniga predstavlyaet soboj sovershenno unikal'noe yavlenie v sovremennoj nauchnoj literature. V nej s bol'shim masterstvom analiziruyutsya fundamental'nie osnovi fiziki na urovne, dostupnom studentam mladshikh kursov visshikh uchebnikh zavedenij, sokhranyaya v to zhe vremya strogij nauchnij podkhod. Okhvachen shirokij krug voprosov, vklyuchayuschikh klassicheskuyu mekhaniku, elektrodinamiku, obschuyu i spetsial'nuyu teorii otnositel'nosti, kvantovuyu mekhaniku, poverkhnostnoe davlenie zhidkikh i tverdikh tel, a takzhe termodinamiku malikh chastits. Viyavleni protivorechiya, nedorazumeniya i neuvyazki v matematicheskikh konstruktsiyakh razlichnikh teorij. V chastnosti, ustanovlena illyuzornost' preobrazovanij Lorenttsa i osnovannoj na nikh spetsial'noj teorii otnositel'nosti. Eto sdelano original'no, putem tschatel'nogo analiza effekta Doplera. Pokazana fiktivnost' poperechnogo effekta Doplera, predskazivaemaya spetsial'noj teoriej otnositel'nosti. Kak viyasnilos', dva osnovnikh preobrazovaniya Lorenttsa okazivayutsya zavisyaschimi drug ot druga fiktivnimi sledstviyami effekta Doplera. Poetomu oni lisheni fizicheskogo smisla, v rezul'tate chego perepletenie prostranstva i vremeni v "mire Minkovskogo" viglyadit chisto matematicheskim uprazhneniem. Ustanovleno, chto vivod preobrazovanij Lorenttsa Ejnshtejnom i drugimi avtorami soderzhit skrituyu oshibku, obuslovlennuyu podmenoj koordinat dvizhuschegosya tela koordinatami dvizhuschegosya fotona. Kriticheski rassmotreni nekotorie paradoksi spetsial'noj teorii otnositel'nosti.

Predstavleno po vozmozhnosti prostoe obsuzhdenie obschej teorii otnositel'nosti, dlya ponimaniya kotoroj trebuyutsya znaniya osnov tenzornogo analiza i rimanovoj geometrii. Privoditsya kritika etoj teorii ryadom uchenikh (Rashevskij, Dikke i dr.). Ukazivaetsya, chto v otlichie ot Zakona vsemirnogo tyagoteniya N'yutona, primenimogo vo vsej Vselennoj, obschaya teoriya otnositel'nosti dejstvuet v lokal'nikh chetirekhmernikh oblastyakh, ispol'zuya preobrazovaniya Lorenttsa. Obnaruzheno oshibochnoe primenenie printsipa Gyujgensa v raschetakh Ejnshtejna po otkloneniyu fotonov v gravitatsionnom pole massivnogo tela, vipolnennikh v ramkakh obschej teorii otnositel'nosti. V dejstvitel'nosti, eti rascheti dolzhni bili bi privesti ne k prityazheniyu, a k ottalkivaniyu fotonov ot massivnogo tela v protivorechii s astronomicheskimi nablyudeniyami.

Sleduet osobo otmetit' glubokij analiz avtorom knigi ponyatiya magnetizma. V sootvetstvii s teoriej Ampera pokazano, chto magnetizm ne suschestvuet samostoyatel'no, no yavlyaetsya prosto kharakteristikoj ponderomotornogo vzaimodejstviya elektricheskikh tokov. Pokazana illyuzornost' magnitnoj energii, vvidu ee nesposobnosti proizvodit' real'nuyu rabotu, chto obuslovleno perpendikulyarnost'yu sili Lorenttsa k skorosti zaryada, dvizhuschegosya v magnitnom pole. Obsuzhdaetsya takzhe negolonomnost' sistemi v etom sluchae i neprimenimost' k nej, vopreki suschestvuyuschej praktike, analiticheskoj dinamiki Lagranzha. Viyavleno, chto obichnoe vvedenie v lagranzhian chlena, uchitivayuschego "magnitnuyu energiyu", privodit k paradoksal'nomu unichtozheniyu energii elektronov, dvizhuschikhsya v ploskosti, perpendikulyarnoj magnitnomu polyu. Kak sledstvie, otsyuda vitekaet nekorrektnost' gamil'toniana, ispol'zuemogo v teoriyakh polya i v kvantovoj mekhanike. Ustanovlena oshibochnost' shiroko izvestnoj teoremi Larmora o pretsessii elektronnikh orbit atoma v magnitnom pole, poskol'ku ee razlichnie dokazatel'stva osnovani na nevernom dopuschenii, chto magnitnoe pole mozhet izmenyat' kineticheskuyu energiyu orbital'nikh elektronov. Fakticheski orbiti elektronov ne pretsessiruyut, a vistraivayutsya perpendikulyarno magnitnomu polyu. V svyazi s etim peresmatrivaetsya effekt Zeemana i skhema rasschepleniya energeticheskikh urovnej pod dejstviem magnitnogo polya.

Pokazano, chto osnovnie uravneniya Maksvella polucheni s pomosch'yu teorii potentsiala, ispol'zuyuschej ponyatie dal'nodejstviya, a ne blizkodejstviya, kak schitaetsya v razlichnikh uchebnikakh. Pri vivode uravneniya dlya elektromagnitnikh voln odnovremenno primenyayutsya operatsii divergentsii i rotora, chto dopustimo matematicheski, no isklyucheno s fizicheskoj tochki zreniya, tak kak dannie operatsii otrazhayut razlichnie i nesovmestimie drug s drugom sostoyaniya potentsial'nogo i vikhrevogo polej.

V 4-oj glave knigi obsuzhdayutsya osnovi kvantovoj mekhaniki, iskhodya iz idej de Brojlya i Shredingera. Soglasno etim avtoram dvizhenie chastitsi (elektrona, nejtrona i dr.) opisivaetsya sopryazhennoj s nej psi--volnoj. V suschnosti, vse osnovnie sootnosheniya kvantovoj mekhaniki poluchayutsya iz virazheniya dlya ploskoj volni, zapisannogo v vide eksponenti s kompleksnim pokazatelem stepeni. Viyavlena osobaya rol' mnimoj edinitsi pri vivode uravneniya Shredingera i printsipa neopredelennostej Gejzenberga. Uravnenie Shredingera okazivaetsya prosto sledstviem volnovogo uravneniya, sostavlennogo iz vtorikh proizvodnikh ot eksponenti po vremeni i po prostranstvu. Soglasno teorii de Brojlya psi-volna dlya chastitsi, dvizhuschejsya so skorost'yu V, dolzhna peremeschat'sya s ogromnoj fazovoj skorost'yu V = c2 / V, gde c -- skorost' sveta. Dlya nee dazhe vakuum okazivaetsya prelomlyayuschej sredoj. Imenno eta ogromnaya fazovaya skorost' ukazivaet na otsutstvie fizicheskogo smisla u psi--volni. Krome togo, voznikaet sleduyuschij paradoks. Sootnoshenie mezhdu chastnimi proizvodnimi vtorogo poryadka ot eksponenti budet volnovim uravneniem tol'ko v tom sluchae, esli fazovaya skorost' budet ravna proizvedeniyu dlini volni (lambda) na chastotu (nu). Odnako proizvedenie znachenij lambda i nu, v svoyu ochered' zavisyaschikh ot V, suschestvenno otlichaetsya ot V. Etot rezul'tat vmeste s nesostoyatel'nost'yu lorenttsevskikh preobrazovanij, ispol'zovannikh dlya opredeleniya V, k sozhaleniyu, obestsenivayut, rassuzhdeniya de Brojlya. Chto kasaetsya printsipa neopredelennostej Gejzenberga, to ubezhdennost' o ego vseobschej primenimosti podvergaetsya v knige somneniyu po sleduyuschej prichine. Etot printsip vitekaet iz predstavleniya chastitsi volnovim paketom. No volnovoj paket ochen' bistro rasplivaetsya so vremenem. On ne mozhet kharakterizovat' elektron v statsionarnom sostoyanii, naprimer, na atomnoj orbite. Krome togo, voznikayut trudnosti, obuslovlennie neizvestnost'yu vremeni otscheta s momenta formirovaniya volnovogo paketa. Sam po sebe printsip neopredelennostej Gejzenberga stanovitsya fiktivnim, poskol'ku chastitsa na samom dele ne mozhet razmazivat'sya v prostranstve.

Bol'shaya putanitsa suschestvuet po povodu davleniya, okazivaemogo poverkhnost'yu na vnutrennost' kondensirovannogo tela. V uchebnikakh i periodicheskoj literature ukorenilos' predstavlenie ob izbitochnom davlenii Laplasa, obuslovlennom poverkhnostnimi silami, khotya ryad uchenikh (Relej, Khvol'son i dr.) vistupali s kritikoj etogo utverzhdeniya. V knige analiziruetsya problema poverkhnostnikh i vnutrennikh napryazhenij v malikh zhidkikh i tverdikh chastitsakh s pomosch'yu statisticheskoj mekhaniki, teorii viriala i uslovij ravnovesiya sistemi. Pokazana oshibochnost' formul Laplasa, Bogolyubova, Kirkvuda i dr., ukazivayuschikh na nalichie poverkhnostnogo davleniya. Tverdo ustanovleno printsipial'noe otsutstvie takogo davleniya i polucheno fundamental'noe uravnenie dlya skachka khimicheskogo potentsiala na granitse maloj kondensirovannoj chastitsi, iz kotorogo estestvennim obrazom vitekayut izvestnie formuli Kel'vina, Tomsona i Vul'fa. Uchet skachka khimicheskogo potentsiala na granitse razdela faz pozvolil postroit' neprotivorechivuyu termodinamiku malikh chastits.

Naryadu s kritikoj ryada teorij v knige privodyatsya sobstvennie soobrazheniya i modeli avtora. Prezhde vsego, razvivayutsya idei G. Gertsa o skritikh zhestkikh svyazyakh, upravlyayuschikh peremescheniyami mass v ravnomerno i pryamolinejno dvizhuschejsya zamknutoj sisteme. Prinimaya v kachestve takikh svyazej potentsial'nuyu energiyu, vivedeni vse osnovnie uravneniya klassicheskoj mekhaniki dlya golonomnoj sistemi s elektrostaticheskimi ili gravitatsionnimi vzaimodejstviyami chastits, ne pribegaya k ponyatiyu sili. Dalee pokazano, chto zaryadi, dvizhuschiesya v magnitnom pole, yavlyayut soboj primer negolonomnoj sistemi, dlya kotoroj analiticheskaya mekhanika Lagranzha neprimenima, vopreki suschestvuyuschej praktike. Ukazivaetsya, chto mekhanika Gertsa bolee priemlema, chem obschaya teoriya otnositel'nosti, tak kak eta mekhanika dejstvuet v obichnom trekhmernom prostranstve i svodit vse vzaimodejstviya k izmeneniyu privichnoj potentsial'noj energii, togda kak gravitatsiya v obschej teorii otnositel'nosti razvivaetsya v matematicheskom mire chetirekhmernoj rimanovoj geometrii.

Interesnimi yavlyayutsya traktovki avtorom knigi ponyatij printsipa otnositel'nosti i vremeni. V otlichie ot obscheprinyatogo opredeleniya printsipa otnositel'nosti, baziruyuschegosya na linejnikh preobrazovaniyakh koordinat sistem, dvizhuschikhsya drug otnositel'no druga s postoyannoj skorost'yu, avtor predlagaet schitat' printsip otnositel'nosti kharakteristikoj inertsial'nikh sistem v sleduyuschej formulirovke: "Zakoni fiziki odinakovo spravedlivi vo vsekh inertsial'nikh sistemakh, nezavisimo ot ikh otnositel'noj skorosti i kakikh-libo preobrazovanij koordinat". Otkloneniya ot etogo opredeleniya mogut bit' viyavleni eksperimental'no po nalichiyu inertsionnikh sil (tsentrobezhnikh ili koriolisovikh), a takzhe po narusheniyu zakonov elektrodinamiki. Soglasno spetsial'noj teorii otnositel'nosti, nablyudatel' odnoj iz sistem sudit o fizicheskikh zakonakh drugoj sistemi s pomosch'yu preobrazovanij Lorenttsa. No tak kak eti preobrazovaniya okazivayutsya fiktivnimi, to on ne mozhet nichego skazat' o tom, kakie zakoni fiziki dejstvuyut v lyuboj drugoj dvizhuschejsya sisteme. Poetomu opredelenie printsipa otnositel'nosti, davaemoe avtorom knigi, viglyadit bolee ubeditel'no. Ono pozvolyaet obkhodit'sya bez tumannikh printsipov teorii otnositel'nosti, privodyaschikh k ryadu paradoksov.

Chto kasaetsya ponyatiya vremeni, to avtor, opirayas' na materiali sbornika statej frantsuzskikh uchenikh "Vremya i sovremennaya fizika "(M.: Mir, 1970), rassmatrival vremya kak kharakteristiku dvizheniya. Eto pozvolilo emu razrabotat' model' "mertsayuschikh chastits", soglasno kotoroj elektroni, nejtroni i fotoni predstavlyayut soboj sgustki (kvanti) energii, neprerivno prevraschayuschiesya iz odnogo sostoyaniya v drugoe s chastotoj nu. Takimi vzaimosvyazannimi sostoyaniyami mogut bit' massa (m0) i zaryad (e) elektrona ili dinamicheskaya massa (md) i lokal'noe elektricheskoe pole (E) fotona. Rassmatrivaya period T= 1/nu prevrascheniya kvanta energii iz odnogo sostoyaniya v drugoe kak edinitsu vremeni ideal'nikh chasov, peremeschayuschikhsya so skorost'yu V, avtor predpolozhil, chto etot period est' funktsiya vsekh dvizhenij kvanta energii. Ili po- drugomu: chastota nu proportsional'na summe vnutrennej (m0c2) i vneshnej (m0V2/ 2) energij rassmatrivaemogo kvanta. Dopuskaya, chto prevrascheniya kvanta energii proiskhodyat so skorost'yu sveta, osnovnoe uravnenie modeli mertsayuschikh chastits (zakon sokhraneniya energii) zapisivaetsya v vide (sm. knigu)

h nu = m0c2 + m0V2/ 2 + W,

gde h --koeffitsient proportsional'nosti, W --potentsial'naya energiya chastitsi. V sluchae fotona proizvoditsya zamena m0 --> md i V schitaetsya skorost'yu dvizheniya izluchatelya.

Kazhdaya kharakteristika chastitsi (massa, zaryad, lokal'noe pole) opisivaetsya garmonicheskim ostsillyatorom s chastotoj nu, opredelyaemoj dannim vishe zakonom sokhraneniya energii. Dvizhenie chastitsi upodoblyaetsya volne, rasprostranyayuschejsya vdol' ee traektorii so skorost'yu chastitsi.

Prostaya model' mertsayushikh chastits pozvolila avtoru knigi uspeshno ob'yasnit' effekt Doplera, zavisimost' massi ot skorosti ee dvizheniya, sootnoshenie Ejnshtejna E = mc2, izmenenie chastoti fotona i iskrivlenie ego traektorii v gravitatsionnom pole massivnogo tela, effekt Zeemana. Udalos' takzhe pokazat', chto dvizhenie fotonov podchinyaetsya uravneniyam Maksvella, poluchit' formuli Planka, de Brojlya i uravnenie Shredingera, opredelit' uglovoj i magnitnij momenti elektrona, kotorie soglasovalis' s izvestnimi dannimi. Mezhdu tem uglovoj moment fotona okazalsya v dva raza men'she obscheprinyatogo znacheniya, chto podtverzhdaetsya rezul'tatami izmerenij effekta Sadovskogo. Model' daet takzhe vozmozhnost' prostogo opredeleniya spektroskopicheskikh kvantovikh chisel, ne pribegaya k slozhnim raschetam kvantovoj mekhaniki.

Sozdanie modeli, pozvolyayuschej yasno i prosto ob'yasnit' bol'shoe kolichestvo raznoobraznikh fizicheskikh yavlenij, a takzhe dat' naglyadnij sintez volnovikh i korpuskulyarnikh svojstv atomarnikh chastits, yavlyaetsya, bezuslovno, bol'shoj zaslugoj avtora knigi. Sama kniga napisana uvlekatel'no zhivim virazitel'nim yazikom s chuvstvom yumora. Nesomnenno, ona poraduet vsekh, kto interesuetsya problemami fundamental'nikh predstavlenij fiziki.

Doktor fiziko-matematicheskikh nauk,
chlen-korrespondent RAEN
I.I. Morozov

Opechatki




Dopolnitel'nij spisok