| Tri problemi fundamental'noj fiziki |
| Obschij plan knigi |
| Glava 1. | Gravitatsiya i sovremennaya fizika |
| | § 1.1. | Tyagotenie |
| | § 1.2. | Gravitatsionnij potentsial Vselennoj |
| | § 1.3. | Odnorodnost' gravitatsionnogo potentsiala |
| | § 1.4. | Osobennosti gravitatsii |
| | § 1.5. | Zakon inertsii |
| | § 1.6. | Printsip Makha |
| | § 1.7. | Spetsial'naya teoriya otnositel'nosti |
| | § 1.8. | Massa i energiya |
| | § 1.9. | Obschaya teoriya otnositel'nosti |
| | § 1.10. | Kvantovaya mekhanika |
| | § 1.11. | Fundamental'nie postoyannie |
| | § 1.12. | Voprosi sovremennoj fiziki |
| Glava 2. | Postroenie novoj teorii |
| | § 2.1. | Postanovka zadachi |
| | § 2.2. | Eksperiment za predelami Vselennoj |
| | § 2.3. | Virtual'nij kirpich |
| | § 2.4. | Nabrosok novoj kartini Mira |
| | § 2.5. | Neobkhodimoe zamechanie |
| | § 2.6. | Novij zakon prirodi |
| | § 2.7. | Postoyanstvo skorosti sveta |
| | § 2.8. | Eksperimental'naya proverka Novogo zakona |
| | § 2.9. | Postoyannaya tonkoj strukturi |
| | § 2.10. | Postoyannaya Planka v gravitatsionnom pole |
| Glava 3. | Osnovi novoj teorii |
| | § 3.1. | Novaya model' prostranstva-vremeni |
| | § 3.2. | Inertsiya i gravitatsiya |
| | § 3.3. | Formula Ejnshtejna |
| | § 3.4. | Massa v gravitatsionnom pole |
| | § 3.5. | Chemu ravna potentsial'naya energiya? |
| | § 3.6. | Massa elementarnoj chastitsi |
| | § 3.7. | Sovremennaya fizika i printsip Makha |
| | § 3.8. | Rezyume |
| Glava 4. | Novaya interpretatsiya obschej teorii otnositel'nosti |
| | § 4.1. | Osnovi obschej teorii otnositel'nosti |
| | § 4.2. | Krivizna prostranstva-vremeni |
| | § 4.3. | Relyativistskie gravitatsionnie effekti |
| | § 4.4. | Granitsi obschej teorii otnositel'nosti |
| | § 4.5. | Printsip ekvivalentnosti |
| | § 4.6. | Otklonenie svetovikh luchej |
| | § 4.7. | Rasprostranenie elektromagnitnikh voln |
| | § 4.8. | Pokazatel' prelomleniya |
| | § 4.9. | Smeschenie spektral'nikh linij |
| | § 4.10. | Chernie diri |
| | § 4.11. | Zaderzhka radiosignala |
| Glava 5. | Paradoksi kvantovoj mekhaniki |
| | § 5.1. | Istoriya kvantovoj mekhaniki |
| | § 5.2. | Volnovaya Y-funktsiya |
| | § 5.3. | Dve interpretatsii kvantovoj mekhaniki |
| | § 5.4. | Interferentsiya elektronov |
| | § 5.5. | Spor Ejnshtejna i Bora |
| | § 5.6. | Virtual'nie fotoni |
| | § 5.7. | Kvantovaya mekhanika i zdravij smisl |
| Glava 6. | Novaya interpretatsiya kvantovoj mekhaniki |
| | § 6.1. | Khaos - granitsa prostranstva i vremeni |
| | § 6.2. | Diskretnoe dvizhenie |
| | § 6.3. | Sootnoshenie neopredelsnnostej |
| | § 6.4. | Model' elektrona |
| | § 6.5. | Reduktsiya volnovoj Y-funktsii |
| | § 6.6. | Rasscheplenie volnovogo paketa |
| | § 6.7. | Nelokal'nost' kvantovoj mekhaniki |
| | § 6.8. | Paradoks Ejnshtejna - Podol'skogo - Rozena |
| | § 6.9. | Pochemu vremya neobratimo? |
| | § 6.10. | Korpuskulyarno - volnovoj dualizm |
| Glava 7. | Kvantovaya teoriya gravitatsii |
| | § 7.1. | Glavnij nedostatok obschej teorii otnositel'nosti s tochki zreniya kvantovoj mekhaniki |
| | § 7.2. | Mekhanizm Vsemirnogo tyagoteniya |
| | § 7.3. | Printsip naimen'shego dejstviya |
| | § 7.4. | Uravnenie dvizheniya v kvantovoj teorii gravitatsii |
| | § 7.5. | Zakon tyagoteniya N'yutona |
| | § 7.6. | Teoriya tyagoteniya Ejnshtejna |
| | § 7.7. | Otlichie kvantovoj teorii gravitatsii ot obschej teorii otnositel'nosti |
| | § 7.8. | Preimuschestva kvantovoj teorii gravitatsii |
| Glava 8. | Vremya i gravitatsiya |
| | § 8.1. | Prostranstvenno-vremennoj masshtab |
| | § 8.2. | Neodnorodnost' vremeni |
| | § 8.3. | Eksperiment po proverke kvantovoj teorii gravitatsii |
| | § 8.4. | Eksperimenti po proverki obschej teorii otnositel'nosti |
| | § 8.5. | Fotoni v gravitatsionnom pole |
| | § 8.6. | Vremya i obschaya teoriya otnositel'nosti |
| | § 8.7. | Chastitsa v gravitatsionnom pole |
| Glava 9. | Problemi sovremennoj kosmologii |
| | § 9.1. | Izmerenie rasstoyanij |
| | § 9.2. | Rasshirenie Vselennoj |
| | § 9.3. | L-chlen |
| | § 9.4. | Skritaya massa |
| | § 9.5. | Vozrast Vselennoj |
| | § 9.6. | Barionnaya asimmetriya Vselennoj |
| | § 9.7. | Kvazari |
| | § 9.8. | Uskorenie galaktik |
| | § 9.9. | Inflyatsiya |
| Glava 10. | Kosmologiya s tochki zreniya kvantovoj teorii gravitatsii |
| | § 10.1. | Evolyutsiya Vselennoj |
| | § 10.2. | Kuda ischezlo antiveschestvo? |
| | § 10.3. | Istochnik energii kvazarov |
| | § 10.4. | Proiskhozhdenie radioaktivnikh elementov |
| | § 10.5. | Plotnost' materii vo Vselennoj |
| | § 10.6. | Krasnoe smeschenie |
| | § 10.7. | Postoyannaya Khabbla |
| | § 10.8. | Fizicheskij vakuum |
| | § 10.9. | Massa i razmeri Vselennoj |
| | § 10.10. Eksperiment po izmereniyu skorosti rasshireniya Vselennoj |
| | § 10.11. Eksperimental'naya astrofizika |
| Spisok literaturi |
Tri problemi elementarnoj fiziki
Dlya togo chtobi luchshe ponyat', o chem pojdet rech' v knige, davajte
oznakomimsya s tremya ochen' interesnimi i nereshennimi problemami
fundamental'noj fiziki.
Problema 1. Printsip Makha
Esche N'yuton obratil vnimanie na tot fakt, chto suschestvuet dva vida
dvizhenij: otnositel'noe i absolyutnoe. Pryamolinejnoe dvizhenie
tela yavlyaetsya otnositel'nim dvizheniem, a vraschatel'noe --
absolyutnim.
Mi ne smozhem skazat', s kakoj skorost'yu mi dvizhemsya (naprimer,
s kakoj skorost'yu dvizhetsya planeta Zemlya), esli ne ukazhem drugoe
telo, otnositel'no kotorogo budem rassmatrivat' nashe dvizhenie.
No mi vsegda smozhem uznat', s kakoj skorost'yu mi vraschaemsya
(naprimer, s kakoj skorost'yu vraschaetsya Zemlya). Eto vozmozhno
potomu, chto vo vraschayuschemsya tele voznikayut tsentrobezhnie sili,
kotorie deformiruyut telo. Po velichine tsentrobezhnikh sil ili
po vizvannoj imi deformatsii vsegda mozhno opredelit' skorost'
vrascheniya tela.
Pri etom voznikaet vopros: a otnositel'no chego, sobstvenno
govorya, telo vraschaetsya?
V kontse devyatnadtsatogo veka avstrijskij fizik Ernst Makh vidvinul
interesnuyu gipotezu (nazvannuyu vposledstvii printsipom Makha):
telo vraschaetsya otnositel'no nepodvizhnikh zvezd. I vsledstvie
kakoj-to poka neviyasnennoj svyazi mezhdu ogromnoj massoj zvezd
i vraschayuschimsya telom i voznikayut tsentrobezhnie sili.
No kak proverit' takoe predpolozhenie? Vot chto pisal ob etom,
naprimer, takoj izvestnij fizik, kak Richard Fejnman:
"V nastoyaschee vremya u nas net sposoba uznat', suschestvovala bi
tsentrobezhnaya sila, esli bi ne bilo zvezd i tumannostej. Ne v nashikh silakh sdelat' takoj eksperiment -- ubrat' vse tumannosti,
a zatem izmerit' nashe vraschenie; znachit, tut mi nichego skazat'
ne mozhem" [7, s.286].
V 1979 godu v Berline sostoyalas' mezhdunarodnaya nauchnaya
konferentsiya, posvyaschennaya 100-letiyu so dnya rozhdeniya Al'berta
Ejnshtejna. Na nej obsuzhdalis' naibolee fundamental'nie problemi
sovremennoj fiziki. V tom chisle govorilos' i ob otnoshenii
printsipa Makha k obschej teorii otnositel'nosti. Vot neskol'ko
strok iz rezyume po dannomu voprosu: "Izvestno, chto Ejnshtejn
ne tol'ko prinimal etot neortodoksal'nij printsip i voskhischalsya im,
no i nadeyalsya privesti svoyu teoriyu v soglasie s sistemoj idej
Makha. Ejnshtejn pitalsya vsemi vozmozhnimi sredstvami vklyuchit'
obschuyu teoriyu otnositel'nosti v printsip Makha, ili naoborot.
Poetomu on vidoizmenil pervuyu klassicheskuyu formulirovku obschej
teorii otnositel'nosti. V etom napravlenii i po sej den'
predprinimayutsya popitki, -- neustanno, poroj s obeskurazhivayuschimi
rezul'tatami, chasto s pomosch'yu ves'ma ostroumnikh manipulyatsij, -- dostich' tseli, k kotoroj stremilsya Ejnshtejn" [15; s.293].
I vse-taki problemu, svyazannuyu s printsipom Makha, mozhno reshit'!
No dlya etogo nuzhno prodelat' sleduyuschee.
Vo-pervikh, raskrit' ego fizicheskoe soderzhanie (kotoroe
poka ne yasno).
Vo-vtorikh, postroit' novuyu fizicheskuyu teoriyu, kotoraya
soderzhala bi v sebe, krome izvestnikh fizicheskikh zakonov, takzhe
i printsip Makha. Do nastoyaschego vremeni takoj teorii ne bilo.
V-tret'ikh, rasschitat' (a znachit, i predskazat') printsipial'no novie sledstviya, kotorie vitekayut iz novoj teorii
i kotorie mozhno eksperimental'no proverit' v zemnikh usloviyakh
(estestvenno, ne trogaya nepodvizhnie zvezdi). I v rezul'tate
opredelit', veren ili net printsip Makha.
Problema 2. Korpuskulyarno-volnovoj dualizm
V fizike suschestvuyut takie ponyatiya kak chastitsa i volna. Eti
ponyatiya -- antagonisti. Svojstva chastitsi i svojstva volni
vzaimoisklyuchayut drug druga. Tem ne menee, kvantovie ob'ekti
vedut sebya to kak volni, a to kak chastitsi.
Naprimer, elektron, s odnoj storoni (to est' pri odnikh usloviyakh
provedeniya eksperimenta), yavlyaetsya chastitsej. Bolee togo,
nedelimoj chastitsej. Nikto nikogda ne nablyudal, skazhem,
pol-elektrona ili kakuyu-libo ego chast'.
No, s drugoj storoni (to est' pri drugikh usloviyakh provedeniya
eksperimenta), elektron zaprosto mozhet projti srazu cherez dva (i bolee) otverstiya!
Tot, kto etogo esche ne znaet, skoree vsego, v eto ne poverit.
Nichego udivitel'nogo! V svoe vremya takoj vidayuschijsya fizik kak
Al'bert Ejnshtejn (kotorij, kstati, ochen' mnogo sdelal dlya
sozdaniya kvantovoj mekhaniki) tak i ne prinyal do kontsa kvantovuyu
mekhaniku. On schital, chto fizicheskaya teoriya ne dolzhna tak
radikal'no raskhodit'sya so zdravim smislom.
V nastoyaschee vremya volnovaya priroda elektrona -- khorosho
proverennij eksperimental'nij fakt. Zhelayuschie prochitat' chetkij
i yasnij rasskaz ob etom mogut obratit'sya k Fejnmanovskim lektsiyam
po fizike, t.3,4, gl.37: "Kvantovoe povedenie".
Nuzhno otmetit', chto kvantovaya mekhanika prekrasno opisivaet
"strannoe" povedenie kvantovikh ob'ektov. No opisat' --
ne oznachaet ob'yasnit'. Do sikh por nikto ne znaet, otkuda
v mikromire vzyalas' neopredelennost', i kak nedelimij elektron
ukhitryaetsya projti cherez dva otverstiya odnovremenno. Vot chto
pisal o takom "strannom" povedenii kvantovikh ob'ektov Richard
Fejnman: "No mne kazhetsya, ya smelo mogu skazat', chto kvantovoj
mekhaniki nikto ne ponimaet" [11; s.117].
Problema 3. Gravitatsiya i kvantovaya mekhanika
Vse, chto suschestvuet v prirode, prityagivaetsya drug k drugu.
S drugoj storoni, vse, chto suschestvuet v prirode, podchinyaetsya
zakonam kvantovoj mekhaniki, v osnove kotoroj lezhit printsip
neopredelennosti. Blagodarya etomu printsipu kazhdaya chastitsa
obladaet volnovimi svojstvami. No v sovremennoj teorii
gravitatsii -- teorii tyagoteniya Ejnshtejna (vprochem, kak i v teorii tyagoteniya N'yutona) -- niskol'ko ne uchitivaetsya etot
fundamental'nij printsip, to est' sovsem ne uchitivaetsya to, chto
chastitsi obladayut volnovimi svojstvami. Poetomu estestvennim
obrazom voznikaet sleduyuschij vopros. Mozhno li ob'edinit' teoriyu
gravitatsii i kvantovuyu mekhaniku takim obrazom, chtobi pri
gravitatsionnom vzaimodejstvii uchitivalis' volnovie svojstva
chastits? Na segodnyashnij den' takoj kvantovoj teorii gravitatsii
ne suschestvuet.
Kak budet vidno v dal'nejshem, vse eti tri problemi svyazani mezhdu
soboj. I kogda nam udastsya ponyat' fizicheskij smisl printsipa
Makha, mi pojmem, otkuda vzyalas' neopredelennost' v mikromire. A,
ponyav prichinu proiskhozhdeniya neopredelennosti v mikromire, mi
pojmem, pochemu tela prityagivayutsya drug k drugu. Resheniyu
etikh problem i posvyaschena eta kniga.
Zabegaya vpered, mozhno skazat', chto, okazivaetsya, v osnove
gravitatsionnogo vzaimodejstviya lezhit printsip neopredelennosti,
to est' gravitatsiya -- eto isklyuchitel'no kvantovij effekt!
Pervoe novoe uravnenie (Novij zakon) vvoditsya v § 2.6 ,
i vse dal'nejshee postroenie novoj teorii yavlyaetsya po svoej suti
sledstviem etogo uravneniya. Osnovnie polozheniya novoj teorii
podrobno izlozheni v 3-j glave. I na ikh osnove v § 4.6 --4.9 rasschitivaetsya uravnenie dvizheniya sveta
v gravitatsionnom pole, v tom chisle opredelyayutsya ugol otkloneniya
i velichina gravitatsionnogo smescheniya spektral'nikh linij.
V 7-j glave na osnove novoj teorii formuliruetsya kvantovaya
teoriya gravitatsii. Pri etom raskrivaetsya fizicheskij smisl
"iskrivlennogo" prostranstva-vremeni: v gravitatsionnom pole
izmenyayutsya razmeri atomov (radiusi elektronnikh obolochek),
izmenyayutsya energii perekhoda elektronov s odnogo urovnya
na drugoj, izmenyayutsya chastoti izlucheniya i dlini voln spektral'nikh
linij. Imenno eto i yavlyaetsya prichinoj togo, chto v gravitatsionnom
pole izmenyaetsya masshtab vremeni i masshtab dlini (iskrivlenie
prostranstva-vremeni vblizi bol'shikh mass).
Iskhodya iz togo, chto chastitsa obladaet volnovimi svojstvami,
v § 7.4 rasschitivaetsya uravnenie ee dvizheniya
v gravitatsionnom pole.
V § 7.7 pokazano, v chem sostoit printsipial'noe otlichie
kvantovoj teorii gravitatsii ot obschej teorii otnositel'nosti. I v § 8.3 predlagaetsya prostoj eksperiment, po rezul'tatam
kotorogo mozhno budet sdelat' odnoznachnij vibor mezhdu kvantovoj
teoriej gravitatsii i obschej teoriej otnositel'nosti.
V § 8.7 na prostom primere pokazano printsipial'noe
protivorechie mezhdu obschej teoriej otnositel'nosti i kvantovoj
mekhanikoj.
V 6-j glave daetsya naglyadnoe ob'yasnenie kvantovo-mekhanicheskim
paradoksam s novoj tochki zreniya, a v 10-glave predlagaetsya
reshenie nekotorikh problem sovremennoj kosmologii.
