Физика ХХI века: классический ренессанс

К.П. Агафонов

АННОТАЦИЯ. В работе даётся доступное, последовательное и строгое построение единой картины окружающего нас реального физического мира на базе универсальной модели деформирования материальных тел, описываемой обобщённым уравнением динамики Ньютона-Лоренца. Решения его приводят к сенсационным результатам: о трёхмерной структуре пространства-времени, о магнитном характере тяготения и ядерных сил, о единой физической сущности релятивистских и квантовых эффектов, о полевой структуре тёмной материи, о беспочвенности концепций физического вакуума, антиматерии, тёмной энергии и тепловой смерти Вселенной, о принципиальной возможности «сотворения мира» на базе одной-единственной фундаментальной частицы. Работа рассчитана на читателя, в силу профессии или простой любознательности интересующегося современной физикой, агонизирующей в объятиях тотального математического формализма, и перспективами возрождения классической физической методологии Галилея-Ньютона-Максвелла.


 
 

Предисловие

«Простота — единственная почва,
на которой мы можем воздвигнуть
здание наших обобщений».
(Анри Пуанкаре)

Представляемая работа есть результат длительного общения автора с изобретателями на поприще государственного патентного эксперта, отражающая его личные взгляды на актуальную проблему современной физики: где кончается наука и начинается лженаука. Она содержит последовательное построение единой физической картины мира на базе обобщённого уравнения динамики Ньютона-Лоренца, без привлечения каких-либо дополнительных гипотез и постулатов.

Мы исходим здесь из очевидной злободневности научного девиза великого Ньютона: «Гипотез не измышляю». Ибо именно гипотезы составляют базис как современной «официальной» или академической физики, так и многочисленных альтернативных физических теорий. В таких условиях надёжно «отделить зёрна от плевел» — истинную физическую науку от лженауки — не представляется возможным. И наша задача — установить зримую границу между физикой реального мира как фундамента научно-технического прогресса и псевдофизикой мира виртуального или математического, основанной на гипотезах. Поскольку твёрдо уверены: «пусты и полны заблуждений те науки, которые не порождены опытом, отцом всякой достоверности, и не завершаются в наглядном опыте» (Леонардо да Винчи [1]).

Не секрет, что математика, сыгравшая огромную позитивную роль в развитии классической физики в качестве её языка, с начала ХХ века претендует на роль фундамента или основания физики [2]. В результате наблюдается закономерное отчуждение от современной физики огромной армии инженерно-технических работников: предлагаемый ею абстрактный пяти- или одиннадцатимерный скрученный, растянутый или пеноподобный мир с виртуальными объектами, странными частицами, струнами, квантовыми флуктуациями и разумной самоорганизацией физического вакуума оказывается далёким от того реального физического мира, в котором призваны творить инженер и изобретатель. Физика из самой массовой науки превратилась в элитарную и её практическая отдача резко упала. В оправдание такой ситуации часто прибегают к «критерию» Бора: всякая физическая теория «должна выглядеть достаточно безумной, чтобы быть правильной». Подобного рода взгляды на физику мы отвергаем категорически как продукт математического формализма, принципиально не совместимого с нашим генетическим опытом, который именуется здравым смыслом.

Работа адресуется как инженерам и изобретателям, в том числе будущим — студентам, так и профессиональным физикам — педагогам и исследователям. Первые оценят в ней простоту и доходчивость представления базовых разделов современной теоретической физики как единой картины неживой природы, вторые — плодотворность предлагаемой объединительной идеи. Эта идея предельно прозрачна: в рамках общепринятой сегодня полевой трактовки физических взаимодействий уравнение движения материальной частицы, обладающей зарядом или массой, обязано учитывать взаимодействие её с собственным силовым полем. И в этом случае движение по инерции оказывается не равномерным и прямолинейным (чего в природе не наблюдается), а сложным вращательно-поступательным — по винтовой траектории. Такой характер движения объясняет количественно и качественно практически всё многообразие наблюдаемых физических явлений, одновременно внося существенные коррективы в накопленные знания о релятивистском движении, пространстве-времени, тяготении, ядерных силах, квантах излучения, элементарных частицах и многом другом.

В наши намерения не входит полное и подробное рассмотрение всех разделов современной физики с позиций принятой концепции. Мы ограничимся здесь главным: показом того нового, что вносит эта концепция в наши представления о природе физических взаимодействий, и демонстрацией конкретных примеров приложения её к решению инженерных задач; в том числе главной из них, определяющей дальнейшую судьбу земной цивилизации, — кардинальному решению энергетической проблемы (см. раздел 8.6). Особенно поучительным является разбор ошибок великих физиков и анализ традиционно притягательных, но принципиально неработоспособных энергетических проектов, над реализацией которых безрезультатно бьётся уже не одно поколение учёных, инженеров и изобретателей. И рассмотренные нами примеры призваны помочь читателю в выборе достойных приложений своего интеллекта и методов решения физических задач.

К. Агафонов

Вместо введения

«С давних времён, с тех пор, как существует
изучение природы, оно имело перед собой в
качестве идеала конечную, высшую задачу:
объединить пёстрое многообразие физических
явлений в единую систему, а если возможно,
то в одну-единственную формулу».
(Макс Планк)

1. Историческая задача физики

Согласно классическому определению физика есть наука о движении и структурах материи. Познание движения позволило создать механическую картину мира, почти законченную в трудах Галилея и Ньютона. Изучение структуры материи дополнило эту картину электромагнитными красками в трудах Кулона, Ампера, Фарадея, Максвелла, Резерфорда, Лоренца и других. Завершению классической картины мира путём объединения различных структур материи на базе движения как единственного общего их свойства, помешала научная революция в физике, связанная с именами А. Эйнштейна и Н. Бора.

Базирующаяся на их трудах современная или постклассическая школа физики исповедует одни законы движения для макроструктур и совершенно другие для микромира. Это обусловило и корректировку основных направлений в познании природы: акцент делается на поиске фундаментальной или первородной структуры материи, которая позволила бы унифицировать известные взаимодействия — гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и слабое. При этом обе эти задачи остаются составной частью более общей проблемы, которая представляет собой непреходящую программу развития физики во все времена: создание единой картины окружающего нас мира на базе ограниченного числа достаточно простых исходных принципов.

К числу таких принципов в ХХ веке относили геометризацию физики, начало которой положил Эйнштейн созданием общей теории относительности (ОТО). Она представляет собой релятивистскую теорию гравитации, и её успех породил многочисленные попытки геометризации электромагнетизма. Такая концепция получила название «единой теории поля», и сам Эйнштейн отдал решению этой задачи более трёх десятилетий своей жизни, считая её центральной проблемой физики. Эта задача «должна была удовлетворять трём жизненно важным для него условиям: объединять тяготение и электромагнетизм, позволять приходить к квантовой физике как к частному случаю более глубокой теории, основанной на причинности, и описывать частицы как свободные от сингулярностей решения уравнений непрерывных полей» [3]. Однако не только усилия Эйнштейна, но и усилия целого его поколения физиков-теоретиков оказались тщетными, породив известный скептицизм: «Что разделил бог, не соединить человеку» (В. Паули).

Со времени Эйнштейна проблема намного усложнилась: сегодня требуется теория, которая объединяла бы квантовую механику и теорию относительности, охватывала бы все встречающиеся в природе силы и элементарные частицы. При этом она должна обладать математической красотой (критерий П. Дирака) и в то же время быть достаточно простой. Наибольшие надежды на успех связываются с использованием принципов симметрии законов природы и математического аппарата теории групп. На этом пути удалось формально объединить слабое и электромагнитное взаимодействия в единое электрослабое. Однако включение в эту концепцию кварковоглюонной модели сильного взаимодействия (программа «Великого объединения») и гравитационных сил (теория суперсимметрии или супергравитации) наталкивается на серьёзные математические и принципиальные физические и технологические трудности. Они обусловлены необходимостью дальнейшего проникновения в субатомную структуру материи, непрерывно и неизбежно расширяющего её и без того безмерно раздутую номенклатуру. Возможности экспериментальных методов в этом случае оказываются практически исчерпанными, и все надежды возлагаются исключительно на математические модели, в частности на суперструнную.

Последнее обстоятельство сводит на нет практическое значение планируемого объединения физики: главные потребители научно-физической продукции — инженеры — не вправе следовать за учеными в их сознательном или невольном стремлении познать реальный физический мир через более доступный (и не менее интересный) виртуальный. Они должны опираться исключительно на опыт и наблюдаемые в природе факты. Перефразируя П. Дирака, скажем: современный физик довольствуется игрой, правила которой определяет он сам и доступная ему математика, в то время как инженер вынужден играть в игру, правила которой предлагает Природа. В этом и только в этом случае можно не опасаться за результаты инженерных разработок.

Ситуация оказывается не столь безнадёжной, если вернуться к традициям классической школы физики, делающей объединительный акцент не на структурах материи, а на движении. Ибо алгоритм развития и объединения физики в этом случае становится абсолютно прозрачным. Следует, во-первых, выявить те свойства материи, которые определяют наблюдаемый характер её движения; и, во-вторых, — установить общие или универсальные законы движения для различных структур материи. При этом согласно основоположнику классической школы, Ньютону «не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений… Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей».

Этих замечательных традиций мы и намерены здесь строго придерживаться. А чтобы рассказ наш был самодостаточным, предварительно напомним читателю в исторической последовательности основные положения классической физики и дадим нашу субъективную оценку сменившей её революционной физике ХХ столетия.


 
 

2. Базовые понятия и определения в физике

От Аристотеля до Коперника. От древнегреческих учёных наука унаследовала два существенно различающихся подхода к изучению окружающего мира, связанных с именами Аристотеля и Архимеда соответственно: первый стремился выявить причины явлений, избегая вмешательства в их естественный ход посредством опытов и абстрактных математических рассуждений; второй, напротив, был поборником простых математических аксиом, следствия которых подтверждались бы наблюдаемыми явлениями природы или экспериментом.

Идеи и метод Аристотеля господствовали в европейской науке в течение двух тысячелетий, вплоть до эпохи Возрождения (XVI век). А с XIII века благодаря стараниям Святого Фомы Аквинского и других христианских учёных эти идеи были согласованы с догмами христианской религии и утвердились в статусе официальной науки. В «Физике» Аристотеля Земля рассматривалась как абсолютно покоящийся центр замкнутой Вселенной, ограниченной снаружи небесной сферой и заполненной воздухом, землёй, огнём, водой и некоей небесной субстанцией. А наивысшим достижением школы Аристотеля стала геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея (примерно 150 г.), остававшаяся непревзойдённой в толковании астрономических наблюдений на протяжении четырнадцати веков.

Все виды движения Аристотель разбил на два класса: естественное движение, определяемое природой тела и не требующее внешнего вмешательства, и принудительное движение, определяемое внешними силами. Не требуют внешнего воздействия по Аристотелю падение тяжелых тел, подъём вверх лёгких тел и абсолютное вращение вокруг неподвижной Земли звёзд, Солнца, и Луны, состоящих из небесного вещества; на предмет, движущийся по горизонтальной прямой линии с постоянной скоростью должна действовать сила (пример: запряжённая повозка). Как видим, Аристотель не осознавал важнейшего влияния сил трения на движение. А именно такое осознание привело в дальнейшем к понятию инерции и постепенному формированию классических представлений о движении тел.

Важнейшим шагом в строительстве классической картины мироздания стало учение Коперника (XVI век), поместившего Солнце в центр Вселенной (гелиоцентрическая система мира) и тем самым предоставившего Земле скромную роль одной из вращающихся планет в системе. Он унаследовал идею пифагорейцев, которые в основе всех явлений видели математическую гармонию. А завершили картину мироздания Джордано Бруно и Иоган Кеплер. Первый устранил из системы Коперника неподвижную звёздную сферу, тем самым предоставив всем телам возможность относительного движения в бесконечной Вселенной. Второй, основываясь на наблюдениях и измерениях датского астронома Тихо Браге, вывел свои знаменитые три закона, строго описывающие характер движения планет в системе Коперника.

Механика Галилея. «Глубокая философия скрыта в великой книге — Вселенной, всегда открытой нашему пытливому взору. Но прочесть эту книгу можно, лишь научившись разбираться в её языке, научившись читать буквы, из которых она состоит. А написана она языком математики и её буквы — это треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без знания которых люди не смогут понять в ней ни единого слова и собьются с пути познания, словно в тёмном лабиринте». — Так писал Галилео Галилей (1564 – 1642), сыгравший решающую роль в понимании и описании характера движения тел вблизи поверхности Земли.

Механика Галилея изложена в форме беседы трёх патрициев в трактате «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой» (1632) и его продолжении «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (1638). Они содержат количественное описание идеализированных (без помех) равномерного движения свободных тел по окружности, именуемое в наше время законом инерции, естественного ускоренного движения и принуждённого движения или движения брошенных тел. Причём закон свободного движения Галилей получил не из реальных экспериментов, а из мысленного опыта.

Очевидно, что тело, скользящее без трения по наклонной поверхности вниз, движется с ускорением, а скользящее вверх должно замедлять своё движение. Из этого следует, что на идеальной сферической поверхности Земли свободное тело может находиться либо в состоянии покоя, либо в состоянии равномерного движения вдоль окружности земного радиуса. В «Диалогах» Галилея по этому поводу, в частности, читаем [1]:

«Сальвиати. Следовательно, поверхность, которая не имела бы ни наклона, ни подъёма, должна была бы во всех своих частях одинаково отстоять от центра [Земли]. Но из подобных плоскостей есть ли где такие в мире?

Симпличио. Такие есть, хотя бы поверхность нашего земного шара, будь только она вполне гладкой, а не такой, какова она на самом деле, т. е. неровной и гористой. Такова, например, поверхность воды, когда она тиха и спокойна.

Сальвиати. Следовательно, корабль, движущийся по морской глади, есть одно из тех движущихся тел, которые скользят по одной из таких поверхностей без наклона и подъёма и которые поэтому имеют склонность в случае устранения всех случайностей и внешних препятствий двигаться с раз полученным импульсом постоянно и равномерно?

Симпличио. Кажется, что так должно быть».

Особый интерес для нас составляет следующее обстоятельство. Галилей показал, что траектория тела, падающего с мачты равномерно движущегося корабля, стоящему на палубе наблюдателю представляется в виде вертикальной прямой линии, а стоящему на берегу — в виде параболы. А законы движения, исследуемые изолированным в каюте наблюдателем, одинаковы как для случая покоящегося корабля, так и для случая движения его равномерно по круговой траектории сферической водной поверхности. Эти открытия Галилея в начале XX века привели к формулировке принципа относительности и созданию релятивистской механики Эйнштейна.

Механика Галилея является эталоном приложения математики. Он получил свои выдающиеся результаты, используя творческий метод Евклида: сложные восприятия расчленяются на простейшие составляющие и формулируются в виде определений и постулатов, затем из последних получают определённые следствия, проверяемые наблюдениями и опытами. Противоположный пример в то же историческое время демонстрирует математик и философ Рене Декарт, внедряя в физику непосредственно элементы геометрии Евклида как эталона точной науки. «Всё, что мы представляем себе вполне ясно и отчётливо, — всё истинно» считает он. И в результате приходит к убеждению, что частицы материи взаимодействуют между собой лишь при контакте и движутся в пространстве от одного столкновения к другому с постоянной скоростью по прямой линии как базовому элементу геометрии Евклида. Между тем, прямая линия — отнюдь не дитя Природы, но порождение человеческого разума. И сам Евклид сомневался, принять ли ему точку зрения Платона, определяя геометрическую прямую как линию, вдоль которой распространяется свет. (Ему было известно, что на границе двух сред, воды и воздуха свет преломляется).

Мир Ньютона. Дальнейший прогресс в познании природы связан, в первую очередь, с именем Исаака Ньютона (1642 – 1727). Уже в возрасте 21 года (1663) он пришёл к убеждению, что Луна и планеты удерживаются на своих почти круговых орбитах той же силой тяготения, направленной к центру вращения, которая вызывает ускорение падающих тел и снарядов на Земле. И хотя возможность действия силы на расстоянии без материального посредника (принцип дальнодействия) его, как и других современников, несколько смущала, он благоразумно решил найти математическое выражение для неё.

Позднее он писал: «… В этом же году я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны, и … из правила Кеплера о том, что периоды планет находятся в полуторной пропорции к расстоянию их от центров орбит, я вывел, что силы, удерживающие планеты на их орбитах, должны быть в обратном отношении квадратов их расстояний от центров, вокруг коих они вращаются. Отсюда я сравнил силу, требующуюся для удержания Луны на её орбите, с силой тяжести на поверхности Земли и нашёл, что они почти отвечают друг другу».

При обращении Ньютоном третьего закона Кеплера сила тяготения оказалась зависящей только от квадрата расстояния до центра вращения планеты (обратная зависимость) и от инертной массы последней (прямая зависимость). Ньютон не смог объяснить, почему гравитационная сила оказывается обусловленной инертными свойствами вращающейся планеты. И предположил далее, исходя из логики двухстороннего гравитационного взаимодействия, что сила тяготения должна быть пропорциональна также и массе Солнца. Так в один из основных законов природы вошла гипотеза, против использования которых Ньютон горячо ратовал впоследствии. И не без оснований, ибо эта гипотеза формально связывала режим вращательного движения планет с наличием центральной силы, абсолютизируя прямолинейные траектории, в природе, строго говоря, не встречающиеся.

В 1687 г. по настоянию и при финансовой поддержке Галлея Ньютон опубликовал свой фундаментальный труд «Математические начала натуральной философии». В нем он обобщил в виде двух законов движения гипотезу Декарта и открытие Галилеем естественного ускоренного движения, добавил к ним ещё один закон движения и включил новые доказательства нескольких теорем, составляющих ранее полученный закон всемирного тяготения. Мир, представленный в этом труде, и положил начало классической школе физики.

Начинается этот мир с определения основных понятий.

«Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью».

«Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остаётся всегда одинаковым и неподвижным… Относительное есть его мера, определяемая нашими чувствами по положению его относительно других тел…».

Подчеркнём принципиально важное: от абсолютных или объективных понятий пространства и времени, согласно Ньютону, следует отличать их относительные или субъективные категории, постигаемые нашими чувствами по положению и движению окружающих тел.

И далее Ньютон вводит понятия абсолютного и относительного движения, используя понятие места как части пространства, которое дальнейшая научная практика отнесла к «излишним причинам вещей». Оказалось возможным следующее определение этих категорий:

«Абсолютное движение есть перемещение тела в абсолютном пространстве и времени, относительное — в относительных же».

В абсолютном пространстве Ньютона с разной скоростью движутся и взаимодействуют между собой твёрдые частицы и тела, обладающие массой. Они состоят из определённого количества вещества, занимают определённое место в каждый заданный момент времени и описывают в пространстве определённые траектории, нахождение которых и составляет главную задачу теории. При этом взаимодействие не сводится только к столкновению частиц и возникновению контактных сил, изменяющих их траектории, а может осуществляться на расстоянии за счёт сил взаимного притяжения или тяготения тел. И в целом движение тел полностью определяется следующими физическими характеристиками и законами или аксиомами:

«Определение 1. Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объёму.

Определение 2. Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально массе и скорости.

Определение 3. Врождённая сила [инертность] материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно представлено самому себе, удерживает своё состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения.

Определение 4. Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».

«Закон 1. Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

В качестве примеров такого движения по инерции Ньютон называет движение тел в условиях отсутствия сил сопротивления и тяжести, вращение волчка без трения, вращение и поступательное движение планет и комет в свободном пространстве.

«Закон 2. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Закон 3. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны».

«Теорема VI. Все тела тяготеют к каждой отдельной планете и веса тел на всякой планете, при одинаковых расстояниях от её центра, пропорциональны массам этих планет.

Теорема VII. Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них… Если вещество двух шаров, тяготеющих друг к другу, в равных удалениях от их центров однородно, то притяжение каждого шара другим обратно пропорционально квадрату расстояния между центрами их».

Как видно из Закона 1, теория Ньютона не являет собой образец строгой последовательности. Следовало бы, по нашему мнению, ограничить действие закона инерции равномерным и прямолинейным движением, исключив из него примеры движения планет и комет, демонстрирующих криволинейное или вращательное движение, далеко не всегда равномерное. Очевидно, что он этого не сделал вполне сознательно и, таким образом, поставил перед научной общественностью проблему выбора, благоразумно не перекладывая его на собственный научный авторитет.

Предложив свой Закон 1, Ньютон не мог не понимать, что закон инерции Галилея с его вращением тел по окружности земного радиуса имеет право на существование. Ибо действующая на такие тела сила тяготения в точности компенсируется реакцией опоры, а в направлении движения тело остаётся совершенно свободным. Да и наблюдаемый факт вращения свободного небесного вещества Аристотеля он не мог игнорировать: собственный закон всемирного тяготения прямо указывал на зависимость гравитационной силы от инертной массы планет, прозрачно намекая тем самым на инерционный характер их движения вокруг Солнца (позже это стало исходной позицией в теории тяготения Эйнштейна). Но и отказаться от уже признанной гипотезы Декарта о прямолинейном движении свободных тел Ньютон, по-видимому, не захотел: в этом случае сила тяготения, которую он открыл и с таким трудом вычислил за двадцать лет до публикации «Начал», формально теряла статус необходимой и достаточной для реализации режима вращения планет. Так эта проблема и остаётся до сих пор нерешённой, — на неё просто «закрыли глаза».

Физическое поле Фарадея. Закон всемирного тяготения Ньютона способствовал утверждению в физике принципа дальнодействия. Дополнительное подтверждение он получил в законах Кулона, устанавливающих ту же обратную квадратичную зависимость сил от расстояний для взаимодействующих электрических зарядов и постоянных магнитов (1785). Но уже в XIX веке физики переключают своё внимание с тел и частиц на пространство между ними: идея мгновенного дальнодействия частиц без материального посредника уступает место концепции близкодействия их физических силовых полей — гравитационного, электрического или магнитного.

Начало этому положил выдающийся английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей в процессе изучения электромагнетизма. Он был абсолютно убеждён в том, что «материя не может действовать там, где её нет». И чтобы решить эту проблему, он ввёл новую величину — напряжённость силового поля, определяемую как отношение внешней силы, воздействующей на частицу в данной точке пространства, к содержащемуся в ней количеству вещества или электричества. Теперь взаимодействие осуществляется не через пустоту, а через тонкую материю упруго деформируемой полевой среды (эфира), изображаемую им в виде силовых линий. А Джеймс Клерк Максвелл придал идеям Фарадея строгую математическую форму, отождествив силовые линии с «направлениями, в которых среда испытывает натяжение». Позднее он вспоминал: «Мысленно Фарадей видел силовые линии, пересекающие всё пространство, там, где другие видели лишь силовые центры, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей искал суть явлений в реальном взаимодействии со средой, тогда как их вполне удовлетворяло действие силы на расстоянии».

Электродинамика Максвелла. Для математического представления электромагнитного поля Максвелл использовал векторную алгебру Гамильтона. Она представляет собой пространственную систему комплексных чисел, связанных соотношением i² = j² = k² = –1, которая определяет математическое поле точек в пространстве. В результате применения гамильтоновского оператора

Ñ = i(∂/∂x) + j(∂/∂y) + k(∂/∂z)

к некоторой функции получают скалярную и векторную части, способные описать вращение с растяжением и называемые ротором и дивергенцией функции соответственно. Теория Максвелла была изложена им в объёмистом и трудно читаемом труде «Трактат об электричестве и магнетизме» (1873), а свой законченный вид в виде системы из четырёх элегантных уравнений

divD = 4πρ,     rotE = – (1/c)(∂B/∂t),

rotH = (1/c)(j + ∂D/∂t),     divB = 0

она обрела усилиями Герца и Хевисайда. Первый из них писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом — кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в своё время было в них заложено… Теория Максвелла — система уравнений Максвелла».

Смысл первого уравнения Максвелла таков: электрическое смещение или индукция D в ограниченной области пространства, характеризуемая числом выходящих из неё силовых линий, определяется суммарной плотностью ρ свободных и связанных электрических зарядов, находящихся в этой области. Второе уравнение представляет собой математическую формулировку закона электромагнитной индукции Фарадея: изменяемое во времени магнитное поле B порождает в замкнутом проводящем контуре токи индукции, обусловленные вихревым электрическим полем E. Третье уравнение определяет два возможных источника вихревого магнитного поля H: токи проводимости j и изменяемые во времени, так называемые токи смещения ∂D/∂t. Наконец четвёртое уравнение отрицает наличие в природе магнитных зарядов (монополей) как источников магнитного поля. Все магнитные поля обязаны своим происхождением токам, включая магнитное поле постоянного магнита: согласно Амперу оно обусловлено внутренними токами вещества магнита. В уравнениях фигурирует электродинамическая постоянная или скорость света c, величина которой определяется электрическими ε0 и магнитными μ0 свойствами конкретной среды

c² = 1/ε0μ0 .

Уравнения Максвелла предсказали возможность самостоятельного — без электрических зарядов (ρ = 0) и токов (j = 0) — существования электромагнитных волн, обусловленную наличием слагаемых ∂B/∂t и ∂D/∂t. Последнее было введено Максвеллом из соображений симметрии во взаимозависимости электрического и магнитного полей: коль скоро меняющееся во времени магнитное поле ∂B/∂t создаёт электрическое поле, следует ожидать и появления магнитного поля при изменении во времени электрического поля ∂D/∂t в цепях переменного тока. Понимание этого позволило Максвеллу с блестящим успехом развить электромагнитную теорию света, объединив тем самым оптику и электродинамику в единый раздел классической физики.

Электронная теория Лоренца. Ещё в одной из своих ранних работ «О физических линиях сил» (1861) Максвелл получил выражение для напряжённости электрического поля в среде, движущейся в магнитном поле. И убедился, что для движущегося проводника закон электромагнитной индукции такой же, что и для неподвижного. Этим он и ограничился, чтобы уже следующую работу с полным на то основанием назвать как «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864). Последователи же Максвелла универсального характера его теории не усмотрели: уравнения и в самом деле оказались умнее.

С этого момента физическая мысль направлена на учёт структуры материи, который, по мнению того же Герца, только и способен привести к истинной теории электромагнетизма — электродинамике движущихся тел или сред. Принципиальное решение проблемы было найдено Лоренцем и Дж. Дж. Томсоном в результате синтеза теории Максвелла с атомистикой. При этом решалась и другая важная проблема, не нашедшая достойного отражения в теории Максвелла, — о природе электричества. Максвелл без особого энтузиазма ввёл в свою теорию гипотезу о погружённых в эфир одинаковых частицах — «молекулах электричества». Частицы двигались поступательно, формируя ток проводимости, и одновременно вращались. Но формально всю «погоду» в теории делал эфир, а не грубая материя — вещество.

И самое главное состояло в том, что именно эфир обуславливал непрерывность электромагнитных процессов, в частности, распространение световых волн в виде поперечных колебаний несжимаемой среды. Эфир перемещался вместе с телами, увлекался ими, что подтверждалось, в частности, опытами Физо: движущаяся струя воды увлекала за собой свет. Этот результат расценивался физиками конца XIX века как прямое экспериментальное доказательство существования светоносного эфира. Поэтому Лоренц сохранил эфир, но сделал его покоящимся и связал с ним абсолютную систему координат, чтобы иметь возможность описывать движение. Теперь атомы и молекулы вещества представляются в виде «пудинга с изюминками», целостность которого обеспечивается силами электростатического притяжения между громадным положительно заряженным ядром и крохотными электронами, имеющими равный суммарный отрицательный заряд. Движущиеся электрические заряды создают в проводнике электрические токи, которые в свою очередь порождают в пространстве вокруг проводника магнитные поля. А на заряд, движущийся в магнитном поле, действует вращающая его сила Лоренца, тем большая, чем больше скорость движения заряда и индукция магнитного поля. Из электронной теории Лоренца, в частности, следовало, что спектральные линии вещества, помещённого в магнитное поле, должны раздваиваться. Когда это явление подтвердилось и было названо эффектом Зеемана, электронная теория получила право на жизнь.

Но продолжалось это недолго. В Кембридже Э. Резерфорд своими опытами и расчётами обосновал планетарную модель атома с вращающимися вокруг ядра электронами, которая, казалось, противоречила электромагнитной теории Максвелла. А за океаном А. Майкельсон построил интерферометр, на котором попытался зарегистрировать «эфирный ветер», неизбежный при движении Земли в покоящемся эфире Лоренца. Однако эфир себя не обнаружил. По выражению Дж. Дж. Томсона это были «два облачка на чистом небе законченной теоретической физики», которые без особых сложностей предстояло рассеять в рамках классических традиций. Но этого не случилось.

Несостоявшийся «конец» физики. Удачное начало примирению электронной теории с атомом Резерфорда положил Нильс Бор. Раз атомы существуют, справедливо полагал он, значит электроны, вращаясь вокруг ядра, энергии не излучают. Но это происходит не всегда, а только при вращении на некоторых разрешённых орбитах. Переходя же с одной из таких орбит на другую, более низкую, электрон в соответствии с теорией Лоренца излучает энергию. Причём количество излучаемой энергии может изменяться скачками или квантами, что обусловлено дискретностью разрешённых орбит.

Природу же разрешённых орбит выявляет сама теория Максвелла. В модели Резерфорда нет свободных электронов, поступательный поток которых смог бы сформировать ток проводимости; то есть для неё в уравнениях Максвелла следует положить ρ = 0 и j = 0. Ток смещения ∂D/∂t также отсутствует, ибо он — привилегия переменных токов в цепях с конденсатором. Тогда имеем условие rotE = – (1/c)(∂B/∂t), обнаруживающее один-единственный эффект от вращения электрона вокруг ядра: рождение связующего их переменного магнитного поля.

Ещё менее сложным оказывается принципиальное решение проблемы эфира. Уравнения Максвелла не утверждают существование среды (эфира), передающей электромагнитные волны. Более того, они предполагают возможность их распространения в абсолютной пустоте, делая эфир излишним. Это как раз тот случай, который имел в виду Ньютон в своём поучении: «Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей». И именно к отказу от эфира приходит А. Эйнштейн в своей работе «К электродинамике движущихся тел» (1905), справедливо полагая бессмысленным размышлять относительно объекта, о свойствах которого эксперимент не сказал ни слова. Смущало только одно обстоятельство, приведшее позже к революционной конфронтации созданной им специальной теории относительности (СТО) и классических физических представлений.

Отрицательный результат опыта Майкельсона означает, что система отсчёта, привязанная к эфиру, является привилегированной: в ней скорость света, в нарушение правила сложения скоростей Галилея, одинакова во всех направлениях, никак не зависит от скорости Земли. И Эйнштейну казалось несправедливым, что уравнения Максвелла, описывающие электромагнетизм, выделяют преимущественную систему отсчёта, в то время как в механике Ньютона такая система отсутствует. Его явно ведёт мессианское чувство: «Чтобы направить физическое мышление по правильному пути, необходимо в корне изменить пространственно-временные представления». И предлагает способ унификации законов механики и электродинамики путём математического преобразования пространственно-временных координат по правилам, предложенным Лоренцем для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона. При этом в жертву таким преобразованиям приносятся абсолютные пространство и время Ньютона, а также любые преимущественные системы координат.

Естественно, что логика классических традиций диктовала другое решение проблемы в рассматриваемой ситуации. Действительно, уравнения Максвелла выделяют преимущественную систему отсчёта. И очевидно также, что такой системой может быть только абсолютное пространство-время Ньютона. А из этого следует, что уравнения Максвелла каким-то таинственным образом обнаружили такую систему, причём эта система оказывается весьма эффективной и поэтому имеет право на существование наравне с другими системами. Иными словами, подмеченное Эйнштейном «неравенство» механики и электромагнетизма, подтверждает справедливость системы Ньютона, включающей как абсолютные, так и относительные категории пространства, времени и движения. Налицо, таким образом, вполне ожидаемое формальное подтверждение дуализма пространства-времени или движения, в концепцию которого хорошо вписывалась и СТО Эйнштейна. Ибо давно предполагалось, что относительным следует считать только поступательное движение тела, в то время как вращение являет собой пример абсолютного движения, осуществляемого вокруг вполне определенного центра вращения. Осознания этого научным сообществом в ХХ веке, к сожалению, так и не произошло.

Абсолютная система отсчёта. Каким же образом теория Максвелла обнаруживает абсолютную систему отсчёта? Напомним, что положение материального тела или частицы при поступательном движении в пространстве-времени чаще всего определяется по отношению к какой-либо внешней системе отсчёта — произвольно выбранному стороннему жёсткому телу, снабжённому часами и системой координат: прямоугольной (декартовой), цилиндрической, сферической или другой. При этом приходится составлять уравнения движения изучаемого объекта для каждой из трёх или более осей координатной системы. В результате расчёты часто становятся довольно сложными и громоздкими. Причём всякий раз в таких случаях определяется относительное движение объекта, в силу чего в физике и получила распространение концепция относительности всякого движения и принципиальной невозможности выявления движения абсолютного.

Такая точка зрения, на наш взгляд, является ошибочной, поскольку не учитывает всех возможностей так называемой связанной системы отсчёта и векторного выражения в ней параметров движения. Связывая систему отсчёта непосредственно с изучаемым движущимся объектом, мы тем самым уничтожаем различие между системой отсчёта и объектом исследования и обретаем возможность оперировать непосредственно физическими величинами, не обращаясь к их выражению через проекции в какой-либо конкретной системе координат. Различные соотношения между физическими величинами в векторной форме обычно имеют более простой и менее формальный вид, чем в координатной. В частности, вместо трёх уравнений движения в прямоугольной системе координат в связанной системе отсчёта достаточно одного-единственного уравнения в векторной форме, операции с которым существенно упрощаются и становятся физически более наглядными.

Но главная особенность связанной системы отсчёта состоит в том, что, не будучи привязанной к внешним объектам, она тем самым отражает абсолютное движение изучаемого объекта во Вселенной и в силу этого может быть названа абсолютной системой отсчёта. Напомним, что именно в такой системе — с использованием векторной алгебры Гамильтона — была представлена Максвеллом электромагнитная теория. Причём появление в уравнениях константы скорости света прямо указывает на абсолютный её характер: параметры (1/c)(∂B/∂t), j/c и (1/c)(∂D/∂t) есть выраженные в масштабе абсолютной величины c = const соответственно скорость изменения магнитного поля B, скорость зарядов тока проводимости j и скорость изменения смещения D.


 
 

3. Банкротство физики ХХ века

Виртуальная революция 1905 года. Более 100 лет назад остановилась в своём развитии классическая школа физики, основанная великим И. Ньютоном. Начало этому длительному и пагубному процессу положила широко известная, упомянутая выше статья А. Эйнштейна 1905 года, заложившая основы теории относительности (ТО). Как никто другой, Ньютон оказал огромное влияние на развитие методологии научных физических исследований. До него в естествознании господствовало стремление объяснить физические явления с помощью не проверенных опытом гипотез, догадок и даже откровенных спекуляций. Такой метод следует признать дилетантским, поскольку может быть уподоблен стрельбе по мишени с завязанными глазами при бесконечно малой вероятности когда-либо поразить цель. И Ньютон справедливо полагал, что на подобной методологической основе построить истинную физическую теорию реального мира практически невозможно. В своих «Началах» и «Оптике» он противопоставил методу гипотез или «проб и ошибок» действительно профессиональный «метод принципов», суть которого состоит в следующем.

На основе наблюдений и измерений путём индукции формулируются наиболее общие явления или физические свойства материи в виде аксиом, постулатов или принципов — всего того, что допускает опытную проверку и многократное воспроизведение результатов. Из них далее дедуктивным путём в качестве следствий выводятся законы и положения, составляющие физическую теорию. А полученные законы и положения, в свою очередь, также должны быть проверены на опыте. Согласие следствий с опытом и служит гарантией справедливости основных положений профессиональной теории. В частности, в «Началах» Ньютона в связи с силой тяготения читаем: «Эта сила пропорциональна количеству твёрдого вещества, причём её действие распространяется повсюду… Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Всё же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой: гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии». И в другом месте Ньютон свою позицию поясняет так: «…ибо гипотезы полезны только для объяснения свойств вещей, а не для определения их, по крайней мере, поскольку свойства могут быть установлены опытами».

А вот как трансформируется методология Ньютона в главном (первом) постулате одной из героинь революции в физике ХХ века — теории относительности Эйнштейна: «Общие законы природы должны быть выражены через уравнения, справедливые во всех координатных системах, т. е. эти уравнения должны быть ковариантными (неизменными или инвариантными по форме — прим. автора) относительно любых подстановок (общековариантными)» [3].

Как видим, в этом «общем принципе относительности» не фигурирует ни одного реального физического явления, материального объекта или понятия. Ибо ни уравнений, ни координатных систем, ни инвариантов, ни самих общих законов физики природа нам не обозначила: всё это наши собственные изобретения или математические построения, но не реальные физические свойства материи. И трудно предположить, что Эйнштейн не отдавал себе в этом отчёта и, в частности, не был готов к последовавшим за публикацией и до сих пор не прекращающимся многочисленным и, как мы убедимся в дальнейшем, вполне справедливым упрёкам в возможности математической мистификации физических явлений. Он отступал от методологии Ньютона сознательно, о чём прямо пишет в своей автобиографии: «Простите меня, Ньютон. Созданные Вами концепции даже сегодня влияют на научные исследования в физике, но их придётся заменить другими, более далёкими от сферы непосредственного опыта».

Таким образом, эпохальным результатом обсуждаемой «научной» революции начала ХХ века стало открытие нового, математического или виртуального мира. В сравнении с реальным трёхмерным миром классической физики он представился и более интересным, поскольку, как оказалось, вправе игнорировать даже здравый смысл (Н. Бор); и более разнообразным, так как допускает практически любую пространственную размерность такого мира; и более доступным для теоретиков вследствие фактической легализации в науке старого метода гипотез. Это «богатство» виртуального мира на фоне «бродивших по Европе призраков» социальных революций и обеспечило ему закономерную в тех условиях революционную победу.

К тому же, открытие виртуального мира оказалось как нельзя кстати: ожидаемый в то время в научных кругах «конец» классической физики сменился бурным развитием физики математической, приведшим к скорому созданию в промышленно развитых странах виртуальных лабораторий. Так математика, сыгравшая огромную позитивную роль в развитии классической физики в качестве её языка, осуществила «революционный переворот» и взяла на себя роль фундамента или основания «новой физики».

Удивительное дело: последствия социальных потрясений сегодня в большинстве стран практически изжиты, пагубные же результаты виртуальной революции научным сообществом даже не осознаны. Несмотря на никем не оспариваемый факт: наблюдаемый сегодня научно-технический прогресс практически полностью обусловлен успехами классической школы теоретической физики и физики экспериментальной. Достижения же «новой физики» ни в инженерной практике, ни в научной до сих пор себя не проявили. Не считать же таковыми нескончаемую погоню физиков за элементарными частицами с единственной целью «удовлетворить личное любопытство за государственный счёт» (Л. Арцимович); или полувековую эпопею строительства и доводки термоядерных реакторов, результаты которой, по-видимому, уже пришло время списать на ходовой ныне афоризм «отрицательный результат — тоже результат».

Тем не менее, победа виртуальной революции в физике есть свершившийся факт, в значительной мере обусловленный природной потребностью математического интеллекта, превалирующего в современной школе физики; и виртуальный мир в широком смысле этого слова — наше настоящее и легко прогнозируемое будущее. А редкие теперь призывы в защиту классических традиций в физике, в необходимости их возрождения, бережного сохранения и приумножения остаются «гласом вопиющего в пустыне». И это не делает чести, прежде всего, самому мировому научному сообществу: оно оказалось не способным к самокритической оценке и самоочищению от одних и тех же, постоянно повторяемых ошибок и заблуждений.

Лженаука или вульгарная религия? Физический научный метод — историческое детище религии. В основе последней лежит абсолютизированный миф и многовековой нравственный опыт человечества, позволяющие нарисовать вполне законченную картину идеализированного божественного мира, призванного пополнить и укрепить внутренний, духовно-нравственный мир каждого конкретного человека. Познание же мира материального принципиально возможно исключительно на основе длительного и трудоемкого изучения и физического осмысления экспериментальных свойств материи. И имея столь разные объекты приложения, наука и религия могли бы и должны гармонично дополнять друг друга, а не противопоставлять себя или, тем более, конкурировать между собой.

Кардинального осмысления свойств материи к ХХ веку в физике не произошло. А виртуальная революция поставила жирный крест на реальном физическом мире, подменив его миром гипотетическим и тем самым уничтожив в принципе всякую возможность познания материального мира, а следовательно и угрозу возможного «конца» математической физики. Последнее обусловлено практически неисчерпаемым многообразием виртуального мира, которое на практике обеспечивается простым выбором подходящей для данной ситуации гипотезы — такое название получили мифы в физике.

Наиболее показательной и «продуктивной» в этом отношении оказалась гипотеза мирового эфира, обновленная в ХХ веке под видом гипотезы физического вакуума. Она возродилась в кругах теоретиков на основе опытов Лэмба и Резерфорда в результате вынужденного и, скорее всего, превратного объяснения физической природы сдвига энергетических уровней в спектре атома водорода: в условиях статистического толкования законов микромира, отрицающего траектории электронов в атоме, такое объяснение оказалось фактически единственно возможным и весьма «перспективным». Физический вакуум определяется как низшее энергетическое состояние материи или нулевые колебания квантованных полей, характеризующиеся отсутствием реальных частиц. Свойства физического вакуума определяют свойства всех остальных состояний материи, так как любое из них, включая самые экзотические или «безумные», может быть получено из вакуумного действием оператора рождения соответствующих частиц.

Тем самым указанная гипотеза фактически санкционировала творческий произвол в теоретической физике, допускающий ни много, ни мало как смелые утверждения о возможности лабораторного сотворения вселенных. Это обстоятельство, в свою очередь, вновь открыло широкие возможности для научных спекуляций на базе многочисленных альтернативных моделей физического вакуума, породивших страстный призыв академика В. Гинзбурга к научной общественности: «Не проходите мимо!» [4]. Результатом стало создание «Комиссии по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований», положившей начало «охоты на ведьм», исповедующих многочисленные альтернативные модели физического вакуума. Налицо, таким образом, главный признак конкурентной борьбы официальной или академической лженауки с альтернативной: «И поистине всегда там, где не достаёт разумных доводов, там их заменяет крик, чего не случается с вещами достоверными. Вот почему мы скажем, что там, где кричат, там истинной науки нет, ибо истина имеет одно-единственное решение, и когда оно оглашено, спор прекращается навсегда. И если спор возникает снова и снова, то эта наука — лживая и путаная, а не возродившаяся [на новой основе] достоверность» (Леонардо да Винчи [1]).

Хорошей иллюстрацией к этим словам служит и метаморфоза с СТО Эйнштейна. Отвергнув «мировой эфир» и предложив объяснение природы эффекта Доплера, она, в частности, одновременно провозгласила принципиальную невозможность определения абсолютной скорости движения Земли во Вселенной. А сегодня последняя строго измерена посредством того же эффекта Доплера, наблюдаемого при взаимодействии Земли с «мировым эфиром», роль которого выполняет реликтовый фон. Тем не менее, спор вокруг СТО не затихает.

Рано или поздно этот спор и противостояние должны закончиться либо победой очередной «революции» в физике, либо глубокой «контрреволюцией», в большей мере отвечающей духу времени. В последнем случае неизбежно упразднение «яблока раздора», высокомерно посягающего на тайну Творца и тем самым фактически подменяющего науку вульгарной религией. В работе [5] по этому поводу читаем: «Можно уверенно сказать, что у Вселенной в целом, благодаря сложнейшей структуре физического вакуума, есть ряд признаков системы, способной к самопознанию. Не исключено, что Вселенная как система не только самоорганизована, но жива, и даже разумна вследствие наличия в ней активного элемента (вакуума), способного функционировать в режиме, свойственном Разуму. Такая философская концепция вполне совместима с результатами современной фундаментальной физики и космологии. Напомним, что существующая в среде учёных так называемая «вежливая форма религиозности» (А. Д. Сахаров) главным образом и порождена категориями и выводами современной космологии. Вершиной наших теоретических экстраполяций представляется гипотеза о надпространственной реальности, о существовании ещё одного суперпространственного уровня, который заполнен множеством взаимодействующих между собой вселенных». И далее следует откровенное признание: «то, что происходит в фундаментальной науке, есть часть общечеловеческой программы поиска Бога».

Кто виноват? «Если вы поглубже вгрызётесь почти в любую из наших физических теорий, — пишет Р. Фейнман в своих знаменитых лекциях, — то обнаружите, что в конце концов попадаете в какую-нибудь неприятную историю» [6]. Корни этих неприятностей, естественно, уходят в историю развития теоретической физики и прежде всего в революционные преобразования начала ХХ столетия. Если говорить об атомной физике, то эти неприятности, на наш взгляд, обусловлены ложностью исходного тезиса, сознательно или в силу недоразумения взятого на вооружение физиками-революционерами и до сих пор кочующего из одного учебника по физике в другой под видом следствия из классической электродинамики Максвелла. Приводим типичную формулировку злополучного тезиса: «Благодаря наличию центростремительного ускорения у движущихся вокруг ядра электронов они должны непрерывно излучать электромагнитные волны. В результате потери энергии на излучение радиус орбиты электронов должен непрерывно уменьшаться и в конце концов электроны должны упасть на ядро, т. е. с точки зрения классической физики атом в виде планетарной модели вообще существовать не может» [7].

Ложность тезиса следует уже из того, что классическая электродинамика была создана Максвеллом (1831 – 1879) задолго до появления планетарной модели атома, предложенной Резерфордом в 1912 г. И если, следуя классической методологии Ньютона, придерживаться только фактов и логики, то имеем совершенно иную картину. Электрон в атоме вращается, о чём свидетельствует наличие у него соответствующих свойств — механического и магнитного моментов и, естественно, находится под постоянным воздействием центростремительного ускорения. При этом, вопреки приведённому выше тезису, атом остаётся стабильным, то есть не излучает. Вывод очевиден: не всякое ускорение или вращение заряда приводит к излучению электромагнитных волн. Яркий тому пример — вращательное движение электрона или протона в стационарном магнитном поле.

Теория Максвелла только предсказала существование электромагнитных волн излучения, открытых затем Герцем (1888). А механизм излучения электрона в атоме был исследован Дж. Дж. Томсоном (1903) в рамках предложенной им же первой, чисто гипотетической модели атома с размазанным по объёму зарядом ядра и покоящимся в середине электроном (модель упруго связанного электрона). Томсон показал, что при возбуждении такого атома электрон испытывает возвратно-поступательные затухающие колебания, при которых вектор его ускорения периодически меняет знак на противоположный, благодаря чему атом излучает свет. И в вибраторе Герца, и в современных антеннах излучение электромагнитных волн происходит по аналогичной схеме: к свободным электронам подводится энергия извне, обеспечивающая циклическое изменение направления их век-тора ускорения на обратное, при котором электроны частично освобождаются от своих полей. Если прекратить подвод энергии, то прекратится и излучение антенны.

Планетарная модель невозбуждённого атома Резерфорда аналогична планетной системе. Вечное движение электрона в ней есть непрерывное одностороннее вращение вокруг ядра, осуществляемое при неизменном (к центру) направлении вектора ускорения и в условиях отсутствия энергообмена с окружающей средой. Из этого следует, что такое движение осуществляется само собой, по инерции. Подведите к электрону энергию извне в виде достаточно энергичного фотона и получите ответную реакцию атома — излучение электромагнитной волны.

Таким образом, приходим к необходимости расширить определение движения тел по инерции, признав за таковым фактически всякое движение, осуществляемое без обмена энергией с окружающей средой. И здесь мы возвращаемся, пожалуй, к главному ложному тезису как источнику всех «неприятностей», с которыми постоянно сталкивается физика. Речь идёт о принципе инерции Галилея или первом законе динамики Ньютона, современная формулировка которого такова: «тело, достаточно удалённое от других тел, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения» [8]. Она уже у школьника порождает недоумённый вопрос: «А как быть с вращением предварительно раскрученного маховика или велосипедного колеса, разве они не относятся к такому же виду движения — движению по инерции?» Причём, реальных примеров прямолинейного движения по инерции в учебниках физики, как правило, не приводится. Либо в качестве такового рассматривается условно прямолинейное движение вагона, «запущенного» по рельсам, уложенным вдоль горизонтального участка железнодорожного пути, без учёта сил сопротивления движению.

Между тем, Галилей разделял взгляды Аристотеля на этот счёт, согласно которым тело, не испытывающее действия силы, движется по окружности как идеальной траектории. А современную формулировку закона инерции дал уже позднее Декарт [1]. И чтобы убедиться в правоте Аристотеля и Галилея, достаточно представить себе упомянутые рельсы, уложенные вдоль земного экватора: окажется, что движение вагона по инерции является вращением вокруг Земли. Теперь остается один шаг до реализации планетной системы: «запустить» вагон по рельсам с первоначальной скоростью, превышающей первую космическую, и он продолжит движение по инерции вдоль эйнштейновской геодезической уже на орбите искусственного спутника Земли.

В свете изложенного становится очевидным, что извращение принципа инерции Галилея в трудах последующих исследователей напрямую способствовало появлению специальной теории относительности с её не существующими инерциальными системами отсчёта. Ибо наблюдаемое в природе глобальное вращение материальных тел такой теории не допускает в принципе: оно (вращение) было и есть движение абсолютное. Не дополнив же ложными следствиями электродинамику Максвелла и, тем самым, не покончив с классической школой физики, нельзя было приступать к строительству революционной теории атома — квантовой механики (КМ).

«Квантовой механики никто не понимает», — горько признал Р. Фейнман [9]. И это один из верных признаков явного неблагополучия в современной квантовой теории атома. Ибо, по авторитетному мнению главного архитектора атомной модели — Э. Резерфорда, «если теория представляет хоть какую-либо ценность, её можно объяснить буфетчице» [10]. Другим таким признаком является установленное в рамках современной КМ жёсткое разграничение законов макро- и микромира, которое не согласуется с нашей глубокой верой в единство и гармонию Природы.

Что делать? В условиях рыночной экономики качество и цену продукта определяет исключительно покупатель или потребитель этого продукта. Физика — это фундамент инженерных разработок, в силу чего за ней и закрепился статус фундаментальной науки. Следовательно, истинную оценку достижений этой науки способен и должен обеспечить не учёный, тем более не автор предлагаемого продукта (в этом случае мы имеем дело с обычной саморекламой), а грамотный инженер как основной потребитель этого продукта. Отсюда следует вывод: инженерно-прикладная, она же фундаментальная физическая наука должна развиваться исключительно на основе договорных отношений в рамках конкретных инженерных проектов. И только такая наука может быть экономически эффективной, и только её, а не «научное богоискательство» готов сегодня и впредь финансировать отечественный предприниматель и налогоплательщик.

А вот что предлагает инженеру и изобретателю в качестве фундамента современная или виртуальная физика: чёрные дыры, которые принципиально не могут быть напрямую идентифицированы; гравитационные волны, которые до сих пор не зарегистрированы и, по-видимому, неслучайно; кварки, которые также по принципиальным соображениям не могут быть выделены в свободном состоянии; физический вакуум, из которого учёные подобно фокусникам могут извлекать что угодно, прикрываясь квантовыми флуктуациями и не считаясь даже с законами сохранения; пяти- или одиннадцатимерный скрученный, растянутый или пеноподобный мир с виртуальными объектами, странными частицами и суперструнами.

И что можно построить на таком «фундаменте»? Согласно специальной теории относительности Эйнштейна время относительно, что означает ни много, ни мало как принципиальную возможность создания «машин времени» для путешествий на них из настоящего в прошлое или будущее и обратно. В рамках его же общей теории относительности получили, наконец, статус принципиально реализуемых источников даровой энергии пресловутые «вечные двигатели». А квантовая механика пришла к необходимости наделения микрочастицы сознанием, признания особых нефизических взаимодействий, которые осуществляются сигналами с бесконечной скоростью распространения, и открыла явление телепортации, в идеале обещающего возможность мгновенного перемещения объекта из одной галактики в другую.

Как видим, виртуальная физика и работает исключительно на виртуальный мир и виртуальную индустрию, т. е. на научно-фантастическую литературу, кино и телевидение. И это — всё, что получило общество от виртуальной физики за 100 лет её победоносного развития. А что оно потеряло и, возможно, ещё потеряет в результате полного забвения классических физических традиций?

Весьма вероятно, что уже была бы решена энергетическая проблема, и мы прекратили бы разорительную практику «топить печь ассигнациями» (Д. Менделеев) в виде газо- и нефтедолларов. И абсолютно достоверна неспособность виртуальной физики обеспечить научную базу будущих нанотехнологий. Ибо для целенаправленного решения проблемы того же ядерного синтеза нужна, как минимум, адекватная физическая теория атома, а не современный её математический суррогат; а для развития нанотехнологий необходимы знания структур реального наномира атомов и молекул. И то, и другое, как показывает опыт прошедшего столетия, может зародиться и развиваться только в рамках классических представлений и традиций физики.

Эти традиции возрождаются в предлагаемой концепции единой физики. В качестве объединяющего фактора в ней используется не физическая природа сил, выделение которой уже само по себе противоречит идее объединения, а универсальный характер их изменения в различных физических процессах на макроскопическом уровне. Пример такого рода сил даёт механика сплошных сред в виде трёх фундаментальных характеристик деформирования или свойств реальных физических тел: пластичности, упругости и вязкости. Задача состоит в том, чтобы по возможности обобщить эти характеристики для составления универсального уравнения динамики, пригодного для описания всякого силового взаимодействия.

Иными словами, речь идёт об использовании единой механической или вязкоупругопластической модели, отражающей опыт, и наблюдаемого в природе факта постоянства скорости света (опыт Томашека, измерения Майкельсона – Морли) для описания всех видов физического взаимодействия, а в конечном счёте — о создании единой физической картины окружающего нас материального мира на базе неоклассических представлений. Объединение физики в этом случае происходит естественным путём, а получаемые из теории выводы столь же естественно оказываются свободными от противоречий со здравым смыслом и математической экзотики, и вся теория радикально упрощается.

Как убедится далее читатель, неоклассическая физика имеет дело с реальным миром и идеально отвечает критериям простоты А. Пуанкаре и математической красоты П. Дирака одновременно. В частности, вместо 14 уравнений, описывающих гравитационное взаимодействие в ОТО Эйнштейна, она использует одно-единственное уравнение для описания всех видов физического взаимодействия. Для тех, кто видит или ищет в физике истинную и доступную науку о Природе, это многого стоит. И именно такому читателю наша работа адресуется.

Литература


 
Hosted by uCoz