ПРИРОДА СИЛЬНОГО И ГРАВИТАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Б. С. Курнышев ПРИРОДА СИЛЬНОГО И ГРАВИТАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ Современное состояние проблемы В фундаменте современной физической науки можно выделить две основные теории: теорию относительности и квантовую теорию. Эти теории – каждая в своей области применения – дают наиболее точное описание реальности, но, вместе с тем, настолько различны, что невозможно представить их связь в рамках какой-либо единой философско-физико-математической концепции. В настоящее время такая задача имеет значительно более скромную формулировку: объединение четырёх фундаментальных взаимодействий – электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого. Но и в такой постановке задача создания единой теории до сих пор не имеет удовлетворительного решения. Почему-то во всех известных подходах, а их было, судя по научным публикациям, неисчислимое множество, всегда возникали непреодолимые трудности, препятствующие дальнейшему продвижению. В результате ни одна современная теория до сих пор не может объяснить сущность массы, электрического заряда и спина элементарных частиц. Существует мнение, что теории суперструн представляют собой одно из перспективных направлений развития фундаментальной физической науки. Есть также множество альтернативных теорий. Однако и в самих этих теориях, и в их приложениях к задачам космологии и к теории элементарных частиц достаточно много нерешённых проблем, и до сих пор не просматриваются пути их решения. По-прежнему всегда возникает необходимость во введении каких-то постулатов, гипотетических полей и частиц, из которых якобы состоит всё вещество, "внешних параметров" и т. д. А гравитация до сих пор "стоит особняком", не объединяется с электромагнитным взаимодействием и никак не поддаётся квантованию. Предполагаемое открытие бозона Хиггса никак не повлияло на сложившуюся ситуацию. Открытие ускоренного расширения Вселенной тоже мало что изменило в основах космологии и в представлении о Вселенной, о её динамике, слабо повлияло на спектр мнений относительно её происхождения и эволюции во времени, тем более что интерпретация астрономических наблюдений, судя по всему, остаётся ещё под вопросом. Новый подход к объединению фундаментальных взаимодействий Возможен принципиально другой подход к объединению взаимодействий, отличающийся от всех известных по научным публикациям теорий, который предложен в данной статье. Рассмотрим область сильного взаимодействия, например, нейтрона (или протона), с несколько иной, новой точки зрения. Внутри нейтрона, как известно, существует некое непрерывное движение. Но при этом нейтрон не расширяется и не сжимается. Значит это движение происходит не в радиальном направлении относительно центра нейтрона, а в поперечном. Следовательно, такое движение возможно интерпретировать как угловое перемещение, но с неопределённым его направлением в классическом смысле, потому что спин – это чисто квантовая характеристика элементарных частиц, которой не существует аналога в классическом описании реальности. В теории относительности энергию связывают с массой – через квадрат скорости света. В квантовой же теории энергию связывают с частотой – через постоянную Планка. Эти два определения энергии с формальной точки зрения эквивалентны, что позволяет ввести через фундаментальные константы некоторую новую характеристику покоящегося нейтрона: круговую частоту – как отношение энергии покоя нейтрона к половине приведённой постоянной Планка. Здесь нужно заметить, что половина приведённой постоянной Планка – это квантовая количественная характеристика спина, в частности, нейтрона. Таким образом, положить в основу указанную эквивалентность – это попытка установить связь между квантовой реальностью и классическим описанием движения, базовыми характеристиками которого являются скорость и ускорение. Указанная эквивалентность имеет более глубокие корни, связанные с теоремой о CPT-инвариантности (CPT-симметрия), Лагранжевым формализмом и математическим аппаратом кратных интегралов Фурье [1, 2]. Заметим также, и это важно, что если полученную частоту разделить на постоянную Хаббла, взятую с коэффициентом 6,283… (два пи), то результатом будет безразмерное целое число 2*(10^41), где * – знак умножения, ^ – знак возведения в степень. Очевидно, что число (10^41) однозначно относится к безразмерным большим числам Дирака, сущность которых не раскрыта до сих пор. Основная идея Основная идея подхода состоит в том, чтобы обоснованно связать между собой также и другие параметры нейтрона (протона) с параметрами Метагалактики, в частности, связать константу сильного взаимодействия с гравитационной постоянной, – связать системой больших безразмерных чисел. Результаты исследования и выводы Во-первых, в данном подходе масштабы длины и времени во внутренней структуре нейтрона изменяются по отношению к нашим в 2*(10^41) раз – в одних и тех же единицах измерения. Сразу определяется безразмерное отношение радиуса Метагалактики к радиусу нейтрона: 2*(10^41) [1, 2]. Время во внутренней структуре нейтрона должно течь в 2*(10^41) раз медленнее по отношению к нашему обычному ходу времени. Предельная скорость внутри нейтрона (и протона) в одной и той же системе единиц измерения равна скорости света, то есть скорость света действительно является фундаментальной константой в природе, численное значение которой однозначно определяется исключительно выбором единиц измерения времени и длины, а не физическими процессами. Например, скорость света можно принять равной 1. В частности, в любой системе единиц измерения безразмерное отношение v/c, где v – обычная трёхмерная скорость, c – скорость света, имеет во внутренней структуре нейтрона такое же численное значение, что и в наших обычных условиях. Во-вторых, частота, определённая для нейтрона через фундаментальные константы, даёт возможность ввести в каждой его точке представление об относительном ускорении как произведении квадрата этой частоты на расстояние между любыми двумя бесконечно близкими точками внутренней структуры нейтрона (и протона). В результате отношение константы сильного взаимодействия во внутренней структуре нейтрона (g) к гравитационной постоянной (G) оказывается тоже равной g/G = 2*(10^41). Другими словами, во внутренней структуре нейтрона дейстсвует такой же закон, что и закон Всемирного тяготения в Метагалактике, но с константой, равной гравитационной постоянной, умноженной на 2*(10^41). Природа сильного взаимодействия оказывается идентичной природе гравитационного взаимодействия, но с другой константой, большей, чем G, в 2*(10^41) раз. Можно сказать, что в каждой точке внутренней структуры нейтрона (и протона) сила притяжения с константой g уравновешивается центробежным относительным ускорением, вследствие поперечного движения в замкнутом объёме, хотя сущность такого равновесия – не баланс сил. Например, по Ньютону на Землю, движущуюся вокруг Солнца, действуют две взаимно уравновешивающие друг друга силы: сила притяжения Солнца и центробежная сила. По Эйнштейну Земля движется по инерции вдоль геодезической вокруг Солнца, и на неё никакие силы не действуют. По Эйнштейну Солнце изменяет геометрию пространства, а геометрия пространства определяет движение Земли. В нейтроне то же самое, то есть всё по Эйнштейну. Но только не надо забывать, что закон Всемирного тяготения выводится из уравнений общей теории относительности. Исследование метрической структуры нейтрона позволит узнать многое о Метагалактике. В-третьих, отношение полной энергии Метагалактики (массы), включающей в себя темную энергию и тёмную массу, к энергии покоя (массе) нейтрона оказывается равной (2^2)*(10^41)^2 = 4*10^82. Реальное отношение средней плотности массы в нейтроне к средней плотности массы Метагалактики равно 2*(10^41). Расчёты показывают, что реальная средняя плотность массы Метагалактики (включая тёмную массу) больше критического значения по общей теории относительности в 363 раза. В четвёртых, отношение суммарного действия в Метагалактике к постоянной Планка оказывается равным (2^3)*(10^41)^3 = 8*10^123. Такое же число получается, если удвоенную полную энергию Метагалактики разделить на минимальную энергию, равную произведению постоянной Планка на постоянную Хаббла. Такое же число получается, если объём метагалактики разделить на объём нейтрона. В-пятых, в данном подходе размер Метагалактики – величина постоянная, так же как нейтрона или протона. Относительное движение галактик и/или их скоплений является поперечным, как в нейтроне или протоне, – с неопределённым направлением и с относительным ускорением, равным квадрату постоянной Хаббла, взятой с коэффициентом 6,283… (два пи), умноженному на расстояние между галактиками и/или их скоплениями (см. формулу для центростремительного ускорения: a = (w^2)*R, где a – ускорение, w – угловая скорость, R – расстояние между галактиками и/или их скоплениями). Равновесие достигается за счёт абсолютно точной эквивалентности гравитационной и инертной масс. Космологическое красное смещение – это эффект относительного замедления хода времени, пропорционального расстоянию до галактик и/или их скоплений. Его можно вычислить, например, по формуле, полученной из принципа эквивалентности общей теории относительности. Во всех галактиках и в их скоплениях время течёт одинаково. Реликтовое излучение – это квантовый эффект возврата энергии, поглощённой в результате упругого взаимодействия фотонов с распределённым веществом Метагалактики. Важнейший для космологии вывод: получено обоснование тому, что размер Метагалактики, как и нейтрона или протона не зависит от времени. И, наконец, главный вывод: сильное и гравитационное взаимодействия имеют одинаковую природу. Сравнение с экспериментами Расчёт радиуса протона даёт следующий результат: 0,84123564 фм. В формулу для расчёта радиуса протона, полученную теоретически, входят только фундаментальные константы: скорость света, масса протона и постоянная Планка (радиус протона = 2*h/(пи)*m*c = (0,84123564)*10^(– 15) м, где h – постоянная Планка (не приведённая), (пи) = 3,14159…, с – скорость света). Последние опубликованные результаты экспериментов (2010 год) дают значение 0,8418 фм. Разница составляет 0,0670 %. Значение постоянной Хаббла, определённое через фундаментальные константы, оказывается равным 2.27*10^(– 18) 1/сек или 70,0 (км/сек)/Мпк. Экспериментально определённое значение постоянной Хаббла, известное из результатов астрономических наблюдений, составляет 2,3*10^(– 18) 1/сек. Разница составляет 1,32 %. Интервал времени, который принято считать возрастом Вселенной, оказывается связанным с периодом полураспада и временем жизни нейтрона. Если за основу принять временной интервал, равный 718.4249 сек, то квадрат такого интервала, делённый на квадрат постоянной Хаббла, оказывается равным точно 10^41, но только с размерностью сек^4. Здесь нужно заметить, что время 718.4249 сек лежит в интервале между периодом полураспада нейтрона (613,9 сек) и временем жизни свободного нейтрона (885,7 сек) и, следовательно, имеет смысл. Заключение Детальный анализ значительного числа известных опытных фактов, особенностей электродинамики, теории относительности и квантовой теории показывают, что не только тяготение, а все четыре фундаментальных взаимодействия, а также масса, электрический заряд и спин, имеют единую (геометрическую) природу. Фундаментальные взаимодействия раскладываются на две пары: первая пара – это электромагнитное и слабое взаимодействия, а вторая пара – гравитационное и сильное взаимодействия. Первая пара взаимодействий связана с антисимметричной составляющей метрического тензора, а вторая пара – с симметричной его составляющей. Сумма этих двух составляющих образует несимметричное тензорное поле ранга 2, которое является основой всего мироздания, тем физически ненаблюдаемым светоносным эфиром, который, как оказалось, невозможно совсем исключить из единой теории и которое является "материалом", из которого построены все поля и частицы. Квадрат расстояния между двумя бесконечно близкими точками в новой геометрии становится абсолютным инвариантом в любых системах отсчёта – как инерциальных, так и неинерциальных, – то есть абсолютным тензором ранга 0 при любых преобразованиях координат, при этом компоненты 4-скорости и дифференциалы пространственно-временных координат не коммутируют. Но для создания единой теории одного тензорного анализа недостаточно. Необходимо введение предсталения о двойственной природе пространственно-временного континуума на основе теории кратных интегралов по Фурье и их фундаментальных свойств. При использовании Лагранжева формализма необходимо принимать во внимание, что плотность функции Лагранжа раскладывается в непрерывный спектр по Фурье. Именно спектр проявляет себя в виде реальных частиц и полей. При этом пределы интегрирования нельзя принимать бесконечными, потому что соотношения между пространственно-временными и частотными характеристиками вполне однозначно определены свойствами интегральных разложений по Фурье. Именно эти свойства кратных интегралов Фурье являются следствием и основой известных соотношений неопределённостей в квантовой теории. В данной статье изложены базовая концепция и приведены основные результаты. Подробности, уравнения и формулы опубликованы в [1 – 4] и мн. др. Гносеологическое значение, которое невозможно переоценить, имеет следующий вывод: если тяготение геометрического происхождения, и это, похоже, уже надёжно доказано, а сильное и гравитационное взаимодействия действительно одной природы, то всё вещество, все частицы и поля, вся Вселенная, и мы с вами, вся реальность – ВСЁ имеет геометричекое происхождение. Но не нужно при этом забывать, что геометрия, свёрнутая до размеров элементарных частиц, способна проявлять себя в таком удивительном и неповторимом многообразии, какими являются наша Вселенная, наше Солнце и наша Земля. 1. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – М: Институт стратегических исследований, 2013. – №3. – С. 13 – 20. 2. Альманах современной науки и образования. – Тамбов: Грамота, 2013. – №9 (76). – С. 98–103. 3. Вестник ИГЭУ.  Иваново: ИГЭУ, 2013.  Вып. 3. – С. 58–60. 4. НПЖ Приволжский научный вестник. – Ижевск, 2014. – № 2 (30). – С. 5–8.