Слабое и электромагнитное взаимодействие
Электромагнитное и слабое взаимодействие, при поверхностном взгляде весьма разные по своей природе, в действительности оказались двумя разновидностями единого, так называемого электрослабого, взаимодействия. Теория электрослабого взаимодействия решающим образом повлияла на развитие физики элементарных частиц. Суть теории Вайнберга и Салама состоит в описании слабого взаимодействия на языке концепции калибровочного поля. Представляя слабое взаимодействие в виде калибровочного поля, необходимо исходить из того, что все частицы, участвующие в этом взаимодействии, служат источниками поля нового типа – поля слабых сил. Слабовзаимодействующие частицы, такие как электроны и нейтрино, являются носителями «слабого заряда», который аналогичен электрическому заряду и связывает эти частицы со слабым полем.
Слабое взаимодействие отвечает в основном за распад и за превращение элементарных частиц. Наиболее распространенный процесс, обусловленный слабым взаимодействием, – бета-распад радиоактивных атомных ядер. Итальянский физик Ферми построил теорию бета-распада, согласно которой электрон и антинейтрино, вылетающие из бета-активного ядра, не находились в нём до этого, а возникают в момент распада. Это явление аналогично испусканию фотонов света возбужденными атомами. Причиной такого процесса является взаимодействие электрических зарядов частиц с электромагнитным полем: движущийся электрон создает электромагнитный ток, который возмущает электромагнитное поле. В результате подобного взаимодействия частица передает энергию квантам этого поля – фотонам. Обмен фотонами обусловливает взаимодействие.
Теория бета-распада Ферми, по существу, аналогична теории электромагнитных процессов. Ферми положил в основу теории взаимодействие двух «слабых токов», но взаимодействующих между собой не на расстоянии путём обмена частиц (например, фотонов), а контактно. Исходя из излагаемого взгляда на вакуум как единственную материальную сущность и на нуклон как радиальную осцилляцию плотности вакуума, можно сделать несколько интересных замечаний относительно природы так называемых электромагнитных волн, электрона и нейтрино.
Совершенно очевидно, что радиальный осциллятор как целое, двигаясь под воздействием внешних сил в своем волновом поле и в поле соседних осцилляторов, порождает новое волновое возбуждение, но отличное от продольных колебаний. Появляется поперечная сдвиговая волна, ориентированная в пространстве. Частота этой поперечной волны обусловлена частотой колебательного движения осциллятора в волновом поле как целого. Таким образом, исходный волновой процесс (продольные колебания) при известных условиях рождает волны иной природы, а именно - электромагнитные.
Электрон, по моему мнению, не является радиальной осцилляцией плотности, как нуклон. Электрон есть волновое спиралеобразное ориентированное в пространстве (левый, правый винт; спин) возбуждение вакуума. Имея массу покоя, он никогда не находится в покое. Скорость перемещения этого возбуждения может изменяться. Приближаясь к скорости света, поток электронов превращается в поток гамма-излучения. Электроны рождаются в результате возмущения движения нуклонов, связанных в системы или свободных. Проводники тока отличаются от диэлектриков постоянным наличием этих электронов-возбуждений. Слабая связанность одного или двух нуклонов в системе ядра вносит постоянное возмущение в общее согласованное движение системы нуклонов.
Нейтрино, частица, не имеющая массы покоя, тоже есть некоторое специфическое возбуждение вакуума, и она также характеризуется ориентированностью в пространстве.
Известно, что нейтрон, находясь в свободном состоянии, через восемь минут распадается на протон, электрон и антинейтрино. Находясь в ядре, протоны и нейтроны неразличимы, потому-то они и имеют общее название – нуклон. Нейтрон, как мне представляется, есть возбужденный протон, радиальная осцилляция, двигающаяся как целое совершенно особым образом. Оказавшись вне ядра, нейтрон в течение восьми минут «остывает», превращаясь в протон, порождая два волновых возбуждения: электронное и антинейтринное.
Само понятие «электрический заряд» при новом взгляде на вакуум и протонную осцилляцию трансформируется. Загадочная и непонятная сущность заряда исчезает, уступая место простому, наглядному образу радиального осциллятора. Если понятие «заряд» и остается, то как заряд движения, не более того. Движение зарядов к полюсам магнита есть результат взаимодействия волновых спиралеобразных возбуждений вакуума, порождаемых движениями осцилляторов. Если «винт» полюса магнита совпадает с «винтом» заряда – частица притягивается. Если же не совпадает – отталкивается. Интерференционное наложение волновых спиралеобразных возбуждений одной ориентации, увеличивая динамику вакуума, уменьшает плотность и давление вакуума в области наложения. Мы говорим: магнит притягивается к железу. А следовало бы говорить: магнит придавливается к железу. Придавливается давлением и плотностью физического вакуума, находящегося вне области интерференционного наложения.
Гравитационное взаимодействие
Исторически гравитация (тяготение) первым из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Хотя человек всегда был знаком с гравитацией и основывал на ней сами понятия «вверх» и «вниз», истинную роль гравитации как силы природы удалось в полной мере осознать только после появления в семнадцатом веке ньтоновской теории – закона всемирного тяготения.
Важная особенность гравитации – ее универсальность. Ничто во вселенной не избавлено от неё. Каждая частица испытывает на себе действие гравитации. Сила гравитационного взаимодействия одинакова у всех частиц, все тела независимо от их веса или состава падают одинаково. Сила гравитации, действующая между частицами, всегда представляет собой силу притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание, или «антигравитация», никогда ещё не наблюдалось.
Возможно, наиболее удивительной особенностью гравитации является её малая интенсивность. Величина гравитационного взаимодействия между компонентами атома водорода составляет ничтожную величину от силы взаимодействия электрических зарядов. В мире субатомных частиц гравитация настолько слаба, что физики склонны полностью пренебрегать ею. Она не проявлялась ни в одном из наблюдавшихся до сих пор процессов с участием частиц.
Эйнштейну удалось построить теорию, толкующую гравитационные взаимодействия как проявления кривизны пространства-времени. Присутствие в пространстве тела изменяет метрику пространства, деформирует его, и легкие тела как бы «скатываются» к массивному телу по наклонной плоскости. И всё же, несмотря на стройность и красоту эйнштейновской теории, в ней имеются свои сложности, связанные главным образом с законами сохранения. С другой стороны, она остается чисто математической теорией, физические реалии в ней полностью отсутствуют. Мне кажется, можно «примирить» математическую стройность теории Эйнштейна с физической реальностью довольно простым путём, а именно - путём замены одного понятия другим. Речь идёт о понятии кривизны пространства-времени.
Частицы, как было сказано выше, суть продольные осцилляции плотности физического вакуума, возбуждающие вокруг себя сферические волны той же природы, не знающие пределов распространения. Космическое тело (допустим, Земля), образованное колоссальным множеством таких частиц, создаёт вокруг себя поле низкого давления. Из классической физики известно, что с движением среды уменьшается плотность и давление среды. Массивное тело, таким образом, является источником гравитационного потенциала, за которым стоит всего-навсего градиент давлений. У поверхности Земли давление минимально. С удалением от планеты давление и плотность физического вакуума постепенно возрастают. То есть, никакого притяжения нет, есть плотность среды, выталкивающая из себя тела в сторону области низкого давления. Эта сила подобна архимедовой силе, только действующей не вверх, а вниз. С удалением от поверхности Земли выталкивающая сила пропорционально убывает. Свободно падающие тела получают ускорение именно благодаря падению градиента давления среды с приближением к поверхности Земли. Поднимая штангу, спортсмен борется не с тяготением Земли, а с давлением и плотностью физического вакуума.
Тождественность тяжелой и инертной массы, которая подвигла Эйнштейна на создание общей теории относительности, теории гравитации, объясняется одним понятием – давлением. Инертная масса человека в движущемся с ускорением вверх лифте создается давлением пола снизу. Тяжёлая масса создается давлением плотной среды сверху (не путать с атмосферным давлением). Тяготения как такового нет, есть эффект тяготения, за которым стоит давление. Кстати сказать, к похожему толкованию причин тяготения пришли в свое время Леонардо да Винчи, Михаил Ломоносов и сам Ньютон. Но Ньютон не мог объяснить, почему плотность и давление среды вокруг массивных тел изменяются таким образом.
Представления о кривизне пространства-времени в теории гравитации Эйнштейна следует заменить представлениями об изменяющейся плотности среды, и физическая суть станет очевидной. Математический каркас теории Эйнштейна, что примечательно, почти не пострадает. Гравитационное поле, следовательно, представляет собой хаотическую гигантскую концентрацию волновых полей частиц, составляющих тело. Образно говоря, гравитационное поле отличается от электромагнитного поля как толпа людей на базарной площади от военного парада.
Когда Герман Минковский, следуя идеям теории относительности, объединил в один четырехмерный континуум пространство и время, он, может быть, сам не сознавая того, ввёл в физическую картину мира неразрывное с пространством-материей движение. Материя не может существовать без движения, а движение без материи. Говоря о кривизне пространства-времени в общей теории относительности Эйнштейна, кривизне, которой учёный пытался объяснить причину тяготения, следует понимать кривизну не как застывшую деформацию, скажем, одномерной нити или двухмерной плоскости, а как движение, как динамику материального пространства, где метрика кривизны-движения от точки к точке изменяется.
В дополнение к сказанному мне хотелось бы вспомнить одну интересную теорию Эйнштейна, в которой автор попытался смоделировать частицу материи, и эта частица, если хорошо вникнуть, очень близка модели радиального осциллятора плотности. Это теория «мостов».
Эйнштейн показал, что, согласно общей теории относительности, существуют свободные от сингулярностей решения уравнения поля, причём эти решения можно интерпретировать как представляющие частицы. За основу бралось центрально-симметричное решение уравнения поля, предложенное Шварцшильдом. Если в этом уравнении заменить переменную радиуса на величину плотности поля, то удавалось избежать сингулярности и решение получалось регулярным при всех значениях плотности. Если плотность поля меняется от минус бесконечности до плюс бесконечности, радиус меняется от плюс бесконечности до радиуса двух электронных масс и обратно до плюс бесконечности, тогда как значениям радиуса, меньшим двух электронных масс, не соответствуют никакие действительные значения плотности. Отсюда следует, что решение Шварцшильда становится регулярным, если представить физическое пространство (читай – вакуум) состоящим из двух «оболочек», граничащих вдоль гиперповерхности плотности, равной нулю, то есть радиуса двух электронных масс, тогда как на самой гиперповерхности детерминат равен нулю. Эйнштейн назвал такую связь между двумя оболочками «мостом». Существование такого моста между двумя оболочками в конечной области соответствует существованию нейтральной материальной частицы, описанной способом, свободным от сингулярностей.
Заменив эйнштейновские представления о двух оболочках на представления о двух возможных состояниях вакуума – положительной и отрицательной плотности, мы получим радиальный осциллятор плотности, где положительная плотность (сжатие) не «застревает» в сингулярности, а «отскоком» переходит в отрицательную плотность – фазу расширения. Связь, мост между двумя состояниями – через колебание, через динамику.
Борис Гуляев
Март, 2000 г.
