«Прогресс в теоретической физике часто связан с преодолением предрассудков»
П. Дирак.
Более чем за семьдесят лет, прошедших со времени создания квантовой механики, исследования неравновесных процессов показали, что флуктуации и стохастические элементы важны даже в микроскопическом масштабе. Продолжающееся концептуальное перевооружение физики ведет от детерминистических обратимых процессов к процессам стохастическим и необратимым. По утверждению Нобелевского лауреата И. Пригожина в этом процессе квантовая механика находится на промежуточном уровне: «она внесла вероятность, но не необратимость. Следующим шагом в квантовой физике должно быть введение фундаментальной необратимости на микроскопическом уровне».
Вселенная не закрытая система, она погружена в квантовомеханический вакуум и функционирует в нем, следовательно, для поддержания активности фундаментальных заряженных частиц в испускании фотонов, необходим обменный процесс, т.е. поток энтропии из внешней среды.
В самом деле, испускание фотонов фундаментальными заряженными частицами должно сдвигать полную систему (частицы плюс фотоны) в равновесное состояние. Эти процессы «реальны» и являются составной частью общей эволюции физической вселенной. С другой стороны, для открытых систем установлено, что стационарное состояние любой системы обеспечивается за счет компенсации производимой энтропии самой системой, потоком энтропии из внешней среды. Другими словами, стационарное состояние систем невозможно без обменного процесса энергией или веществом с окружающей средой. В противном случае, необходимо признать, что фундаментальные заряженные частицы, постоянно испуская фотоны - двигатели первого рода.
Поток энтропии из внешней среды можно найти в интерпретации эффекта поляризации. (см. рис.1).
Фундаментальная заряженная частица, испустив фотоны вызывает эффект поляризации в котором рожденные виртуальные полевые осцилляторы строго ориентированы. Античастицы в них, осциллируя через дискретные энергетические состояния приближаются к материальной частице, следовательно, можно сделать сильное и непротиворечивое предположение.
Материальная частица, вызвав рождение полевых осцилляторов, вступает в электромагнитное взаимодействие (аннигиляцию) с первой приблизившейся античастицей из рожденных полевых диполей. Образующиеся фотоны, после аннигиляции, возвращаются на массовую поверхность вакуума Дирака, а оставшаяся частица из осциллятора, вступившего в электромагнитное взаимодействие, становится «новой» материальной частицей, сохранив интегральные характеристики уничтоженной. «Новая» материальная частица в период нахождения в составе полевого осциллятора удалялась от уничтоженной, следовательно, она окажется смещенной в пространстве на расстояние порядка комптоновской длины волны.
Далее «новая» материальная частица испускает фотоны, вызывая поляризацию и процесс повторяясь идет нескончаемо. Оценить число взаимопревращений можно на основе соотношения неопределенности Гейзенберга для энергии и времени ΔE∙ Δt ≥ ħ ∕ 2 (1). Например, с электроном происходит порядка 1021 взаимопревращений в секунду и столько же раз дискретно возникают пространственные сдвиги.
Дискретная интерпретация микромира согласуется с вторым началом термодинамики, дает физическое толкование всем квантовым эффектам, явлениям специальной теории относительности, обосновывает возникновение фундаментальной постоянной тонкой структуры (ПТС) и темной материи, а также интерпретирует тяготение как термодинамическое явление.
Примеры:
- пространственные скачки (сдвиги) при взаимопревращениях объясняют способность частиц преодолевать энергетические барьеры, т.е. туннелировать в область действия других потенциалов, например, ядерных.
- дискретное существование микромира естественным образом интерпретирует не локальность, которая в квантовой теории вводится постоянной Планка.
- одна и та же микрочастица существует только в пределах комптоновской длины волны, следовательно, получаем толкование величины, называемую областью локализации частиц в квантовой механике. Данная величина определяет «горизонт» существования частицы в пределах которого выражение одна и та же частица сохраняет смысл. Эта характерная величина порождает различие между тем, что можно назвать «теперь» частицы, допускающим предсказание, и «потом» - эволюцией, которая допускает вероятностное описание.
- на фундаментальном уровне вводятся неисчезающие взаимодействия и резонансы даже в случае «свободных», как говорят не взаимодействующих частиц, а значит, диссипативные процессы с возрастанием энтропии.
- рождение и уничтожение кварков при взаимопревращениях, в составе адронов, фактически решает проблему распада протона в рамках Стандартной космологической модели.
- предложенная интерпретация, в соответствии с выводом И Пригожина, вводит необратимость в микромир на фундаментальном уровне. Ведь что может быть более необратимым, чем событие уничтожения и рождения материальных частиц при взаимопревращениях
В рамках механизма взаимопревращений испускание фотонов сдвигает полную энергию системы (частица плюс фотоны) в равновесное состояние. При этом положительная энергия частиц сосредотачивается в испускаемых фотонах, преобразующаяся в энергию полевых осцилляторов, т.е. производится (генерируется) энтропия, а энергия «голой» частицы (без фотонов), принимает отрицательную энергию, соответствующую отрицательной энергии частиц вакуума Дирака. Таким образом, необратимость и дискретность на микроуровне позволяют преодолеть предубеждение, в виде постулата, о невозможности погружения частиц наблюдаемого материального мира в вакуум Дирака, поскольку в этом случае должен быть испущен фотон, что не наблюдается в реальной жизни. Однако, в реальной жизни наблюдается заряд частиц, т.е. множественный процесс испускания фотонов, что фактически эквивалентно испусканию фотона. А «голая» частица без фотонов, способна вернуться на массовую поверхность вакуума Дирака.
Кинематика взаимопревращения находится в хорошем согласии и с задачей измерения энергии в квантовой механике, проработанной многими авторами, в том числе и Н. Бором, а на уровне процессов И. Пригожиным. Согласно их выводам, энергия оставшейся частицы из осциллятора, которая становится «новой» материальной частицей, может быть увеличена и увеличение тем больше, чем меньше время потенциала взаимодействия систем Δt при электромагнитном взаимодействии.
По физической сути дискретность и необратимость объединяют на микроуровне динамику, статистическую механику и термодинамику, т.е. физику бытия и физику становления. Физика существующего материальных частиц определена в периоды так называемые «теперь» частиц, на расстояниях порядка комптоновской длины волны. В эти периоды частицы ведет себя детерминированным образом в направлении имеющегося в данный момент импульса, а термодинамика вводит не устранимые статистические особенности в процесс возникновения «новых» частиц. В этом легко убедиться приняв во внимание неисчезающие взаимодействия частиц материального мира и ФВ благодаря которым флуктуации не наблюдаемой среды наделяют эффекты поляризации статистическими особенностями, определяющих вероятностное поведение частиц микромира это:
- рождением полевых осцилляторов в поляризациях, у которых случайно центры масс ближе или дальше от частицы, вызвавшей поляризацию, т.е. с очень незначительными отклонениями от комптоновской длины волны. Полевые осцилляторы, у которых дисперсия отклонения центров масс минимальна или максимальна можно соответственно назвать «удачливые» и «неудачливые».
- статистическим усреднением рождения «удачливых» и «неудачливых» осцилляторов по направлениям фазового пространства во множестве эффектов поляризаций.
Статистика особенностей являются внутренним свойством не наблюдаемой среды (ФВ) и не зависит от динамики материальных частиц, но динамика частиц, т.е. импульс (скорость) способна оказывать влияние на принцип наименьшего действия, как эволюционного способа отбора осцилляторов для взаимопревращения.
Например, если нам гипотетически удастся приготовить начальное состояние полного «покоя» частицы с энергией mс2, то с учетом первой особенности, в соответствии принципом наименьшего действия, частица проведет взаимодействие с античастицей из «удачливого» осциллятора из-за его более близкого пространственного рождения, в сравнении с остальными полевыми диполями, возникшими при поляризации. Более близкое пространственное рождение характеризуется не большим сокращением времени Δt существования осциллятора, что эквивалентно сокращению времени потенциала взаимодействия систем. В соответствии с (1), это означает, что энергия возникающей «новой» частицы будет близка к значению энергии покоя mс2, но несколько превысит это теоретическое значение. Следовательно, у рожденной «новой» материальной частицы появился не существенный импульс (скорость). Это естественным образом интерпретирует следствие, вытекающее из соотношения неопределенности о невозможности полного «покоя» частиц, так как частица в квантовой механике никогда не может находиться в состоянии полного «покоя». В последующих актах взаимопревращения статистическая дисперсия интенсивности приближения «удачливых» осцилляторов всякий раз будет порождать не значительный разброс скорости, от характерного среднего значения, у возникающих «новых» частиц. Накладывая на взаимодействие с «удачливыми» осцилляторами вторую статистическую особенность, с учетом пространственного сдвига у возникающих «новых» частиц (координатное развитие), «новые» частицы совершают множественные хаотические (случайные) скачки в фазовом пространстве на расстояниях порядка комптоновской длины волны. Такой процесс будет соответствовать цепям Маркова (эффектам без памяти), когда возникающая «новая» частица всякий раз забывает предшествующее координатное развитие «пространственный сдвиг» уничтоженной, а ее энергия близка к значению mс2, но превышает это теоретическое значение на исчезающе малую величину. На понятном языке это означает, что частица, находясь в состояниях «теперь», испустив веерно фотоны, априори не знает в каком пространственном направлении будет случайно рожден «удачливый» осциллятор в поляризации, а значит, в каком направлении фазового пространства произойдет координатное развитие возникающей «новой» частицы. В этом смысле стохастичность вакуумных флуктуаций изменяет классические представления о причинности, (непрерывности траекторий) и вводит случайность в координатное развитие. Но в силу статистического усреднения рождения «удачливых» осцилляторов по направлениям фазового пространства, во множестве эффектов поляризаций, частица проводит взаимопревращения в пределах области фазового пространства с линейными размерами порядка комптоновской длины волны. В пределах этого пространства частицу можно рассматривать не как точечный объект, а пакет состояний имеющий групповую скорость (скорость центра тяжести пакета) и пространственную размерность. Пакет не имеет определенного значения импульса, а характеризуется лишь его средним значением.
С появлением динамики ситуация меняется. Частица в периоды, называемые «теперь», испустив веерно фотоны, сама детерминированным образом под действием импульса, перемещается в шлейфе испущенных фотонов, создавая динамическое приближение к центрам масс полевых осцилляторов, которые будут рождены в области направления имеющейся в данный момент скорости. Динамическое приближение, в зависимости от значения скорости, может создавать конкуренцию приближению, которое возникает за счет случайного процесса рождения «удачливых» осцилляторов или доминировать над ним. Это приводит к удивительной согласованности динамики и функционального пространства, проявляющееся как в увеличении упорядоченности в трансляции (координатном развитии) у «новых» части, так и выполнении фундаментального принципа – сохранения энергии.
Учитывая сферически симметричное рождение осцилляторов в поляризациях динамическое приближение, в так называемые периоды «теперь» в каждом отдельном акте взаимопревращения, нарушает пространственную симметрию. Асимметрия выделяет область пространства, в котором событие взаимодействия, на основе принципа наименьшего действия, становится более вероятным, поскольку флуктуационное приближение «удачливых» осцилляторов в других пространственных областях не способно конкурировать с динамическим приближением создаваемое скоростью. В соответствии с принципом наименьшего действия, они выводятся из игры. В тоже время, случайное приближение «удачливых» или удаление «неудачливых» осцилляторов, рожденных областях направления скорости, способно незначительно корректировать динамическое приближение, т.е. изменять его в большую или меньшую сторону, что сказывается на времени существования вступающего во взаимодействие осциллятора Δt. По этой причине, всякий раз возникающие «новые» частицы при взаимопревращениях только в среднем обладают энергией уничтоженных, состоящей из энергии «покоя» и кинетической энергии.
Как отмечалось, рост скорости (импульса) увеличивает динамическое приближение, сокращая время потенциала взаимодействия систем, т.е. время существования осциллятора, вступающего во взаимодействие Δt, в актах поляризации. В соответствии с (1), это сопровождается увеличением энергии осциллятора, вступающего в электромагнитное взаимодействие, а значит, энергии возникающих «новых» частиц, т.е. обеспечивается выполнение закона сохранения энергии. При этом, как отмечалось ранее, сокращаются расстояния пространственных скачков (сдвигов) у возникающих «новых» частиц.
По мере достижения релятивистских скоростей, частица в периоды, называемые «теперь», детерминировано преодолевает в поляризациях практически всю комптоновскую длину волны и оказывается на бесконечно малых расстояниях к осцилляторам, рождающимся в направлении скорости. В результате, время потенциала взаимодействия систем, или одно и тоже, время существования осцилляторов Δt, вступающих во взаимодействие, сокращается до бесконечно малых значений. На основании (1), энергия осцилляторов, вступающих во взаимодействие бесконечно большая, а значит, бесконечно большая энергия у возникающих «новых» частиц. При этом пространственные сдвиги бесконечно малы.
Таким образом, рост динамики осуществляет переход к «немарковским» эффектам, (эффектам памяти системы о своем предшествующем развитии), когда направление координатного развития «новых» частиц становится все более предсказуемым, поскольку зависит от предыстории (значения импульса) уничтоженных. Например, при ультрарелятивистской скорости траектория частиц будет представлять практически прямую, состоящую из участков порядка комптоновской длины волны, преодолеваемых частицами в так называемые периоды «теперь», разделенных бесконечно малыми интервалами, обусловленных пространственными сдвигами (скачками) у возникающих «новых» частиц.
Как видим, кинематика взаимопревращений согласуется с гипотезой де Бройля и позволяет интерпретировать выводы квантовой механики об усилении корпускулярных свойств частиц при больших скоростях и уменьшении расплывания. Усиление корпускулярных свойств по мере увеличения скорости частиц обусловлено тем, что в периоды «теперь», частицы преодолевают больший интервал комптоновской длины волны в каждом акте взаимопревращения.
Необходимо признать, что «покой» с полной стохастичностью и ультрарелятивизм с классическим детерминизмом крайне экзотические состояния. Истинный мир лежит между этими граничными условиями и обусловлен не прекращающимися электромагнитными взаимодействиями с не наблюдаемой средой, за счет которого обеспечивается функционирование наблюдаемого материального микромира.
Подтверждением этому служит возможность интерпретации самой большой проблемы теоретической физики. Постоянной тонкой структуры α = 1/137,035999, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия в рамках модели атома Бора, и введенной А. Зоммерфельдом в 1916 г. Выдающийся физик теоретик Р. Фейнман назвал ее «одной из величайших проклятых тайн физики: магическое число, которое приходит к нам без какого-либо понимания его человеком».
Модель дискретного функционирования микромира показывает, что акты взаимопревращения осуществляется в пределах комптоновской длины волны частиц, для электрона комптоновская длина волны Lк = 2,4263102367 10-12м. Используя значение боровского радиуса орбиты Rб = 5,2917720859 10-11м и числа p = 3,14159265325 (ограничимся точностью в десять знаков) определим число взаимопревращений электрона на нижней орбите: 2 p Rб / Lк = 137,0359985922. Полученное значение характеризует число взаимопревращений электрона на первой стационарной орбите, следовательно, является безразмерной величиной. Обратное значение данной величины соответствует постоянной тонкой структуры α. Точность совпадения высока, в сравнении с значением, полученным в настоящее время - 137,035999710 и не может быть случайной. В связи с этим появляется реальная возможность физической интерпретации фундаментального параметра тонкой структуры, отражающего сущность элементарных частиц, не отдельно от них, а как неразрывного глубинного свойства материального мира и ненаблюдаемой материальной среды.
Дискретное функционирование микромира указывает на тесную взаимосвязь барионной материи и виртуальной реальности. Без виртуальной материальной среды существование Вселенной и наблюдателей под большим вопросом. В этой связи уместны слова физика теоретика: «Вакуум не пуст, он наполнен глубоким физическим смыслом».