СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Развитие науки и научная мысль ВИДЕН ЛИ КОНЕЦ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ ?

ВИДЕН ЛИ КОНЕЦ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ ?

© Александр Климец

Написать автору: aklimets@mail.ru

Среди ученых давно ведется полемика о том, наступит ли конец теоретической физики или же прогресс в познании природы вглубь будет продолжаться бесконечно? Я в этой заметке хочу показать, что современная физика уже подошла к последнему своему рубежу. Случилось это тогда, когда в начале 2000 года в журнале "FIZIKA" (Загреб) была опубликована моя статья [1] ( ее можно прочитать по указанной сноске на русском языке и в формате PDF).

Для более полного понимания этого утверждения я по ходу изложения перескажу упрощенную версию опубликованной статьи. Но сначала определимся, что означают слова "конец физики"? А означают они то, что в физике существует рубеж, последняя граница, за которой фундаментальная физика прекращает свое существование как наука. Ведь физика и по сей день все еще остается одной из самых фундаментальных наук о природе (наряду с биологией). Все остальные науки (механика, химия, космология, электроника и др.) строятся на ее основе и не могут считаться фундаментальными отраслями науки. Теперь же мы уверенно можем утверждать, что рубеж, за которым фундаментальная физика перестает существовать, является планковским рубежом.

Предположим, вы решили самостоятельно исследовать микромир. Что для этого необходимо? Чем меньший масштаб явлений вы хотите исследовать, тем энергичнее должны быть "снаряды" для такого исследования - протоны, электроны, фотоны и т.п. В микромире между масштабом исследуемых явлений и требуемой энергией "снарядов" существует обратно пропорциональная зависимость. И в настоящее время наименьший масштаб, достигнутый при исследовании микромира с помощью таких энергичных "снарядов", составляет 10- 20 см. Известно, что с помощью фундаментальных констант - скорости света с, постоянной Планка h и гравитационной постоянной k можно составить выражение с размерностью длины - так называемую планковскую длину h* k /c3 = 10 - 33 см.. Предполагается, что эта длина является наименьшей из всех возможных длин, а далее пространство и время квантуются, дробятся на некие неделимые части. Однако все это до последнего времени было чистым предположением, спекуляцией. Ведь между расстоянием 10 - 20 см и 10 - 33 см лежит огромная неисследованная область энергий. И, казалось бы, нет никакой теоретической основы (например, не построена квантовая теория гравитации) для утверждения о том, что планковская длина является наименьшей длиной. Да и почему, собственно, эту длину нельзя делить дальше, на еще более мелкие части? Ответ на этот вопрос и содержится в вышеуказанной статье. А первоначальная идея является довольно простой. Представьте себе, что вы с помощью какого-то генератора можете порождать фотоны - безмассовые частицы, с любой энергией. Вопрос в том, можно ли увеличивать энергию фотонов до бесконечности? Казалось бы, ничто этому не мешает. Принципиальных запретов нет. Но проанализируем эту ситуацию более тщательно. Согласно общей теории относительности, любая форма энергии, в том числе энергия безмассовых фотонов, просто обязана генерировать гравитационное поле. И чем больше энергия фотона, тем более мощное гравитационное поле им генерируется. Но из школьной физики мы знаем, что фотон обладает кинетической энергией Е кин = Р * с , где Р - импульс фотона, а с - его скорость. Эта энергия является положительной величиной. Гравитационное же поле фотона связано с его потенциальной энергией, как и гравитационное поле любого массивного объекта и она является величиной отрицательной. Раньше эта энергия просто игнорировалась. И зря. Найдем, чему равна потенциальная энергия фотона? Будем действовать по аналогии с потенциальной энергией массивных частиц.

Для однородного массивного шара радиусом R его собственная гравитационная энергия находится из уравнения тяготения Ньютона и имеет вид

E пот = - k * M * M / R = - k * M 2 / R…………………….(1)

где k - гравитационная постоянная, М - масса шара, R - его радиус.

Но у фотона массы нет. Для фотона в уравнение (1) вместо величины массы М нужно подставить величину импульса фотона, деленного на скорость света, то есть Р / c.

Тогда собственная гравитационная энергия фотона примет следующий вид

E пот = - k * P 2 / (c2 * R)…………………….(2)

где R необходимо сопоставить с длиной волны фотона. Полная же энергия фотона равна сумме кинетической и потенциальной энергий и имеет следующий вид

E = E кин + E пот = P * c - k * P 2 / (c2 * R) = P * c ( 1 - k * P / (c3 * R)………………(3)

В последнем выражении в (3) величина k * P / c3 представляет собой ни что иное, как гравитационный радиус фотона.

В более точном выражении для полной энергии фотона необходимо учитывать его орбитальный и спиновой моменты, а также эффекты, возникающие в общей теории относительности. Однако здесь мы в целях упрощения изложения не станем приводить точные формулы для полной энергии фотона. Это не повлияет существенно на окончательные выводы.

Как теперь приближенно рассмотреть уравнение (3) для полной энергии фотона с точки зрения квантовой теории, то есть в микромире? Чтобы использовать уравнение (3) в квантовой теории, будем рассматривать величины P и R , входящие в него, с помощью соотношения неопределенностей Гейзенберга как неопределенности импульса и координаты. Согласно соотношению неопределенностей, эти величины связаны друг с другом. Положим, что P * R = h, где h - постоянная Планка. Используя это соотношение, найдем из (3) зависимость E (R)

E (R) = h * c / R - h2 * k / (c2 * R3 ) = ( h * c / R) * ( 1 - l пл2 / R2 ) ………………(4)

где l пл - фундаментальная планковская длина, равная (h * k / c3 )1/2 = 10 - 33 см.

Если на основании уравнения (4) построить график функции E (R), то максимальная энергия, которую сможет достичь фотон, окажется равной планковской энергии E пл = 1019 ГэВ, при этом длина волны фотона будет почти сопоставима с планковской длиной. Если импульс фотона увеличивать и далее, то его полная энергия начнет уменьшаться за счет преобладания отрицательной гравитационной составляющей полной энергии фотона, которая до этого момента не играла существенной роли. При длине волны фотона равной планковской длине его полная энергия становится равной нулю и фотон уходит под свой собственный горизонт событий, то есть коллапсирует и превращается в микроскопическую черную дыру с планковскими размерами и планковской массой. Таким образом, мы получили первый важный вывод : свет при планковской энергии коллапсирует.

Мы предполагаем, что именно такие микроскопические черные дыры с размером 10- 33 см и массой 10- 5 гр являются первокирпичиками весомой формы материи или истинно элементарными частицами. Связанные системы из нескольких таких частиц в результате дефекта масс могут обладать любой наблюдаемой массой, вплоть до нулевой.

Нетрудно видеть, что все наши рассуждения справедливы не только для фотонов, но и для любых других ультрарелятивистских частиц, обладающих массой. Следовательно, при планковской энергии вся физическая материя должна находиться в чернодырном состоянии.

Итак, чтобы "прощупать" сверхмалые расстояния, нужны высокоэнергичные кванты энергии. Но мы обнаружили, что при планковской энергии 1019 ГэВ все такие кванты неизбежно превращаются в микроскопические планковские черные дыры (коллапсируют). Следовательно, при такой энергии в природе вообще больше не существует инструментария для исследования расстояний, меньших l пл = 10 - 33 см. И мы приходим ко второму важному выводу : представление о расстояниях, меньших l пл = 10 - 33 см, то есть вне пределов их возможной физической верификации, беспредметно.

Но возможно ли проводить исследования и на этом основании делать теоретические заключения о физике за планковским пределом, если в природе в принципе не существует инструментов для подобных исследований. Конечно же, нет. И мы приходим к третьему важному выводу : никакой физики за планковским пределом, в масштабе l пл = 10 - 33 см и при энергии 10 19 ГэВ , в природе не существует. Таким образом, именно здесь фундаментальная физика и заканчивает свое существование.

Литература:

1. FIZIKA B (Zagreb) 9 (2000) 1, 23-42

Дата публикации: 30 июля 2001
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.