СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Теоретическая физика ВАКУУМ

ВАКУУМ

© Бииоф (псевдоним)

Контакт с автором: beeoffpsi@netscape.net

 
1. Физический Вакуум
 
Когда Дирак получил релятивистское волновое уравнение для электрона, i γ μ μ Ψ = , где Ψ волновая функция, а m - масса покоя частицы, оказалось, что существует два решения этого уравнения в пространственно-временном континууме: величина проекции скорости на ту или иную пространственную координату равна V x = V y = V z = C , или V x = V y = V z = 0 . То есть, измеренная компонента скорости электрона должна была бы быть равной скорости света или нулю. Но, согласно Специальной теории относительности, решение V x = V y = V z = C невозможно для объектов обладающих ненулевой массой покоя - это привело бы к решению, дающему бесконечную энергию электрона. Кроме того, у таких объектов на практике измеряется весь спектр скоростей, но строго меньших скорости света. Эти два фактора заставили искать приемлемое объяснение полученному решению. В конечном итоге родилось представление о флуктуирующем электроне, вектор результирующей скорости которого становился равным регистрируемой V . А чтобы избавиться от сингулярных решений был сделан переход в импульсное пространство, где, по определению, используются интегральные скорости, которые регистрируются в эксперименте.
Второй неожиданностью стало решение, которое говорило о возможности существования отрицательных значений кинетической энергии (энергии движения) для электрона. Это привело к выводу о существовании нового сорта частиц, имеющих массу электрона, но противоположный по знаку электрический заряд. Такие частицы были названы позитронами. Проблему существования отрицательных кинетических энергий пришлось решить, введя представление о том, что почти все состояния с отрицательной энергией заняты электронами, распределенными с бесконечной плотностью. Решения уравнения Дирака с замечательной точностью совпадают с результатами известных экспериментов.
Так было заложено начальное представление о Физическом Вакууме (ФВ) как физической среде, ничего общего не имеющей с абсолютной пустотой: "Абсолютный вакуум есть область, в которой все состояния с положительной энергией свободны, а все состояния с отрицательной энергией заняты". Для некоторых исследователей термин "Физический Вакуум", при рассуждениях, выходящих за рамки академической физики, заменил такие понятия как "Фундаментальная материя", "Эфир", "Универсум", "Праматерия". Это произошло в связи с тем, что мыслители ясно - кто интуитивно, а кто осознанно - понимали отсутствие альтернативы физическому единству Мира, представления о котором в философской мысли далеко опередили развитие физики. Это вечная ситуация: те, кто размышляют, всегда опережают тех, кто делает (хотя и те и другие нередко персонифицированы в одном и том же лице).
В дальнейшем, будем использовать термин "Физический Вакуум", предельно расширяя именно материальное понимание его в общемировоззренческом смысле, а именно:
Физический Вакуум - это материальная среда, проявлением свойств которой является наблюдаемый нами мир.
Известно, что Дирак в последние годы своей творческой активности интенсивно пытался осмыслить "какими" и "чего" характеристиками являются так называемые Планковские кванты времени, длины и массы. Перефразируя, можно задаться вопросами: "что такое время? четырехмерность пространства событий? детерминирован ли мир? какие свойства материи предопределяют существование неравенства Гейзенберга? - и проч.
Ниже изложен в упрощенном виде сценарий процедуры разделения во времени и пространстве корпускулярно-волновых свойств микрообъектов и некоторые вытекающие из этого следствия. Дабы предупредить читателя, не любящего анализировать "оторванные" гипотезы, оговоримся, что везде по тексту полагается существование "виртуального" наблюдателя с которым связана "виртуальная" абсолютная система отсчета и для которого, по крайней мере абстрактно, существует пространственно-временной континуум и мгновенное знание полного объема информации о любых событиях в любой точке пространства.

2. Время: Движение

Предваряя изложение, необходимо дать определение того, что названо микрообъектом:
Объект, которому присущи как волновые так и корпускулярные свойства, называем микрообъектом.
Пусть процесс равномерного движения микрообъекта в не возмущенном трехмерном евклидовом пространстве характеризуется поочередной реализацией состояний "покоя" и состояний "движения". Пусть состояние покоя и состояние движения характеризуются конечным числом элементарных (неделимых для объекта) временных длительностей - актов. То есть, рассмотрим дискретный пространственно-временной мир событий. Пространственная характеристика одного акта состояния движения выступает в роли кванта длины, L ; в роли кванта времени, τ , выступает длительность одного акта состояния покоя,
τ r, или же длительность одного акта состояния движения, τ m, причем:
τ = τ r = τ m, и L / τ = C, (1)
где C - скорость света.
Положим, что время и пространство в любой движущейся инерциальной системе отсчета (далее, - просто "система отсчета") масштабировано величинами τ и L , т.е. за единицу времени и длины приняты квант времени и длины. Чтобы реализовать в любой абсолютной системе отсчета движущемуся микрообъекту ту или иную скорость 0 < V < C , этот объект должен находиться в течение одного состояния покоя r ≥ 1 единичных актов состояния покоя, то есть r ≥ 1 квантов времени, где r = 1,2,…,R и микрообъект должен находиться в течение одного состояния движения m ≥ 1 единичных актов состояния движения, т.е. m ≥1 квантов времени, где m = 1,2,…,M. Чередуя состояния покоя и состояния движения, объект перемещается с какой-то результирующей скоростью V в пространстве относительно абсолютной системы отсчета:
V = ∑ L / (∑ τr + ∑ τ m )
Далее, пусть в однородном и изотропном трехмерном евклидовом пространстве существуют неподвижная система отсчета K , связанная с абсолютным наблюдателем, и движущаяся относительно нее с интегральной скоростью V система отсчета K ', связанная с движущимся микрообъектом и отражающая все кинематические свойства этого объекта. Время в неподвижной системе для абсолютного наблюдателя, связанного с этой системой отсчета, течет непрерывно и равномерно. Процесс движения в пространстве системы K ' характеризуется поочередной реализацией относительно системы отсчета K состояний покоя и состояний движения. Сигнал в системе K ' может быть излучен только в момент состояния покоя и наблюдатель в этой системе регистрирует приход сигнала также только в состоянии покоя. В силу однородности и изотропности пространства, а также в силу того, что на выделенную систему отсчета K наложено только одно требование - система не испытывает перемещения в пространстве - следует, что любое пространственное положение и любая пространственная ориентация системы K являются полноправными. Поэтому, для удобства, определим взаимно однозначное соответствие используемых систем отсчета K и
K ' следующим образом:
1. Ось X неподвижной системы отсчета K совпадает с осью X' системы отсчета K ', движущейся по отношению к K с результирующей скоростью V < C , а оси Y и Z параллельны соответственно Y ' и Z'.
2. Всегда существует в истории описываемого события такой момент времени, принимаемый начальным, равным нулю, когда начала систем отсчета K и K' совпадают.
Согласно формуле (1), так как скорость L / τ конечна и, что является определяющим, единственна - мы для корректного описания событий должны ввести четвертую координатную ось, которая должна быть масштабирована в тех же единицах, что и остальные три, а также должна зафиксировать единственно действительную скорость - скорость фундаментальных взаимодействий - C. То есть, мы должны проделать процедуру, которая позволила бы установить взаимно однозначное соответствие между пространственными и временными характеристиками описываемого события в различных системах отсчета. В этом не было бы необходимости, если бы C = ∞ . Ясно, что такая процедура введения четвертой координатной оси не является обязательной, но она, как известно, существенно упрощает математический язык описания событий. Таким образом, четвертой координатной осью будет ось Ct . В случае движущегося в пространстве наблюдателя, четвертой будет ось Ct' , где t' - время события в системе K '. В качестве единичного масштаба длины, в случае четвертой координатной оси, выступает квант длины L, аналогично остальным трем координатным осям. Так как рассматриваемое пространство является трехмерным, то оси Ct (Ct ') мнимые. То есть, единичный орт, соответствующий оси Ct ( Ct '), должен быть мнимоединичным. Соответственно, при определении пространственно-временных соотношений между системами K и K' мы должны использовать геометрию четырехмерного псевдоевклидового пространства. Этим мы выбираем язык описания. Очевидно, что от выбора языка, геометрия реального пространства не изменится.
Пусть в момент совпадения начал O и O' систем отсчета K и K' из O испускается сигнал, распространяющийся со скоростью света. Для этого явления в системе K существует определенная зависимость: X 2 + Y 2 +Z 2 = C 2 t 2. Для наблюдателя в К промежуток времени между моментом испускания сигнала и моментом прихода его в определенную точку M ( X,Y,Z ) можно представить как сумму времен покоя K' , (Δ t r ), и сумму времен движения K' , (Δ t m ):
Δ t = Δtr + Δ t m
Так как наблюдатель в K' регистрирует информацию только в состоянии покоя, то в K' будет зарегистрировано
Δ t' = Δ tr . (2)
Для наблюдателя в K расстояние пройденное системой K' будет
V Δt = C Δ tm. (3)
Квадрат интервала для события V Δt = C Δt m будет
S 2 = C 2Δt 2 - C 2Δtm 2 . (4)
Интервалом для этого события является расстояние, пройденное сигналом за время Δtr и равное C Δ tr. Подставим это значение вместо S в (4):
C 2 Δtr2 = C 2 Δt 2 - C 2Δ t m 2 . (5)
Учитывая (2) и (3), полученное уравнение (5) перепишется следующим образом:
C 2Δt' 2 = C 2 Δ t 2 - V 2 Δ t 2 .
Откуда
Δt' = Δt (1 - V 2 / C 2 ) 1/2 .
Так как не был изменен постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света, а также не был изменен и постулат Галилея о равноправии всех инерциальных систем отсчета, далее следуют пространственно-временные преобразования Лоренца. Но они будут описывать пространственно-временные соотношения между системами отсчета, согласно введенной модели дискретного движения микрообъектов, обладающих ненулевой массой покоя.

3. Информация: Детерминированность
 
В рамках принятой дискретной модели движения, состояние покоя является состоянием проявления свойств собственно объекта, например электрона. Состояние же движения со скоростью С должно быть волновым процессом и описывается как
ε = ħν. (6)
То есть, процесс движения микрообъекта в пространстве характеризуется поочередной реализацией двух качественно разных состояний - собственно объект (состояние "покоя") и волновой процесс (состояние "движения" со скоростью света). Сказанное является отражением корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов. Групповая скорость волнового состояния не будет средней скоростью передвижения микрообъекта в пространстве, в отличие от волны де Бройля, так как уравнение (6) записано только для волны, которая распространяется со скоростью света. Если же возьмем на каком-то отрезке результирующую скорость этого процесса, то получим измеряемую в эксперименте скорость V. В таком случае, волновая функция, Ψ, описывающая состояние микрообъекта, будет функцией, которая отражает "мгновенный" процесс в Физическом Вакууме переноса информации о том "где", "когда" и "какой" микрообъект должен локализоваться в своем состоянии покоя . В связи с этим уместно напомнить о парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена и положительных результатах опытов, начиная с эксперимента Аспекта во Франции, по проверке следствий этого парадокса [1] .
В физике существуют параметры, которые отражают фундаментальные свойства Физического Вакуума: ħ - постоянная Планка, С - скорость света и γ - гравитационная постоянная. Известно, что комбинация этих постоянных дает нам значения длины, времени и массы, которые примем за соответствующие кванты:
L = (2γħ / C 3) ½ ≈ 10 -33 см, (7)
τ = L / C ≈ 10 -43 сек, (8)
m* = ( / 2γ)½ ≈ 10 -5 г. (9)
Если интерпретация квантов длины и времени очевидна, то смысл кванта массы необходимо установить. Воспользуемся релятивистским уравнением для энергии
E 2 = P 2C 2 + m 02 C 4 . (10)
В нашем случае, произведение m 0 2C 4 является квадратом энергии микрообъекта в состоянии покоя, т.е. собственно объекта, а член P 2C 2 является квадратом энергии волнового процесса, где P - импульс. Поэтому, для волнового состояния следует ħ ν = PC . Подставляя вместо λ = С / ν квант длины, как наименьшее возможное λ , получим
P = ħν / C = ħ/L = ħ / (2 γ ħ / C 3 ) ½ = C ( C ħ / 2 γ ) ½ = m * C .
Таким образом квант массы характеризует максимально возможное значение энергии для волнового состояния микрообъекта: ε max = ħν max = m*C 2 .
Далее, для одного акта состояния движения можно записать
ΔEΔt = ħν(L / C ) = ħ ( C/λ)(L / C ) = ħ ( C / λ)( λ / C ) = ħ ,
т.е., для одного акта состояния движения
ΔEΔt = ħ. (11)
Таким образом, для волнового состояния и для микрообъектов с нулевой массой покоя (кванты электромагнитного поля) выполняется строгое равенство (11), что, впрочем, с очевидностью следует из принятой дискретной модели движения, если определять ее параметры посредством уравнений (7, 8, 9). Наконец, учитывая уравнения (10) и (11), приходим к неравенству Гейзенберга,
ΔEΔt > ħ,
для микрообъектов с ненулевой массой покоя.
Как видим, в вышеизложенном случае не требуется введения вероятностных представлений для вывода неравенства Гейзенберга так как сама исходная модель также их не содержит. Можно предположить, что в реальности вероятность появляется на более низком уровне, так как невозможно описать событие с учетом всех факторов воздействия на микрообъект. Действительно, малость величин квантов длины и времени говорят в пользу этого предположения. В этом месте уместно вспомнить свидетельство Дж. А. Уилера о несогласии Эйнштейна с вероятностным принципом в квантовой теории, как исходном свойстве природы: “Бог жребий не бросает”. Если наблюдаемый нами мир является проявлением свойств Физического Вакуума, то какова же энергетическая и информационная емкости Физического Вакуума? Величина кванта массы позволяет сделать формальную оценку количества энергии, содержащейся в кубическом сантиметре Физического Вакуума. Так как величине m* = 10 -5 г соответствует в пределе величина L = 10 -33 см, то энергетическая емкость одного кубического сантиметра ФВ, выраженная в единицах массы, будет ~ 10 95 г/см 3 . Ясно, что это формальная величина, но ясно, также, что она качественно отражает реальность. Какова же информационная емкость одного кубического сантиметра ФВ? Если за единицу взять ln 2, то полученное число увеличится еще на порядок. Таким образом, энергетическая и информационная емкости ФВ более чем достаточны для того, чтобы осуществить Большой Взрыв Гамова и родить ~10­­80 элементарных частиц, составляющих наблюдаемый нами Мир.
Скорость света использовалась выше как для построения дискретной модели движения так и, вместе с Планковской и гравитационной постоянными, для оценки энергетической и информационной емкости ФВ. Можно определить, что, в рамках излагаемой философской концепции, наблюдаемый нами мир - это Мир, неотъемлемым свойством которого является осуществление переноса (передачи) энергии только со скоростью света . Наш мир - это мир только одной скорости - скорости света. Все остальные скорости являются результатом экспериментального осреднения состояний покоя и состояний движения со скоростью света микрообъектов. Для наглядности можно провести некую аналогию с атомом. Атом имеет основное, не возбужденное состояние, а также строго определенные энергетические состояния возбуждения. Аналогично, ФВ имеет основное состояние (отсутствие каких либо возмущений), к которому и привязываем так называемую абсолютную систему отсчета, а также энергетическое состояние, которое соответствует скорости взаимодействия равной скорости света. Это и есть наш Мир. Существуют ли другие фундаментальные скорости в ФВ, аналогичные скорости света? То есть, существуют ли другие миры параллельные нашему, неотъемлемым свойством которых является присутствие фундаментальных скоростей отличных как от скорости света так и друг от друга? Вопрос не является абсурдным, так как при наличии разных избранных скоростей фундаментальных взаимодействий для разных миров эти миры не будут взаимодействовать друг с другом. Они не будут видеть друг друга. Нечто аналогичное - только иллюстративно - мы наблюдаем при пересечении двух достаточно слабых пучков света (не искривляющих пространство ФВ) - они не взаимодействуют. Но такие миры должны быть видны по их гравитационному проявлению. Поэтому возможно предположение, что "скрытая" масса во Вселенной является именно этими мирами. Долю скрытой массы во Вселенной астрофизики оценивают до 90-95%. В окрестностях Солнца доля скрытой массы около 20%.
Важно упомянуть о кругообороте материи (ФВ:вещество:ФВ ) в рамках изложенной философской концепции: В том случае, если объект достигнет радиуса Шварцшильда, время жизни его будет - радиус, деленный на скорость света. То есть, время жизни "черной дыры" будет конечным. Произойдет возвращение вещества в исходное состояние материи - Физический Вакуум. Закон сохранения энергии остается незыблемым.

[1] Для основной массы читателей суть парадокса поясним на таком примере: Два гамма кванта, рожденные в одном и том же событии (например, при аннигиляции частицы и античастицы), в любой момент времени "знают" об изменении свойств друг у друга. Причем, так как описывает поведение рожденных в процессе аннигиляции квантов одна и та же волновая функция состояния, то в рамках математического формализма квантовой механики передача информации происходит мгновенно. Говорить о "передаче информации" приходится, чтобы не нарушить принцип причинности, который постулируется.
Дата публикации: 24 марта 2003
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.