Теория первичного поля

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 517.958

Теория первичного поля

Рудый Л.А.



Раздел 1. Теория первичного поля. Динамика поля

энергия поле пространство максвелл

"Ни одно электромагнитное явление не противоречит предположению о том, что оно определяется чисто динамическим действием". Максвелл. Трактат, т. 1. с. 11.

"Задача, которая ставится настоящей работой, - двойная. Во-первых, так сформулировать принцип сохранения энергии, чтобы он включал в себя принцип противодействия. Во-вторых, показать, что объединенные таким образом принципы сохранения энергии и противодействия в состоянии дать такое же общее обоснование механики, как и ньютоновские аксиомы". И. Шютц, 1897. [13, с. 89]

Что такое первичное поле. В статье "Притяжение" Максвелл делает вывод, что поле есть вполне самостоятельная несводимая к механической физическая реальность. Плодотворность идеи Максвелла в том, что она указывает на возможность локализации энергии в пространстве, лишенном "обычной материи". Очевидное логическое продолжение этих представлений - возможность распространения энергии в пространстве.

Теория Первичного Поля (ТПП) реализует идею Максвелла в форме, невозможной в 19 веке. Это пространство, созданное Минковским, (4-мерное псевдоэвклидовое) и энергия расширяется до 4-х вектора импульса-энергии.

Затем, новейшее развитие физики - диссипативные структуры ( после солитонов) - позволило рассматривать поле в 8 -мерном фазовом пространстве QTPH (Синг), создав для этой цели в ТПП новую физическую структуру - диадный тензор.Так как теория поля Максвелла реализует теорию потенциала (Максвелл), то новая физика в расширенном фазовом пространстве QTPH с диадным тензором становится альтернативной к старой, основанной на теории потенциала. …. заменяет сразу два тензора электродинамики Максвелла (поля и энергии-импульса); электродинамика реформируется, полевые переменные имеют механический смысл (электротоническое состояние), понятие заряда на этом 1-м уровне отсутствует вовсе, а с ним исчезают понятия напряженностей. Эта реформация касается только теории поля и не затрагивает электродинамику. Например, монополь Дирака не мог избавиться от нитей (топология не в счет), а за рамками теории потенциала приобрел понятную и полезную реальность (см. ст. автора).

Теория Первичного Поля разрушила многовековую идею Единства физики, т.к. теория физики имеет многоуровневую структуру, со своими моделями и теоретическими методами. Эта ложная идея (геометризация физики, стандартная модель, большое объединение и т.д.) загубила значительную часть материальных и интеллектуальных ресурсов нашей цивилизации.

Все выдающиеся ученые 19, 20 веков впустую тратили свой ресурс для достижения этой цели.

1. Эйнштейн вытеснял материальную точку из поля; ОТО Эйнштейна лишена им самим динамики; поэтому космология из ОТО не имеет смысла.

2. Единая теория элементарных частиц за 100 лет не улучшила понимание электрона, протона и т.д., нагромождая бессмысленные теории и бесполезные колайдеры (псевдо Хигс).

3. Фейман отказался от понятия поля в пользу теории прямого нечастичного взаимодействия, не поняв фиктивный характер поля в ТП.

4. Фарадей говорил, что он не может представить себе границу между частицей и окружающим ее полем.

5. ТПП построена на постулате, что в Природе нет соседства вещества и поля. Поэтому в ТПП поле в теории потенциала провозглашается фиктивным (но не лишенным практической пользы).

Мы настаиваем на новом мировоззрении: Первичной реальностью Космоса является импульс и энергия с их неотъемлемое свойство протяженность и длительность.

Эту реальность мы назвали Первичным полем. Мы открыли законы ПП:

Это превращение импульса и энергии ПП друг в друга.

Все законы ПП содержатся в инвариантах диадного тензора, а также вытекают из интегрального инварианта Пуанкаре-Картана, который становится на место прежнего вариационного принципа Гильберта - Нётер в соответствии с расширенным фазовым пространством PQ----PQTH.

Второй уровень организации Космоса составляют элементарные частицы и их взаимодействия - и это продукт Автоволновых процессов в ПП.

Теория АП разработана группой Колесова, Мищенко, Розова, Садовничего.

Третий уровень прикладной: Здесь снова можно применять ТПП, памятуя об условном смысле понятий. Здесь справедлива классическая механика (КМ). Модель ТПП и КМ не совместимы. Это объясняет все неудачи механических моделей классической электродинамики.

Общим началом стандартных теорий - квантовой механики, квантовой теории поля, общей теории относительности и других, более поздних - служат понятия массы или заряда и принцип соответствия с классикой.

Предлагаемая теория базируется на понятии двойного поля, названного первичным, так как оно служит предшественником частиц. Компоненты этого поля имеют смысл плотности энергии и импульса, а соответствие с классическими понятиями массы или заряда достигается переходом на следующий уровень организации реальности.

Поле может взаимодействовать только с полем. Поскольку заряд и масса - характеристики частицы, то напряженность не может быть характеристикой физического поля, даже если она является непрерывной функцией пространственных и временной координат.

В существующих теориях нет физического поля, они описывают взаимодействия - взаимодействия уровня частиц.

Поле несовместимо с зарядом или массой!

Цель предлагаемой теории изъять из существующих теорий проблему энергии поля и проблему собственных энергий частиц и дополнить их в этом.

Понятие эфира в данной работе не обсуждается.

1.1 Общий анализ полевых теорий

Образцом полевых теорий считается электродинамика: классическая и квантовая. Между ней и гравитацией существует аналогия [1, с. 61]

По отношению к этим первичным понятиям энергия и импульс поля считаются вторичными.

Работа Гейзенберга и Паули "К квантовой теории волновых полей" 1930 г. обозначила рубеж между классической и квантовой полевыми концепциями. Однако, в знаменитом обзоре 1941 г. [2, с. 9] Паули утверждал: "...необходимо помнить, что при заданных значениях интегралов энергии и импульса локализация энергии и импульса в пространстве определяется единственным образом лишь в гравитационной теории, в которой гравитационное поле придает тензору энергии - импульса непосредственный физический смысл".

Но единого мнения об энергии поля нет и сегодня.

Фаддеев [3, с. 435]: "Традиционный способ определения энергии и импульса в релятивистской теории поля основан на введении тензора энергии - импульса. Этот тензор определяется как вариация действия по отношению к внешнему гравитационному полю. Такой способ неприменим в случае, когда гравитационное поле само рассматривается как динамическая переменная, так как возникающий тензор тождественно исчезает в силу уравнения движения. В связи с этим в теории тяготения понятие энергии нуждается в дополнительном обсуждении". [3, с. 436]: "Полная энергия гравитационного поля и тяготеющей материи положительна и исчезает только в отсутствие материи и гравитационных волн, когда метрика совпадает с плоской метрикой Минковского.

Однако этот результат еще не вошел в монографии. Доказательство оказалось трудной задачей математической физики, которая была решена совсем недавно".

Логунов [4, с. 32]: "Не так давно в работе [68] (у нас [3]) появилось утверждение, что в ОТО на основе гамильтонова формализма удается решить проблему энергии импульса гравитационного поля. Однако ... это утверждение ошибочно и свидетельствует о недопонимании автором [68] существа проблемы".

Мицкевич [1, с. 107]: "Один из интересных вариантов 2-метризма - теория гравитации с минимальной связью [29] (у нас [4]), трактующая гравитационное поле как независимое тензорное поле, существующее на фоне плоского пространства-времени со своим метрическим тензором - совершенно в духе предложенных Розеном традиционных полевых позиций Максвелла и Нордстрема".

Удивительно, что при таком различии мнений все авторы следуют принципу соответствия с классикой и рассматривают статические решения, каждый для своей теории.

Еще более удивительно, что никто (даже, историк физики Визгин В.П.) не приняли во внимание высказывание самого Эйнштейна [5, с. 239]: "...принимаемая обычно локализация энергии (так же, как и количество движения электромагнитного поля) отнюдь не следует из уравнений Максвелла - Лоренца. Более того, можно указать, например, распределение энергии, согласующееся с этими уравнениями, которое в случае статических и стационарных состояний полностью совпадает с распределением, вытекающим из старой теории дальнодействия".



1.2 Тензор энергии - импульса

Шредингер [6, с. 110]: "Таким образом, для тех мест, где имеется материя, мы должны положить

(1)

Я предпочел бы, чтобы вы рассматривали эти равенства не как уравнения поля, а как определение тензора материи T. Точно так же, как и уравнение Лапласа ( divE = или ?V = 4) не сообщает нам ничего, кроме того, что мы говорим, что повсюду, где дивергенция Е отлична от нуля, имеется заряд, и называем divE плотностью заряда. Заряд не заставляет электрический вектор иметь ненулевую дивергенцию, он и есть эта ненулевая дивергенция. И таким же образом материя не заставляет отличаться от нуля геометрическую величину, образующую левую часть "вышеприведенного уравнения, она и есть этот ненулевой тензор, она им описывается". (Подчеркнуто Шредингером).

Это полностью соответствует представлениям Максвелла. Заряд, как самостоятельную сущность, ввел Лоренц и тем самым покончил с близкодействием Фарадея - Максвелла.

В дальнейшем все теоретики, включая Паули, следуют Лоренцу.

Прототипом всех законов сохранения является уравнение неразрывности, а прототипом тензоров энергии - импульса является тензор несвязанных масс.

Что особенно важно, введение тензора вместо скалярной характеристики материи абсолютно ничего не меняет в форме взаимодействия поля с веществом.

Эйнштейн [7, с. 236] ищет дифференциальные уравнения гравитационного поля как обобщение уравнения Пуассона, а в обобщении уравнения неразрывности (закон сохранения) появляется дополнительный член [7, с. 235]:

"Из сказанного выше можно предположить, что закон сохранения энергии - импульса имеет вид

(2)

Первые три из этих соотношений (у=1,2,3) выражают закон сохранения импульса, последнее (у =4) - закон сохранения энергии. Эти соотношения действительно оказываются ковариантными относительно произвольных преобразований.

...вторая сумма выражает влияние, гравитационного поля на материальный процесс".

Как раз против этого влияния и возражал Шредингер. Общепринятые представления о законах сохранения требуют, чтобы уравнения (2) приняли форму обычной дивергенции:

(3)

Эйнштейн назвал тензором энергии - натяжений гравитационного поля [7, с. 241].

Но проблема не решена и сегодня. Почему? Все ли дело в римановой геометрии (Логунов, [4, с. 9])? Обратимся снова к Шредингеру. Обсуждая общепринятое требование к тензору материи: его дивергенция должна обращаться в нуль, он делает замечание: "Это, таким образом, очень тривиальное, но тем не менее очень важное утверждение, имеющее чисто геометрическую природу; оно не имеет ничего общего с динамическим взаимодействием между частями жидкости или чем бы то ни было еще [6, с. 99]."

Итак, мы вынуждены констатировать - законы сохранения не содержат динамику. Для замкнутых систем 4- дивергенция тензора материи равна нулю, для незамкнутых - вектору и все равно ничего не говорит о внутренней динамике системы.

И принципы симметрии с теоремами Нетер и калибровочные концепции описывают динамику системы лишь внешним образом.

Согласно общим принципам стандартной теории поля каждое поле имеет свой лагранжиан и свой тензор энергии-импульса. Унифицированный подход Нетер ко всем полям и симметриям имеет своим следствием единую структуру всех величин. Поэтому [8, с. 40]:

"Отождествление величин, выступающих в теореме Нетер, с физическими величинами, известными из механики (энергия, импульс, момент импульса), равносильно систематизации этих величин. Такая систематизация базируется:

1) на аналогии с частной теорией относительности, где эти величины уже введены в теории поля;

2) на тех конкретных преобразованиях, которым эти величины соответствуют в теореме Нетер в пределе частной теории относительности...;

3) на "ранге" этих, хотя и не тензорных величин...".

Итак, логически мы пришли к необходимости проанализировать структуру тензора энергии - импульса в специальной теории относительности (СТО).

1.3 Специальная теория относительности

Паули [10, с. 17.7]: "…для дальнейших чисто феноменологических рассуждений природа тензора энергии импульса несущественна, важно только само его существование. ... Симметрия тензора энергии и импульса гарантируется сведением его к механическому и электромагнитному тензорам; раньше она устанавливалась с помощью специального постулата''.

Наиболее подробно специальная теория относительности - изложена у Толмена. Для нас существенно его замечание [9, с. 75]: "Возможно, следует подчеркнуть, что именно введение лоренцевых преобразований определяет существенные черты релятивистской механики непрерывных сред, поскольку уравнения движения (32.7) и уравнения непрерывности (33.2) будут справедливы также во всех системах координат и в ньютоновской механике, если использовать галилеевы преобразования вместо лоренцевых". Затем Толмен записывает под номерами (36.6) и (36.7) упомянутые уравнения через абсолютные натяжения Pij:

(4)

Далее он выписывает соответствующие этой системе тензоры энергии-импульса в собственной и произвольной системах координат и правило преобразования

:

(5)

В целях дальнейшего анализа подчеркнем, что структура и смысл этого тензора нисколько не меняются при переходе к общей теории относительности (ОТО), что следует из источников: Эйнштейн [7, с. 353], Толмен [9, с. 22 4].

Что же означает переход от (4) к (5) - переход к СТО.

"Наиболее эффектное новое свойство состоит в том, что три компоненты импульса являются в то же время компонентами потока энергии. Более глубокий смысл заключается в том, что энергия и масса представляют собой одно и то же [6, с. 101]." Но смысл каждой строки не изменился нисколько - это сумма пространственного и временного изменения одной и той же величины. Т.е., на самом деле сохранения нет. Привлекая предыдущее заключение - законы сохранения не содержат динамику - мы приходим к необходимости:

1) ввести двойное поле в один тензор;

2) закон сохранения для системы двух полей выразить как дивергенцию одного тензора;

3) изменить форму взаимодействия Ньютона - Кулона и отказаться от прежнего принципа соответствия.

Принцип соответствия встал на пути Эйнштейна к единой теории поля. В 1949 году в Автобиографических заметках он писал о теории электронов Лоренца: "Если посмотреть на эту фазу развития теории критически, то прежде всего бросается в глаза ее двойственность, состоящая в том, что материальная точка, в ньютоновском смысле, и поле как континуум употребляются рядом в качестве элементарных понятий. Кинетическая энергия и энергия поля представляются как принципиально разные вещи. Это кажется тем более неудовлетворительным, что, согласно теории Максвелла, магнитное поле движущегося электрического заряда представляло инерцию. Почему же не всю инерцию? Тогда имелась бы только энергия поля, и частица была бы лишь областью особенно большой плотности этой энергии поля. Тогда можно было бы надеяться, что понятие материальной точки вместе с уравнениями движения частицы может быть выведено из уравнений поля - и мешающая двойственность была бы устранена''.

Но Эйнштейн не принял во внимание, что в процессе вытеснения материальной точки из теории, признающей две реальности: вещество и поле, сущность полевых величин не меняется. Эти полевые величины не имеют самостоятельного существования.

Только отказ от принципа соответствия с ньютоновой механикой, т.е. отказ от материальной точки (от массы и от заряда как первичных понятий), открывает путь к теории физического поля.

1.4 Построение теории первичного поля (ТПП)

Введем в пространство Минковского 4-вектор энергии-импульса А, . С импульсом связано 3-векторное поле А, с энергией связано скалярное поле . Постулируем уравнения движения для этих полей:

(6)

где означает без суммирования, с условием

, (7)

которое выражает обмен энергией-импульсом между полями. Как видно из уравнений, каждое поле представляет собой неконсервативную систему, а сумма полей - систему консервативную. Поэтому к этой составной системе можно применить метод Лагранжа вместо введения диссипативной функции Релея для каждого поля. Уравнения (6) можно записать, пользуясь условием (7), как уравнения с взаимными источниками и [14, с. 158].

Система (6) - альтернатива системе Прока и превосходит ее наличием внутренних источников.

Уравнения (6) выражают закон сохранения для составной системы полей, для которой введен термин: двойное поле. Если ввести тензор энергии - импульса двойного поля, то уравнения (6) могут быть получены как дивергенция этого тензора.

Фрагмент волны подчиняется соотношениям де Бройля, но нет пакета, так как нет частицы на этом уровне. Волна (цилиндрическая или сферическая) всегда "монохроматична". Эффект твердого тела для поперечной цилиндрической волны создается затуханием А и кривизной [6, c. 218]. То же для сферической волновой системы первичного поля создает массу покоя.

Постулируем тензор энергии - импульса вместо постулата (6):

Поскольку он образован как прямое произведение двух 4-векторов (диадный тензор), то очевидна его релятивистская инвариантность. Для выяснения физического смысла удобно представить в форме:



Символами div, grad и обозначены компоненты этих величин.

След этого тензора К = divA +, как обычно, инвариант.

В общем случае тензор К не симметричен.

Для построения теории имеются две возможности:

1) Разложить К= F+ T нa антисимметричную и симметричную части, где 2 F= и 2T=

2) Постулироватъ для K симметрию или антисимметрию, исходя из предполагаемых свойств физической системы.

Как обычно, симметричный тензор соответствует безвихревому полю, а антисимметричный - бездивергентному полю.

Особенно подчеркнем, что у этого тензора нет нерелятивистского предела. Его пространственно-временные компоненты никогда не обращаются в нуль.

Самое интересное свойство тензора K:



- идентичен тензору электромагнитного поля [14]. Он антисимметричный и приводит к уравнениям, идентичным уравнениям Максвелла или Прока, но имеющим другое физическое содержание, как изложено выше. У первичного поля нет свойства калибровочной инвариантности, т.к. нет заряда в ТПП.

Возможно, так называемая "суперсимметрия" связана с разложением К= F+ T.

Принципиальное отличие новой формы закона сохранения от формы, рассмотренной в разделах 2-4, в том, что для замкнутой системы

а) (нет суммирования по ),

б) несмотря на неравенство нулю дивергенции тензора энергии-импульса никаких потоков энергии - импульса двойного поля через любую замкнутую поверхность за конечное время не существует в силу условия (7), хотя для каждого поля в отдельности они есть.

Для предложенной модели первичного поля существует аналогия: волновой импульс + стоксов перенос+ возвратное движение.

Релятивистская неинвариантность отдельных частей (A и ) двойного поля дает основу для принципа эквивалентности: фрагмент поля модели одной частицы в собственной системе отсчета воспринимается в другой системе отсчета как фрагмент поля модели другой частицы, согласно (6) и (7).

Пусть A - поле Киллинга, - кривизна [6, с. 218]. Тогда такая трактовка открывает путь к применению Римановой геометрии в полевых моделях элементарных частиц. Именно кривизна ответственна за единственность заряда. Образно говоря, форма потенциальной ямы не зависит от ее глубины.

Глубина ямы определяет массу покоя частицы, а неизменная для внешнего наблюдателя форма ямы определяет заряд. Предлагаемую модель можно подвергнуть анализу Б.С. де Витта [17], не углубляясь слишком в квантовую теорию поля. Следовательно, плоские полевые модели элементарных частиц невозможны.



Заключение

Сформулируем кратко в виде гипотез основные результаты, полученные в данной работе и укажем задачи, решение которых положено в основу второй части данной работы.

Гипотезы:

Гипотеза 1. Симметричный тензор Т представляет собой модель заряженной частицы в собственной системе отсчета.

Гипотеза 2. Антисимметричный тензор F есть модель фотона.

Гипотеза 3. В произвольной системе отсчета тензор К несимметричен и его расщепление К = Т + F1 + F2 + ... отображает излучение фотона заряженной частицей.

Гипотеза 4. Тензор Т является монополью Дирака.

Задачи:

Задача 1. Интегрируя систему (6) при выбранных начальных условиях, получить полную энергию заряженной частицы.

Задача 2. Задавая внешнее, поле , получить закон движения системы двойное поле - (заряженная частица) и на этом этапе получить стандартные понятия заряда и напряженности.

Задача 3. Получить взаимодействие двух частиц. Считаем поля А не взаимодействующими между собой, а поля складывающимися; А и - взаимные источники.

Задача 4. Разработать переход к квантовой теории, решая задачу на собственные значения для векторного волнового поля А в потенциальном поле для системы (6). Отсюда получить спектр масс. В ТПП масса - внутреннее свойство замкнутой волновой системы.

Задача 5. Изучить инверсию пространства и времени для системы (6). Получить зарядовое сопряжение.

с

Задача 6. Получить гравитацию как не скомпенсированность полей положительного и отрицательного зарядов.

Примечание 1. Тензор служит моделью нескольких явлений при изменении вариантности 4 - векторов и инверсиях.

Примечание 2. При наличии обмена энергией-импульсом между компонентами двойного поля невозможны бесконечности, и задачей теории остается объяснение стабильности системы.

Вторая часть работы посвящена решению поставленных задач с применением принципов симметрии и теории представлений групп Лоренца и де Ситтера, а также исследованию связи диадного тензора с кватернионом [12, с.415. Послесловие]

Во второй части работы будет использовано объединение координатного и импульсного пространств [15, с. 203], связь геометрий которых задается диадным тензором. Будет также реализована модель спина на основе двойного поля [16, с. 70].



Список литературы

1. Н.В. Мицкевич, А.П. Ефремов, А.И. Нестеров. Динамика полей в ОТО. М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. В.Паули. Релятивистская теория элементарных частиц. М.: Изд. ин. лит., 1947.

3. УФН, 1982 г. 136, с. 435-457.

4. А.А. Логунов, Мествиришвили. Релятивистская теория гравитации. М.: Наука, 1988.

5. А. Эйнштейн. Собр. соч. М.: Наука, 1966, т. З.

6. Э. Шредингер. Пространственно-временная структура Вселенной. М.: Наука, 1986.

7. А. Эйнштейн. Собр. соч. М.: Наука, 1966, т. 1.

8. Н.В. Мицкевич. Физические поля в ОТО. М.: Наука, 1969.

9. Р. Толмен, Относительность, термодинамика и космология. М.: Наука, 1974.

10. В. Паули. Теория относительности. М.; Наука, 1983.

11. Степанянц Ю.А., Фабрикант А.Л. Распространение волн в сдвиговых потоках - М.: Наука. Физматлит, 1996, 240с. (Совр. пробл. физики)

12. Дж.К. Максвелл. Трактат об электричестве и магнетизме.

13. Визгин В.П. Развитие взаимосвязи принципов инвариантности с законами сохранения в классической физике. М.: Наука.1972.

14. Лич Дж. Классическая механика. М., ИЛ, 1961

15. Синг Дж. Классическая динамика. М., Физматгиз, 1963

16. Физика за рубежом. Серия Б., М., 1988

17. Черные дыры. НФФ, вып. 9, МИР, 1978



Раздел 2. Теория первичного поля как источник специальной теории относительности

В данной статье дается обоснование механики и уточяется роль специальной теории относительности в общей механике. Для выполнения поставленной задачи более других подходит понятие спина. На нем пересеклись классическая и квантовая модели физического явления, ньютоновский и релятивистский методы, понятия поля и частиц, проблема соотношения дискретного и непрерывного. Тем более, что статья Космачева (Дубна) демонстрирует усиление интереса к трактовке спина со стороны кварк-лептонного объединения. Обсуждение спина как важнейшего элемента квантовой механики, невозможно без учета исходной идеи квантовой механики. Дирак об этом писал: "В основе его (Шредингера - Ю.В.) идеи лежала удивительная связь между волнами и частицами, которую несколько раньше открыл де Бройль; эта связь, установленная де Бройлем, была великолепно доказана математически и согласовывалась с теорией относительности". [4]

Автор убежден, что теория де Бройля давно себя изжила и мешает развитию квантовой теории и физики в целом.

2.1 Обзор литературы о спине

А. Хезлот. Классическая механика и спин электрона [5]

"В учебниках часто встречается утверждение, что неадекватность наивной модели "вращающегося волчка" исключает возможность классического описания спина электрона. Более того, с тех пор как Дирак предложил естественный способ описания спина и было получено правильное значение гиромагнитного отношения в рамках релятивистской квантовой механики, принято считать, что релятивизм с необходимостью должен присутствовать при рассмотрении этих проблем.

В действительности, что касается спина, то он не связан с релятивизмом или квантовой механикой, а возникает из представлений группы вращений, которая играет важную роль и в нерелятивистской классической механике.

Существенные дополнения:

Упомянутая группа вращения является инвариантной подгруппой группы Лоренца; в этом можно увидеть связь спина с релятивизмом. Недостаток статьи в выводе спина из "факта" существования у электрона собственного магнитного момента.

Х. Оганян. Что такое спин? [6]

"Отсутствие наглядной картины спина оставляет печальный пробел в понимании квантовой механики. Тот факт, что эта неудовлетворительная ситуация почти всегда игнорируется, еще более удивляет, когда становится ясно, что способ заполнить этот пробел был найден еще в 1939 г. в работе Белинфанте. Он показал, что спин можно рассматривать как момент возникающий в результате циркулирующего потока энергии, или плотности импульса в поле волны электрона.

Кроме того, в соответствии с результатом, полученным Гордоном в 1928 г., магнитный момент электрона возникает из-зи циркулирующего течения заряда в поле электронной волны. Это означает, что ни спин, ни магнитный момент не являются внутренними свойствами электрона; они не имеют ничего общего с его внутренней структурой, а оба связаны со структурой поля его волны.

Я хочу подчеркнуть, что в отличие от других попыток объяснения спина настоящее изложение полностью согласуется со стандартной интерпретацией квантовой механики.

Решающим элементом в расчете Белинфанте является использование симметризованного тензора энергии-импульса".

"Спин -- это волновое свойство, независимо от того, классическая это волна или квантовая. Единственное фундаментальное различие между ними состоит в том, что спин классической волны -- непрерывная макроскопическая величина, в то время как квантовый спин представляется квантовомеханическим оператором и имеет дискретный спектр значений.

Эта часть статьи Оганяна содержит очень важную информацию о природе спина. Но Оганян не упоминает о трудностях классической электродинамики, которые неизбежно проявятся в излагаемой теории спина Оганян предпочитает нерелятивистский спин.

С другой стороны, излагаемая теория спина Белинфанте как нельзя лучше согласуется с теорией первичного поля (ТПП), содержащей нужный тензор энергии-импульса и лишенной трудностей классической электродинамики. Расчет спина в ТПП будет в следующих статьях автора.

О.С. Космачев. Представление группы Лоренца и классификация стабильных лептонов [7]

"Несмотря на долгую жизнь концепция спина и ее весьма успешную математическую формализацию для электрона, вопрос о природе спина нельзя считать закрытым".

Космачев обращает внимание на "…известный факт - поворот на некоторый фиксированный угол одной инерциальной системы относительно другой при их релятивистском движении. Очевидно, что при отклонении от равномерного прямолинейного движения этот эффект будет носить более выраженный характер. При переходе к регулярному, повторяющемуся движению, например, к орбитальному движению, поворот примет так же регулярный характер, т.е. проявит себя как вращение. Другими словами, движение типа орбитального генерирует релятивистский поворот. Вот почему ни орбитальный момент, ни спин, а только их сумма может быть интегралом движения для одной частицы. Таким образом, анализ группы у - матриц Паули и полное совпадение коммутаторов ее алгебры с КС (21) являются прямым следствием преобразований Лоренца и ничего более, демонстрирует, что так называемый собственный момент частицы со спином 1/2 является следствием определенного характера (как минимум не свободного) движения этой частицы".

"…как следует из изложенного, без релятивизма немыслима генерация спинового поворота. Поэтому спин на самом деле есть проявление релятивизма. Безусловно верно связывать спин со вполне определенным квантовым числом, если под квантовыми числами понимать индексы представлений групп. Но наделять это понятие свойствами физической величины, реально существующей в отрыве от движения частицы как целого, является предположением, которое требует доказательства. Таковое не было представлено за последние 80 лет".

"Очевидно, что предлагаемый метод применим для описания точечного электрона или объектов, структура которых не принимается во внимание".

Очевидно, у Космачева метод чисто алгебраический, модель явления отсутствует. Космачев защищает тезис: "… у релятивизма для описания микромира нет альтернативы". К этому его побуждает острая необходимость: "… истинный прогресс на пути объединения сильных и слабых взаимодействий окажется возможным в том случае, если феноменологические успехи унитарной симметрии получат объяснение и развитие исходя из требований релятивизма в первую очередь".

Космачев блестяще выполнил задачу релятивистского описания спина, но альтернатива все-таки есть.

Во-первых, Космачев не опроверг суждения Хезлота и Оганяна;

во-вторых, Космачев немножко пренебрег классикой, каковую мы найдем в известной книге Соколика [8].

Соколик Г.А. Групповые методы в теории элементарных частиц [8]

"Следует отметить важное различие между квантовыми числами, типа спина, описывающими внутренние степени свободы частицы, и квантовыми числами типа углового момента. Числа последнего типа учитываются при разложении вектора состояния в ряд по ортогональным функциям, образующим базис в гильбертовом пространстве, при чем квантовые числа позволяют классифицировать чистые состояния системы, соответствующие базисным векторам. Что касается квантовых чисел, подобных спинам, то их можно интерпретировать в терминах инвариантов представления некоторой фундаментальной группы или подгруппы.

В частности, спин частицы определяется как вес, задающий неприводимое, конечномерное представление трехмерной подгруппы вращения группы Лоренца. Операторы спина реализуются в таком пространстве представления группы Лоренца. Другими словами, спин наряду с массой и зарядом служит собственной характеристикой частицы, в то время как другие квантовые числа характеризуют ее состояние в некотором поле".

"Существование нормального делителя у группы Лоренца сводит ее к прямому произведению двух 3-мерных групп вращений, заданных алгеброй

[фi фj] = фk; [хi хj] = хk; ijk = cycl; [ф х] = 0

Как известно, именно наличие нормального делителя, выделяющее О4 среди всех ортогональных групп, позволяет представить полный момент через орбитальный и спин

I = L + S".

"Наличие нормального делителя связано с тем, что О4 изоморфна прямому произведению двух унимодулярных групп первого ранга, заданных алгеброй

ф = у,

где у - матрицы Паули. Эти сопряженные 3-параметрические унимодулярные группы и соответствуют так называемым двухкомпонентным спинорным пунктирным и непунктирным представлениям группы Лоренца или, что в данном случае то же самое, О4" .

Перечисленных аргументов достаточно для того, чтобы считать спин собственной характеристикой частицы, что не отменяет его особенных свойств. Для нас важно:

1) совместное действие двух 3-мерных групп (нерелятивистских) вполне характеризуют связанный электрон в атоме;

2) существует релятивистское описание связанного электрона в атоме; при этом спин связан с 3-мерной подгруппой группы Лоренца.

Вывод: существуют эквивалентные описания спина: релятивистское и нерелятивистское, т.е. альтернатива есть.

Вопрос: нет ли нерелятивистского объяснения релятивизма, т.е. специальной теории относительности (СТО)? Да! См. Выводы.



Выводы

Все четыре автора (Хезлот, Оганян, Космачев, Соколик) признают более или менее явно протяженность электрона.

И, наконец, теория первичного поля (ТПП) олицетворяет эту протяженность в форме двойного поля А, ц и материализует тем самым прямое произведение двух 3-мерных групп вращений в виде углового и спинового моментов.

Другим примером той же теоретической конструкции является фотон - поперечная волна в ТПП. Здесь продольное движение фотона и внутреннее поперечное движение снова материализуют прямое произведение двух 3-мерных групп вращений.

Отсюда по математическим и физическим основаниям неизбежный вывод:

Релятивизм - это эффект сочетания двух ньютоновских движений.

Одной из причин создания ТПП была уверенность в существовании в природе такого сочетания ньютоновских движений, которые воспринимались в виде, именованным релятивистским.



Раздел 3. Коллайдер получает альтернативу в теории первичного поля

Если бы нам удалось получить ясное механическое представление о природе потенциала, то в сочетании с представлением об энергии это позволило бы нам определить ту физическую категорию, к которой следует отнести "электричество". Максвелл, Трактат… т. 1, с. 60

В работах автора [1] и [2] решалась задача - освободить КТП, ТЭЧ и др. от неподвластных проблем собственной энергии. Предлагаемая данная статья, продолжая эту тенденцию, посвящена объединению взаимодействий.

Необходимое для этого уточнение концепции первичного поля послужит также для решения задач, поставленных в статье [1].

Теория первичного поля (ТПП) предназначена и для преодоления предрассудков в современных физических теориях. Первый - материальная точка - раскрыт в статье [1]. Второй - специальная теория относительности (СТО) как неоклассическая механика - преодолен в статье [2] сведением СТО к сочетанию двух ньютоновских движений (в противовес к с > ?)

В данной статье предлагается инструмент для преодоления третьего предрассудка - квантовой специфики микроявлений (индетерминированность) - это переход к реальной квазиклассической модели первичного поля, по отношению к которой модель де Бройля или принцип наблюдаемости являются извлечениями (фрагментами).

Если бы не было этой неполноты модели де Бройля, не понадобился бы принцип дополнительности Бора.

Чрезвычайная важность осознания этого недоразумения состоит в том, что все без исключения существующие теории элементарных частиц унаследовали это недоразумение (и суперструны, и солитоны…)

ТПП - квазиклассическая из-за удаления материальной точки из числа первичных понятий. В ТПП первичны энергия и импульс ("плотности").



3.1 Частица, заряд и поле

Мнение де Бройля: "Нельзя ли восстановить понятие локализованной частицы на основе волнового описания и вернуть тем самым понятию корпускулы единственно точное значение" [3, с. 3].

"…из соотношения W = hх, примененного к частице, следует существование внутренних колебаний частицы с частотой х, а из работ Планка и Эйнштейна известно, что х есть также частота волны, переносящей частицу" [4, с. 30].

Еще четче выразили эту мысль ученики де Брайля: "…движение корпускулярной области управляется протяженным элементом" [3, с. 149].

Во всей дальнейшей истории физики континуальные модели частиц отсутствуют.

Мнимые антиподы де Бройль и Гейзенберг принадлежат к одному лагерю атомистов. Поэтому дискуссии о вероятностной интерпретации "волновой" механики абсолютно бессодержательны.

Являются нелепыми попытки де Бройля обогатить образ частицы "скрытыми параметрами" вместо построения полной волновой модели (он атомист), или снабдить частицу волной-пилотом (эта идея нравилась Эйнштейну, он тоже атомист) [5].

В лучшем случае волна де Бройля соответствует "передней" части волновой системы первичного поля [1].

Самую точную оценку теории дает место в ней электрического заряда. В 1929 г. Зоммерфельд писал: "Мы верим в каждое чудо квантовой теории… Но построение элементарного заряда было бы возможно ее величайшим триумфом: оно открыло бы неслыханные перспективы в упрощении физической картины мира" [6, с. 20]. В 1926 г. Шредингер считал заряд размазанным по пространству, занимаемому волновой функцией ш.

По мнению Паули : "Эйнштейн исходит из полевых представлений физики сплошных сред Фарадея-Максвелла" [7, с. 177]. Сам Фарадей не пришел к окончательному мнению: "Я не могу себе представить разницы между твердой частичкой и окружающим ее полем" [8, с. 147].

Максвелл ни разу не определил, что такое заряд. По мнению Герца [9, с. 217] "Максвелл пришел к своим уравнениям, исходя из сил дальнодействия". И "…понятие электричества употребляется Максвеллом в двояком смысле…" - как жидкость и как величина.

С завидной легкостью оперируют этим понятием современные ученые: "Поле в известной степени непрерывно переходит в частицу" [10, с. 151]. Это скорей всего кулинария, а не физика.

Теоретическая физика даже в самых изысканных вариантах представляет заряд как нечто совершенно немеханическое. Только Ми отступил от традиций, когда сравнивал ~ e [11, с. 253].

Тема электрического заряда e объединилась с темой интерпретации постоянной Планка h в проблеме постоянной тонкой структуры б. Ее значение хорошо выразил в 1936 г. Паули [7, с. 19]: "Удовлетворительной была бы лишь такая новая формулировка квантовой теории, которая …[бы] объясняла дискретность, как квантовотеоретическое дополнение к классическому закону сохранения заряда, позволяя дать интерпретацию значения безразмерного числа

[] = = 136,8 ± 0,2."

Это был конец физической науки как объясняющей теории. Это идейная основа новейшего коллайдера, как материального носителя бесполезной суеты вокруг названного третьего предрассудка (о квантовой специфике микроявлений).

Физика и физики стали заложниками дефектной модели; понятие поля стало неадекватным (даже фарисейским - частица - это квант своего поля), поскольку унаследовало негодную, но исторически вынужденную, временную модель поля из теории электронов Лоренца. Отсюда смешные заключения Визгина: "… максвелловская электродинамика и в особенности СТО привели к падению механического "идеала единства" и укрепили полевую концепцию.

Но в максвелл - лоренцовой теории поля даже с учетом релятивизма, вещество и поле рассматривались как принципиально различные объекты" [12, с. 137].

Но Лоренц сам признавал, что был вынужден отступить от максвелловской теории, чтобы ввести заряд [9, с. 263]. К несчастью Визгин выразил общепринятую точку зрения.

Однако поле Лоренца стало классическим, и о нем Паули в 1956 г. говорил: "Имеется еще один весьма спорный вопрос: можно ли считать удовлетворительным классическое понятие поля. Мы много говорили с Эйнштейном на эту тему, и я - так же, как и Борн, - склонен рассматривать это понятие лишь как эвристическое, но неудовлетворительное при более глубоком подходе" [7, с. 200]. Запоздалое признание.

"Можно ли объединить в одном образе два внешне антагонических понятия - крупицы материи и поля энергии - и свести соотношения Гейзенберга к соотношениям между неточностями в результатах измерения, а не к выражению неопределенностей в поведении частиц?" [3, с. 147].

Обращение к теории первичного поля (ТПП) [1] позволяет с уверенностью заявить:

Антагонизм между материей и полем преодолевается идеей концентрации двойного поля, посредством обратной связи в нем.

Эта идея воплощена согласно принципу противодействия в уравнении (7) из статьи [1]:

divA + = inv



Волновая система, управляемая этим уравнением, названа мною замкнутой динамической системой (ЗДС) первичного поля.

ЗДС первичного поля также ассимилирует проблему единственности заряда, нивелирует принцип дополнительности, а редукция h > e становится тривиальной интерпретацией единого явления: динамики первичного поля. [1] Поэтому я назвал волны де Бройля примитивными и нефизичными. Однако, …

3.2 Чем вызвана мода на солитоны?

Ж. Лошак считает солитоны важным развитием идей де Бройля [4, с. 27]. В самом деле: "Идеи де Бройля и Д. Бома наиболее тесно связаны с МОЗР. Согласно их теории "двойного решения" имеющей потенциальное значение для будущих исследований, вещественная частица представляет собой локализованное решение нелинейных уравнений вида…

С этим локализованным нелинейным решением ассоциируется решение соответствующего линейного уравнения… за исключением малой окрестности … частицы" [13, с. 43].

МОЗР - метод обратной задачи рассеяния, по другому - метод спектральных преобразований.

Интересно отметить, что уравнение (7) из статьи [1] подходит [14] под преобразование Беклунда для системы (6) из статьи [1]. Я подозреваю, что МОЗР - это нелегальная реконструкция двойного поля с присущим ему противодействием и обратной связью. Ибо "Каждое из таких уравнений, как и уравнение Кортевега - де Вриза, является условием совместности по крайней мере двух линейных дифференциальных уравнений" [15].

Очевидно, солитоны интересны для математиков. Так пусть они помогут решить задачи из статьи [1] для системы (6), (7), а не апеллируют к де Бройлю, где тупик. Но пока что эта тупиковая тенденция проявилась в очередном опусе [16], где замахнулись аж на кварки: Тогда как дробные заряды кварков вводятся сейчас в теории искусственно, солитоны со своими дробными квантовыми числами возникают в солитонных теориях совершенно естественно". И "… солитоны в трех измерениях можно интерпретировать как магнитные монополи". …Если не выходить из ньютоновской парадигмы с материальной точкой!

3.3 Монополи, кинки, струны, суперструны, суперсуперструны…

В статье [1] есть гипотеза, что ТПП может моделировать монополь (правильный по сравнению с неправильным монополем Дирака). Монополь Дирака неправильный, потому что он реализует статику или однонаправленное движение поля (порок Лоренцевой электродинамики), из-за чего приходится выходить в дополнительное измерение (трюк), привлекать струны. В общем, поиски физического смысла подменять математическими упражнениями, скрывающими неполноту модели.

Теория первичного поля (ТПП) - имеет полную модель двойного поля - замкнутой динамической системы (ЗДС).

Ей не нужны дополнительные измерения. Если бы Эйнштейн был знаком с ТПП, он не требовал бы от всех и от себя регулярных статических решений. Он не вышел из ньютонианской парадигмы и поэтому общая теория относительности (ОТО) не является теорией физического поля, ее поле лишь актуально.

Это очень важно, так как супергравитация участвует в Великом объединении (ТВО) и, следовательно, имеет отношение к теории элементарных частиц (ТЭЧ).

Даже в 1953 г. Эйнштейн утверждал: "… уравнения гравитации для пустого пространства представляют собой единственный … случай теории поля, который может претендовать на строгость…" [17] И вот: "В рамках обычной теории поля, где частицы рассматриваются как точечные, не удалось построить ни одной удовлетворительной квантовой теории гравитации, даже несмотря на появление теорий супергравитации. В настоящее время большие надежды возлагаются на теории суперструн. В принципе можно вместо струн рассматривать поверхности, называемые мембранами, и уже рассматриваются супермембраны…" [18, с. 139].

Сторонникам суперсимметрии "приходится предположить [18, с. 115] существование целого семейства новых элементарных частиц… их удается обнаружить с помощью ускорителей нового поколения…"

"Кроме того, теория струн предсказывает возбуждение струн и теневую материю" [18, с. 100].

Вот к каким печальным последствиям приводит третий предрассудок - квантовая специфика микроявлений - сводящийся к размножению частиц.

3.4 Упущенные возможности

Первая, она же главная, заключена в эпиграфе. Потенциалы Максвелла - это тени, образованные токами и зарядами от импульса - энергии первичного поля. Поэтому уравнения Максвелла совпали с уравнениями ТПП. Термин "потенциал" вводится в пятом томе "Трудов" Гаусса и в его "Атласе земного магнетизма" 1840 г. определяется как "возможная работа", которую пришлось бы выполнить для того, чтобы перенести единичный точечный электрический заряд из бесконечности в рассматриваемую точку [19, с. 35]. Основное влияние на Максвелла оказала работа Грина 1828 г. "Опыт применения математического анализа к теориям электричества и магнетизма", забытая и переизданная В. Томсоном, старшим товарищем Максвелла.

В работах Гаусса и Грина независимо заложена теория ньютоновского потенциала, гордость математической науки и, как ни странно, основа всех физических наук под названием функций Грина, которых великое множество.

Сам Максвелл (это поразительно) объяснял эквивалентность своей теории (математическую) теориям дальнодействия, а преимущество своей теории видел в возможности механической аналогии.

Взяв на вооружение теорию потенциала, Максвелл упустил возможность создать теорию физического поля.

Именно из-за своей условности теория потенциала несовместима с механическими (т.е. реальными) моделями. Она виновата в проблеме собственной энергии, расходимостях, неопределимости гравитационного "поля", странной космологии, основанной на ОТО, и, несомненно, теория потенциала породила квантовую "специфику" микроявлений, т.к. волны де Бройля - это ее порождение, а дальше одна дорога: к корпускулярно-волновому дуализму и к дополнительности.

Дирак с 1936 г. искал правильную классическую модель, не сомневаясь в правильности квантовой теории [20]. Но он оставался в рамках ньютонианской парадигмы вместе со своими тремя формами динамики и со своей Релятивисткой теорией электронов.

Все другие упущенные возможности привязаны к первой. Сюда относятся "Полевая теория материи" Ми, обобщающая ее работа Гильберта "Основания физики", многочисленные работы 30-х годов.

Особенно интересны работы Борна о "Принципе взаимности" 1936 - 1939 годов, где исследуется связь координатного и импульсного пространств, причем импульсное пространство искривлено. Эта идея была опробована Таммом и Кадышевским в Квантовой теории поля, но особенных результатов не дала (ньютонианская парадигма).

Я намерен в следующей статье применить принцип взаимности в теории первичного поля, которая освобождена от ньютонианской парадигмы, и реализовать эту упущенную возможность.

Из неупущенных возможностей "для нас представляет, в частности, интерес "преобразование Беклунда", которое можно рассматривать как метод постороения решений уравнений в частных производных с помощью пфаффовых форм:

dф = Pdx + Qdt " [21, с. 39].

Пфаффовы формы могут помочь в установлении геометрии пространства импульса - энергии, а через принцип взаимности инициировать геометрию координатного пространства и в итоге мы получим геометрию из физики.



Список литературы

1. Актуальные проблемы современной науки. №5. М. 2008

2. Актуальные проблемы современной науки. №6. М. 2008

3. Ж.Л. Андраде Э. Силва, Ж. Лошак. Поля, частицы, кванты. 1971, с. 149

4. Л.де Бройль. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. М.: 1986.

5. Проблемы физики. Классика и современность. М.: 1982.

6. Зоммерфельд А. Пути познания в физике. М.: 1973.

7. Паули В. Физические очерки. М.: 1974.

8. Вопросы причинности в квантовой механике. ИЛ. 1955.

9. Вяльцев А.Н. Генрих Герц. М.: 1966.

10. Философские проблемы физики элементарных частиц. М.: 1963.

11. Исследования по истории физики и механики. М.: 2001.

12. Визгин В.П. Развитие взаимосвязи принципов инвариантности с законами сохранения в классической физике. М.: 1972.

13. Скотт Э. Нелинейная наука. М.: 2007.

14. Ньюэлл А. Солитоны в математике и физике. М.: Мир.1989.

15. Калоджеро Ф., Дегасперис А. Спектральные преобразования и солитоны. М.: Мир. 1985. Предисловие Захарова В.Е.

16. Физика за рубежом. М.: Мир. 1983, с. 235

17. Эйнштейн А. Собрание сочинений. Т. 2, с. 789

18. Физика за рубежом, А; 1989.

19. Клейн Ф. Лекции о развитии математики в XIX столетии. С. 35

20. Дирак П. Собрание сочинений, т. 3., ст. 3

21. Нелинейные электромагнитные волны. М: Мир. 1983



Раздел 4. Теория первичного поля как диссипативной структуры объсняет кванты и таготение

В работах [1-2] теория первичного поля (ТПП) представлена полностью. Ее краткое содержание:

1. В теории физического поля нет места материальной точке.

2. Полевые величины должны прямо выражать импульс и энергию поля. Напряженности и тензор поля - не полевые величины.

3. ТПП инициирована электродинамикой Фарадея-Максвелла (за электротоническое состояние [4]) и электродинамикой Лоренца (против "синтеза механики Ньютона и теории поля Максвелла" [5])

4. Теория потенциала не находит места в ТПП.

5. Первичное поле не сводится ни к каким средам или элементам.

Только так можно избежать нерешенной проблемы: "Диалектика точечности и континуума всегда представлялась исследователям одной из самых сложных проблем, с которыми когда-либо сталкивался человек." [6].

6. Первичное поле - двойное (А,ц), чтобы реализовать принцип противодействия Шютца и выйти из Ньютонианской парадигмы с материальной точкой.

7. ТПП - источник специальной теории относительности (СТО).

8. В ТПП действуют нетривиальные законы сохранения - превращения импульса - энергии (против теорем Нётер).

9. Так называемое "условие Лоренца" является основным динамическим законом ТПП, как "замкнутой динамической системы" механики (ЗДС); то есть: затухание поля А порождает "кривизну" поля ц; "кривизна" поля ц порождает импульс поля А.

10. Все перечисленное образует основу моделей объектов и явлений вышележащего уровня - частиц и их взаимодействий.



4.1 Диссипативные структуры

Если термин "затухание А" перевести в "диссипацию А", а поле ц назвать "средой", то получится из ТПП "диссипативная структура" Пригожина [7].

Далее последуем совету Хакена [8]: "Довольно очевидно, что самоорганизацию можно описать, включив внешние силы как части полной системы" (имеем в виду поле ц).

Возможно, Хакен имел в виду ТПП, так как "...теперь внешние силы следует рассматривать не как заданные величины, а как переменные, подчиняющиеся уравнениям движения".

Вывод: теория диссипативных структур позволяет изучать самоорганизацию в ТТП.

Самое важное и замечательное среди таких явлений - генерация незатухающих колебаний, свойства которых не зависят от того, когда и из какого начального состояния была запущена система... "[9].

Их назвали авто колебаниями, связав с предельными циклами (ПЦ) Пуанкаре.

ПЦ - это замкнутая фазовая траектория, к которой стремятся все соседние траектории. "Далее, система, обладающая предельным циклом, должна быть структурно-устойчивой и внутри замкнутой траектории, на которую с обеих сторон навиваются другие траектории, должна лежать по крайне мере одна неустойчивая сингулярная точка типа узла или фокуса" [10].