Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Структура материи в концепции теоретической и экспериментальной научной философии: монография

Век В. В.,

Предисловие к 3-му изданию

Каким образом мы (ФИЗИКИ) добываем наши представления, знания об окружающем нас мире? Прежде всего – мы наблюдаем явления, а затем, обобщая опытные данные, формулируем законы. Как правило, эти законы формулируются с помощью математики. Анализируя эти законы, мы можем ПРЕДСКАЗАТЬ некоторое явление и дать ему КОЛИЧЕСТВЕННУЮ оценку. Экспериментальное подтверждение предсказанного явления с количественным его совпадением, с одной стороны, подтверждает сам закон, а с другой – дает повод для нашего осмысливания и интерпретации этого закона. Так были получены наши представления о Солнечной системе с помощью механики Ньютона, наши представления об атомах и молекулах с помощью квантовой механики.

Но, как учат философы, «процесс познания бесконечен». В макромире обнаружились явления, не поддающиеся объяснению с помощью классической механики Ньютона. Появились Специальная и Общая теория относительности. Изменились наши представления о пространстве как пустом вместилище предметов и явлений. Кроме того, потянулась дорожка из макромира в микромир: оказалось, что «энергия» и «масса» – это разные формы одной и той же сути, т.е. одно может переходить в другое и наоборот. Ядерные реакции в наших энергетических установках – один из примеров этого утверждения.

В микромире обнаружилось множество новых элементарных частиц, которые могут рождаться и исчезать в процессах, которые мы должны объяснить, сформулировав и проверив на практике новые законы. Важную роль в этих процессах стала играть среда, которая ранее полагалась за «ничто» – вакуум. Оказалось, что вакуум – это сложная система, в которой рождаются и умирают виртуальные частицы. Если им сообщить нужную энергию, то их можно наблюдать экспериментально как реальные объекты. Процессы, происходящие в вакууме при взаимодействии с реальными частицами, поддаются строгому математическому анализу. В результате этого анализа мы вычисляем КОЛИЧЕСТВЕННО эффекты, которые наблюдаются экспериментально и также характеризуются ЧИСЛЕННО. Совпадение этих результатов утверждает нас в нашем представлении о вакууме. Например, это Лэмбовский сдвиг уровней в энергетических спектрах атомов (см. § 3.2.5°). Это выявленный аномальный магнитный момент электрона. Совпадение вычисленной и измеренной величины до шестого знака!

Дальнейшее развитие теории вакуума привело к выводу, что он несимметричен, в нем существует некоторое поле, при взаимодействии с которым реальные частицы приобретают массу. Последующее обнаружение в адронном коллайдере (построенном специально для этого) «кванта» этого поля – бозона Хиггса (см. § 3.3.2°), практическое совпадение его массы с предсказанной теорией – дает основание думать, что эти наши представления о вакууме как «праматерии» имеют смысл.

То знание, которое мы «добыли» об элементарных частицах и взаимодействиях между ними, привело нас к выводу, что свойства микро- и макро-Вселенной во многом связаны и обусловливают друг друга. Иногда это иллюстрируется в виде уробороса – змеи, заглатывающей свой хвост:

Существующая на сегодняшний день модель Горячей Вселенной основывается на известных свойствах элементарных частиц и взаимодействий между ними. Экспериментальными доказательствами КОЛИЧЕСТВЕННЫХ предсказаний этой теории является красное смещение, реликтовое излучение (для которого теоретические оценки температуры совпадают с наблюдаемой) и первоначальный ядерный синтеза.

Можно согласиться с мнением автора данной монографии, что физики, выстраивая аналоги между макро- и микромиром, связали «начало нашего мира» с неким взрывом (по аналогии с другими процессами взрывного характера, которые часто происходят во Вселенной, наподобие рождения звезд), и тем самым сделали неверное обобщение: свели всю обозримую и необозримую Вселенную к одной расширяющейся и сжимающейся точке (см. § 6.1). Высказанные в настоящей работе гипотезы не противоречат фактам, они заставляют нас по иному взглянуть на эти вещи.

На вопрос, почему элементарные частицы именно такие, с такими зарядами, массами и спинами, а не другие – пока физики ответвить не могут. В данном случае на помощь могут прийти философы, выдвинувшие философскую догадку о субфизической (субфотонной) материи. Вполне возможно, что современная физика вплотную подошла к исследованию совершенно иной, нефизической, а субфизической реальности. Возможно, что открыв законы субфизической материи, мы поймем, почему именно так устроена Наша физическая материя, почему мы имеем именно такие стабильные элементарные частицы, как протон и электрон, и как они на самом деле выглядят.

На данный момент мы лишь точно знаем, что если бы масса электрона была больше разности масс нейтрона и протона, то не могли бы существовать атомы водорода, с которых все начинается. К счастью для нас, масса электрона почти в три раза меньше этой разности. Если бы разность масс протона и нейтрона была больше их энергии связей в ядре дейтерия, то невозможно было бы существование этого ядра, а именно оно является началом цепи ядерных реакций, в результате которых образуются все остальные химические элементы. Опять-таки по счастью энергия связи почти на 1 МэВ превышает разность их масс. Если навести статистику на массы элементарных частиц, то масса электрона – наименьшая и сильно отличается от всех остальных. Можно считать, что это флуктуация (отклонение от среднего значения). То же и для разности масс всех изотопических мультиплетов. Приводим эти результаты на графиках:

Как видно, разность масс протона и нейтрона резко меньше всех остальных. Тоже флуктуация? Случайна ли эта ситуация? Или природа «рассчитала», что требуется, чтобы существовала материя в таком виде? А, следовательно, и мы, наблюдатели. Если бы были другие константы, мир бы был совсем другим…. Если говорить на языке автора данной монографии – не сформировалась бы Наша фотонная материя (см. §§ 4.1.3°, 5.3)

В настоящий момент многие физики считают, что нашим «макроскопическим» мозгом подчас невозможно представить, КАК некоторые процессы происходят в микромире. Например, один из основополагающих принципов квантовой механики – принцип суперпозиции. Каким образом одна и та же частица может находиться ОДНОВРЕМЕННО в нескольких, часто во многих различных состояниях? При этом любая экспериментальная попытка выяснить, где находится данная частица, мгновенно нарушает эту суперпозицию и выводит эту частицу в некоторое одно состояние, каждый раз с одной и той же вероятностью этого состояния. Довольно интересный подход, объясняющий данный феномен, предложен в настоящей работе (см. § 3.2.2°).

В работе В.В. Века «Структура материи в концепции теоретической и экспериментальной научной философии», во-первых, ставится вопрос о принципиальной возможности построения наглядных моделей элементарных частиц (§ 5.1); во-вторых, в наглядно-образном выражении делается предположение, что элементарные частицы могут представлять собой некий «вихрь», состоящий из частиц ничтожно малых величин другой, субфизической (или субфотонной на языке автора) материи. По мнению автора, «частицы субфотонной материи» имеют сверхсветовое движение и обладают другими характеристиками, отличными от свойств частиц «Нашей физической материи».

Подобное предположение по иному проливает свет на структуру материи и волей неволей направляют физиков всерьез взяться за проверку высказанных гипотез.

Подводя итог сказанному, сделаем вывод, что высказанные в настоящей работе гипотезы не противоречат имеющимся фактам, а наоборот углубляют наши представления о структуре материи.

Доцент кафедры теоретической физики и прикладной математики Уральского федерального университета, кандидат физико-математических наук,
Т.Г. Рудницкая