АКСИОМА ЕДИНСТВА ПРОСТРАНСТВА - МАТЕРИИ - ВРЕМЕНИ
Обратим внимание читателей на главную причину кризиса теоретической физики - отсутствие понимания фундаментальной значимости аксиомы единства пространства - материи - времени.
Сущность ее заключается в том, что невозможно раздельное существование пространства, материи и времени. Нельзя отделить материю от пространства и нельзя представить их раздельное существование. Нельзя также отделить время от пространства или от материи. В реальной действительности, в которой мы живем, пространство, материя и время - первичные и неотделимые друг от друга элементы мироздания. Аксиоматичность этого утверждения очевидна.
Сразу возникает вопрос: разве математики, физики, химики и другие исследователи реальной действительности не учитывали аксиоматичность единства пространства - материи - времени? Ответ однозначный. Да, не учитывали. Почти все современные физические теории противоречат этой аксиоматичности.
Аксиома единства пространства - материи - времени указывает на то, что взаимосвязь между материей, пространством и временем должна отражаться во всех математических моделях, описывающих изменяющуюся реальную действительность. Но это, с виду весьма простое правило, осталось незамеченным ни математиками, ни физиками.
Наиболее ярким примером, подтверждающим отмеченный факт, являются преобразования Лоренца, которые фактически служат фундаментом Специальной и Общей теорий относительности [1], [70]. Представим их в классическом виде.
(1)
(2)
Обратим внимание на то, что в первой формуле присутствует координата , которая фиксируется в подвижной системе отсчета (рис. 1), а во второй формуле присутствует только время , которое течет в этой же системе отсчета.
Таким образом в математических формулах (1) и (2) изменяющаяся величина пространственного интервала в подвижной системе отсчета отделена от времени t', текущего в этой системе отсчета. Поскольку в реальной действительности отделить пространство от времени невозможно, то указанные уравнения нельзя анализировать отдельно друг от друга. Это - система уравнений и анализировать их необходимо вместе.
Только такой анализ будет соответствовать аксиоме единства пространства - материи - времени, и результаты только такого анализа будут отражать реальность. Но это простое правило до сих пор игнорируется физиками и математиками. Из уравнения (1) неявно следует, что при величина пространственного интервала уменьшается.
Из этого они делают вывод, что с увеличением скорости движения подвижной системы отсчета величина пространственного интервала сокращается. электромагнитный фотон планк гейзенберг
Далее, они берут для анализа одно уравнение (2). Из него также следует, что при величина уменьшается. Из этого они делают вывод о том, что с увеличением скорости движения подвижной системы отсчета темп течения времени в ней замедляется.
Исправим ошибочную интерпретацию. Поскольку в реальной действительности пространство от времени отделить невозможно, то проанализируем уравнения (1) и (2) совместно, для этого разделим первое на второе, в результате будем иметь:
(3)
Вот теперь математическая формула (3) отражает зависимость координаты от времени . Из этого следует, что формула (3) работает в рамках аксиомы единства пространства - материи - времени, то есть в рамках реальной действительности.
Рис. 1. Схема к анализу преобразований Лоренца
Из рис. 1 видно, что - это координата положения светового сигнала в неподвижной системе отсчета. Она равна произведению скорости движения света на время . Если мы подставим равенство в приведенную формулу (3), то получим координату , которая фиксирует положение светового сигнала в подвижной системе отсчета. Где же расположен этот сигнал? Поскольку мы изменяем координаты и , то в моменты времени и он расположен на совпадающих осях и , то есть в точке (рис. 1). Геометрический смысл преобразований Лоренца очень прост. В них зафиксированы координата точки в подвижной системе отсчета и координата в неподвижной системе отсчета (рис. 1). Это - точка пересечения световой сферы с осями и . Вот и весь смысл преобразований Лоренца. Другой информации в этих преобразованиях нет.
Подобный элементарный анализ показывает, что волновое уравнение Луи де Бройля, уравнение Шредингера, уравнения Дирака, а также все современные полевые физические теории противоречат аксиоме единства пространства - материи - времени [70]. Из этого следует, что они неполно описывают физический мир и не могут дать нам больше информации, чем дают сейчас. Поэтому попытки решать нетрадиционные задачи с помощью этих теорий неплодотворны.
ПОИСК МОДЕЛИ ФОТОНА
Фотон до сих пор остается самым загадочным творением Природы. Усилия ученых раскрыть его электромагнитную структуру путем анализа необозримой экспериментальной информации о поведении фотона с помощью существующих физических теорий до сих пор не дали положительного результата. Главная причина такого состояния заключается в том, что в реальной действительности фотон ведет себя в рамках аксиомы единства пространства - материи - времени, а физики пытаются анализировать его поведение с помощью теорий, которые работают за рамками этой аксиомы.
Поэтому для выявления электромагнитной модели фотона надо искать такие теории и такие математические модели, которые не противоречат указанной аксиоме.
Наиболее надежными являются математические соотношения, которые используют для расчета энергий фотонов и электронов. Поскольку результаты этих расчетов полностью совпадают с результатами экспериментов, то у нас есть все основания отнестись с большим доверием к таким формулам. Их обычно называют корпускулярными математическими соотношениями, так как они описывают корпускулярные свойства фотонов и электронов. В силу изложенного главным источником информации о модели фотона остается эксперимент и математические соотношения, которые описывают фотон, как корпускулу. В каких же экспериментах накоплено самое большое количество результатов, в которых отражено поведение фотонов? Ответ однозначный - в спектроскопии. Здесь получено уже более 150 тысяч экспериментальных значений, в них зафиксированы энергии фотонов, которые излучаются и поглощаются электронами при их, как считают физики, орбитальных переходах.
Итак, энергии фотонов и орбитальные энергии электронов рассчитываются по формулам соответственно:
(4)
(5)
Здесь и - частоты колебаний фотона и электрона соответственно, - постоянная Планка, - масса фотона, его скорость.
Считается, что электромагнитная структура фотона имеет волновую природу, поэтому его скорость в интервале длины волны определяется по формуле:
(6)
Здесь: - частота колебаний волны, то есть число ее колебаний в секунду, - длина волны.
Из формул (4) и (6) следует, что постоянная Планка имеет вид:
(7)
Итак, мы получили математическое выражение постоянной Планка . Она имеет явную механическую размерность, которая в классической механике называется: момент количества движения или кинетический момент, а в физике - момент импульса или угловой момент [44], [45]. Мы выбираем название кинетический момент и обратим внимание прежде всего на то, что он характеризует вращение какого - то тела.
В этом случае для реализации аксиомы единства пространства - материи - времени достаточно, чтобы в математическом выражении кинетического момента присутствовали одновременно символы: пространства, материи и времени.
Посмотрите на математическое выражение постоянной Планка (7). Здесь математический символ соответствует материи, символ - пространству, а в символ -- времени. Значит аксиома единства пространства - материи - времени строго реализуется в постоянной Планка, когда она описывает процесс вращения тела.
Наиболее ярко проявление сути кинетического момента наблюдается при вращении волчка. Кинетический момент удерживает волчок от падения при его вращении. Но самое главное не в этом, а в том, что кинетический момент - величина векторная, так же как скорость, ускорение движения тела или сила, действующая на него.
Посмотрите на рис. 2,а. Скорость движения точки М - величина векторная. Она направлена по касательной к ее траектории. Кинетический момент - тоже величина векторная.
Если волчок вращается против хода часовой стрелки (рис. 2,b), то вектор направлен вдоль оси вращения вверх, а если - по часовой стрелке, то - вниз. Вот этот вектор - вектор кинетического момента и удерживает волчок от падения.
Рис. 2. Схема к определению понятий: а) количество движения материальной точки, b) момент количества движения кольца или кинетический момент кольца
Устройство, которое генерирует кинетический момент, называют гироскопом. Гироскоп - главная составная часть всех навигационных приборов, которые устанавливаются на самолетах, ракетах, кораблях, подводных лодках, торпедах, то есть на всех устройствах, которыми надо управлять в движении.
Мы не будем останавливаться на их описании. Нас сейчас интересует другой вопрос: если постоянная Планка имеет размерность кинетического момента и если с ее помощью теоретически описывать поведение элементарных частиц, то эти частицы, как и волчок, обязательно должны вращаться вокруг своих осей. Для многих физиков это неожиданное следствие и они не могут допустить даже мысли о наличии у постоянной Планка векторных свойств.
Действительно, постоянная Планка имеет размерность кинетического момента, который неоспоримо имеет векторные свойства. Однако, как считают некоторые физики, из этого еще не следует, что постоянная Планка - величина векторная [20], [40], [70]. Не будем спорить с их стереотипным мышлением, а воспользуемся принятой в таких случаях возможностью гипотетического подхода к этой проблеме и посмотрим на его плодотворность. Возникает вопрос: а где же мы можем обнаружить вращающиеся свойства элементарных частиц? Из результатов каких экспериментов можно извлечь это доказательство? Мы уже отмечали, что самым большим массивом экспериментальных данных считается спектроскопия. В ней экспериментально зафиксированы акты поглощения фотонов электронами при их орбитальных переходах. Если наше предположение верно, то вращение фотонов и электронов вокруг своих осей должно следовать из экспериментальной спектроскопии. Так это или нет? Сейчас увидим. Но прежде чем увидеть, нам придется преодолеть серьезную трудность - найти, чему равны радиусы вращения фотонов и электронов.
Дело в том, что в математическом выражении постоянной Планка масса умножается на квадрат длины волны и на частоту . Но ведь длина волны характеризует волновой процесс, а размерность постоянной Планка убедительно указывает на то, что электромагнитное образование, которое она описывает, вращается относительно собственной оси и перед нами встает задача согласования волнового процесса с вращательным. Детальные исследования, проведенные нами [4, 7, 8, 12, 13, 17, 18, 26, 33, 53 и др.], показали, что фотон и электрон имеют такие электромагнитные структуры при вращении и движении, радиусы которых равны длинам их волн , то есть:
(8)
Теперь постоянная Планка (7) принимает вид:
. (9)
И наступает первое прояснение: - момент инерции кольца, а - кинетический момент вращающегося кольца. Это сразу указывает на то, что фотоны и электроны имеют форму, аналогичную форме вращающегося кольца.
Поскольку постоянная Планка - величина векторная, то формулу (4) для определения энергии фотона мы должны записать так:
, (10)
а формулу для определения орбитальной энергии электрона - в таком виде:
(11)
Если же учитывать вращение фотона и электрона вокруг своих осей, то в эти формулы надо ввести вместо линейной угловую частоту их вращения. Учитывая, что:
(12)
имеем [43]:
(13)
(14)
Как видно, тут мы имеем векторное произведение двух параллельных векторов и . Оно равно, как говорят математики, нуль - вектору, которому можно приписать любое направление, в том числе и совпадающее с направлениями этих же векторов и [43].
В практике же до сих пор использовалось лишь скалярное произведение этих векторов
(15)
Поскольку векторы и не только параллельны, но и совпадают по направлению, то угол между ними равен нулю, поэтому формула (15) приобретает традиционно присущий ей вид:
(16)
Так что запись (14) имеет лишь теоретическое значение и в практических расчетах до сих пор не используется, поэтому и не придавалось какого - либо значения векторным свойствам постоянной Планка. Дальше мы увидим, что эти свойства играют решающую роль при формировании молекул из атомов и ионов химических элементов. Так что векторные свойства постоянной Планка - фундамент прежде всего будущей теоретической химии.
И тем не менее такое объяснение для физиков, как показал мой опыт общения с ними, неубедительно. Оно неизбежно вызывает затруднение, которое возникает при формировании представлений о векторных свойствах энергий единичных фотонов и единичных электронов. Первое и самое сильное возражение: энергия не может быть векторной величиной. Верно, если иметь ввиду тот факт, что энергия - совокупность фотонов.