Можно привести следующую аналогию. Пусть перед нами озеро с гладкой поверхностью. Подул лёгкий ветерок, и по поверхности побежали волны, которые, накатываясь на берег, размывают его. При малых амплитудах перемещение волны не связано с переносом массы воды в направлении распространения волны. Молекулы воды у поверхности совершают вертикальное колебательное движение. Скорость переноса энергии волновых колебаний постоянна и совпадает с характеристической скоростью распространения волны.
Итак, вектор Умова связан с конвективным переносом энергии, а вектор Пойнтинга с переносом энергии волнами. В этом их принципиальное различие. Заметим также, что вектор Пойнтинга прекрасно описывает перенос энергии электромагнитными волнами (запаздывающие потенциалы), а вектор Умова также прекрасно описывает перенос энергии полями зарядов (вырожденные решения волнового уравнения).
Использование вектора Пойнтинга для описания переноса энергии полями зарядов приводит к парадоксам и нелепостям. Отсюда следует вывод, что поля зарядов и электромагнитные волны это различные по своим свойствам поля. Итак, не существует универсального вектора Умова-Пойнтинга, а есть два различных вектора: вектор Умова (для полей зарядов) и вектор Пойнтинга (для электромагнитных волн).
5. Калибровки и КЭД
Развитие квантовых теорий привело к созданию квантовой электродинамики, которую многое теоретики склонны рассматривать как большое достижение теоретической мысли, прекрасно подтвержденное экспериментами. В отличие от теоретиков-оптимистов Р.Фейнман относился к квантовой электродинамике с известной долей скептицизма. Мы не будем рассматривать проблемы КЭД, а только обрисуем возможные следствия для КЭД, вытекающие из обнаруженной нами ошибки.
Квантовая электродинамика опирается на обычную классическую электродинамику. Релятивистски ковариантная форма уравнений Максвелла имеет следующий вид
(5.1)
Казалось бы, что именно её следовало положить в основу КЭД. Но этот вариант «не прошёл». Не прошёл он по ряду причин, одной из которых послужило обстоятельство, что энергия поля скалярного потенциала в калибровке Лоренца имеет отрицательный знак!
Добавим от себя следующее. Предельный переход от волновой электродинамики к квазистатической электродинамике в силу отрицательности энергии скалярного потенциала оказался принципиально невозможен. Как следствие, постулаты СТО утратили свою «электродинамическую» поддержку. По этой же причине рассмотренные выше вектора Умова и Пойнтинга оказались независимыми.
Тогда обратились к кулоновской калибровке. Путём преобразований уравнения Максвелла были приведены к следующей форме:
(5.2)
Между новыми потенциалами кулоновской калибровки и старыми потенциалами калибровки Лоренца существует связь, которую мы не приводим.
Утверждается, что в силу единственности решений уравнений Максвелла эти калибровки равноправны. Нам, наученным горьким опытом, принимать «на слово» подобное утверждение нельзя. Причина в том, что единственность решения достигается только при наличии соответствующих начальных условий. Здесь же о начальных условиях и их преобразовании при переходе от калибровки Лоренца к кулоновской калибровке даже не упоминается. Следовательно, теряет силу декларативное заявление о том, что теорема о единственности решения волнового уравнения гарантирует равноправие этих калибровок.
А если это так, то каждая из калибровок описывает свою модель электромагнитных явлений, в которой возможно появление как запаздывающих, так и мгновенно действующих членов. Например, в выражении (5.2) скалярный потенциал заведомо является мгновенно действующим.
Помимо этого, в кулоновской калибровке утрачена связь между скалярным и векторным потенциалами, характерная для квазистатических явлений A' = 'v/c2, поскольку векторный и скалярный потенциалы имеют функциональное различие: векторный потенциал запаздывающий, а скалярный потенциал - мгновенно действующий. Конечно, это положение можно исправить путём дальнейших преобразований. Но это уже особый разговор.
Таким образом, уже в самих основах квантовой электродинамики изначально заложены противоречия с СТО и математические некорректности, которые неизбежно сказываются на теоретических результатах.
6. Дунс Скотт и БАК
Вот здесь и возникает законный вопрос: а почему же при наличии столь существенных ошибок квантовая электродинамика обладает достаточно неплохой «предсказательной силой»? Ответ на этот вопрос не прост. Для этого необходим тщательный анализ всей КЭД. А это весьма трудоёмкая работа. Ответ поищем в философии.
Физикам хорошо известно правило Оккама. В том же средневековье жил другой философ-схоласт Дунс Скотт. Он сформулировал не менее важное, чем Оккам, правило или утверждение. Суть этого правила:
При правильном методе и правильных исходных посылках мы получаем правильные утверждения. При ложных исходных посылках мы можем получить как ложные, так и правильные утверждения.
КЭД не является в полном смысле завершённой теорией. Теоретические результаты, добываемые для предсказаний, опираются на модельные представления (например, диаграммы Фейнмана). Сложность теоретических расчётов компенсируется модельным подходом, в котором в модель вводятся эмпирические и полуэмпирические константы, т.е. параметры, не поддающиеся строгому теоретическому расчёту. В эти представления, как уже говорилось, вопреки теоретическому желанию исследователей «проникает» мгновенное взаимодействие. Перечисленные выше и иные факторы позволяют в определённой степени «скомпенсировать» негативные аспекты теоретических представлений и приблизить расчёты к практике.
Правило Дунса Скотта имеет ещё один аспект. Он касается того, что следует брать в качестве «исходных посылок». Существует два подхода:
– либо в теориях основополагающими мы считаем хорошо проверенные временем классические представления, а гипотезы рассматриваем, как вероятное направление дальнейших исследований;
– либо мы абсолютизируем гипотезы, а известные классические результаты (теории) рассматриваем как «пройденный этап», который необходимо «подогнать» под новые идеи.
Дедуктивный метод Эйнштейна (принцип постулирования) положил начало второму направлению. При этом подходе классическая идея развития науки ставится «с ног на голову». Яркий тому пример, теория относительности, которая буквально «смяла» концептуальную основу классической механики, проверенной многовековым опытом. Примером может служить квантовая механика с её логически противоречивым корпускулярно-волновым дуализмом и другими «сумасшедшими идеями». Современный подход к реализации дедуктивного метода сводится к принципу: «пришёл, увидел «наследил» (постулатами)!»
В отличие от второго направления первое направление заставляет подвергать сомнению «новейшие» гипотезы (как «исходные посылки» по Д. Скотту) о предполагаемых свойствах материальных объектов микромира. Оно нацеливает исследователя критически относиться к «фундаментальным» идеям о строении микромира, проверять и перепроверять их. Между микромиром и макромиром нет непроходимой «стены». Поэтому явления микромира должны описываться логически непротиворечивым способом и должны быть согласованы с классическими представлениями.
Физика в кризисе. Это не раз отмечали многие учёные, поскольку материализм «сдал» свои позиции в физике. Ему на смену пришёл прагматизм с его лозунгом: «успех любой ценой!». Новейшие положения физики абсолютизировались и превратились в догмы, с которыми ведущие теоретики не хотят прощаться. Догматизму присущи такие черты как «борьба с ересью», т.е. с критикой. Не случайно рецензенты «толстых журналов» отвергают публикацию статей с критикой современного состояния физики. Не случайно сторонники догматических представлений на физических форумах устраивают обструкцию вместо обсуждения альтернативных теорий. И не случайно создана «Комиссия по борьбе с фальсификацией научных исследований», получившая резкий отпор со стороны общественности.