Теория спин-торсионных полей

 

Выяснив вопрос о существовании пятой силы, обратимся к анализу теоретических моделей, которые разработаны с целью оп­ределения свойств этого нового типа фундаментальных взаимо­действий. Первый вопрос, в раскрытие которого надо внести боль­ше ясности, — это физический смысл понятия спина. Согласно первоначальным представлениям С. Гаудсмита и Г. Уленбека, вы­двинувшим гипотезу о наличии спина у электрона, они представ­ляли себе электрон как твердый волчок, вращающийся вокруг своей оси. От такой модели быстро отказались, так как получалось, что скорость вращения должна превосходить скорость света. Тогда спин стали рассматривать как глубинное квантовое свойство элек­трона, которому не удается дать ясного физического объяснения. Обзор работ по классической теории спина можно найти в статье И.М. Тернова и В.А. Бородовицына [130].

Для более глубокого раскрытия физического смысла спина представляют интерес работы Г. Оханиана и А. Хеслота [167, 175]. В первой из них показано, что спин можно рассматривать как момент импульса, порожденный круговым потоком энергии в поле волны. Спин поэтому действительно есть «внутренний» момент, так как он не зависит от окружающих условий. Но в то же время он не является «внутренним» свойством, поскольку никак не от­носится к какой-либо собственной структуре электрона. Спин тесно связан с орбитальным моментом. Что касается магнитного момента, то он создается круговым движением заряда в поле его волны. Таким образом, возникновение спина и его магнитного момента связано со структурой поля электронной волны. И следо­вательно, спин электрона полностью аналогичен моменту импуль­са классической поляризованной по кругу волны.

В работе [167] показано, как в рамках классической нереляти­вистской механики можно описать спин электрона и получить гиромагнитное соотношение. Спин, таким образом, можно не свя­зывать с квантовой механикой, он имеет классическое происхождение и возникает из представлений группы вращений, которая описывается уравнениями нерелятивистской классической меха­ники. Этот вывод подтверждается и тем, что гиромагнитное соот-

 

 

ношение (5.15) не содержит ни скорости света, ни постоянной Планка, а потому имеет неквантовое происхождение.

Эти выводы имеют важное значение для понимания природы спин-торсионных взаимодействий, так как они означают, что им можно дать неквантовую интерпретацию. На микроуровне этот тип взаимодействий следует связывать со спином, а на макроуров­не — с вращением электрических зарядов, плазменных потоков или массивных тел.

В 1983 г. японо-американский физик Рею Утияма опубликовал на японском языке книгу «К чему пришла физика? От теории относительности к теории калибровочных полей» [135]. Рассмат­ривая фундаментальные взаимодействия, он предложил разде­лить их на два класса. Поля первого класса — электромагнитные и гравитационные — являются калибровочными и некоммутацион­ными. Калибровочные поля обладают тем свойством, что при сме­щении линеек из одной точки пространства-времени в другую меняется их длина. Некоммутирующими называются такие опера­торы, от изменения порядка применения которых меняется ре­зультат.

Введя эту классификацию, Утияма предположил, что может существовать пятый тип фундаментальных взаимодействий — ин­формационные поля А. Эти поля, считает он, также должны отно­ситься к классу калибровочных. Чтобы конкретизировать физи­ческий смысл этих информационных полей, Утияма рассмотрел кручение сферы в Евклидовых координатах. Операции последова­тельных поворотов этой сферы вокруг осей координат оказались некоммутативными (это очень легко показать, если поместить на поверхности сферы точки полюсов и начать их вращать).

Сделав следующий шаг, Утияма рассмотрел повороты спина в Евклидовом пространстве. Их отличительная особенность состо­ит в том, что в силу квантово-механических ограничений возмож­ны лишь фиксированные величины проекций спина на оси коорди­нат. Анализ показывает, что для информационных некоммутатив­ных полей, создаваемых спином, их характеристики Ai, Аг,..., А„ могут принимать только такие значения, которые определяются неперестановочной взаимозависимостью. Вращательные движе­ния оказались связанными между собой сложным, запутанным образом.

Обобщая свой анализ, Утияма пришел к выводу, что понятие калибровочных полей является максимально широким. К этому

 

 

классу полей кроме известных электромагнитных и гравитацион­ных взаимодействий могут относиться и информационные поля, связанные с кручением Евклидова пространства.

В заключение своего исследования Утияма пишет: «Разрабаты­вать новые пути можно, только отринув ортодоксальную точку зрения; следовать за устоявшимися воззрениями часто бывает по­лезно, но на этой дороге новую точку зрения не найдешь».

Теоретическому исследованию пятого типа фундаментальных взаимодействий, обусловленному эффектами кручения простран­ства как на микро-, так и на макроуровне, посвящено большое количество работ. Рассмотрим коротко наиболее интересные из них.

П. Яскин и В. Стоберг (Гарвардский университет, США) иссле­довали уравнения распространения прямолинейного и орбиталь­ного количества движения для случая пробного тела, обладающего спином и вращением [182]. Было показано, что кручение связано со спином, а вращение нет. Поэтому вращающееся пробное тело, не обладающее спином, не должно реагировать на кручение. И следовательно, стандартные измерения гравитации оказываются не чувствительными к торсионному полю.

В России теоретические исследования по торсионным полям были начаты в середине 1970-х годов в Московском университете на кафедре профессора Д. Д. Иваненко. Сотрудниками кафедры подготовлена библиография по теории торсионных полей, насчи­тывающая более 12 тыс. работ. Ф. Хель (Германия) позднее опуб­ликовал этот обзор [165, 166].

Долгое время теоретики считали, что отличительной особен­ностью спин-торсионных полей является исключительно малая величина константы взаимодействия безразмерного параметра, который характеризует относительную величину всех фундамен­тальных сил. Принято считать, что величина этой константы мак­симальна для сильных взаимодействий (a_s = 1), несколько меньше для электромагнитных (a_e = 137) мала для слабых (a_w ⁼ 10^-5) и

совсем маленькая для гравитационных (a_g = 10^-39).

А какова эта константа для торсионных взаимодействий? Из теории Картана, о которой шла речь в гл. 5.3 следовало, что эта константа должна быть ничтожно малой, — на 30 порядков мень­ше, чем в случае гравитации. Однако, как уже отмечалось, этот

 

 

вывод справедлив лишь для одного частного, причем практически неинтересного, вида торсионных взаимодействий.

В 1970-х годах немецкие физики Ф. Хель, Т. Киббл и Д. Шима в отличие от модели Картана рассмотрели не статическую, а дина­мическую теорию торсионных полей [165, 166, 170]. Как оказа­лось, в приближении этой теории какие-либо априорные ограни­чения на величину константы торсионных взаимодействий от­сутствуют. Решить вопрос о ее величине предстояло эксперимен­таторам.

Чтобы облегчить решение этого вопроса, Анатолий Акимов (Москва, Российская академия естественных наук) в 1970-х годах предложил простую феноменологическую модель торсионных полей [2]. Известно, что источником торсионных полей на микро­уровне являются спины элементарных частиц, а на макроуровне эту роль может играть угловой момент вращающихся тел, напри­мер циркуляционных потоков плазмы или ионов или просто мас­сивный ротор. Если какой-либо из параметров — частота враще­ния, распределение интенсивности в азимутальном направлении и т.п. — оказывается неоднородным, то это приводит к возникнове­нию переменного торсионного поля.

Чтобы пояснить, как это происходит, Акимов предположил, что вакуум в исходном, невозмущенном состоянии представляет собой среду, образованную из волновых пакетов, состоящих из пар электронов и позитронов. Эти кольцевые пакеты, вращающиеся в противоположные стороны, а потому обладающие суммарным спином равным нулю, Акимов назвал фитонами. Очевидно, у фитона равен нулю не только спин, но и суммарный заряд: заряды электрона и позитрона имеют противоположные знаки. Акимов предположил, что у фитонов равна нулю и суммарная масса. Это предположение является следствием эффекта, предсказанного Дираком: встреча электрона и позитрона приводит к их взаимной аннигиляции, т.е. к утрате ими массы, что в соответствии с уравне­нием (5.3) сопровождается испусканием мощных квантов гамма-излучения. И следовательно, в невозмущенном состоянии ан­самбль фитонов, образующих квантовый вакуум, никак не прояв­ляет себя.

Ситуация меняется, когда появляются возмущающие факторы. Допустим, что в этой среде появляется вращающийся объект. Под действием создаваемого им возмущения все волновые кольца фи­тонов утрачивают внутреннюю симметрию — разворачиваются в

 

 

одну сторону — происходит поперечная поляризация вакуума. После устранения возмущения это состояние сохраняется, иными словами, остается стационарное торсионное поле. Ничего подоб­ного не происходит в случае устранения источников гравитацион­ных и электромагнитных полей — масс и зарядов, — с устранением которых исчезают и соответствующие стационарные поля.

Помимо поперечной поляризации ансамбля фитонов возмож­ны и два других фазовых состояния их ансамбля. Во-первых, это зарядовая поляризация, которая будет наблюдаться как электро­магнитное поле. Во-вторых, это продольные спиновые поля, экви­валентные гравитационным взаимодействиям.

Все источники электромагнитного поля автоматически созда­ют и торсионное поле. Есть поэтому основания говорить о сущест­вовании единого электроторсионного поля. Электромагнитное поле обязательно имеет торсионную компоненту.

Физика торсионных полей значительно отличается от физики электромагнитных и гравитационных полей. Хотя все три типа полей являются дальнодействующими, в других отношениях они мало похожи. Аналогом зарядового числа для торсионного поля является вращающийся объект либо элементарная частица, обла­дающая спином. В отличие от электрических зарядов торсионные заряды одного знака, т.е. вращающиеся в одну сторону, притягива­ются, а разноименные — отталкиваются.

В поляризованном состоянии вакуум фитонов ведет себя как абсолютно твердое тело. Это делает возможным распространение торсионной волны со сверхсветовой скоростью. Средой, по кото­рой распространяются эти волны, является квантовый вакуум. Поскольку торсионное поле имеет информационные характерис­тики, но не имеет энергетических, при его распространении не происходит ни передачи энергии, ни ослабления сигнала. А от торсионного поля после устранения его источника остается стаци­онарный информационный «фантом» — его торсионная матрица.

Понять причину этих парадоксальных свойств торсионного поля можно, обращаясь к соотношениям неопределенности Гейзенберга (5.1) и (5.2). Локальное возмущение среды, создаваемое источником торсионного поля, не приводит к изменению ее энер­гетического состояния, иными словами, изменения энергии ∆Е и импульса ∆р практически равны нулю. Но тогда из соотношений неопределенности следует, что величины ∆х и ∆t почти бесконечно велики. А это означает, что спиновое возмущение, создаваемое

 

 

локальным воздействием на среду, сразу оказывается нелокаль­ным. Оно может носить линейный характер и занимать весьма протяженную область пространства. С формальной точки зрения этот результат эквивалентен распространению сигнала со сверх­световой скоростью, причем его интенсивность не будет зависеть от квадрата расстояния.

Большая величина темпорального интервала At, также следую­щая из соотношений неопределенности, означает, что нелокальное спин-торсионное возмущение пространства может сохраняться еще долгое время после того, как вызвавший его источник прекра­тил действие. Этот эффект спин-торсионного фантома может объ­яснять многие экстрасенсорные явления (см. ч. 4). Проявление в мире материальных объектов электромагнитных и гравитацион­ных взаимодействий ведет к изменению их энергии и, следователь­но, сопровождается ростом энтропии. Ничего подобного не проис­ходит при торсионных взаимодействиях, поскольку они носят чисто информационный характер. И значит, для фитонной модели квантового вакуума в невозмущенном состоянии отсутствует «стрела времени». Прошлое, настоящее и будущее для него как бы синхронны.

Очевидно, источниками торсионных полей могут служить раз­личные объекты не только неживой, но и живой природы, посколь­ку процессы жизнедеятельности сопровождаются электромагнит­ными эффектами, а атомы, входящие в состав клеток, обладают спинами. Торсионные поля могут порождаться твердыми телами определенной конфигурации. Они могут порождаться и челове­ком, который является биологической системой.

Будучи по своей сущности информационным, торсионное поле тем не менее в состоянии вызвать некоторые энергетические воз­действия. Внешним торсионным полем можно менять спиновую структуру облучаемого вещества, т.е. ориентацию спинов, не затрачивая на это энергию. Как это происходит, можно понять на примере простой модели Акимова.

Но изменение спиновой структуры системы может привести к изменению тех ее физических параметров, которые связаны с энер­гетическими характеристиками этой системы. Можно поэтому предполагать, что торсионное воздействие на объект в состоянии сыграть роль триггера, стимулирующего те или иные энергетичес­кие процессы в веществе.

 

 

Строгая теория квантового вакуума разработана Геннадием Шиповым (Москва) [149. 150]. Ему удалось найти принципиаль­ное обобщение уравнений Эйнштейна и уравнений геометризированной электродинамики. С целью физического обоснования уравнений поля общий принцип относительности Эйнштейна до­полнен вращательной относительностью.

Из постулата вращательной относительности следует, что от­носительными являются как внешние гравитационные и электро­магнитные поля, так и квантовые поля материи, или торсионные поля. Исследование системы уравнений Эйнштейна-Шипова по­зволило сделать несколько принципиально важных выводов:

1. С учетом вращательной относительности пространство собы­тий имеет структуру абсолютного параллелизма.

2. Использование в уравнениях коэффициентов вращения Риччи обуславливает тот результат, что поля материи формируют­ся кручением пространства абсолютного параллелизма.

3. Причиной возникновения в механике сил инерции являются торсионные поля, или поля материи.

4. Феномен инерции играет фундаментальную роль, позволяя связать классическую и квантовую физику.

Пространство абсолютного параллелизма — это обобщенная модель мира Эйнштейна-Минковского. Замена материи кручени­ем этого пространства, производимая в теории Шилова, позволяет утверждать, что в мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны и кручения пространства. Тем самым можно считать, что в этой теории реализована намеченная Эйнштейном програм­ма геометризации полей материи, т.е. квантовых полей.

Вращательная относительность привела к относительности полей материи, а также внешних гравитационных и электромаг­нитных полей. Сделав следующий шаг, Шипов добавил к этому конформную, т.е. сохраняющую подобие, относительность, делаю­щую относительным тензор кривизны, через который выражаются массы, заряды и другие характеристики материальных объектов. После этой операции стало возможным говорить о принципе все­общей относительности, который следует из полученной в итоге системы уравнений для десятимерного пространства событий (че­тыре трансляционные и шесть угловых координат). Этот принцип означает, что как относительные теперь рассматриваются все фи­зические объекты, приобретающие при рождении из вакуума спо­собность менять физические свойства — массы, заряды, спины и

 

 

др. Принцип всеобщей относительности означает, что источником любой материи является квантовый вакуум.

При устранении из уравнений Эйнштейна-Шипова тензора кривизны в качестве предельного перехода получаются уравнения ОТО, точно так же, как, совершая еще один предельный переход к дорелятивистским скоростям, из уравнений ОТО получают классическую механику Ньютона.

 

Глава 5.9

ТОРСИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

Теоретические исследования проблемы спин-торсионных полей как пятого типа фундаментальных взаимодействий послу­жили основой для проведения соответствующего цикла экспери­ментальных исследований. Впервые эти работы были начаты в 1980-х годах в России А. Е. Акимовым (Международный институт теоретической и прикладной физики РАЕН, Москва). Позднее к исследованиям были привлечены и другие российские научно-ис­следовательские институты и университеты.