О формировании единой картины мира

 

Древние философы Востока утверждали, что все материальные объекты возникают из великой пустоты, где постоянно совершаются акты творений реальности. Эта идея просматривается также и в физике, начиная с Ньютона и до наших дней, в стремлении увязать геометрию пространства событий и механику движения тел. Английский математик В. Клиффорд утверждал, что в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, а материя представляет собой сгустки пространства, своеобразные холмы кривизны на фоне плоского пространства. Идеи Клиффорда использовал и Эйнштейн, который в общей теории относительности впервые показал глубокую взаимосвязь абстрактного геометрического понятия кривизны пространства с физическими проблемами гравитации (23, с. 67; 24,с. 106).

В начале XX века при создании квантовой теории Дирака, с одной стороны, и теории гравитации Эйнштейна, с другой, в теоретической физике появился в качестве объекта исследования новый уровень реальности - физический вакуум; при этом разные по своей природе теории давали разные представления о нем. Если в теории Эйнштейна вакуум рассматривался как пустое четырехмерное пространство, наделенное геометрией Римана, то в квантовой теории Дирака вакуум (глобально нейтральный) представляет собой своего рода “кипящий бульон”, состоящий из виртуальных частиц - электронов и позитронов (25, с, 89).

Для того чтобы объединить два различных представления о вакууме и создать единую теорию гравитации и электромагнетизма, в которой электромагнитное поле также происходило бы из особых геометрических свойств пространства, Эйнштейном была выдвинута программа, получившая название программы Единой Теории Поля. Именно Эйнштейн последние 35 лет своей жизни пытался сформулировать общую теорию поля или, проще говоря, открыть формулу, которая описывает весь мир, а остальные научные истины вытекают из нее, Эйнштейн полагал, что существует какое-то общее поле, которое включает в себя все уже известные физические поля. Но найти это поле и создать Единую Теорию Поля Эйнштейну так и не удалось. Однако интуиция не обманула его и на этот раз. Как будет показано ниже, такое поле действительно существует.

Тем не менее, геометризация физических полей осталась привлекательной программой для теоретической физики.

 

Кривизна пространства оказалась не единственной его характеристикой. В 1922 голу Э. Картан обратил внимание на возможную связь некоторых физических величин с другим геометрическим понятием - кручением пространства. Его идеи были развиты и привели к созданию теории гравитации с кручением, а позднее в общем виде - квантовой теории полей с кручением (33,с.2),

Следующий шаг, ведущий к созданию ЕТП. сделал английский физик-теоретик Р. Пенроуз, опираясь на идеи кривизны и кручения пространства- Он показал, что в основу геометрии могут быть положены, помимо поступательных, и вращательные координаты, и они определяют свойства пространства и времени, Пенроуз записал вакуумные уравнения Эйнштейна в спиновом виде (23, с. 67).

Спин (от англ. Spin - вертеться, вращаться) - собственный момент количества движения элементарной частицы, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого (18, с, 713), Концепция спина была введена в физику в 1925 году американскими учеными Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, предположившими, что электрон можно рассматривать как “вращающийся волчок”, поэтому одной из важнейших характеристик элементарной частицы, кроме массы и заряда, должен стать спин. Для определенных групп элементарных частиц спиновое квантовое число принимает целочисленные или полуцелые значения. Например, спин электрона, протона, нейтрона, нейтрино и их античастиц равен 1/2; спин П- и К-мезонов равен 0; спин фотона равен 1 (70, с. 435).

Таким образом, к середине XX столетия с целью создания единой картины мира были сформированы две глобальные идеи: программа Римана-Клиффорда-Эйнштейна, согласно которой “в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, подчиняющегося закону непрерывности”, и программа Гейзенберга-Иваненко, предполагающая построить все частицы материи из частиц спина 1/2.

Трудность в объединении этих двух программ, по мнению ученика Эйнштейна, известного теоретика Джона Уилера, состояла в том, что “...мысль о получении понятия спина из одной лишь классической геометрии представляется невозможной”. Уилер высказал эти слова в 1960 году, читая лекции в Международной школе физики им, Энрико Ферми (25, с, 89). Он еще не знал, что в результате блестящих работ Пенроуза вакуумные уравнения Эйнштейна уже были записаны в спиновом виде, что спиноры могут быть положены в основу классической геометрии и что именно они определяют топологические и геометрические свойства пространства-времени.

 

О работе Г. И. Шипова

 

Дальнейшее развитие проблемы “пространство-материя”, предложенное талантливым российским ученым (в настоящее время академиком РАЕН) Г. И, Шиповым, пошло по пути объединения программ Римана-Клиффорда-Эйнштейна и Гейзенберга-Иваненко,

Разобравшись досконально в существующих идеях и разработках, Г. Шипов обратил внимание на то, что в' рассматриваемых уравнениях отсутствуют компоненты вращательного движения, которое сопровождает все в природе - от элементарных частиц до Вселенной. Как выяснилось, фундаментальную роль в таком движении играют поля кручения пространства - торсионные поля, определяющие структуру материи любой природы (111, с. 3). Результатом кручения пространства в физическом проявлении оказалось поле инерции, знания о котором в современной физике практически отсутствуют (26,ч. 1,с.9).

Проблема сил и полей инерции в классической механике и других разделах физики до сих пор является одной из жгучих проблем современной науки. Силы инерции не удовлетворяют третьему закону Ньютона, они являются одновременно и внешними, и внутренними по отношению к изолированной системе; происхождение этих сил всегда было наиболее темным вопросом в теории частиц и полей (26, ч. 1, с. 4). Эта проблема для физики оказалась столь сложной, что знания о силах инерции почти не изменились со времен Ньютона.

В нашей стране периодически возникали общесоюзные дискуссии по проблемам сил инерции. Основными вопросами всегда были: реальны ли силы инерции? Что является их источником? Являются ли они внешними или внутренними по отношению к изолированной системе? Однако единого мнения по этим вопросам так и не было выработано.

Отметим, что любое явление в физике считается реальным, если оно наблюдается на опыте. Силы инерции хорошо наблюдаются на опыте в ускоренных системах отсчета, поэтому Ньютон, Эйлер. Мах, Эйнштейн и многие другие относились к этим силам как к реальным. Из опыта также следовало, что при ускоренном движении в протяженном теле возникает поле сил инерции, равнодействующая которых приложена к центру масс данного тела. Поскольку реальность полей и сил инерции подтверждалась опытами, разумно было поставить вопрос об изучении физических свойств поля инерции, порождающего силы инерции.

Именно с исследования полей инерции и начал Г. И. Шипов, Еще в 1979 году ему удалось вывести уравнение динамики полей инерции. Он нашел подход, который позволил связать поля инерции с кручением пространства (26,ч.1,с.4).

В 1988 году Шипов предложил новые фундаментальные уравнения физики, выдвигающие в качестве единого поля поле инерции. Эти уравнения трактуются как уравнения, описывающие структуру физического вакуума. Они обобщают все известные на сегодняшний момент фундаментальные уравнения физики и представляют собой самосогласованную систему нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка, в которую входят геометризированные уравнения Гейзенберга, геометризированные уравнения Эйнштейна и геометризированные уравнения Янга-Милса.

Шипов ввел новые представления о структуре времени и пространства. Мы уже знаем, что пространство Ньютона трехмерное (X, Y, Z), наделено геометрией Евклида; пространство-время Эйнштейна четырехмерное (X, Y, Z, Ct), искривленное, наделено геометрией Римана; пространство-время в работе Шипова не только искривлено, как в теории Эйнштейна, но и закручено, как в геометрии Римана-Картана. Для учета кручения пространства Шипов ввел в геометризированные уравнения множество угловых координат: три пространственных угла (углы Эйлера) и три пространственно-временных угла (углы между временной и пространственными осями системы отсчета), что позволило ввести в теорию физического вакуума угловую метрику, определяющую квадрат бесконечно малого поворота четырехмерной системы отсчета (26, ч. 3, с, б).

Дальнейшее развитие работ Г. Шипова показало, что добавление вращательных координат приводит к всеобщей теории относительности (26, ч. 3, с. 27). Принцип всеобщей относительности обобщает как специальный, так и общий принципы относительности Эйнштейна и утверждает также относительность всех физических полей (25, с. 95), Фактически принцип всеобщей относительности представляет собой физическую реализацию философского тезиса: “Все в мире относительно”. Такова степень обобщения физического принципа, лежащего в основе теории вакуума.

Уравнения физического вакуума удовлетворяют принципу всеобщей относительности, разработанному Шиповым, - все физические поли, входящие в уравнение вакуума, имеют относительный характер; пространство событий теории вакуума имеет спинорную природу; в основном состоянии Абсолютный вакуум имеет нулевые средние значения момента, импульса и других физических характеристик.

Найденные решения уравнений Шипова описывают искривленное и закрученное пространство-время, интерпретируемое как вакуумные возбуждения, находящиеся в виртуальном состоянии. Эти решения начинают описывать реальную материю после того, как входящие в него константы (или функции) интегрирования отождествляются с физическими константами (112, с. 6).

Чрезвычайно важным является то, что уравнения вакуума и принцип всеобщей относительности после соответствующих упрощений приводят к уравнениям и принципам квантовой теории. Полученная таким образом квантовая теория оказывается детерминированной, поскольку в ее уравнениях в роли волновой функции выступает поле инерции (110, с. 12). Шипову удалось разрешить кризис в теоретической физике, получив ответы на вопросы, поставленные наукой много лет назад.

Волновая функция в уравнениях Шредингера и Дирака представляет собой реальное физическое поле - поле инерции; детерминизм и причинность в квантовой механике существуют, хотя вероятностная трактовка динамики квантовых объектов неизбежна; частица представляет собой предельный случай чисто полевого образования, при стремлении массы (или заряда) этого образования к постоянной величине. В этом предельном случае происходит возникновение корпускулярно-волнового дуализма и оптико-механической аналогии в чисто полевой теории (80, с. 50); современная квантовая теория не является полной, так как не согласуется с принципом вращательной относительности; в квантовой теории измеряется ситуация, представляющая собой комбинацию полей, образующих измерительный прибор и измеряемый объект(26,ч.1,с. 9).

Подтвердились догадки Эйнштейна, что квантовая теория не полна, и его предположения о том, что “более совершенная квантовая теория может быть найдена на пути расширения принципа относительности” (26, ч. 2, с. 48).

И сегодня квантовая теория, которую ученые называют полной и которая следует из уравнения теории физического вакуума, удовлетворяет всем требованиям Эйнштейна. На основании полученных результатов делается вывод, что мечта Эйнштейна о построении полной детерминированной квантовой теории путем обобщения уравнений общей теории относительности нашла свое воплощение в теории физического вакуума (80, с. 1).

Таким образом, принцип всеобщей относительности и теория физического вакуума связали между собой проблему сил и полей инерции в классической механике, проблему расходимостей в электродинамике и проблему завершенности квантовой механики, показав, что эти проблемы имеют единый источник - отсутствие знаний в современной физике о, пожалуй, самом фундаментальном физическом поле - поле инерции, которое выступает в роли единого поля, внутренним образом объединяющим все физические поля. Именно это поле, как выяснилось, искал великий Эйнштейн.

Создав теорию физического вакуума, Шипов сумел ответить и на вопросы, касающиеся сил инерции: силы инерции порождаются полем инерции, играющим роль единого поля в теории физического вакуума; поля инерции определяются кручением пространства, которое характеризует упругие свойства пространства, и имеют локальную природу; силы инерции являются одновременно и внешними, и внутренними по отношению к любой изолированной системе (26, ч. 3, с. 27).

Исключительно важным результатом работы Шипова является установление связи между полем инерции и торсионными полями, определяемыми кручением пространства.

Следует отметить также, что в результате исследований Г. Шилова программа единой теории поля переросла в теорию физического вакуума. Единым носителем полей (именно полей, а не взаимодействий) является физический вакуум - “фундаментальное поле”, по удачной терминологии академика И. Л. Герловина. и все поля: гравитационное, электромагнитное, торсионное (спиновое) - являются его различными фазами (84, с. 15).

Теория физического вакуума приводит к целому ряду следствий теоретического и практического характера (26,ч.3,с. 52):

• построение эйнштейновской ЕТП как теории физического вакуума;

• соответствие уравнений физического вакуума всем фундаментальным уравнениям современной физики;

• построение детерминированной квантовой теории, удовлетворяющей требованиям Эйнштейна;

• открытие новых типов фундаментальных взаимодействий. основанных на точном решении уравнений физического вакуума;

• теоретическое описание торсионного взаимодействия;

• принципиальная возможность создания движителя нового типа, использующего поля и силы инерции;

• создание излучателей и приемников монопольного электромагнитного излучения;

• создание приборов, использующих новые типы фундаментальных взаимодействий (например, торсионных) и многое другое,

Итак, российскому ученому Г. И. Шилову удалось блестяще завершить огромный труд плеяды выдающихся ученых и создать ЕТП, о которой мечтал и у истоков которой стоял великий физик Альберт Эйнштейн. Воистину, “если я видел дальше других, то только потому, что стоял на плечах гигантов” (Ньютон).

В конце XX века содержательной базой новой парадигмы стали принцип всеобщей относительности Шилова, геометрия Римана-Картана-Шилова и физический вакуум - материальная среда, передающая взаимодействия и рождающая элементарные частицы.