Две «детские» ошибки физики 20-го века, или «Где физика свернула не туда?»

[anton_lipovka]

Как известно, физика строится на постулатах. Их количество велико, и мы зачастую даже не вспоминаем об их существовании, а просто берём результаты полученные до нас, вводим новые постулаты и получаем некие формулы, которые сравниваем с экспериментом. Порой это приводит к комическим последствиям, порой остаётся в «мэйнстриме».

Среди этих многочисленных постулатов имеется один, о котором не принято вспоминать, поскольку он подразумевается выполненным априори. Это постулат о замкнутости рассматриваемой системы.

1) Пример правильного подхода: Имеем плиту и чайник стоящий на включённой конфорке. Чайник кипит. Рассмотрим полную систему (чайник + плита + газовые трубы + газораспределительная станция + месторождение газа и добывающее оборудование). Очевидно, что чайник кипит потому что: под ним горит газ, который по трубам подали с подстанции, на которой он оказался из другой станции, на которую он пришёл из хранилища/месторождения. Можем построить полную модель системы.

2) Пример НЕправильного подхода: Имеем плиту и чайник стоящий на включённой конфорке. Чайник кипит. Рассмотрим систему (Чайник). Ведь нам интересен именно он, не так ли? Что мы видим? Чайник кипит... Необъяснимое (в рамках рассматриваемой нами системы) явление. Давайте почитаем великих физиков прошлого. Ага, они об этом писали. Это теплород выделяется в чайнике, потому он и кипит. А откуда теплород? Да это же «Тёмная Материя» аннигилирует, выделяет теплород, вот чайник и кипит!

В примере №2, мы не заметили здоровенный кусок системы (плита, трубы, газ, газораспределительная станция...). В результате нам пришлось вводить три новых постулата (теплород, тёмная материя, её свойство аннигилировать), чтобы компенсировать возникшие «неприятности».
Ровно это же самое делается в физике. Не верите? Заходите под кат.
Это поучительный пример о двух разных путях выхода из одинакового тупика, связанного с неполнотой рассмариваемой системы. В начале 20-го века физики столкнулись с двумя трудностями.

У астрофизиков - проблема «нефизичной» динамики наблюдаемых объектов

У физиков– проблема с объяснением линейчатых спектров атомов.

Астрофизики:                                                                                  Физики:

Исходно и в одном и в другом случае, стояла задача - описать полную модель системы. Полная система выглядит так:

Рис. 1.а. Требуется описание динамики галактик (нужно построить динамическую модель, описывающую наблюдаемые кривые вращения)

Рис. 1.б. Требуется объяснить линейчатые спектры атомов (построить динамическую модель излучающего атома)

Условно можно выделить части обсуждаемых систем (по месту доминирования, как в галактиках, или вследствие невозможности корректного учёта, как в атоме).
Система "волей случая" неестественно делится на две части: "очевидную" и "неведомую".

Рис.2.а. Астрофизика: (Слева - Ньютонова гравимеханика. Справа - кинетика газа). Правую часть старательно "не замечаем".

Рис.2.б. Квантовая система: Слева Механика. Справа - поперечное ЭМ поле + изменяющаяся геометрия (являющаяся причиной квантования). Правую часть не видим, поскольку нет экспериментальных данных.

Что делать в этом случае?

Рис.3.а.Астрофизики говорят (не доказывают!), что кинетика газа (правая часть) не важна и её выбрасывают вон. На самом деле элементарные оценки (см. первую часть статьи) показывают, что кинетика газа доминирует над гравитацией на больших расстояниях от центра галактики.

Рис.3.б.Физики не замечают поперечное ЭМ поле и не знают (напомню - 1926 год), что Вселенная расширяется.(см. так же детальный комментарий* ниже). Волей-неволей, но приходится искать описание (модель) того, что видно (левая половинка атомной физики), что и было сделано Шрёдингером.

А теперь - внимание! Вопрос: Как именно были построены модели неполных, не замкнутых систем в первом и во втором случае?

Смотрим:

Рис.4.а. Астрофизики Пользуются только уравнениями механики Ньютона и, чтобы компенсировать проблему (подогнать расчёты к наблюдениям), вводят в СТАРЫЕ уравнения Ньютона «костыль» - дополнительный потенциал обусловленный некоей ТМ. Не помогло. Всё равно всё криво, косо и не совпадает с наблюдениями.

Рис.4.б.Физики поступили корректно (осторожнее). Они не стали вводить некую сущность. Они согласились, что чего-то не знают и постулировали НОВЫЕ уравнения, которые по сути были механикой, но не обычной, а «ненормальной», новой (квантовой) механикой, основанной на постулатах.

Физики поступили корректно, астрофизики поступили не вполне профессионально.

В первом и во втором случае рассматривали неполные модели, но астрофизики постулировали невидимую сущность (ТМ), что является грубой ошибкой, а физики согласились, что чего-то не знают и просто ввели постулаты, но НЕ ввели новую сущность типа «Квантониевая материя», которая бы мистически объясняла бы квантование атома в рамках механики Ньютона. В КМ поступили верно, в астрофизике - нет.

Результат:
Астрофизики пришли к фэйковой науке о «свойствах и природе ТМ». А между тем, если работать с полной системой и выписать полную модель галактик, то кривые вращения естественным образом объясняются без тёмной материи. Т.е. тёмная материя - это ненужный костыль (см. препринт на русском).
Физики всё равно вернулись к необходимости поиска смыслов, истоков КМ. Цитирую классиков:





________________________________________________________________________________
“I do not like [quantum mechanics], and I am sorry I ever had anything to do with it.” (Erwin Schrödinger)


(Я не люблю [квантовую механику], и сожалею, что имел к ней отношение)

________________________________________________________________________________
“I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics.” (Richard Feynman)


(Думаю, я могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику)

________________________________________________________________________________
“Quantum mechanics makes absolutely no sense.” (Sir Roger Penrose)


(Квантовая механика не имеет абсолютно никакого смысла)

________________________________________________________________________________

“Conventionalformulations of quantum theory, and of quantum field theory in particular, are unprofessionally vague and ambiguous. Professional theoretical physicists ought to be able to do better. Bohm has shown us a way.
перевод:
Традиционные формулировки квантовой теории и, в частности, квантовой теории поля, непрофессионально расплывчаты и двусмысленны. Профессиональные физики-теоретики должны добиться большего. Бом показал нам путь. .” (John Bell)





________________________комментарий___________________
*(мой комментарий). То, что теоретики не знали (не предположили) что Вселенная расширяется – это правильно. Нельзя было в 1926 году включать в уравнения КМ или Максвелла расширение Вселенной. Тогда о расширении Вселенной даже не догадывались. А вот с поперечным ЭМ полем – это явный прокол. Могли бы догадаться.

Но тогда искали именно МЕХАНИКУ атома. Полагали, что фотон появляется ТОЛЬКО в момент излучения, а до этого фотона нет, что не вполне верно. На самом деле «зачатки» фотона имеются и ДО излучения, просто они выглядят несколько по-иному. Бом называет его "волна-пилот". Это поперечная ЭМ волна "связанная" с движущимся зарядом. Гинзбург про этот (ещё не излученный) фотон так же говорит в своей книге «Астрофизика и теор.физика. Доп.главы». Гинзбург называет его «виртуальный фотон» - это фотон, который ещё не излучился, но может быть излучен. Это отчасти правильно, но, к сожалению, с одной стороны только отчасти, а с другой стороны этот термин уже занят и его употребление может привести к путаннице. Думаю что правильнее это ЭМ поле называть «связанное поперечное ЭМ поле».

Электрон «мотаясь» по орбите порождает связанное поперечное ЭМ поле, которое связано с электроном (здесь нужно вспомнить Бомовскую волну-пилот: это именно оно самое – поперечная ЭМ волна «сидящая» на электроне. Я об этом говорю в моей статье «природа квантового потенциала»).
При переходе электрона на нижележащую орбиту граничные условия, налагаемые на систему внешней средой, делают возможным излучение реального фотона (в который переходит так же и часть этого «виртуального» фотона). Происходит превращение части этой поперечной ЭМ энергии (порождаемой движением электрона) в фотон, который и излучается.

Аналогия. Не вполне верная, но наглядная и удобная для понимания.

Озеро. Мячик в воде. Когда мячик неподвижен (изолированный электрон) – волн нет. Однако в атоме электрон не изолирован, а мотается вокруг ядра. Начинаем «мотать» мячик по воде. Он генерирует вокруг себя волны. Если бы эти волны были бы квантованными (как поперечные ЭМ волны - квантуются вследствие адиабатического расширения метрики и необходимости удовлетворения граничным условиям), то они бы не расходились от мячика. Ну, например, представим себе, что у нас не вода а желе. Подбираем упругость желе и Граничные Условия (ГУ) (форму береговой линии и дна) таким образом, чтобы распространение (уход) волны гасилось. Тогда у нас получилось бы такое – мы мотаем мячик, а он генерирует волны, которые не уходят на бесконечность (уравнение движения + ГУ не образуют уходящих волн). Назовём эти волны «стоячими» (по Гинзбургу они будут "виртуальными фотонами"). Теперь мы поменяем уравнения движения, т.е. такое движение мячиком сделаем, что ГУ удовлетворяются в случае уходящей волны (это не абы какое движение, а очень специфическое – аналог перехода электрона с одной орбиты на другую). Это должно быть такое «хитрое» движение, чтобы в сочетании с ГУ, стало бы возможным часть «стоячей» волны оторвать. В этом случае часть энергии мячика и часть энергии «стоячей» волны «отрываются» в виде «солитона» - в виде кванта, и уносятся на бесконечность.

(Внимание!) Предлагаемая аналогия не вполне точная, поскольку
1) Имеется разница в скоростях (скорость света – это нечто особенное, связанное со свойствами метрики).
2) Передача сигнала разная. В воде – продольная, а для света - поперечная.
3) Имеются диссипативные потери (чего нет в атоме)

_________________комментарий_закончен____________________

  Как можно видеть из рис.4, в первом случае (а) вариант только один – заканчивать игры с ТМ и просто по-честному выписать полный набор уравнений (все уравнения описывающие систему).

Во втором случае (б) ломать ничего не надо, а надо просто рассмотреть полную систему и понять откуда взялись постулаты. Т.е. наконец найти основы квантовой механики и достроить модель до описания полной системы.

Для этого следует 1) осознать, что поперечное ЭМ поле (как свободное – «фотон», так и связанное в атоме – «волна-пилот») должно «чувствовать» изменение метрики пространства (намёком для меня было наблюдаемое космологическое красное смещение – т.е. «фотон» = «поперечное ЭМ поле» не сохраняет свою энергию при расширении Вселенной, его энергия-импульс не является интегралом движения).

2) Посчитать единственную приблизительно сохраняющуюся величину - адиабатический инвариант поперечного ЭМ поля ET=h (равно постоянной Планка). Т.е. в самом деле поперечное ЭМ поле «чувствует» расширение!

3) Взять второй том Ландау и Лифшица (где уравнения электродинамики выводятся из вариационного принципа на СТАЦИОНАРНОМ многообразии), плюс взять учебник дифференциальной геометрии, в котором показано как именно модифицируется вариационный принцип, если многообразие НЕ стационарно (т.е. Вселенная раширяется). Соединить это и получить уравнения полной электродинамики, которые (как это и должно быть) переходят в электродинамику Максвелла, в пределе устремления постоянной Планка к нулю (классический случай).

Полученные уравнения дают: (1) описание атома (и вообще любой микросистемы), (2) космологическое красное смещение, (3) эффект Ааронова-Бома, с которым много десятилетий безуспешно бились лучшие умы (см. ссылки в статьях 1 и 2).

Таким образом, была объединена «электродинамика Максвелла» + «Квантовая Механика» + «Релятивистская Механика». Всё это стало теперь «полной электродинамикой».

То, о чём с таким жаром спорили Хоукинг и Пенроуз (объединение КМ и ОТО) стало реальностью.

Вот схемка, чтобы были понятны связи между темами.

Красно-чёрной рамкой со сглаженными углами выделено то, что было сделано мной. Из них идут чёрные

стрелки – это доказанные и опубликованные (полученные в работах) следствия.

Мною были объединены в единую теорию «ортодоксальная КМ, КЭД и КТП» + «Релятивистская механика» + «Электродинамика Максвелла» (3 прямоугольника в левой части). Сделанное объединение - это красные стрелки.

Чёрными стрелками показаны следствия, то, что следует и объясняется в рамках развитой теории.

Важно: Из выписанной «полной электродинамики» получаются (следуют) все уравнения из трёх вышеупомянутых левых прямоугольников (основных разделов современной физики), как соответствующие пределы. Удалось избавиться от постулатов, исходно заложенных в квантовую механику (см. рис.4.б.).

Более того, из Полной электродинамики следуют:

- Решение ЕПР парадокса (т.к. больше нет волновых функций ВФ)
- объединение КМ и ОТО, поскольку больше нет коллапса ВФ. (Впервые).
- Объяснение эффекта Ааронова-Бома (впервые)
- Выводится постоянная Планка из геометрии (впервые). При этом квантовая теория приобретает смысл.
- автоматом из уравнений получается космологическое красное смещение.
- Доказывается, что наблюдаемая космологическая постоянная имеет геометрическую природу.
- Разрешается проблема вакуумной катастрофы.
- разумеется, выводятся все уравнения используемые в КМ (как и должно быть).
- В пределе h -> 0 уравнения полной электродинамики переходят в уравнения Максвелла (как это и должно быть).

Следствем двух последних пунктов является полное согласование предлагаемой теории со всей накопленной к настоящему времени экспериментальной базой.

Дополнение.

Неожиданно для меня, полученные уравнения полной электродинамики оказались "Теорией Великого Объединения" (GUT).
Но это уже тема для отдельного поста.