Электромагнитные взаимодействия в сильных гравитационных полях. Частичное эффективное подавление гравитации

Фундаментальные взаимодействия -- различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий, причём электромагнитное и слабое взаимодействия, вообще говоря, являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия. Ведутся поиски других типов взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока существование какого-либо другого типа взаимодействия не обнаружено.

Электромагнитное взаимодействие -- одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.

С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном -- фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, а значит не может непосредственно взаимодействовать с другими фотонами.

Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-частица (из фермионов), а также заряженые калибровочные бозоны.

Электромагнитное взаимодействие отличается от слабого и сильного взаимодействия своим дальнодействующим характером -- сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния (см.: закон Кулона). По такому же закону спадает с расстоянием гравитационное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой на космических масштабах -- электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

В классических (неквантовых) рамках электромагнитное взаимодействие описывается классической электродинамикой.

Краткая сводка основных формул классической электродинамики

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера:

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:

Гравитамция (всемимрное тяготемние, тяготемние) (от лат. gravitas -- «тяжесть») -- дальнодействующее фундаментальное взаимодействие, которому подвержены все материальные тела. По современным представлениям, является универсальным взаимодействием материи с пространственно-временным континуумом, и, в отличие от других фундаментальных взаимодействий, всем без исключения телам, независимо от их массы и внутренней структуры, в одной и той же точке пространства и времени придаёт одинаковое ускорение относительно локально-инерциальной системы отсчёта -- принцип эквивалентности Эйнштейна. Главным образом, определяющее влияние гравитация оказывает на материю в космических масштабах. Термин гравитация используется также как название раздела физики, изучающего гравитационное взаимодействие. Наиболее успешной современной физической теорией в классической физике, описывающей гравитацию, является общая теория относительности, квантовая теория гравитационного взаимодействия пока не построена.

Гравитационное взаимодействие -- одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния -- то есть

Здесь G -- гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725 *10м?/(кг*с?).

Закон всемирного тяготения -- одно из приложений закона обратных квадратов, встречающегося так же и при изучении излучений, и являющимся прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.

Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени.

Большие космические объекты -- планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля.

Гравитация -- слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях и все массы положительны, это тем не менее очень важная сила во Вселенной. Для сравнения: полный электрический заряд этих тел ноль, так как вещество в целом электрически нейтрально.

Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.

Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления -- орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.

Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. Аристотель считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. Только много позже Галилео Галилей экспериментально определил, что это не так -- если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.

Анализируя современные теории гравитации, начиная с Ньютона и его последователей, мы видим сложность восприятия этого явления. Она заключается в том, что термин «тяготение» ассоциируется с термином «гравитационное излучение». Но если это излучение, т.е. нечто, исходящее от гравитирующего тела (например, Земли), то, как оно может действовать в обратном направлении, т.е. притягивать? Гегель указывал на это несоответствие ещё 200 лет назад. Он считал, что притяжение есть производное от отталкивания, однако, обосновать это теоретически не удосужился.

Физика не может использовать интуитивные прозрения, если их нельзя сформулировать последовательным математическим языком и дополнить описанием на обычном языке. Кроме того, существующие сегодня теории гравитации, включая закон всемирного тяготения Ньютона и общую теорию относительности Эйнштейна, не отвечают на самый главный вопрос – откуда берётся энергия на создание и поддержание гравитационного поля. По расчётам учёных сила притяжения Солнца, удерживающая Землю на орбите, составляет 3,6х1021кгс. Но кроме Земли надо притягивать и другие планеты. Учёные попали в тупик, выяснив, что Солнце не в состоянии энергетически обеспечить притяжение планет солнечной системы. Ньютон, да и Эйнштейн долго бились над этим вопросом, но так и не нашли разумного ответа. В конце концов, Ньютон решил, что сама масса является источником силы притяжения. Так появилась гравитационная масса, которую он отделил от веса. Но при этом ему пришлось внести в свою теорию другую массу – инертную, как количество вещества. К его удивлению, математические вычисления показали, что эти массы в точности равны друг другу. Так родился закон эквивалентности тяжёлой и инертной массы, который Эйнштейн использовал для построения общей теории относительности. Таким образом, Ньютон отказался от физического объяснения наблюдаемых явлений, заменив его математическим. По его пути пошёл и Эйнштейн, создавая свою теорию гравитации, в которой доминирующую роль играет не масса, а пространство и время, как физические объекты. Поэтому его теорию называют ещё геометрической. Конечно, геометрия может определять параметры сил, но она не может быть причиной движения.

В ХХ веке появилась, и начала быстро развиваться квантовая теория микромира и отдельная её ветвь – квантовая теория гравитации. Её трудность, прежде всего, заключается в том, что она основана на математическом формализме довольно высокого уровня, когда по результатам вычислений судят о физической сущности рассматриваемого явления. Кроме того, она постулирует наличие в природе элементарных частиц – гравитонов, ответственных за гравитационное взаимодействие. Как известно, несмотря на долгие поиски, эти частицы так и не были обнаружены. К тому же, эта теория, как и все предыдущие, не отвечает на вопрос – где находится источник энергии, питающий гравитационное поле. Итак, все перечисленные выше теории, а также подобные им (сегодня их насчитывается более десятка) являются чисто математическими, с невыявленной физической сущностью. Такие теории не дают выхода на проведение экспериментов, подтверждающих их. Объясняя отсутствие широкомасштабных экспериментов с гравитацией, учёные ссылаются на то, что, согласно теории Ньютона, для их проведения требуется огромная масса, поскольку именно она является источником гравитационных сил, а это практически невыполнимо. Что же касается общей теории относительности Эйнштейна, то в ней, как уже отмечалось, одна математика, а физической сущностью выступают пространство и время, которые не поддаются экспериментам. Не в лучшем виде в этом вопросе выглядит и квантовая теория гравитации. Как показала история развития физической науки, в использовании математических методов решения задач необходима некоторая осторожность, т.к. в математике отсутствует механизм целесообразности и критики. В соответствии с этим некоторые учёные считают математику не наукой, а своеобразным умственным инструментом. Это никоим образом не принижает её роли в исследованиях. Она включается в работу на последнем этапе, когда уже выявлена физическая сущность рассматриваемого явления. В любой науке первоначально происходит отбор физических и иных факторов, и устанавливаются качественные закономерности в виде аналоговых законов. Такое неоднозначное отношение к математике прослеживается в научных изысканиях с давних времён. Гегель, например, заявляет: « При построении научной теории ссылка на математику, как аргумент доказательства - не правомерен». Или: «В математических рассуждениях нет никакого доказательства». Всё вышесказанное подытожил известный учёный В.А.Ацюковский: «В современной физике, начиная с Ньютона, математике отдаётся предпочтение перед физикой, как будто из математики можно высосать что-нибудь новое сверх того, что в неё заложено».

Итак, сверхзадачей, стоящей перед исследователями является: выявить источник постоянной энергии, создающий и питающий гравитационное поле Земли. Для её решения обратимся к термодинамике. Закон, названный «Второе начало», гласит: «Энтропия вселенной всегда возрастает». Энтропия представляет собой меру энергии беспорядочного (хаотического) движения молекул в веществе. А вот что касается её роста, то здесь далеко не всё ясно. Современная термодинамика утверждает, что всякий реальный природный процесс, всякое реальное движение обязательно сопровождается более или менее заметными тепловыми эффектами. Это связано с тем, что в полном соответствии с законом сохранения энергии, все формы движения могут сколь угодно и без малейших потерь переходить одна в другую. Но если в цепь, состоящую из механических, электрических, химических и других элементов включить звено, в котором есть трение, электрическое сопротивление или теплопередача, картина меняется. Каждое из этих звеньев оказывается своеобразной ловушкой, в которой различные формы движения превращаются в тепловое движение. А, поскольку оно считается необратимым, в природе накапливается тепловая энергия, что и приводит к росту энтропии. На основании этого заключения видные учёные 19 века В.Томсон и Р.Клаузис, распространив этот закон на всю Вселенную, пришли к выводу о неизбежности её тепловой смерти. Однако длительные наблюдения и здравый смысл убеждают нас в том, что мир Земли – это мир постоянной энтропии. В чём же причина такого противоречия во вселенском масштабе? Здесь сразу следует обратить внимание на форму теплового движения, в частности происходящего в нашей Земле, имеющей горячее ядро. Тепловой поток пойдёт от него строго по радиусу, т.е. будет упорядоченным, направленным к наружной поверхности Земли. Это легко проверяется экспериментально, о чём будет сказано ниже. В своё время Макс Планк говорил, что если бы удалось каким-либо способом беспорядочное движение молекул превратить в упорядоченное, то второе начало термодинамики потеряло бы значение принципа. Выходит, что природа предвосхитила опасения наших учёных о неизбежности тепловой смерти вселенной. Но, если у нашей Земли отсутствует рост энтропии, то нам надо докопаться, куда в таком случае исчезает энергия, излучаемая её горячим ядром. Вопрос о потерянной как будто бы тепловой энергии в процессе с постоянной, не возрастающей энтропией, ставился ещё Энгельсом в его труде «Диалектика природы». Ответ на этот вопрос, правда, не совсем ясный, мы найдём в современной космологии. Она утверждает, что возрастанию энтропии противоборствует некая организующая роль гравитации. Но это, скорее, не ответ, а подсказка, где следует его искать. Здесь должна быть иная формулировка: «Та часть энергии, которая, казалось бы, должна расходоваться на увеличение энтропии космических объектов (планет, звёзд), расходуется на создание и поддержание гравитационного излучения в виде продольных волн. Этот механизм полностью аналогичен рождению электрического поля при направленном движении электронов в проводнике. Таким образом, цепь круговорота энергии в природе становится замкнутой. До сих пор тепловая энергия, кстати, самая употребляемая человечеством, была «белой вороной» среди других видов энергии, на ней прерывалась эта цепь. Следовательно, энергия направленного теплового движения может перейти в энергию гравитационного излучения, а та в свою очередь – в энергию механического движения (имеется в виду энергия движения планет и их спутников). А теперь надо ответить на последний, не менее важный вопрос, заданный ещё Гегелем: «Если гравитационное излучение есть нечто исходящее от Земли (планет, звёзд), то, как оно может действовать в обратном направлении?» Имеется в виду ньютоновское притяжение, или тяготение. Именитые учёные дают несколько подсказок, которые проливают свет на этот феномен. Как уже говорилось, тот же Гегель считал, что притяжение есть производное от отталкивания гравитирующих тел. Но это просто философское размышление, и только. Более определённо по этому вопросу высказался английский учёный Хэвисайд (1850-1925гг), называемый непризнанным гением. Его мысль заключалась в том, что в природе образуется второе отражённое гравитационное поле, падающее на Землю. Оно-то и создаёт иллюзию притяжения. Но какой механизм здесь действует? Это можно сравнить с радиолокационной волной. Но в отличие от неё, гравитационная волна, отразившись, возвращается на Землю не к месту её источника, а падает плашмя, как – бы обнимая её. Разобраться, от какого препятствия отражается излучённая Землёй гравитационная волна, нам поможет аналогия взаимодействия двух одноимённых полюсов магнитов. В этом взаимодействии происходит отталкивание магнитов за счёт встречи одноимённых магнитных полей. Приблизительно такая же картина наблюдается при гравитационном взаимодействии космических объектов, например Земли с Луной. Они отталкиваются друг от друга за счёт встречных одноимённых гравитационных полей в виде волн. При этом волны Земли, столкнувшись с волнами Луны, возвращаются на тело, их породившее, в виде продольно-поперечной структуры. Здесь напрашивается вопрос – почему первичное гравитационное излучение не взаимодействует с веществом или телом, а вторичное, падающее плашмя, взаимодействует, а, вернее сказать, толкает тела к Земле? Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться со структурой гравитационного излучения или поля. Под структурой понимается частица, ответственная за гравитационное взаимодействие. Как уже отмечалось, квантовая теория такой частицей провозгласила гипотетический гравитон. В свою очередь, английский ученый Стивен Хокинг считает, что частицей гравитационного поля является нейтрино. Это, на сегодня, самая малая открытая частица, которая в 10000 раз меньше электрона. Однако здесь большую роль играет не только размер частицы, но и её форма. По утверждению учёных макромир и микромир построены по одному сценарию. Как известно, галактика представляет собой дискообразное скопление звёзд. То же можно сказать и о солнечной системе, где планеты вращаются приблизительно в одной плоскости. А в микромире та же аналогия проявляется в строении атома. Но, оказывается, что и элементарные частицы имеют форму диска. Недавно появилось сообщение о том, что учёным удалось сфотографировать электрон. Он оказался в форме нанодиска. На основании этого следует ожидать, что и нуклоны и нейтрино имеют ту же форму. Похоже, что это общий принцип строения мироздания. При излучении гравитационной волны нейтрино имеет продольный спин по отношению к своему движению и обладает высокой проницаемостью через любые преграды. В силу этого он не взаимодействует с веществом материального тела. Однако, во вторичном, отражённом гравитационном поле, где волна падает на Землю плашмя, спин нейтрино оказывается поперечным по отношению к своему движению и проницаемость волны через тело резко сокращается. В этом случае происходит взаимодействие гравитационного поля с материальными телами, но это не притяжение Земли, а толкание к ней. Вот это и будет вторичное гравитационное поле Хэвисайда. Если пробное тело находится на высоте от Земли и не закреплено, оно будет падать на неё с той же скоростью, что и гравитационное поле, но при этом оно не будет иметь веса. Если тело имеет опору, то гравитационное поле, проходя через него, образует вес, пропорциональный количеству вещества в нём, или то, что мы называем тяжестью. Здесь настало время объяснить, почему гравитационное излучение Земли, заведомо превосходящее лунное, при их взаимодействии не сталкивает Луну с её орбиты? Дело в том, что Земля своим излучением взаимодействует не только с Луной, но и с Солнцем, а в некоторых случаях (при сближении) – с Венерой и Марсом. Это взаимодействие происходит далеко за пределами лунной орбиты. Отражаясь от солнечного гравитационного излучения, земное излучение возвращается обратно, но уже в новом качестве, как гравитационное поле Хэвисайда. (Математическое выражение этого взаимодействия будет резко отличаться от Ньютоновского)

Где - сила гравитационного излучения Земли в районе контакта со встречным аналогичным излучением Луны ; – сила гравитационного поля Земли, препятствующая сдвигу Луны с её орбиты от действия (гравитационное поле Хэвисайда). По пути это поле действует на аналогичное поле Луны, окружающее её в виде некой сферы, и тем самым прижимает её к Земле. В результате Луна оказывается в равновесии между двух сил – силой отталкивания от земного излучения и силой, прижимающей полем Хэвисайда. Граница, где устанавливается это равновесие, и определяет удалённость орбиты Луны от Земли. Из этого следует, что если Луна исчерпает свой энергетический потенциал (горячее ядро), то она неизбежно упадёт на Землю. Такое событие учёные называют гравотермальной катастрофой. Можно предположить, что и взаимодействие Солнца с планетами, в том числе и с Землёй вместе с Луной, происходит по тому же сценарию. При этом граница, где происходит превращение гравитационного излучения в гравитационное поле, т.е. отталкивание двух излучений определяет размер некой энергетической сферы, образующейся вокруг планет от действия Солнца или вокруг Луны от действия Земли. Такая же сфера образуется и вокруг Солнца при взаимодействии его гравитационного излучения с подобными излучениями других космических объектов, находящихся за пределами Солнечной системы. Сфера – это область пространства вокруг гравитирующего объекта, внутри которой действуют силы « тяготения» (как было принято считать ранее), а в соответствии с новой парадигмой это силы давления или подталкивания. Возможно, подобная сфера образуется и вокруг НЛО. Она и выводит из строя электронику приблизившихся к нему самолётов, а также негативно воздействует на психику людей. Теперь, в результате всех этих новшеств, небесная механика предстаёт перед нами в более понятном виде. Солнце, вращаясь, ометает своим гравитационным излучением всё пространство своей системы, заставляя планеты водить хоровод, каждую по своей орбите и одновременно вращаться вокруг своей оси в том же направлении. Но самое важное здесь состоит в том, что и планеты, окружённые энергетической сферой, созданной из собственного излучения, находятся как бы в подвешенном состоянии и по отношению к Солнцу ничего не весят (как мяч на воде). Следовательно, для приведения хоровода планет в действие потребуется ничтожная энергия, по сравнению с той, какую требовала ньютоновская теория. Только Венера и Уран имеют аномальное вращение вокруг своей оси в обратную сторону. При этом Уран «улёгся набок», так, что его ось направлена к Солнцу. Но и этим аномалиям можно найти логическое объяснение на механистической основе. При этом надо заметить, что все взаимодействия в небесной механике происходят на полевом уровне. Например, гравитационное излучение Солнца действует на планеты через их энергетические сферы. Можно предположить, что и другие космические объекты (галактики) подобны нашей солнечной системе. Из этих рассуждений следует, что орбиты планет и звёзд предопределены (в отличие от Ньютона, который считал их случайными) и зависят от гравитационного потенциала каждого из взаимодействующих космических объектов. Кроме того, первичное гравитационное излучение космических объектов не допускает их столкновения, наводит порядок во вселенском масштабе и тем самым обеспечивает устойчивость Вселенной, которой предыдущие теории давали весьма сомнительные объяснения. Этот же механизм (отталкивания) подтверждает предположение Хаббла, что все галактики удаляются не только от нас, но и друг от друга. Иначе говоря, вселенная расширяется. Самым, пожалуй, убедительным и наглядным моментом новой небесной механики является объяснение лунно-солнечных приливов на Земле. Согласно новых воззрений вода не притягивается Луной и Солнцем, а выжимается падающим гравитационным полем Земли в стороны наименьшего давления, то есть в зенитную и противоположную ему (по отношению к Луне и Солнцу). Это подтверждается гравиметрическими измерениями, показывающими периодические колебания силы тяжести тел в различных точках Земли с цикличностью, соответствующей смене лунных фаз и положению Солнца относительно Земли. Причём, увеличение этой силы сдвинуто по отношению к приливным волнам на 90°. Если представить для наглядности отражённое гравитационное поле Земли состоящим из силовых линий, то при возврате эти силовые линии искривляются по параболе, как бы обнимая Землю. Это явление Эйнштейн объяснял искривлением пространства. Но это физически необъяснимо. Образование приливов на Земле в том месте, где Луна находится в зените, Ньютон объяснял силами её притяжения. Но на ехидный вопрос его оппонентов – почему же тогда одновременно такой же приливной горб образуется и с обратной стороны Земли – вразумительного ответа не последовало. В свою очередь французский учёный Р. Декарт иначе объясняет это явление, он говорит: «Образование приливов и отливов происходит за счёт давления лунного вихря». Что это за вихрь и откуда он берётся – неясно, но, в общем, это утверждение ближе к истине. Зато новая небесная механика, основанная на термодинамической природе гравитации, даёт вполне убедительное объяснение приливам и отливам, подтверждённое многочисленными экспериментами. Из этой механики следует, что, то действие, которое мы называем «притяжение», есть, образно говоря, эхо гравитационного излучения Земли. Но эхо может образоваться только в том случае, если Земля находится в окружении других гравитирующих объектов (Луны, других планет и особенно Солнца). А это значит, что, вопреки теории Ньютона, масса Земли не имеет никакого отношения к её способности притяжения. Если бы Земля была одинока в космическом пространстве, она не обладала бы способностью притяжения, даже будучи в тысячу раз массивнее. Такая картина полностью нарушает современную астрофизическую науку. В частности, принято считать, что эволюция звёзд, их рождение и смерть, зависят от величины их массы, которая определяет способность космического объекта к притяжению. Новая гипотеза это утверждение опровергает. При этом под словом «гравитация» ни в коем случае не подразумевается понятие «притяжения». Здесь гравитация – это силовая механистическая волна, которая при взаимодействии с веществом или аналогичной волной может только отталкивать от себя. В частности, наличие в природе таких экзотических звёзд как «белые карлики», нейтронные звёзды, чёрные дыры, явилось следствием математических вычислений, исходящих из теорий Ньютона, Эйнштейна и их последователей, принявших за постулат то, что масса является источником сил притяжения. В новой гипотезе масса воспринимается просто как количество вещества, в котором, при определённых условиях, энергия теплового потока, исходящего от ядра космического объекта, частично преобразуется в энергию его гравитационного излучения. Из этого следует, что два космических объекта, имеющих одинаковую массу, могут иметь различные по своей силе гравитационные излучения. Всё зависит не от массы, а от величины горячего ядра и содержащейся в нём энергии. Так, например, с позиции новой гипотезы, «белые карлики» и «нейтронные звёзды» - это космические объекты, имеющие малый размер и в то же время высокую энергетическую сферу по сравнению с обычными звёздами. Но это вовсе не означает, что масса в таких объектах «упакована» с высокой плотностью, чтобы соответствовать размерам образующейся энергетической сферы (или силе притяжения по теории Ньютона). Здесь, скорее, фактором образования высокой энергетической сферы является высокая энергетика горячего ядра. Расчёты, выполненные учёными, по определению плотности нейтронной звезды, которая соответствовала бы её способности притяжения, составила 3х1017 кг/м3. Это совершенно несоразмерная величина, лишний раз указывающая, что масса, как таковая, не является источником гравитационного излучения. Что касается «чёрных дыр», вокруг которых разгорелись страсти учёных, не утихающих по сей день, то о них ещё более двухсот лет назад писал П.Лаплас: «Светящаяся звезда с плотностью Земли и диаметром в 250 раз больше Солнца не даёт ни одному световому лучу достичь нас из за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во вселенной оказываются по этой причине невидимыми». Это объяснение в рамках ньютоновской теории гравитации. Теория относительности даёт иное, более парадоксальное объяснение: «Чёрная дыра» - это область пространства, вблизи которой все физические процессы полностью останавливаются, а внутри этой области законы физики полностью теряют свой смысл». Но обе эти теории сходятся в одном, главном предположении, что величина массы определяет силу гравитационного притяжения. Однако, стоит это предположение исключить из физической картины мира (как это сделано в новой гипотезе гравитации автора), так все парадоксы, являющиеся следствием математических ухищрений, исчезнут и «чёрная дыра» превратится в обычную звезду, обладающую огромной массой и вполне умеренным гравитационным излучением. По сути, согласно новым представлениям, любая планета или звезда является своего рода «чёрной дырой». Если какое-то космическое негравитирующее тело войдёт в энергетическую сферу Земли, то при скорости его меньше второй космической (11км/с), оно будет захвачено Землёй и превратится в её спутник. Если эта скорость будет меньше первой космической (8км/с), то тело упадёт на Землю. И, наконец, если его скорость превосходит 11 км/с, то тело уйдёт из сферы влияния Земли и превратится в спутник Солнца. Конечно, это заключение не касается тел с траекторией движения, направленной непосредственно в Землю. В свою очередь, если космическое тело - гравитирующее, оно будет либо отброшено за пределы энергетической оболочки Земли, либо, имея большую скорость, войдёт в эту сферу и превратится в вечный спутник подобно Луне. Следовательно, можно предположить, что она не земного происхождения, как считается, а «приблудная» в результате каких-то космических катаклизмов. Надо заметить, что ньютоновская масса фигурирует и в микромире. Так, например, рождение звёзд объясняется притягательной способностью частиц вещества, рассеянных в пространстве. Согласно новой гипотезе, самосотворение из проматерии, на роль которой опять же претендует частица нейтрино, происходит на спиновой основе частиц в результате флуктуации. Соответственно, ни элементарные частицы, ни атомы и молекулы притягательной способностью не обладают. Все эти заблуждения явились следствием введения Ньютоном в науку понятия так называемой «тяжёлой массы» и массы инертной. А Эйнштейн ввёл в науку ещё одну массу – релятивистскую, что вообще уже ни в какие ворота не лезет. В результате у одного и того же тела может быть три массы, что неизбежно создаёт путаницу в умах людей. Как заметил наш писатель М.И.Писемский: «Есть такие гениальные ошибки, которые оказывают возбудительное влияние на умы целых поколений». Можно добавить, что эти ошибки бывают длительное время незамечаемы. Вот к таким ошибкам и относятся и закон всемирного тяготения Ньютона, и общая теория относительности Эйнштейна. Работа исследователя в рамках ложной парадигмы закономерно приводит к ложным результатам. Если этого не замечать, со временем эти ошибки накапливаются, как снежный ком и в физической науке наступает кризис.

Итак, из всего вышесказанного следует, что в природе существуют как гравитирующие, так и негравитирующие тела. К первым относятся все звёзды и планеты, а также объекты человеческой деятельности, например атомные реакторы, которые по подсчётам учёных за 1 секунду излучают до 1018 частиц нейтрино. Ко второй группе относятся все окружающие нас предметы, объекты, в том числе и небесные, не имеющие горячего ядра, например метеориты, астероиды и др. Интересно отметить, что гравитирующими объектами являются и биологические структуры живой природы, в том числе и человек, пока он жив. Человек имеет постоянный источник тепловой энергии внутри, но при этом рост энтропии не наблюдается. Это значит, что тепловое движение, исходящее изнутри наружу, стабилизировано, т.е. не хаотично. Из этого следует, что человек, как и планеты, излучает гравитационные волны. Но эти волны, в отличие от волн неживой природы, обладают ещё и высокой информативностью. Всякое проявление мысли, эмоции, желания, любого душевного состояния сопровождаются энергетическими вибрациями, которые как бы впечатываются в гравитационные волны, излучаемые человеком. Эту совокупность гравитационного излучения с его информативностью называют биополем (более подробно об этом см. книгу «Природа микромира»). Наличие биополя долгое время отрицалось скептиками, поскольку его свойства никак не объяснялись через свойства известных полей и явно не вписывались в строгую материалистическую картину мира. Камнем преткновения было то, что, согласно теории Ньютона, сила биополя не соответствует массе человека. Однако ТМГ убрала эту препону, показав, что масса тела не является мерилом величины (интенсивности) гравитационного излучения. Следовательно, это излучение включает в себя биополе, обладающее информативностью, которая в свою очередь способствует проявлению феноменов парапсихологии (телепатии, ясновидения, биолокации и др.). И, наконец, когда гравитационное поле человека взаимодействует с аналогичным излучением Земли (это происходит всегда с различной степенью интенсивности), то вокруг человека образуется аура – энергетическая оболочка, по аналогии со сферой вокруг планет и звёзд. Пока ещё не ясно, почему у человека может возникнуть (спонтанно или сознательно) сила гравитационного излучения, сопоставимая с земной. В этом случае проявляется такой феномен, как левитация – способность человека совершать свободный полёт в пространстве. Разумеется, наука отрицает возможность таких явлений, и всё же, в силу дошедших до нас сведений, левитацию следует считать принципиально возможной. Упоминание о ней можно найти в отчётах и дневниках многих европейцев, побывавших в Индии. Известный английский исследователь, экстрасенс Дуглас Юм в течение 40 лет многократно демонстрировал левитацию в присутствии многих выдающихся учёных. Перед левитацией он погружался в транс. Среди тех, кто присутствовал на сеансах Юма, был А.К.Толстой. Юм дважды побывал в России и дал несколько сеансов левитации в присутствии профессоров петербургского университета Бутлерова и Вагнера. О явлениях левитации свидетельствовали такие выдающиеся личности, как супруги Кюри, Томас Эдисон и др. Самым древним, дошедшим до нас упоминанием о левитации, является документ, датируемый 1650 годом. В нём сообщается, что монах Иосиф Скипартино из Италии, будучи в религиозном экстазе, парил в воздухе на высоте 40 ярдов. Современные свидетельства этого феномена в нашей стране более чем скромны и связаны не с полётами, а с частичной потерей веса. Так, например, был зафиксирован факт падения девочки с восьмого этажа, когда она плавно приземлилась на ноги (это спонтанная левитация). Или другой случай, когда мальчик в состоянии лунатизма мог идти по воде как посуху. Недавно по телевидению, в передаче «Чудеса» показали женщину, которая не тонет. Её связали по рукам и ногам и вдобавок на грудь положили утюг. В средневековье её признали бы ведьмой. Известный учёный А.П.Дубров, анализируя международный опыт исследования левитации и телекинеза, пишет: «Анализ достижения современной науки в частности, в области изучения левитации, показывает, что даже общепринятые успехи квантовой физики не позволяют объяснить механизмы, лежащие в основе левитации». Нужна новая физика, революционный прорыв в понимании наблюдаемых явлений и роли сознания. Такой же точки зрения придерживался и знаменитый Эйнштейн. На склоне своих лет он говорил, что в будущем физика пойдёт другим путём. Все современные попытки объяснить возможность преодоления земного притяжения и воспарить в воздух строились на теории Ньютона, что не давало никакого шанса обосновать явление левитации. Термодинамическая модель гравитации (ТМГ)– это и есть та новая физика, о которой мечтал Дубров. Работа сердца заключается в постоянном сокращении и расслаблении сердечной мышцы, что свидетельствует о наличии в ней вещества, обладающего пьезоэффектом. Можно предположить, что именно пьезоэффект создаёт условия образования гравитационного излучения тела человека. Но эта тема относится скорее к парапсихологии. Для того, чтобы присвоить новой гипотезе природы гравитации статус теории, требуется проверка её многочисленными экспериментами, причём разными исследователями. До сих пор все эксперименты в этой области сводились либо к фиксации предполагаемых гравитационных волн, постулированных Ньютоном, с помощью детектора Вебера, либо замерам сил притяжения на крутильных весах. Следует отметить, что все эти эксперименты, ввиду крайней малости измеряемой величины, были связаны с прецизионными измерениями на пороге чувствительности приборов. Совершенно иные возможности для постановки экспериментов ТМГ, где выявлена физическая сущность гравитации, причём они будут целенаправленны, с заранее ожидаемым результатом. В первую очередь, для проверки термодинамической природы гравитации необходимо создать искусственное гравитирующее тело. До сих пор такая идея не могла прийти в голову ни одному исследователю, поскольку она противоречила бы всем известным на сегодня теориям гравитации. Однако, согласно ТМГ, процессы, связанные с излучением гравитационных волн Землёй можно сымитировать в миниатюре. Сама природа подсказывает, как это можно осуществить, причём очень просто и наглядно. Для этого необходимо взять шар, желательно побольше, из материала, выдерживающего высокую температуру. Внутрь его поместить источник тепловой энергии и установить этот шар на весы. Предположительно, он должен терять в весе (конечно незначительно) вследствие того, что своим гравитационным излучением будет отталкиваться от подобного излучения Земли (так же как Луна). Так и произошло. Для решающего эксперимента был изготовлен стальной шар диаметром 100мм. В шаре было сделано конусное отверстие до центра. Затем его поставили на лабораторные весы рычажного типа ВЛТ-5 с ценой деления 0,3г и уравновесили обычными гирями. Вес шара составил 4,2кг. В качестве источника тепловой энергии был использован лазер ЛТ1-2 с энергией луча 5 кВт. Луч был направлен в конусное отверстие шара сверху вниз. По мере повышения температуры поверхности шара (измерение проводилось термопарой) стрелка весов, как и предполагалось, медленно отклонялась в сторону уменьшения веса. Приблизительно через полтора часа, при достижении температуры поверхности шара 300°С лазер был выключен. Разница (уменьшение) в весе шара по сравнению с первоначальным показанием (в холодном состоянии) составила 3г (десять делений шкалы). При отключении лазера, вес вернулся к исходному.

Далее, чтобы разнообразить эксперименты, гравитирующее тело было изготовлено в форме тора, или, попросту говоря, большого бублика из каолинового волокна с «запеченной» внутри по оси электроспиралью мощностью 500Вт. Тепловой поток в нём, как и в шаре, распространяется изнутри по радиусу, т.е. будет направленным. Взвешивание «бублика» производилось на тех же весах, что и в предыдущем опыте. В этом эксперименте, как и в опыте с шаром, тепловая энергия на создание гравитационного излучения расходовалась со всей поверхности тора. При этом рабочая часть поверхности, которая взаимодействует с гравитационным излучением Земли, составляет 20-25% от всей его поверхности. Если бы вся энергия спирали была направлена в рабочую, нижнюю, зону тора, то эффект потери веса тора увеличился бы раз в 10. Это предположение можно отнести и к эксперименту с шаром. Выводы, полученные из этих двух опытов, послужили толчком для создания гравитирующего тела в виде «тарелки». Эта «летающая тарелка» была изготовлена из двух алюминиевых полусфер диаметром 350мм. В нижней полусфере установили графитовый сердечник (излучатель) диаметром и высотой 100мм. Нижний его торец выпустили на 10мм наружу, а на верхнем уложили электроспираль в фарфоровых бусах мощностью 0,8кВт. Всё остальное пространство обеих полусфер было заполнено каолиновым волокном. Вес «тарелки» в холодном состоянии составил 3,5кг, а гравитирующая способность (уменьшение веса) к концу эксперимента составила 5г. Взвешивание проводилось всё на тех же весах. Надо сказать, что здесь я ожидал лучшего результата. Очевидно, большая часть теплового потока, проходящего через сердечник, отклонялась в стороны для прогрева теплоизоляции его боковой поверхности. В результате, только часть теплового потока преобразовалась в гравитационное излучение, которое взаимодействовало с подобным излучением Земли.

Наилучшие результаты, т.е. потеря веса, были получены на модели гравитирующего тела, в шутку названного «летающая кастрюля», по аналогии с «летающей тарелкой». Эта модель и в самом деле была изготовлена из кастрюли с диаметром и высотой 160мм. В днище вырезали отверстие диаметром 100мм, на которое уложили диск из графита диаметром 130мм и толщиной 35мм. На диск, как и в предыдущем эксперименте, уложили электроспираль в фарфоровых бусах мощностью 600Вт. Всё свободное пространство «кастрюли» заполнили каолиновым волокном. Вес модели в холодном состоянии составил 2,534кг. На этот раз взвешивание проводилось на электронных весах МК-6-А20 с ценой деления 2г. Это позволило наблюдать за изменением веса модели во времени вплоть до минут в процессе её нагревания, а затем остывания в естественных условиях. Модель была установлена на специальной подставке.

Анализ их показывает, что буквально через 20 минут после включения электропитания вес модели уменьшился на 2г. Далее уменьшение веса составляло по 2г каждые 10 минут. К концу эксперимента уменьшение веса замедлилось и последнее показание весов – 14г – произошло через полчаса после предыдущего. Затем, в течение часа вес не менялся. Почти сразу после отключения питания произошла прибавка веса на 2г. В процессе остывания интервалы времени между показаниями весов составляли часы. Если нагрев модели до конечного результата – 14г занял 2 часа, то остывание длилось 5 часов. При этом к исходному весу модель так и не вернулась. Разница составила 4г. Это, по-видимому, связано с жёсткостью электропровода, питающего спираль.

Целью всех этих экспериментов было показать возможность создания искусственного гравитирующего тела, вопреки теории Ньютона, обладающего малой массой. Это, так сказать, исходный материал, на базе которого следует искать решение по устройству действующей модели генератора гравитационного излучения, который французским учёным Бриллюэном был назван «гразером» (по аналогии с «лазером») .

Посмотрим, какие возможности откроются перед учёными, когда они получат в своё распоряжение гразер. Во-первых, это физический прибор, о котором мечтал Бриллюэн. С его помощью, как он считал, можно проводить измерения различных параметров гравитационных волн (частоту, скорость распространения, дальность действия и др.). Интересно проанализировать взаимодействие искусственного гравитационного излучения с естественным излучением Земли. Желательно найти зависимость дальнобойности гравитационного луча от подводимой к прибору энергии. После этого можно рассмотреть перспективу практического использования гразера в различных областях науки. После создания гразера и проведения всех указанных выше экспериментов можно будет наконец превратить термодинамическую модель гравитации ТМГ в полноценную теорию гравитации ТТГ. В конечном итоге все это приведет к коренному пересмотру многих астрофизических положений. В частности полностью исключается возможность гравитационного коллапса. Как утверждает современная наука, если массивная звезда исчерпает свой энергетический потенциал (горячее ядро остынет), произойдет катастрофически быстрое её сжатие под действием гравитационных сил. В результате звезда может превратиться в нейтронную звезду или черную дыру. Однако, согласно ТТГ, при таком исходе звезда лишится этих гравитационных сил и превратится в огромный безжизненный астероид.

С позиции ТТГ следует рассмотреть еще один фактор, касающийся истории физики. Как известно, американский физик Майкельсон (совместно с Морли) в 1887 году провел эксперимент с целью обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, иначе говоря, обнаружить так называемый эфирный ветер. Этот эксперимент имел отрицательный результат.

Согласно ТТГ все гравитирующие объекты (звезды, планеты) окружены энергетической сферой, состоящей из нейтрино, представляющей эфир, а, следовательно, и движутся в мировом пространстве вместе с ней. Вполне естественно, что в своем эксперименте Майкельсона не смог зафиксировать движение Земли относительно эфира. Следовательно, неудача этого эксперимента не может служить доказательством отсутствия эфира и свидетельствовать с пользу теории относительности.

ГРАВИТАЦИЯ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ

Гаджиев С.Ш., д.т.н., проф.

НОУ ВПО «Социально-педагогический институт» г. Дербент

Аннотация: В статье рассматриваются явления движения силы природы, и по этим силам остальные явления, позволяющие раскрыть сущность познания природных явлений в целом, и, в частности, загадки «тяготения» и (или) физическую сущность гравитации. Всеобщий закон взаимодействия сил системы и основанный на нем универсальный метод служат ключом познания природных явлений и процессов. Из проведенного всестороннего анализа взаимодействия тел системы выходит, что причина не раскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии в природе как такового тяготения тел друг к другу.

Ключевые слова: познание природных явлений, закон, метод, взаимодействие тел.

Abstract: This article examines the phenomenon of motion the forces of nature, and these forces other phenomena, allowing to discover the essence of knowledge of natural phenomena in general and, in particular, the puzzle of "gravitation" and (or) the physical nature of gravity. Universal law of the interaction offorces and systems based on it are key universal method of knowledge of natural phenomena and processes. Of conducted a comprehensive analysis of the interaction of bodies appears that the reason is not solved the physical essence of the law of universal gravitation was in the nature of the absence of gravity as such bodies to each other.

Keywords: knowledge of natural phenomena, law, method, interacting bodies.

История возникновения мысли о всемирном тяготении

Академик С.И. Вавилов в своей книге «Исаак Ньютон» приводит широко известный рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева в Вульсторпе. Рассказ этот, по-видимому, достоверен и не является легендой. Стекелей передает следующую сцену, относящуюся к старости Ньютона: «После обеда в Лондоне (у Ньютона) погода была жаркая; мы перешли в сад, и пили чай втени нескольких яблонь; были только

мы вдвоем. Между прочим сер Исаак сказал мне, что в такой обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоки падают отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли. Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».

Рассказ Стекелея почему-то остался малоизвестным, зато по свету распространился аналогичный пересказ Вольтера со слов племянницы Ньютона. Рассказ понравился, стали показывать яблоко, будто бы послужившее поводом возникновения «Начал», поэты и философы воспользовались благодарной метафорой, сравнивая ньютоново яблоко с яблоком, погубившим Адама, или с яблоком Париса; людям далеким от науки, понравилась простая механика возникновения сложной научной идеи. Существуют и другие выдуманные легенды. Как мы видим, здесь Ньютон дал свое предположение о происходящем явлении, не раскрывая его физический механизм, и, естественно, это ему показалось реальной догадкой сущности природного явления.

Хотя гравитация самая явно ощутимая из всех четырех фундаментальных сил природы, которая действует на все и всех нас, начиная с самого детства, когда едва вставали и падали, не удерживаясь на ногах. Однако она до сих пор осталась неразгаданной загадкой природы.

Более трехсот лет прошло после открытия закона всемирного тяготения, установленного Ньютоном в виде математической формулы, и до сих пор все же не выявлен физический механизм тяготения тел друг к другу.

Причиной всему - это отсутствие как такового закона всемирного вообще тяготения, и в связи с отсутствием тяготение каких-либо тел друг к другу в природе. Все процессы, происходящие и приписываемые «тяготению», совершаются гравитационным полем, а не тяготением, приписанное природе сил гравитационного поля. Гравитация не является тяготением. Ничто не может создать тяготение тел друг к другу, в том числе и гравитация. Любое физическое поле совершает свою работу. Разве мы приписываем действию известного магнитного поля понятие «тяготение»? Нет. Потому что одновременно наблюдается и отталкивание. Вся причина заключается во взаимодействии, то есть в направленности движения этих (рассматриваемых) магнитных полей.

Считают, что согласно Эйнштейну, пространство и время - это форма существования материи. В реальности, никто не может возразить и сомневаться в том, что пространство и время определяют место нахождения и продолжительность существования материи и в том числе всевозможных физических полей. Основой всего Мироздания составляет пространство, где занимает место материальные составляющие, а также все известные и еще не выявленные физические поля, а

время определяет продолжительность существования материальных тел и длительность протекания явлений и процессов природы.

Возникшие представления об искривленности пространства и еще похуже, когда считают, что материя - это искривленное пространство. Тогда выходит, что материя отсутствует в природе, она становится пространством, то есть материя превращается в искривленное пространство. Из этого вытекает, что пространство бывает в двух состояниях: искривленное и не искривленное. Только не могут указать место нахождения и превращения или перехода материи в искривленное пространство. Нельзя же распределение (или нахождение) энергии в пространстве принимать за искривление самого пространства. Утверждение о том, что не луч меняет свое направление, проходя мимо Солнца, а искривленное пространство его так направляет, следует считать не обоснованным. Для изменения направления движения должна быть приложена определенная сила, что могло бы дать причину для обоснования того или иного явления. Иначе говоря, такие не обоснованные утверждения вызывают не что иное, как иронию трезвого ума. Выходит, что материя в природе отсутствует, остается только искривленное и не искривленное пространство.

Без надобности «прилепили» к пространству время и его, «по щучьему велению», назвали четырехмерным пространством. В итоге из трех фундаментальных составляющих Мироздание осталось только одно пространство, которому приписывают множество гипотетических предположений, которые уже вошли в обиход ученых, не имея реального физического представления о таких многомерных пространствах. Однако такие многомерности пространства - всего лишь умозрительные построения, не опирающиеся на практику, которые вводят в заблуждение многие поколения.

В любом случае очевидным остается то, что природа имеет в своей основе три фундаментальные ее составляющие: пространство, время, материя. Без их независимого существования, естественно, протекание каких-либо явлений и процессов немыслимо. Самый простой пример. Тело движется. Для этого необходимо пространство, время и еще само тело (материя). Что из них можно исключить из этого явления? Синкретизм, то есть слитность им обеспечила сама Природа. К чему их по частям объединять: пространство-время, пространство-тело (материя) или же объединить время с материей? Они объединены без нас и навсегда. Эта есть та «Святая Троица», без которой ничто быть не может.

Если материя исчезнет (удалится), то время и пространство останутся невостребованными. Избавиться от пространства и времени не представляется возможным. Они абсолютны, то есть вечные и неизменные первоосновы, как и материя, для всего существующего в мироздании. Естественно, для нахождения (существования) материи обязательно пространство как вместилище, а время необходимо для продолжительности существования. Следовательно, все эти три составляющие самого Мироздания вступают в свои функции, обеспечивая все природные явления и процессы. Задача науки - познавать физический механизм и

причина возникновения явлений и процессов, то есть добираться до сущности этих закономерностей явлений и ответить на вопрос: почему это происходит именно так, а не иначе?

Материя (масса) не может изменить геометрию пространства. Она только концентрирует поток гравитонов, и гравитационное поле не принадлежит какой-либо планете или другим космическим телам, так же как и свет не принадлежит фокусирующей линзе. Совершенно другое дело, когда мы рассматриваем магнитное поле, создаваемое самим магнитом. Иначе говоря, магнит излучает в пространство свое поле, а свет и гравитационное поле, в рассматриваемых явлениях не принадлежат этим телам. Они попадают извне от других излучателей. Например. Свет на линзу может попасть от любых его источников. Мы же не говорим, что линза искривляет пространство, хотя существует реальное сходство искривления, то есть изменение направления потока света. Аналогичная картина наблюдается и с гравитационным полем при прохождении через массивные космические тела.

Здесь мы находим аналогию между потоком света и гравитационным полем. При искривлении направления света через линзу мы наблюдаем преломление света и никак не можем утверждать, что свет попадает в искривленное пространство около линзы. В отличие от них магнитное поле, создаваемое самим магнитом, принадлежит магниту, а гравитационное поле не принадлежит к какому либо телу, с которым они взаимодействуют. Линза только концентрирует или может, в зависимости от формы линзы (оптического стекла), рассеивать световой поток. То же самое можно сказать и о концентрации потока гравитационного поля, осуществляемое большой массой сферических тел в космосе.

Гравитационное поле создает не тяготение, а подталкивание тел

Всесторонний анализ взаимодействия сил системы показывает, что притяжение -это кажущееся явление, как ранее казалось вращение Солнца, звезд и планет вокруг нашей Земли.

Известно, поиск фундаментальных законов природы остается еще одной грандиозной задачей науки. Природа сил распознается по явлениям движения, когда происходит изменение количества движения во времени. Для выявления природы физической сущности сил тяготения, обуславливающая тяжесть тела, необходимо искать причину возникновения такой тяжести по явлениям движения взаимодействующих материальных тел рассматриваемой системы.

Вне всякого сомнения, что все попытки понять физическую природу гравитации

неизменно заканчивались неудачей. Еще Г. Галилей пришел по этому вопросу к выводу, что мы не знаем ничего, за исключением названия, которое для данного специального случая известно как «тяжесть».

И. Ньютон, столкнувшись с проблемой объяснения природы тяготения, вынужден был признать, что причину силы тяготения он не мог вывести из явлений.

М. Клайн пишет, что Ньютон объяснил ограниченный успех своей программы следующим образом: «То, что гравитация должна быть внутренним, неотъемлемым и существенным атрибутом материи, позволяя тем самым любому телу действовать на другое на расстоянии через вакуум, без какого-либо посредника, с помощью которого и через которого действие и сила могли бы передаваться от одного тела к другому, представляется мне настолько вопиющей нелепостью, что, по моему глубокому убеждению, ни один человек, сколько-нибудь искушенный в философских материях и наделенный способностью мыслить, не согласится с ней».

Ньютон ясно осознавал, что открытый им закон всемирного тяготения -описание, а не объяснение. Поэтому он Ричарду Бентли писал: «Иногда вы говорите о тяготении как о чем-то существенном и внутренне присущем материи. Молю вас не приписывать это понятие мне, ибо я отнюдь не претендую на знание причин тяготения, и поэтому не буду тратить время на их рассмотрение» . Там же далее М. Клайн пишет, что у Х. Гюйгенса вызывало удивление, что Ньютон взял на себя труд проделать множество громоздких вычислений, не имея для этого ни малейшего основания, кроме математического закона всемирного тяготения. Гюйгенс считал идею тяготения абсурдной на том основании, что действие его, передаваемое через пустое пространство, исключало, какой бы то ни было механизма. Г. В. Лейбниц тоже подверг критике труды Ньютона по теории гравитации, считая, что знаменитая формула для сил тяготения - не более чем вычислительное правило, не заслуживающее названия закона природы. «Лейбниц сравнивал этот закон с анимистическим объяснением Аристотеля падения камня на землю ссылкой на «желание» камня вернуться на свое естественное место» .

Сам Ньютон не считал, что природу тяготения нельзя раскрыть. Он просто полагал, что уровень знаний его времени недостаточен для решения этой задачи, и надеялся, что природу тяготения исследуют другие. Однако его последователи этот временный отказ Ньютона от объяснения тяготения возвели в незыблемый принцип науки, который должен ограничиться только описанием явлений, не раскрывая глубоко их причин, еще недоступные человеческому пониманию.

Такой подход решения проблем свойственно некоторым исследователям при затруднениях познания явлений природы. Подобным методом ограничивали решение проблемы псевдоожиженного слоя. Некоторые даже решили псевдоожижение принять как новое состояние материи и отказаться от дальнейшего поиска физической сущности этого явления. Особый интерес ученых к этому вопросу «угас» во всем мире после раскрытия нами реальной физической сущности неоднородного псевдоожиженного состояния и опубликования результатов в ряде стран за рубежом.

Вековой проблемой остается объяснение «отрицательного» результата опыта Майкельсона-Морли. Из-за отсутствия, за определенный период времени, реального однозначного объяснения результата лишь одного этого эксперимента и

своего бессилия исследователи стали подвергать сомнению весь фундамент классической механики, в том числе и незыблемые законы сохранения. В результате ввели не свойственные природе зависимости: массы, времени и пространства от скорости движения тел. Решение этой проблемы и найденный нами реальный подход вполне может оказаться окончательным. Будем надеяться, что нас услышат, поймут, объективно оценят и примут наше решение, которое вернет непоколебимость основ классической механики. Эту тему следует подробно раскрыть в отдельной работе. Несмотря на широко распространенный закон всемирного тяготения, никому еще не удавалось объяснить его физический механизм, и природа его действия остались не раскрытыми.

На современном этапе развития науки нам представляется, что тяжесть возникает не из-за тяготения, а в результате подталкивания, вызываемое сопротивлением, оказываемое телом при прохождении через него гравитационного поля.

Анализируя реальную сущность наблюдаемых явлений, можно прийти к выводу, что «притяжение»- это кажущееся явление. Не тела притягиваются, а их подталкивают друг к другу или их отдаляют друг от друга.

В природе, видимо, не существует физического механизма «притяжения» тел, так как не наблюдается притяжение на расстоянии без действия извне. Взаимодействие тел обусловливает лишь подталкивание и отталкивание их. В механизм, наблюдаемой (в реальности кажущейся) «притягательной силы» двух тел, входит подталкивание за счет изменения количества движения (или импульса) третьего взаимодействующего с ними тела.

Таким третьим телом, которое обусловливает кажущееся нам притяжение к Земле, служит гравитационное поле (т.е. гравитоны), оказывающее давление на все материальные тела, что в реальности создает тяжесть, принимаемая нами за «притяжение» к Земле.

Здесь наблюдается аналогичная картина, как в свое время считали, что Земля является центром Вселенной, а все небесные тела движутся вокруг нее. В гравитационном поле тоже очевидным показалось «притяжение» к Земле, а в реальности каждая частица самой планеты и окружающая атмосфера испытывают давление (силу) гравитационного поля, направленное перпендикулярно к поверхности Земли. Следовательно, не Земля притягивает к себе, а она сама испытывает силу давления гравитонов, придающая «тяжесть» всем материальным составляющим элементам системы Земли.

В явлениях гравитационного поля и электромагнитного взаимодействия имеется существенная разница. В электромагнитных полях существует притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле - возникает только тяжесть. Видимо, в электрических зарядах одни заряженные тела излучают электрическое поле, а другие принимают, подобно магниту, где силовые линии всегда исходят из северного полюса и направляются к южному полюсу, в который входят. В

результате одноименные отталкиваются, а разноименные составляющие этих полей подталкивают тела друг к другу.

В отличие от них гравитационное поле пронизывает все тела. При этом сопротивление, оказываемое материальными телами гравитационному полю, вызывает давление, которое обусловливает тяжесть. Эта энергия тяжести, создаваемая гравитационным полем в массивных телах, переходит в теплоту, благодаря которой в недрах планет и звезд возникает и поддерживается соответствующая температура в неограниченное время. Тем самым происходит восполнение теряемой излучением теплоты (энергии) звезд, Солнца и планет.

Сила тяжести, вызываемая гравитацией, есть реальный результат взаимодействия, обусловленный изменением импульса гравитонов, а «тяготение» -это мнимое, кажущееся представление о явлениях при падении тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни.

К сожалению, в физике смешали понятия: гравитация, тяготение, притяжение и тяжесть. Телам не свойственно притягивать друг друга. Сближение свойственное телам - явление вынужденное, обусловливаемое третьим материальным телом или физическими полями: магнитным, электрическим, гравитационным и другими известными и еще неизвестными силами.

Мы даже не предполагаем возможность явления космических тел на расстоянии отталкивать друг от друга, и не представляем что-либо о необходимости «закона всемирного отталкивания». Это тогда как до сих пор не найдено физическое объяснение сущности и известнейшего «закона всемирного тяготения». О физической сущности явлений притяжения и тяготения ответ не найден из-за того, что их нет. В природе лишь наблюдаются отталкивание и подталкивание. Следовательно, и гравитация не может создавать ни тяготение, ни притяжение отсутствующие в природе.

Гравитация обусловливает тяжесть и тем самым возвращает рассеянную в космическом пространстве тепловую энергию. В основном энергия гравитационного поля концентрируется в массивных космических телах, где она переходит в массу, а масса в свою очередь накапливает гравитационную энергию. Очевидно, что и здесь проявляется божественный закон круговорота. По мере накопления энергии в Солнце и звездах возобновляется излучение, что приводит вновь к возврату энергии во всеобщий круговорот природных явлений.

Итак, можно сказать, что проблема «тепловой смерти» Вселенной отпадает (исчезает). Воображаемое опасение оказалось вынужденным вымыслом исследователей.

Все живое в природе, ее прелести, и гармония мироздания обязаны божественным законам круговорота и, в частности, концентрации и возврате в цикл круговорота энергии, где важнейшую роль играет гравитация. При отсутствии гравитационного поля не было бы ни жизни, ни теплоты. Тогда могло бы замерзнуть все. Остыло бы Солнце, и погасли бы все звезды и другие светила. Однако божественно очаровательные законы: круговорота, воссоздания,

воспроизводства, обновления, возобновления - властвуют и сохраняют устойчивость живой и неживой природы.

Любопытно, что по виду закон всемирного тяготения и закон взаимодействия электрических зарядов Кулона идентичны. Эта замечательная особенность в их сходстве помогает нам раскрыть механизм действия тяжести, создаваемый гравитационным полем. Только остается выяснить, почему в электрических зарядах наблюдаются притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле -только кажущееся нам «притяжение».

Аналогичная картина гравитационному притяжению наблюдается, когда железные опилки (предметы) притягиваются к магниту. Здесь мы наблюдаем тоже только притяжение и не наблюдаем присущее отталкивание одноименных полюсов.

Возникает вопрос. Почему железные предметы притягиваются и к северному и к южному полюсам магнита, а отталкивание отсутствует, подобно как в гравитационном поле? Чем объяснить механизм такого совпадения?

Разумеется, что сила возникает при изменении импульса, т.е. количества движения. Изменение последнего при постоянной массе обусловливаться может только за счет изменения скорости материального тела. С изменением скорости меняется энергетическое состояние тела в соответствии с принципом энергии, который гласит: всякое изменение скорости вызывает увеличение или уменьшение энергии тела.Следовательно, причина такого совпадения сил «притяжения» в таких разных явлениях объясняется изменением импульса (количества движения) потоков магнитного и гравитационного полей при взаимодействии с соответствующими материальными телами. Следует подчеркнуть, что в природе как таковое не представляется возможным существование притяжение тел. Поэтому совершенно справедливо считал Х. Гюйгенс идею тяготения абсурдной.

В реальности гравитационное поле пронизывает тела, подталкивая их по своему направлению движения. Тогда получается не закон тяготения, а закон движения тел в гравитационном поле под действием энергии тормозящихся гравитонов, вызываемой сопротивлением материальных тел гравитационному полю.

Обобщая изложенное, следует, что причина нераскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии как такового тяготение тел в природе.

Проведенный анализ показывает, что в природе, столь привычное для нас, в течение стольких лет, «тяготение» тел друг к другу отсутствует, а наблюдаемое сближение тел обуславливается за счет подталкивания их друг к другу третьим телом. В роли третьего тела могут выступать и физические поля, в том числе и гравитационное поле, которое «прижимает» все материальные тела к поверхности массивных космических образований - планет и звезд.

Всеобщий закон взаимодействия полей сил системы существенно облегчает решение многих проблем наряду с множеством проблем явлений и процессов природы и в том числе космологии.

Отрадно, что математическое выражение (описание) закона всемирного тяготения Ньютона тоже находит в выявленной физической сущности свое глубокое научное обоснование.

Вполне оказалось целесообразным для познания природных явлений, когда исходят из всеобщего закона взаимодействия полей сил системы, служащего универсальным ключом для выявления сущности наблюдаемых явлений и процессов во всем мироздании.

Л и т е р а т у р а:

1. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. - М. - Л.: Издательство АН СССР, 1945. -230 с.;

2. Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ./ Под ред. В.И. Аршинова, Ю.В.Сачкова. - М.: Мир, 1988. - 295с.;

3. Гаджиев С.Ш. Взаимодействие сил системы в технологических процессах (анализ, теория, практика). - Махачкала: Издательство ДГУ, 1993. - 210с.

Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей.
Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов - это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы , также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света - фотон.
Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы.
Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность . По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия.
Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами. При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами - переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы - переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние.
В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация. Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий. Мы последовательно рассмотрим основные проявления фундаментальных взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие

Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы! Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации.
Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях.
Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m 1 и m 2 дается соотношением

где r - расстояние между частицами, G - ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V(r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим.
Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными. Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе.
Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса

R g = 2GM / c 2 ,

где M - масса звезды, а c - скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной.
В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейся Вселенной.
Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Эти предсказания теории находятся в прекрасном соответствии с данными астрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляет порядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явление слабо изучено и можно говорить о загадке Большого Взрыва как о вызове физической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма Большого Взрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятый современный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основывается на идее объединения теории гравитации и квантовой механики.

Понятие о квантовой гравитации

Можно ли вообще говорить о квантовых проявлениях гравитационного взаимодействия? Как принято считать, принципы квантовой механики носят универсальный характер и применимы к любому физическому объекту. В этом смысле гравитационное поле не представляет исключения. Теоретические исследования показывают, что на квантовом уровне гравитационное взаимодействие переносится элементарной частицей, называемой гравитон. Можно отметить, что гравитон является безмассовым бозоном со спином 2. Гравитационное взаимодействие между частицами, обусловленное обменом гравитоном, условно изображается следующим образом:

Частица испускает гравитон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает гравитон и также изменяет состояние своего движения. В результате возникает воздействие частиц друг на друга.
Как мы уже отмечали, константой связи, характеризующей гравитационное взаимодействие, является ньютоновская константа G. Хорошо известно, что G - размерная величина. Очевидно, что для оценки интенсивности взаимодействия удобно иметь безразмерную константу связи. Чтобы получить такую константу, можно использовать фундаментальные постоянные: (постоянная Планка) и c (скорость света) - и ввести какую-нибудь эталонную массу, например массу протона m p . Тогда безразмерная константа связи гравитационного взаимодействия будет

Gm p 2 /(c) ~ 6·10 -39 ,

что, конечно, является очень малой величиной.
Интересно отметить, что из фундаментальных постоянных G, , c можно построить величины, имеющие размерность длины, времени, плотности, массы, энергии. Эти величины называются планковскими. В частности, планковская длина l Pl и планковское время t Pl выглядят следующим образом:

Каждая фундаментальная физическая константа характеризует определенный круг физических явлений: G - гравитационные явления, - квантовые, c - релятивистские. Поэтому если в какое-то соотношение входят одновременно G, , c, то это значит, что данное соотношение описывает явление, которое одновременно является гравитационным, квантовым и релятивистским. Таким образом, существование планковских величин указывает на возможное существование соответствующих явлений в Природе.
Конечно, численные значения l Pl и t Pl очень малы по сравнению с характерными значениями величин в макромире. Но это означает только то, что квантовогравитационные эффекты слабо проявляют себя. Они могли быть существенны лишь тогда, когда характерные параметры стали бы сравнимыми с планковскими величинами.
Отличительной чертой явлений микромира является то обстоятельство, что физические величины оказываются подверженными так называемым квантовым флуктуациям. Это означает, что при многократных измерениях физической величины в определенном состоянии принципиально должны получаться различные численные значения, обусловленные неконтролируемым взаимодействием прибора с наблюдаемым объектом. Вспомним, что гравитация связана с проявлением кривизны пространства-времени, то есть с геометрией пространства-времени. Поэтому следует ожидать, что на временах порядка t Pl и расстояниях порядка l Pl геометрия пространства-времени должна стать квантовым объектом, геометрические характеристики должны испытывать квантовые флуктуации. Другими словами, на планковских масштабах нет никакой фиксированной пространственно-временной геометрии, образно говоря, пространство-время представляет собой бурлящую пену.
Последовательная квантовая теория гравитации не построена. В силу чрезвычайно малых значений l Pl , t Pl следует ожидать, что в любом обозримом будущем не удастся поставить эксперименты, в которых проявили бы себя квантовогравитационные эффекты. Поэтому теоретическое исследование вопросов квантовой гравитации остается единственной возможностью продвижения вперед. Есть ли, однако, явления, где квантовая гравитация могла бы оказаться существенной? Да, есть, и мы о них уже говорили. Это гравитационный коллапс и Большой Взрыв. Согласно классической теории гравитации, объект, подверженный гравитационному коллапсу, должен сжиматься до сколь угодно малых размеров. Это означает, что его размеры могут стать сравнимыми с l Pl , где классическая теория уже неприменима. Точно так же в процессе Большого Взрыва возраст Вселенной был сравним с t Pl и она имела размеры порядка l Pl . Это означает, что понимание физики Большого Взрыва невозможно в рамках классической теории. Таким образом, описание конечной стадии гравитационного коллапса и начальной стадии эволюции Вселенной может быть осуществлено только с привлечением квантовой теории гравитации.

Слабое взаимодействие

Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым.

Типичный пример слабого взаимодействия - это бета-распад нейтрона

N p + e - + e ,

где n - нейтрон, p - протон, e - - электрон, e - электронное антинейтрино. Следует, однако, иметь в виду, что указанное выше правило совсем не означает, что любой акт слабого взаимодействия обязан сопровождаться нейтрино или антинейтрино. Известно, что имеет место большое число безнейтринных распадов. В качестве примера можно отметить процесс распада лямбда-гиперона на протон p и отрицательно заряженный пион π − . По современным представлениям нейтрон и протон не являются истинно элементарными частицами, а состоят из элементарных частиц, называемых кварками.
Интенсивность слабого взаимодействия характеризуется константой связи Ферми G F . Константа G F размерна. Чтобы образовать безразмерную величину, необходимо использовать какую-нибудь эталонную массу, например массу протона m p . Тогда безразмерная константа связи будет

G F m p 2 ~ 10 -5 .

Видно, что слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного.
Слабое взаимодействие в отличие от гравитационного является короткодействующим. Это означает, что слабое взаимодействие между частицами начинает действовать, только если частицы находятся достаточно близко друг к другу. Если же расстояние между частицами превосходит некоторую величину, называемую характерным радиусом взаимодействия, слабое взаимодействие не проявляет себя. Экспериментально установлено, что характерный радиус слабого взаимодействия порядка 10 -15 см, то есть слабое взаимодействие, сосредоточен на расстояниях меньше размеров атомного ядра.
Почему можно говорить о слабом взаимодействии как о независимом виде фундаментальных взаимодействий? Ответ прост. Установлено, что есть процессы превращений элементарных частиц, которые не сводятся к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям. Хороший пример, показывающий, что существуют три качественно различных взаимодействия в ядерных явлениях, связан с радиоактивностью. Эксперименты указывают на наличие трех различных видов радиоактивности: -, - и -радиоактивных распадов. При этом -распад обусловлен сильным взаимодействием, -распад - электромагнитным. Оставшийся -распад не может быть объяснен электромагнитным и сильным взаимодействиями, и мы вынуждены принять, что есть еще одно фундаментальное взаимодействие, названное слабым. В общем случае необходимость введения слабого взаимодействия обусловлена тем, что в природе происходят процессы, в которых электромагнитные и сильные распады запрещены законами сохранения.
Хотя слабое взаимодействие существенно сосредоточено внутри ядра, оно имеет определенные макроскопические проявления. Как мы уже отмечали, оно связано с процессом β-радиоактивности. Кроме того, слабое взаимодействие играет важную роль в так называемых термоядерных реакциях, ответственных за механизм энерговыделения в звездах.
Удивительнейшим свойством слабого взаимодействия является существование процессов, в которых проявляется зеркальная асимметрия. На первый взгляд кажется очевидным, что разница между понятиями левое и правое условна. Действительно, процессы гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействия инвариантны относительно пространственной инверсии, осуществляющей зеркальное отражение. Говорят, что в таких процессах сохраняется пространственная четность P. Однако экспериментально установлено, что слабые процессы могут протекать с несохранением пространственной четности и, следовательно, как бы чувствуют разницу между левым и правым. В настоящее время имеются твердые экспериментальные доказательства, что несохранение четности в слабых взаимодействиях носит универсальный характер, оно проявляет себя не только в распадах элементарных частиц, но и в ядерных и даже атомных явлениях. Следует признать, что зеркальная асимметрия представляет собой свойство Природы на самом фундаментальном уровне.
Несохранение четности в слабых взаимодействиях выглядело настолько необычным свойством, что практически сразу после его открытия теоретики предприняли попытки показать, что на самом деле существует полная симметрия между левым и правым, только она имеет более глубокий смысл, чем это ранее считалось. Зеркальное отражение должно сопровождаться заменой частиц на античастицы (зарядовое сопряжение C), и тогда все фундаментальные взаимодействия должны быть инвариантными. Однако позднее было установлено, что эта инвариантность не является универсальной. Существуют слабые распады так называемых долгоживущих нейтральных каонов на пионы π + , π − , запрещенные, если бы указанная инвариантность реально имела место. Таким образом, отличительным свойством слабого взаимодействия является его CP-неинвариантность. Возможно, что это свойство ответственно за то обстоятельство, что вещество во Вселенной значительно превалирует над антивеществом, построенным из античастиц. Мир и антимир несимметричны.
Вопрос о том, какие частицы являются переносчиками слабого взаимодействия, долгое время был неясен. Понимания удалось достичь сравнительно недавно в рамках объединенной теории электрослабых взаимодействий - теории Вайнберга-Салама-Глэшоу. В настоящее время общепринято, что переносчиками слабого взаимодействия являются так называемые W ± - и Z 0 -бозоны. Это заряженные W ± и нейтральная Z 0 элементарные частицы со спином 1 и массами, равными по порядку величины 100 m p .

Электромагнитное взаимодействие

В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e.
Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q 1 и q 2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами.
Классические проявления электромагнитного взаимодействия хорошо известны, и мы не будем на них останавливаться. С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является элементарная частица фотон - безмассовый бозон со спином 1. Квантовое электромагнитное взаимодействие между зарядами условно изображается следующим образом:

Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия. Для этого надо использовать фундаментальные постоянные и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры α = e 2 /c ≈1/137.

Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий.
С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия. Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия - теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия?
Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга. С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 10 2 ГэВ (ГэВ - это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 10 9 эВ, 1 эВ = 1.6·10 -12 эрг = 1.6·10 19 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10 -8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10 -2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10 -10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.

Сильное взаимодействие

Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Поскольку атомные ядра большинства химических элементов стабильны, то ясно, что взаимодействие, которое удерживает их от распада, должно быть достаточно сильным. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения.
Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные силы притяжения между протонами, между нейтронами и между протоном и нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных взаимодействий протон и нейтрон неотличимы и для них используется единый термин нуклон , то есть частица ядра.

Характерный масштаб сильного взаимодействия можно проиллюстрировать рассмотрев два покоящихся нуклона. Теория приводит к потенциальной энергии их взаимодействия в виде потенциала Юкавы

где величина r 0 ≈10 -13 см и совпадает по порядку величины с характерным размером ядра, g - константа связи сильного взаимодействия. Это соотношение показывает, что сильное взаимодействие является короткодействующим и по существу полностью сосредоточено на расстояниях, не превышающих характерного размера ядра. При r > r 0 оно практически исчезает. Известным макроскопическим проявлением сильного взаимодействия служит эффект -радиоактивности. Следует, однако, иметь в виду, что потенциал Юкавы не является универсальным свойством сильного взаимодействия и не связан с его фундаментальными аспектами.
В настоящее время существует квантовая теория сильного взаимодействия, получившая название квантовой хромодинамики. Согласно этой теории, переносчиками сильного взаимодействия являются элементарные частицы - глюоны. По современным представлениям частицы, участвующие в сильном взаимодействии и называемые адронами, состоят из элементарных частиц - кварков.
Кварки представляют собой фермионы со спином 1/2 и ненулевой массой. Наиболее удивительным свойством кварков является их дробный электрический заряд. Кварки формируются в три пары (три поколения дублетов), обозначаемые следующим образом:

u	c
d	s	b

Каждый тип кварка принято называть ароматом, так что существуют шесть кварковых ароматов. При этом u-, c-, t-кварки имеют электрический заряд 2/3|e| , а d-, s-, b-кварки - электрический заряд -1/3|e|, где e - заряд электрона. Кроме того, существуют три кварка данного аромата. Они отличаются квантовым числом, называемым цветом и принимающим три значения: желтый, синий, красный. Каждому кварку соответствует антикварк, имеющий по отношению к данному кварку противоположный электрический заряд и так называемый антицвет: антижелтый, антисиний, антикрасный. Принимая во внимание число ароматов и цветов, мы видим, что всего существуют 36 кварков и антикварков.
Кварки взаимодействуют друг с другом посредством обмена восемью глюонами, которые представляют собой безмассовые бозоны со спином 1. В процессе взаимодействия цвета кварков могут изменяться. При этом сильное взаимодействие условно изображается следующим образом:

Кварк, входящий в состав адрона, испускает глюон, в силу чего состояние движения адрона изменяется. Этот глюон поглощается кварком, входящим в состав другого адрона, и меняет состояние его движения. В результате возникает взаимовоздействие адронов друг на друга.
Природа устроена так, что взаимодействие кварков всегда ведет к образованию бесцветных связанных состояний, которые как раз и являются адронами. Например, протон и нейтрон составлены из трех кварков: p = uud, n = udd. Пион π − составлен из кварка u и антикварка : π − = u. Отличительная черта кварк-кваркового взаимодействия через глюоны состоит в том, что с уменьшением расстояния между кварками их взаимодействие ослабляется. Это явление получило название асимптотической свободы и ведет к тому, что внутри адронов кварки можно рассматривать как свободные частицы. Асимптотическая свобода естественным образом вытекает из квантовой хромодинамики. Имеются экспериментальные и теоретические указания на то, что с ростом расстояния взаимодействие между кварками должно возрастать, в силу чего кваркам энергетически выгодно находиться внутри адрона. Это означает, что мы можем наблюдать только бесцветные объекты - адроны. Одиночные кварки и глюоны, обладающие цветом, не могут существовать в свободном состоянии. Явление удержания элементарных частиц, обладающих цветом, внутри адронов получило название конфайнмента. Для объяснения конфайнмента предлагались различные модели, однако последовательное описание, вытекающее из первых принципов теории, до сих пор не построено. С качественной точки зрения трудности связаны с тем, что, обладая цветом, глюоны взаимодействуют со всеми цветными объектами, в том числе и друг с другом. По этой причине квантовая хромодинамика является существенно нелинейной теорией и приближенные методы исследования, принятые в квантовой электродинамике и электрослабой теории, оказываются не вполне адекватными в теории сильных взаимодействий.

Тенденции объединения взаимодействий

Мы видим, что на квантовом уровне все фундаментальные взаимодействия проявляют себя одинаковым образом. Элементарная частица вещества испускает элементарную частицу - переносчик взаимодействия, которая поглощается другой элементарной частицей вещества. Это ведет к взаимовлиянию частиц вещества друг на друга.
Безразмерная константа связи сильного взаимодействия может быть построена по аналогии с постоянной тонкой структуры в виде g2/(c)10. Если сравнить безразмерные константы связи, то легко заметить, что самым слабым является гравитационное взаимодействие, а затем располагаются слабое, электромагнитное и сильное.
Если принять во внимание уже развитую объединенную теорию электрослабых взаимодействий, называемую сейчас стандартной, и следовать тенденции объединения, то возникает проблема построения единой теории электрослабого и сильного взаимодействий. В настоящее время созданы модели такой единой теории, получившие название модели великого объединения. Все эти модели имеют много общих моментов, в частности характерная энергия объединения оказывается порядка 10 15 ГэВ, что значительно превосходит характерную энергию объединения электромагнитных и слабых взаимодействий. Отсюда вытекает, что прямое экспериментальное исследование великого объединения выглядит проблематичным даже в достаточно отдаленном будущем. Для сравнения отметим, что наибольшая энергия, достижимая на современных ускорителях, не превышает 10 3 ГэВ. Поэтому если и будут получены какие-либо экспериментальные данные относительно великого объединения, то они могут носить только косвенный характер. В частности, модели великого объединения предсказывают распад протона и существование магнитного монополя большой массы. Экспериментальное подтверждение этих предсказаний было бы грандиозным триумфом тенденций объединения.
Общая картина разделения единого великого взаимодействия на отдельные сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия выглядит следующим образом. При энергиях порядка 10 15 ГэВ и выше существует единое взаимодействие. Когда энергия становится ниже 10 15 ГэВ, сильное и электрослабое взаимодействия отделяются друг от друга и представляются как различные фундаментальные взаимодействия. При дальнейшем уменьшении энергии ниже 10 2 ГэВ происходит отделение слабого и электромагнитного взаимодействий. В результате на масштабе энергий, характерных для физики макроскопических явлений, три рассматриваемых взаимодействия выглядят как не имеющие единой природы.
Заметим теперь, что энергия 10 15 ГэВ отстоит не так далеко от планковской энергии

при которой становятся существенными квантовогравитационные эффекты. Поэтому теория великого объединения с необходимостью ведет к проблеме квантовой гравитации. Если далее следовать тенденции объединения, мы должны принять идею о существовании одного всеобъемлющего фундаментального взаимодействия, которое разделяется на отдельные гравитационное, сильное, слабое и электромагнитное последовательно по мере понижения энергии от планковского значения до энергий, меньших 10 2 ГэВ.
Построение такой грандиозной объединяющей теории, по-видимому, неосуществимо в рамках системы идей, приведших к стандартной теории электрослабых взаимодействий и моделям великого объединения. Требуется привлечение новых, возможно кажущихся сумасшедшими, представлений, идей, методов. Несмотря на очень интересные подходы, развитые в последнее время, такие, как супергравитация и теория струн, проблема объединения всех фундаментальных взаимодействий остается открытой.

Заключение

Итак, мы сделали обзор основных сведений, касающихся четырех фундаментальных взаимодействий Природы. Кратко описаны микроскопические и макроскопические проявления этих взаимодействий, картина физических явлений, в которых они играют важную роль.
Везде, где это было возможно, мы старались проследить тенденцию объединения, отметить общие черты фундаментальных взаимодействий, привести данные о характерных масштабах явлений. Конечно, излагаемый здесь материал не претендует на полноту рассмотрения и не содержит многих важных деталей, необходимых для систематического изложения. Подробное описание затронутых нами вопросов требует использования всего арсенала методов современной теоретической физики высоких энергий и выходит за рамки данной статьи, научно-популярной литературы. Нашей целью было изложение общей картины достижений современной теоретической физики высоких энергий, тенденции ее развития. Мы стремились вызвать интерес читателя к самостоятельному, более подробному изучению материала. Конечно, при таком подходе неизбежны определенные огрубления.
Предлагаемый список литературы позволяет более подготовленному читателю углубить свое представление о вопросах, рассмотренных в статье.

1. Окунь Л.Б. a, b, g, Z. М.: Наука, 1985.
2. Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1984.
3. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. М.: Наука, 1988.
4. Фридман Д., ван. Ньювенхейзен П. // Успехи физ. наук. 1979. Т. 128. N 135.
5. Хокинг С. От Большого Взрыва до черных дыр: Краткая история времени. М.: Мир, 1990.
6. Девис П. Суперсила: Поиски единой теории природы. М.: Мир, 1989.
7. Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1987.
8. Готтфрид К., Вайскопф В. Концепции физики элементарных частиц. М.: Мир, 1988.
9. Coughlan G.D., Dodd J.E. The Ideas of Particle Physics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1993.

Интенсивность каждого взаимодействия принято характеризовать константой взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия.

Гравитационное взаимодействие. Константа этого взаимодействия имеет величину порядка . Радиус действия не ограничен . Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения частицы. Однако в процессах микромира это взаимодействие существенной роли не играет. Существует предположение, что это взаимодействие передается гравитонами (квантами гравитационного поля). Однако к настоящему моменту ни каких экспериментальных фактов, которые подтвердили бы их существование не обнаружено.

Электромагнитное взаимодействие. Константа взаимодействия равна примерно , радиус действия не ограничен .

Сильное взаимодействие . Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия имеет величину порядка 10. Наибольшее расстояние на котором проявляется сильное взаимодействие составляет величину порядка м.

Слабое взаимодействие. Это взаимодействие отвечает за все виды - распада ядер, включая электронный К-захват, за процессы распада элементарных частиц и за процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Порядок величины константы этого взаимодействия составляет . Слабое взаимодействие, также как и сильное, является короткодействующим.

Вернемся к частице Юкавы. По его теории существует частица, передающая сильное взаимодействие, так же как фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, её назвали мезоном (промежуточный). Эта частица должна иметь массу промежуточную между массами электрона и протона и составлять . Поскольку фотоны не только передают электромагнитное взаимодействие, но существуют и в свободном состоянии, следовательно, должны существовать и свободные мезоны.

В 1937 году в космических лучах был открыт - мезон (мюон), который, однако не обнаруживал сильного взаимодействия с веществом. Искомую частицу обнаружили тоже в космических лучах через 10 лет Пауэлл и Оккиалини, назвали её - мезоном (пион).

Существуют положительный , отрицательный и нейтральный мезоны.

Заряд и мезонов равен элементарному заряду. Масса заряженных мезонов одинакова и равна 273 , масса электронейтрального - мезона немного меньше и составляет 264 . Спин всех трех мезонов равен нулю; время жизни заряженных мезонов составляет 2,6 с, а время жизни - мезона 0,8 с.

Все три частицы не стабильны.

Элементарные частицы обычно делят на четыре класса:

1. Фотоны (кванты электромагнитного поля). Они участвуют в электромагнитном взаимодействии, но никак не проявляют себя в сильном или слабом взаимодействиях.

2. Лептоны . К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: электроны и позитроны , мюоны , а также все виды нейтрино. Все лептоны имеют спин равный ½. Все лептоны являются носителями слабого взаимодействия. Заряженные лептоны участвуют также в электромагнитном взаимодействии. Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Они не распадаются на составные части, не имеют внутренней структуры и не имеют поддающихся определению размеров верхний предел м).

Последние два класса составляют сложные частицы, имеющие внутреннюю структуру: мезоны и барионы . Их часто объединяют в одно семейство и называют адронами .

К этому семейству относятся все три - мезона, а также К-мезоны. В класс барионов входят нуклоны, которые являются носителями сильного взаимодействия.

Как уже говорилось, уравнение Шрёдингера не удовлетворяет требованиям принципа относительности – оно не является инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца.

В 1928 году англичанин Дирак получил релятивистское квантовомеханическое уравнение для электрона, из которого естественным образом вытекало существование спина и собственного магнитного момента электрона. Это уравнение позволило предсказать существование античастицы по отношению к электрону – позитрона.

Из уравнения Дирака получалось, что энергия свободной частицы может иметь как положительные, так и отрицательные значения.

Между наибольшей отрицательной энергией и наименьшей положительной энергией имеется интервал энергий, которые не могут реализоваться. Ширина этого интервала равна . Следовательно, получаются две области собственных значений энергии: одна начинается от простирается до + , другая начинается от и простирается до . Согласно Дираку, вакуум – это пространство, в котором все разрешенные уровни с отрицательными значениями энергии полностью заполнены электронами (согласно принципу Паули), с положительными – свободны. Поскольку заняты все без исключения уровни ниже запрещенной полосы, то электроны, находящееся на этих уровнях никак себя не проявляют. Если одному из электронов на отрицательном уровне сообщить энергию , то этот электрон перейдет в состояние с положительной энергией, то он будет вести себя там как обычная частица с отрицательным зарядом и положительной массой. Вакансия (дырка), образовавшаяся в совокупности отрицательных уровней буде восприниматься как частица с положительными зарядом и массой. Эта первая из предсказанных теоретически частиц была названа позитроном.

Рождение электронно-позитронной пары происходит при прохождении -фотонов через вещество. Это один из процессов, приводящих к поглощению - излучения веществом. Минимальная энергия - кванта, необходимая для рождения электронно-позитронной пары равна 1,02 МэВ (что совпадало с расчетами Дирака) и уравнение такой реакции имеет вид:

Где Х – ядро, в силовом поле которого происходит рождение электронно-позитронной пары; именно оно и принимает избыток импульса - кванта.

Теория Дирака показалась современникам слишком «сумасшедшей» и была признана только после того, как в 1932 году Андерсон обнаружил позитрон в составе космического излучения. При встрече электрона с позитроном происходит аннигиляция, т.е. электрон снова возвращается на отрицательный уровень.

В несколько измененном виде уравнение Дирака применимо к другим частицам с полуцелым спином. Следовательно, для каждой такой частицы существует своя античастица.

Почти все элементарные частицы, как было уже сказано, принадлежат к одному из двух семейств:

1. Лептоны.

2. Адроны.

Основное различие между ними заключается в том, что адроны участвуют в сильном и электромагнитном взаимодействиях, а лептоны – нет.

Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Их всего было четыре: электрон (), мюон (), электронное нейтрино (), мюонное нейтрино . Позже были открыты лептон и его нейтрино . Они не распадаются на составные части; не обнаруживают ни какой внутренней структуры; не имеют поддающихся определению размеров .

Адроны более сложные частицы; они обладают внутренней структурой и участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Это семейство частиц можно разделить на два класса:

мезоны и барионы (протон, нейтрон, -барионы). Последние четыре вида барионов могут распадаться, в конечном счете, на протоны и нейтроны.

В 1963 году Гелл-Манн и независимо от него Цвейг высказали идею, согласно которой все известные адроны построены из трех истинно элементарных частиц – кварков, которые имеют дробный заряд.

u- кварк q = + ; d – кварк q = - ; s – кварк q = - .

До 1974 года все известные адроны удавалось представить как комбинацию этих трех гипотетических частиц, но открытый в этот год тяжелый - мезон не укладывался в трехкварковую схему.

Основываясь на глубокой симметрии природы, часть физиков высказала гипотезу о существовании четвертого кварка, который получил название «очарованный» его заряд равен q = + . Отличается этот кварк от остальных наличием свойства или квантового числа С = +1 - названного «очарованием» или «charm».

Вновь открытый - мезон оказался комбинацией «очарованного» кварка и его антикварка.

Дальнейшие открытия новых адронов потребовало введение пятого (в) и шестого (t) кварка. Различие между кварками стали называть «цветом» и «ароматом».