5.7. Единство механики, электродинамики

и квантовой механики

Уже более полувека, с легкой руки А. Эйнштейна, фи­зики грезят «великим объединением» четырех «фунда­ментальных законов» взаимодействий природы в рамках единой теории всего сущего. Однако задача оказалась достаточно сложной и, как показывает опыт значитель­ных затрат времени и усилий, решение ее затягивается. Это затягивание обусловлено не отсутствием мощных коллайдеров, не низким быстродействием вычислитель­ной техники и не слабостью математического аппарата, а теми мировоззренческими принципами и постулатами, которые заложены в основание современных физиче­ских теорий. Не останавливаясь на их гносеологическом анализе, отмечу, что вопрос о необходимости объедине­ния, как уже говорилось, есть следствие предваритель­ного, еще со времен Ньютона, постулативного разъеди­нения описания единой природы на несколько обособленных научных направлений и выбора первич­ного понятийного аппарата, обусловившего это разделе­ние.

Принципиальным вопросом, определяющим необхо­димость объединения или иного восстановления едино­го описания природных процессов, является вопрос о структурной изотропии или анизотропии материального мира.

Надо сначала понять  представляет ли из себя мир монотонную бесструктурную изотропную вещественно-невещественную систему, образуемую макро- и микро­миром, в которой действуют взаимоисключающие зако­ны (например, законы классической механики отлича­ются от законов электродинамики, а квантовые законы принципиально несовместимы с классическими).

Или же вещественный мир представляет собой после­довательную, анизотропную, взаимодействующую сис­тему, образуемую материальными телами различной ранговой иерархии, имеющую одинаковые для каждого ранга законы взаимодействия. (Тогда различие законов классической и квантовой физики есть следствие недос­таточного понимания структуры и взаимодействия при­родных образований на начальной стадии становления квантовой, а, возможно, и классической механики.)

Поскольку физическая научная общественность по­стулирует существование изотропного макро-микро мира и сосредоточена на решении задачи объединения силовых взаимодействий данных миров, рассмотрим, на качественном уровне, возможность ее решения в рамках гипотезы о ранговой структуре материального мира. (Существование вещественной ранговой структуры обосновано ранее в динамической геометрии [ОРГ].)

Как было показано, разделение физики на обособлен­ные группы научных направлений оказалось следствием развития, механики Ньютона, построенной на системе аксиом, взаимная непротиворечивость которых осталась недоказанной. Данные аксиомы образовали замкнутую систему физических категорий, относящуюся к механи­ческому описанию природных процессов и препятствующую включению в область своих взаимодействий «инородных» категорий и аксиом. Этому способствова­ло также и некоторое формальное отличие, например, электродинамических взаимодействий от механических. И хотя электродинамика и классическая механика име­ют немало уравнений, сходных по своей структуре, и в первую очередь наличествует сходство закона Ньютона и электродинамического закона Кулона, в механике как бы не наблюдается целый ряд явлений, присущих элек­тродинамике: например, дихотомия притяжения и от­талкивания, наличие двух видов электричества, кажу­щееся постоянство зарядов и массы электрона, наличие электромагнитных свойств и т.д.

Именно эти формальные различия, которые могли 6ыть связаны с недостаточным пониманием сути взаи­модействий на заре классической механики, обусловили в последующем ее окончательное обособление от элек­тродинамики и способствовали бурному развитию кван­товой механики на принципах, «не совместимых» с принципами классической механики. Чтобы убедиться в противопо­ложном, рассмотрим качественное единство механики, электродинамики и квантовой механики исходя из того очевидного факта, что первые две являются механиками силовыми, чем, в частности, отличаются от как бы не силовой - а энергетической квантовой механики. Свой­ства последней без анализа введем в таблицу единых свойств природ .

Итак, в полном соответствии с представлениями о двух механиках (ньютоновской и русской) могут быть предложены два варианта описания строения окружаю­щего мира:

• один, имеющий монотонно-изотропное строение, существую-щий на уровне как макромира так и микромира и имеющий принципиально различные законы взаимодей­ствия;

• второй, имеющий ранговую структуру иерархиче­ских, отграниченных друг от друга ней­тральной зоной, материальных образований ячеистого типа, имеющих одни и те же законы взаимодействия для различных рангов. Например, мы живем в макромире, ранг которого охватывает пространственную область от атомов и молекул до скопления галактик. Следующий вглубь материи ранг микромира — электродинамика — охватывает область от скопления атомов (молекул) до амеров  образований, нами приборно пока не наблю­даемых. Оба мира едины и имеют принципиально оди­наковые законы взаимодействия.

Если предположить, что большинство отличий взаи­модействия тел макромира от микромира сложно на­блюдать в ранге, в котором они происходят, но, проще из «большего» ранга, например, из того же макромира электродинамические взаимодействия, то противоре­чивые явления в них снимаются и можно путем чисто формальных преобразований показать единство клас­сической механики и электродинамики, опираясь при этом на известные уравнения обоих направлений.

Так, и в классической механике и в электродинамике достаточно часто используют уравнение центробежного взаимодействия тел для описания орбитального движе­ния под воздействием внешней силы F:

F = mv²/R, (5.29)

где v  скорость орбитального движения; R  радиус орбиты; m  масса тела.

По закону Кулона сила притяжения F зарядов е опре­деляется уравнением;

F = e²/R². (5.30)

Сила притяжения двух тел массой m и М в механике Ньютона, как показано выше, описывается уравнением:

F = mMG/R², (5..31)

где G  гравитационная «постоянная» (здесь не учиты­вается разница фаз, поскольку она не изменяет структу­ру уравнений).

Приравниваем правые части уравнений (5.29) и (5.30) и получаем:

е²R² = mv²/R. .

и получаем:

v² = е²/mR. (5.32)

Проведем аналогичную операцию и с уравнениями (5.29) и (5.31):

mMG/R² = mv²/R.

Имеем:

v² = MG/R. (5.33)

Приравниваем, исходя из равенства скоростей v уравнения (5.32) и (5.32) и решаем относительно е_гр – гравизаряд:

е_гр² = mMG. (5.34)

Для случая m = M имеем:

е_гр = ±MG. (5.35)

Уравнение (5.35) известно в электродинамике в сле­дующей записи:

f = e/m_e, (5.36)

где f  удельный заряд частицы и аналогично из (5.35) имеем:

f_гр = ±G,

или

G = f_гр². (5.37)

И можно предположить, что в классической механике f_гр является удельным зарядом гравитирующих тел, обусловливающим структурное единство законов Кулона (5.30) и Ньютона (5.31):

F = е₁е₂/R² = е_гр1е_гр2/R² = mf_гр1Mf_гр2/R² = mMG/R². (5.38)

Уравнение (5.38) показывает, что закон гравитацион­ного притяжения тел Ньютона и закон Кулона, опреде­ляющий силу взаимодействия двух электронов или тел, есть один и тот же физический закон, действующий на разных структурных уровнях материи. Выше (3.12)-(3.17) показано, что возможность притяжения и отталкивания этому закону обусловливает самопульсация тел. А уравнения (5.37) и (5.38) оп­ределяют возможности описания всех механических яв­лений в терминах электродинамики (табл. 16).

Таблица 16

Гравитационное поле Электростатическое поле Определяющая величина

Масса т Заряд е

Удельный заряд G = f² f = g

напряженность напряженность

гравиполя g электрического поля Е

Сила взаимодействия

F = mМGcos(  ₁)/R² F = e²cos(  ₁)R²

Энергия W = mv². W = ev²/f.

Уравнение движения

F = mg F = eE

Напряженность g = a = v²/R = v/T a = g = Ef

Потенциал  = fm·f'm'/l  = е²/l

Скорость v = gt v = Eft

Путь S = gt/2 S = Eft²/2

Переходное g= a = Ef a = g = v²/R уравнение F = ²,  = F

Таким образом, чисто формальные преобразования, произвести, которые еще в прошлом веке мешала уве­ренность в принципиальном отличии закона притяжения от закона Кулона, приводят к выводу о структурном единстве класической механики и электродинамики.

Рассмотрим на простом примере параллельное реше­ние задачи классической механики и электродинамики:

Снаряд, массой 10 кг выстрелен из орудия вертикаль­но вверх. Начальная скорость у снаряд» 500 м/с. Опре­делит, пренебрегая сопротивлением воздуха, высоту подъема снаряда h.

Классическая механика Электродинамика

W = mv², W=ev²/f

Энергия движения W в силовом поле при подъеме на высоту h находится из уравнений:

W = mgh W = eEh

h = v²/2g = 12,7. км. h = ev²/2fE = v²/2Ef = 12,7 км

Что также подтверждает возможность описания мак-ровзаимодействий в рамках иерархической ранговой структуры пространства как в терминах классической механики, так и в терминах электродинамики. Естест­венно, что описание космических явлений в терминах электродинамики будет сопровождаться качественным изменением представления об этих процессах и частич­но будет затронуто далее.

Еще раз отмечу, что корни механики Ньютона про­слеживаются во всех разделах физики, но тем не менее это не приводит к ее единству. В отличие от единой природы физика разделена почти на десяток очень слабо связанных, практически независимых разделов, само­стоятельно изучающих искусственно отделенные друг от друга части природы. У каждого раздела своя мето­дология, свои принципы, свои постулаты и даже своя математика. И чем больше идет изучение, тем дальше отодвигаются друг от друга, эти части. И все, по-видимому, потому, что в основе объяснения этих частей, с одной стороны заложены взаимоисключающие посту­латы, а с другой строению природы приписывается безуровневая структура, хотя и признается наличие макро- и микромира, существующих как бы самих по себе или относительно человека, а не как определенные взаимо­зависимые и взаимосвязанные структуры.

Русская механика предполагает существование от­граниченных нейтральными и межъядерньми зонами те­лесных образований, создающих многоуровневую струк­туру материи от амеров до Вселенной и далее. Образования этой структуры взаимосвязаны и взаимо­зависимы свойствами и движением. Свойства и формы движения у них одни и те же, и принадлежность их разным уровням обусловливает им одинаковую форму взаимодействия на своем уровне. Констатирую таким образом, что в природе существует одна механика для всех уровней. Эта констатация может быть под­тверждена сопоставлением свойств различных механик посредством системы КФР. В табл. 17 приведены неко­торые коэффициенты физической размерности различ­ных разделов физики (5.46). В нее попали только те свойства, которые либо мы фиксируем своими ощуще­ниями, либо можем зафиксировать приборами. По­скольку свойств у природы бесчисленное количество, то каждый раздел (кроме квантовой механики) заканчива­ется набором наиболее употребимых в практической деятельности свойств. Все свойства, используемые в квантовой механике, отражены в табл. 17.

Таблица 17. Коэффициенты значимости

21

22

23

24

25

26

27

28

29

210

211 212 213

214

Классичис. механика

vn mn Gn

Rn n

Tn tn W-n n jn Mn Η-n

a-n g-n

F-n

Vn N-n -n

-n

Электро- динамика

fn en bn Ф-n m-n

v-n m-n Rn Λ-n

Rn Cn µon n

-n -n -n

Tn η-n tn W-n Jо-n -n n n

J-n B-n

а-n Mon

E-n D-n H-n

F-n

N-n

Квантовая механика

fn е-n

v-n m-n

Rn n

Tn -n tn W-n

Русская механика

fn e-n b-n Ф-n µn

v-n m-n Gn Ron Λn

Rn n Cn µon

Tn η-n tn W-n -n j-n n n

J-n B-n

M-n g-n а-n

E-n D-n H-n

F-n

Vn N-n -n

-n

В табл. 17 приведены коэффициенты значимости сле­дующих, ранее не встречающихся в данной работе свойств: объем  Vⁿ, мощность  Nⁿ.

Электродинамика: поток напряженности bⁿ, маг­нитный заряд  рⁿ; электропроводность  Λⁿ, элек­троемкость  Сⁿ, магнитная постоянная  µⁿ, потен­циал электрического поля  φⁿ, электродвижущая сила  εⁿ, напряжение  0ⁿ, работа  Аⁿ , сила тока  Iⁿ, магнитная индукция  Вⁿ, коэффициент взаимной ин­дукции  Мⁿ, напряженность электрического поля  Еⁿ, электрическая индукция  Dⁿ, напряженность маг­нитного поля  Н^п, мощность  Nⁿ.

Из табл. 17 явствует [47],

• наибольшее количество свойств в настоящее время прояв-лено в электротдинамике;

• наименьшим количеством свойств и поэтому наи­большим количеством постулатов обходится квантовая механика;

• основные параметры классической механики имеют только

четные показатели степени;

• свойства во всех разделах содержат не все степени коэффициентов (З³,З¹ , 3 ,...);

• недостаток свойств в квантовой механике еще раз свидетельствует о наличии в ней скрытых параметров;

• значительное количество параметров имеют коэф­фициенты с одинаковым степенным показателем;

• между параметрами разных уровней не наблюдается качественной несовместимости и, следовательно, каж­дый из них может быть отнесен к любому разделу физи­ки.

Отсюда также следует вывод, что физическая сущ­ность всех параметров едина, на всех уровнях действу­ют одни и те же законы и имеются одни и те же свой­ства. Эти свойства и принадлежат единой механике природы.