Николай Александрович Загайнов, заведующий кафедрой,
«Народный Академический Университет Эволюции Разума», Украина.
Участник конференции
Анализ достижений и выводов фундаментальной науки по вопросу дискретности элементарных частиц. Предлагается новый вариант понимания дискретности.
Ключевые слова: дискретность, элементарные частицы, полевая и вещественная материя.
Постепенное накопление результатов опытов и наблюдений, которые классическая физика объяснить не могла, к началу ХХ века привело к кризису в фундаментальной науке. «Развитие науки показало ограниченный характер существовавшей до тех пор физической картины мира. Начался пересмотр целого ряда понятий, выработанных прежней классической физикой» [1]. Кризис в естественнонаучной фундаментальной науке со второй половины ХХ века на фоне бурного развития прикладных направлений стал более явным. Отставание фундаментального миропонимания тормозит развитие цивилизации и приводит к неоправданно большим затратам на научные исследования. Все открытия в прикладных исследованиях сделаны случайно методом перебора вариантов. А с точки зрения научного метода, фундаментальная наука должна подсказывать прикладной науке, где искать и что предполагается обнаружить. Одна из основных проблем в науке, с точки зрения автора статьи, является недопонимание сути дискретности. Рассмотрим историю появления и развития понятия дискретность.
Дискретность (лат. слово discretus – «разделенный», «прерывистый»). Это прерывность; противопоставляется непрерывности. У древнегреческого философа Демокрита, мы можем найти гипотезы о существовании амеров (в понимании современных философов, мельчайших, точечных частей пространства), атомов (мельчайших частиц вещества, не делящихся дальше), как первоосновы мира. С появления понятий амеры и атомы начинается развитие атомизма, – как учения о дискретности строения мира.
«В основе философии Демокрита лежит учение об атомах и пустоте как двух принципах, порождающих многообразие космоса. Пустота в системе миропонимания Демокрита выступает как принцип дискретности, множества, движения атомов и как их бесконечное «вместилище». Демокрит называет пустоту небытием. Понятие бытия и небытия включены у него в более общее понятие ”то, что на самом деле”, благодаря которому реальность существования признавалась и за пустотой или небытием» [2]. В философии Демокрита понятие ”то, что на самом деле” соответствует современному понятию «реальность», в которую равноправно входят состояния бытие и небытие или их чередование.
У другого философа античности Платона ссылок на Демокрита вообще нет, как если бы этот мыслитель и его старший современник, вовсе не существовал. «В понимании Платона небытие существует как "природа иного, т.е. как инобытие"». Платон отстаивает принцип существования
«не сущего». Небытие, как считает Платон, нельзя считать несуществующим, оно существует, хотя и в особом модусе [3]. (Мо́дус (от лат. modus) —образ, способ, вид существования или действия чего-либо. Философ Спиноза, например, полагал, что модусы - это различные состояния, которые принимает единая субстанция).
Смысл атомистической мысли античности состояла в том, что "бытие существует не более чем небытие". Если у Платона небытие существует в порядке природы "иного", то у Демокрита оно существует как пустота. У античных атомистов пустота это - "ничто", которое более поздний философ Аристотель и идущие вслед за ним комментаторы отождествили с "пространством" или "местом". Принимая изложенное выше во внимание, мы можем сказать, что первичные онтологические структуры природознания у Платона и у Демокрита, несмотря на различия, оказываются сопоставимыми. Значит, возможно допустить, что первичный источник информации, сформировавший основы миропонимания античных мыслителей, несмотря на разницу трактовки различными философами, был единым.
Краткий вывод.
В античной атомистике существуют три варианта понимания дискретности.
В 17—19 вв. идущие от античности представления об атомах как о “бытии” и об абсолютно пустом пространстве как о “небытии” порождали проблему связи атомов с континуальным (непрерывным) пространством как с простым вместилищем и связи их с континуальной физической средой. По мнению хорватского физика ХVIII века Руджера Бошковича, в этот период речь шла как бы о двух разных мирах: дискретный, структурированный мир атомов и пространства как силового поля. Одновременно формировались представления о структурированности и динамичности атомов и о дискретности пространства как “силового поля”. Атомы как бы превращались в особые точки этого пространства-поля, взаимодействие тел сводилось к движениям “эфира”, к его давлению на тела, что и составило механистическую концепцию поля.
После античных времён первое издание, содержащее термин дискретность, появилось в 1873 году в Англии, а в ХХ веке получило распространённое применение в фундаментальных и прикладных науках.
Краткий вывод.
В науке к началу ХХ века стало формироваться представление о дискретной структуре не только материи, но и пространства.
В начале XX века в ходе изучения атомов были обнаружены две группы явлений, которые невозможно было объяснить при помощи классической механики Ньютона и электродинамики Максвелла. Первая группа явлений была связана с установлением в ходе опытов двойственной природы света; вторая – с невозможностью на основе классических представлений объяснить существование устойчивых атомов, а также их оптические спектры.
В 1900 году немецкий физик Макс Планк, исходя из результатов экспериментов, высказал идею, что излучение и поглощение энергии носят дискретный характер, и что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а дискретными порциями-квантами.
В 1905 году, развивая идею Планка, основатель релятивистской физики Альберт Эйнштейн предположил, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами, то есть дискретность присуща самому свету; а свет состоит из отдельных порций (дискретных частиц) – световых квантов, позднее названных фотонами. Кроме того, Эйнштейн обосновал идею квантования энергии – деление энергии на порции [4, с. 253], т.е. идею дискретности. Несколько позже Эйнштейн обосновал дискретность электромагнитного поля и пришёл к выводу о полевой природе элементарных частиц: "... элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля ..." [5].
В 1922 году американский физик Артур Комптон экспериментально доказал, что свет обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами, то есть свет является одновременно и волной, и частицей.
В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о всеобщем корпускулярно-волновом дуализме, по которой не только фотоны, но и все “обыкновенные частицы” (протоны, нейтроны, электроны и т. д.) также обладают волновыми свойствами. Позднее эта гипотеза была подтверждена экспериментально.
С открытием элементарных частиц обнаружилось единство дискретной и континуальной картины мира: электроны, как и другие микрочастицы, не соответствуют классическим представлениям об элементарной частице, атоме, корпускуле, они ведут себя в одних условиях как протяженная волна, в других - как строго локализованная частица. В целом, стало очевидным, что существовавшее в атомистической натурфилософии и физике с ее атомами и корпускулами, понимание устройства мира не является раз и навсегда установленным, а отражает лишь определенный этап в понимании устройства природы.
Краткий вывод. В науке стало постепенно формироваться представление об атоме и элементарных частицах как полевоэнергетических структурах, по терминологии Эйнштейна - «кванты энергии», или, другими словами, дискретных частицах энергии.
Поскольку атомы очень малы, выводы об их устройстве можно делать, в основном, путём анализа результатов воздействия на них. Иногда результаты экспериментов вызывали новые вопросы. Одной из загадок долгое время были особенности спектра водорода. Вид этого спектра говорил о том, что атомы водорода излучают энергию на определенных длинах волн и не проявляются на других. Будто электроны атомов обнаруживается то в одном, то в другом месте, но ни разу не были замечены в движении между ними. Никто не мог понять, почему так происходит.
В 1913 году датский физик Нильс Бор придумал вариант решения данной проблемы и предложил дополнить планетарную модель атома Резерфорда. Суть дополнения заключается в допущении, что электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, находясь на которых, они не излучают, а излучение или поглощение происходит только в момент перехода с одной орбиты на другую. В статье «О строении атомов и молекул» Бор высказал предположение, что электроны перемещаются с орбиты на орбиту, исчезая на одной и мгновенно возникая на другой, не появляясь в пространстве между ними. Эта идея была названа «квантовым скачком». По мнению Бора, «квантовый скачок» не только удерживал электроны от катастрофического спирального падения на ядро, но также объяснял странности с длинами волн в спектре водорода. Электроны появлялись только на определенных орбитах, потому что только на них могли существовать. Эта догадка принесла Бору Нобелевскую премию в 1922 году, через год после Эйнштейна.
В 1926 году немецкий физик Вернер Гейзенберг, на основании гипотезы Луи де Бройля о всеобщем корпускулярно-волновом дуализме, создал новую дисциплину, которая получила известность под названием квантовой механики. В ее основе лежал сформулированный Гейзенбергом принцип неопределенности, устанавливающий, что электрон является частицей, но такой, что ее можно описывать как волну. Неопределённость, на которой построена эта теория, состоит в том, что мы можем знать, как движется электрон в пространстве, или знать, где он находится в данный момент, но не можем знать то и другое вместе. Любая попытка определить одно, неминуемо нарушает определение другого. Это не вопрос применения более точной аппаратуры, а неотъемлемое свойство Вселенной. Окончательное формирование квантовой механики, как последовательной теории, произошло после появления работ Н. Бора о принципе дополнительности.
В течение ХХ века физики изучали элементарные частицы, атомы и, в целом, материю, что отражено в учебниках, справочниках и физических энциклопедиях и опубликованных рефератах. Приведём несколько выдержек:
- «Весомая (вещественная) материя или составляющие ее элементарные частицы представляют овеществленную форму полевой материи - возбужденные состояния поля. Таким образом, элементарные частицы - это те же самые поля, только возбужденные, т.е. любая элементарная частица - это поле, находящееся в возбужденном состоянии» [6].
- «Существование дискретных энергетических состояний атомов является одной из самых характерных особенностей их свойств, оно доказано многочисленными опытами» [7, стр. 413];
- «В современной физике электромагнитное поле рассматривается как особый вид материи, к которой применимы важнейшие понятия физики – энергия, импульс, масса» [7, стр.292];
- «Квантовая механика раскрывает два основных свойства вещества: квантованность внутриатомных процессов и волновую природу частиц» [7, стр. 417];
- «... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным» [8, стр. 337];
- «... поле реально существует и в этом смысле, наряду с веществом, является одним из видов материи. Поле обладает энергией, импульсом и другими физическими свойствами» [9, стр. 12];
- «Выявление тесной взаимосвязи вещества и поля привело к углублению представлений о структуре материи. На этой основе были строго разграничены понятия вещества и материи, отождествлявшиеся в науке на протяжении многих веков. В классической физике вещество и поле физическое противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго — непрерывна. Квантовая физика, внедрившая идею двойственной корпускулярно-волновой природы любого микрообъекта, привела к нивелированию этого представления»[10];
- «... согласно последовательной теории поля весомую материю или составляющие её элементарные частицы также следовало бы рассматривать как особого рода "поля", или особые "состояния пространства". Однако приходится признать, что при современном состоянии физики такая идея преждевременна, так как до сих пор все направленные к этой цели усилия физиков-теоретиков терпели провал. Таким образом, теперь мы фактически вынуждены различать "материю" и "поля", хотя и можем надеяться на то, что грядущие поколения преодолеют это дуалистическое представление и заменят его единым понятием, как это тщетно пыталась сделать теория поля наших дней» [5, Т.2, стр.154];
- «Частица представляет собой предельный случай чисто полевого образования, при стремлении массы (или заряда) этого образования к постоянной величине. В этом предельном случае происходит возникновение корпускулярно-волнового дуализма и оптико-механической аналогии в чисто полевой теории» [11];
- «Компоненты вращательного (вихревого) движения, присущи всему в природе – от элементарных частиц до Вселенной. Как выяснилось, фундаментальную роль в таком движении играют поля кручения пространства – торсионные поля, определяющие структуру материи любой природы» [12];
- Физический вакуум - это материальная среда, представляющая квантовое поле. «Очень важную роль играет состояние поля с наименьшей энергией, которое называется вакуумом» [13];
- Современная теория поля придерживается материалистических взглядов на природу физического вакуума, рассматривая его как невозбужденное состояние полевой материи. Физический вакуум, представляя полевую форму материи, может оказывать давление на вещественную материю, что наблюдается экспериментально в статическом эффекте Казимира. В 2011 году была обнаружена вязкость вакуума - динамический эффект Казимира (подробно в статье "Трение космических аппаратов о флуктуации вакуума").
«Причиной эффекта Казимира являются энергетические колебания физического вакуума из-за постоянного рождения и исчезновения в нем виртуальных частиц» [14].
Краткие выводы
Для более ясного представления о свойствах, устройстве элементарных частиц и атомов обязательно необходимы наглядные модели. В результате физических исследований оказалось, что атом совсем не похож на модель Резерфорда – Бора. Электрон не летает вокруг ядра, как планета вокруг Солнца, а, скорее, имеет бесформенные очертания наподобие облака или напоминает лопасти крутящегося вентилятора, умудряясь одновременно заполнять каждый кусочек пространства на своих орбитах (с одной существенной разницей, что если лопасти вентилятора только кажутся находящимися одновременно везде, электроны действительно находятся сразу всюду). На практике это означает, что нельзя предсказать, где будет находиться электрон в каждый конкретный момент. «Скорлупа» атома представляет собой не какую-то твердую блестящую оболочку, как порой подталкивают думать некоторые иллюстрации, а просто наиболее удаленные от центра края этих, неясно очерченных, электронных облаков. Само облако — это, по существу, всего лишь зона статистической вероятности, обозначающая пространство, за пределы которого электрон очень редко выходит. Атом, если бы его можно было увидеть, скорее похож на очень нечетко очерченный теннисный мяч, чем на жесткий металлический шар. Впрочем, он не очень похож ни на то, ни на другое, и вообще не похож ни на что из когда-либо виденного, и сильно отличается от того, что мы наблюдаем вокруг. Физики поняли, что открыли мир, в котором электроны могут перескакивать с орбиты на орбиту, не перемещаясь через разделяющее их пространство. Более того, по предположению, приписываемому американскому физику Алану Лайтману (Alan Lightman) профессору Массачусетского технологического института, материя может возникать из физического вакуума «при условии, что она достаточно быстро исчезает». Данная гипотеза перекликается с пониманием дискретности у Платона, как чередование бытия и инобытия.
На основании данной, нечётко описанной модели, возможно ли предложить гипотезу, объясняющую столь противоречивый образ – описание атома?
Наиболее подходящая для данного случая подсказка, по мнению автора статьи, изложена в гипотезе исследователя Ю.Г. Иванова «Мерцающий мир…». Описанный выше наглядный образ атома объясняется мерцанием или, другими словами, дискретным «появлением и исчезновением вихрей электронов с прецессионным сдвигом координат их появления в пространстве и времени» [15].
Именно этим процессом объясняется то, почему электроны перескакивают с орбиты на орбиту, не перемещаясь через разделяющее их пространство. Фактически, в данной гипотезе даётся понимание дискретности, перекликающееся с представлениями античных атомистов, а именно: как появление и исчезновение, а не просто как одновременное чередование бытия и небытия – существование в атоме ядра и электрона, а между ними небытие - пустота. Создатель данной гипотезы не основал научную школу, как сообщество людей, способных практически проводить научные исследования, а не только объяснять свойства природы. Этого не произошло по объективным причинам.
Краткий вывод.
В современной науке существует вариант понимания дискретности - как появления и исчезновения элементарных частиц.
Изобразим варианты понимания дискретности более наглядно на графике.
Рис. 1
На данном графике (рис.1)изображены два варианта дискретности.
Если третий вариант дискретности, понимаемый как чередование бытия и инобытия или, другими словами, появление и исчезновение, изобразить на графике (рис.2), то наглядно видно, что частицы энергии, как волны, дискретно проявляются, а потом исчезают.
Рис. 2
Если в природе существует именно третий вариант дискретности, то для того, чтобы появился атом, необходимо, чтобы в одной точке пространства дискретно одновременно проявились все элементарные частицы, входящие в состав данного атома. Значит, атом дискретно проявляется и исчезает. Для того, чтобы появилось вещественное мироздание, необходимо одновременное дискретное появление и исчезновение всего вещества Вселенной.
Краткий вывод:
На основании понимания дискретности как появления и исчезновения, возможно сформулировать гипотезу о дискретном появлении и исчезновении элементарных частиц, атомов и всего вещественного мироздания.
Частота появления и исчезновения вещества нашего мира должна быть достаточно высокой, потому что дискретное проявление наши органы чувств воспринимают как непрерывное существование. Например, при последовательном показе на экране кинотеатра дискретных позитивных изображений со скоростью 24 кадра в секунду, отснятых на киноплёнке, мы воспринимаем изображение как непрерывно существующее. Измерить частоту дискретного появления и исчезновения вещественного мира при помощи вещественных приборов, находящихся внутри дискретного (мерцающего) мира, невозможно, так как вещество приборов появляется и исчезает вместе с веществом всего мира.
Для принятия данной гипотезы к рассмотрению современной наукой, необходимо предложить опыт, позволяющий проверить данное предположение. Если такой опыт невозможно придумать, то данная идея также, как и идея существования всемогущего бога, существование которого невозможно доказать или опровергнуть, не будет принята. По мнению автора статьи, вполне возможно допустить, что измерить частоту дискретности или мерцания нашего земного мира можно, если наблюдатель удалиться на достаточно большое расстояние от нашей планеты.
Вывод.
Современная наука вплотную подошла к пониманию дискретности, объединяющему все три варианта её понимания, предложенных в данной статье.
Допустимо предположить, что дискретность материи необходимо понимать как появление и исчезновение элементарных частиц и атомов, созданных потоком дискретных энергетических частиц, обладающих свойством кругового вихреобразного движения (спин), появляющихся из окружающего пространства (физического вакуума), и расширению данного понятия дискретности от микроуровня элементарных частиц до макромасштабов всей материи мироздания.
Новый вариант понимания дискретности, а также выводы, предложенные в данной статье, приводят к необходимости искать новый вариант миропонимания, в базисе которого будет наука, содержащая в своей парадигме данный вариант понимания дискретности.
Существует ли в нашем мире полноценная научная школа, способная изучать мироздание, с новым миропониманием, с новой наукой и новой парадигмой, включающей постулат о дискретности, понимаемый как появление и исчезновение материи? Да, существует. Она официально зарегистрирована как «Народный Академический Университет Эволюции Разума» (НАУ ЭРА) г. Одесса, Украина. С 2011 года НАУ ЭРА действует в рамках программы ЮНЕСКО «Непрерывное образование в интересах устойчивого развития» и проекта ООН «Академическое влияние».
Фактически, коллектив НАУ ЭРА осмысливает и частично формулирует в терминах и понятиях официальной науки информацию, которую постепенно получает от основателей НАУ ЭРА - представителей научной школы предшественников, «имеющей ХХ вековую историю развития» [16]. В состав этой научной школы входили люди, практически, из всех европейских стран, но делиться своими знаниями и достижениями с остальным человечеством по объективным причинам не могли. Такая возможность появилась только с 2000 года.
НАУ ЭРА предлагает принципиально новое мировоззрение, новое решение проблем фундаментальных и прикладных наук, а также открывает поистине фантастические перспективы и возможности перед человечеством. Коллектив Университета на основании получаемой информации формулирует основы новой науки, названной в НАУ ЭРА Аксионтологией. Данная наука изучает мир, природу, все формы жизни и человечество как единую взаимосвязанную систему. При помощи Аксионтологии можно понять суть и причины любых процессов, происходящих в мире, предсказать их развитие, дать рекомендации для правительств. Аксионтология позволяет не только объяснить устройство мироздания, но и управлять природными процессами. Люди, участвующие в программах НАУ ЭРА, имеют возможность постепенно стать разумными сотворцами сначала в рамках земного мира, а потом и в масштабах Вселенной. Именно такие цели и задачи поставил перед человечеством Высший разум - Творец нашего мироздания.
Список литературы: