скачать книгу бесплатно
Философия и теория «Единого поля Вселенной»
Михаил Стефанович Галисламов
Гипотеза посвящена возникновению и устройству Вселенной. Теория обосновывает природу возникновения электрического поля в центре мира, распространение его в наполненном материей и субстанцией пространстве. На основе принципа наименьшего действия предложена новая модель мироустройства. Рассмотрена природа света, магнитного поля и электромагнитных колебаний. Определена первоначальная форма универсума, дана формула расчета его размеров. Гипотеза опровергает существование античастиц и аннигиляцию.
Философия и теория «Единого поля Вселенной»
Михаил Стефанович Галисламов
© Михаил Стефанович Галисламов, 2023
ISBN 978-5-0060-2838-8
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
В 2014 г. наш однокурсник, ныне доктор технических наук, предложил своим бывшим товарищам одного курса и специальности встретиться в г. Пермь после 40 лет окончания института, называвшегося ранее Пермский политехнический. У входа в главный корпус учебного заведения 30 мая собралось около двух десятков выпускников. Закончив экскурсию по территории учебного заведения, все зашли в кафе пообщаться. Организатор встречи не подчеркивал своего положения (у него в тот момент была не малая должность), был доброжелательным и поддерживал беседу со старыми товарищами. Меня он посадил рядом с собой и бывшим куратором нашей группы, доктором технических наук П. А. Лыхиным (ныне ушедшего из жизни). С ним у нас завязалась беседа о «душе», тонких материях и устройстве мира. Первоначально П. А. выражал свои взгляды в чисто атеистическом духе. Мои убеждения были несколько иными. Он внимательно выслушал, с уважением отнесся к не типичному мировоззрению. Не согласился с пессимизмом собеседника, что мала надежда на то, чтобы быть услышанным обществом. П.А. предложил изложить концепцию в письменном виде. И добавил: «Много раз мне приходилось быть членом аттестационной комиссии по присуждению соискателю ученой степени. При защите вывешивали много графиков, таблиц, формул, а за потоком словесной „трескотни“ часто нет идеи. Из жалости к труду и времени, затраченного претендентом, голосовал „положительно“». О концепции вселенной, которая была коротко изложена, П.А. сказал, что в ней присутствует сильная, не ординарная мысль. Напутствовал словами: «Идея – скелет, вокруг которого формируется тело теории, а аргументы можно всегда найти. Не отступай и дерзай!». Перерыв над настоящей теорией на несколько лет был вынужденным, связан он с необходимостью разоблачения преступных действий США против России (работы опубликованы в бесплатном доступе). Посланные сигналы, можно предположить, не были услышаны.
Случайность – это непознанная людьми закономерность. Благодаря встрече в кафе, внимая старшему наставнику (храню светлую память о нем), не думая о трудностях, пришлось пробиваться через дебри естествознания, руководствуясь материалами древней, средневековой и современной философии. Это отступление от темы, обозначенной в заголовке, будет не полным, если не рассказать об очередном зигзаге судьбы. В тяжелом состоянии 9 января 2022 г. был госпитализирован в городскую больницу. Случайно в выходной день пришел на работу заведующий хирургическим отделением Ивченко В. В. С двумя врачами, дежурившими на смене, он зашел в палату через 5—10 минут, как только меня положили. Осмотрели, быстро поставили диагноз и назначили медикаментозное лечение. Сутками ранее от воспаления у меня лопнул желчный пузырь. Врач приемного покоя, посоветал попасть на прием к терапевту поликлиники, после окончания выходных дней. При этом в анализах, количество лейкоцитов в организме превышало норму в три раза, а в моче были обнаружены эритроциты. На следующий день (понедельник), после поступления в стационар, желчный пузырь удалили операционным вмешательством. Убежденность в том, что поставленная передо мной задача не выполнена, вселяла уверенность в благополучном исходе операции и скором выздоровлении. Хирург (Саутов М. Б.), проводивший операцию, и его ассистент (Воробьев И. В.) дали шанс, чтобы отложенную работу закончить через полтора года. За помощь в выздоровлении выражаю благодарность всему коллективу хирургического отделения больницы города Рудный.
Введение
В будничной жизни мы постоянно сталкиваемся с миром явлений. Знание о вселенной и законах природы обычно базируется на эмпирических сведениях. Объем эмпирической и теоретической информации, по мере развития естествознания, постоянно растет. Эффективность работы научно-исследовательской организации, или группы, оценивают несколькими критериями, в том числе: экономической эффективностью от внедрения НИР, количеством полученных авторских свидетельств и патентов, валютной выручкой. Наука все больше стала обезличиваться, растет количество коллективных трудов, скрывающих вклад каждого из соавторов. Многие статьи, исследовательские проекты не дают заметного прироста естествознанию. Тот, кто вступает на исхоженный путь, редко встречает что-нибудь новое и с трудом направляет свой ум на что-то необычное. Система стремится так поддерживать науку, чтобы долгие годы она оставалось тем, что есть. Люди с высокими положениями в научной иерархии создают условия к закрепощенности и косности мышления, подбирают в приемники людей с отсутствием прорывных идей и взглядами, подобными их собственным. Результатом негативного опыта угодничества, распространенного в гуманитарных научных кругах СССР, был крах идеологии, построенной на искусственных закономерностях. Широко разрекламированные, лживые труды по политэкономии социализма и теории научного коммунизма, лозунги о единстве и братстве народов национальных республик Советского Союза не сцементировали страну, а разложили ее изнутри и подготовили будущий распад. Подобный финал естествен, в нем нет ничего неожиданного. Один из тезисов, который провозгласил Поппер: центральной проблемой эпистемологии всегда была и до сих пор остается проблема роста знания. Наилучший же способ изучения роста знания – это изучение роста научного знания. Исследования американского ученого Д. Прайса показали, что расходы на науку в США растут пропорционально квадрату числа ученых, или четвертой степени числа ведущих ученых. Он пришел к выводу: прирост истинных знаний составляет все меньшую и меньшую величину, так как происходит процесс обесценивания науки за счет работ, не несущих нового знания. По затраченным средствам экспоненциальное увеличение числа научных работников приводит к снижению их творческой производительности и тормозит развитие фундаментальной науки. Минуло достаточно времени с тех пор, как открыли электричество, магнетизм, гравитационное притяжение, а суть этих явлений не установлена.
1. О затруднениях в физике
Постоянный электрический ток в проводнике – это направленное движение электронов (так трактует теория). Протоны не образуют встречного потока. Физические законы постулируют симметрию в микромире. А. Эйнштейн не понимал закономерности, которая касалась природы вещества: если поместить на одну чашу воображаемых весов все частицы, несущие положительный электрический заряд, а на другую чашу – все имеющиеся на земле частицы с отрицательным зарядом, то обнаружится разительная разница в весе этих двух чаш. Вес частицы с положительным электрическим зарядом в 1836 раз превышает вес частицы с отрицательным зарядом [1, с. 50], что противоречит закону равновесия, существующему в природе. Физические законы систематически претерпевают некоторые изменения. Вначале физики отказались от гипотезы о существовании эфира, абсолютно упругого вещества. В настоящее время применяют понятие «физический вакуум». В современной физике под физическим вакуумом понимают пространство, полностью лишенное вещества. Одновременно в фундаментальных теориях постулируют материальность гравитационного, электрического и электромагнитного полей. Ученые жонглируют свойствами, не открывая содержание этих структур. Движение Земли вокруг Солнца стало явлением, не вызывающим какого-либо интереса. Астрофизикам, да и ученым, не кажется странным, что не происходит гравитационного сближения звезды и планет. Данные по измерению потоков излучения и расстояний до сверхновых звезд и другие независимые астрономические наблюдения говорят в пользу ускоренного расширения Вселенной [2]. Следовательно, увеличивается расстояние между всеми первоначальными точками пространства. При удалении от центра, скорость расширения Вселенной, по гипотезе «Большого взрыва», должна замедляться. Почему происходит не так, астрономы объяснить не могут.
Астрофизики изучают окружающую нас Вселенную, состоящую из комет и метеорных тел, планет и их спутников, звезд, межпланетной и межгалактической среды, основываясь на результатах наблюдений за электромагнитным излучением. Астрономия изучает поступательное и вращательное движения небесных тел и применяет полученные закономерности для вычисления орбит планет, комет, и других тел (включая и искусственные). Закономерности в астрономии, как и прочих науках, недостаточно надежны для окончательных выводов. В свое время были приняты гелиоцентрическая и геоцентрическая система мира – два учения о солнечной системе, основанные на противоположных относительных движениях Земли и Солнца. Вращение любого космического объекта вокруг своей оси, или массивной звезды, – бездоказательное утверждение, его можно допустить лишь теоретически. По сути это вопрос интерпретации того, что принять в качестве неподвижного объекта. Практически все, что мы знаем о космосе, известно нам благодаря поступившим из космоса к Земле электромагнитным излучениям. При этом утверждается, что свет распространяется в вакууме с постоянной скоростью (с). Свет – это особый вид электромагнитных волн, воспринимаемый человеческим глазом. Как гласит теория, электромагнитное излучение имеет двойственную природу: обладает волновыми и корпускулярными (дискретными) свойствами. Электромагнитная волна состоит из электрической и магнитной составляющих, перпендикулярных друг другу и к направлению движения волны. Утверждается, что переменные электромагнитные поля могут существовать самостоятельно, независимо от возбудивших их электрических зарядов. [3, с. 115]. В отличие от звуковых волн и других волновых процессов, для распространения электромагнитного излучения не нужна проводящая среда. У Максвелла первоначальное мнение было иное: «С какими бы трудностями в наших попытках выработать состоятельное представление о строении эфира ни приходилось нам сталкиваться, но несомненно, что межпланетное и межзвездное пространства не суть пространства пустые, но заняты материальной субстанцией или телом, самым обширным и, нужно думать, самым однородным, какое только нам известно» [4].
На данный момент в мире не существует полной системы знаний. Поэтому ничто в естествознании не может быть признано окончательно установленным и доказанным. Физика – одна из наиболее консервативных наук об общих законах природы и материи, ее структуре и движении. В последние столетия лидирующее положение в науке занимает опытно-экспериментальный метод. Когда-то он дал положительные результаты в научно-техническом прогрессе. С течением времени эффективность от вложения средств в науку стала снижаться. Многочисленные достижения в физике группируются вокруг открытия элементарных частиц. Пока не видно, что могло бы стать драйвером ускоренного развития знания. С конца XX века фундаментальная наука топчется на месте, несмотря на солидные финансовые вливания. Плеяда ученых, генерировавшая открытия в конце XVIII и начале XIX веков, иссякла. Не появились новые талантливые физики, подобные М. Фарадею. Английский ученый не подсчитывал материальную выгоду от внедрения открытий. Они сами пробивали дорогу к практическому применению. Фарадей с глубоким уважением относился к чужому мнению, но, руководствовался собственным опытом и умом. Ученого интересовало абсолютно знание. Он не признавал то или иное суждения истинным лишь потому, что оно высказано авторитетом в научном мире.
Физики радовались, думая, что в микромире действуют законы космического пространства: отрицательные электроны вращаются вокруг атомного ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Что в одном случае давала гравитация, то в другом обеспечивалось взаимным притяжением противоположно заряженных электрических зарядов. Ученые надеялись, что в скором времени поймут строение атома и процессы, происходящие в нем. Теория не смогла продвинуться в этом направлении, при дальнейшем развитии науки. М. Планк обратил внимание на отличие в системах: электроны могут описывать лишь вполне определенные траектории, отличающиеся друг от друга дискретно. У планет никакая траектория, по сравнению с другими, не является заведомо предпочтительной [5]. Ожидание, что несоответствие удастся каким-то образом объяснить позже, не оправдалось. Сравнение движений планеты вокруг Солнца и электрона вокруг атомного ядра привело ученых к вопросу о положении электрона на орбите и скорости. Более позднее исследование показало, что в этом вопросе нет аналогии. Планк призвал сделать выводы из этого примера и в дальнейшем проявлять осторожность при формулировке какой-либо новой идеи, перенося понятия и законы из одной области в другую [6].
Убеждение, согласно которому основы научной теории имеют чисто умозрительный характер, еще не было господствующим в XVIII и XIX веках, считает Эйнштейн. По его наблюдениям, оно получало прочное основание, по мере того как в мышлении отдалялись друг от друга фундаментальные понятия и законы, с одной стороны, с теми выводами, которые должны быть сопоставлены с опытом, с другой стороны [7]. Со временем ученые стали замечать, что многие годы наука не способна давать ответы на отдельные вопросы. Гранды мировой науки (и не только), продвигавшие на олимп квантовую теорию, засомневались в справедливости установленных в физике законов. Подозрение высказывали Э. Шредингер, Луи де Бройль, П. Дирак, В. Гейзенберг, Л. Бриллюэн, Р. Фейнман и другие известные ученые. Альберт Эйнштейн в конце жизни сомневался практически во всем, что успел сделать. По их высказываниям можно понять, что беспокоило ученых.
«Нельзя надеяться, что в квантовой физике метод возмущений все-таки даст исчерпывающий ответ, если только не придерживаться того, что согласно квантовой физике не происходит ничего подобного этому и что весь ее аналитический аппарат предназначен лишь для того, чтобы сообщать нам, с какой вероятностью можно встретить систему, перепрыгивающую из одного состояния в другое, причем для отбора этих „состояний“ откровенно ставится условие, чтобы они удовлетворяли нашим требованиям удобства и доступности аналитического рассмотрения. Но это же все равно, что выдавать желаемое за действительное» [8].
Э. Шредингер
«Трудно также удержаться от подозрения, что статистический характер теории обусловлен, по-видимому, неполнотой описания и не имеет никакого отношения к природе вещей» [9].
«Кроме того, представление о фотоне как о точечной структуре не позволяет объяснить интерференционные явления, возникающие только при взаимодействии обоих пучков. … За необычайный успех этой теории пришлось платить двойной ценой: отказаться от требования причинности (ее никак нельзя проверить в атомной области) и оставить попытки описания реальных физических объектов в пространстве и времени» [10].
А. Эйнштейн
«Ни о взаимодействии электронов, которые из-за одноименности своих зарядов должны были сильно отталкиваться, ни о периоде их обращения вокруг ядра, ни о месте, в котором они находятся в разные моменты времени, нельзя было ничего сказать, ибо ни одну из этих величин нельзя было измерить ни прямо, ни косвенно. Наоборот: то, что удавалось установить путем наблюдений, свидетельствовало о необходимости нового представления о природе электрона» [5]. По мнению ученого, когда казалось, что наука достигла высшей степени совершенства, наступил кризис физического мировоззрения. По своей глубине и остроте он «превышает все предыдущие».
М. Планк
«Поиски происхождения ядерных сил приводят к новым частицам; но все эти открытия вызывают только замешательство. У нас нет полного понимания их взаимных отношений, хотя в некоторых поразительных связях между ними мы уже убедились» [11, с. 55].
Р. Фейнман
«В 1927 году Нильс Бор, один из величайших мыслителей в области атомной физики, ввел в атомную физику так называемый принцип дополнительности, который был равнозначен „отречению“ от попыток интерпретировать атомную теорию как описание чего-либо реального… Я не верю, что физики приняли бы такой принцип ad hoc, если бы понимали, что он является таковым или же представляет собой философский принцип – часть инструменталистской философии физики Беллармино и Беркли» [12].
К. Р. Поппер
Сила магнитного поля характеризуется плотностью силовых линий, т. е. их числом на единицу площади. Магнитное поле в любой точке пространства можно представить вектором В, называемым магнитной индукцией. Его величину можно определить через вращающий момент, действующий на магнитную стрелку, когда она не ориентирована вдоль магнитной силовой линии. Чем больше момент, тем сильнее магнитное поле. Магнитная стрелка находиться в равновесном состоянии, когда располагается по касательной к силовой линии в данном месте поля. Физическая сущность магнитного поля, как и электрического поля, остается до сих пор неизвестной. Вектор индукции (В) определяется опытным путем. Физиками не разработана теория взаимодействия постоянных магнитов и нет экспериментальных данных по этому взаимодействию. Эффективность от проведенных экспериментов низка, поскольку не создана теория (инструменты), позволяющая анализировать их результаты.
На современном этапе развития не до конца изучено строение атома, не выстроена цельная теория ядерных взаимодействий. Наука не научились понимать законы, господствующие во Вселенной. Мы не знаем причину движения планет, звезд и галактик. Природа упорно отказывается дать ответ о причине, побуждающей Землю двигаться вокруг Солнца. Не удается доказать инструментально и вращение планеты вокруг своей оси. Примечательны в этом отношении результаты экспериментов Майкельсона, а позже и Майкельсона – Морли, в которых скорость распространения света по направлению движения Земли сравнивали со скоростью света перпендикулярно к этому движению. В этих опытах был применен чувствительный метод измерения. Влияние движения Земли должно было отчетливо проявиться. Но ожидаемый результат не был достигнут, оказался затруднительным и даже загадочным для теоретической физики.
Не существует ли каких-либо принципиальных оснований, вследствие которых потерпели неудачу все опыты, относившиеся к механическим свойствам эфира? У М. Планка возникла мысль, нельзя ли подойти к вопросу о световом эфире с совершенно другой стороны: «Что, если световые волны распространяются в пространстве, совершенно не связанные с каким-либо материальным носителем? В таком случае скорость движения тела по отношению к эфиру была бы немыслима» [13]. Один человек мог кардинально изменить историю развития естествознания и вывести его на новый уровень, однако не случилось. Опытным путем не удалось обнаружить эфир. Планк отказывается поддерживать его присутствие в пространстве. Он предложил использовать «уравнения Максвелла—Герца для электродинамических явлений в свободном эфире или, скажем мы лучше, в пустом пространстве». Отступая от испытанного годами теоретического знания, физик-теоретик опрометчиво называет пространство «простейшей из всех сред, какую только можно себе представить», представляя его пустым.
В списке особенно важных и интересных проблем физики академик В. Л. Гинзбург выделил три «великие» проблемы, в их числе интерпретация и понимание квантовой механики. Он думает, что обсуждение основ нерелятивистской квантовой механики сохраняет известную актуальность и этим не следует пренебрегать. Значительная, если не подавляющая часть критиков квантовой механики не удовлетворена вероятностным характером части ее предсказаний. При анализе микроявлений они желают вернуться к классическому детерминизму и узнать, куда именно попадает каждый электрон в известных дифракционных опытах. Естественно желание исследователей объяснить все живое на основе уже известной физики. Гинзбург говорит [14], что переход от молекул и их комплексов к простейшим организмам, их воспроизводству можно себе представить. Но здесь имеется какой-то фазовый переход. Проблема не решена. Отправным пунктом гипотезы служит постоянство величины скорости света (с) в вакууме. Все опыты проводились в пределах Земли.
Многие теории опираются на движение планет, звезд и галактик в системе Вселенной. Космические тела, под действием сил тяготения, совершают свой ход миллиарды лет по одной и той же орбите. Насколько реалистичны постулаты, признанные научным миром? Никто же не предполагает, что в ядре универсума работает «perpetuum mobile». Чтобы заставить космические тела совершать орбитальные и вращательные движения, мирозданию потребуется невообразимый источник энергии. Небесная механика рассматривает движение материальных тел в пустоте. Предположим, что между звездами и планетами пустой космос. В данном случае перед физиками возникает ряд сложных вопросов. Какая сила удерживает орбиты космических объектов в одних и тех же точках пространства? Современная теория тяготения не может дать разумное объяснение устойчивому положению массивного тела в плоскости эклиптики и отсутствию действия силы тяжести в других направлениях. Закрадываются сомнения в достоверности действующих положений современной теории о движении звездных систем в мироздании. Будет большой скандал, если выяснится, что на протяжении сотен лет научная парадигма, принятая за основу – ошибочна. В данный момент времени в разоблачение трудно поверить, но вероятность события не так мала, как может кому-то показаться сейчас.
От ложных законов естествознания отходят вторичные законы, которые подобно кроне дерева расширяют область заблуждений. Достаточно разоблачить одну господствующую вымышленную закономерность и вера в натуральность знаний современной науки будет подорвана. Образ мнимых достижений лопнет и откроется ящик, из которого вывалятся псевдонаучные теории. Истинное знание, скрытое под спудом, разорвет порочный круг и вырвется на свободу. Подобные события происходили в прошлом, зреют в настоящем и обязательно свершатся в будущем. Задача подлинной философии заключается в том, чтобы разоблачать теоретические бессмыслицы. Чем дольше фальшивые теории сохраняют главенствующее положение, поддерживая конструкцию ложного знания, тем серьезней будут последствия от ее стремительного крушения.
2. Истечение заряженных частиц из катода
Представление о структуре электрона развивалось постепенно. Иоганн Риттер в 1801 году высказал мысль о дискретной, зернистой структуре электричества. В 1820 году датский физик Х. Эрстэд установил связь между электричеством и магнетизмом. В этом же году французский физик А. Ампер впервые объединил электричество и магнетизм и сформулировал законы взаимодействия электрических и магнитных полей. В 1831 году английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. В начале 1859 г. Ж. Плюккер исследовал спектры разреженных газов в трубках Гейслера. Он обнаружил, что с понижением давления воздуха в трубке до 1 мм ртутного столба «фарадеево темное пространство» увеличивается, а свечение вокруг катода становится более протяженным [15]. К концу XIX века были установлены следующие закономерности: 1) лучи испускаются катодами, когда через разреженное пространство трубки проходит ток; 2) лучи распространяются прямолинейно; 3) лучи отклоняются магнитным полем. В 1895 г. Плюккер сообщил об опыте, который доказывал, что катодные лучи переносят отрицательный электрический заряд.
Большой вклад в изучение катодных лучей внес английский физик сэр У. Крукс. При пропускании тока довольно высокого напряжения через атмосферный воздух, заключенный в трубке длиной 15—20 см при нормальном давлении, не наблюдалось ни искрового, ни тлеющего разряда. Ученый провел эксперименты с электрическим разрядом в трубках при низких давлениях газа. Достаточно было удалить часть воздуха из трубки, в ней начинался тлеющий разряд при неизменной разности потенциалов и при отсутствии внешних ионизаторов. Крукс наблюдал свечение стеклянной трубки при очень низких давлениях газа. Цвет сияния зависит от химической природы газа. Сияние прерывалось темными полосами. Эти полосы были особенно заметны при давлении приблизительно в одну тысячную атмосферы. Создавая в трубке высокую степень разреженности, ученый мог изучать темное пространство, которое при таких условиях появляется между катодом и катодным свечением. Согласно Круксу, пространство остается темным потому, что столкновение и свечение происходит в светлом пространстве. Он полагает, что частицы начинают светиться только после столкновения с другими частицами, в результате которого они теряют часть своей скорости. Крукс сумел доказать, что катодные лучи, ведут себя как электрические токи и оказывают механическое и тепловое воздействие на препятствие. В 1879 году английский физик У. Крукс рассматривал катодные лучи, как молекулярную лавину. Он обнаружил, что два соседних пучка катодных лучей отталкиваются; позднее отклонение лучей объяснили причинами, не связанными с взаимным отталкиванием. Ученый говорил о катодных лучах как о «четвертом состоянии» материи (плазмы). На основании результатов опытов у него сложилось впечатление, что имеет дело с частицами материи, лежащими в основе физики Вселенной [16, с. 150].
Изучая излучение различных газов заполняющих разрядную трубку, Дж. Дж. Томсон, установил, что независимо от состава газа в разряде участвуют одинаковые мельчайшие частицы, имеющие отрицательный электрический заряд. Томсон доказал, что все частицы, образующие катодные лучи, обладают одинаковым отношением заряда к массе, тождественны друг другу и входят в состав вещества. Частица была названа электроном. Результаты опытов, начатых в 1895 году, Дж. Томсон опубликовал в 1897 г. в октябрьском номере журнала «Philosophical Magazine». Установка Томсона представляла подобие трубки электронного осциллографа с одной парой пластин [16, с. 153]. Катодные лучи, исходившие из катода, ускорялись в пространстве между катодом и анодом, проходили через щель в аноде и между двумя параллельными пластинами конденсатора, ударялись об экран. Если напряжение на пластины не подавалось, то катодные лучи проходили до флюоресцирующего экрана по прямой линии. Когда на пластинах имелась разность потенциалов, лучи отклонялись, след на экране смещался, его можно было измерить. Первые снимки треков отдельных электронов были получены в туманной камере, созданной Ч. Вильсоном.
Рассуждая о природе катодных лучей, большая часть немецких ученых склонилась к мнению, что они наблюдают явление колебаний или токов в некоей гипотетической невесомой среде, в которой распространяется данное излучение. Ученые Ф. Ленард и В. Бьеркнес выступали в 1896 г. с идеей о том, что катодные лучи – это в некотором роде «эфирное распространение, которое не зависит от материи» [17, с. 417]. В то время большинство английских физиков поддерживало гипотезу о заряженных частицах (молекулах), По результатам исследований электрических разрядов в газах ученые пришли к мнению, что электроны, представляют общую для всех атомов составную часть. В 1898 г. Дж. Томсон заявил: «Катодные лучи представляют собой новое состояние материи, состояние, в котором делимость материи идет много дальше, чем в случае обычного газообразного состояния». Эта материя представляет собой вещество, из которого построены все химические элементы [18, с. 12]. Начав научную деятельность в качестве математика, Томсон до конца жизни не принял идей квантовой теории. Работы английского ученого основывались на представлениях классической физики. Он предложил модель атома и создал теорию рассеяния рентгеновских лучей. М. Борн принизил вклад оппонента в науку, обронив, что если Томсон и стал ведущей фигурой в экспериментальной физике, это не означает, что непосредственно в экспериментальной технике он был исключительно силен [19]. До открытия электрона ученые во всем мире предполагали, что атом является неделимым. Излучения различных газов, показало, что независимо от состава газа, заполняющего трубку, в результате разряда образуются одинаковые мельчайшие частицы, у которых отрицательный электрический заряд.
В 1896 г. П. Зееман обнаружил, что спектральные линии расщепляются, если источник света с линейчатым спектром (например, газоразрядная трубка или вакуумная дуга) помещается в магнитное поле с напряженностью 10000—15000 Гс [20, с. 596]. Смещение линий было незначительным. При наблюдении перпендикулярно к полю линии расщеплялись на три составляющих, при наблюдении вдоль поля – на две. Разрабатывая в 1895 году электронную теорию материи, Г. А. Лоренц высказал гипотезу, что спектральные линии излучаются электронами, колеблющимися внутри атомов [21, с. 153]. Магнитное поле действует на движущиеся электроны. Следовательно, магнитное поле действует и на спектральные линии. Исследование расщепления энергетических уровней атомов в электрическом и магнитном полях воспринимались, как важные подтверждения справедливости основных положений квантовой теории. В области прикладных исследований обнаружили, что многие результаты теории оказываются малопригодными для конкретных расчетов, либо несовершенными [22].
Необычная природа элементарных частиц заключалось в установлении того факта, что каждая частица имеет определенный внутренний спин. На английском языке «to spin» означает «вращаться волчком». В 1925 г. Гаудсмит С. А. и Уленбек Г. Е. предложили гипотезу: электрон в атоме «вращается» вокруг своей оси, в результате чего он обладает собственным угловым моментом, который и был назван спином. Ученые, основываясь на спектральных данных, приписали электрону магнитный момент и «спин» (момент вращения) – две величины, связанные с константой Планка. Получалось, что электроны вращаются не только вокруг ядра, но и вокруг собственных осей [3, с. 242]. В. Паули отвергал идею вращающегося электрона. Он указывал, что скорость поверхности такого электрона должна быть больше скорости света (с) [23]. Позже Паули ввел спин в квантовую механику, исключив толкование этой величины. «Принцип исключения», установленный В. Паули утверждает: «В атоме никогда не может быть двух или нескольких эквивалентных электронов, для которых в сильных полях значения всех квантовых чисел n, k
, k
, m
совпадают» [24]. Если в атоме есть электрон, для которого эти квантовые числа во внешнем поле имеют определенные значения, то это состояние «занято». Умозаключение не имело аргументации: «Мы не можем более подробно обосновать это правило, однако оно выглядит само по себе очень естественным».
В марте 1926 г. С. Гаудсмит получил письмо от Л. Г. Томаса, проживавшего в г. Копенгаген, который написал: «Я полагаю, что тебе и Уленбеку очень повезло, что ваша работа о вращающемся электроне была опубликована и обсуждена до того, как об этом услышал Паули. Похоже, что Крониг более года назад думал о вращающемся электроне и что-то разработал по этому вопросу. Первый человек, которому он это показал, был Паули. Паули высмеял все дело до такой степени, что первый человек стал и последним, и никто больше об этом ничего не услышал» [25]. Крониг вернулся в Колумбийский университет и опубликовал в «Nature» и «Proceedings of the National Academy» работу, в которой он попытался показать, что гипотеза спина не может быть правильной. Его первое возражение было таким же, которое ранее выдвинул Лоренц: истолкование спина приводит к невозможной модели электрона в классике. В атоме может содержаться большое число электронов. Вторым возражением было то, что гипотеза не корректным образом предсказывала большой магнитный момент.
Согласно представлениям датского физика-теоретика Н. Бора, атом каждого элемента состоит из ядра, которое обладает положительным электрическим зарядом. В нем сосредоточена большая часть массы атома. По сравнению с размерами диаметра ядра, электроны, обладающие отрицательными зарядами и одинаковой массой, движутся вокруг ядра на очень больших расстояниях [26]. Немецкий физик М. Лауэ к недостатку теории устройства атома относит системную ошибку. Н. Бор применял классическую и релятивистскую механику для определения орбит электронов, после чего, без всякой внутренней связи с определениями, исключал большинство орбит, как не удовлетворяющих квантовым условиям [27, с. 160]. По мнению Лауэ, математика в квантовой механике применяется с большим мастерством, но ее физическое содержание до сих пор не вполне ясно. Его смущало, что она опирается на результаты спектроскопии, в измерениях которой достигается совершенно необычная для физики точность, превосходящая точность знаменитых астрономических измерений.
Хроническая слабость теории атома – отсутствие доказательства источника энергии заставляющей электрон непрерывно вращаться вокруг положительного ядра. Отсутствует и причина, для совершения данного действия. В дополнение к недоказанному эпизоду теории на электрон возложили новое обязательство – спин, вращаться вокруг своей оси, т. е. совершать дополнительное движение в веществе. Теория умалчивает о том, почему электроны не падают на ядро и не расходуют энергию на движение, преодолевая электрическое сопротивление вещества. Если использовать волюнтаристские методы, всегда можно сочинить любую наперед заданную закономерность. Большой знаток электричества, Н. Тесла, не считал знание его свойств полным и предполагал их открыть в будущем: «День, когда мы точно узнаем, что такое электричество, вероятно, станет еще более величайшим событием в летописи человечества, чем любое другое происшествие, отраженное в нашей истории» [28]. В науке значение имеет не только эксперимент, но и как ученые интерпретируют результаты опытов. Исследователи не редко допускают опрометчивое истолкование результатов исследований по причине поспешности и субъективности умозаключений.
3. Волновое уравнение электрона
Квантовые условия в механике электронов оставались элементом, не достигшим абсолютного признания. В 1924 году Луи де Бройль попытался распространить во Франции идею волнового и корпускулярного дуализма. Соотношение между частотой и энергией, введенное Эйнштейном на основе теории фотонов, навело де Бройля на размышление, что этот дуализм излучения неразрывно связан с самим существованием квантов. Двойственность такого типа обнаруживалась везде, где появлялась постоянная Планка. Теория световых квантов, по мнению де Бройля, не может рассматриваться как удовлетворительная, потому что она определяет энергию световой корпускулы выражением Е = h?, в котором фигурирует частота ?. Корпускулярная теория не содержит никакого элемента, позволяющего определять частоту. Размышляя о трудностях, французский ученый пришел к следующей идее: «Необходимо как для вещества, так и для излучения, в частности для света, ввести одновременно понятие частицы и понятие волны» [29]. Возникла мысль, что не только электрон, но и вообще материальные частицы обладают такими свойствами. Пытаясь приблизить основные положения квантовой механики к релятивистской точке зрения, де Бройль объясняет теорию Бора с помощью представлений о волнах материи. Он утверждает, что некоторая волна материи может соответствовать движению электрона, как движению светового кванта соответствует световая волна. Когда нет экспериментальных доказательств, наделение электрона волновыми свойствами является псевдонаучным. Умозрительная модель противоречит представлению об электроне, как электрически заряженной материальной точке, подчиненной классическим законам электродинамики.
П. Дирак исследовал уравнения движения Гейзенберга и движение свободного электрона согласно волновой теории. Молодой теоретик нашел способ, как приспособить основные положения квантовой механики к релятивистской точке зрения. Он провел математический анализ и пришел к заключению, что «измерение проекции скорости свободного электрона всегда приводит к результату ± с» [30, с. 343]. Материальная частица развивает скорость, которая недостижима в классической механике. Ученый объясняет недоразумение: «Это, однако, не является противоречием, поскольку теоретическая скорость в вышеприведенном заключении есть скорость в определенный момент времени, тогда как наблюдаемые скорости всегда являются средними скоростями по некоторому конечному интервалу». Дирак высказал надежду о применимости метода к позитронам и построении в будущем аналогичной теории для других частиц.
Способом, необъясненным автором, проекция скорости электрона, который имеет массу, достигает скорости света (с). Ученый должен был понимать что, у частицы, которая не является фотоном, полная скорость будет превышать скорость света. По теории Дирака, электрон должен проделывать колебательное движение очень большой частоты и малой амплитуды, которое накладывается на наблюдаемое равномерное движение. В результате этого колебательного движения, скорость электрона всегда равняется скорости света. Интерпретация теоретических выводов не может быть проверена экспериментом, поскольку частота колебательного движения высока, а амплитуда – незначительна. Физики никогда не наблюдали заряженных частиц, движущихся со скоростью света, исключение составляют фотоны. Другие выводы из нее, также связаны с парадоксальными следствиями. Согласно исследованию Шредингера, электрон представлен медленно движущейся (по сравнению со скоростью света) частицей. Явный перекос и признак расхождения теории с практикой. Дирак предлагает поверить доказательству сомнительной теории.
Х. Лоренц – нидерландский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике (1902 г.) высказал в письме к Э. Шредингеру сомнения в реальности волновой теории электрона: «Если мы решимся растворить, так сказать, электрон и заменить его системой волн, то это даст и неудобство и преимущество. Неудобство, весьма существенное, в следующем: то, что мы приписываем электрону атома водорода, мы должны также приписывать всем электронам всех атомов; мы должны их всех заменить системами волн» [31]. В планетарной модели атома вокруг положительного ядра распределены вращающиеся электроны. Атома содержат разное количество электронов с эквивалентными энергетическими и кинематическими параметрами. Выводы из наблюдений над спектрами, сделанные на основе принципа соответствия, говорили о том, что общие периодические свойства электронных орбит всегда одинаковы и не зависят от того, есть в атоме эквивалентные электроны или нет. М. Борн и В. Гейзенберг показали [32, с. 209], что в квантовой теории метод, основанный на механике возмущений периодических систем, например атома гелия, содержащего два электрона, в случае возбужденных состояний приводит к расхождениям вычислений с результатами опыта.
Согласно теории относительности, полная энергия тела (частицы) [33, с. 527] равна:
W = (mc
/2) / (1 – v
/c
)
. (1.3)
Кинетическую энергию электрона определяют три физические величины – m, c
и v
. Ни одна составляющая не является отрицательной. В результате получаем положительную кинетическую энергию электрона (mc
/2). В классической механике энергия частицы является положительной величиной. Знак релятивистского выражения энергии W (1.3) остается неопределенным [34], из-за неопределенности знака перед квадратным корнем в знаменателе. На основании математического решения выражения (1), Дирак допускает положительные значения для кинетической энергии W> (mс
/2), а также отрицательные значения W <– (mс
/2). Этот результат сохраняется и при переходе к квантовому уравнению. По мнению Дирака, наименьшее положительное значение энергии (+mc
) и наибольшее ее отрицательное значение (—mc
) разделены конечным промежутком. Ученый не воспринимает смысл физических явлений, когда утверждает: энергия W может принимать значения ?т +mc
до —mc
, т. е. от «плюс» бесконечности до «минус» бесконечности [35]. Физический смысл состояний с положительной энергией понятен. Кинетическая энергия всегда являлась положительной величиной. Энергия тел может убывать, увеличиваться, быть равной нулю. Состояния, определяющего отрицательную энергию, не существует. Дирак объясняет рост отрицательной энергии электрона тем, что при торможении она не уходит в окружающую среду, а изымается из нее. Какой образ может нести отрицательная энергия, если она не расходовалась, а увеличивалась так, что в момент полной остановки электрона ее не стало (W = 0). Понимая абсурдность отрицательной энергии, Дирак заявляет: «Можно было бы поэтому попытаться ввести в теорию в качестве нового допущения, что только один из видов движения встречается в действительности. Но это приводит к серьезной трудности, так как мы находим из теории, что электрон под действием возмущения может перейти из состояния движения с положительной энергией в состояние движения с отрицательной энергией. Поэтому, даже если мы предположим, что вначале все электроны находятся в состояниях положительной энергии, через некоторое время часть из них окажется в состояниях отрицательной энергии» [35]. Смысл несуществующего явления маскируют под термином «отрицательная энергия». Отстаивая свою гипотезу, Дирак предлагает не отбрасывать полученные аналитические решения, не соответствующие чему-либо известному из эксперимента. Странно, что научное сообщество согласилось с нелепостью, в которой отсутствуют элементы логики.
Предпринималось две попытки изменить теорию так, чтобы переходы в состояние с отрицательной энергией были невозможны. Вместо электрона с отрицательной массой вводился «антиэлектрон» с зарядом +е (т. е. позитрон) и массой, равной массе обычного электрона. Для этой теории законы природы должны были бы быть в точности симметричными относительно электрона и антиэлектрона. Физики не нашли научного объяснения причины, по которой антиэлектроны в действительности отсутствуют. Уклонились от симметрии и сделали специальное предположения о начальном состоянии в природе микромира: число электронов одного сорта должно было во много раз превосходить число электронов другого сорта. Паули выражает несогласие с «весьма искусственным и неудовлетворительным» выходом из того положения, в котором оказалась теория Дирака [36]. Открытие релятивистского волнового уравнения для электрона высоко оценили советские физики [37]. По их мнению, его содержание выходит далеко за рамки первоначальных задач, так как попутно были сделаны три крупнейших открытия. Первым было то, что заново был открыт новый класс неприводимых представлений группы Лоренца – спиноры. Второе открытие, состояло в том, что для частиц, описываемых спинорным представлением, спин есть кинематическая неизбежность. Третье – существование у уравнения, наряду с собственными состояниями с положительной энергией, такого же спектра с отрицательными энергиями (? – mc
), которое воспринималось сперва как тяжелейший дефект теории и только после, в основном усилиями Дирака, нашло свою интерпретацию.
Позитрон является зеркальным отображением электрона, имеет ту же массу, но противоположный заряд. Решив установить связь не явным образом между электронами, в состояниях отрицательной энергии, и позитронами, Дирак принял несколько допущений: почти все состояния отрицательной энергии в мире в каждом случае заняты одним электроном; незанятое состояние отрицательной энергии является позитроном, обладает положительной энергией, так как оно является местом, где имеется недостаток отрицательной энергии. Незанятое состояние отрицательной энергии Дирак называет «дыркой». Состояние электрона с положительным зарядом в электромагнитном поле соответствуют движению электрона с отрицательной энергией, т. е. позитрону. Так как наблюдаемые в камере Вильсона позитроны не имеют отрицательных энергий, такое решение не годилось. Отсутствие частиц с отрицательными энергиями в веществе рассматривалось как указание на «лишние решения» уравнений Дирака. Эту точку зрения поддерживал Шредингер, он предлагал исключить состояния с отрицательными энергиями из теории, как не имеющие физического смысла. Исключение из системы состояний с отрицательной энергией приводит к нарушению полноты набора волновых функций. Р. Фейнман указал [38], что разложение произвольной функции по неполному набору функций невозможно. Указанные обстоятельства, по мнению ученых, привели Шредингера к непреодолимым трудностям. Уравнение Дирака, допускало возможность переходов системы, находящейся в начальном состоянии с положительной энергией, в конечные состояния с отрицательной энергией, что было принято как теоретическое возражение Шредингеру. Заметим, что у теории Дирака были проблемы, связанные с математическим решением процесса излучения, отвечающего устройству атома Н. Бора.
Теория Максвелла является феноменологической [39, с. 516]. Ее результаты не могли быть описаны существующими законами. Известное утверждение физики гласит: свет имеет двойственную, корпускулярно-волновую природу. Теория возникла в результате двух независимых теорий. С одной стороны – свет обладает волновыми свойствами, обусловливающими явления интерференции, дифракции, поляризации. С другой стороны – поток представляет частицы (фотоны), обладающие нулевой массой покоя, движущиеся со скоростью света в вакууме. Продекларировать такие свойства света, не означает, что это соответствует действительности. Энергия фотона равна [40, с. 355]:
Е = h?, (2.3)
где h – постоянная Планка; ? – частота электромагнитного излучения.
Дирак неудачно распространяет теорию на материальное тело. В формуле (2.3) не присутствует масса электрона – известная в физике величина. В таком случае масса частицы должна достигать невероятно большой величины. Налицо расхождение гипотезы с практикой. В экспериментах не наблюдают электронов, движущихся со скоростью света. Тезисами Дирак определил примитивность указанных частиц. Наиболее простыми видами для английского ученого являются:
1) фотоны, или световые кванты, из которых состоит свет;
2) позитроны, отличающиеся от электронов только знаком электрического заряда;
3) тяжелые частицы – протоны и нейтроны.
В утверждении есть определенное не соответствие действительности. Теория приписала одному телу противоречивые свойства. Например, в состоянии покоя масса фотона равна нулю; у движущегося фотона появляется масса. Почему в состоянии покоя масса фотона должна быть равна нулю? Что происходит с массой частицы, несущей свет, в момент ее остановки? В какой момент движения и что заставляет массу проявиться и исчезнуть? Как она могла исчезнуть в пустоте? Уверенность в открытии положительно заряженных частиц (позитронов) зиждется на интерпретации следа частицы в камере Вильсона. Дирак не объясняет, почему позитронов нет в атомах. Можно предположить, если отрицательно заряженной частице придется двигаться в обратном направлении, то след в камере будет представлять положительный заряд частицы.
Интерпретация волнового уравнения электрона вело к следствию, что частицы с положительной массой покоя могут пересекать промежуточную область и превращаться в частицы с отрицательной массой покоя (при сохранении суммы кинетической и потенциальной энергий). Это следствие электронной теории противоречит опыту [40, с. 568]. По мнению В. Паули, не занятые отрицательной энергией состояния не являются протонами. Дирак предложил отождествить «дырку» – с антиэлектроном, имеющим массу электрона и электрический заряд +е. Обычный электрон, по теории, может упасть в «дырку» и заполнить ее. Освободившаяся энергия выделяется в виде электромагнитного излучения. Это соответствует процессу взаимного уничтожения электрона и позитрона. Академик Марков М. А. говорит [41], что Паули критикует теорию Дирака, согласно которой должна часто происходить аннигиляция электрона и протона, сопровождаемая излучением.
Обществу навязали далекую от истины гипотезу, построенную на псевдонаучных предположениях, при большом количестве явных и скрытых в ней недостатках. Рассуждения Дирака характеризуют недостаточную обстоятельность подхода к теории позитрона. Ученый ввел дополнительное положение, что бесконечный заряд этих электронов не создает поля [41]. Он постулирует, что все состояния с отрицательной энергией заняты, в каждом есть только один электрон. Поле создается только отклонением заполненных состояний от полного заполнения. В этом случае незаполненные состояния с отрицательной энергией ведут себя подобно частицам с зарядом +е и положительной массой. Незанятое состояние отрицательной энергией (дырка) будет обладать положительной энергией, в этом случае оно подобно обычной частице [42]. Эти «дырки» предложено не отождествлять с протонами, т. к. масса частицы должна была точно равняться массе электрона.
В работе [42] утверждается, что теория «дает в значительной степени симметрию между электронами и протонами». Британский ученый убежден, что при соединении частицы и ее античастицы происходит аннигиляция, а излучение способно их рождать вновь. Наличие состояний с отрицательной энергией подвергалось критике в научном сообществе. Частицы должны были обладать аномальными свойствами: двигаться против приложенных сил, отдавать энергию при увеличении скорости и поглощать ее при замедлении. Развитие теории Дирака привело к предположению о том, что и рождение и аннигиляция пар частиц с противоположными электрическими зарядами составляют неотъемлемую часть релятивистской теории материальных частиц [43]. Паули отмечает, что в этом случае ситуация существенно изменилась и аргументация Дирака перестает быть применимой априори. Последующее развитие теоретической физики привело к предположению о том, что рождение и аннигиляция пар частиц с противоположными электрическими зарядами составляют неотъемлемую часть релятивистской теории материальных частиц. Согласно теории Дирака, может происходить и обратный процесс, когда из электромагнитного излучения создаются электрон и позитрон [35]. В истории физики произошел прецедент – материальные частицы возникают в пространстве из излучения. Дираку не удалось объяснить причину, по которой антиэлектроны отсутствуют в атомах. Однако ученый утверждает, что теория электронов и позитронов согласуется со всеми известными экспериментальными фактами.
Известно высказывание Аристотеля о возникновении и уничтожении: «Нелепо думать, что возникшему необходимо сейчас же погибнуть и не просуществовать ни малейшего времени; и отсюда может возникнуть уверенность и в отношении других [изменений]: ведь природе свойственно сходное поведение во всех случаях» [44, 201b]. Открытие положительных элементарных зарядов (позитронов) – ложная интерпретация результатов наблюдений. Дирак не объясняет причину перехода электрона из состояния движения с положительной энергией в состояние движения с отрицательной энергией. Отрицательная (мнимая) энергия не подтверждена экспериментальными исследованиями. Можно сказать, что в основе физического явления отсутствует реализм и философский смысл. На деле получается так, что Дираку не надо доказывать существование отрицательной энергии и движение частиц со скоростью света. А испытанные веками классические теории физики и законы движения, мы должны принимать как уступки с его стороны. Нобелевский лауреат манипулирует математическими уравнениями и правилами, искажает смысл явлений и процессов, сопровождает их не адекватными и противоречивыми выводами. Теоретик проявляет недостаточную осторожность, выступая с научными обобщениями, когда пытается предугадать новую частицу. Методологический принцип гласит: «Не следует привлекать новые сущности без необходимости». Мы считаем, что возмущение среды, в которой движется заряд, бездоказательно принимается за волновую природу электрона.
Анализируя уравнения перехода электрона из некоторого состояния в состояние с равной энергией, при котором испускается квант света, В. Паули рассмотрел [45] процесс и применимость уравнения релятивистского электрона. По мнению ученого формула содержит скачки от +mс
к —mс
, которые, сказываются на результате. Паули не сомневается в том, что в действительности такие скачки не происходят. В этом проявляется непоследовательность теории Дирака, т. к. указанная трудность осталась не преодоленной. Сравнивая уравнения Максвелла в вакууме (отсутствие зарядов) для поля фотона и уравнение Дирака для свободной материальной частицы, Паули поддержал высказывание Эренфеста, что «все виртуозные статьи на тему об аналогиях между уравнениями Максвелла, с одной стороны, и уравнениями Дирака – с другой, не дали абсолютно ничего» [46]. При рассмотрении поля, образованного распределением электронов с отрицательной энергией, возникло затруднение – бесконечная плотность электричества, Дирак вставил в теорию дополнительное условие: отрицательные и положительные заряды не участвуют в формировании электрического поля в пространстве [43]. Заблуждение, которое противоречит наблюдениям. Ошибочные суждения Дирака некоторые ученые воспринимали как открытие нового пути в теории. Читая студентам Кембриджского университета вводную лекцию по экспериментальной физике, Максвелл указал на сложности взаимоотношений абстрактной теории с практикой. Связывая теоретическую часть обучения с практической, ученые испытывают воздействие того, что Фарадей назвал «умственной инерцией». Среди конкретных объектов трудно обнаружить абстрактные соотношения, Работа обращения внимания от символических обозначений к объектам и от объектов, обратно, к символам затруднена. «Такова, однако, цена, которую мы должны платить за новые идеи» [47].
Занимаясь орбитами электрона в атоме на протяжении двух лет, Дирак пришел к выводу, что они не подчиняются общей квантовой механике. В это время Гейзенберг предложил матричную механику. Физику-теоретику было ясно, что ключом к решению проблемы служит некоммутативная алгебра. Автор будущей теории стремился вывести уравнение, которое даст объяснение спину и будет правильно описывать поведение релятивистского электрона во внешних силовых полях. С помощью преобразований уничтожились неугодные бесконечности. Дирак признает, что ранее в физике не было такой ситуации, чтобы уравнения были написаны до того, как стал известен путь их интерпретации. Накладывая ограничения на свойства частиц и подвергнув квантовую механику релятивистскому обобщению, Дирак вывел из теоретических соображений заключение о свойстве частицы. Возникла проблема с физической интерпретацией тех результатов, которые получались с помощью новых уравнений. В простейших задачах существовали специальные правила интерпретации. Например, в матрице, описывающей энергию частицы, ее диагональные элементы описывали энергетические уровни. Дирак признает, что это было специальное предположение и оно «работало». Исправляя бесконечности с помощью правил перенормировки, ученые приходят к результатам, с очень высокой степенью точности согласующимися с данными наблюдений. Этот результат удовлетворял большинство теоретиков. Возражение, что не должны пренебрегать бесконечными величинами, ученым не нравилось. По этому вопросу у Дирака с большинством физиков-теоретиков обнаружились разногласия: «Общая идея перенормировок совершенно разумна физически, но тот способ, которым она используется здесь, неразумен, поскольку множитель, связывающий первоначальные параметры с новыми их значениями, бесконечно большой. Тогда это уже совсем не математически осмысленная процедура!» [34]. Вспоминания о построениях релятивистской теории электрона спустя 50 лет, Дирак заявил: «Я, действительно, провел всю свою жизнь в попытках найти лучшие уравнения квантовой электродинамики и до сих пор безуспешно, но я продолжаю работать над этим. Любая работа, которая ведется в этом направлении, должна основываться на разумной математике». Можно критиковать английского физика и созданную им теорию, но сам он заслуживает уважения, как преданный науке ученый, понимающий допущенные перекосы.
В начале XX века было две теории частиц, обе были «релятивистски-инвариантными, обе находились в согласии с требованиями теории преобразований». Одна из них применялась к частицам (бозонам) с нулевым значением спина, подчинявшимся статистике Бозе, а другая – к частицам со спином h/2, подчинявшимся статистике Ферми [34]. Теория Ферми применима к электронам и к другим частицам со спином h/2, например, к протонам. В обеих теориях появляются потенциалы, соответствующие внешнему полю. Превратив эти потенциалы в динамические переменные, подчиняющиеся соответствующим коммутационным соотношениям, математики посчитали, что оперируют с квантованным полем излучения, взаимодействующим с ансамблем частиц. Попытки решить волновое уравнение Шредингера, всегда заканчивались неудачей, т. к. приводили к бесконечностям. Американский физик У. Ю. Лэмб, лауреат Нобелевской премии по физике 1955 года, показал, что бесконечности можно устранить с помощью процесса перенормировки. Перенормировка предполагала, что «параметры е и m, появляющиеся в первоначальных уравнениях, не совпадают с физически наблюдаемыми величинами». Такая теория, по мнению Дирака, плохая. Он настаивал на этом все время, но большинство физиков было настроено на то, чтобы удовлетвориться такой теорией и работать с ней. Они говорили: все, что необходимо физику – это иметь какую-то теорию, дающую результаты, согласующиеся с наблюдениями. Оправдывались тем, что у них нет лучшей теории.
Не понимая философию материального мира, одни – сочиняют, другие – принимают, восхваляют и продвигают теории с псевдонаучными физическими закономерностями. Выступая в 1933 г. с речью, по случаю вручения Нобелевской премии, Дирак высказал идею, которая по настоящее время господствует в теоретической физике: «Я хочу описать здесь общие черты теории электронов и позитронов, показав, каким путем можно вывести свойства спина („вращения“) электрона и заключить о существовании позитронов с подобными же свойствами спина, способных притом уничтожаться при столкновении с электронами». Британский ученый продемонстрировал отсутствие глубоких философских знаний в понимании сущности материи. Он заявляет: «Для интерпретации некоторых новейших экспериментов необходимо предположить, что частицы могут создаваться и уничтожаться» [35]. Не существует доказательства того, что можно создавать что-либо из ничего, как и способа полного уничтожения материи. Предполагают, что закон сохранения материи сформулировал М. В. Ломоносов: «Все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому-либо телу, столько же теряется у другого» [48]. Древние философы высказывались еще более категорично о неуничтожимости материи.
Застой в науке начал проявляться на рубеже XIX—XX веков. Исследования американского ученого Д. Прайса показали, что расходы на науку в США растут пропорционально квадрату числа ученых, или четвертой степени числа ведущих ученых. Он пришел к заключению: прирост истинных знаний составляет все меньшую и меньшую величину, так как происходит процесс обесценивания науки за счет работ, не несущих нового знания; экспоненциальное увеличение числа научных работников приводит к снижению их творческой производительности по затраченным средствам и тормозит развитие фундаментальной науки [49]. Теряешься, когда думаешь, какое отношение к физике имеют следующие аргументы [43]: «Как следует из общего формализма Гейзенберга – Паули, для того чтобы получить рождение и аннигиляцию пар дискретными квантами электрического заряда и энергии, необходимо вторичное квантование». Теория П. Дирака – это плод фантазии ума, вероятно, талантливого математика, но слабого философа, не имеющего познаний о устройстве материи и мира. Профессор не решал физическую проблему, а подменял предполагаемые процессы математическими функциями. При создании гипотезы о возможных физических процессах в микромире, физик-теоретик использует математические приемы, избавляющие выводы теории от неопределенностей, связанных с бесконечностями. Умение выстраивать математическими методами гипотезу, не повод признавать силу философских взглядов Дирака. Постулируя теорию электронов и позитронов, Дирак оставил некоторые важные вопросы без ответа, например, что происходит с массой позитрона и электрона при их уничтожении; каким образом, из электромагнитного излучения могут возникать частицы (позитрон и электрон), обладающие массами. Интересно было бы знать, почему такие явления не наблюдаются в природе, не находят подтверждений в научных экспериментах. Общество не обязано признавать научными идеи, несовместимые с объективной реальностью.
4. Противоречивость теории в интерпретации позитрона
Современники недоверчиво отнеслись к теоретическому предсказанию Дирака о положительно заряженной частице (позитроне). Ее существование следовало из решений математических уравнений при выводе релятивистского волнового уравнения электрона. В Калифорнийском технологическом институте с помощью камеры Вильсона в сильном магнитном поле (15000 гаусс) исследовались космические лучи. В 1932 г. журнал Science опубликовал заметку сотрудника американского института, физика Андерсона. Автор сообщил, что в составе космических лучей, проходивших через камеру Вильсона, обнаружены следы необычной частицы. Ученый обратил внимание на непонятный след 1 августа 1932 года. Траектория частицы отклонялась в другую сторону, чем у электрона. К. Андерсон нашел в 1300 снимках 15 таких следов. Полученные данные были проанализированы, ученый пришел к заключению, что обнаруженные частицы – «положительно заряженные электроны». Позже их назвали «позитронами». Журнал Physical Review опубликовал 15 марта 1933 г. статью об открытии новой частицы К. Андерсоном.
Следы в пузырьковой камере, от пролетающих частиц, запечатлены на фотографиях, их обычно называют треками. После прохода частицы, линия траектории оставляет «туманный след». В камере Вильсона фотографируют капельки водяных паров, осевшие на ионах. Андерсон устанавливал принадлежность частицы к электрону с положительным зарядом, по оставленному в паровой среде камеры следу. Заключение о том, какого вида частица пролетела через пузырьковую камеру, дают, когда расшифруют след. Частицу связали с космическим излучением. Снимок трека [50] сопровождал текст: «Эта фотография была бы вполне обычной, если бы ее перевернуть „вверх ногами“». Вывод о положительном электрическом заряде элементарной частицы следовал из траектории следа в камере. Он отклонялся в другую сторону, нежели след от электрона. Длина пробега частицы в верхней половине камеры превышала пробег протона с той же кривизной траектории в заданном магнитном поле (Н = 15000 Гс) не менее 10 раз. Непосредственно из этого трека следовало, что масса частицы значительно меньше массы протона.
След, оставленный в камере Вильсона, был зафиксирован в электрическом поле, при движении заряженной частицы снизу вверх. Откровенно слабы аргументы, доказывающие открытие. Воспользуемся известными теоретическими положениями и будем рассуждать следующим образом. Частица с положительным зарядом должна была прийти южного полушария, прежде чем достичь лаборатории в северном полушарии Земли. Только после этого она могла попасть в камеру, где оставила след. В теории такое проникновение характерно для нейтрино. Нейтрино – электрически нейтральные частицы, наблюдать которые очень трудно. Они очень слабо взаимодействуют с электронами и нуклонами и потому практически свободно проходят через огромные толщи вещества. Для задержания нейтрино с энергией 10 МэВ потребовался бы слой железа толщиной не менее миллиарда километров [1, с. 395]. Заметим, что трек возник не сразу у нижней стенки, а начался при приближении к свинцовой пластине, установленной внутри камеры Вильсона. Учитывая тот факт, что частица, подобная электрону, не может прийти из другого полушария, допускаем, что это был электрон, который двигался от дна камеры. Поднимаясь в направлении свинцовой пластины, частица ускорялась, ее скорость и кинетическая энергия увеличивалась. В пузырьковой камере образовался «паровой» след. У физиков накоплена не достаточная экспериментальная база для однозначной трактовки зарядов частиц, движущихся с разных направлений. Трудно определенно заявить, каким путем частица проникла в лабораторию. Одна из составляющих вектора скорости заряженной частицы была направлена вверх. Электрон, двигаясь в обратном направлении, ведет себя как положительный заряд. На основании траекторий частиц, проявляющих положительную заряженность, Андерсон пришел к заключению, что следы оставлены позитронами. Эффект Штерна—Герлаха показал, что испаряемые нагретым катодом нейтральные атомы серебра, при движении узким пучком в магнитном поле, расщепились на две компоненты, смещенные относительно первичного направления распространения [1, с. 213]. Результат опыта ученые объяснили магнитным моментом, которым обладает атом в основном состоянии. С такой же вероятностью можно утверждать, что так могли отклоняться положительно и отрицательно заряженные частички серебра. Однако в данном случае ученые не проводят аналогии с позитроном и электроном.
При бета-распаде спектр энергий испущенных электронов или позитронов является непрерывным, простираясь от Е = 0 до Е = Е
, где величина Е
называется верхней границей бета-спектра [33, с. 828]. Бета-излучение – это поток электронов или позитронов, испускаемых при бета-радиоактивном распаде атомов. В каждом акте ?-распада испускается один электрон. Теоретически возможен двойной бета-распад, в каждом акте которого испускались бы два электрона (позитрона). В ткани организма бета-излучение проникает на глубину от десятых долей миллиметра до 1—2 см [51]. Открытие позитрона основано на опосредованном восприятии. Частица массой m
и зарядом равным положительному электрону (согласно описанию эксперимента) прошла все толщи Земли на пути из южного полушария в северное, проникла в камеру Вильсона снизу. Нам не понятна уверенность экспертов в том, что был обнаружен след неизвестной ранее частицы, пришедшей из космоса. По нашему мнению, американский ученый ошибся, связывая оставленный след с античастицей электрона. Электрон и позитрон характеризуется не большой проникающей способностью. Такие частицы не способны проникать через оболочки Земли и достигать лаборатории. Теоретически частица должна была иметь максимальную скорость в точке входа в камеру Вильсона, а затем замедлятся. Поэтому след должен был начинаться не близко к свинцовой пластине, а непосредственно у стенки. Отрицательные частицы, движущейся сверху, могли быть отражены от дна вверх в самой камере. Слабое доказательство признают научным открытием в силу ложного теоретического посыла Дирака о положительном электроне. Субъективное предположение выдают за объективное доказательство. Если предположить, что электрон, движущийся в обратном направлении, ведет себя как положительный заряд, то никакого открытия позитрона не было и не могло быть.
Магнитные измерения, проведенные на ночной стороне Земли [52], показали существование геомагнитного «хвоста», вытянутого вдоль направления вектора скорости солнечного ветра. Хвост разделен слоем, в котором напряженность магнитного поля близка к нулю (нейтральный слой). Последующие измерения подтвердили предположение, что геомагнитный слой простирается за орбиту Луны. Выше и ниже нейтрального слоя силовые линии параллельны и имеют взаимно противоположные направления. Космические частицы перемешаются на большие расстояния и не затрачивают энергии, когда перемещаются вдоль силовых линий поля. Ученых разочаровывает невозможность пересечения заряженными элементарными частицами плоскости геомагнитного экватора, проникновение частиц со стороны северного полушария в южное полушарие, или наоборот. Немецкий ученый Э. Брюхе провел лабораторные модельные опыты, чтобы понять траектории частиц, идущих от Солнца. Земное магнитное поле было представлено в модели электромагнитом, заделанным в медный шар. Поле такого магнита хорошо совпадало с полем диполя и соответствовало теоретическому предположению [53]. Наиболее правдоподобным механизмом образования геомагнитного хвоста, ученые сочли проникновение плазмы солнечного ветра на ночную сторону и последующее вытягивание силовых линий потоком.
