(Фундаментальная теория А.Эддингтона)

Абстракт: Представлен пятимерный мир (Ураноид) Артура Эддингтона, как мир трехмерного пространства и двухмерного времени. Рассмотрена двойственность природы времени при описании равновесных систем с преобладанием интегрируемых процессов и неравновесных, неустойчивых систем с необратимым исходом. Отмечена связь между макроскопическими понятиями, в том числе пространственно-временными представлениями, с физикой микромира. Дана геометрическая интерпретация единой теории гравитационных и электромагнитных взаимодействий в пятимерном мире Кеплера – Ньютона – Калуцы и Эддингтона. Обосновано наличие в пятимерном мире скалярного магнитного поля. Изложены преимущества Фундаментальной теории Эддингтона перед пятимерной теорией Калуцы.

Ключевые слова: ураноид, космическая среда (эфир), элементарные частицы, континуум Миньковского, время инвариантное (цикличное), время космологическое, эволюция, время горизонта, расслоенное пространство, база, слой, масса гравитационная, масса инерционная, векторный потенциал А, тороидальный магнитопровод, векторное поле, скалярное поле, токи смещения.

Последний труд выдающегося английского физика и философа Артура Эддингтона, названный им «Фундаментальная теория»[1], остался не завершенным из-за кончины автора в 1944г. Благодаря участию его коллег, книга вышла в печать в 1946г.. Судьба книги загадочна и драматична, ее преследует заговор молчания, на нее практически нет ссылок в научной литературе, ее, единственную из крупных трудов Эддингтона, не разу, за 70 лет, прошедших со дня опубликования , не переводили на русский язык. Наглядной иллюстрацией к вышесказанному может служить великолепная монография профессора МГУ Ю.С.Владимирова «Пространство – время: явные и скрытые размерности»[2]. Автор подробно рассматривает практически все пространственно-временные теории, но ни словом не упоминает о пятимерном Ураноиде Эддингтона.

А между тем, именно «Фундаментальная теория» явилась той базой, на которой Артур Эддингтон создал единую теорию гравитации и электромагнетизма, сделал скрытые размерности пятимерного мира Т.Калуцы – явными и преодолел противоречия и ограниченность общей теории относительности А.Эйнштейна в фундаментальных вопросах космологии. А.Эддингтон считал, что построение макроскопической теории пространства-времени возможно лишь при учете воздействия на исследуемый объект всего его окружения или, говоря современным языком, придерживался реляционного миропонимания. Он писал: «Бесполезно исследовать атом без окружающей его среды. Мы не можем признать концепцию атома, как вещи в самой себе.». Ураноид Эддингтона это окружение исследуемого объекта (вся Вселенная, состоящая из элементарных частиц). Он содержит, кроме четырех измерений континуума Минковского (х1,х2,х3, t) , пятое - временную координату t0, направленную перпендикулярно к осям континуума:

X = E15 ix1 + E25 ix2 + E35 ix3 + E45 t + E05 t0 (1)

В отличии от континуума Минковского, где время (t) циклично и инвариантно, в пятимерном мире Ураноида пятая координата (t0) - это космологическое, неинвариантное время, описывающее эволюцию системы. В «Фундаментальной теории» Эддингтон попытался конструктивно реализовать мысль о выводе классических понятий длины и времени из физики микромира. Он был горячим сторонником единиц Планка, в современных обозначениях имеющих вид: lp= ħ/(mp c) ; tp = ћ/(mp c²) и считал, что введению длины и соответствующему заданию временного интервала, должно предшествовать задание всех других физических величин, причем их количественная часть должна состоять из безразмерных чисел. В связи с этим, Эддингтон писал: «Только в квантовой теории развит метод задания физической структуры безразмерными величинами–числами элементарных частиц в квантовой системе. Таким образом, стандарт длины должен быть квантово-определяемой структурой. »[1]. Сами же элементарные частицы наделены тремя базовыми параметрами: спином, зарядом и массой. Для описания их пространства используется метрика ћ,e,m, при этом спин измеряется в единицах постоянной Планка и равен Jћ, где J – характерное для каждого вида частиц целое (в т.ч. нулевое) или полуцелое положительное число. Оно называется спиновым квантовым числом или просто – спином, это собственный момент количества движения элементарных частиц (степень свободы). Среди физических признаков элементарных частиц нет скорости света, поскольку для каждой конкретной частицы скорость является производным признаком. Когда говорят о неизменности электрона, то забывают, что электрон, образующий с позитроном диполь в составе ячейки космической среды (эфира) коренным образом отличается от электрона в составе атома, а «свободный» электрон это система с совершенно другими степенями свободы. Интервал времени пребывания системы (частицы) в том или ином состоянии (временной горизонт между двумя коренным образом отличными состояниям системы) позволяет получить псевдо-пространственную координату и задать все параметры системы, соответствующие этому состоянию. При этом совершенно не ясный физический смысл пятой координаты Калуци (скрытая размерность) становиться реальной, абсолютно явной физической величиной х0 в Ураноиде Эддингтона:

X = E15 ix1 + E25 iх2 + E35 ix3 + Е45 t + E05 ix0 (2)

Здесь можно привести слова Эддингтона «Частица материи, понимаемая как совокупность событий, является системой, у которой линейное протяжение обладает временным характером»[3].

В современной научной литературе встречается понятие «расслоенного пространства», состоящего из базы и слоя. Базу образует классическое координатное пространство-время. А слой, под которым понимается пространство скоростей, принято определять через смещение в базе (в координатном пространстве). При этом база и слой описываются разными законами, имеющими самостоятельный характер. В базе время (t) циклично и инвариантно, это скаляр в равновесных процессах однозначно связанный с движением частицы в классических и квантовых осцилляторах, но в слое мы имеем дело с неравновесными процессами, где время (t0) приобретает вероятностный, векторный характер, указывающий направление эволюции системы.

В своей последней работе Артур Эддингтон утверждал, что согласно его теории Ураноид (сглаженная Вселенная), состоящий целиком из заряженных частиц, должен занимать трехмерное пространство и обладать двухмерным временем [1]. С этим утверждение созвучно более позднее высказывание нашего математика П.К.Рашевского: «Между тем трудно сомневаться в том, что макроскопические понятия, в том числе и наши пространственно-временные представления, на самом деле уходят своими корнями в микромир.» [4]. Как в гравитационном поле Ньютона, круговые орбиты планет устойчивы лишь благодаря пятимерности искривленного пространства-времени ( к таким выводам приводит анализ уравнений геодезических линий в римановой геометрии), так и в модели атома Бора, электроны образуют стабильные конструкции с ядром атома лишь благодаря трехмерности пространства и двухмерности времени (в ином многообразии из решения уравнений типа Шредингера с электростатическим потенциалом следует, что отрицательный уровень энергии электронов простирается до минус бесконечности. Электроны в таких атомах будут бесконечно «перескакивать» вниз, излучая фотоны, так как для любого уровня есть еще более низкий.). Даже задачи волновой оптики, в том числе законы отражения и преломления света на границе двух сред и лежащий в их основе принцип Гюйгенса, справедливы лишь в пространстве нечетных размерностей, при n=3,5.. В монографии «Пространство – время: явные и скрытые размерности» Ю.С.Владимиров констатирует: «К сожалению, здесь мы вынуждены признать, что ни требования устойчивости планетных орбит, ни устойчивость атомов, ни справедливость принципа Гюйгенса не могут претендовать на роль фундаментальной аксиомы.»[2]. На эту роль может и должен претендовать пятимерный мир Кеплера – Ньютона – Эддингтона, как неопровержимое свидетельство существования нашей Солнечной системы.

В 17 веке Кеплер, на основании многолетних астрономических наблюдении Тихо Брега эмпирическим путем получил три закона небесной механики и опираясь на требование устойчивости планетарных орбит рассчитал постоянную Кеплера (K), связавшую трехмерное пространство и двухмерное время в единый пятимерный мир Кеплера [5]:

K = R³/ T² (3)

где : R – радиус орбиты планеты,

Т – время обращения планеты вокруг Солнца.

Через полвека после Кеплера, Ньютон ввел в пространственную модель Вселенной –силы. Пространство Вселенной формируют силы гравитации и инерции, действующие по квадратичным законам взаимодействия между телами ( законы Кулона и Кавендиша). Ньютон, сформулировав свои законы динамики и закон всемирного тяготения, получил третий закон Кеплера, как следствие из закона всемирного тяготения и второго закона динамики в виде [5]:

K=GM m гр./m ин. = R³/T ² , (4)

где:

m гр. –масса планеты гравитационная, взаимодействуя с Солнцем, массой M, создает центростремительную силу притяжения ; физическая природа-гравитация.

m ин. –масса планеты инерционная, она вращаясь по окружности радиуса R, создает центробежную силу отталкивания; физическая природа-электромагнетизм.

R – расстояние от центра планеты до центра Солнца;

T – период обращения планеты вокруг Солнца;

G – гравитационная постоянная.

Таким образом, Ньютон связал пятимерный мир Кеплера с отношением масс: гравитационная масса тела к ее инерционной массе, через связующие постоянные: K,G,М. Намного опередив свое время, Ньютон установил количественное соотношение между гравитационной и инерционной массами тела для нашей Солнечной системы (4), но был не понят не только своими современниками, но и корифеями физики 20 века. Природа инерции отлична от гравитации. Если гравитацию определяет величина заряда, присущая телу, то инерция зависит от окружающей среды, ее источником является наведенная электрическая напряженность, порождающая силу F, препятствующую ускоренному движению тела [13]. Поскольку инертная масса является коэффициентом при ускорении во втором законе Ньютона, выражение (4) позволило установить связь между гравитацией и электромагнетизмом задолго до появления всех физических теорий 20 века.

В 20 веке многими учеными, в том числе и Альбертом Эйнштейном, предпринимались неоднократные безуспешные попытки объединить геометрическим путем гравитацию и электромагнетизм в рамках четырех измерений континуума Минковского и лишь Т.Калуцы удалось это сделать, но в пятимерном формальном мире четырех пространственных измерений и одного времени. Артур Эддингтон в своей последней работе, обратившись к рассмотрению пятимерного мира, образованного тремя пространственными измерениями и двумя временными, сумел объединить гравитацию и электромагнетизм на основе природы элементарных частиц и особенностей окружающей среды (ураноида), включающей ее электронейтральность и равноправие частиц, обладающих противоположными зарядами и левой и правой поляризацией. При этом пятая компонента скорости частицы имеет физический смысл отношения электрического заряда q к массе m частицы, где в размерный коэффициент входит G – ньютоновская гравитационная постоянная. Пятое уравнение геодезической линии означает постоянство отношений q/m для современного состояния планет в Солнечной системе (нынешнего временного горизонта). Справедливым является даже утверждение, что импульс частиц по пятой координате имеет смысл электрического заряда ( с точностью до размерной константы c/2√G). Пространственно-временные многообразия разных размерностей отличаются по свойствам вводимых в них дискретных преобразований: Р-преобразования пространства, Т-преобразования времени и С-преобразования зарядового сопряжения. Эддингтон установил равноправие в Ураноиде частиц и систем, обладающих разными свойствами. В искривленном римановом пространстве-времени, оперируя компонентами 5-мерного метрического тензора, можно получить десять компонент метрического тензора общей теории относительности Эйнштейна, четыре компоненты электромагнитного векторного потенциала А и одну компоненту, которая в принципе может описывать какое- то новое скалярное поле [2]. Томский физик Г.Николаев через однозначную величину физического параметра векторного потенциала А, движущегося заряда е, при (v « c) [9] ,

А = ev/cr, (5)

установил существование в пространстве около него двух типов магнитных полей:

векторного Н┴ = rotA и (6)

скалярного H║ = - divA (7)

Общепринято считать, что если известно магнитное поле Н, то нет необходимости обращаться к «формальному» векторному потенциалу А. Однако сам факт того, что в волновом уравнении Шредингера появляется только векторный потенциал А, был очевиден с момента создания этого уравнения. Безуспешные попытки заменить векторный потенциал А в уравнениях квантовой механики «физическим» магнитным полем Н говорят о том, что волновая функция любого движущегося заряда в поле векторного потенциала А, должна отражать собой существование вполне ощутимого взаимодействия движущегося заряда с этим полем. Величина этого взаимодействия должна определяться величиной изменения потенциала А волновой функции. В 1956 г. Ароновым и Бомом впервые была предложена методика экспериментальной проверки взаимодействия движущегося заряда с полем векторного потенциала А. В ходе опыта предполагалось обнаружить изменение фазы волновой функции движущегося заряда при отсутствии и наличии в исследуемом пространстве поля векторного потенциала А, при полном отсутствии в этом пространстве магнитного поля Н. Положительные результаты опытов соответствовали только однозначной величине векторного потенциала А, сопоставляемой с однозначными же параметрами элементарного тока. В 1984, точные эксперименты японских исследователей с помощью тороидального намагниченного магнитопровода, в пространстве около которого практически полностью отсутствовали обычные магнитные поля, также дали положительные результаты. Отсюда следует, что экспериментальное обнаружение явления силового эффекта взаимодействия движущихся по оси токового тороида электронов с полем векторного потенциала А в опытах Аронова-Бома заставляют пересмотреть устоявшиеся представления о одних поперечных магнитных силах Лоренса и признать наличие продольных сил магнитного взаимодействия. Таким образом можно сделать вывод о том, что заложенные в электродинамике Максвелла исходные представления об одном векторном магнитном поле Н ┴ =rotA, при явном игнорировании другого скалярного магнитного поля Н║ = - divА, ошибочны.

Г.В.Николаев, опираясь на факт реального существования токов смещения в физической среде (эфире), окружающей движущийся заряд ео

jсм = 1/4 π dE/dt , (8)

установил функциональную взаимосвязь этих токов с индуцируемыми ими двумя видами магнитных полей. Аксиальная компонента jсм║ вектора плотности тока смещения, обуславливает индукцию обычного векторного магнитного поля

H┴ = (v/c) E sinφ , (9)

Радиальная же компонента jсм┴ вектора плотности тока смещения , обуславливает индукцию скалярного магнитного поля

H║= (v/c) E cosφ (10)

Таким образом, магнитные свойства токов смещения могут быть описаны только при учете двух видов магнитных полей. Учет всех свойств магнитного поля сразу же обнаруживает существование еще и продольной силы магнитного взаимодействия, существенно отличающейся от известной силы Лоренца. Наличие скалярного магнитного поля порождает силы, действующие на заряд в направлении скорости его движения.

Что касается неинвариантности уравнений электродинамики, то она обусловлена не столько существованием скалярного магнитного поля, сколько допущением реальности существования среды и учета эффектов запаздывающих потенциалов и деформации электрического поля движущихся зарядов. Полная инвариантность уравнений электродинамики допустима только в абсолютно пустом пространстве СТО Эйнштейна.

Пятимерная теория дает удивительно красивые результаты, которые А.Салам назвал «чудесами Калуцы». Я не буду их здесь раскрывать, они прекрасно изложены в монографии Ю.С.Владимирова [2]. Хочу только подчеркнуть, что «чудеса Калуцы» можно с полным правом отнести и к Ураноиду Эддингтона, поскольку в его пятимерной теории пятая координата является во истину пространственно - подобной , что соответствует положительной определенности энергии электромагнитного поля [2].

В 21 веке перед наукой стоит задача связать в единую теорию уже четыре вида взаимодействий: к гравитационному и электромагнитному прибавилось еще два вида фундаментальных взаимодействий - слабое и сильное. При этом геометризация в единой теории четырех видов взаимодействий требует ввода дополнительных размерностей. Однако, вероятнее всего выход из тупиковой ситуации, связанной с созданием единой теории взаимодействий, будет найден на пути признания реальности космической среды. На смену модели эфира, послужившей Максвеллу основой для написания уравнений электродинамики, придет поляризационная модель неоэфира. Она может стать в своем развитии недостающим звеном в создании теории единого поля. [11,12,13,14].

Пятимерный мир А.Эддингтона вобрал в себя все преимущества пятимерного мира Калуцы над плоским четырехмерным континуумом Минковского, позволил вскрыть связь макромира, в том числе пространственно–временных представлений, с микромиром, с зарядом и массой элементарных частиц, с наличием космической среды (эфира), с существованием векторных и скалярных полей. Если сказать коротко, то приемущество сводиться к тому, что Эддингтон привнес в математический формализм Калуцы дух физики. В монографии Ю.Владимирова с исчерпывающей полнотой изложено: «Почему теория Калуцы не стала рабочим инструментом физиков?»[2] . Здесь следует отметить, что, хотя пятимерная теория Калуцы позволила значительно продвинуться в создании единой теории гравитационных и электромагнитных взаимодействий, она не нашла достаточной поддержки и понимания в научных кругах и на долгое время была предана забвению. Та же участь постигла и «фундаментальную теорию» Эддингтона, но причины этого во многом субъективны. Научная элита не приемлет такие понятия как «космическая среда» (в смысле эфир) и «стрелу времени» (в смысле эволюции систем).

Итак, преимущество пятимерной теории Артура Эддингтона:

1.В пятимерной теории Калуцы даже самому автору был не ясен физический смысл пятой координаты. Вот заключительные слова из статьи Калуцы: «Все же нелегко примириться с мыслью, что все эти соотношения, которые вряд ли можно превзойти по достигнутой в них степени формального единства,- всего лишь капризная игра обманчивой случайности. Но если удастся показать, что за предполагаемыми взаимосвязями стоит нечто большее, нежели пустой формализм, то это будет новым триумфом общей теории относительности Эйнштейна»[6]. Именно Эддингтону удалось показать, что за пятой координатой (псевдо пространственной четвертой по Калуцы) стоит время эволюции системы (tо), поделенное на участки – горизонты времени (Т). Время горизонта – это время в течении которого мы можем предсказать поведение системы, ее траекторию развития, а далее начальное состояние системы уже не может служить основанием для предсказания [7]. Пятое измерение Эддингтона имеет особый статус. Он не позволяет вписать Вселенную в прокрустово ложе симметричных, инвариантных решений Эйнштейновской теории. Предложение Эйнштейна и Бергмана усовершенствовать теорию Калуцы, замкнуть пятое измерение и представить мир цикличным, замкнутым или компактифицированным по пятой координате приводит к неверному закону убывания гравитационных сил в пятимерном мире [10]. «Но если допустить выделеность пятой координаты (в частности, независимость метрик от пятой координаты), то из тех же 5-мерных решений уравнений Эйнштейна получается иное решение, приводящее к Fqr ~1/ r² и не противоречащее эксперименту»[2] Сегодня все большее число специалистов задумываются над вопросом эпохальной смены парадигмы в физике. Примером может служить статья участников разработки БАК Джозефа Ликкена и Марии Спиропулы «Суперсимметрия и кризис в Физике»[8].

2. Второй вопрос, почему столь ограниченны проявления дополнительной размерности, то есть почему пятое измерение остается практически ненаблюдаемым? В теории Калуцы ответа на этот вопрос нет, хотя в ней все электромагнитные явления можно трактовать как проявления пятого измерения. Условие цилиндричности по пятому измерению, необходимое для получения тензора напряженности электромагнитного поля, достигалось в пятимерной теории Калуцы постулированием независимости всех геометрических величин от пятой координаты [2]. В более поздних трактовках теории Калуца допускается зависимость величин от пятой координаты, но при этом период циклической зависимости чрезвычайно мал Т=10^-31 с и практически не проявляется в используемых формулах [2].

Причина ненаблюдаемости пятого измерения объясняется свойством цикличности мира по пятой координате с очень малым периодом. Но все эти объяснения пригодны для мира, замкнутого по пятой координате [2]. Однако, автор эволюционной парадигмы, лауреат нобелевской премии И.Р.Пригожин установил, что «изолированные, замкнутые системы эволюционизируют к хаосу, а открытые системы эволюционизируют ко все более высоким формам сложности.» [7]. Таким образом, замыкая пятую координату Эйнштейн обрекает Вселенную на деградацию.

С позиций Фундаментальной теории Эддингтона в выше приведенных объяснениях произошла подмена понятий. Циклическое, инвариантное время Минковского заменило собой эволюционное, неинвариантное время пятой координаты Эддингтона. Вернем на свои места пространственные и временные измерения и попытаемся дать ответ на второй вопрос, опираясь на пятимерную теорию Эддингтона. Независимость величин от пятой координаты возможна лишь на временных отрезка Т, образующих горизонты времени. На этих участках система находиться в стационарном, равновесном состоянии, она интегрируема, все ее основные параметры сохраняют свои значения. Совсем другая картина наблюдается на границах временных горизонтов. Там система переходит на качественно новый эволюционный уровень, при этом система находится в неравновесном, нестационарном состоянии, она неинтегрируема, в ней преобладают необратимые процессы, она ищет новое равновесное состояние, которому будут соответствовать новые значения основных параметров. Именно на стыках временных горизонтов следует ожидать проявление зависимости величин континуума от пятой координаты. Энергию, необходимую системе для эволюционных преобразований, она получает извне от Ураноида (космической среды Вселенной). Изучению поведения систем при переходе из равновесного, интегрируемого состояния в неравновесное, необратимое состояние посвятили многие свои работы профессора Н.А. Козырев и И.Р.Пригожин. Вот их выводы, практически дословно повторяющие друг друга: «В устойчивом стационарном состоянии активное воздействие извне на систему пренебрежимо мало, но может стать весьма существенным, если система переходит в неравновесное состояние. При этом система становиться неинтегрируемой, время теряет свойство инвариантности и его поведение носит вероятностный характер.»[7].

3.Наконец, что нового привнесла пятимерная теория? Из теории Калуцы не следует никаких новых предсказаний, которые можно было бы подтвердить или опровергнуть экспериментально. Конечно, она дала новый геометрический взгляд на единство гравитации и электромагнетизма, но это было достигнуто без обновления представлений о пространстве и времени. В этом смысле фундаментальная теория Эддингтона выгодно отличается от теории Калуцы. Она позволила вскрыть связь макромира, в том числе пространственно – временных представлений с микромиром, с зарядом и массой элементарных частиц.

В заключении должен сообщить, что в книге профессора МГУ Ю.С.Владимирова «Основания физики» [15 стр.376] есть краткое упоминание работы Артура Эддингтона «Фундаментальна теория». Констатируя, что Эддингтон пытался конструктивно реализовать мысль о выводе классических понятий из физики микромира, Ю.Владимиров делает вывод: «Однако конкретные попытки А.Эддингтона построить такую теорию оказались неудачными. На наш взгляд, он не смог найти, какие частицы (вклады) и в каких состояниях необходимо суммировать, чтобы получить прообраз классических длин (метрики). Видимо, это затрудняло сделать использование им не реляционного, а теоретико-полевого или геометрического миропониманий. » [15]. Создается впечатление, что именно различия в миропонимании не позволили Ю.С.Владимирову по достоинству оценить последнюю работу Артура Эддингтона «Фундаментальная теория».

ЛИТЕРАТУРА

1. A.S.Eddington, “Fundamental Theory” , Cambridge, 1946
2. Ю.С.Владимиров, «Пространство – время: явные и скрытые размерности», Москва: Либроком, 2012
3. Артур Эддингтон, «Пространство, время, тяготение», М.: УРСС, 2003
4. П.К.Рашевский, «Риманова геометрия и тензорный анализ», М.: Наука,1967
5. «Физика космоса», Москва: Советская энциклопедия, 1987
6. Т.Калуца «К проблеме единства физики//Альберт Эйнштейн и теория гравитации» Москва: Мир,1979
7. И.Пригожин, И.Стенгерс «Время,хаос,квант», М.: Прогресс,1994
8. Джозеф Ликкен, Мария Спиропула «Суперсимметрия и кризис в Физике» Москва: В мире науки №7-8, 2014
9. Г.В.Николаев «Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. Перспективы построения непротиворечивой электродинамики. Теория, эксперименты, парадоксы» Томск 2003
10. А.Эйнштейн, П.Бергман «Обобщение теории электричества Калуцы» 1938
11. Г.И.Шипов «Теория физического вакуума. Теория, эксперименты и технологии» Москва, «Наука», 1997
12. В.Л.Дятлов «Поляризационная модель неоднородного физического вакуума» Новосибирск, Институт математики, 1998
13. А.В.Рыков «Основы теории эфира» Москва, РАН, ОИФЗ, 2000
14. В.В.Дикусар, А.А.Тюняев «Вакуум. Концепция, строение, свойства» М.:ВЦ РАН, 2013
15. Ю.С.Владимиров, «Основания физики», М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2008.