Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Институт Физики Вакуума - Теория

Г.И. Шипов
Два подхода в единой теории поля.
Сравнение теории физического вакуума
с теорией струн
Oб авторе

    Введение
      1. Программа Эйнштейна
      2. Теория струн
    1 Общие черты теории физического вакуума и теории струн
      1.1 Увеличение размерности пространства-времени
        Теория струн
        Теория физического вакуума
      1.2 Основные симметрии современной физики
        Теория струн
        Теория физического вакуума
      1.3 Элементарные частицы и черные дыры
        Теория струн
        Теория физического вакуума
    2 Различия между теорией физического вакуума
    и теорией струн
      2.1 Научные парадигмы Ньютона и Декарта
        Теория струн
        Теория физического вакуума
      2.2 Торсионная физика
        Теория струн
        Теория физического вакуума
    3 «Аномальные» макроскопические эксперименты
      Теория струн
      Теория физического вакуума
    4 Психофизические эксперименты
      Теория струн
      Теория физического вакуума
    Заключение

Введение

Единая Теория Поля, воспринимаемая теоретиками прошлого столетия скорее как академическая задача, в настоящее время рассматривается большинством ведущих ученых как инструмент для исследования структуры элементарных частиц. Для решения этой грандиозной задачи в современной теоретической физике можно выделить два основных подхода:

1) программу А.Эйнштейна по геометризации физических полей;

2) теорию струн, предполагающую описание всех видов взаимодействий элементарных частиц, наблюдаемых в экспериментах.

Хотя оба этих подхода преследуют одну цель, их методы, а, главное, исходные идеологические предпосылки совершенно различны. Соответственно, различны и результаты.

1. Программа Эйнштейна

Философская база программы Эйнштейна уходит своими корнями в древние учения Востока, согласно которым окружающий нас материальный мир есть «веселая игра пространства и времени». Почти за полвека до создания А.Эйнштейном общей теории относительности английский математик В.Клиффорд в философской статье «О пространственной теории материи» прямо говорил: «В физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, подчиняющегося (возможно) закону непрерывности». Из научного наследия А.Эйнштейна мы находим, что программа геометризация физики направлена на реализацию:

а)программы минимум, предполагающую геометризацию уравнений классической электродинамики;

б) программы максимум, направленную на геометризацию всех физических полей, включая их квантовое обобщение.

А.Эйнштейн полагал, что квантовая теория не может быть исходной точкой развития Единой Теории Поля, считая основания квантовой теории феноменологическими и несогласующимися с принципом общим относительности. По мнению А.Эйнштейна принципы и уравнения совершенной квантовой теории могут быть найдены на пути дальнейшего обобщения принципа относительности, при этом физика перестанет делиться на квантовую и классическую и современная квантовая теория будет представлять собой предельный случай с принципиально новой интерпретацией волновой функции. Подобно Э.Шредингеру, А.Эйнштейн предполагал, что волновая функция совершенной квантовой теории должна быть связана с некоторым классическим полем -полем материи «пока неизвестной природы», универсальным образом описывающим все физические поля и взаимодействия. При этом А.Эйнштейн, опираясь на свой опыт построения геометризированной теории гравитационного поля, придавал второстепенную роль эксперименту, полагая, что сложная теория должна строится дедуктивным путем (от общего к частному), опираясь на физические принципы самого общего характера.

2. Теория струн

Теория струн возникла как непротиворечивое обобщение Стандартной модели элементарных частиц. Под Стандартной моделью подразумевается теория электрослабых взаимодействий (квантовая электродинамика + процессы с участием нейтрино), объединенная с квантовой хромодинамикой (КДХ), которая фактически представляет собой теорию сильного взаимодействия. Все взаимодействия в Стандартной модели описываются калибровочными неабелевыми полями Янга-Миллса.

Считается, что Стандартная модель подтверждена многочисленными экспериментами на ускорителях элементарных частиц плоть до расстояний 10−18 см. Уравнения квантовой электродинамики подтверждены экспериментально с точностью до седьмого знака после запятой, а электрослабых и сильных до пятого и второго знаков соответственно. В уравнениях Стандартной модели материальные частицы -электроны, протоны, нейтроны, кварки и т.д. рассматриваются как точечные частицы. Но еще А.Эйнштейн отмечал, что точечной частице нет места в полевой теории.

Теория струн отошла от представления о частице как о безразмерной точке и рассматривает частицу либо как струну (одномерный объект), либо как мембрану (двумерный объект), либо как D-брану (D-мерный объект, где D ≥ 3). Она использует достаточно общий математический аппарат, позволяющий не только формально объединить Стандартную модель с квантовой гравитацией, которая при больших расстояниях сводится к теории Эйнштейна, но и показать (по мнению ее создателей) непротиворечивость квантовой механики и общей теории относительности.

Стандартная модель возникла как компиляция теорий, описывающих разные типы взаимодействий. В течении многих лет она постоянно уточнялась, опираясь на экспериментальные данные, поэтому она сама и ее обобщение -теория струн представляют собой индуктивный подход (от частного к общему) к созданию Единой Теории Поля.

  1. Общие черты теории физического вакуума
    и теории струн

Из истории науки известно, что всякий существенный шаг в развитии физики сопровождался изменением наших представлений о структуре пространства и времени.

1.1. Увеличение размерности пространства-времени

Теория струн

Чтобы преодолеть трудности, возникшие в первоначальной теории струн (например, чтобы избавится от отрицательных вероятностей) в теорию, дополнительно к обычным пространственно-временным измерениям x,y,z и ct, были введены шесть новых координат. Эти координаты образуют в каждой точке пространства-времени свернутое шестимерное пространство, носящее название пространства Калаби-Яу. Оказалось, что геометрия дополнительных измерений определяет такие фундаментальные физические свойства вещества, как массы, заряды, спины и т.д., наблюдаемые в обычном пространстве.

Открытие дуальности сильной и слабой связи в теории струн и развитие М-теории («матери всех теорий») потребовало обобщения размерности пространства теории струн с 10 до 11-мерного. Оказалось, что дуальность сильной и слабой связи позволяет вести расчеты для случая, когда константа взаимодействия больше 1. Можно предположить, что решение других важных проблем теории струн может привести к дальнейшему увеличению размерности пространства, поэтому вопрос об окончательной размерности пространства в теории струн остается открытым.

Теория физического вакуума

В теории физического вакуума геометрия пространства событий представляет собой расслоенное 10-мерное многообразие ориентируемых точек (с точкой связаны 4 ортогональных единичных вектора), в котором четыре пространственно-временных координаты x,y,z и ct образуют базу и шесть угловых координат слой. Из шести угловых координат слоя три пространственных угла с определяют пространственную ориентацию ориентируемых точек и три пространственно-временных угла задают их пространственно-временную ориентацию. На 10-мерном многообразии ориентируемых точек заданы две метрики: метрика Римана (бесконечно малая трансляция), действующая на многообразии трансляционных координат и вращательная метрика (бесконечно малое вращение), действующая на многообразии вращательных координат Известно, что угловые координаты неголономны, т.е., например, поэтому их вполне можно рассматривать как суперкоординаты, шестимерное пространство слоя как суперпространство, а саму теорию физического вакуума как суперсимметричную теорию.

В теории физического вакуума 10 координат оказалось достаточно, чтобы описать частицы, рожденные из вакуума, но если мы будем рассматривать рождение частиц из вакуума и процессы превращения одних частиц в другие, то 10-ти координат будет уже недостаточно. В этом случае мы должны рассмотреть 15-мерное пространство событий. Дополнительные 5 координат представляют собой конформные координаты. Координата описывает конформные дилатации (растяжения), а оставшиеся 4 координаты x12,x13,x14,x15 — специальные конформные координаты, подразумевающие наличие у пространства упругих свойств (своеобразных сжатий и растяжений пространства). Они могут быть записаны в виде композиции C = ITI, где I — 4-инверсии, T - 4-трансляции и I повторные 4-инверсии. Итак, в теории вакуума, описывающей взаимные превращения частиц и рождение частиц из вакуума, пространство событий оказывается 15-мерным.

1.2 Основные симметрии современной физики

Теория струн

Известный специалист в теории струн Брайан Грин в свой знаменитой книге «Элегантная вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории» отмечает, что все основные принципы симметрии современной физики, такие как общий принцип относительности, принцип калибровочной симметрии, суперсимметрии и т.д., возникают из теории струн.

Теория физического вакуума

В основе теории физического вакуума лежит принцип Всеобщей относительности, утверждающий относительность всех физических полей. Уравнения вакуума можно представить в виде расширенной полностью геометризированной системы уравнений Эйнштейна-Янга-Миллса
(A)
(B.1)
(B.2)


с геометризированным тензором энергии-импульса


стоящим в полностью геометризированных уравнениях Эйнштейна (В.1), и с геометризированным током


в полностью геометризированных уравнениях Янга-Миллса (В.2).

Анализируя уравнения (А) и (В), можно увидеть, что Всеобщий принцип относительности объединяет в себе общий принцип относительности с принципом вращательной относительности и калибровочным принципом.

Если записать уравнения (А) и (В) в спинорном базисе (относительно произвольной спинорной системы отсчета Пенроуза), то они могут быть представлены в виде геометризированной системы уравнений Гайзенберга-Эйнштейна-Янга-Миллса
(A.1)
(A.2)
(B.1)
(B.2)


Анализ этих уравнений показывает, что Всеобщий принцип относительности содержит в себе квантовые принципы и принцип суперсимметрии.

1.3 Элементарные частицы и черные дыры

Теория струн

В теории струн в процессе изучения флоп-перестройки пространства с сильным разрывом (конифолдных переходов) было обнаружено, что при стягивании, например, сферы Шварцшильда в точку, массивная черная дыра превращается в безмассовую. Это интерпретируется как переход черной дыры в безмассовую элементарную частицу и позволяет утверждать, что теория струн устанавливает прямую, точную и количественно неопровержимую связь между черными дырами и элементарными частицами.

Теория физического вакуума

При определенных ограничениях, из уравнений вакуума (А) и (В) следует вакуумная электрогравидинамика. Решение ее уравнений, описывающее электрон с массой m, зарядом e и спином s, показывает, что частицы можно рассматривать как черные дыры. Более того, при устремлении массы и заряда в этом решении к нулю гравитационный и электромагнитный радиусы обращаются в нуль (обращается в точку сфера Шварцшильда и сфера, определяемая радиусом ) и остается безмассовая частица (безмассовая черная дыра), переносящая только спин s. Этот результат коррелирует с соответствующим выводом, полученным в теории струн. В настоящее время найдены решения уравнений вакуума (А), (В), содержащие шесть независимых констант, входящих в суперпотенциал решения и имеющих ясную физическую интерпретацию, это:

  • 1) rg-гравитационный радиус (гравитационное взаимодействие);
  • 2) re-электромагнитный радиус (электромагнитное взаимодействие);
  • 3 )rs-спиновый радиус (предположительно отвечает за слабые взаимодействия);
  • 4) rN-ядерный радиус (показано, что отвечает за сильные взаимодействия);
  • 5) rμ-монопольный радиус (предположительно отвечает за электроторсионные взаимодействия);
  • 6) rq-кварковый радиус (предположительно отвечает за кварковые взаимодействия).

Этот обнадеживающий результат указывает на возможность создания на основе вакуумных уравнений (А),(В) фундаментальной (а не феноменологической) теории элементарных частиц, в которой потенциалы взаимодействия находятся из решения уравнений (A), (B).

Полный текст можно посмотреть в формате PDF (142Кб)


Г.И. Шипов, Два подхода в единой теории поля. Сравнение теории физического вакуума с теорией струн // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.13766, 11.09.2006

[Обсуждение на форуме «Институт Физики Вакуума»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru