Аннотация

Автор от первого лица описывает этапы решения проблем, поставленных Альбертом Эйнштейном перед физиками. После решения первой (геометризация электродинамики) и второй (геометризация квантовых полей) проблем Эйнштейна, автор развивает собственную научную программу "Всеобщей относительности и теории Физического Вакуума", которая завершается созданием механики Декарта (всякое движение есть вращение), допускающей ускоренное движение центра масс свободного от внешних сил 4D гироскопа под действием управляемой пространственно-временной прецессии.

Введение.

Я пишу эту статью накануне моего восьмидесятилетия, чтобы кратко представить научной общественности мое видение современного состояния фундаментальной теоретической физики и обозначить мой вклад в ее развитие. Действительно, кто, кроме автора, может объективно оценить проделанную работу, если он находится в здравом уме и опирается на факты. Что я понимаю под фундаментальной физикой стратегического уровня? Фундаментальная физика стратегического уровня – это всегда новая физика, которая базируется на новых физических принципах, обобщающих принципы «старой» теории.

После защиты с оценкой отлично диплома в 1967 г. на Физическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова под руководством академика РАН Л.В. Келдыша (впоследствии директора ФИАН), я выбрал в теоретической физике направление, которое в большей степени было сформулировано Альбертом Эйнштейном и получило название Единая Теория Поля. С 1965 г. я посещал семинары кафедры теоретической физики физфака МГУ по теории гравитации (по четвергам) и теории элементарных частиц (по понедельникам) под руководством профессора Д.Д. Иваненко. Он одобрил и поддержал публикации моих первых работ, направленных на поиск уравнений Единой Теории Поля, в журнале «Известия ВУЗов, Физика» [1-4] . Несмотря на это, я считаю своим научным руководителем А. Эйнштейна, поскольку большинство моих публикаций посвящены исключительно решению проблем, поставленных А. Эйнштейном перед теоретиками в начале 20го века.

А. Эйнштейн полагал, что уравнения Единой Теории Поля будут найдены, если будут решены следующие проблемы фундаментальной теоретической физики:

1. Геометризированы уравнения электродинамики.

2. Геометризирован тензор энергии-импульса материи в правой части уравнений Эйнштейна.

3. В теории не должно быть изначально понятия точечного источника поля (сингулярности).

Эти проблемы невозможно решить путем незначительных изменений проверенных фундаментальных уравнений классической электродинамика Максвелла-Лоренца и уравнений общерелятивистской теории гравитации Эйнштейна. Результат может быть получен, считал А. Эйнштейн, путем существенных изменений теорий, касающихся их основ. Обычно основы фундаментальной теории приходится менять под давлением экспериментальных фактов, как это произошло с квантовой электродинамикой, однако квантовое обобщение уравнений электродинамики привело к новым уравнениям (Шредингера, Дирака и т.д.) и к новым принципам, которые не объединили, а наоборот разделили физику на квантовую и классическую.

Почти 100 лет, начиная с работ Вейля [5,6], Эддингтона [7], Калуцы [8], Эйнштейна [9-14] публикуются научные работы по поиску уравнений Единой Теории Поля, но до сих пор большинство теоретиков считает, что «мечта об окончательной теории», т.е. о Единой Теории Поля оказывается нерешенной. Мои опубликованные работы показывают, что это не так и я постараюсь аргументировано убедить читателя в этом.

На рис.1 тройной красной линией показан мой путь в теоретической физике по датам, состоящий из 6 шагов.

Рис.1. Теоретическая физика и две научные парадигмы

В конце XIX и начале XX веков развитие физики как экспериментальной науки стимулировали три группы фундаментальных экспериментов, из которых только одна группа – дискретность атомных спектров, правильная зависимость излучения черного тела от частоты и температуры, зависимость фотоэффекта от частоты, привели к созданию конструктивной квантовой теории микромира, на что неоднократно указывал А. Эйнштейн. Вторая группа экспериментов началась работы Э. Резерфорда по рассеянию α - частиц на ядрах золота [15] . В этих экспериментах Э. Резерфорд впервые обнаружил отклонение от потенциала Кулона при пролете положительно заряженных α - частиц на малых расстояниях порядка (10^-12 – 10^-13 см) от положительно заряженного ядра, что привело к созданию феноменологической теории ядерных сил (но не полей!). Наконец третья группа экспериментов в электродинамике была проведена Н. Тесла (однопроводная и беспроводная передача электроэнергии [16,17]), в которых он обнаружил скалярные электромагнитные поля, нарушающие лоренцову калибровку, чему в электродинамике соответствует переменный заряд источника поля, когда часть заряда источника уноситься скалярным полем. При создании специальной теории относительности А. Эйнштейн показал, что инвариантность уравнений Максвелла-Лоренца относительно преобразований Лоренца имеем место только при условии, что заряд инвариантен относительно этих преобразований [18]. Скорее всего, именно по этой причине фундаментальные эксперименты Н. Тесла выпали из поля зрения А. Эйнштейна, а затем вообще были проигнорированы научным бомондом начала XX века. Этому способствовал последующий быстрый рост числа экспериментальных данных о числе и свойствах элементарных частиц - электроне, протоне, нейтроне, нейтрино и т.д. Не имея фундаментальной теории элементарных частиц, теоретики начали стоить различные конструктивно-феноменологические теории, которые скорее описывали, но не объясняли глубинную структуру наблюдаемых явлений. В результате, в теории элементарных частиц возникли три основных направления: 1) квантово-полевая теория электрослабых взаимодействий, 2) теория кварков и 3) «реджистика», которая впоследствии привела к теории струн. Объединение первых двух направлений привело к созданию Стандартной модели элементарных частиц, в которой используется нелинейное скалярное поле и модель спонтанного нарушения симметрии вакуума (смотри правую часть рис.1). В целом современное представление о Единой Теории Поля базируется на парадигме, высказанной Демокритом почти 2500 лет назад. Согласно Демокриту, Мир представляет собой пустоту (пространство), заполненное неделимыми частицами (атомами). Именно этой парадигмы, которая привела нас к конструктивно-феноменологической теории элементарных частиц, придерживается большинство современных теоретиков (рис.1).

А. Эйнштейн придерживался другой парадигмы, которая упоминается в Ведах, созданных более 5000 лет назад. В этой парадигме, источником Мира и «всех вещей в нем является Пустота» или Вакуум в современной терминологии. Следуя английскому математику Клиффорду, утверждавшему, что «в мире ничего не происходит, кроме изменения кривизны пространства» [19], А. Эйнштейн в 1915 г. находит уравнения релятивистской теории гравитации [20], в которых гравитационное поле описывается кривизной пространства. В областях пространства, где тензор энергии-импульса материи равен нулю, мы имеем вакуумные уравнения Эйнштейна R_ik = 0, которые оказываются последними фундаментальными уравнениями в теоретической физике.

Важно отметить, что уравнения Эйнштейна являются первыми уравнениями в теоретической физике, которые были найдены не «под давлением экспериментальных фактов», как это было до сих пор, а в результате дедуктивного подхода, основанного на общем принципе относительности, требующего инвариантность уравнений физики относительно произвольно ускоренных систем отсчета [21-24]. В процессе поиска правильных общерелятивистских уравнений теории гравитации огромное влияние на А. Эйнштейна и на успех в их выводе оказали математики, а именно его близкий друг Марсель Гроссман и, особенно, Давид Гильберт. Поэтому, когда А. Эйнштейн сформулировал проблему создания Единой Теории Поля, последовали работы (в основном математиков) на эту тему, сначала Г. Веля, а, затем, А. Эддингтона и Т. Калуцы. Эти работы стимулировали А. Эйнштейна на поиск уравнений, обобщающих вакуумные уравнения R_ik = 0 общерелятивистской теории гравитации, и эту работу А. Эйнштейн продолжал в течение всей своей творческой жизни с 1922 по 1955 г., к сожалению, без особого успеха. Причина неудачи А. Эйнштейна и его последователей, с моей точки зрения, заключается в методе поиска уравнений Единой Теории Поля. Этот метод, который до сих пор использует большинство теоретиков, заключается в том, чтобы вместо геометрии Римана, конструировать уравнения Единой Теории Поля, основываясь на более общих геометриях. Например, Г. Вейль в работе использует геометрию, в которой длина отрезка оказывается переменной [5,6]. А. Эддингтон применяет тетрадную формулировку геометрии, в которой тензор Риччи разлагается на симметричную R_(ik) и антисимметричную R_[ik] по нижним индексам части [7]. Т. Калуца увеличивает число координат пространства [7]. А. Эйнштейн использует (дополнительно к символам Кристоффеля) несимметричную по нижним индексам часть связности пространства (геометрию Картана), геометрию абсолютного параллелизма и т.д. [25-29] Затем в обобщенной геометрии находится векторный объект A_i, который отождествляется с векторным потенциалом электродинамики Максвелла-Лоренца и, таким образом, утверждается, что произошла геометризация электромагнитного поля. Такой подход к проблеме построения Теории Единого Поля подкупает своей простотой, но является неоднозначным из-за отсутствия обобщенных фундаментальных принципов, позволяющих однозначно выбрать новые уравнения из множества возможных.

В силу сказанного выше мне пришлось выбрать другой «более физичный» путь, а именно, я старался подобрать геометрию таким образом, чтобы новые геометризированные уравнения электродинамики или гравитационного поля решали трудности уже существующих фундаментальных теорий - электродинамики Максвелла-Лоренца и теории гравитации Эйнштейна. На этом пути мне пришлось сделать 6 шагов (рис.1), что привело к открытию уравнений нового фундаментального поля – поля инерции, которое, по определенным причинам, выпало, из поля зрения теоретиков. Открытие поля инерции я считаю наиболее значимым теоретическим результатом моей работы, хотя кроме этого получены и другие важные результаты, которые будут кратко изложены ниже.

формате PDF (2639Кб)