|
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://temporology.bio.msu.ru/RREPORTS/yanchilin_neopredelennost/yanchilin_neopredelennost.htm
Дата изменения: Fri Feb 28 05:01:05 2014 Дата индексирования: Fri Feb 28 05:44:42 2014 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: релятивистское движение |
Янчилин Василий Леонидович
Неопределенность, гравитация, космос. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 248 с.
ISBN 5-354-00379-2
Рецензент - профессор МГУ С. Э. Шноль
© В. Л. Янчилин, 2003
Предисловие к фрагментам из книги «Неопределенность, Гравитация, Космос»
В конце девятнадцатого века австрийский физик Эрнст Мах выдвинул гипотезу, что огромные массы Вселенной существенно влияют на движение тел в земной лаборатории. И на протяжении двадцатого века было сделано немало попыток построить на ее основе физическую теорию. Но все эти попытки остались безрезультатными.
Я думаю, что мне удалось построить теорию, включающую в себя гипотезу Маха. Так это или нет, читатель сможет решить, прочитав фрагменты из книги «Неопределенность, Гравитация, Космос» (Предисловие, главы 1 – 4; 7, 8, Заключение).
Наше пространство можно сравнить с экраном монитора. На мониторе высокого качества различимы линии на расстоянии долей миллиметра. В то время как на плохом мониторе такие линии “размываются” в одну. Наше пространство – это “монитор” высочайшего класса. Но все же оно не идеально. На малых расстояниях (порядка размера атома) траектории движения частиц размазываются. Вследствие этого электрон (который является неделимой частицей) может пройти через два близко расположенных отверстия одновременно! Именно поэтому микромир называют странным.
Качество монитора определяется работой фокусирующих систем, направляющих пучки электронов на экран. В пространстве роль таких систем играют звезды и галактики, заполняющие нашу Вселенную. Воздействуя своей огромной массой на элементарные частицы, звезды и галактики ограничивают неопределенность и произвол в их движении. И благодаря этому протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит все (в том числе и мы с вами), не размазываются по пространству, как по экрану плохого монитора.
Эффект гравитации – это исключительно квантовый эффект: большая масса ограничивает неопределенность в движении частицы и в результате притягивает ее.
Глава 1. Гравитация и современная физика
§ 1.1 Тяготение
§ 1.2 Гравитационный потенциал Вселенной
§ 1.3 Однородность гравитационного потенциала
§ 1.4 Особенности гравитации
§ 1.5 Закон инерции
§ 1.6 Принцип Маха
§ 1.7 Специальная теория относительности
§ 1.8 Масса и энергия
§ 1.9 Общая теория относительности
§ 1.10 Квантовая механика
§ 1.11 Фундаментальные постоянные
Глава 3. Основы Новой теории
Глава 4. Новая интерпретация общей теории относительности
1 Скорость расширения Вселенной
2 Поиски черных дыр
3 Плотность Вселенной
§ 11.1 Предисловие
§ 11.2 Создание и хранение времени
§ 11.3 Global Positioning System и общая теория относительности
§ 11.4 Недостающее звено в интерпретации красного смещения
§ 11.5 Две частоты электромагнитной волны
§ 11.6 Отличие квантовой частоты от классической
§ 11.7 Трудности проведения экспериментов с часами
§ 11.8 Выводы
(Предисловие)
Для того чтобы лучше понять, о чем пойдет речь в книге, давайте ознакомимся с тремя очень интересными и нерешенными проблемами фундаментальной физики.
Еще Ньютон обратил внимание на тот факт, что существует два вида движений: относительное и абсолютное. Прямолинейное движение тела является относительным движением, а вращательное – абсолютным. Мы не сможем сказать, с какой скоростью мы движемся (например, с какой скоростью движется планета Земля), если не укажем другое тело, относительно которого будем рассматривать наше движение. Но мы всегда сможем узнать, с какой скоростью мы вращаемся (например, с какой скоростью вращается Земля). Это возможно потому, что во вращающемся теле возникают центробежные силы, которые деформируют тело. По величине центробежных сил или по вызванной ими деформации всегда можно определить скорость вращения тела.
При этом возникает вопрос: а относительно чего, собственно говоря, тело вращается?
В конце девятнадцатого века австрийский физик Эрнст Мах выдвинул интересную гипотезу (названную впоследствии принципом Маха): тело вращается относительно неподвижных звезд. И вследствие какой-то пока невыясненной связи между огромной массой звезд и вращающимся телом и возникают центробежные силы. Но как проверить такое предположение? Вот что писал об этом, например, такой известный физик, как Ричард Фейнман: “В настоящее время у нас нет способа узнать, существовала бы центробежная сила, если бы не было звезд и туманностей. Не в наших силах сделать такой эксперимент – убрать все туманности, а затем измерить наше вращение; значит, тут мы ничего сказать не можем” [7,с.286]. В 1979 году в Берлине состоялась международная научная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Альберта Эйнштейна. На ней обсуждались наиболее фундаментальные проблемы современной физики. В том числе говорилось и об отношении принципа Маха к общей теории относительности. Вот несколько строк из резюме по данному вопросу: “Известно, что Эйнштейн не только принимал этот неортодоксальный принцип и восхищался им, но и надеялся привести свою теорию в согласие с системой идей Маха. Эйнштейн пытался всеми возможными средствами включить общую теорию относительности в принцип Маха, или наоборот. Поэтому он видоизменил первую классическую формулировку общей теории относительности. В этом направлении и по сей день предпринимаются попытки, – неустанно, порой с обескураживающими результатами, часто с помощью весьма остроумных манипуляций, – достичь цели, к которой стремился Эйнштейн” [15;с.293].
И все-таки проблему, связанную с принципом Маха, можно решить! Но для этого нужно проделать следующее.
Во-первых, раскрыть его физическое содержание (которое пока не ясно). Во-вторых, построить новую физическую теорию, которая содержала бы в себе, кроме известных физических законов, также и принцип Маха. До настоящего времени такой теории не было. В-третьих, рассчитать (а значит, и предсказать) принципиально новые следствия, которые вытекают из новой теории и которые можно экспериментально проверить в земных условиях (естественно, не трогая неподвижные звезды). И в результате определить, верен или нет принцип Маха.
В физике существуют такие понятия как частица и волна. Эти понятия – антагонисты. Свойства частицы и свойства волны взаимоисключают друг друга. Тем не менее, квантовые объекты ведут себя то как волны, а то как частицы. Например, электрон, с одной стороны (то есть при одних условиях проведения эксперимента), является частицей. Более того, неделимой частицей. Никто никогда не наблюдал, скажем, пол-электрона или какую-либо его часть. Но, с другой стороны (то есть при других условиях проведения эксперимента), электрон запросто может пройти сразу через два (и более) отверстия! Тот, кто этого еще не знает, скорее всего, в это не поверит. Ничего удивительного! В свое время такой выдающийся физик как Альберт Эйнштейн (который, кстати, очень много сделал для создания квантовой механики) так и не принял до конца квантовую механику. Он считал, что физическая теория не должна так радикально расходиться со здравым смыслом.
В настоящее время волновая природа электрона – хорошо проверенный экспериментальный факт. Желающие прочитать четкий и ясный рассказ об этом могут обратиться к Фейнмановским лекциям по физике. Нужно отметить, что квантовая механика прекрасно описывает “странное” поведение квантовых объектов. Но описать – не означает объяснить. До сих пор никто не знает, откуда в микромире взялась неопределенность, и как неделимый электрон ухитряется пройти через два отверстия одновременно. Вот что писал о таком “странном” поведении квантовых объектов Ричард Фейнман: “Но мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает” [11;с.117].
Все, что существует в природе, притягивается друг к другу. С другой стороны, все, что существует в природе, подчиняется законам квантовой механики, в основе которой лежит принцип неопределенности. Благодаря этому принципу каждая частица обладает волновыми свойствами. Но в современной теории гравитации – теории тяготения Эйнштейна (впрочем, как и в теории тяготения Ньютона) – нисколько не учитывается этот фундаментальный принцип, то есть совсем не учитывается то, что частицы обладают волновыми свойствами. Поэтому естественным образом возникает следующий вопрос. Можно ли объединить теорию гравитации и квантовую механику таким образом, чтобы при гравитационном взаимодействии учитывались волновые свойства частиц? На сегодняшний день такой квантовой теории гравитации не существует.
Как будет видно в дальнейшем, все эти три проблемы связаны между собой. И когда нам удастся понять физический смысл принципа Маха, мы поймем, откуда взялась неопределенность в микромире. А, поняв причину происхождения неопределенности в микромире, мы поймем, почему тела притягиваются друг к другу. Решению этих проблем и посвящена эта книга. Забегая вперед, можно сказать, что, оказывается, в основе гравитационного взаимодействия лежит принцип неопределенности, то есть гравитация – это исключительно квантовый эффект!
(Заключение)
Мы рассмотрели такие явления, как неопределенность в микромире и гравитация. Как выяснилось, неопределенность и гравитация – это две стороны одного и того же явления: большая масса ограничивает неопределенность в движении частицы и, как результат, притягивает ее. Поэтому новая теория гравитации является по своей сути квантовой теорией гравитации.
Основная физическая идея, лежащая в основе Новой теории – это идея о существовании Хаоса за пределами гравитационного поля Вселенной. С новой точки зрения время и пространство, в котором мы живем, существуют только внутри Вселенной и только благодаря огромным массам, заполняющим Вселенную. Наша Вселенная – это остров, окруженный Хаосом.
Мы привыкли к пространству и времени и воспринимаем их как основу нашего мира, существующую независимо от материальных тел. Но это не так. Если бы во Вселенной не было огромных масс, то пространство и время разрушились бы в Хаос. Представить Хаос трудно, но все же можно. Это неопределенность, наблюдаемая в микромире, которая увеличена до размеров Вселенной.
С новой точки зрения Космос – это равновесие и гармония между неопределенностью, которая есть результат влияния Хаоса, и Порядком, который возникает благодаря гравитационному взаимодействию, пронизывающему всю Вселенную.
Для того чтобы экспериментально убедиться в существовании Хаоса достаточно взять высокоточные атомные часы и установить их на разных этажах здания. Длительность одной секунды, создаваемой атомными часами, обратно пропорциональна частоте излучения атома. Часы, находящиеся на нижнем этаже, расположены ближе к Земле. Земля, также как и остальные массы Вселенной, участвует в гравитационном взаимодействии и ограничивает Хаос. Поэтому неопределенность в движении элементарных частиц, из которых состоят нижние часы, будет меньше. Следовательно, частота излучения атомов, находящихся в нижних часах будет выше, так как частота излучения атомов обратно пропорциональна величине постоянной Планка в третьей степени. Поэтому продолжительность одной секунды, создаваемой нижними часами, будет короче, чем продолжительность одной секунды, создаваемой верхними часами.
Таким образом, если Хаос существует, то нижние часы будут идти быстрее верхних, вопреки общей теории относительности. С точки зрения общей теории относительности быстрее должны идти верхние часы.
Эксперимент с неподвижными часами в гравитационном поле, вероятно, будет осуществлен уже в ближайшее время. И очень важно отметить, что квантовая теория гравитации предсказывает ускорение хода атомных часов вблизи большой массы, в то время как почти все убеждены в обратном.
Эйнштейн А. Собрание научных трудов т. 1. М.: Наука, 1965
Эйнштейн А. Собрание научных трудов т. 3. М.: Наука, 1966
Бор Н. Избранные научные труды т.2. М.: Наука, 1971
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М.: Наука, 1988
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. М.: Наука, 1988
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1989
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике т.1,2. М.: Мир, 1977
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике т.3,4. М.: Мир, 1977
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике т.6. М.: Мир, 1977
Фейнман Р., Мориниго Ф., Вагнер У. Фейнмановские лекции по гравитации. М.: Янус-К, 2000
Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987
Киттель Ч., Найт В., Рудерман М. Берклеевский курс физики т. 1, Механика. М.: Наука, 1983
Вихман Э. Берклеевский курс физики т.4, Квантовая физика. М.: Наука,1977
Акоста В., Кован К., Грем Б. Основы современной физики. М.: Просвещение, 1981
Проблемы физики: Классика и современность. М.: Мир, 1982
Сборник: Эйнштейн и современная физика. М. 1956
Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: Гостехиздат, 1955
Физическая Энциклопедия в 5-и томах. М. 1988-1998
Большая Советская Энциклопедия т.15. М.: «Советская энциклопедия», 1974, с.519
Альтшулер Б. Л. Принцип Маха и современные представления о структуре вакуума // Сборник: Исследования по истории физике и механике 1993-1994 г. М.: Наука, 1997, с.60
Hawking S. W. On the rotation of the Universe // Monthly Notices Roy. Astron. Soc. 1969, Vol. 142, ? 2, p. 129-141
Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. М.: Наука, 1977
Albrecht A., Magueijo J. (Time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles). Physical Review D 59 043516 (1999)
Barrow J. (Cosmologies with varying light speed). Physical Review D 59 043515 (1999)
Дирак П. Воспоминания о необычайной эпохе. М.: Наука, 1990
Дикке Р. Гравитация и Вселенная. М.: Мир, 1972
Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация (в 3-х т.) М.: Мир, 1977
Хунд Ф. История квантовой теории. Киев, 1980
Клайн Б. В поисках. М.: Атомиздат, 1971
Шимони А. (Реальность квантового мира). В мире науки ? 3, 1988
Хорган Дж. (Квантовая философия). В мире науки ? 9-10, 1992
Борн М. Размышления и воспоминания физика. М.: Мир, 1977
Миттон С. Исследование галактик. М.: Мир, 1980
Зельдович Я. Б., Хлопов М. Ю. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1988
Shapiro J. J. Phys. Rev. 119, 1743 (1960)
Вейнберг С. Гравитация и космология. Волгоград: Платон, 2000
Riess A. G. et al. Astron. J. 116, 1009 (1998)
Perlmutter S. et al. Astrophys. J. 517, 565 (1999)
Чернин А. Д. УФН т.171 ? 11, с.1154 (2001)
УФН т.170 ? 4, с.446 (2000)
УФН т.170 ? 6, с.680 (2000)
Фридман В. (Скорость расширения и размеры Вселенной) В мире науки ? 1, 1993
УФН т.171 ? 8, с. 859-866 (2001)
Таблицы физических величин. М.: Атомиздат, 1976
УФН т.167 ? 7, с.796 (1999)
УФН т.169 ? 10, с.1148 (1999)
УФН т.171 ? 3, с.306 (2001)
Phys. Rev. D 63 043007 (2001)
Паули В. Теория относительности. М.: Наука, 1983
Астрофизика, кванты и теория относительности. М.: Мир, 1982
УФН т.169 ? 8, с.916 (1999)
Менский М. Б. УФН т.170 ? 6, с.634 (2000)
Aspect A. Nature (London) 390 189 (1999)
Tittel W. et al. Europhys. Lett. 40 595 (1997)
УФН т.169 ? 1, с.48 (1999)
УФН т.168 ? 10, с.1128 (1998)
Physics News Update, Number 391 http://www.hep.net/documents/newsletters/pnu/pnu.html#RECENT
Pound R., Rebka G. Phys. Rev. Lett. 4 337 (1960); 4 275 (1960); 3 439 (1959)
Pound R., Snider J. Phys. Rev. B 140 788 (1965); Phys. Lett. 13 539 (1964)
Паунд Р. УФН т.72 с.673 (1960)
Окороков В. В. “О противоречивости экспериментов, подтверждающих некото-рые выводы общей теории относительности”. Доклады Академии Наук (Физика) т.378, ? 5, с.617-619 (2001)
Окунь Л. Б., Селиванов К. Г., Телегди В. Л. “Гравитация, фотоны, часы”. УФН т.169, ? 10, с.1141-1147 (1999)
Okun L. B. “A Thought Experiment with Clocks in Static Gravity” Modern Physics Letters A, vol. 15, No. 32, 2007-2009 (2000)
Уилл К. Теория и эксперимент в гравитационной физике. М., 1985
http://www.uni-konstanz.de/quantum-optics/qmet/cores/currentstatus.pdf
Окунь Л. Б. “Понятие массы” УФН т.158, с. 512 (1989)
Окунь Л. Б. УФН т.170, ? 12, с.1366 (2000)
Haefele J., Keating R. Science 117 168, 170 (1972); Vessot R., Levine M. Gen. Rel. Grav. 10 181 (1979); Alley C. et al., in Experimental Gravitation, Proc. Of the Conf. at Pavia (Ed. B. Bertotti) New York: Academic Press, September 1976
http://xxx.lanl.gov astro-ph/9704196
Борн М. Физика в жизни моего поколения. М., 1963
УФН т.167 ? 6, с.688 (1997)
Astrophys. J. Lett. 568 L75 (2000); http://cfa-www.harvard.edu/apjl/
Nature 417 923 (2002)