Квантовая механика и теория относительности: и все-таки они вместе!

УДК 539.12.01

Введение: В статье изложена попытка с помощью нескольких базовых положений свести теорию относительности и квантовую механику.

Актуальность: На данный момент физика испытывает остурую необходимость в объединении на тех или иных принципах квантовой механики и теории относительности. Это даст возможность для резкого скачка в исследовании окружающей реальности.

Методологическое обоснование. Скажем просто, многие проблемы науки носят антропоцентрический характер. Мы люди, мы привыкли так делать и думать, и иначе не умеем или не хотим по различным причинам. И таковые причины устранить полностью невозможно, но можно сделать на это коррекцию, если их знать. Как пример, перенос Земли из центра мироздания на его окраину дал существенный прорыв в науке. Ибо если человек центр вселенной и само ее совершенство, и все создано для него, то смысл что-то искать (ты и так центр и все для тебя сделано)? Хотя на самом деле мозг человека создан, что бы управлять телом, и он все меряет относительно этого тела, т.е. мозг по факту своего существования эгоцентричен и не может быть другим.

Одной из проблем современной науки является примат математического подхода. Проблема в том, что математика не оперирует понятиями причина-следствие. Например, ускорение является следствием силы, но в самой формуле (F=m*a) это не отражено, и скорее даже при таком написании может возникнуть иллюзия, что ускорение является причиной возникновения силы. В чем подвох, спросите вы? А в том, что применение математических методов не может дать ответ на то, где и что же было упущено.

Разберем ситуацию. Мы сделали ряд опытов, вывели математическую зависимость. Она имеет предсказательную силу и на основе ее далее делаются другие работы. Но если данный вариант был, лишь частным случаем? Как мы можем узнать это, не поняв того, что является причиной в эксперименте, а что следствием? Может основная причина лежит вообще вне серии экспериментов? Что бы было понятно, возьмем пример из социологии. Например, мы выясняем зависимость между цветом одежды продавца и его эффективностью. И находим такую зависимость, которая подтверждается! Вопрос, а что определяет цвет одежды продавца? Может быть, настроение, может быть мода, может быть еще что-то? Но тогда выходит, что хоть мы и нашли зависимость, но ценность ее сугубо локальна в рамках тех внешних сил, которые мы не смогли или не захотели найти (в примере это ограничение по времени действия данной зависимости). Если кто думает, что в физике не так, то могу дать следующие вводные: практически все эксперименты проводятся в области действия гравитации при движении Земли и т.д. Влияние этих факторов мы не можем полностью спрогнозировать при проведении экспериментов. Или, как было с электролизом воды, частный случай стал общим законом (воспроизводимость эксперимента сильно зависит от качества воды). Да и разве мало таких случаев, когда заявляют, что получены результаты, но воспроизвести их никто не в состоянии (означает ли это подлог или наличие неких неучтенных параметров трудно разобрать). Более того, известно, что часть экспериментов просто подогнали под необходимый результат. Так же бывали случаи ошибок, которые тиражировались последователями (это не проблема примата математики, но тоже проблема). В общем, математические выражения это логика лишенная причинно-следственных связей, и поэтому они требуют более корректного отношения (особенно в силу возрастания стоимости исследований).

Следующая проблема состоит в том, что многие вещи мы считаем само - собой понятными. Редко кто отважится на ревизию базовых знаний, а если и делает это, то с весьма плачевными результатами обычно. Я бы даже сказал так: альтернативная наука зачастую является гипертрофией методологических ошибок современной науки. И если современная наука мне иногда напоминает поиски взаимосвязи (в древние времена) между ударами молний и поведением индивидуума или общества (такую зависимость при желании можно обнаружить, типа Бог наказывает), то альтернативная наука мне больше напоминает рассуждения о количестве ангелов на кончике иглы. С другой стороны, сложно отказаться от всего пласта знаний, который сконцентрирован в научных теориях и формулах. Как выход их этого тупика видится переформулировка знаний, ведь основная проблема этих знаний в том, что возможно там неверно указаны причинно-следственная связь. Попробуем разобраться на примере факта: «солнце встало». На самом деле мы видим лишь движение солнца относительно нас. Кто движется из этого выражения совершенно не понятно, и на самом деле зависит от выбранной системы отсчета. Т.е. мы переходим от интерпретации фактов к самим фактам (к сожалению, научная терминология уже во многом подразумевает под собой определенные причинно-следственные связи или обобщенные определенным образом знания, поэтому принципиально то, что к терминологии лучше прибегать как можно меньше изначально). А далее уже пытаемся их сформулировать так, что бы они давали наименьшее количество вопросов. Ведь в современной науке каждый ответ порождает кучу новых вопросов, а если давать такие ответы, которые отвечают на множество вопросов, т.е. обобщать, то рост сложности самой науки прекратится или останется на приемлемом уровне (где количество новых вопросов будет постоянным, например). И это важный фактор в развитии всего человечества, ведь это позволит ученым (и различным прикладным дисциплинам) оперировать большим количеством знаний и улучшит качество решений. Как не странно, именно математика обладает сухим фактажем, и потому математика дала возможности быстрого роста научных знаний. Но ведь теория это о том, как применять математику?

Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, так что попробуем применить на практике данный подход.

Научная новизна:

Квантовый абсолютизм. Уже который год длиться попытка состыковать теорию относительности и квантовую механику. И все же, что надо сделать для того, что бы их состыковать? Давайте разберем по полочкам, что же не так в этих теориях, что же не дает их сблизить?

1. Как гласит КМ большинство взаимодействий осуществляется с помощью виртуальных и реальных частиц (далее везде под частицами не будут подразумеваться те частицы, которые являются стабильными, т.е. теми, из которых состоит атом, или вещество, которое и осуществляет взаимодействие). Почему бы не предположить, что все частицы? Где наша бритва Оккама, почему мы начинаем выдумывать что-то, когда уже есть хорошо зарекомендовавший себя механизм взаимодействий? Значит так и запишем: все взаимодействия (силы) суть проявление виртуальных и реальных частиц.
2. Скорость всегда ограничена скоростью света. И тут бы хотелось уточнить, скорость чего? Того, что имеет массу или энергию (пусть даже массу сугубо релятивисткую)? И так, что если ряд полей не имеет массы/энергии или она вообще отрицательна (скорее даже последнее для виртуальных частиц, которые и осуществляют взаимодействие)? Тогда на эти поля не накладывается никаких ограничений по скорости взаимодействия и изменения самого поля. Более того, такие поля не порождают волны, они скорее порождают антиволны или направленно поглощают волны, другими словами. Мы с вами где-то встречались с таким явлением? Вообще-то да, это черные дыры, гравитация и законы термодинамики, например. Т.е. тепловое излучение идет лишь в сторону менее нагретого тела и никак иначе.
3. Виртуальные частицы это всегда запутанные частицы (имеют дефект энергии или массы), и никак не наоборот, а все частицы это переносчики взаимодействия. И так, все частицы что-то переносят, и это что-то мы выражаем квантовыми числами. Но это не обязательно, частицы могут переносить импульсы и еще много чего, но это уже будут скорее виртуальными (ибо «реальные» должны переносить, как минимум, энергию). С другой стороны перенос энергии это тоже форма взаимодействия. Но в этом случае при переносе энергии скорость ограничена.
4. На самом деле правильнее было бы говорить, что частицы осуществляющие взаимодействие, не запутанные а связанные, поскольку логично предположить наличие между ними поля с отрицательной энергией, что снимает любые запреты на распространения этого поля. И если частицы у нас связанные, тогда легко устраняется парадокс о скорости взаимосвязи частиц и их свойствах. Ведь в случае их «запутанности» нет никакой возможности «приоткрыть крышку ящика Шрёдингера» [2] без разрушения самой запутанности. А если они связанны то вполне, главное, что бы воздействие на связанные полем частицы не превысило некой величины, которая разрывает само поле (т.е. энергия внесенная в систему связанных фотонов должна быть меньше, чем отрицательная энергия самого поля для «классических запутанных» фотонов).
5. Все ИСО равноправные. Этого не может быть по той же теории относительности. Т.е. если будет замедление времени, а это событие, то оно будет лишь в одной из ИСО, т.е. космонавт не состариться, в отличие от его коллег, не полетевших с околосветовой скоростью. Тут мы плавно переходим к понятию времени. И так, в чем же парадокс и почему вышло замедленнее времени, в чем оно проявляется? И будет ли оно вообще? Будет, и проявляется оно весьма занимательно, но об этом чуть позже. Отсюда мы выводим, что есть некая одна абсолютная система отсчета (АСО), у которой по сравнению с другими СО происходит наибольшее количество событий (самое «медленное» время), а все остальные ИСО по отношению к ней вторичны, и поэтому релятивистское сокращение наполовину выдумка (на какую узнаем).
6. Всякое вещество стремиться в то состояние, где оно наименее подвергается (и соответственно, осуществляет) воздействие. Это, так сказать, закон об энтропии, но на более обобщенном принципе. Проблема в том, что термодинамике (которая по большему счету и породила этот термин) под воздействием на вещество подразумевается передача ему энергии. Но на самом деле это лишь небольшая часть взаимодействия вещества. Можно так же сказать, что в нормальных условиях это будет атом железа (среди атомов), а в не совсем нормальных нейтроны (нейтронные звезды) или атомы с большей (или меньшей) атомной массой, например. Так же энтропию можно распространить и на ряд других случаев. Причина, как видится, очень простая, это стабильность состояния вещества, ведь при осуществлении постоянных взаимодействий вещество не является стабильным. Этим же объясняются фазовые переходы, химические реакции и многое другое. При том, все это ведет к росту дефекта массы и излучению энергии. 

Достаточно ли наших утверждений для того, чтобы свести вместе КМ, ТО и прочее? Давайте попробуем на примерах рассмотреть. И так, гравитация это лишь порождение виртуальных (не переносящих энергию) частиц. Это следует из эквивалентности гравитационной и инерционной массы, что говорит о том, что здесь один и тот же механизм взаимодействия. А поскольку остальные взаимодействия осуществляются виртуальными частицами, то нет смысла делать исключение и для гравитации. Поскольку виртуальные частицы в этом случае связанные, то закон сохранения импульса соблюдается, а пары связанных частиц могут появляться на любом удалении от объекта их породившего. Кстати, почему же эти виртуальные частицы не переносят энергию? Да потому, что энергия их поля, которым они связаны, равна энергии этих самых частиц! Но естественно, что чем дальше от объекта их породившего, тем меньше там будет возникать этих самых связанных виртуальных частиц. Естественно, что вблизи объекта гравитации количество виртуальных частиц, переносчиков гравитации, будет максимально. Запомним это.

Релятивистская масса (оговорюсь, что правильнее было бы назвать это релятивисткой кинетической энергией, с моей точки зрения). Отличие этой массы от других в том, что она векторная. Т.е. масса увеличивается лишь в том направлении, в каком двигается объект. Поскольку релятивистским приростом массы обладают лишь объекты имеющие массу покоя, т.е. материальные объекты которые же и порождают гравитацию, то нужно предположить, что они постоянно производят виртуальные частицы: переносчики гравитационного (и не только, это важно для доказательства) взаимодействия. И так, что же будет при движении в пространстве данного тела? Оказывается что виртуальные частицы, которые появляются в пространстве, а точнее в абсолютной системе отсчета, не могут догнать движущийся объект. Т.е. при приближении к скорости света виртуальные частицы всегда будут отставать, и чем более мы приближаемся к скорости света, тем большее количество виртуальных частиц, которые переносят импульс, будут догонять движущийся материальных объект. Соответственно при попытке остановить объект все виртуальные частицы его догонят и передадут накопленный ими импульс.

Релятивистское замедление времени. И так, чем быстрее движется тело, тем больше за ним следует частиц. Однако есть нюанс, как мы замечали эти частицы есть порождение от виртуальных частиц. Т.е. движущееся тело поглотило одну из этих частиц а вторую, которая за ним следует, не поглотило. А поскольку поле у нас имеет отрицательную энергию, то следовательно куда эта энергия девалась, ведь связь разорвана или эти виртуальные частицы стали связаны теперь непосредственно с самим движущимся телом? Выходит, что так или иначе внутренняя энергия движущегося тела убывает на энергию движущихся за ним частиц (для стороннего наблюдателя находящегося, особенно находящегося в АСО). А что есть внутренняя энергия? Это скорость протекания различных процессов (излучения, распада и прочего)! И это имеет, в том числе, фундаментальный смысл. Ведь если мы предполагаем разгон некого макротела, в котором есть тепловое или иное движение, то выходит, что отдельные его части могут превысить скорость света если само тело лишь подходит к скорости света. Ан нет, тело лишается энергии для этого. Можно сказать, что мы тем самым охлаждаем релятивистское тело до абсолютного нуля или даже может быть ниже, а, следовательно, все процессы которые шли в нем замирают (снижают скорость). С другой стороны это логично, поскольку все взаимодействия, которые были в теле, осуществлялись виртуальными и не очень (с частицами, переносящими энергию, будет так же, как и с виртуальными, но с точностью до наоборот) частицами, которые так же будут реагировать на увеличение скорости, как и гравитационные виртуальные, т.е. мы пришли к тому, что энергия эквивалентна материи!

История болезни одного наблюдателя в физике. Рассмотрим классический пример «дуализма корпускулярно-волновой природы света». Значится у нас фотон проходит без приборов через два отверстия, то это как бы волна, а если мы ставим прибор учета прохождения фотона, то он тут же становится частицей. Что делает прибор? Взаимодействует с фотоном. Что значит взаимодействует? Это значит, что он как-то меняет его и себя. Что еще может взаимодействовать? Да практически все! Вон у нас свет поляризуется или преломляется. Взаимодействие? Да. Но чего же это взаимодействие на самом деле? И так, мы выясняли, что взаимодействует материя друг с другом, а тут еще и фотон? А может это не фотон взаимодействует, а? Может это материя взаимодействует посредством фотона? Т.е. берет пролетающий фотон и считывает передачку (его же испустило такое же материальное тело), а далее добавляет что-то свое и снова отпускает на вольные хлеба.

Но если это верно, то получается, что если атому нечего передавать, то он и не будет взаимодействовать? Ага, все верно получается! На этом принципе работает самофокусировка лазера, т.е. при мощном потоке фотонов среда меняет свой коэффициент преломления, т.е. перестает быть средой, а становится как бы вакуумом. Тут есть классическое и не правильное объяснение, мол, атомы среды перевозбуждаются (электроны, мол, залазят на верхние энергетические уровни и все). Однако данное объяснение не верно, поскольку не наблюдается люминесценции от слова совсем. Т.е. поглощение и испускание фотонов это люминесценция, где атомы действительно возбуждаются светом (и нагреваются в т.ч.).

Отсюда вывод, что замедление света связано с взаимодействием вещества между собой и использование «левых» (или не совсем) фотонов для этих целей. При этом, как нам становится ясно, эти фотоны становятся связанными с данным веществом(энергией связи), а само вещество становится как бы источником излучения.

Примечание: волновые свойства материи будут рассмотрены в следующий раз (в другой статье), но в рамках общей гипотезы квантового абсолютизма.

Строение атома. Атом состоит, в самом простом случае, из электрона и протона. Электрон, как нам рассказывают, служит для испускания фотонов (или обобщенно частиц с нулевой массой покоя). Как мы выяснили, эти частицы, излучаемы электроном, переносят взаимодействие. И так, оказывается, что атом нуждается в электроне для осуществления взаимодействия. Проверяем, если бы было иначе, то нейтрон был бы стабильным. Интересно, что различный распад нейтронов можно объяснить воздействием различных частиц на него (различным взаимодействием), и даже более того, выяснить энергию и частоту взаимодействий [1], тогда как сам нейтрон фактически не создает взаимодействий, либо они весьма специфические, исходя из данной гипотезы. С другой стороны, если на нейтрон ничего не воздействует (или воздействие пренебрежительно мало), то может ли он оставаться стабильным? В условиях Земли мы не сможем провести такой эксперимент, от слова никак. Но можно предположить, что темная материя состоит из нейтронов, которые не взаимодействуют ни с чем (воздействия на них редки или слабы), а сами они не взаимодействуют по причине отсутствия электрона. Чем увлекательна эта концепция, тем, что она не требует «большого взрыва» (ограничиваясь локальными), объясняет наличие водорода как «первичной материи вселенной» и создает полный замкнутый цикл превращений энергия/материя.

И так, атому нужны электроны для передачи взаимодействий. А какие взаимодействия может осуществлять атом, хотя бы «механические»? Это передача импульса (от себя или к себе). Основное взаимодействие между частицами. Ну как бы логично на этом фоне выглядит электронное облако в виде шара с двумя электронами. Далее это передача момента (лево-право + по осям), вроде бы как шесть электронов а облако из-за вращения что-то типа гантели. Логично. Так же логичным выглядит объединение атомов для того, что бы передавать взаимодействия, до картины полного комплекта электронов осуществляющих взаимодействие. Я не настаиваю на такой версии строения атома, но у меня нет других гипотез, а эта выглядит весьма логично и привлекательно. Впрочем, тут есть множество нюансов (плазма и иные формы материи, например), достойных отдельной статьи (а не только базовых понятий новой теории) или книги, которые можно рассмотреть и потом.

Космогоническая теория. И так, мы предположили, что нейтроны не создают гравитации и практически не осуществляют иных видов взаимодействия. Но с точки зрения это идеальная форма вещества, которая обусловлена минимумом взаимодействия. Однако, надо преодолеть энергетический барьер для формирования такого вида вещества. Как мы можем себе представить, из наблюдений за космосом, нейтронные звезды существуют. Следовательно, мы можем предположить, что в самых обычных звездах создаются предпосылки для этого. Что же для этого надо? Отвести наибольшее количество энергии (излучение) или превратить излучение в вещество, тем более, что при всяком переходе к менее энергетическому состоянию необходимо избавиться от излишков энергии. Далее нам понадобиться огромное давление (осуществляемое в конечном итоге гравитацией). Далее попробуем поверхностно промоделировать события.

Где же будет формироваться данное (нейтронное или преднейтронное) вещество? Очевидно там, где для этого наилучшие условия (максимальный отвод энергии, и поскольку вещество тяжелое, то и максимальная сила гравитации). А наилучшие условие у нас по гравитации это в прослойке, располагающейся между центром звезды и ее поверхностью, а лучшие условия по отводу тепла это на поверхности. И так, наше вещество начинает формироваться в этой прослойке и/или под силой тяжести туда сепарируется. Изначально это просто химические элементы с большим порядковым номером, а точнее даже их изотопы с большим количеством нейтронов. По мере горения звезды протоны и электроны частично преобразуются в нейтроны (иначе откуда им взяться вообще?). Вот в таких условиях (при большой силе гравитации) и начинает формироваться средний слой звезды. Проблема в том, что этот слой зачастую не устойчив, он не может равномерно формироваться особенно у звезд с малой массой (типа желтого карлика), а его неравномерность порождает гравитационные аномалии. Что может привести к схлопыванию этого самого слоя с различными не очень хорошими последствиями для звезды (как вариант красный гигант или взрыв сверхновой).

Для звезд с большей массой сценарий несколько иной. Там, например, может сформироваться этот слой полностью. Что же произойдет в этом случае? Значительная часть звезды будет сосредоточена в оболочке меньшей, чем первоначальный размер (надо учесть, что по мере формирования этого слоя сам слой будет опускаться все ниже, из соображений той же силы гравитации), что приведет к ускорению вращения звезды (за счет момента внешнего слоя). Далее внутренность звезды окажется пустотелой, а то, что там было, сконцентрируется в виде одного или нескольких материальных объектов (предположительно железных). Тогда мы будем наблюдать квазар.

Если масса еще больше у звезды либо процесс имел некие особенности (дополнительное внешнее воздействие), то мы будем иметь классическую нейтронную звезду (где внутри отсутствует пустота). Эта классическая нейтронная звезда будет удалять из себя излишки энергии (и пока не удалит, в ней будут присутствовать протоны с электронами, а следовательно гравитационное сжатие). После удаление неких излишек энергии и превращение почти всех протонов и электронов в нейтроны, у звезды собственная гравитация ослабнет настолько, что небольшое воздействие извне приведет к ее распаду. Если это воздействие будет недостаточным для реакции распада нейтронов (особенно цепной), то мы получим облако состоящие из нейтронов. Которое будет постепенно, под действием внешних и внутренних сил разлетаться и превращаться в водород.

Черная дыра это лишь дополнительный шаг по формированию нейтронной звезды. Т.е. по мере превращения энергии в вещество, а протонов и электронов в нейтроны, гравитация будет слабеть, особенно без притока энергии в черную дыру. Потом со временем она ослабнет настолько, что сможет излучать, став нейтронной звездой. Далее мы уже рассматривали цепь событий. Существуют проблема, которая нам не даст зафиксировать превращение черной дыры в нейтронную. Проблема в том, что это превращение возможно лишь в случае отсутствия потоков «извне» (которые нам и позволяют фиксировать черную дыру). Но, с другой стороны, мы могли бы все же зафиксировать неожиданное появление нейтронной звезды. Хотя не скажу, что она будет выглядеть как нейтронная, как только исчезнет горизонт событий. Она будет похожа скорее на молодую зарождающуюся звезду, но с очень большой массой (которую практически невозможно определить). Хотя я думаю, что при должном моделировании можно будет узнать, как именно такая звезда будет выглядеть, и вполне возможно, что мы их уже не раз наблюдали.

Как видим, здесь указан полный цикл превращения материи на основе существующих наблюдений без привлечения странных сущностей в виде большого взрыва и сжатия вселенной. Кроме того, нейтроны в такой интерпретации прекрасно подходят под определение «темной материи».

Выводы: данная гипотеза относительно легко проверяется (например, по наличию дефекта энергии у спутанных частиц) и относительно легко интегрируется в современную физику без кардинального пересмотра базы (является логическим их продолжением). Более того, она позволяет прогнозировать появление спутанных (связанных) частиц переносящих более двух взаимодействий и сверхсветовой связи на основе полей с отрицательной энергией и многое другое. Объясняет и, соответственно, позволяет моделировать сложные процессы (вроде релятивистского замедления времени или черной дыры). А так же данной гипотезой расширяется круг изучаемых задач притом, что сама гипотеза упрощает понимание сложнейших процессов, не вводя дополнительных сущностей.

Заключение: гипотеза имеет большой потенциал развития связанного со свойствами самого пространства, свойства которого на данный момент изучены недостаточно для того, что бы делать обобщения.

Рецензии:

26.02.2016, 23:40 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Автор - умный и достаточно эрудированный человек. Он имеет право на опубликование своих мыслей и гипотез и без нашей рецензии. Не вдаваясь в детали работы, выражу только личное неприятие рецензента относительно ссылок на источники: 1. Их нет в тексте. 2. Их непозволительно мало в списке. 3. Некорректности в их оформлении. 4. Вся гипотеза о фетишизации нейтрона не нова как минимум десятилетия и как минимум десяток работ. "Патентная" чистота адекватности словосочетания "моя гипотеза" всегда должна быть на высоте. К опубликованию рекомендую. А будет ли автор добавлять щепетильности или нет - это его выбор.