Дополнение
На своей страничке в Дзене собрался было выложить свой опус 1986 года «Начала термодинамики, частица материи, вселенная», как неожиданно получил интересную статью от своего читателя с названием «Аз и Буки для науки». Автора зовут Виктор Морозов. Статья Морозова оказалась в некой перекличке с моим опусом многолетней давности. Автор статьи, в сущности, предлагает пересмотреть представление о так называемой покоящейся математической точке, от которой, как от печки, начинают танцевать и в математике, и в физике. Якобы пространство наше, по нашим представлениям, состоит из этих покоящихся математических точек, что в корне неверно. В природе нет покоя, бытие материи есть движение: движение – абсолютно, покой – относителен. Что тут сказать?! Верно! Но не надо валить всё в одну кучу. Математическое пространство и математическая точка – это одно, а структура реального физического пространства – это совершенно другое! Морозов предлагает ввести, вместо пространства неподвижных точек, представление о подвижном математическом пространстве, гиперпространстве, где элементы пространства были бы в постоянном движении, в динамике. Вместе с тем автор, вместо единицы измерения секунды, предлагает ввести представление о мгновении, мол, без этого картина будет не полной. Написал Виктору Морозову такой ответ: «Виктор, подвижное пространство («гиперпространство») – есть в физике, и давно! Это – пространство скоростей Максвелла. Правда, тут речь идёт о термодинамике, где Максвелл ввёл представление о пространстве скоростей молекулярного движения. От скоростей молекул, естественно, зависят температура, давление и объём газовой среды. Квантовая теория как бы не допускает понятие «скорость» к движению элементов среды физического вакуума, потому что нет траектории движения этих элементов, не определена сама природа этих элементов, характер их динамики. Мне же думается, что понятие «пространство скоростей» применимо и в квантовой теории. Только тут надо определиться именно с природой элементов квантовой среды и с характером их динамики. С другой стороны, релятивистская теория ввела пространство скоростей через введение релятивистского инварианта ds^2. Это значит, что для каждой точки пространства вселенной справедлив этот интервал, и не только в потенции, но и реально. Имеет место динамика, скорость, где пространство и время соединены неразрывно. То есть, Ваше «математическое гиперпространство», повторяю, есть в физике давно, и используется весьма успешно. Вот только задача в том, как гармонично и непротиворечиво его вписать в квантовую теорию...».
Этот ответ Виктору Морозову я мог бы развить. Ведь даже само открытие в 2012 году на БАКе бозона Хиггса (продольная колебательная динамика Хиггса) убедительно доказывает, что реальное физическое пространство – динамически активная среда, полная энергии движения (хиггсовский конденсат). Именно эта неисчезающая динамика элементов среды создаёт колоссальное давление в среде. Даже сама частица протон есть радиальная колебательная динамика среды со своим волновым полем («дыхание вакуума»). Когда такие протоны собираются в большие массы, в тела, то создают вокруг себя градиент давлений и плотностей среды, их разность. Об этом поле изменённой плотности и давления среды вокруг массивного тела можно сказать языком термодинамики: «горячий» вакуум. Не потому, что здесь скорости колебаний среды больше, нет, а потому что плотность, интенсивность этих колебаний на единицу объёма больше. И чем массивнее тело, тем вакуум вокруг тела «горячее». А вокруг чёрных дыр вакуум вообще «кипит», так «кипит», что даже свет не может покинуть её пределы. Есть и «холодный» вакуум! «Холодный» вакуум – в пространстве между галактиками космоса. Но плотность и давление среды здесь максимальны, как и
полагается «морозной» среде.
Мой опус 1986 года «Начала термодинамики, частица материи, вселенная» как раз об этом. О том, что представление о пространстве скоростей Максвелла можно применить и к среде физического пространства (вакуума), только с поправкой: здесь изменяются не скорости, а плотности скоростей на единицу объёма. Плотности скоростей и создают градиенты давлений и плотностей среды вокруг массивных тел, что, собственно, и есть гравитационное поле. Хочется ещё раз сказать о том, что опус был написан в 1986 году, давно. Кое-что изменилось в моих взглядах, вижу теперь свои ошибки, заблуждения. Но в главном, смею думать, идея верна.
Борис Гуляев
02.12.2022г.
НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ, ЧАСТИЦА МАТЕРИИ, ВСЕЛЕННАЯ
Сложность отношений между первым и вторым началом термодинамики вот уже многие десятилетия довлеет над нашим естествознанием. Первое начало термодинамики утверждает сохранение энергии во вселенной. Второе начало гласит о необратимом рассеянии энергии в пространстве вселенной. Первое начало, по-видимому, будет справедливым, если рассеянная энергия соберется где-то в некоторой точке пространства вселенной и начнёт «функционировать» вновь. Но кто соберёт эту энергию, где найдутся силы, способные сделать это? В комнатных условиях гипотеза Максвелла о маленьких существах, способных сортировать молекулы по их скоростям, выглядела ещё более или менее «допустимой», но в масштабах вселенной «демонам» Максвелла такая задача была бы не по плечу.
Людвиг Больцман видел решение этой задачи в статистическом подходе к интерпретации второго начала термодинамики. Иначе говоря, необратимый процесс возрастания энтропии есть следствие стремления всех процессов во вселенной прийти к наиболее вероятному, устойчивому положению, и этим положением является молекулярный хаос, когда, в заключение долгого пути эволюции материи, все скорости движения огромного множества молекул смешиваются и в результате получают некую усреднённую величину. Однако, по мнению Больцмана, во вселенной существуют процессы, идущие с уменьшением энтропии. Эти процессы связаны с явлениями флуктуации плотности в однородной молекулярной среде, способными в итоге привести к конденсации твёрдого вещества. После очередного круга эволюции материи, когда образовалась однородная молекулярная среда, заполняющая пространство вселенной, в некоторых частях этой среды могут происходить уплотнения или разрежения, то есть самопроизвольные нарушения однородности, изменения плотности среды в сторону сжатия или расширения. Уплотнившиеся части среды сохраняют некоторым образом своё состояние и продолжают, благодаря силам тяготения, неудержимо нарастать в размерах, подобно снежному кому. В итоге образуются тела, которые через определенное время, в результате ядерных реакций в их недрах, воссияют множеством солнц. Таким путём будет положено начало новому кругу эволюции материи. И так без конца.
Гипотеза Больцмана красива, но маловероятна. Здесь сомнительным выглядит то предположение, что рассеянная в пространстве материя, благодаря незначительным флуктуациям плотности, может привести к образованию тел, тем более что плотность такой газовой среды была бы чрезвычайно мала. Однако во взглядах Больцмана есть одно рациональное зерно, которое с успехом может быть использовано в качестве аналогии при попытке объяснить с иных позиций кажущуюся противоречивость между первым и вторым началами термодинамики. Это зерно заключается в представлениях о самопроизвольных флуктуациях плотности. Но об этом ниже.
В качестве антиэнтропийного явления, обусловливающего устойчивость и вечность нашего мира и устраняющего, следовательно, сложность отношений между началами термодинамики, некоторые учёные предлагали рассматривать органическую жизнь, и главным образом – жизнь мыслящих существ, людей. В противовес природе, все процессы которой необратимы и стремятся к равновесию и, в конечном итоге, к молекулярному хаосу, жизнь людей, их деятельность выступают как организующее начало мира, если не останавливающее рост энтропии во вселенной, то хотя бы замедляющее этот рост, а значит, замедляющее движение природы к самоуничтожению, к термодинамическому равновесию. Что ж, весьма лестно для человечества. Но обольщаться особо не стоит. Задумаемся только о масштабах вселенной и о масштабах органической жизни в ней, задумаемся о «передаточном механизме», который предполагается здесь между деятельностью людей, с одной стороны, и движением космических тел, их эволюцией, с другой, задумаемся и поймём, что подобные представления не выдержат даже небольшого давления критики. Здесь нужно что-то иное, попроще и понадёжнее.
Через всю историю естествознания, начиная от представлений древних натурфилософов Пифагора и Аристотеля и кончая последними работами немецкого физика Вернера Гейзенберга, проходит мысль о существовании некой праматерии – начале и единственной причине всех вещей и явлений мира. Праматерия одновременно обладает свойствами прерывности и непрерывности. Будучи непрерывной, она охватывает всю вселенную, все формы существования материи. Дискретные свойства праматерии указывают на то, что она слагается из неделимых элементов. Движение и взаимодействие этих неделимых элементов порождает всё богатство и разнообразие мира. Следовательно, атом и праматерия – не различные физические сущности. Атом, а вернее, частицы материи, из которых состоит атом, суть своеобразные движения праматерии. Что представляют собой эти движения?
Основным свойством предполагаемой праматерии является её способность взаимодействовать с самой собой, иначе, самодействие. Самодействие обусловливается следующей примечательной особенностью: изменение состояния неделимых частиц, образующих среду, иначе говоря, деформация положения, сопровождается энергетическими изменениями. При прекращении действия деформирующих сил частица не сразу вернётся к своему первоначальному положению, а лишь по окончании колебательного движения, которое она здесь приобретёт. Подобное поведение частиц очень хорошо может быть проиллюстрировано с помощью механической системы из двух тел, закрепленных на концах одной пружины. Деформация системы, то есть сближение или разведение тел, вызовет по окончании действия сил колебательный процесс, частота которого будет зависеть от упругости пружины, а длительность – от величины деформации, иначе, амплитуды. Точно так же ведут себя две соседние частицы праматерии. Движение частицы описывается нелинейным уравнением, включающим в себя некую «силовую» функцию. Частица движется как бы в пределах «потенциальной ямы», выйти из которой ей мешают упругие силы, возникающие при сближении или удалении частиц. Чем дальше расходятся частицы, тем больше становится стягивающая сила, чем ближе они сходятся, тем больше отталкивающая сила. Частицы праматерии не имеют механической массы и не являются твёрдыми крупицами, они взаимопроникаемы, хотя и находятся в определенной точке пространства.
Частица, по существу, бесконечна, но и локальна, дискретна. Такое сочетание непрерывности и дискретности делают праматерию уникальной, ни на что не похожей средой, обладающей удивительными возможностями. Одна из таких возможностей заключается в способности частиц изменять амплитуду колебания вплоть до бесконечных величин. Как бы ни была велика деформирующая сила, сближающая две частицы, они всё равно никогда не сблизятся вплотную. Длительность колебаний, следовательно, также меняется в соответствии с величиной амплитуды, то есть в бесконечном диапазоне.
Самодействие праматерии, таким образом, обусловливается взаимодействием частиц среды, изменение расстояния между которыми сопровождается энергетическими изменениями. Изменение расстояния между частицами происходит в прямом,иначе,в продольном направлении, следовательно, и колебания частиц будут происходить в продольном направлении. Если же мы перенесёмся в трёхмерное пространство и рассмотрим колебания частиц в трёхмерной среде, то мы обнаружим, что имеем, по сути, колебания плотности. Речь снова зашла о флуктуациях плотности, использованных однажды Больцманом. Но теперь речь идет о флуктуациях плотности не на молекулярном уровне, как у Больцмана, а на ином, более глубоком уровне, связанном с существованием плотной материальной среды, заполняющей всё бесконечное пространство вселенной, среды, на языке современной физики именуемой субквантовой.
Молекулярное движение – это лишь один вид движения материи и к тому же не столь фундаментальный. Строить же картину представлений о мироздании на основе только молекулярного движения совершенно неправомерно. Именно из таких попыток и вытекает кажущаяся противоречивость между первым и вторым началами термодинамики. Энергия движения молекул действительно не может сохраняться постоянно, она перераспределяется между другим множеством молекул, стремясь приобрести некую среднюю величину.
Здесь не сохраняется энергия молекулярного движения, но независимо от этого сохраняется энергия колебательного движения праматерии, которой обязаны существованием частицы материи, слагающие атомы и молекулы. Следовательно, здесь, наряду с сохранением энергии, сохраняется и количество вещества. Отсюда ясно видна неразрывная общность законов сохранения энергии и вещества. Общее количество данного колебательного движения праматерии во вселенной постоянно, следовательно, постоянна и величина энергии, заключенная в этом движении, постоянно количество вещества.
Как и всякое свободное колебательное движение, колебания плотности праматерии подвержены затуханию. Затухания колебаний среды происходят с некоторым постоянным значением декремента. Однако это правило справедливо до тех пор, пока амплитуда деформации частиц праматерии имеет определенную конечную величину. Но как только, согласно сказанному выше, амплитуда достигнет бесконечной величины, длительность колебаний частиц приобретает бесконечную продолжительность. Подобная величина амплитуды имеет место лишь в одной точке вселенной, а именно в центре её. Здесь, в центре вселенной, средоточие всех законов сохранения, неисчерпаемый источник движения, начало всех начал. Центр вселенной справедливо рассматривать как первочастицу, дающую начало всему огромному множеству других частиц, но уже с амплитудами значительно меньшими. И это естественно, так как ветвящаяся, сложная структура вселенной порождается благодаря дроблению больших амплитуд на меньшие.
Атомы в том виде, в котором они нам известны, образуются, по-видимому, не сразу, а лишь на определенном расстоянии от центра. Конденсация вещества – сначала на газовом уровне, а затем переход в жидкую фазу – происходит также на известном удалении, только уже гораздо большем. В конечном итоге амплитуды частиц материи уменьшаются до минимума, и частицы, как возбуждения плотности праматерии, перестают существовать, хотя количество их к этому времени достигает колоссальной величины. Но движение материи, эволюция вещества во вселенной не прекращаются ни на миг, подобно волнам, набегающим на берег, где сначала крутая волна, приближаясь к берегу, становится всё меньше и меньше и, наконец, гаснет, но за ней чередой идут другие. И так без конца.
Нам сейчас не так важно знать подробности о строении вселенной, нам важно убедиться в реальности существования продольных колебаний плотности праматерии, иначе, субквантовой среды, в реальности изложенных представлений на природу праматерии и частиц вещества. Можно ли найти поддержку своим взглядам в теориях и идеях других учёных?
Косвенным подтверждением правильности изложенных идей может служить последняя крупная работа немецкого физика Вернера Гейзенберга «Объединённая нелинейная спинорная теория поля». Гейзенберг полностью разделяет гипотезу Аристотеля и Пифагора о существовании единой праматерии – начале и единственной причине всех вещей и явлений мира. В качестве праматерии в его теории выступает единое физическое поле, а в качестве неделимой частицы праматерии – спинор. «Самодействие» спиноров, т. е. их взаимодействие в некоторой точке поля, обусловливает существование известных нам частиц: нуклонов, пионов, мезонов, различие между которыми лишь в степени возбуждения спиноров. Таким образом, исходным элементом картины мира, по мнению Гейзенберга, является не частица, характеризующаяся неизменным значением собственной массы, а возбуждение поля, вызванное его «самодействием». Почему теория называется нелинейной, должно быть понятно из характера движения спиноров.
Теории Гейзенберга, как мне думается, не хватает наглядности в изложении природы взаимодействий спиноров. Как они происходят и что представляют собой эти взаимодействия – можно только догадываться. Механизм «самодействия», приведённый выше, есть исключительно моё предположение. Но согласился бы с такой трактовкой «самодействия» Гейзенберг или нет, сказать сейчас трудно.
Прямым подтверждением нашей точки зрения на природу частиц материи является теория двойного решения Луи де Бройля, включая сюда же его скрытую термодинамику и теорию скрытых переменных Бома – Вижье. А также здесь необходимо было бы сослаться на работы Эрвина Шрёдингера по волновой механике и Поля Дирака о релятивистском электроне, где мы найдём ещё ряд прямых и косвенных указаний на волновую, колебательную природу частиц материи.
Я не буду подробно останавливаться на названных теориях, т. к. это заняло бы слишком много времени и места. Кто же заинтересуется, тот сам сможет найти изложение упомянутых работ, и убедиться в нашей правоте или неправоте.
В качестве аргумента в пользу существования продольных колебаний плотности праматерии, иначе, субквантовой среды, здесь следует сказать о скалярных полях, введённых в теорию элементарных частиц в начале семидесятых годов. Природа скалярных полей, по мнению теоретиков, сильно напоминает природу звукового поля, либо поля температур и давлений. Скалярное поле не выделяет никакого направления действия сил в пространстве как, скажем, электрическое поле, в любой точке оно выглядит совершенно одинаково и для покоящегося и для движущегося наблюдателя. В этом смысле постоянное скалярное поле неотличимо от обычного состояния вакуума, и по этой причине такие поля долгое время не вызывали у теоретиков большого интереса.
В заключение мне бы хотелось высказать предположение о роли и месте фундаментальной константы – постоянной Планка в картине нашего мироздания. Я думаю, что величина постоянной Планка тесным образом связана с декрементом затухания колебаний плотности субквантовой среды. Может показаться, что такое заключение о роли постоянной ниоткуда строго не следует. Это так. Но размышляя над этим, я не находил ей более достойного места.
1986 г.