<<< Раздел  Космология : >>>
  > Описание структуры пространства. Полевой подход Стр. 1

1. Космология            

1.5. Описание структуры пространства. Полевой подход            

          Для описания физической реальности в виде законов необходимо создать теорию, в которой отсутствуют свободные параметры. В такой теории, в частности, должны быть получены все безразмерные константы, характеризующие физический мир. Более того, теория должна доказать единственность таких значений, например, в рамках единственности системы аксиом, опирающихся не столько на эмпирический, сколько на теоретический уровень.
Предполагается, что в фундаментальной теории может быть выделено некоторое количество безразмерных (подлинно независимых) констант, которое никакой теорией не сможет быть уменьшено. Эти константы должны рассматриваться как фиксированные параметры физического мира.
Введем и обоснуем гипотезу, что все взаимодействия являются электромагнитными, а пространство, если в нем есть материальные объекты, – дискретно и расслоено на отдельные поверхности. Точное решение уравнений, совпадающих с экспериментальными данными, возможно только на этих поверхностях. Поэтому правильные решения и достоверные измерения возможны только при совпадении с определенными дискретными значениями, находящимися на соответствующих поверхностях. Промежуточные значения отбрасываются как избыточные.
В работе Капитонова А. Н. и др. "Тороидальное равновесие релятивисткой заряженной среды в собственном поле", используя методы дифференциальной топологии, доказано, что компактное стационарное состояние нелинейной среды в собственном поле в трехмерном пространстве реализуется только на торе, причем токовые и импульсные интегральные поверхности должны быть вложенными тороидами.
Аналогичная ситуация возникает и в синергетических моделях, в случаях, когда из линии формируется кольцо, а из колец формируется тор Они, по существу, явились развитием идей Гельмгольца (1858), который первый показал устойчивость вихревых движений в жидкости и газах.
В настоящее время теория квантовых полей тесно связана с топологией пространства и может быть описана теорией узлов и зацеплений.
Одним из первых, кто предложил использовать теорию узлов в физике, был В. Томсон (Thomson W.) (лорд Кельвин), который выдвинул в 1867 году очень многообещающую и наглядную идею, согласно которой атомы – заузленные вихревые трубки эфира. Напомним, что Фарадей и Максвелл электромагнитные поля также считали вихревыми трубками эфира. А первооткрыватель электрона Дж. Дж. Томсон представлял электрон в виде вихревого кольца. Аргументы в пользу идеи B. Tомсона можно суммировать в следующих трех пунктах:
       1. Устойчивость. Устойчивость вещества можно было бы объяснить устойчивостью узлов (то есть, устойчивостью их топологического типа).
       2. Разнообразие. Многообразие химических элементов можно было бы объяснить разнообразием неэквивалентных узлов.
       3. Спектры. Осцилляциями вихревых трубок можно было бы объяснить спектральные линии атомов.
           С нынешней точки зрения ХХ в. мы могли бы, оглядываясь назад, добавить четвертый пункт.
       4. Трансмутация. Возможность элементов превращаться друг в друга при высоких энергиях взаимодействия можно было бы связать с перестройками узлов, в которых используются разрезания узлов.

 
  Наверх

  > Описание структуры пространства. Полевой подход  (продолжение) Стр. 2

Развивая идеи В. Томсона, будем считать, что электромагнитные поля являются замкнутыми двумерными поверхностями. Тогда такие поверхности можно объединить в виде зацеплений Хопфа. Комбинируя вихревые модели частиц и учитывая, что их отдельные части или оно в целом взаимодействуют между собой и, таким образом, представляют среду с самодействием, то пространство или поля вокруг реальных физических объектов можно представить в виде вложенных торов. Примерная топология пространства вокруг Солнца, формируемая одним атомом Солнца, показана на анимационном рис.1.1. При аддитивном суммировании полей всех атомов Солнца получаем набор вложенных сфер.



Рис.1.1. Топология Солнечной системы 
Опираясь на вышеизложенное, поставим перед собой цель найти в виде безразмерных констант такие параметры физического мира, которые объединяют электромагнитное, гравитационное и сильное взаимодействия. При этом учтем, что электромагнитное и слабое взаимодействие уже объединены.
Используя идеи Бертрана-Эренфеста, введем безразмерные константы в виде значения размерности пространства:
  • нестационарное одномерное ( n S = 1 ) ;
  • стационарные пространства, имеющие замкнутые движения, – двумерное ( n S = 2 )  и трехмерное ( n S = 3 ) ;
  • нестационарное пространство с прямолинейным разомкнутым движением – четырехмерное ( n S = 4 ) .
  • Безусловно, к ряду безразмерных констант следует отнести число    .
         Объединив теорию узлов и дифференциальную топологию можно получить расслоенное пространство, состоящее из вложенных торов с периодом вложения, кратным   –n  n 1 / n 2 = 137, 036 n  n 1 / n 2 , которые, в свою очередь, состоят из дискретных кольцеобразных узлов в виде зацеплений Хопфа, кратных  N = 861 ,  где   n , n 1, n 2 – целые действительные числа, как показано на рис.1.1.
Здесь безразмерную константу  N  назовем поперечным квантовым числом, а безразмерную константу  – продольным квантовым числом. Эти числа вытекают из чисто геометрических соображений их дискретности и расслоенности пространства и справедливы от атомарных до космических размеров. Они связаны следующим простым соотношением:

         
       Это значение совпадает со значением постоянной тонкой структуры   –1 = 137, 0360(2) до последней (седьмой) экспериментально найденной значащей цифры. Следовательно, используя эту формулу, можно уточнить значение постоянной тонкой структуры до любой значащей цифры, определяемой только    , и косвенно входящие в нее значения мировых констант.
Обычно, гравитационные, электрические и магнитные поля описываются векторными полями в виде изолиний. При этом предполагается, что поток векторов через элемент поверхности, например, сферической, охватывающей источник поля, связан с площадью этой поверхности, то есть, 4  r 2. В предлагаемой модели поля представлены не изолиниями, а поверхностями (лепестками), ограниченными замкнутой кривой, например, окружностью. При этом напряженность поля точечного источника будет также иметь квадратичную форму, так как площадь поверхности круга равна  r 2. Взаимодействие двух пробных масс, например Солнца и планеты посредством тороидального поля, показано на рис.1.2.



Рис.1.2. Тороидальные поля 

 
  Наверх

  > Описание структуры пространства. Полевой подход  (продолжение) Стр. 3

В этом случае, гравитационное взаимодействие двух тел можно рассматривать как суммирование гравитационных полей двух частиц, состоящих из двух лепестков. То есть, происходит как бы слипание вместе 4 лепестков, и поэтому сохраняется та же зависимость в 4  r 2. В этом случае, мы естественным путем переходим от сферического изотропного поля к тороидальному анизотропному полю. Для большого количества частиц аддитивное суммирование произвольно расположенных в пространстве анизотропных полей приводит к суммарному сферически изотропному полю. Поэтому законы Ньютона и Кулона оказываются справедливыми только для макрообъектов. Для отдельных элементарных частиц необходимо учитывать их структуру полей и пространственную ориентацию.
Если два тела взаимодействуют между собой посредством поля, то это поле является материальным объектом и, следовательно, оно должно обладать определенной упругостью. Отметим, что здесь не имеется в виду сам вакуум как упругая среда, а только само поле. Тогда уравнения движения упругой среды можно описать широко известным линейным уравнением 2-го порядка для смещений сжатия и сдвига:

         
          где u – вектор смещения поля, F – вектор внешней по отношению к упругой среде силы, ct – скорость распространения поперечной волны, cl – скорость распространения продольной волны упругой среды.

И дополнительно к этому уравнению – уравнением 4-го порядка (бигармоническое уравнение), описывающим изгиб пластины:

         
          где – оператор Лапласа, а – некоторая функция, определяющая изгиб пластины.

Из этого уравнения, как частные случаи, выводятся уравнения Ньютона, Максвелла и основные уравнения механики и гидродинамики. В общем случае, скорости продольной и поперечной волн связаны между собой через коэффициент Пуассона (Poisson S.) :

         
          где для реальной упругой, физически реализуемой среды   0 < 0.5.

Если в упругой среде существует поперечная волна, то в ней всегда  

Отметим, что для сред типа резины или желе коэффициент   0.5. В этом случае, скорость продольной волны многократно превышает скорость поперечной волны. Будем считать поле упругой средой с   0.5, а скорость поперечной волны ct  c ,  где c – скорость света.
В этом случае, векторное произведение скоростей продольной и поперечной волн в плоской упругой среде (поле) определяется неравенством:

           –n cl     +n ct    1 c 2   или    cl  ct    1 c 2 ,
          где – постоянная тонкой структуры, n = 0, 1 ,2, 3, 4,  а 1 – единичный вектор.
Решим эти два уравнения с краевыми условиями, определяемыми движениями волн вдоль поля, имеющего вид плоского диска. Взаимодействующие тела находятся на диаметрально противоположных краях такого диска. Из теории упругости известно, что внутренние напряжения в линейном приближении связаны с внешними силами, которые действуют на однородную круглую пластину для сжатия/растяжения, как 1 / R2, а изгиба пластины – 1 / R3. С помощью такой силы можно описать законы взаимодействия между зарядами и между магнитными диполями. Т.е., Законы Кулона (Coulomb Ch.), Ампера (Ampere A.) и Ньютона вытекают из такой модели естественным образом. Именно по этим круговым слоям происходит распространение волн при условии, что   0.5. Из вышеприведенного следует, что свободная поперечная волна типа электромагнитной не может описать притяжение между объектами – как между зарядами, так и между массами.

 
  Наверх

  > Описание структуры пространства. Полевой подход  (продолжение) Стр. 4

Учитывая вышеизложенное, представим силу взаимодействия между объектами в общем виде:
         

 .
Здесь первый член описывает статическую кулоновскую составляющую силы, а второй член описывает динамическую магнитную компоненту, связанную с движением зарядов. Следовательно, и гравитационному полю должна соответствовать компонента, связанная с движением масс.
Поэтому нельзя рассматривать статическое гравитационное поле без учета относительного движения двух масс, то есть, без учета динамической части. Обычно движение спутника по орбите связывают с кинетической энергией его движения или центробежными силами. Однако центробежную силу можно трактовать как проявление некой "динамической антигравитации".
В астрономии есть очень серьезная проблема. Она заключается в том, что галактики вращаются как твердотельные объекты – связанные коротационные объекты. А уравнения Ньютона и уравнения Эйнштейна не описывают эти движения. Для правильного их описания требуется еще как минимум один интеграл движения. Причем, должно выполняться условие, что скорости гравитационного взаимодействия не вносят искажающего запаздывания. Такой интеграл естественным образом вытекает из последнего уравнения. То есть, к закону "падающего" яблока Ньютона ar –2 добавим закон "летящей" груши br –3 – силы, связанной с относительной скоростью движения объектов.
Из вышесказанного следует, что чем выше относительная скорость двух гравитационно взаимодействующих объектов, тем меньше сила их взаимодействия. Следовательно, для тел, двигающихся в поле центральных сил, понятие центростремительной силы можно выразить через силу отталкивания.
Такое представление гравитации заставляет по-новому решать проблему аномального движения перигелия Меркурия и отклонения света звезд солнцем. Более подробно с этими вопросами можно ознакомиться в интернет-статье "Макроквантовые эффекты в астрономии" [http://www.lanl.gov, physics/0111183 [abs, pdf], Macroquantum Effects in Astronomy].
Таким образом, для описания эффектов аномального движения перигелия Меркурия и отклонения фотонов в поле Солнца можно отказаться от использования ОТО. Отметим, что в отличие от теории Ньютона другие экспериментальные эффекты ОТО не описывает.
Подводя итоги, можно сказать, что взаимодействие гравитационных объектов можно описать волновыми уравнениями для упругих пластин. При этом сила притяжения определяется недисперсионной симметричной продольной волной типа волны Лэмба (Lamb H. 1916). Сила отталкивания описывается дисперсионной асимметричной изгибной волной, аналогичной волне Лэмба. Эти силы взаимно уравновешиваются в узлах стоячих волн Лэмба. В этом и только в этом случае отсутствует обменное взаимодействие между объектами. Именно эти узлы и определяют устойчивые орбиты планет. При отклонении от устойчивой орбиты начинает происходить обменное взаимодействие между объектами в виде бегущих волн, что приводит к диссипации энергии. При таком рассмотрении квантование орбит вытекает естественным образом.
Полное решение волновых дифференциальных уравнений, описывающих гравитационное взаимодействие, будет дано в ближайшей публикации.

 
  > Электромагнетизм и гравитация  (следующая глава) Наверх