Текст книги "Теория Вселенной"
Автор книги: Этэрнус
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 7 страниц)
ПОЛЯ И КВАНТЫ
Постепенно, первоначальное представление о полях – дополнилось ещё более сложным, – т. н. квантовым представлением. Обнаружилось, что любое поле – обладает некими т. н. квантами, – которые объясняются, впрочем, довольно просто: кванты – это волны (локального) изменения напряжённости поля, способные распространяться по полю «подобно тому, как океанские волны – распространяются по поверхности океана». Пример: электромагнитные волны (=фотоны) – это кванты =волны, распространяющиеся «по поверхности» электромагнитных полей. Другие виды полей – тоже имеют свои кванты-волны: кванты «сильных» полей – называются мезонами, кванты гравитационных полей – гравитонами, кванты «слабых» полей – т. н. бозоны, и наконец, квантами глюонных полей – являются глюоны. Любые кванты – это волны, распространяющиеся по соответствующим полям. Поля же – были и остаются непрерывными и безграничными полу-субстанциями.
Теория квантов т. о. показала лишь, что каждое поле – «покрыто» соответствующими квантами, подобно тому, как океан – покрыт океанскими волнами. Океан – неспокоен, так же неспокойно и любое поле!
В целом, суть квантов т. о. довольно проста.
Итак, кванты – это явление, неотрывно связанное с тем, или иным, полем, и существующее лишь при наличии поля (также как океанские волны – существуют лишь при наличии океана). Нельзя оторвать океанскую волну от океана, а квант – от поля. Но при этом океан – не состоит из океанских волн, а поле – не состоит из квантов.
Далее: кванты любого вида полей – способны существовать в двух различных состояниях: т. н. видимом, и невидимом. Невидимость – это особое состояние кванта, когда квант – не может быть обнаружен никакими приборами! (ибо обладает т. н. минимально возможной энергией). А кванты в т. н. видимом состоянии – обладают любой энергией большей, чем минимальной, и поэтому легко обнаружимы (приборами). Например, электромагнитные кванты в видимом состоянии (=видимые фотоны) – это ультрафиолетовые, световые, инфракрасные фотоны, а также радиоволны, и др.
Но помимо видимых фотонов, в природе существуют ещё и фотоны, находящиеся в состоянии невидимом, т. е. фотоны, обладающие самой минимальной энергией (и соответственно, не могущие этой энергией ни с чем поделиться, в т. ч. и с измерительными приборами; поэтому эти фотоны – абсолютно невидимы). Невидимые фотоны – играют очень важную и своеобразную роль в природе: они ответственны за осуществление сил электромагнитного притяжения и отталкивания между частицами, т. е. ответственны за действия электромагнитных полей. Разберёмся в этом: считается, что любой электрон – постоянно испускает невидимые фотоны, энергию на постоянное образование которых, электрон черпает непосредственно из вакуума (ибо сам вакуум – обладает энергией, т. к. вакуум – не пустота). Итак, в электромагнитном поле электрона (преимущественно – в области эпицентра) – постоянно образуются электромагнитные волны, обладающие минимальной энергией (=невидимые фотоны) (=невидимые кванты электромагнитного поля), разлетающиеся в разные стороны. И когда такой невидимый фотон – поглощается соседним электроном, то между электронами происходит акт взаимного отталкивания. В то же время, когда сей невидимый фотон – поглощается протоном, то между электроном и протоном происходит, почему-то, взаимное притяжение.
В общем, кванты (=волны в полях) – являются переносчиками взаимодействий (=притяжений и отталкиваний) между частицами. Любые взаимодействия частиц в природе – должны быть опосредованы обменом квантами! Частицы – не способны взаимодействовать непосредственно (ибо все частицы, как уже говорилось, – бесплотны, и не имеют поверхностей).
Далее: рассмотрим подробнее квантовые свойства электромагнитного поля:
Электрический заряд электрона – прямо пропорционален числу невидимых фотонов, постоянно образующихся в электромагнитном поле электрона за единицу времени. Это число, среднестатистически – всегда одинаково (у всех электронов, и у всех протонов, и вообще у всех частиц обладающих электрическим зарядом равным плюс/минус единице).
Постоянный обмен невидимыми фотонами, идущий между электронами – создаёт силу взаимного отталкивания электронов, которая, в свою очередь, приводит к силам взаимного отталкивания молекул в макрообъектах. А из-за взаимного отталкивания молекул – макрообъекты обладают свойством плотности (твёрдости). Камень, например, обладает твёрдостью лишь потому, что когда мы его пытаемся сжать, силы электромагнитного отталкивания между молекулами в камне – начинают резко преобладать над силами электромагнитного притяжения. Эти силы (отталкивания) – и не позволяют нам сжать камень, и т. о. – создают у камня твёрдость.
В общем, свойство плотности (твёрдости) у макрообъектов – существует лишь благодаря силам взаимного отталкивания частиц, которые осуществляются посредством обмена невидимыми квантами. Сами же частицы (и поля, их слагающие), как уже говорилось – бесплотны!
Абсолютную бесплотность частиц – можно доказать и экспериментально: например, электроны, разогнанные в ускорителе – способны свободно проходить сквозь эпицентр протона, как будто протон – прозрачен. А так – и есть на самом деле: Частицы, по современным представлениям – плотностью (твёрдостью) – не обладают. Плотность имеется лишь у макрообъектов, т. е. объектов, сложенных из множества частиц, и возникает она – лишь благодаря силам отталкивания между частицами. А в основе любых сил отталкивания – лежат, в конечном итоге, обмены теми или иными, квантами, между теми, или иными, полями, входящими в состав частиц.
Виды полей, существующие в бесконечной Вселенной – бесконечно разнообразны, но все поля – имеют соответствующие (свои) кванты, обмен которыми – может создавать взаимное отталкивание частиц, или же наоборот, взаимное притяжение. Взаимное отталкивание частиц – лежит в основе свойств плотности (твёрдости) и объёмности макрообъектов. А взаимное притяжение частиц – придаёт макрообъектам прочность на разрыв, а также свойство упругости.
Силы притяжения, связывающие, например, протоны и нейтроны в ядре атома – обусловлены обменом постоянно образующимися квантами «сильных» полей, (=невидимыми мезонами) – создающими прочность ядра атома на разрыв. В видимом состоянии, мезоны получены (и изучены) с помощью ускорителей заряженных частиц: при столкновениях ядер атомов, разогнанных в ускорителе, невидимые мезоны – могут обретать дополнительную энергию – и переходить т. о. в т. н. видимое состояние. Существование видимых мезонов – косвенное доказательство в пользу существования и мезонов невидимых. Подобным образом – доказывается существование невидимых квантов и для остальных известных видов полей.
Как уже говорилось, любой квант (=переносчик взаимодействия) – это волна (локального) изменения напряжённости соответствующего поля, распространяющаяся по (соответствующему) полю с определённой скоростью. Например, электромагнитная волна (=фотон) – это волна, распространяющаяся по безграничному электромагнитному полю со скоростью света. Итак, квант (любой) – это волна. А что такое волна? Любая волна – состоит, в общем-то, из движения: например, волна на поверхности океана – это ни что иное как движение, эстафетно передающееся от одних молекул океанской воды к другим, от других – к третьим, и т. д. В общем, океанская волна – это волновое движение, требующее для своего осуществления – наличия океана. Фотон – тоже является (волновым) движением, и это движение – требует наличия электромагнитного поля, по которому это движение (фотон), как волна, сможет распространяться. Подобным образом – устроены и кванты всех других видов полей. Т. е. любые кванты – это волны, бегущие по соответствующим полям. А сутью любых волн – является движение.
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
Известно, что фотон – ведёт себя порой не только как волна (т. е. движение), но и как своеобразная частица (корпускула). Эта двойственность сути фотона – была названа корпускулярно-волновым дуализмом. В общем, фотон является одновременно и волной, и некоей частицей! Позже было доказано, что такой дуализм – присущ не только фотонам, но и квантам всех остальных известных видов полей (т. е. мезонам, бозонам, и т. д.). Т. о. оказалось, что любые кванты (=волны) – являются, одновременно – частицами!
Ещё удивительней было, когда экспериментально обнаружилось, что корпускулярно-волновой дуализм является присущим также и всем обычным частицам (электронам, протонам, и т. д.), и даже всем макрообъектам! Т. е. все существующие объекты – являются, в глубинной сути своей – волнами! А волны – это движение.
Что же такое движение?: Неотъемлемое свойство всех объектов… или же нечто большее, чем просто свойство? Не будем пока торопиться углубляться в этот вопрос, ибо до подробного рассмотрения сути движения – мы ещё дойдём, позже. (Тогда – и решим в т. ч. загадку корпускулярно-волнового дуализма). Но всему – своё время.
А пока что, на очереди у нас – переход от рассмотрения полей – к рассмотрению следующего из неклассических (материеподобных) оснований. Это – искривлённое пространство-время (предложенное Эйнштейном).
ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ КАК ОСНОВАНИЕ
Эйнштейн – основоположник неклассических представлений о пространстве и времени. Пространство и время – предстали в его теории неразрывно связанными друг с другом в единое и бесконечное, пространство-время. Пространство-время – это полу-субстанция (т. е. бесплотная, но протяжённая), заполняющая собой всю Вселенную. Благодаря таким представлениям, Эйнштейну удалось объяснить в т. ч. и суть полей: поля оказались искривлениями этого всезаполняющего пространства-времени.
Эйнштейн создавал свою теорию в те времена, когда ещё не было подсчитано, что вся энергия и масса частиц – принадлежит не материи, а чисто полям (которые, согласно Эйнштейну – есть искривления пространства-времени). Во времена Эйнштейна (т. е. в начале 20-го века) – всё ещё полагали, что у частиц имеются и материальные сердцевины. В изначальной теории Эйнштейна, поэтому, в объектах полагалось сосуществование одновременно двух оснований: и материи (=материальных сердцевин), и искривлённого пространства-времени. Идея Эйнштейна – такова: материя – раздроблена на материальные сердцевины частиц, которые (т. е. сердцевины) – самим своим присутствием – неизбежно искривляют вокруг себя пространство-время, а образовавшиеся искривления пространства-времени – и есть поля. Материальную сердцевину частицы можно образно сравнить с гирей, положенной на поверхность матраца: гиря, самим своим присутствием – искривляет поверхность матраца вокруг себя. Так – и материальные сердцевины частиц – неизбежно искривляют вокруг себя пространство-время, образуя поля. Поля т. о. – неизбежно окружают материальные сердцевины всех частиц, и существуют в неразрывной связи с ними, образуя частицы. Т. е. все частицы во Вселенной – это материальные сердцевины, окружённые искривлениями пространства-времени (=полями).
Позже, однако, когда обнаружилось, что вся энергия и масса частиц – принадлежит чисто полям (=искривлениям пространства-времени), – для материальных сердцевин т. о. – не осталось места, т. е. не осталось ни энергии, ни массы. Материальные сердцевины частиц, поэтому – пришлось признать несуществующими. В результате, из теории Эйнштейна – материю убрали, и оставили лишь искривлённое пространство-время (как единственное основание), – и получили т. о. современный, актуальный вариант Эйнштейновской теории – т. н. геометродинамику (основную роль в разработке которой – сыграл Дж. Уилер). В геометродинамике, все объекты – представляются состоящими чисто из искривлений пространства-времени (=полей) с совпадающими эпицентрами, + свойств, и не содержат в своём составе т. о. – никакой материи. Непрерывное, бесконечное, многоискривлённое пространство-время – полагается т. о. единственным основанием всех объектов во Вселенной.
Любой объект (например, частица) – это некоторый набор искривлений пространства-времени (=полей), имеющих совпадающие эпицентры. Каждое поле – это своеобразное искривление единого, непрерывного, и бесконечного, пространства-времени Вселенной.
Пространство-время Вселенной – содержит в себе бесконечность всевозможных искривлений (=деформаций) пространства-времени; все искривления – существуют во Вселенной извечно, и собраны в частицы. Никакой материи т. о. нет, а пространство-время – искривлено само по себе, извечно, и является т. о. самодостаточным.
Искривления пространства-времени (и слагающиеся из них, разнообразные частицы) – пребывают в постоянном движении / покое, и слагают макрообъекты (в т. ч. миры).
Искривления – можно образно сравнить с океанскими волнами: океанская волна – это искривление двухмерного пространства (т. е. плоскости поверхности океана), плюс, одновременно, искривление одномерного времени (не будем пока вдаваться в объяснения этому). В итоге, волна на поверхности океана – это: искривление двухмерного пространства + одномерного времени = искривление трёхмерного пространства-времени. Гравитационное же поле – это искривление четырёхмерного пространства-времени (согласно теории Эйнштейна). А для того, чтобы объяснить все остальные известные виды полей, требуется чтобы пространство-время в Мироздании – было, как минимум, одиннадцатимерным (!).
Лишь гравитационное поле, как самое простое – является искривлением пространства-времени в пределах четырёх измерений. Электромагнитное же поле – уже сложнее: оно является искривлением в рамках пяти измерений. Ну а для объяснения остальных известных видов полей (ещё более сложных) – требуется наличие у пространства-времени Мироздания аж целых одиннадцати измерений (семь (или даже восемь) из которых – наглядно не вообразимы).
Одиннадцатимерное искривлённое пространство-время – понятие, конечно, очень странное, не наглядное, и сложное. Но зато все, известные науке, виды полей – получают в нём стройное, и математически точное, объяснение. Поэтому в современной науке, представления об одиннадцатимерности пространства-времени Мироздания, в целом – являются общепринятыми! А число измерений у пространства-времени бесконечной Вселенной, в таком случае – должно быть вообще безграничным.
Далее: Теория Эйнштейна (и геометродинамика) – это учения, раскрывающие не только суть полей (представляя их искривлениями пространства-времени), но и подымающие ещё много разнообразных вопросов и решений, например о таких «вещах» как: гиперпространство и подпространства, изменяемость скорости течения времени, существование континуумов (=замкнутых областей пространства-времени), чёрных дыр, вопрос о непреодолимости скорости света в Мироздании, и т. д. Это всё – касается рассмотрения самой сути пространства, и сути времени, до чего мы ещё дойдём, в своё время – и коснёмся этих вопросов.
Вообще, современные общепринятые представления о Мироздании и о Вселенной – сложны, не наглядны, и очевидно, что это – далеко не окончательные представления, а всего лишь преходящий этап в развитии мысли (неклассический этап). В рамках данной книги, мы дойдём и до совершенно новых представлений, – т. н. постнеклассических. Но это – чуть позже. А пока – разберёмся в ещё одном (последнем) из неклассических оснований:
ЭНЕРГИЯ КАК ОСНОВА ВСЕГО
Идею эту – предложил Оствальд. Идея – такова: все объекты во Вселенной – состоят чисто из энергии, (+ свойств); энергия – это полноценное, материеподобное, основание. Философское учение, выросшее на основе идеи Оствальда (энергетизм), в современном состоянии – не противоречит тому, чтобы сутью полей являлись искривления пространства-времени, но полагает, что сутью и причиной искривлений пространства-времени – является как раз энергия: из энергии – состоит и само пространство, энергия создаёт и течение времени, энергия – и искривляет их. Что же такое энергия? Ответить сложно. Однако начнём разбираться:
Считается, что энергия – существует в двух различных формах, а именно: в форме кинетической энергии, и в форме энергии потенциальной. Энергия, связанная с движением – это кинетическая энергия. А потенциальная энергия – это энергия полей. (Поля (=искривления пространства-времени) – это «сгустки» потенциальной энергии различных уровней). А ещё, из потенциальной энергии – состоит и само пространство-время, =вакуум – который обладает т. н. минимальным уровнем энергии.
Энергия – бесплотна, но протяжённа (т. е. является полу-субстанцией), и вездесуща. Сквозь вакуум – можно свободно перемещаться, не встречая никакого сопротивления – как раз потому, что энергия бесплотна, прозрачна. (А плотность макрообъектов, опять же – обусловлена лишь взаимоотталкиванием частиц (сами же частицы – бесплотны)).
Энергия – распределена в пространстве неравномерно, и образует как бы сгустки (интенсивность «сгущений» – нарастает в направлении эпицентров частиц). Частицы т. о. (и поля, их слагающие) – есть своеобразные, безгранично протяжённые, «как бы сгустки», состоящие из чистой энергии (нарастающей в направлении к эпицентрам частиц).
Далее: рассмотрим теперь, наглядно, каким образом энергия создаёт искривления пространства-времени (ею же и образуемого): например, океанская волна – это искривление двухмерного пространства поверхности океана, – искривление, создаваемое как раз кинетической энергией движения молекул воды в волне. Молекулы в волне – передают это движение эстафетно друг другу; океанская волна т. о. – это (волновое) движение, =кинетическая энергия, и эта кинетическая энергия волны – неизбежно создаёт искривление пространства (двухмерного, в данном случае). Океанская волна, по сути – и есть искривление двухмерного пространства! а искривление это – состоит из кинетической энергии. Тут – что энергия искривляет пространство – наглядно видно. Не удивительно поэтому, что энергия (но уже потенциальная?) – создаёт и все искривления в пространстве-времени одиннадцатимерном (эти искривления – есть, известные науке, поля, из которых в Мироздании – сложены все частицы, а из частиц – состоят макрообъекты). Т. о. видно, что энергия – лежит и в основе частиц, и в основе макрообъектов; энергия образует также и сам вакуум (=пространство-время), и его искривления (=поля)… Энергия, в общем – подлинное, единственное основание всего сущего.
Энергия – есть основание всех объектов во Вселенной. Вселенная – это энергия, – вечная, неуничтожимая, и бесконечная.
Далее: в соответствии со всем известной формулой Эйнштейна Е = mc2, любая энергия – обладает массой. Т. е. вся масса у всякого объекта – определяется энергией, которая лежит в основе существования объекта. Этим также объясняется и тот факт, почему масса у движущегося объекта – всегда больше массы объекта покоящегося (ибо массой – обладает не только потенциальная, но и кинетическая энергия (=энергия движения)). В общем, массой – обладает любая энергия. Масса т. о., для энергии – одно из неотъемлемых свойств.
Далее: рассмотрим теперь следующее: в современной науке – существует понятие элементарных частиц: это – электроны, протоны, мезоны, фотоны, и т. д. Т. е. к элементарным частицам относятся все обычные частицы (электроны, протоны, и др.), и все кванты полей.
Любые элементарные частицы – учёные, в настоящее время – умеют получать искусственно, из чистой энергии: для этого нужно, например, разогнать два протона в ускорителе навстречу друг другу, и столкнуть (протон – не пройдёт сквозь протон из-за мощных сил взаимоотталкивания между эпицентрами протонов). При столкновении, оба протона – сохраняются, а из той кинетической энергии, что теряется протонами при столкновении – рождается россыпь разнообразных элементарных частиц (электронов, позитронов, видимых мезонов, видимых фотонов, а иногда – и новых протонов, и антипротонов, мюонов, гиперонов, и разнообразных других элементарных частиц). Итак, все эти элементарные частицы – образуются тут, как видно, из превращения кинетической энергии, потерянной протонами при столкновении, – в потенциальную энергию этих новообразованных частиц (и полей, их слагающих). Т. о. вполне очевидно, что состоят элементарные частицы – чисто из энергии.
Далее: для элементарных частиц, как считается – характерно отсутствие внутренней структуры (ибо энергия – является сама по себе непрерывной и бесструктурной). Как следствие этого, элементарные частицы – абсолютно неделимы! И это – легко доказуемо экспериментально: не смотря на все старания учёных, ещё ни одну элементарную частицу – не удалось раздробить, т. е. разбить на части. Элементарные частицы т. о. – и вправду неделимы и бесструктурны, и эти свойства можно распространять также и на все частицы во всей бесконечной Вселенной.
Далее: для элементарных частиц, как уже говорилось, помимо неделимости – свойственно и ещё много чего странного и удивительного, в т. ч.: отсутствие внешней (геометрической) формы (электрон, например – вовсе не шарик!), ибо любая элементарная частица – не имеет поверхности, вследствие своей безграничной протяжённости в пространстве. Кроме того, всякая элементарная частица – бесплотна!
В общем, таковы современные (неклассические) представления об элементарных частицах, и о частицах вообще, а через них, в целом – и о Вселенной и Мире… Все эти представления, конечно, странные, весьма сложные, и не наглядные, однако они – общеприняты, и в высокой степени соответствуют действительности. Итак, это представления – неклассические.
Уже появились, впрочем, представления и более продвинутые: т. н. постнеклассические (таковые – будут рассмотрены чуточку позже).
А пока – посмотрим ещё на:
