Теория физического вакуума в популярном изложении
Шрифт:
Таким образом, в теории вакуума существует глубокая связь между торсионным полем и слабыми взаимодействиями.
3.5. Кризис в спиновой физике и возможный выход из него.
Современная теория элементарных частиц относится к классу индуктивных. Её базой служат экспериментальные данные, полученные с помощью ускорителей. Индуктивные теории по своей природе описательные и их приходится каждый раз подправлять по мере поступления новых данных.
Примерно 40 лет назад в Рочестерском университете были начаты эксперименты по рассеянию поляризованных по спину протонов на поляризованных мишенях, состоящих из протонов. Впоследствии все это направление в теории элементарных частиц получило название спиновая физика.
Рис. 28.
Основной результат, полученный спиновой физикой состоит в том, что при взаимодействиях на малых расстояниях (порядка 10 – 12 см.) спин частиц начинает играть существенную роль. Было установлено, что торсионные (или спин-спиновые) взаимодействия определяют величину и характер сил, действующих между поляризованными частицами (см. рис. 28).
Рис. 29. Суперпотенциальная энергия, полученная из решения уравнений вакуума. Показана зависимость от ориентации спина мишени: а) - взаимодействие протонов и поляризованного ядра при r e/ r N= -2, r N/ r s= 1,5; б) - то же, для нейтронов при r e/ r N= 0, r N/ r s= 1,5. Угол qотсчитывается от спина ядра до радиуса-вектора, проведенного в точку наблюдения.
Характер обнаруженных в эксперименте торсионных взаимодействий нуклонов оказался настолько сложным, что поправки, вносимые в теорию, сделали теорию бессодержательной. Дело дошло до того, что теоретикам недостает идей для того, чтобы описать новые данные эксперимента. Этот «ментальный кризис» теории усугубляется еще и тем, что стоимость эксперимента в спиновой физике растет по мере его усложнения и в настоящее время приблизилась к стоимости ускорителя, что привело к материальному кризису. Следствием такого положения вещей явилось замораживание финансирования строительства новых ускорителей в некоторых странах.
Выход из сложившейся критической ситуации может быть только один - в построении дедуктивной теории элементарных частиц. Именно эту возможность предоставляет нам теория физического вакуума. Решения ее уравнений приводят к потенциалу взаимодействия - суперпотенциалу, который включает в себя:
r g– гравитационный радиус,
r e– электромагнитный радиус,
r N– ядерный радиус и
r s– спиновый радиус,
отвечающие за гравитационные ( r g), электромагнитные ( r e), ядерные ( r N) и спин-торсионные ( r s) взаимодействия.
На рис. 29приведены качественные графики суперпотенциальной энергии, полученные из решения
Из графика видна сильная зависимость взаимодействия частиц от ориентации спинов, что и наблюдается в экспериментах спиновой физики. Конечно, окончательный ответ будет дан тогда, когда будут проведены тщательные исследования, основанные на решениях вакуумных уравнений.
3.6. Скалярное электромагнитное поле и передача электромагнитной энергии по одному проводу.
Уравнения вакуума, как это и положено уравнениям единой теории поля, переходят в известные физические уравнения в различных частных случаях. Если мы ограничимся рассмотрением слабых электромагнитных полей и движением зарядов с не слишком большими скоростями, то из уравнения вакуума (B.1) последуют уравнения, подобные уравнениям электродинамики Максвелла. Под слабыми полями в данном случае понимаются такие электромагнитные поля, напряженность которых удовлетворяет неравенству Е, Н << 10 – 16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >> 10 – 13 см. от элементарных частиц, т.е. на таких расстояниях, где действие ядерных и слабых взаимодействий становится незначительным. Можно считать, что в нашей повседневной жизни мы всегда имеем дело со слабыми электромагнитными полями. С другой стороны, движение частиц с не слишком большими скоростями означает, что энергии заряженных частиц не слишком велики и, из-за недостатка энергии, они не вступают, например, в ядерные реакции.
Если ограничится случаем, когда заряды частиц постоянны ( е = const), то слабые электромагнитные поля в теории вакуума описываются векторным потенциалом (так же, как и в элекгродинамике Максвелла), через который определяются шесть независимых компонент электромагнитного поля: три компоненты электрического поля Е и три компоненты магнитного поля Н.
В общем случае потенциал электромагнитного поля в вакуумной электродинамике оказывается симметричным тензором второго ранга, что порождает дополнительные компоненты у электромагнитного поля. Точное решение уравнений вакуумной электродинамики для зарядов, у которых е № const, предсказывает существование нового скалярного электромагнитного поля вида:
S = - de(t) / rc dt
где r– расстояние от заряда до точки наблюдения, с– скорость света, e(t)– переменный заряд.
В обычной электродинамике такое скалярное поле отсутствует из-за того, что потенциал в ней является вектором. Если заряженная частица едвижется со скоростью Vи попадает в скалярное электромагнитное поле S, то на нее действует сила F S:
F S= eSV = - е [de(t) / rc dt] V
Поскольку движение зарядов представляет собой электрический ток, то это означает, что скалярное поле и порожденная эти полем сила должны обнаружить себя в экспериментах с токами.
Приведенные выше формулы были получены в предположении, что заряды частиц меняются со временем и, казалось бы, не имеют отношения к реальным явлениям, поскольку заряды элементарных частиц постоянны. Тем не менее, эти формулы вполне применимы к системе, состоящей из большого количества постоянных зарядов, когда число этих зарядов меняется во времени. Эксперименты такого рода проводил Никола Тесла в начале 20-го века. Для исследования электродинамических систем с переменным зарядом Тесла использовал заряженную сферу (см. рис.29 а). При разрядке сферы на землю вокруг сферы возникало скалярное поле S. Кроме того, и по одному проводнику протекал ток I, не подчиняющийся законам Кирхгофа, поскольку цепь оказывалась незамкнутой. Одновременно на проводник действовала сила F S, направленная вдоль проводника (в отличие от обычных магнитных сил, действующих перпендикулярно току).