Быстрый поиск

Реферат: Новые фундаментальные физические константы

Косинов Николай Васильевич, кандидат технических наук

Проведенные исследования показали, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы непосредственно происходят от перечисленных ниже констант вакуума [5...15].

hu = 7,69558071(63)·10–37 Дж·с.

Gu = 2,56696941(21)·10–45 Н·с2.

Ru = 29,9792458 Ом.

tu = 0,939963701(11)·10–23 с.

lu = 2,817940285(31)·10–15 м.

Установлено, что современные фундаментальные физические постоянные имеют вторичный статус по отношению к найденным константам и представляют собой различные комбинации констант hu, tu, lu и чисел π и α. Константам, входящим в hu-tu-lu-π-α-базис, определен специальный статус – они определены как универсальные суперконстанты [6, 8, 13, 15]. На основе универсальных суперконстант получено новое значение гравитационной постоянной Ньютона, планковских констант и найдена универсальная формула силы. Новые фундаментальные физические константы дают широкие возможности для установления новых физических законов и поиска констант взаимодействия для различных физических законов.

Введение

Физика входит в 21-й век с большим клубком нерешенных проблем. Если в конце 19-го века в физике было «все благополучно» за исключением отрицательных результатов опыта Майкельсона и непонятной зависимости излучения абсолютно черного тела от температуры, то к концу 20-го века физика накопила невиданное количество нерешенных проблем. Наиболее важные из них можно найти в недавно опубликованном В.Л.Гинзбургом списке 1999 года [4].

Если только две проблемы конца 19-го века привели к радикальному изменению ситуации в физике, то клубок нерешенных проблем конца 20-го века способен привести к обвальному пересмотру понимания устройства мира, за которым может последовать перекраивание сложившейся научной картины мира. Обилие неудачных попыток в создании новых физических теорий говорит о том, что правильное стратегическое направление исследований до сих пор не выявлено. Среди нерешенных фундаментальных проблем еще не обозначена та важнейшая проблема, решение которой даст ключ к решению других проблем. Усилия ученых направлены как на теоретические, так и на экспериментальные исследования. Поиск новых подходов активно проводится в области исследования новых физических полей на основе концепции физического вакуума. Для описания новых видов полей и новых взаимодействий необходимо проводить поиск констант взаимодействий. Весьма вероятно, что это должны быть новые еще неизвестные физике константы.

В настоящей работе затронута проблема, которая, на мой взгляд, незаслуженно выпала из поля зрения физиков и до сих пор не была обозначена в числе важнейших фундаментальных проблем. Я имею в виду проблему фундаментальных физических констант. Она должна стоять на первом месте, поскольку именно в ней содержится ключ к решению других проблем физики. Как будет показано ниже на некоторых примерах, эта проблема действительно является ключевой, а ее решение открывает большие возможности для поиска новых физических законов и новых физических констант.

1. Проблема фундаментальных физических констант

Проблема фундаментальных физических констант естественным образом возникла на основе большого количества накопленных результатов исследований в области физики элементарных частиц. Благодаря этому направлению исследований появилось большое количество новых фундаментальных физических постоянных, которые уже выделены в отдельный класс – «атомные и ядерные константы» [1]. Следует отметить, что их количество уже намного превышает количество всех других констант вместе взятых [1]. В общей сложности в физике используются уже сотни физических констант. Список фундаментальных физических констант рекомендованный CODATA 1998 насчитывает около 300 фундаментальных физических констант [1]. То, что количество констант достигло уже нескольких сотен, и все они фундаментальные – явно ненормально. Если к ним подходить как к истинно фундаментальным, то их слишком много. Если исходить из того, что в основе мира лежит единая сущность, и что механические, электрические и гравитационные явления должны иметь единую природу, то для описания всех физических явлений и законов не нужно такое большое количество констант. Если же подходить к понятию фундаментальности по полной мере, то истинной фундаментальностью должны обладать совсем минимальное количество констант, а никак не сотни. Таким образом, существует большое противоречие между минимально необходимым количеством фундаментальных констант и их реальным обилием.

Можно предположить, что известные на сегодня константы являются составными константами и статус фундаментальных они носят лишь в силу исторических особенностей их появления. Тогда возникают вопросы: «из каких новых неприводимых констант они могут состоять и как они связаны между собой?». Если такие первичные константы существуют, то они могли бы претендовать на роль фундаментальных физических суперконстант и заменить собой существующие константы. Существуют ли такие суперконстанты, которые в состоянии заменить такое большое количество столь различных фундаментальных физических констант и сколько их? На эти вопросы в рамках современных знаний ответов пока нет.

Наиболее важные современные физические теории оперируют константами G, h, c в их различных комбинациях [3]. Так, например, теорию тяготения Ньютона можно условно назвать G-теорией [3]. Общая теория относительности является классической (G, c)-теорией. Релятивистская квантовая теория поля является квантовой (h, c)-теорией [3]. Каждая из этих теорий оперирует одной или двумя размерными константами. Открытие планковских единиц длины, массы и времени породили надежду на возможность создания новой квантовой теории на основе трех констант. Однако, попытки создать единую теорию электромагнитных полей, частиц и гравитации на основе трех размерных констант – (G, c, h)-теорию, окончились неудачей. Такой теории до сих пор нет, хотя на ее появление возлагали большие надежды [3]. На G-c-h-базис все еще возлагают надежды как на основополагающую тройку констант для будущей теории. И действительно, многое указывает на то, что трех размерных констант должно быть достаточно для создания единой теории. Ведь неспроста только из трех основных единиц – метра, килограмма и секунды можно получить все производные единицы, имеющие механическую природу. Однако до сих пор неясно, какие три константы должны составить основу будущей непротиворечивой теории? Задача эта оказалась очень сложной. Я считаю, что причины сложности кроются в невыясненной сущности многих фундаментальных констант и в невыясненных истоках их происхождения. Проведенные исследования [5...15] позволяют сказать, что минимальное количество первичных констант, из которых состоят современные фундаментальные физические константы, действительно существует. При этом в минимальный константный базис входят как уже известные физические постоянные, так и новые константы.

2. Константы физического вакуума

При исследовании свойств физического вакуума, из соотношения для плотности энергии получена следующая формула для полной энергии, заключенной в динамическом объекте вакуума [5, 14]:

E = 1/2·q2νπc·10–7. (1)

Это соотношение напоминает по своему виду формулу Планка E=h·ν. Только роль кванта действия выполняет в ней не постоянная Планка, а новая константа:

hu = e2cμ v, (2)

где: μ v – магнитная постоянная вакуума.

Новая физическая константа названа фундаментальным квантом действия [6...10, 13...15]. Ее значение равно [6]:

hu = 7,69558071(63)·10–37 Дж·с.

Из формулы для фундаментального кванта действия (2) следуют еще две новые физические константы:

Gu = hu/c, (3)

Ru = hu/e2. (4)

Значение константы Gu равно [6]:

Gu = 2,56696941(21)·10–45 Н·с2.

Константа Ru получила название фундаментальный квант сопротивления [6]. Ее значение равно [6]:

Ru = 29,9792458 Ом.

Эти три константы hu, Gu, Ru являются основными константами вакуума. Примечательным является то, что они непосредственно следуют из непрерывного поля Максвелла [5, 12, 15].

С константой вакуума Gu связан новый динамический закон, свойственный физическому вакууму. Этот закон имеет вид [6]:

mэ·l = Gu, (5)

где: mэ – электромагнитная масса, l – метрическая характеристика.

Из динамического закона следует, что электромагнитная масса принимает значения от некоторого минимального значения до некоторой предельной величины:

0 < mэ < mmax .

Это приводит к тому, что метрическая характеристика изменяется от некоторого максимального значения до некоторой предельной величины:

lmin < l < ∞ .

Уравнение (5) представляет собой динамический закон, который отображает динамическую симметрию вакуума. D-инвариантность вакуума является новым видом симметрии и отражает наиболее фундаментальное свойство Природы. С D-инвариантностью вакуума связан важнейший закон сохранения, который не нарушается при всех видах взаимодействий.

D-инвариантность вакуума является симметрией более высокого порядка, чем известные на сегодня симметрии. Нарушения симметрии, которые наблюдаются в Природе, вплоть до несохранения CP-инвариантности, не затрагивают D-инвариантность вакуума. Границей D-инвариантности являются фундаментальные константы me и lu, что и отражает динамический закон вакуума. Таким образом, динамическая симетрия вакуума не противоречит идее развития, поскольку D-инвариантность сохраняется и тогда, когда нарушаются другие виды симметрии. В вакууме реализуется реальный физический процесс, обязанный своим существованием динамической симметрии, который приводит к появлению дискретных частиц из непрерывного физического объекта, что в математическом описании представлено как достижение физическими величинами своих предельных квантованных значений [5...14].

Из соотношений (2) и (4) следует, что:

Ru = c μ v, (6)

где: μ v – магнитная константа вакуума.

Из формулы для фундаментального кванта действия (2) следует новая формула для элементарного заряда e:

(7)

В системе СГСЭ соотношение для элементарного заряда примет вид:

(8)

Соотношения (7) и (8) представлены квадратным корнем. Из них непосредственно следует бинарность зарядов, т.е. то, что заряды имеют два знака. Поскольку заряды определяются только константами, то из этих соотношений следует также и квантованность зарядов.

Рассмотривая динамику невещественных объектов вакуума, легко видеть, что первым фиксированным значением энергии, которая соответствует устойчивому физическому объекту, является энергия электрона или позитрона Ee. Тогда значение частоты, которое соответствует этой величине энергии будет равно:

ν = Ee/hu = 1,063870869·1023 Гц.

Отсюда следует четвертая физическая константа вакуума – фундаментальный квант времени:

tu = 0,939963701(11)·10–23 с.

Используя константу скорости света c, получим пятую константу вакуума – фундаментальный квант длины:

lu = 2,817940285(31)·10–15 м.

Отметим, что значение этой константы в точности совпадает с классическим радиусом электрона. Все пять констант вакуума hu, Gu, Ru, tu, lu получены на основе нового подхода к пониманию физической сущности полевых структур. Проведенные исследования этих констант показали, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы непосредственно происходят от констант физического вакуума [6...8, 14]. Приведенные выше основные константы вакуума позволяют получить ряд вторичных констант, которые являются производными константами и также относятся к физическому вакууму.

Константы фундаментальной метрики tu и lu образуют новую константу b, названную фундаментальным ускорением [5]:

b = lu/tu2.

Значение этой константы равно:

b = 3,189404629(36)·1031 м/с2.

Эта константа позволила получить новый закон силы [6, 8, 10, 15]

F = m·b.

Этот закон отражает связь силы с дефектом массы.

Исследования констант вакуума привели к выводу, что для динамических объектов вакуума можно определить константу магнитного момента. Такой магнитный момент был найден в [6]. Он получил название фундаментальный магнетон вакуума. Приводим соотношение для фундаментального магнетона вакуума:

μu = lu (huc)1/2/2π.

Значение этой константы равно:

μu = 2,15418485(11)·10–26 Дж/Тл.

Фундаментальный магнетон μu и магнетон Бора μB связаны между собой следующим соотношением:

μu = μB α/π.

3. Универсальные суперконстанты

В [6, 8...10] получены новые результаты, показывающие, что группа констант вакуума hu, tu, lu совместно с числами π и α, обладает уникальной особенностью. Эта особенность состоит в том, что используемые в физике фундаментальные константы представляют собой различные комбинации перечисленных констант. Таким образом, названные константы вакуума имеют первичный статус и могут выполнять роль онтологического базиса физических констант. Константы, входящие в hu-tu-lu-π-α-базис, названы универсальными суперконстантами [6, 8, 13, 15].

Их значения следующие:

фундаментальный квант действия hu = 7,69558071(63)·10–37 Дж·с;

фундаментальный квант длины lu = 2,817940285(31)·10–15 м;

фундаментальный квант времени tu = 0,939963701(11)·10–23с;

постоянная тонкой структуры α = 7,297352533(27)·10–3;

число π = 3,141592653589...

Константы этой группы позволили выявить совершенно неожиданную всеобщую взаимозависимость и глубокую взаимную связь всех фундаментальных физических констант. Ниже, в качестве примера, показано как некоторые фундаментальные постоянные связаны с универсальными суперконстантами. Для основных констант эти функциональные зависимости оказались следующими:

элементарный заряд: e = f (hu, lu, tu);

масса электрона: me = f (hu, lu, tu);

постоянная Ридберга: R∞ = f (lu, α, π);

гравитационная постоянная: G = f (hu, lu, tu, α, π);

отношение масс протона-электрона: mp/me = f (α, π);

постоянная Хаббла: H = f (tu, α, π);

планковская масса: mpl = f (hu, lu, tu, α, π);

планковская длина: lpl = f (lu, α, π);

планковское время: tpl = f (tu, α, π);

квант магнитного потока: Ф0 = f (hu, lu, tu, α, π);

магнетон Бора: μB = f (hu, lu, tu, α,).

Как видим, между физическими константами существует глобальная связь на фундаментальном уровне. Из приведенных зависимостей видно, что наименее сложными являются константы h, c, R∞, mp/me. Это указывает на то, что эти постоянные наиболее близки к первичным константам, однако сами таковыми не являются. Как видим, константы, которые традиционно носят статус фундаментальных констант, не являются первичными и независимыми постоянными. К первичным и независимым можно отнести только суперконстанты вакуума. Подтверждением этому явилось то, что использование суперконстантного базиса позволило получить все основные фундаментальные физические константы расчетным путем [5...15]. То, что известные сегодня фундаментальные физические константы не имеют статуса первичных и независимых постоянных, а на их основе пытались построить физические теории, и явилось причиной многих проблем физики. Фундаментальные теории невозможно построить на вторичных константах.

Размерные суперконстанты hu, lu, tu определяют физические свойства пространства-времени. Суперконстанты π и α определяют геометрические свойства пространства-времени. Таким образом, подтверждается подход А.Пуанкаре, согласно которому утверждается дополнительность физики и геометрии [16]. Согласно этому подходу в реальных экспериментах мы всегда наблюдаем некую «сумму» физики и геометрии [17]. Группа универсальных суперконстант своим составом подтверждает это.

Страницы: 1, 2