Реферат: Новые фундаментальные физические константы
4. Новое значение константы G
Зависимость константы G от первичных суперконстант указывает на то, что эту важнейшую постоянную можно получить посредством математических расчетов. Как известно, сама форма закона всемирного тяготения Ньютона – прямая пропорциональность силы массам и обратная пропорциональность квадрату расстояния, проверена с гораздо большей точностью, чем точность определения гравитационной постоянной G. Поэтому, основное ограничение на точное определение гравитационных сил накладывает константа G. Кроме того, со времен Ньютона остается открытым вопрос о природе гравитации и о сущности самой гравитационной постоянной G. Эта константа определена экспериментально. Науке пока неизвестно существует ли аналитическое соотношение для определения гравитационной константы. Науке также не была известна связь между постоянной G и другими фундаментальными физическими константами. В теоретической физике эту важнейшую постоянную пытаются использовать совместно с постоянной Планка и скоростью света для создания квантовой теории гравитации и для разработки единых теорий. Поэтому, вопросы о первичности и независимости константы G, а также необходимость знать ее точное значение, выходят на первый план.
Численное значение G было определено впервые английским физиком Г.Кавендишем в 1798г. на крутильных весах путем измерения силы притяжения между двумя шарами.
Современное значение константы G, рекомендуемое CODATA 1998 [1]:
G = 6,673(10)·10–11 м3кг–1с–2.
Из всех универсальных физических постоянных точность в определении G является самой низкой. Среднеквадратическая погрешность для G на несколько порядков превышает погрешность других констант.
Совершенно неожиданным оказалось то, что G может быть выражена посредством электромагнитных констант. Это становится важным, так как точность констант электромагнетизма намного больше точности постоянной G.
Открытая группа универсальных суперконстант, имеющих первичный статус, и выявленная глобальная связь фундаментальных констант позволили получить математические формулы для вычисления гравитационной постоянной G [6, 9, 10, 15]. Таких формул оказалось несколько. В качестве подтверждения этому, ниже приведены 9 эквивалентных формул:
Из приведенных формул видно, что константа G выражается с помощью других фундаментальных констант очень компактными и красивыми соотношениями. При этом, все формулы для гравитационной константы сохраняют когерентность. В числе физических постоянных, с помощью которых представлена гравитационная константа, находятся такие константы как фундаментальный квант hu, скорость света c, постоянная тонкой структуры α, постоянная Планка h, число π, фундаментальная метрика пространства-времени (lu, tu), элементарная масса me, элементарный заряд e, большое число Дирака D0, энергия покоя электрона Ee, планковские единицы длины lpl, массы mpl, времени tpl, постоянная Хаббла H, константа Ридберга R∞. Это указывает на единую сущность электромагнетизма и гравитации и на наличие фундаментального единства у всех физических констант. Из приведенных формул видно, что связь между электромагнетизмом и гравитацией действительно существует и проявляется даже на уровне гравитационной константы G.
Теперь, по прошествии 200 лет после первого измерения G, появилась возможность на основе полученных формул вычислить ее точное значение, используя константы электромагнетизма. Поскольку точность в определении констант электромагнетизма высокая, то точность гравитационной постоянной можно приблизить к точности электромагнитных констант. Все приведенные выше формулы дают новое значение G, которое по точности почти на пять порядков (!) выше известного на сегодня значения. Новое значение G вместо четырех цифр содержит 9 цифр [6, 9, 10, 15]:
G = 6,67286742(94)·10–11 м3кг–1с–2.
С помощью универсальных суперконстант удалось получить новые формулы для планковских констант [6, 8, 9, 15]:
На основе этих формул получены новые значения планковских констант:
mpl = 2,17666772(25)·10–8 кг.
lpl = 1,616081388(51)·10–35 м.
tpl = 5,39066726(17)·10–44 с.
Эти новые значения планковских констант по точности почти на пять порядков точнее известных на сегодня значений [1].
Универсальные суперконстанты позволили получить новое точное значение параметра Хаббла:
H = 53,98561(87) (км/с)/Мпс.
5. Фундаментальная константа силы
Особенности констант физического вакуума привели к выводу, что силы взаимодействия также должны выражаться через константы вакуума. Покажем это. Из закона Кулона для взаимодействующих элементарных зарядов следует:
F = e2/l 2.
На основании формулы (8) представим это соотношение следующим образом:
F = huc/l 2 = huν2/c.
Значение hu/c с учетом формулы (3) будет равно Gu. Исходя из этого, получим соотношение для закона универсального взаимодействия [5...15]:
F = Gu·ν2.
Для предельного значения метрики из закона универсального взаимодействия получим следующее соотношение для константы силы:
Fu = hu/lutu.
Эта новая физическая константа названа фундаментальной константой силы. Ее значение равно:
Fu = 29,0535047(31) Н.
Она является универсальной константой силы для всех известных на сегодня видов взаимодействий. Как показано в [6, 9, 10, 13], эта константа присутствует не только в законе Кулона, но и в законах Ньютона, в законе Галилея, в законе Ампера и в законе всемирного тяготения.
6. Универсальная формула силы
Поиск единого взаимодействия, сводящего воедино четыре фундаментальных взаимодействия, – одна из сложнейших нерешенных задач физики. Современные попытки объединения сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного взаимодействий основаны на поиске условий, при которых константы взаимодействий совпадают по своим величинам. Считается, если существует такая единая константа, то объединение взаимодействий возможно. Однако такой подход пока не привел к обнадеживающим результатам. Не раскрыта взаимосвязь четырех фундаментальных взаимодействий, не ясны истоки их появления.
Я считаю, что решение проблемы единого взаимодействия нужно искать на другом направлении.
Вместо поиска условий, при которых константы взаимодействий могут совпадать, целесообразно исследовать генезис фундаментальных взаимодействий и вести поиск новой константы единого взаимодействия. Есть все основания полагать, что такая константа существует. Единство фундаментальных физических констант указывает на существование единства у электромагнитных и гравитационных сил. В частности, к решению этой проблемы может подтолкнуть выяснение следующего вопроса. Почему так схожи по своему виду формулы законов Кулона и всемирного тяготения Ньютона? Столь разные взаимодействия оказались такими похожими в математическом представлении формулы силы. В одном – заряды, в другом – массы, но формулы одинаковы. Что скрывается за этим поразительным сходством? Есть несколько путей решения этой проблемы. Первый путь состоит в том, чтобы выяснить какая существует связь между массой и зарядом. Практически это означает, что необходимо вести поиск ответа на вопрос: существует ли электромагнитная масса и что это такое? Второй путь состоит в выяснении сущности гравитационной константы G. Возможно, что и в ней скрыта связь между электричеством и гравитацией. Третий путь основан на предположении о том, что и закон Кулона, и закон Ньютона являются фрагментами какого-то универсального фундаментального закона силы. Если это сходство не случайно, то должен существовать единый закон силы, который лишь проявляется для электричества как закон Кулона, а для гравитации – как закон Ньютона. Как показано в [6, 9, 10, 15] единый закон силы действительно существует. Закон Кулона и законы Ньютона действительно являются его частными проявлениями. Используя универсальные суперконстанты, у нас представилась возможность не просто выявить сходство в форме записи у этих законов, а установить их связь на фундаментальном уровне. На основе суперконстант удалось получить новую формулу силы, которая названа универсальной формулой силы [6, 10, 15]. Она имеет следующий вид:
F = (hu/lu·tu)·(N1·N2/N32).
В универсальную формулу силы входят суперконстанты hu, lu, tu и безразмерные коэффициенты N1, N2, N3. Коэффициенты N1 и N2 единым образом представляют или отношения взаимодействующих масс к элементарной массе, или отношение зарядов к элементарным зарядам, или отношение токов к элементарному току. Коэффициент N3 представляет собой отношение длины к фундаментальному кванту длины. Универсальная формула силы превращается в формулу F=ma при N1 = m/me, N2 = 1/lu, N3 = 1/lu:
F = (hu/lu tu) (N1·N2/N32) = ma.
Универсальная формула силы превращается в формулу закона Кулона при N1 = q1/e, N2 = q2/e, N3 = 1/lu:
F = (hu/lu·tu) (N1·N2/N32) = q1 q2/l 2.
В универсальной формуле силы первый сомножитель представляет собой новую физическую константу, имеющую размерность силы. Это есть фундаментальная константа силы Fu, полученная выше.
Соотношение для этой константы определяется исключительно размерными суперконстантами вакуума.
При N1 = m1/me, N2 = m2/me, N3 = 1/lu и при замене фундаментального кванта действия hu на гравитационный квант действия hg = hu/D0 универсальная формула силы превращается в следующую формулу:
F = (hg/lu·tu)(N1·N2/N32) = (hu·lu/tu·me2D0)·(m1·m2/l 2).
Комбинация констант в первом сомножителе в правой части соотношения в точности совпадает с формулой для вычисления гравитационной константы G:
hu·lu/tu·me2D0 = G.
Таким образом, универсальная формула силы превращается в формулу закона всемирного тяготения:
F = (hg/lu·tu)·(N1·N2/N32) = G·m1·m2/l 2.
В этой формуле физическая константа, имеющая размерность силы, определяется аналогично фундаментальной константе силы. Соотношение для этой константы имеет вид:
Fug = hg /lu·tu.
Ее значение равно 6,9731134·10–42·Н.
Тот факт, что и законы механики, и закон гравитации, и закон электростатики выражаются единой формулой – универсальной формулой силы, указывает на единую природу всех взаимодействий. Такая связь выявлена с законом Ньютона, законом Галилея, законом Кулона и даже с законом Ампера для взаимодействующих проводников с током.
Исследования показали, что из универсальной формулы силы следуют два новых закона [6, 7, 9, 10]:
F = mb и F = Guν2.
Формула F = mb определяет связь силы с дефектом массы. Константой в этой формуле является фундаментальное ускорение b = 3,189404629(36)·1031м/с2 [6, 7]. Формула F = Guν2 представляет новое универсальное взаимодействие [6,7, 9, 10]. Константой в этой формуле является новая физическая постоянная вакуума Gu = 2,56696941(21)·10–45Н·с2. В [6,7, 9, 10] показано, что из закона универсального взаимодействия непосредственно следуют и закон Кулона и закон всемирного тяготения Ньютона и закон Ампера.
По генетической связи все взаимодействия можно расположить в такой последовательности: универсальное, электромагнитное, сильное, слабое, гравитационное. Как видим, корни всех взаимодействий следует искать в универсальном взаимодействии. Это пятое взаимодействие характерно для физического вакуума и не связано с взаимодействием каких бы то ни было частиц, в том числе частиц вещества. В то же время, из него проистекают законы относящиеся к взаимодействиям частиц.
Универсальная формула силы показывает, что значения электрических, магнитных, механических и гравитационных сил зависят не столько от абсолютных значений масс, зарядов, токов и расстояний, сколько от их соотношения с фундаментальными константами – массой электрона, элементарным зарядом, элементарным током и фундаментальным квантом длины. Это указывает на необходимость нового подхода к пониманию сущности фундаментальных взаимодействий.
Таким образом, причина поразительного сходства формул в законах Кулона и всемирного тяготения Ньютона проистекает от фундаментального единства сил инерции, гравитации и электромагнетизма. Это единство сил удалось установить на основе выявленного фундаментального единства физических констант и найденных новых физических постоянных.
7. Выводы
Получены новые фундаментальные физические константы hu, Gu, Ru, tu, lu, относящиеся к физическому вакууму. Выявлена группа констант, которым определен специальный статус универсальных суперконстант. С помощью универсальных суперконстант, которые являются константами вакуума, можно представить все законы и формулы классической и квантовой физики, а также все фундаментальные константы, в том числе постоянную Планка h и гравитационную постоянную G. Группа, состоящая из пяти универсальных суперконстант hu, tu, lu, π, α, позволяет описывать физические законы, относящиеся как к полю, так и к веществу. Известные на сегодня фундаментальные физические постоянные имеют вторичный статус по отношению к найденным универсальным суперконстантам вакуума. Открытие группы из пяти независимых универсальных суперконстант, которых совершенно достаточно для получения других физических констант, указывает на глубокую взаимосвязь констант различной природы. Найденные новые фундаментальные константы открывают перспективное направление для выявления новых физических законов и для поиска новых констант взаимодействий.
Список литературы
PeterJ.Mohr and BarryN.Taylor. «CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998»; NIST Physics Laboratory. Constants in the category «All constants»; Reviews of Modern Physics, (2000), v.72, No.2.
D.C.Cole and H.E.Puthoff, «Extracting Energy and Heat from the Vacuum», Phys. Rev. E, v.48, No.2, 1993.
Ю.И.Манин. Математика и физика. М.:«Знание», 1979.
В.Л.Гинзбург. «Какие области физики и астрофизики представляются важными и интересными». УФН, №4, т.169, 1999.
Н.В.Косинов. «Электродинамика физического вакуума». Физический вакуум и природа, №1, 1999.
Н.В.Косинов. «Физический вакуум и гравитация». Физический вакуум и природа, №4, 2000.
Н.В.Косинов. «Законы унитронной теории физического вакуума и новые фундаментальные физические константы». Физический вакуум и природа, №3, 2000.
N.Kosinov. «Five Fundamental Constants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas». Physical Vacuum and Nature, №4, 2000.
Н.В.Косинов. «Пять универсальных физических констант, лежащих в основе всех фундаментальных rонстант, законов и формул физики». Шестая Международная конференция «Современные проблемы естествознания». Программа и тезисы. С-Петербург, август, 2000г.
Н.В.Косинов. «Разгадка причин поразительного сходства формул законов Кулона и всемирного тяготения Ньютона». Шестая Международная конференция «Современные проблемы естествознания». Программа и тезисы. С-Петербург, август, 2000г.
Н.В.Косинов. «Эманация вещества вакуумом и проблема структурогенеза». Идея, №2, 1994.
Н.В.Косинов. «Энергия вакуума». Энергия будущего века, №1, 1998.
Н.В.Косинов. «Универсальные физические суперконстанты».
Н.В.Косинов. «Новая фундаментальная физическая константа, лежащая в основе постоянной Планка».
N.V.Kosinov, Z.N.Kosinova. «Tie of Gravitational Constant G and Planck Constanth». 51st International Astronautical Congress 2...6 Oct. 2000 / Rio de Janeiro, Brazil.
A. Пуанкаре. Наука и гипотеза. A. Пуанкаре. О науке. М., 1983.
В.А.Фирсов. «Философско-методологический анализ проблемы единства физики в концепции калибровочных полей». Философия науки, №1(3), 1997.
