Теперь, когда мы выяснили, что вместо потенциальной энергии работает энергия гравитационного поля, а вместо кинетической энергии существует энергия физического вакуума, настало время разобраться с этими понятиями: вакуумом и полем. А также необходимо понять, как именно вакуум и поле взаимодействуют с веществом. Потому что лишь после выяснения главных особенностей взаимодействия этих трёх субстанций друг с другом можно надеяться, что нам удастся разработать промышленные технологии свободной энергетики. Начнём с вакуума.

В науке под словом «вакуум» понимают две совершенно разные вещи. И чтобы не путаться в понятиях, часто добавляют то или иное прилагательное. Технический вакуум - это отсутствие воздуха или его пониженное давление. Физический вакуум - это своеобразный фундамент, на котором покоится и эволюционирует Вселенная. В настоящей статье под «вакуумом» будет подразумеваться всегда второе понятие, хотя добавление «физический» может часто опускаться. Дать абсолютно точное исчерпывающее понятие физвакууму в принципе невозможно, потому что физвакуум - это некий аналог материи. Но можно постараться определить эту субстанцию через его свойства. Я делаю это следующим образом: физвакуум - это особая среда, формирующая пространство Вселенной, имеющая огромную энергию, участвующая во всех процессах и видимым проявлением которой является наш материальный мир, но она не видима нами по причине отсутствия у нас нужных органов чувств и потому кажется нам пустотой. У тех физиков, кто занимается квантовой механикой и элементарными частицами, никаких сомнений в реальности физвакуума нет, так как его существование подтверждается такими хорошо известными явлениями, как эффект Казимира, эффект Лэмба, уменьшение эффективного заряда быстро движущегося электрона, квантовое испарение чёрных дыр и т.д. Официально считается, что физвакуум обладает минимально возможной энергией, поэтому извлечь из него энергию и преобразовать её в полезную работу невозможно. Однако при этом не учитывается, что в физвакууме всегда имеют место флуктуации, энергия которых оказывается намного выше среднего уровня. Вот за счёт этих флуктуаций мы сможем превратить вакуум в источник неограниченной энергии. Также официально считается, что физвакуум проявляет себя лишь на уровне микромира, а на уровне макромира он себя проявить не может. Однако эффект Казимира и предсказанное Стивеном Хокингом испарение чёрных дыр свидетельствуют об обратном.

Моё мнение по этому поводу следующее: все теоретические споры о формах и возможностях проявления физвакуума следует отложить на будущее, когда мы будем разбираться в этих вопросах намного лучше, а сегодня необходимо исходить только из фактов. Факты же показывают, что энергию извлекать из вакуума можно (см. предыдущую статью «Парадоксы энергии»). Но если продолжать оставаться на официальных позициях о невозможности извлечения энергии, тогда для объяснения приведённых в предыдущей статье энергетических парадоксов придётся идти на нарушение закона сохранения энергии. При этом оказывается, что физвакуум работает на всех мыслимых уровнях: микроуровне (элементарные частицы), макроуровне (наши железки и аппараты) и мегауровне (планеты, звёзды, галактики).

К сожалению, идея физического вакуума используется в основном в квантовой механике и теории элементарных частиц, а также немного в астрофизике, но в других разделах физики она почти не известна. По этой причине многие физические феномены остаются необъяснёнными или объясняются совершенно неправильно. Например, инерция. Что такое инерция - до сих пор не ясно. И ни в одном справочнике или учебнике физики мы не найдём определения данному явлению. Более того, существование инерции вступает в противоречие с третьим законом механики (действие равно противодействию). Согласно этому закону, когда некий объект действует на другой с некоторой силой, всегда возникает новая сила, направленная противоположно от второго объекта к первому: сила тяжести лежащего на основании предмета и противоположно направленная сила реакции основания, сила притяжения электрона к источнику электромагнитного поля и противоположно направленная сила притяжения поля к электрону и т.д. А вот для инерции такой противосилы не существует. Когда автобус резко тормозит, возникает сила инерции и мы под её действием падаем вперёд, но при этом никакой противосилы найти не удаётся. По этой причине иногда инерционные силы пытаются объявить иллюзорными, фиктивными. Однако если сторонник такой точки зрения в резко тормознувшем автобусе набьёт себе большую шишку на голове, насколько эта шишка будет иллюзорна и фиктивна?

Если же предположить, что инерция является сопротивлением физического вакуума, все противоречия и неясности исчезают. Можно предложить хорошую аналогию между инерцией и сопротивлением корабля в воде. Когда корабль рассекает водную среду, он деформирует её и заставляет отдельные объёмы воды двигаться в сторону, то есть прилагает к этим объёмам вполне определённую силу. Как следствие, возникает противосила, которая стремится остановить корабль, чтобы исключить всякую деформацию водной среды. Мы наблюдаем эту противосилу в форме трения. При этом неважно, как именно движется корабль - ускоренно, равномерно, замедленно - но отбрасываемый им в сторону объём воды движется всегда ускоренно, поэтому работа над ним всегда производится и сила сопротивления возникает всегда в полном соответствии с законами механики.

Очень похожая картина возникает при инерции. Когда мы сидим в автомобиле и давим на педаль газа, мы движемся ускоренно и деформируем физвакуум своим неравномерным движением. А он в ответ создаёт силы противодействия в форме инерции, которые тянут нас назад, чтобы нас остановить и тем самым исключить вносимую в вакуум деформацию. Для преодоления сопротивления вакуума приходится выполнять значительную работу, что проявляется в повышенном расходе топлива. Последующее равномерное движение не деформирует физвакуум и он сопротивления не оказывает, поэтому расход топлива оказывается заметно ниже. Торможение автомобиля снова деформирует вакуум и он снова создает силы сопротивления в форме инерции, которые тянут нас вперёд, чтобы оставить в состоянии равномерного прямолинейного движения и тем самым исключить появление новой деформации. Но на этот раз уже не мы совершаем работу над вакуумом, а он над нами и отдаёт нам свою энергию, которая выделяется в форме тепла в тормозных колодках автомобиля.

Однако есть и отличия между сопротивлением корабля в воде и появлением инерции в ускоряющемся автомобиле. Вода не может пройти сквозь корпус корабля и потому она всегда отбрасывается кораблем в сторону. Следовательно, и трение корабля в воде существует также всегда. А вот физвакуум корпусом автомобиля в сторону не отбрасывается, а свободно проходит сквозь него, поэтому взаимодействовать с содержимым автомобиля может лишь при его неравномерном движении.

Такое ускоренно-равномерно-замедленное движение автомобиля является не чем иным, как единичным тактом колебательного движения большой амплитуды и низкой частоты. На стадии ускорения предмета над вакуумом производится работа и ему передаётся некоторая энергия Е1. На стадии замедления уже вакуум производит работу над предметом и отдаёт ему энергию Е2. Одинаковы ли эти энергии? Если вакуум не обладает собственной энергией, то одинаковы. Но так как он обладает собственным громаднейшим потенциалом, отданная энергия Е2 может оказаться больше принятой энергии Е1. Насколько больше - зависит от условий ускорения и торможения. Подбирая правильные условия, мы может добиться того, чтобы вторая энергия оказалась намного больше первой. И тогда мы получаем возможность построить самый настоящий вечный двигатель 2го рода на вакуумной энергии. В статье "Парадоксы энергии" я писал об этом, приводя примеры столкновения болванки с мишенью.

Движение по окружности также является неравномерным. Хотя численное значение скорости при таком движении может не меняться, зато постоянно меняется положение вектора скорости в пространстве. По этой причине вращательное движение предмета также деформирует физвакуум, а он в ответ реагирует на это созданием центробежной силы, которая всегда направлена так, чтобы распрямить траекторию вращения и сделать её прямолинейной, в этом случае всякая деформация исчезает. По третьему закону механики не только физвакуум действует на вращающийся предмет центробежной силой, но и предмет действует на вакуум центростремительной силой. Под действием центростремительных сил вакуум устремляется с периферии предмета к его оси вращения, здесь отдельные потоки сталкиваются друг с другом, разворачиваются на 90 градусов (разворачиваются по той же самой причиной, почему разворачиваются две сталкивающиеся водные струи) и вылетают вдоль оси вращения с обеих сторон. Но если предмет вращается равномерно, не меняя своей скорости, тогда эти вылетающие из него вакуумные потоки также движутся почти равномерно. И потому практически не взаимодействуют с материальными объектами. Хотя из-за наличия окружающей вакуумной среды эти потоки слегка тормозятся и потому некоторое взаимодействие всё же происходит, но оно настолько слабо, что обнаружить его можно лишь сверхчувствительными приборами. Например, с помощью так называемой вертушки Лебедева, представляющей из себя лёгкую турбинку с лопастями, одна сторона которых выполнена зеркальной, а другая окрашена в чёрный цвет.

В прошлом физвакуум называли эфиром. Считалось, что эфир отвечает за распространение световых волн. Однако как ни пытались американские физики Майкельсон и Морли зафиксировать наличие эфира в своих экспериментах, успеха они не добились. На основании отрицательного результата данного эксперимента учёные того времени объявили эфир не существующим, а Альберт Эйнштейн создал свою специальную теорию относительности (СТО). Но когда через десять лет он приступил к созданию общей теории относительности (ОТО), он снова заговорил об эфире. Однако джин уже был выпущен из бутылки и общее мнение об отсутствии эфира осталось непоколебленным.

Тем не менее, нашлись еретики от науки, которые не согласились с общим мнением и продолжали считать эфир реально существующим. Одним из них был знаменитый физик и инженер Никола Тесла. Во всех своих построениях и гипотезах он исходил из идеи эфира. Этим и объясняются его невероятные успехи, многие из которых даже сегодня никто повторить не может. Другим еретиком был английский физик Поль Дирак, который математически обосновал идею некой всепроникающей среды, ответственной за рождение элементарных частиц, и существование которой следовало с железной необходимостью из некоторых эффектов квантовой физики. За что впоследствии он был удостоен Нобелевской премии и перестал считаться еретиком. Но так как старое название «эфир» было скомпрометировано, пришлось искать новое название. Вот так и появилось понятие физического вакуума. Если сегодня спросить об эфире и физвакууме учёного, полностью стоящего на официальных позициях, он ответит, что эфира не бывает, зато физвакуум существует.

Но обратим внимание вот на какую вещь: в самом общем смысле эфир и физвакуум являются одним и тем же. Действительно, что такое эфир? Это некая всепроникающая среда, которая отвечает за распространение световых волн. А что такое физвакуум? Это некая всепроникающая среда, которая отвечает за рождение элементарных частиц. И в том, и в другом случае наиболее общим в данных определениях является постулирование всепроникающей среды. А распространение света и рождение элементарных частиц - это уже свойства данной среды. Маловероятно, что имеются две совершенно разных всепроникающих среды, имеющих разные свойства. Для меня это равносильно заявлению, что существуют две совершенно разных разновидности железа, одна из которых отвечает только за свойства теплопроводности, а другая - только за свойства упругости. Более вероятным кажется ситуация, когда эта всепроникающая среда отвечает и за перенос световых лучей, и за рождение элементарных частиц, и за многое иное.

Но почему же Майкельсон и Морли потерпели неудачу в своих попытках фиксации эфира? Ответ оказывается элементарно прост. Потому что в полном соответствии с законами физики эфир лишь тогда взаимодействует с материальными предметами и потому поддаётся обнаружению (точнее, не с самим предметами, а с создаваемыми ими полями), когда его движение относительно предметов является неравномерным. Но при равномерном движении или его отсутствии взаимодействия не происходит и физвакуум оказывается принципиально не наблюдаем. В эксперименте Майкельсона-Морли измерительная установка покоилась относительно планеты. А эфир или физвакуум, обладая определённой массой и гравитацией, притягивается к Земле и создаёт вокруг неё оболочку повышенной плотности, которая перемещается в пространстве вместе с планетой как единое целое. То есть эта оболочка также оказывается неподвижной относительно планеты. Иными словами, эфир и измерительная установка у американских физиков были неподвижны относительно друг друга. Естественно, что они потерпели неудачу в своих попытках.

Для того чтобы зафиксировать наличие эфира, надо либо сам эфир заставить двигаться неравномерно относительно измерительной установки, либо установку двигать неравномерно относительно неподвижного эфира. И такой опыт проделал французский физик Саньяк в 1912 году. Его установка состояла из четырёх зеркал, установленных в углах правильного квадрата, причём вся эта конструкция вращалась с некоторой скоростью v. Предполагалось, что для луча света, движущегося в направлении вращения, скорость будет составлять c = c0+v, а для луча, летящего в противоположном направлении, она окажется равной c = c0-v. И эти лучи при сложении нарисуют нужную интерференционную картинку. Саньяк всегда получал устойчивый положительный результат. Если бы этот эксперимент был выполнен до того, как Майкельсон и Морли приступили к своим опытам, он мог бы служить блестящим доказательством в пользу существования эфира. Но он был выполнен намного позже, когда физики в массе своей уверовали, будто эфира не бывает. Поэтому Саньяк признания у физиков не нашёл. А через два года разразилась мировая война и внимание общественности переключилось на иные проблемы. В итоге о результатах Саньяка просто забыли.

Какова внутренняя структура эфира-физвакуума, из чего он состоит? Ещё до второй мировой войны физики проделали такой опыт. Они пропускали гамма-кванты через тонкую свинцовую мишень и замеряли рассеяние квантов на атомах свинца. В большинстве случаев гамма-излучение отклонялось атомами в стороны, но иногда физики фиксировали вылет из мишени пары электрон+позитрон. Наличие электрона можно было объяснить его выбиванием из атома свинца. Но откуда брался позитрон, ведь в атомах его нет? Этот эффект тогда объяснили через преобразование гамма-излучения в пару частица-античастица. Сегодня мы можем дать иное более правильное объяснение: из-за высокой плотности свинца (и значит, повышенной напряженности создаваемой мишенью собственного гравитационного поля) физвакуум стягивается внутрь мишени и здесь его плотность становится выше, чем в окружающем пространстве, а потому растёт вероятность взаимодействия гамма-излучения с квантами вакуума. Взаимодействуя с вакуумом, гамма-излучение разбивает его кванты на осколки, которые мы воспринимаем в форме частицы и античастицы. Поэтому можно сказать так: мы не знаем в точности, из чего состоит физвакуум или эфир, но чисто условно можно представлять его структуру, как вложенные друг в друга частицы и античастицы. А от такого представления остаётся всего один шаг до постановки простого эксперимента по обнаружению эфира и постройки генератора, извлекающего из эфира энергию.

Может оказаться, что феномен «тёмной материи», о котором сегодня спорят астрофизики, также обусловлен эфиром-физвакуумом. По крайней мере, чисто теоретически получается, что похожий эффект должен иметь место. Когда эфир-физвакуум стягивается к космическому объекту его гравитацией, здесь он образует оболочку повышенной плотности, а вдали от объекта плотность физвакуума становится несколько меньше. Происходит то, что я называю возникновением мегафлуктуации вакуума. Как следствие, отдаленные предметы (планеты вокруг Солнца или галактические рукава вокруг галактического центра) начинают притягиваться к центральному объекту не только его собственной гравитацией, но также гравитацией созданной мегафлуктуации. Внешне это будет проявляться как возникновение дополнительной невидимой массы. И в Солнечной системе подобный эффект, похоже, действует. Я имею в виду аномально высокое торможение американских космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер», которые, начиная с пересечения орбиты Нептуна, вдруг стали тормозиться заметно сильнее, чем это допускалось расчётами. Если такое торможение обусловлено утечками топлива или иной чисто технической причиной, тогда торможение было бы различным для разных аппаратов. Но оно одинаково для всех. Следовательно, оно обусловлено некоторой внешней причиной, не связанной с самим аппаратами. Если эфирная мегафлуктуация Солнца кончается на уровне орбиты Нептуна, тогда выйдя за её пределы, американские аппараты стали притягиваться к Солнцу не только его массой, но также массой данной мегафлуктуации.

Нам осталось совсем немного - выяснить, что же такое гравитационное поле? Моя гипотеза такова: любое поле - это та или иная разновидность деформации физвакуума. Если физвакуум состоит из некоторых квантов (вложенные друг в друга частица+античастица), то вполне вероятно, что эти кванты затем соединяются в нити, составляющие пространство. А любую нить можно деформировать четырьмя различными способами: 1)нить можно растянуть, создав продольную деформацию; 2)нить можно изогнуть, создав поперечную деформацию; 3)нить можно закрутить, создав крутильную деформацию; 4)можно изменить взаимное расположение составляющих квантов, не изменяя положение нити в целом. Поперечной деформации должно соответствовать электромагнитное поле (вспомним, что такое электромагнитное излучение - это волна, которая колеблется в поперечном к вектору скорости направлении). Крутильной деформации должно соответствовать новое, так называемое торсионное поле, вокруг которого в последнее время идут жаркие баталии. И тогда продольной деформации должно соответствовать гравитационное поле. А четвертому виду деформации должны соответствовать резонансные колебания. Если я прав в своих предположениях, тогда существуют четыре основных способа извлечения энергии из физвакуума, соответствующие четырём основным видам деформации через три поля и резонанс. Обо всех этих способах я буду писать по отдельной статье.

1.Загадка природы физического вакуума.

Стимулом стойкого интереса к физическому вакууму является надежда ученых на то, что он откроет доступ к океану экологически чистой вакуумной энергии. Очевидно, что эти надежды не беспочвенны. В рамках квантовой электродинамики теория указывает на реальность существования в физическом вакууме “океана” энергии. Плотность энергии вакуума W определяется соотношением:

где: h – постоянная Планка, a – коэффициент, ν – частота.

Отсюда следует, что энергия вакуума может быть очень большой. Однако, вследствие высокой симметрии вакуума, непосредственный доступ к этой энергии весьма затруднителен. В результате, находясь, по существу, среди океана энергии, человечество вынуждено пользоваться только традиционными способами ее получения, основанными на сжигании природных энергоносителей. Тем не менее, при нарушении симметрии вакуума доступ к океану энергии возможен. Поэтому внимание исследователей привлекают новые физические эффекты и феномены в надежде на то, что они позволят заставить физический вакуум “работать”.

При достижении критического уровня возбуждения физический вакуум порождает элементарные частицы – электроны и позитроны. Поэтому многих исследователей интересует способность вакуума генерировать электроэнергию. Эффект Казимира указывает на возможность извлечения механической энергии из вакуума. Достижению реальных результатов, в плане практического использования энергии физического вакуума, мешает отсутствие понимания его природы. Загадка природы физического вакуума остается одной из серьезных нерешенных проблем фундаментальной физики.

По современным представлениям в основе всех физических явлений лежат квантованные поля. Вакуумное состояние является основным состоянием любого квантованного поля. Отсюда следует, что физический вакуум является самым фундаментальным видом физической реальности. В настоящее время преобладает концепция, в рамках которой считается, что вещество происходит из физического вакуума и его свойства проистекают из свойств физического вакуума. Я.Б.Зельдович исследовал даже более амбициозную проблему – происхождение всей Вселенной из вакуума. Он показал, что твердо установленные законы Природы при этом не нарушаются. Строго выполняются закон сохранения электрического заряда и закон сохранения энергии. Единственный закон, который не выполняется при рождении Вселенной из вакуума – это закон сохранения барионного заряда. Остается непонятным, куда подевалось огромное количество антивещества, которое должно было появиться из физического вакуума. Поэтому решение проблемы физического вакуума представляет интерес, как для фундаментальной науки, так и для прикладных исследований. Несмотря на большой интерес к нему, физический вакуум по-прежнему остается загадочным объектом, которому, тем не менее, наука определяет наиболее фундаментальный статус.

2. Философские проблемы вакуума.

Ученые считают физический вакуум особым состоянием материи, претендующим на первооснову мира. В ряде философских концепций в качестве основы мира рассматривается “ничто”, или “содержательная пустота”. При этом подразумевается, что именно “относительное ничто”, лишенное конкретных свойств и ограничений, присущих обычным физическим объектам, должно обладать особой общностью и фундаментальностью и, таким образом, охватывать все многообразие физических объектов и явлений. Философы древнего Востока утверждали, что наиболее фундаментальная реальность мира не может иметь никаких конкретных характеристик и, тем самым, напоминает небытие. Очень похожими признаками ученые наделяют физический вакуум. При этом, физический вакуум, будучи относительным небытием и “содержательной пустотой” является вовсе не самым бедным, а наоборот, самым содержательным, самым “богатым” видом физической реальности. Считается, что физический вакуум, являясь потенциальным бытием, способен породить все множество объектов и явлений наблюдаемого мира.

Несмотря на то, что актуально физический вакуум ничего не содержит, он содержит все потенциально. Поэтому, вследствие наибольшей общности, он может выступать в качестве онтологической основы всего многообразия объектов и явлений в мире. В этом смысле, пустота – самая содержательная и наиболее фундаментальная сущность. Такое понимание физического вакуума заставляет признать реальность существования не только в теории, но и в Природе и “ничто” и “нечто”. Последнее существует как проявленное бытие – в виде наблюдаемого вещественно-полевого мира, а “ничто” существует как непроявленное бытие – в виде физического вакуума. Поэтому, непроявленное бытие, при распространении этого понятия на физический вакуум, следует рассматривать как самостоятельную физическую сущность, которую необходимо изучать.

Физический вакуум непосредственно не наблюдается, но проявление его свойств регистрируется в экспериментах. К вакуумным эффектам относятся: рождение электронно-позитронной пары, эффект Лэмба-Ризерфорда, эффект Казимира. В результате поляризации вакуума электрическое поле заряженной частицы отличается от кулоновского. Это приводит к лембовскому сдвигу энергетических уровней и к появлению аномального магнитного момента у частиц. При воздействии высокоэнергетичного фотона на физический вакуум в поле ядра возникают вещественные частицы – электрон и позитрон. Эффект Казимира указывает на возникновение сил, сближающих две пластины, находящиеся в вакууме. Эти эффекты указывают на то, что вакуум является реальным физическим объектом.

3. Модельные представления физического вакуума.

В современной физике предпринимаются попытки представить физический вакуум различными моделями. Многие ученые, начиная от П.Дирака, пытались найти модельное представление, адекватное физическому вакууму. Известны: вакуум Дирака, вакуум Уилера, вакуум де Ситера, вакуум квантовой теории поля, вакуум Тэрнера-Вилчека и др. Вакуум Дирака является одной из первых моделей. В ней физический вакуум представлен “морем” заряженных частиц, заполняющих все энергетические уровни. Вакуум Уилера состоит из геометрических ячеек планковских размеров. Согласно Уилеру все свойства реального мира и сам реальный мир есть проявление геометрии пространства. Вакуум де Ситтера представлен совокупностью частиц с целочисленным спином, находящихся в низшем энергетическом состоянии. Вакуум квантовой теории поля содержит в виртуальном состоянии всевозможные частицы. Вакуум Тэрнера-Вилчека представлен двумя проявлениями – “истинным” вакуумом и “ложным” вакуумом. То, что в физике считается самым низким энергетическим состоянием, есть “ложный” вакуум, а остинно нулевое состояние находится ниже по энергетической лестнице. При этом “ложный” вакуум может переходить в состояние “истинного” вакуума.

Существующие модели физического вакуума весьма противоречивы. Причина состоит в том, что в сравнении со всеми другими видами физической реальности физический вакуум имеет ряд парадоксальных свойств, что ставит его в ряд объектов, трудно поддающихся моделированию. Например, в модели де Ситтера физический вакуум обладает свойством, совершенно не присущим любому состоянию вещества. Уравнение состояния такого вакуума, связывающее давление Р и плотность энергии W, имеет необычный вид: . Причины появления такого экзотического уравнения состояния связаны с представлением вакуума многокомпонентной средой, в которой для компенсации сопротивления среды движущимся частицам введено понятие отрицательного давления. Обилие различных модельных представлений вакуума может указывать только на то, что до сих пор отсутствуют модели, адекватные реальному физическому вакууму.

4. Проблемы создания теории физического вакуума.

Физика стоит на пороге перехода от концептуальных представлений о физическом вакууме к теории физического вакуума. Современные концепции физического вакуума несколько отягощены геометрическим подходом. Проблема состоит в том, чтобы, оставляя физический вакуум в статусе физической сущности, не подходить к его изучению с механистических позиций. Создание непротиворечивой теории физического вакуума потребует прорывных идей, далеко выходящих за рамки традиционных подходов.

Реальность такова, что в рамках квантовой физики теория физического вакуума не состоялась. Становится все более очевидным, что “зона жизни” теории физического вакуума должна находиться за пределами квантовой физики и, скорее всего, ей предшествовать. По всей видимости, квантовая теория должна быть следствием и продолжением теории физического вакуума, коль физическому вакууму отводится роль наиболее фундаментальной физической сущности, роль основы мира. Будущая теория физического вакуума должна удовлетворять принципу соответствия. В таком случае теория физического вакуума должна естественным образом переходить в квантовую теорию.

По-прежнему остается без ответа вопрос: “какие константы относятся к физическому вакууму?” После выяснения этой проблемы и получения уравнений, описывающих вакуум непосредственно как физический объект, а не как геометрический объект, можно будет говорить о появлении теории физического вакуума, рассматривающей его как физическую сущность. Есть все основания считать, что создание теории физического вакуума позволит не только расширить знания об устройстве мира, но и прикоснуться к тайне происхождения Вселенной.

5. Несостоятельность концепции дискретного вакуума.

Идеи о том, что какие-либо дискретные частицы могут составлять основу физического вакуума, оказались не состоятельными как в теоретическом плане, так и в практическом приложении. Подобные идеи вступают в противоречие с фундаментальными принципами физики, например, принципом Паули. Если считать, что физический вакуум состоит из частиц с целочисленным спином, то опять же возникают проблемы по типу экзотического уравнения состояния, как это происходит, например, в модели де Ситтера.

Как считал П.Дирак, физический вакуум может порождать дискретное вещество. Это значит, что физический вакуум должен генетически предшествовать веществу. Чтобы понять суть физического вакуума, надо оторваться от стереотипного понимания “состоять из…”. Мы привыкли, что наша атмосфера – это газ, состоящий из молекул. Долгое время в науке господствовало понятие “эфир”. И сейчас можно встретить сторонников концепции светоносного эфира или существования в физическом вакууме газа из элементарных частиц. Если и удастся найти место “эфиру” или иным дискретным объектам в теории или в моделях, то место такого вида физической реальности всегда будет вторичным. Вновь и вновь будет возникать задача выяснения их происхождения. Такова участь всех концепций, которые отводят дискретным объектам роль первоосновы мира.

Можно сделать вывод, что концепция дискретного вакуума принципиально несостоятельна. Весь путь развития физики показал, что никакая частица не может претендовать на фундаментальность и выступать в качестве основы мироздания. Дискретность свойственна веществу. Вещество вторично, оно происходит из непрерывного вакуума, поэтому оно принципиально не может выступать в качестве фундаментальной основы мира.

Физика, на примере проблемы физического вакуума, сталкивается с той же коллизией непрерывности и дискретности, с которой столкнулась математика в теории множеств. Попытка разрешить противоречие непрерывности и дискретности в математике была предпринята Кантором (континуум-гипотеза Кантора). Эту гипотезу не удалось доказать ни ее автору, ни другим выдающимся математикам. В настояшее время причина неудач выяснена. В соответствии с выводами Коэна: Сама идея множественной или дискретной структуры континуума несостоятельна. Распространяя этот результат на континуальный вакуум можно утверждать: “идея множественной или дискретной структуры физического вакуума является несостоятельной”.

По-настоящему прорывным является подход, основанный на том, что физический вакуум реально существует в виде непрерывной среды. К нему неприменимы какие бы то ни было меры. При таком подходе к физическому вакууму находит объяснение его ненаблюдаемость. Не следует связывать ненаблюдаемость физического вакуума с несовершенством приборов и способов исследования. Физический вакуум принципиально ненаблюдаемая среда – это прямое следствие его непрерывности. Для физической сущности, обладающей свойством непрерывности, нельзя указать никаких других свойств и признаков. К такому физическому объекту неприменимы никакие меры, это антипод всему дискретному.

6. Новое понимание сущности физического вакуума.

Современные физические теории демонстрируют тенденцию перехода от частиц – трехмерных объектов, к объектам нового вида, имеющим меньшую размерность. Например, в теории суперструн размерность объектов-суперструн намного меньше размерности пространства-времени. Считается, что у физических объектов, имеющих меньшую размерность, больше оснований претендовать на фундаментальный статус.

В этом отношении прорывным можно считать подход В.Жвирблиса. Жвирблис утверждает, что физический вакуум – непрерывная материальная среда. По аналогии с “нитью Пеано”, бесконечно плотно заполняющей двумерное пространство, условно разбитое на квадраты, автор предлагает свою модель физического вакуума – “нить Жвирблиса”, бесконечно плотно заполняющую трехмерное пространство, условно разбитое на тетраэдры. По нашему мнению – это огромный прорыв в понимании сущности физического вакуума. Жвирблис в качестве модели физического вакуума рассматривает одномерный математический объект – “нить Жвирблиса”. В отличие от всех известных моделей, в его модели дискретности отведено самое минимальное место. А в пределе понимается, что при сверхплотном заполнении пространства среда становится непрерывной.

Как отмечалось выше, в связи с тем, что физический вакуум претендует на фундаментальный статус, даже на онтологический базис материи, он должен обладать наибольшей общностью и ему не должны быть присущи частные признаки, характерные для множества наблюдаемых объектов и явлений. Известно, что присвоение объекту какого-либо дополнительного признака уменьшает универсальность этого объекта. Так, например, ручка – универсальное понятие. Добавление какого-либо признака сужает круг охватываемых этим понятием объектов (ручка дверная, шариковая и т. п.). Таким образом, приходим к выводу, что на онтологический статус может претендовать та сущность, которая лишена каких-либо признаков, мер, структуры и которую принципиально нельзя моделировать, поскольку любое моделирование предусматривает использование дискретных объектов и описание при помощи признаков и мер. Физическая сущность, претендующая на фундаментальный статус не должна быть составной, поскольку составная сущность имеет вторичный статус по отношению к ее составляющим.

Таким образом, требование фундаментальности и первичности для некой сущности влечет за собой выполнение следующих основных условий:

Не быть составной.
Иметь наименьшее количество признаков, свойств и характеристик.
Иметь наибольшую общность для всего многообразия объектов и явлений.
Быть потенциально всем, а актуально ничем.
Не иметь никаких мер.
Не быть составной – это означает не содержать в себе ничего, кроме самой себя. Относительно наименьшего количества признаков, свойств и характеристик идеальным должно быть требование – не иметь их совсем. Иметь наибольшую общность для всего многообразия объектов и явлений – это означает не обладать признаками частных объектов, поскольку любая конкретизация сужает общность. Быть потенциально всем, а актуально ничем – это означает оставаться ненаблюдаемым, но в то же время сохранять статус физического объекта. Не иметь никаких мер – это означает быть нульмерным.

Эти пять условий чрезвычайно созвучны с мировоззрением философов древности, в частности, представителей школы Платона. Они считали, что мир возник из фундаментальной сущности – из изначального Хаоса. По их воззрениям Хаос породил все существующие структуры Космоса. При этом Хаосом они считали такое состояние системы, которое остается на конечном этапе по мере некоего условного устранения всех возможностей проявления ее свойств и признаков.

Перечисленным выше пяти требованиям не удовлетворяет ни один дискретный объект вещественного мира и ни один квантовый объект поля. Отсюда следует, что этим требованиям может удовлетворять только непрерывная сущность. Поэтому, физический вакуум, если его считать наиболее фундаментальным состоянием материи, должен быть непрерывным (континуальным). Кроме того, распространяя достижения математики на область физики (континуум-гипотеза Кантора), приходим к выводу о несостоятельности множественной структуры физического вакуума. Это значит, что физический вакуум недопустимо отождествлять с эфиром, с квантованным объектом или считать его состоящим из каких бы то нибыло дискретных частиц, даже если эти частицы виртуальные.

По нашему мнению, физический вакуум следует рассматривать как антипод вещества. Таким образом, мы рассматриваем вещество и физический вакуум как диалектические противоположности. Целостный мир представлен совместно веществом и физическим вакуумом. Такой подход к этим сущностям соответствует физическому принципу дополнительности Н.Бора. В таких отношениях дополнительности следует рассматривать физический вакуум и вещество.

С такого рода физическим объектом – ненаблюдаемым, в котором нельзя указать никаких мер, физика еще не сталкивалась. Предстоит преодолеть этот барьер в физике и признать существование нового вида физической реальности – физического вакуума, обладающего свойством непрерывности. Физический вакуум, наделенный свойством непрерывности, расширяет класс известных физических объектов. Несмотря на то, что физический вакуум является столь парадоксальным объектом, он все увереннее становится предметом изучения физики. В то же время, по причине его непрерывности, традиционный подход, основанный на модельных представлениях, для вакуума неприменим. Поэтому, науке предстоит найти принципиально новые методы его изучения. Выяснение природы физического вакуума позволяет по-иному взглянуть на многие физические явления в физике элементарных частиц и в астрофизике. Вся видимая Вселенная и темная материя находятся в ненаблюдаемом, непрерывном физическом вакууме. Физический вакуум генетически предшествует физическим полям и веществу, он порождает их, поэтому вся Вселенная живет по законам физического вакуума, которые науке пока еще не известны.

В цепи проблем, связанных с познанием природы физического вакуума, есть ключевое звено, относящееся к оценке энтропии физического вакуума. Мы считаем, что физический вакуум имеет наибольшую энтропию среди всех известных физических объектов и систем, поэтому для него H-теорема Больцмана неприменима. Приведенные выше пять критериев первичности и фундаментальности указывают на то, что таким требованиям может удовлетворять объект, имеющий наивысшую энтропию. Мы считаем, что фазовый переход вакуум-вещество относится к процессам самоорганизации. Точно так, как H-теорема Больцмана и теорема Гиббса стали основным инструментом в термодинамике, для теории физического вакуума необходимо искать свой инструмент на основе обобщения H-теоремы на процессы самоорганизации. Такой прорывной подход уже наметился. Принципиально новый подход, применимый для изучения физического вакуума, открывает закон уменьшения энтропии, установленный Ю.Л.Климонтовичем.

7. Закон уменьшения энтропии. S-теорема Климонтовича.

Исходя из того, что фазовый переход вакуум-вещество следует относить к процессам самоорганизации, возникает задача поиска нового инструмента для исследования физического вакуума на основе обобщения H-теоремы Больцмана на процессы самоорганизации. Поскольку физический вакуум имеет наибольшую энтропию среди всех известных физических объектов и систем, то в контексте этой задачи необходимо искать подтверждение закону уменьшения энтропии.

В термодинамике основным законом является закон возрастания энтропии. Этот закон был установлен Больцманом на примере идеального газа. Он носит название Н-теоремы Больцмана. Климонтович Ю.Л. показал, что для процессов самоорганизации действует иной закон – закон уменьшения энтропии. Аналогом Н-теоремы Больцмана для открытых систем является S-теорема Климонтовича. Суть нового закона сводится к следующему: если за начало отсчета степени хаотичности принять “равновесное состояние”, отвечающее нулевым значениям управляющих параметров, то по мере удаления от равновесного состояния, вследствие изменения управляющего параметра, значения энтропии, отнесенные к заданному значению средней энергии, уменьшаются.

Совсем недавно появилось сообщение об экспериментальном подтверждении закона уменьшения энтропии. Ученые из Австралийского национального университета экспериментально обнаружили, что на малых временах траектории частиц микроных размеров явно указывают на уменьшение энтропии. В эксперименте исследовалось поведение системы коллоидных частиц микронного размера, находящихся в воде, в оптической ловушке, созданной сфокусированным лазерным лучом. Исследователи с высокой точностью отслеживали положение частиц. При выключенном лазере частицы совершали броуновское движение, однако при включении лазера на них начинала действовать сила, направленная в область максимальной интенсивности света. Было установлено, что на коротких интервалах траектории частиц соответствуют уменьшению энтропии, тогда как на больших – секундных интервалах, таких траекторий практически не наблюдается. Это прямое наблюдение нарушения второго закона термодинамики. Этот эксперимент подтверждает установленный Климонтовичем Ю.Л. закон уменьшения энтропии для открытых систем.

Ниже приведены некоторые результаты наших экспериментальных исследований, которые, на наш взгляд, также подтверждают закон уменьшения энтропии. Нами исследовались необычные физические эффекты, обнаруженные в плазме. В плазме наблюдалось появление регулярных структур. Квазинейтральное состояние плазмы менялось на упорядоченное состояние. Образовавшиеся регулярные структуры имели фрактальные закономерности. Некоторые фотографии “отпечатков” плазменных фракталов, зафиксированные на мишенях из тугоплавких металлов, приведены ниже на рис.1. В соотношениях ширины полос в фрактальных кольцевых структурах просматривается характерная зависимость, построенная по принципу УДВОЕНИЯ периода. На универсальность удвоения периода колебаний в системах имеющих хаотическое поведение обратил внимание в своих исследованиях Фейгенбаум.

Рис.2. Плазменные фракталы.

Фрактальные проявления в структурах является всеобщим признаком для множества природных проявлений. Фракталы проявляются как на макроуровне, так и на уровне элементарных частиц. Плазма не оказалась исключением. Появление регулярных структур в плазме указывает на наличие процессов в ней, идущих с уменьшением энтропии. Результаты исследования уменьшения энтропии плазмы могут оказаться ключевыми для понимания процессов в физическом вакууме, приводящих к рождению дискретного вещества из вакуума.

Теорема Климонтовича практически снимает запрет на возможность возникновения регулярных структур в континууме. В рамках теории физического вакуума, используя S-теорему Климонтовича, появляется возможность обосновать возникновение не только регулярных структур в континууме, но и порождение дискретных частиц из непрерывного вакуума. Одним из следствий S-теоремы Климонтовича является вывод о том, что корни дискретности следует искать в непрерывности. Закон уменьшения энтропии Климонтовича дает ключ к разрешению фундаментальной коллизии непрерывности и дискретности, которая до сих пор не нашла своего решения.

Выводы.

Выяснение сущности физического вакуума является важнейшей задачей фундаментальной физики. Решение этой задачи может дать ключ к созданию новой физической теории.
Физический объект, претендующий на фундаментальный статус, должен обладать наибольшей общностью. Ему не должны быть присущи частные признаки, характерные для множества наблюдаемых объектов и явлений.
Сформулированы основные критерии первичности и фундаментальности для физических объектов.
Наибольшей общностью обладает объект, имеющий свойство непрерывности, поэтому физический вакуум, претендующий на фундаментальный статус, должен считаться непрерывной физической сущностью.
Физический вакуум, обладающий свойством непрерывности, расширяет класс известных физических объектов.
Дискретное вещество и непрерывный физический вакуум соотносятся между собой как взаимодополняющие и взаимосвязанные противоположности по типу “ИНЬ” и “ЯН”. Применительно к физике, они находятся в отношениях дополнительности, соответствующих принципу дополнительности Н.Бора.
Физический вакуум имеет наибольшую энтропию среди всех известных физических объектов и систем.
Для теории физического вакуума необходимо искать новый инструмент исследования на основе обобщения H-теоремы Больцмана на процессы самоорганизации.
Обнаруженные фракталы в плазме подтверждают закон уменьшения энтропии в процессах самоорганизации.
Новый подход к изучению физического вакуума открывает S-теорема Климонтовича. Закон уменьшения энтропии Климонтовича дает ключ к разрешению фундаментальной коллизии непрерывности и дискретности, которая до сих пор не нашла своего решения.

Мысль о том, что Великая пустота, Великое Ничто, или вакуум (от лат. vacuum - пустота), есть источник окружающего нас мира, уходит вглубь веков. Согласно представлениям мыслителей Древнего Востока, все материальные объекты возникают из пустоты. В самой Великой пустоте постоянно совершаются акты творения реальных объектов. В древнеиндийских Ведах пустота отождествляется с пространством.

Проблема существования пустоты ставилась и в античной натурфилософии, в которой обсуждался вопрос о том, пусто мировое пространство или оно заполнено некой материальной средой, чем-то отличающейся от пустоты.

Согласно философской концепции великого древнегреческого философа Демокрита, все вещества состоят из частиц, между которыми находится пустота. Но согласно философской концепции другого, не менее знаменитого, древнегреческого философа Аристотеля, в мире нет ни малейшего места, где бы не было «ничего». Эта среда, пронизывающая все пространство Вселенной, получила название эфира.

Понятие эфира вошло в европейскую науку. Великий Ныотон понимал, что закон всемирного тяготения будет иметь смысл, если пространство обладает физической реальностью, т.е. представляет собой среду, обладающую физическими свойствами. Он писал: «Мысль о том... чтобы одно тело могло воздействовать на другое через пустоту на расстоянии, без участия чего-то такого, что переносило бы действие и силу от одного тела к другому, - представляется мне нелепой» 1 . Вместе с тем Ныотон первым в науке Нового времени выявил связь между геометрией пространства событий и механикой. Им была разработана механика как теория измерения расстояний и моментов времени движущихся относительно инерциальных систем отсчета материальных тел. Полученные в результате измерений данные подвергались обработке, после чего строились сначала уравнения траекторий, а затем и уравнения движения в дифференциальной форме. И. Ныотон писал: «Геометрия основывается на механической практике и есть не что иное, как та часть общей механики, в которой излагается и доказывается искусство точного измерения» .

Развитие научных идей не носит линейного характера. Все гораздо сложнее и драматичнее. Итак, в зарождающемся научном естествознании было сформулировано представление об эфире как мировой среде с физическими свойствами и представление о пространстве, геометрические свойства которого определяются механикой движения тел. Приоритет был отдан эфиру.

В классической физике не было экспериментальных данных, которые подтверждали бы существование эфира, но и не было данных, которые бы опровергали это. Авторитет Ньютона способствовал тому, что эфир стал рассматриваться в качестве важнейшего понятия физики. Под понятие

«эфир» стали подводить все, что вызывалось гравитационными и электромагнитными силами. Но поскольку другие фундаментальные взаимодействия до возникновения атомной физики практически не изучались, то с помощью эфира пытались объяснять любые явления и любые процессы.

Эфир должен был обеспечивать действие закона всемирного тяготения; эфир оказывался средой, но которой идут световые волны, и нес ответственность за все проявления электромагнитных сил. Развитие физики заставляло наделять эфир все новыми и новыми противоречивыми свойствами.

В начале XX в. А. Эйнштейн обосновал необходимость отказа от понятия эфира как научно несостоятельного. Он ссылался на отрицательный результат опытов по обнаружению скорости движения Земли относительно эфира, проведенных в 1880-1887 гг. М. Майкельсоном. Рассмотрев все предположения относительно эфира со времен Ньютона и до начала XX в., А. Эйнштейн в труде «Эволюция физики» подвел итоги: «Все наши попытки сделать эфир реальным провалились. Он не обнаружил ни своего механического строения, ни абсолютного движения. От всех свойств эфира не осталось ничего... Все попытки открыть свойства эфира привели к трудностям и противоречиям. После стольких неудач наступает момент, когда следует совершенно забыть об эфире и постараться никогда больше не упоминать о нем» 1 .

Следует отметить, что эксперименты по обнаружению эфира были продолжены в 1921 - 1925 гг. в обсерватории Маунт Вилсон и дали положительные результаты. Но это случилось позже, а тогда, в 1905 г., в специальной теории относительности произошел отказ от понятия «эфир» .

В общей теории относительности в качестве материальной среды, взаимодействующей с телами, обладающими гравитационными массами, рассматривалось пространство. А. Эйнштейн впервые показал общую глубокую взаимосвязь абстрактного геометрического понятия кривизны пространства с физическими проблемами гравитации. Близкие идеи развивал и английский математик В. Клиффорд (1845-1879), который считал, что «в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства» 1 . Согласно Клиффорду, материя представляет собой сгустки пространства, своеобразные холмы кривизны на фоне плоского пространства.

Сам творец общей теории относительности полагал, что некая вездесущая материальная среда все-таки должна существовать и обладать определенными свойствами. После публикации работ по общей теории относительности Эйнштейн неоднократно возвращался к понятию эфира и считал, что «мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира, то есть континуума, наделенного физическими свойствами» .

Однако поскольку в то время считалось, что понятие «эфир» уже принадлежит истории науки, то возврата к нему не было. Утвердилось мнение, что «континуум, наделенный физическими свойствами», является физическим вакуумом.

В современной физике считается, что роль фундаментальной материальной основы мира выполняет физический вакуум, который представляет собой универсальную среду, пронизывающую все пространство. Физический вакуум - это такая непрерывная среда, в которой нет ни частиц вещества, ни поля, и вместе с тем он является физическим объектом, а не лишенным всяких свойств «ничто». Непосредственно физический вакуум не наблюдается, в экспериментах наблюдается лишь проявление его свойств.

Принципиальное значение для решения проблемы вакуума имели работы английского физика, лауреата Нобелевской премии 1933 г. П. Дирака. До их появления считалось, что вакуум есть чистое «ничто», которое, несмотря на любые преобразования измениться не способно. Теория Дирака открыла путь к преобразованиям вакуума, в которых прежнее «ничто» обращалось во множество пар «частица - античастица».

Вакуум у Дирака представляет собой море электронов с отрицательной энергией, образующих однородный фон, который не влияет на протекание в нем электромагнитных процессов. Мы не наблюдаем электронов с отрицательной энергией именно потому, что они образуют сплошной невидимый фон, на котором происходят все мировые события. Наблюдаемыми могут быть только изменения состояния вакуума, его «возмущения».

Когда в море электронов попадает богатый энергией световой квант - фотон, то он вызывает возмущение и электрон с отрицательной энергией может перейти в состояние с положительной энергией, т.е. будет наблюдаться как свободный электрон. Тогда в море отрицательных электронов образуется «дырка» и родится пара - электрон плюс «дырка».

Первоначально предполагалось, что дырками в дира- ковском вакууме являются протоны - единственно известные в то время элементарные частицы с противоположным электрону зарядом. Однако этой гипотезе не суждено было выжить: в эксперименте аннигиляцию электрона с протоном никто никогда не наблюдал.

Вопрос о реальном существовании и физическом смысле «дырок» был решен в 1932 г. американским физиком К. Д. Андерсоном (1905-1991), занимавшимся фотографированием треков (следов) приходящих из космоса частиц в магнитном поле. Он обнаружил в космических лучах след неизвестной ранее частицы, по всем параметрам тождественной электрону, но имеющей заряд противоположного знака. Эта частица была названа позитроном. При сближении с электроном позитрон аннигилирует с ним на два фотона высокой энергии (гамма-кванты), необходимость возникновения которых обусловлена законами сохранения энергии и импульса.

К. Андерсон получил за свое открытие Нобелевскую премию, а П. Дирак - подтверждение своей теории о квантовом вакууме.

Впоследствии оказалось, что почти все элементарные частицы (даже не имеющие электрических зарядов) имеют своих «зеркальных» двойников - античастицы, способные аннигилировать с ними. Исключение составляют лишь немногие истинно нейтральные частицы, например фотоны, которые тождественны своим античастицам.

Огромная заслуга П. Дирака заключалась в том, что он разработал релятивистскую теорию движения электрона, предсказавшую позитрон, аннигиляцию и рождение из вакуума электронно-позитронных пар. Стало ясно, что вакуум обладает сложной структурой, из которой могут рождаться пары: частица + античастица. Эксперименты на ускорителях подтвердили это предположение.

Одной из особенностей вакуума является наличие в нем полей с энергией, равной нулю, и без реальных частиц. Возникает вопрос: как может существовать электромагнитное поле без фотонов, электронно-позитронное поле без электронов и позитронов и т.д.

Для объяснения нулевых колебаний полей в вакууме было введено понятие виртуальной (возможной) частицы - частицы с очень малым сроком жизни порядка 1СР 21 -10~ 24 с. Это и объясняет, почему в вакууме постоянно рождаются и исчезают частицы - кванты соответствующих полей. Отдельные виртуальные частицы нельзя обнаружить в принципе, но их суммарное воздействие на обычные микрочастицы обнаруживается экспериментально. Физики считают, что абсолютно все реакции, все взаимодействия между реальными элементарными частицами происходят при непременном участии вакуумного виртуального фона, на который элементарные частицы тоже влияют. Обычные частицы порождают виртуальные частицы. Электроны, например, постоянно испускают и тут же поглощают виртуальные фотоны.

Дальнейшие исследования квантовой физики были посвящены изучению возможности появления из вакуума реальных частиц, теоретическое обоснование которой дал Э. Шредингер в 1939 г. Квантовая физика доказала, что в вакууме в скрытом виде присутствуют частицы и античастицы, а квант энергии проявляет пару «электрон - позитрон», дает ей наблюдаемое проявление в мире.

Итак, в первой половине XX в. в физике были разработаны два подхода к пониманию нового уровня физической реальности - физического вакуума. Разные по своей природе теории - квантовая теория II. Дирака и общая теория относительности А. Эйнштейна - давали разные представления о нем. В квантовой теории Дирака вакуум, оставаясь нейтральным, представлял собой своего рода «кипящий бульон», состоящий из виртуальных частиц - электронов и позитронов. В теории А. Эйнштейна вакуум рассматривался как пустое четырехмерное пространство, наделенное геометрией Римана.

Для того чтобы объединить два различных представления о вакууме, А. Эйнштейном была выдвинута программа, получившая название единой теории поля. Но найти это поле и создать единую теорию поля А. Эйнштейну так и не удалось.

В настоящее время концепция физического вакуума наиболее полно представлена в трудах академика РАЕН Г. И. Шипова .

В 1998 г. Г. И. Шипов (р. 1938) разработал новые фундаментальные уравнения, описывающие структуру физического вакуума. Эти уравнения представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка, в которую входят геометризированные уравнения Гейзенберга, геометризированные уравнения Эйнштейна и геометризированные уравнения Янга - Миллса. Пространство-время в теории Г. И. Шипова не только искривлено, как в теории Эйнштейна, но и закручено, как в геометрии Римана - Картана.

Французский математик Эли Картан (1869-1951) первым высказал мысль о том, что в природе должны существовать поля, порождаемые вращением. Эти поля получили название полей кручения, или торсионных полей (от фр. torsion - кручение). Для учета кручения пространства Г. И. Шиповым в геометризированные уравнения было введено множество угловых координат, что позволило использовать в теории физического вакуума угловую метрику, определяющую квадрат бесконечно малого поворота четырехмерной системы отсчета.

Добавление вращательных координат, при помощи которых описывается поле кручения, привело к распространению принципа относительности на физические поля: все физические поля, входящие в уравнения вакуума, имеют относительный характер. Принцип всеобщей относительности обобщает как специальный, так н общий принципы относительности Эйнштейна и, кроме того, утверждает относительность всех физических полей.

Найденные решения уравнений Шипова описывают искривленное и закрученное пространство-время, интерпретируемое как вакуумные возбуждения, находящиеся в виртуальном состоянии. Эти решения начинают описывать реальную материю после того, как входящие в него константы (или функции) интегрирования отождествляются с физическими константами. Г. И. Шипов выделяет три различных состояния физического вакуума :

• абсолютный , который представляет собой безграничное (пустое) однородное и изотропное псевдоевклидово пространство;
• первично возбужденный , представляющий собой первичную торсионную поляризацию вакуума (первичные поля инерции);
• возбужденный , представляющий собой материальные объекты, находящиеся в потенциальном (возможном) состоянии.

Чрезвычайно важным является то, что уравнения вакуума и принцип всеобщей относительности после соответствующих упрощений приводят к уравнениям и принципам квантовой теории. Полученная таким образом квантовая теория оказывается детерминированной , хотя вероятностная трактовка поведения квантовых объектов остается неизбежной. Частицы представляют собой предельный случай чисто нолевого образования при стремлении массы (или заряда) этого образования к постоянной величине. В данном предельном случае происходит возникновение корпускулярно-волнового дуализма. Поскольку в квантовой теории не учитывался относительный характер физических нолей, обусловленный вращением, то квантовая теория не была полной. В работах Г. И. Шипова подтвердилась догадка Эйнштейна о том, что более совершенная квантовая теория может быть найдена на пути расширения принципа относительности.

В основном состоянии абсолютный вакуум имеет нулевые средние значения момента импульса и других физических характеристик и в невозмущенном состоянии не наблюдаем. Разные состояния вакуума возникают при его флуктуациях.

Основополагающим элементом изучения подавляющего количества естественных наук является материя. В этой статье мы рассмотрим материи, формы её движения и свойства.

Что такое материя?

На протяжении многих веков понятие материи менялось и совершенствовалось. Так, древнегреческий философ Платон видел её как субстрат вещей, который противостоит их идее. Аристотель же говорил, что это нечто вечное, что не может быть ни сотворено, ни уничтожено. Позже философы Демокрит и Левкипп дали определение материи как некой основополагающей субстанции, из которой состоят все тела в нашем мире и во Вселенной.

Современное понятие материи дал В. И. Ленин, согласно которому она является самостоятельной и независимой объективной категорией, выражаемой человеческим восприятием, ощущениями, она также может быть скопирована и сфотографирована.

Атрибуты материи

Главными характеристиками материи являются три признака:

• Пространство.
• Время.
• Движение.

Первые два отличаются метрологическими свойствами, то есть их можно количественно измерить специальными приборами. Пространство измеряется в метрах и его производных величинах, а время в часах, минутах, секундах, а также в сутках, месяцах, годах и т. д. У времени есть также другое, не менее важное свойство - необратимость. Нельзя вернуться на какую-либо исходную временную точку, вектор времени всегда имеет одностороннюю направленность и движется от прошлого к будущему. В отличие от времени, пространство - более сложное понятие и имеет трёхмерное измерение (высота, длина, ширина). Таким образом, все виды материи могут передвигаться в пространстве за определённый промежуток времени.

Формы движения материи

Всё, что нас окружает, передвигается в пространстве и взаимодействует друг с другом. Движение происходит непрерывно и является главным свойством, которым обладают все виды материи. Между тем этот процесс может протекать не только при взаимодействии нескольких объектов, но и внутри самого вещества, обуславливая его видоизменения. Различают следующие формы движения материи:

• Механическая - это перемещение предметов в пространстве (падение яблока с ветки, бег зайца).

• Физическая - возникает, когда тело изменяет свои характеристики (например, агрегатное состояние). Примеры: тает снег, испаряется вода и т. д.
• Химическая - видоизменение химического состава вещества (коррозия металла, окисление глюкозы)
• Биологическая - имеет место в живых организмах и характеризует вегетативный рост, обмен веществ, размножение и др.

• Социальная форма - процессы социального взаимодействия: общение, проведение собраний, выборов и т. д.
• Геологическая - характеризует движения материи в земной коре и недрах планеты: ядре, мантии.

Все вышеназванные формы материи взаимосвязаны, взаимодополняют и взаимозаменяют друг друга. Они не могут существовать самостоятельно и не являются самодостаточными.

Свойства материи

Древняя и современная наука приписывали материи множество свойств. Самое распространённое и очевидное - это движение, однако имеются и другие универсальные свойства:

• Она несотворима и неуничтожима. Это свойство означает, что любое тело или вещество какое-то время существует, развивается, перестаёт существовать как исходный объект, однако материя не прекращает своего существования, а просто превращается в другие формы.
• Она вечна и бесконечна в пространстве.
• Постоянное движение, преобразование, видоизменение.
• Предопределённость, зависимость от порождающих факторов и причин. Данное свойство является своего рода объяснением происхождения материи как следствия определённых явлений.

Основные виды материи

Современные ученые выделяют три фундаментальных вида материи:

• Вещество, обладающее определённой массой в состоянии покоя, представляет собой наиболее распространённый вид. Оно может состоять из частиц, молекул, атомов, а также их соединений, которые образуют физическое тело.
• Физическое поле - это особая материальная субстанция, которая призвана обеспечивать взаимодействие объектов (веществ).
• Физический вакуум - является материальной средой с наименьшим уровнем энергии.

Вещество

Вещество - вид материи, главным свойством которого является дискретность, то есть прерывистость, ограниченность. В его структуру входят мельчайшие частицы в виде протонов, электронов и нейтронов, из которых состоит атом. Атомы соединяются в молекулы, формируя вещество, которое, в свою очередь, образует физическое тело или текучую субстанцию.

Любое вещество обладает рядом индивидуальных характеристик, отличающих его от других: масса, плотность, температура кипения и плавления, структура кристаллической решётки. При определённых условиях разные вещества можно соединять и смешивать. В природе они встречаются в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. При этом конкретное агрегатное состояние лишь соответствует условиям содержания вещества и интенсивности молекулярного взаимодействия, но не является его индивидуальной характеристикой. Так, вода при разных температурах может принимать и жидкую, и твёрдую, и газообразную форму.

Физическое поле

Виды физической материи включают и такую компоненту, как физическое поле. Оно представляет собой некую систему, в которой материальные тела взаимодействуют. Поле является не самостоятельным объектом, а, скорее, носителем специфичных свойств образовавших его частиц. Таким образом, импульс, высвобожденный от одной частицы, но не поглощённый другой, является принадлежностью поля.

Физические поля - это реальные неосязаемые формы материи, обладающие свойством непрерывности. Их можно классифицировать по различным критериям:

1. В зависимости от полеобразующего заряда выделяют: электрическое, магнитное и гравитационное поля.
2. По характеру движения зарядов: динамическое поле, статистическое (содержит неподвижные относительно друг друга заряженные частицы).
3. По физической природе: макро- и микрополя (создаются движением отдельных заряженных частиц).
4. В зависимости от среды существования: внешнее (которое окружает заряженные частицы), внутреннее (поле внутри вещества), истинное (суммарное значение внешнего и внутреннего полей).

Физический вакуум

В XX веке в физике как компромисс между материалистами и идеалистами для объяснения некоторых явлений появился термин "физический вакуум". Первые приписывали ему материальные свойства, а вторые утверждали, что вакуум - это не что иное, как пустота. Современная физика опровергла суждения идеалистов и доказала, что вакуум - это материальная среда, также получившая название квантового поля. Число частиц в нём приравнивается к нулю, что, однако, не препятствует кратковременному возникновению частиц в промежуточных фазах. В квантовой теории уровень энергии физического вакуума условно принимается за минимальный, то есть равный нулю. Однако экспериментально доказано, что энергетическое поле может принимать как отрицательные, так и положительные заряды. Существует гипотеза, что Вселенная возникла именно в условиях возбуждённого физического вакуума.

До сих пор не до конца изучена структура физического вакуума, хотя и известны многие его свойства. Согласно дырочной теории Дирака, квантовое поле состоит из движущихся квантов с одинаковыми зарядами, неясным остаётся состав самих квантов, скопления которых перемещаются в виде волновых потоков.

В науке и технике под вакуумом понимается состояние газа, плотность которого меньше плотности, соответствующей состоянию воздуха на уровне земли. Чем значительнее уменьшение плотности газа, тем лучше вакуум. Вакуум обладает многими полезными свойствами, которые находят широкое применение в различных областях науки и техники. Например, в вакууме резко снижается химическая активность кислорода в процессе окисления металлов.

Другими словами, в вакууме можно сохранять различные химические вещества и использовать их специфические свойства. При очень высоких степенях разрежения поверхности остаются чистыми (без адсорбции хотя бы монослоя газа) в течение нескольких часов, что позволяет проводить исследования таких поверхностей, а также различных явлений, связанных с адсорбированными молекулами газа. Малочисленность молекул остаточного газа в условиях вакуума приводит к тому, что различные частицы могут проходить в таких условиях без столкновений большие расстояния.

Особенно это важно для заряженных частиц - элект ронов, ионов и протонов, траекториями движения которых в вакууме можно управлять с помощью электрических и/или магнитных полей. Такие физические явления, как распространение звука, тепло- и массопере-нос, которые при атмосферном давлении определяются процессами взаимодействия молекул газа, существенно изменяются с уменьшением давления вплоть до того, что роль таких взаимодействий в механизме переноса становится второстепенной.

Упомянутые эффекты, очевидно, зависят от степени разрежения . Таким образом, плотность остаточного в объеме газа является непосредственной мерой вакуума. Однако еще из работ Бойля было известно, что плотность газа прямо пропорциональна давлению, поэтому сложилась общепринятая практика определять степень вакуума по давлению остаточного газа.

Современная вакуумная техника позволяет создавать вакуум, характеризующийся давлением, в 1015 раз меньшим атмосферного. Для удобства весь диапазон достижимых величин разрежения делят на несколько поддиапазонов. Схематично это деление представлено на рис. 1.1, где давление измеряется в Паскалях. На этом рисунке также показаны основные области применения вакуума в зависимости от степени разрежения. Использование вакуума, например в прессах и подъемных механизмах, обусловлено значительными силами, возникающими вследствие разности давлений по обе стороны поршня, а не каких-то особенностей вакуума.

Использование упомянутых выше свойств вакуума предусматривает обеспечение соответствующей степени разрежения, что, в свою очередь, требует применения правильно подобранного оборудования вакуумной системы. Чтобы сконструировать вакуумную систему, обладающую оптимальными характеристиками, необходимо знать не только параметры оборудования, но и все те факторы, которые могут влиять на них. Например, совершенно недостаточно знать, что насос имеет скорость откачки, равную 10 -1 м 3 *с -1 , и позволяет достигать предельного давления 10 -6 Па.

В неудачно сконструированных вакуумных системах параметры оборудования могут оказаться значительно хуже (на порядок величины) по сравнению с оптимальными. Поэтому для достижения оптимальных характеристик оборудования необходимо понимать основные принципы работы вакуумной техники. Это особенно важно для сверхвысокого вакуума (ниже 10 -6 Па), когда число молекул газа, адсорбированных поверхностями вакуумной камеры, может значительно превышать число молекул, находящихся в объеме. В данной главе в конспективной форме рассмотрены основные законы и понятия, относящиеся к вакуумной технике. Более подробные сведения читатель может получить3" из книги П. Редхеда с соавторам