Аннотация

Рассматриваются «тыловые» проблемы фундаментальных физических теорий, тормозящие развитие физики. Показано, что основные причины застоя современной фундаментальной физики порождены игнорированием большинством теоретиков точек зрения таких «пророков» как А. Эйнштейн, П. Дирак и др. на электродинамику, релятивистскую теорию гравитации и квантовую теорию поля. Для преодоления кризисного состояния фундаментальной физики предлагается использовать общий принцип относительности и теорию физического вакуума, которые приводят к смене научной парадигмы и к решению стоящих перед фундаментальной физикой проблем.

Введение

1. Признаки фундаментальной физической теории

2. Пророки, ремесленники и общественное мнение

3. О связи вращения с геометрией пространства в классической механике

4. На какие проблемы классической электродинамики указывают пророки, а ремесленники их игнорируют

5. Эксперименты в классической электродинамике, обобщающие уравнения Максвелла-Лоренца

5.1. Уравнения движения (микро)гироскопа в классической электродинамике

5.2. Электродинамика переменного заряда

6.Нерешенные проблемы квантовой электродинамики, на которые указывают пророки, а ремесленники эти проблемы игнорируют

6.1 Проблема объединения квантовой теории с общей теорией относительности. Разный поход у пророков и ремесленников

6.2 Проблема перенормировок в квантовой электродинамике. Пророк Дирак против ремесленников

7.Теория гравитации Эйнштейна. Пророк Эйнштейн против ремесленников

Заключение

Введение

«В мире лучшие вещи еще ничего не стоят, раз нет того, кто их впервые представил; этих представителей народ называет великими людьми» - говорит Ф. Ницше в книге [1]. Если это верно, то кто из ныне живущих (великих) теоретиков способен оценить новую фундаментальную физическую теорию и есть ли она в настоящее время? Попытка ответить на этот вопрос представлена в работе автора [2], где физические теории, существующие в настоящее время, классифицированы по степени важности для науки на 6 основных типов: 1) фундаментальные, 2) полуфундаментальные, 3) феноменологические, 4) единые феноменологические, 5) конструктивные и 6) академические (рис.1).

Увеличить >>>

Рис.1. Физические теории и их создатели

Фундаментальные физические теории наиболее востребованная обществом часть теоретической физики, поскольку ее экспериментальные следствия положены в основу наиболее полезных для общества технологий. По определению, новая теория является фундаментальной, если она обобщает физические основы старой, общепризнанной фундаментальной теории. За всю историю физики, начиная со времен Ньютона, фундаментальные теории и их создателей можно пересчитать по пальцам. Остальные 5 классов теорий базируются, как правило, на принципах и уравнениях той или иной фундаментальной теории и «совершенствуются» до тех пор, пока не будут поглощены новой, более широкой фундаментальной теорией.

1.Признаки фундаментальной физической теории

Фундаментальную физическую теорию создает один, два, максимум три теоретика, стоящих «на плечах гигантов». Например, теоретик высшего класса 0.I И. Ньютон при создании основ механики точки опирался на работы Г. Галилея, Р. Декарта и Р. Гука. К этому же классу относится А. Эйнштейн, который при создании специальной теории относительности опирался на работы О. Хевисайда, Д. Лармора, А. Пуанкаре, Х. Лоренца и Г. Минковского. Он же, при поиске релятивистских уравнений гравитационного поля, использовал математические знания своего друга М. Гроссмана и важную подсказку знаменитого математика Д. Гильберта о том, как вывести уравнения гравитационного поля, используя вариационный принцип. Для общества фундаментальная теория дает ответы на два важнейших вопроса: 1) как устроен окружающий нас мир и 2) как сделать нашу жизнь более комфортной.

Работы таких теоретиков класса 0.I, как И. Ньютон, Дж. Максвелл, А. Эйнштейн, широко использующиеся в современных технологиях, окупили затраты на все теоретические исследования на многие годы вперед. По оценке организаций, которые занимаются определением рейтинга университетов, существующих в настоящее время во всем цивилизованном мире, можно предположить, что общее количество активно работающих теоретиков составляет величину порядка 100-120 тысяч человек. От этого количества теоретиков фундаментальной теорией реально занимается только 0,001%, хотя, я уверен, что почти все теоретики считают, что они занимаются именно фундаментальной теорией.

В 2013 г. Нобелевская премия по физике была присуждена Питеру Хиггсу за открытие «частицы Бога» - бозона Хиггса. Это событие было сформировано общественным мнением, которое появилось в среде теоретиков, занимающихся стандартной моделью (СМ) и считающих эту модель фундаментальной теорией. Из таблицы, приведенной на рис.1 видно, что это теория относится к классу 9.IVединых феноменологических теорий, которая объединяет феноменологические теории сильных и слабых взаимодействий с полуфундаментальной квантовой электродинамикой. Такое объединение теорий разного класса можно рассматривать как временный выход из положения и не более того. Действительно, из решения уравнений квантовой электродинамики можно получить потенциал Кулона, в то время как ядерные потенциалы сильных взаимодействий пишутся «руками» (их несколько и они содержат подгоночные параметры). Подобная ситуация имеет место и в случае объединения квантовой электродинамики с уравнениями, описывающими слабые взаимодействия. С точки зрения здравого смысла, положение дел в данном случае таково, как если бы группа ученых биологов на основании того, что лошадь и мотоцикл являются средствами передвижения, занялась бы селекцией транспортного средства под названием лошадьимотоцикл. Косвенным доказательством не фундаментальности и временного характера СМ свидетельствует тот факт, что работой над её«совершенствованием» занимаются около 1000 теоретиков, из которых, как пишет пресса, 11теоретиков по своему интеллекту равны или даже превосходят интеллект Эйнштейна. В настоящее время короткая (на один лист) статья, опубликованная в Европейском Центре ядерных исследований (ЦЕРНе), в которой получены «важные» с точки зрения большинства причастных к ней ученых результаты, имеем 500 и более авторов. Это ли не доказательство, что в ЦЕРНе делается рутинная работа, а не работа над фундаментальной, как это обычно рекламируют менеджеры и пресса, теорией?

Рис. 2. Основные признаки фундаментальной теории

На рис.2. представлен «Фундаменталион», в котором собраны принципы, определяющие основные признаки фундаментальной физической теории. Ориентируясь на эти принципы, не составит труда определить, является ли предложенная тем или иным автором теория фундаментальной или она представляет собой ее имитацию.

2. Пророки, ремесленники и общественное мнение

На сегодняшний день ведущим физиком-теоретиком мирового масштаба считается С. Хокинг. Если ориентироваться на его работы, то они попадают в классы 10.IV и 11.IV, что так же далеко проблем, стоящих перед фундаментальной физикой, а касаются только космологии, в которой фундаментальные уравнения Эйнштейна до сих пор не объединены с полуфундаментальной квантовой теорией поля. Поэтому модель Вселенной, родившейся в результате Большого взрыва, подобно стандартной модели, имеет статус временной, предварительной теории и в будущем должна быть заменена фундаментальной теорией.

Но, пожалуй, самой далекой от фундаментальной теории класса 0.I находится самая «топовая» теория современной физики – теория струн (М – теория, или теория Всего), относящаяся к классу теорий 15.VI. Эта теория возникла в недрах квантовой теории поля почти полвека назад, претерпела, со слов ее авторов, две революции и продолжает рассматриваться научным сообществом как самая продвинутая и «фундаментальная» теория. Основная физическая идея теории суперструн, вобравшей в себя конструктивные теории класса 12.V (калибровочные, многомерные, суперсимметричные…), заключается в отказе в квантовой теории поля от сингулярной (точечной) частицы. Вместо точечной частицы теория суперструн предлагает использовать в качестве «реальной» частицы протяженный объект, простейшим из которых является струна (или петля, мембрана, брана и т.д.). В настоящее время над разработкой теории суперструн трудятся более 1000 теоретиков, обладающих великолепной математической подготовкой и большим талантом, но с недостаточным знанием проблем фундаментальных физических теорий [3-7].Когда речь идет об экспериментах, что называется, «на столе», показывающих отклонение от фундаментальных законов, то сталкиваешься с полным отсутствием знаний (а, возможно, и прямое неприятие) аномальных физических экспериментов в нерелятивистской механике и электродинамике[8-11]. Недоумение вызывает и высокомерное отношение «струнщиков» к теоретикам, которые занимаются другими физическими теориями [12], тем более, что общие достижения теории суперструн весьма скромны [13], причем экспериментальная проверка результатов теории будет возможна только через 100-150 лет [14].

Примерно в таком же состоянии находится теория твисторов Р. Пенроуза [14], которая так же относится к классу15.VI (см. рис.1). Несмотря на огромный интерес лучших математиков Англии и Америки к этой теории за сорокалетнюю историю ее существования, никаких существенных продвижений и результатов в ней не было получено. Поэтому неудивительно, что ее создатель математик Р. Пенроуз, приходит к выводу, что в теоретической физике « мы все что-то прозевали, что-то очень важное»[14]. В этих словах проявилась интуиция гениального математика, которым, безусловно, является Р. Пенроуз, которая вдохновила автора этой статьи на поиски этого «зевка» в недрах уже существующих фундаментальных теорий, начиная с классической механики [15].

Гладя на классификацию на рис.1 мы приходим к выводу, что оценка обществом научных результатов того или иного теоретика далеко не всегда отражает его реальный вклад в развитие теоретической физики. Эта оценка базируется, в основном, на «общественном мнении», которое ориентировано больше на минимизацию ошибки в определении оценки, чем на реальный вклад теоретика. Под «общественным мнением» я подразумеваю мнение большинства научного сообщества, учитывающее такие показатели, как количество статей, опубликованных в ведущих (американских) журналах, количество опубликованных книг, количество выступлений на международных конференциях и работа в престижных научных учреждениях, придумать новую конструктивную или академическую теорию. Чтобы работать в таком стиле, теоретику необходимо обладать «компьютерным интеллектом», т.е. безошибочно проводить (относительно) сложные математические расчеты, при этом совершенно неважно имеет ли полученный результат экспериментальные следствия хотя бы в обозримом будущем. Нетрудно видеть, что «общественное мнение» формируется теоретиками, которые занимаются теоретическим работами классов 12.V-17.VI, причем теоретики именно этого уровня руководят теоретическими кафедрами в ведущих университетах мира [12], определяя тенденцию развития теоретической физики на годы вперед. Теоретики классов 12.V-17.VI в большей степени занимаются математической физикой и по этой причине их работы менее уязвимы по сравнению с работами, в которых обсуждаются основы теоретической физики. Поэтому в среде теоретиков в 50х годах прошлого столетия возникла мантра: – заткнись и вычисляй! В результате среди ведущих теоретиков обсуждение основ теоретической физики считается (по умолчанию) «дурным тоном». С точки зрения автора такое положение дел всего лишь следствие недостаточного знания теоретиками классов 12.V-17.VI проблем современной теоретической физики [9-11]. Знание этих проблем и создание фундаментальной теории, которая их решает – вот выход из застоя современной фундаментальной теории.

На рис.1 теоретики, получившие Нобелевские премии, отмечены, за исключением А. Эйнштейна, красным шрифтом. Это сделано специально, чтобы подчеркнуть ошибочность оценки значения работ А. Эйнштейна как теоретика наивысшего класса 0.I. Нобелевская премия была присуждена А. Эйнштейну в 1920 г. за явление фотоэффекта, благодаря чему сегодня миллионы (а иногда и миллиарды) людей имеют возможность одновременно смотреть по телевидению важнейшие события, происходящие в мире. Однако уже в 1905 г. А. Эйнштейн, опираясь на работы А. Пуанкаре и Х. Лоренца, завершил работу по созданию специальной теории относительности, впервые обобщив механику Ньютона для случая скоростей движения, близким к скорости света. Эту работу А. Эйнштейна справедливо было бы рассматривать как теорию класса 1.Iи удостоить Нобелевской премии, возможно совместно с А. Пуанкаре (Х. Лоренц получил уже в 1902 г. Нобелевскую премию за объяснение эффекта Зеемана). Затем, начиная с 1907 г. А. Эйнштейн целенаправленно занимается общерелятивистским обобщением уравнений теории гравитации Ньютона и в 1915 году (с помощью подсказки Д. Гильберта) находит новые фундаментальные уравнения гравитационного поля. Эту принципиально новую теорию гравитационного поля необходимо отнести к теориям наивысшего класса 0.Iи также удостоить Нобелевской премии. Но, не по иронии судьбы, а под давлением «общественного мнения», А. Эйнштейн получает премию за фотоэффект, который можно отнести к теориям класса4.II(см. рис.1), что на 4 класса ниже его наивысшего достижения! Такое «непонимание» обществом значимости работ, сделанных учеными классах 0.I -1.I связано с отличием интеллекта ученых, создающих теории класса 0.I -1.I., от интеллекта большинства других ученых. Используя терминологию Ли Смолина, который предложил делить всех теоретиков на «пророков» и «ремесленников»[12], следует наделить ученых класса 0.I -1.I, 3.IIинтеллектом пророков, тогда как остальные теоретики в большей степени обладают интеллектом ремесленников (компьютерным интеллектом). Если для пророка работать – значит думать (А. Эйнштейн), то для ремесленника работать означает считать и писать (Л. Ландау). Поэтому в реальных жизненных ситуациях ремесленники (почти) не способны понять и правильно оценить результаты работ пророка, а для пророка работа ремесленника представляется как рутина. Это и понятно, ведь цель пророка – поменять фундамент науки и ввести новые фундаментальные принципы и уравнения физики, развивая науку «по вертикали», в то время как ремесленники разрабатывают принятые обществом фундаментальные уравнения «по горизонтали», не касаясь фундамента физики. Поэтому работа пророка подвержена риску в большей степени, чем работа ремесленника, а признание её обществом растягивается на десятилетия. Ждавший много лет признания своих фундаментальных работ И. Ньютон, произнес следующие печальные слова: «Либо не надо сообщать ничего нового, либо всю жизнь надо затратить на защиту своего открытия». Эти слова говорят о том, что доказавший свою правоту пророк должен быть не только (а, возможно, и не столько) гениальным ученым, но и проявить несгибаемый характер, отстаивая свои достижения в условиях многолетней обструкции и всеобщего неприятия. Для науки такие отношения между пророками и ремесленниками вполне приемлемы, поскольку и те и другие дополняют друг друга, составляя одно целое, обеспечивая эволюцию наших знаний о реальности.

После этих примиряющих пророков и ремесленников слов можно философски заметить, что здесь работает закон единства и борьбы противоположностей, так что все в порядке. Но особенность момента состоит в том, что ремесленники игнорируют (или не понимают?) то, о чем им говорят пророки, в результате чего в физике возник застой [8-11] и эффективность науки значительно упала.

формате PDF (639Кб)