Новая фундаментальная физическая константа, лежащая в основе постоянной Планка

НОВАЯ ФУНДАМЕНТ АЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КОНСТАНТА , ЛЕЖАЩАЯ В ОСНОВЕ ПОСТОЯ ННОЙ ПЛАНКА Аннотация Открыта новая ф ундаментальная физическая константа h u “ фундаментальный квант действия ” [11 - 15]. Ее значение равно [11,12,23]: h u =7,69558071(63)• 10 -37 Дж с. На основе классических представлений для электромагнетизма получены еще две физ ические константы – фундаментальный квант вр емени : t u = 0,939963701(11)• 10 -23 c, и фунда ментальный квант длины : l u = 2,817940285(31)• 10 -15 м. Эти три константы являются независимыми первичными к онстантами . Они , совместно с числами п,а льфа, позвол или установить , ч то используемые в современной физике фундамен тальные физические константы являются составными константами и являются комбинацией первичных констант [11,12,15,30]. Константам , входящим в ( h u ,t u ,l u ,п,альфа )-базис , определ ен особый статус - с татус универсальных суперконстант [11,15]. С помощью универсальных суперконстант мож но представить основные законы и формулы физики , а также все фундаментальные физически е константы , в том числе и постоянную Планка h [10 - 19]. Новая константа h u позволил а открыт ь динамическую симметрию , свойственную физическом у вакууму . D -инвариа нтность вакуума является новым видом симметри и и является наиболее фундаментальным свойств ом Природы . С D -инв ариантностью вакуума связан важнейший закон с охранения , который не нар ушается при в сех видах взаимодействий. Открытие группы из пяти независимых у ниверсальных суперконстант , которых совершенно до статочно для получения других физических конс тант , позволило раскрыть глубокую взаимосвязь констант различной природы и единые исто ки происхождения четырех фундаментальных взаимодействий [11-32]. В результате , на основе классического подхода удалось дать объяснение тому , перед чем оказалась бессильна сама квантовая тео рия , а именно – раскрыть истоки происхожд ения кванта и получить пос тоянную Пла нка из классических представлений . ВВЕДЕНИЕ 14 декабря 1900 года М.Планк сделал сообщение об открытии им новой фундаментальной кон станты . Квант появился в физической теории как постулат . Подтвержденный на опыте он , в то же время , не являлся строго доказанным в квантовой теории . Происхождение его всегда оставалось загадкой . Все попыт ки вывести его из первопринципов до сих пор не находили своего решения . Все еще проблемным остается вопрос : “можно ли в качестве первопринципа для кванта рассмат р ивать непрерывное поле ?“ Непреры вные поля классической физики и кванты кв антовой физики считаются столь далекими объек тами , что сама идея их объединения казалас ь немыслимой . Все развитие физики в 20-ом столетии происходило при обособлении этих двух теорий. Уже приближается 100-летний юб илей квантовой теории и появления в физик е постоянной Планка h , но истоки происхождения кванта совреме нная физика не раскрыла . Принято считать , что квант никак не может проистекать из какой бы то ни было неквантовости . Это да ло почву для противопоставления кл ассической электромагнитной теории и квантовой теории . Л.де Бройль называл постоянную Планка : "таинственная постоянная h" [1]. Он же отмечал : " Можно только восхищаться гениальность ю Планка , который , изучая частное физичес кое явление , оказался в состоянии угад ать один из самых основных и наиболее загадочных законов природы . Более сорока ле т прошло со дня этого замечательного откр ытия , но мы все еще далеки от полного понимания значения этого закона и всех его следствий " [2]. Можно доб авить , что и через 100 после этого за мечательного открытия мы все еще далеки о т полного понимания этого закона . Завеса т аинственности так и не снята с этой в ажнейшей фундаментальной константы . Эта константа не появилась из первопринципов - о н а была угадана Планком . До сих пор считается , что электромагнитная теория явно чужда основе квантовой теории – постоян ной Планка [3]. Так ли это ? Насколько обоснов ано такое разделение ? Может ли эта констан та проистекать из непрерывного поля ? Ответ на эти в опросы существующие физич еские теории не дают. Вопрос возможной первичности и неприводим ости постоянной Планка стоит очень остро . Нерешенные проблемы постоянной Планка не позв оляют получить ответ на другой вопрос : откуда проистекает реально наблюдае мая дис кретность нашего мира и что лежит в его основе ? 1. ДИНАМИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ ВАКУУМА Квант в [10,15,25] расс матривается мной как динамическая неоднородность поля , которая возникает при наличии в среде напряженностей электрического E и магнитного H полей . Пос кольку ди намическая неоднородность поля обладает определе нными физическими характеристиками , то ее мож но рассматривать как физический объект . Исход ным для определения физических характеристик динамических объектов вакуума являются векторы напряженности эл е ктрического E и магнитного H полей . В работе [10] п оказано , что при равенстве скалярных произвед ений векторов и их роторов в виде HrotE = E r otH , энергия электромагнитного поля лока лизуется в пространстве в виде кванта. Рассмотрим подробнее какими физически ми характеристиками может обладать динамическая неоднородность поля . Плотность энергии w электромагнитного поля определяется согласно следующему соотношению [4]: (1) Энергия поля E в объеме V с учетом бинарной сущности динамическо й неоднородности [10,12,13] равна : (2) Скорость изменения энергии в данном о бъеме определяется соотношением : (3) Вместо производных по времени подставим их значения в виде rotE и rotH из уравнений Максвелла . С учетом этого получим : (4) Выражение в скобках есть дивергенция векторного прои зведения [Eх H] , поэтому : (5) Условием , при котором энергия в данном объеме будет оставаться постоянной , является равенство нулю производной dE/dt . Из соотношения (5) следует , что производная dE/dt бу дет равн а нулю при div [ExH]=0 . Поскольку векторное произведение [ExH] есть вектор Умова-Пойнтинг а : [ExH] = P, ( 6) то из формулы Остроградского - Гаусса , при нулевой дивергенции , следует : (7) Это означает , что поток вектора Пойнти нга через поверхность S , ограничивающую объем V , равен нулю . Поскольку div [ExH] = 0 , а вектор Пойнтинга не равен нулю , то п оток вектора Пойнтинга остается в объеме V и не выходит за пределы поверхности S , ограничивающей данный объем. Исследуем поведение потока вектора Пойнти нга внутри данного объема . Пользуясь теоремой разложения Гельмгольца [5] вектор Пойнтинга Р можно предст авить суммой двух составляющих Р 1 и P 2 из которых одна является вихревой , а другая п отенциальной. P = P 1 + P 2 . Тогда rotР = rotР 1 , rotР 2 = 0, div P = div P 2 , div P 1 =0 . Из соот ношения (7) следует , что в рассматриваемом нами случае существует только вихрева я со ставляющая вектора Пойнтинга . Из теоремы Сток са следует что : (8) Поток ротора Р через пов ерхность S равен циркуляции вектора Р по замкнутому конт уру . Таким образом , при определенных условиях энергия локализуется в заданном объеме. В общем случае , когда H rotE <> E rotH , приходим еще к двум ва риантам в поведении энергии внутри динамическ их объе ктов вакуума . При H rotE > E rotH получаем положительное значение дивергенции вектора Пойнтинга div P > 0 . При положительном з начении дивергенции вектора Пойнтинга энергия покидает объем , что приводит к уменьшению вихревой составляющей вектора Пойнтинга. П ри H rotE < E rotH получаем отрицательное значение дивергенци и вектора Пойнтинга div P < 0. П ри отрицательном значении дивергенции вектора Пойнтинга энергия возрастает в заданном об ъеме , что приводит к росту вихревой состав ляющей вектора Пойнтинга и к рост у циркуляции вектора . Изменение вихревой составля ющей вектора Пойнтинга сопровождается изменением циркуляции вектора , что непосредственно след ует из теоремы Стокса . Таким образом , изме нение энергии приводит к изменению частотной характеристики динамическо г о объекта вакуума. Из соотношения (5) непосредственно следует , что скорость изменения энергии тем больше , чем больше величина div P . При этом , положительному значению divP соответствует уб ывание энергии , а отрицательному значению divP соответствует возраст ание энергии . Поскольку энергия и разм еры области ее локализации связаны обратной пропорцией [10,13], то отсюда следует , что скор ость изменения размеров невещественных динамичес ких объектов поля в пространстве пропорционал ьна дивергенции вектора Пойнтинга. Как видим , в динамической неоднородности поля выявлена циркуляция энергии по таки м законам , которые не проявляются на вещес твенном уровне [10,13]. Динамическая неоднородность пол я не является ни волной , ни частицей . О на представляет собой новую сущность и характеризуется целым набором соответствующих физических характеристик . Важнейшей ее особенно стью является то , что этому физическому об ъекту присуща динамика . Этот физический объек т не имеет характеристик , свойственных вещест ву . Это объект невещественно й среды - объект физического вакуума . Вышеизложенное указывает на то , что пр и определенных условиях электромагнитное поле проявляется в физическом вакууме в виде динамических невещественных физических объектов , которые не являются ни уединенными бегущим и в олнами ни вещественными образованиями . Этим полевым объектам свойственно внутренне е симметричное замкнутое движение. Это означает , что электромагнитные волны являются всего лишь частным случаем проя вления электромагнитного поля . Другим проявлением электром агнитного поля являются динамиче ские невещественные объекты физического вакуума . При определенном уровне энергии динамическа я (нелокальная ) неоднородность трансформируется в локальную неоднородность , что приводит к появлению кулоновского потенциала и рожд е нию вещественных частиц . 2.НОВАЯ ФУНДАМЕ НТАЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КОНСТАНТА Из соотношения (1) для плотности энергии после интегрирования получим следующее соотнош ение для полной энергии , заключенной в дин амическом объекте поля : E = q 2 ню *п *c • 10 -7 /2 . (9) В результате приходим к формуле вида : E =(комбинация констант )• ню . (10) Получено соотношение , напоминающее по сво ему виду формулу Планка E= h• ню . Только роль кванта действия выполняет в ней не пос тоянная Планка , а новая константа . Обозначим комбинацию конс тант в виде : h * =п• q 2 • с• 10 -7 /2. (11) Учитывая , что для бинарного динамического объекта ва куума модуль заряда равен q=2e [12], получим следующее соотношение : h * =2п• e 2 • с• 10 -7 . (12) Представим это соотношение в виде : h * =2п• h u . (13) В результате получи ли новую фунда ментальную физическую константу : h u =e 2 • с• 10 -7 . (14) Эта константа названа мной фундаментальны м квантом действия [11 - 15]. Ее значение равно [11]: h u =7,69558071(63) • 10 -37 Дж с . (15) Рассмотрени е динамики полевых объектов позволяет установ и ть , что первым фиксированным значением энергии , которая соответствует устойчивым физич еским объектам , есть энергия электрона или позитрона E e [6]. Тогда значение частоты , которое соответствует этой величине энергии будет равно : ню = E e /h u = 1,063870869• 10 23 Гц. Отсюда получим новую физическую константу – фундаме нтальный квант времени : t u = 0,939963701(11)• 10 -23 c. Используя константу скорости света с, получим еще одну константу – фундаментальный квант длины : l u = 2,817940285(31)• 10 -15 м. Как вид им , все приведе нные выше константы пол учены на основе классических представлений . П олученные на основе классического подхода кон станты h u , t u , l u , совместно с числами п и альфа, позволили установить , что используемые в современной физике фундаментальные физические конста нты есть составные константы и не являются первичными константами [11,12,15,30]. В [11,30,32] показано , что все известные фундаментальные физические константы представляют собой разл ичные комбинации констант h u , t u , l u и чисел п,альфа. Константы , входящие в ( h u , t u , l u , п,альфа )-базис , на званы мной универсальными суперконстантами [11,15]. Константы фундаментальной метрики t u и l u образую т новую константу b, названную фундаментальным ускорением [11,30]: b=l u /t u 2 . Значение этой константы равно : b = 3,189404629(36)• 10 -31 м /с 2 . Эта к онстанта позволила получить новый закон силы F=mb [11,32]. С помощью универсальных суперконстант , пр оисхождение которых имеет классические корни , можно представить все законы и формулы к вантовой физики , а также все фун дамент альные константы физики в том числе и постоянную Планка h . Группа , состоящая из пяти универсальных суперконстант h u , t u , l u ,п,альфа, позволяет описывать как поле , так и вещество . Все фундаментальные физические пос тоянные имеют вторичный статус по отн ошению к найденным суперконстантам . Открытие группы из пяти независимых универсальных супе рконстант , которых совершенно достаточно для получения других физических констант , указывает на глубокую взаимосвязь констант различной природы . Взаимосвязи , наблюда е мые у множества физических констант проистекают от того , что в их основе лежат только три размерные h u , t u , l u и д ве безразмерные п,альфа универсальные суперконстанты , которых доста точно , чтобы описать физические законы , относя щиеся и к полю и к веществу. Новая физическая константа h u позволила представить постоянную Планка h, как комбинацию первичных суперкон стант [14,30]: h = f(h u ,п,альфа ). Таким о бразом , удалось выявить истоки происхождения постоянной Планка из непрерывного поля. Угаданная Планком постоя нная h содержала для него самого много неясного . Это М . Планк спец иально подчеркивал в своей Нобелевской речи . Таинственным вестником из реального мира назвал ее М.Планк [3,7]. Очень точно выразился о постоянной h О.Д.Хвольсон [2]. " Проникая во все о тделы физики , она доказала свое мировое значение , доказала , что она играет велику ю роль в явлениях физических ; она начинает проникать и в химию . Какова физическая её сущность ? Почему она так важна ? Почем у она как бы вторгается (чтобы не сказ ать - суется !) во вс е возможные физич еские явления ? Одним словом : что такое h ? Неизвестно и н епонятно ! " Эта тайна об истоках происхождения кв анта и его сущности , как и самой посто янной h , более ста лет оставалась не раскрытой . Подход излож енный выше и полученная новая фундамент альная константа h u позволяют пролить св ет на эту загадку . Это снимает завесу таинственности с постоянной Планка h . Видно , что константа h напр ямую связана со свойствами физического вакуум а и появляется при переходе непрерывного поля в дискретное вещество. Это может служить доказательством того , что дискретное вещество происходит из конт инуального физического вакуума . Суперконстантный ( h u ,t u ,l u ,п,альфа )-базис позволяет создать новую физическую теорию на основе объединения классического и квантового подходо в. 3.ДИНАМИЧЕСКАЯ СИММЕТРИЯ ВАКУУМА Из уравнения (14) д ля новой константы - фундаментального кванта д ействия h u , следует еще одна важная константа [11]: G u =h u /c. Ее знач ение равно : G u = 2,56696941(21)• 10 -45 Н с 2 . С этой константой вакуума G u связан но в ый динамический закон , свойственный физи ческому вакууму . Этот закон имеет вид [11,30]: m э • l = G u , (16) где : m э – элек тромагнитная масса. Из динамического закона следует , что э лектромагнитная масса принимает значения от н уля до некоторой предельной величины : 0 < m э < m max. Это при водит к тому , что метрическая характеристика изменяется от бесконечности до некоторой предельной величины : l min < l < бесконечность . В [11,12,30] пок азано , что предельная величина длины равна константе l u . Константа G u является конст антой в н овом законе универсального взаимодействия [11,32]: F= G u ню 2 Уравнение (16) представляет собой динамический закон , который отображает динамическую симметри ю вакуума . D -инвариа нтность вакуума является новым видом симметри и и является наиболее фунд аментальным свойством Природы . С D -инвариантность ю вакуума связан важнейший закон сохранения , который не нарушается при всех видах взаимодействий. Следует различать динамическую симметрию законов , представленных математическими соотношениями , динамическую симметрию в Природе и динамические законы , отражающие динамическую си мметрию в Природе . Первая относится не к физике , а к математическим конструкциям . В этом случае симметрия проявляется по от ношению к некоторым математическим преобразовани ям . Это , по кл а ссификации Е.Вигнера [33] - геометрические законы . Мы их не рассмат риваем . То , что изложено выше относится к динамической симметрии , свойственной физическим объектам и к законам , отображающим этот вид симметрии . D -инвариантность вакуума являе тся симметрие й более высокого порядка , чем известные на сегодня симметрии . Нарушен ия симметрии , которые наблюдаются в Природе , вплоть до несохранения СР-инвариантности , не затрагивают D -инвариантность вакуума . Грани цей для D -инвариантности являются фунд аментальные кон станты m e и l u , что и отражает динамический зак он . Видно , что динамическая симетрия вакуума не противоречит идее развития , поскольку D -инвариантность сохраняется и тогда , когда нарушаются другие виды симме трии . Реализуется реальный физический процесс , об язанный своим существованием динамической симметрии , который приводит к появлению д искретных физических объектов из непрерывного физического вакуума , что в математическом о писании представлено как достижение физическими величинами своих предельных значени й. 4.НЕПРОТИВОРЕЧИВОЕ ЕДИНСТВО КЛАССИЧЕСКОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ Если бы теория Максвелла целенаправленно развивалась в направлении выявления связи её с квантовой теорией , то , возможно , сит уация в физике была бы совершенно иной . Исторически сложилось так, что уравнения Максвелла подверглись разнообразным упрощениям , а в начале ХХ столетия сама теория Максвелла была подвергнута критике на фоне развивающейся квантовой теории [8]. Особенно эт о было связано с тем , что она не с могла дать объяснения квантовым я в лениям . В конце своей жизни А.Эйнштейн писал : " вообще кажется сомните льным , может ли теория поля объяснить атом истическую структуру вещества и излучения , а также квантовые явления " [9]. На мой взгляд объяснительный потенциал теории Максвелла еще достаточн о велик . Она является инструментом не только для непрерывных полей , но и позволяет дать объяснение тому , перед чем оказалась бессил ьна сама квантовая теория , а именно , объяс нить истоки происхождения кванта и получить постоянную Планка из классических пред с тавлений . Тот факт , что объяснени е кванту непосредственно следует из теории Максвелла говорит о том , что электромагнитн ая теория вовсе не чужда основе квантовой теории – постоянной Планка . Это указывае т на то , что континуальность и дискретност ь не только н е конфликтуют межд у собой , но и тесно связаны и даже обусловливают друг-друга . При этом , как оказ алось , первичными являются все же классически е представления , а квантованность вторична и проистекает из непрерывного поля . Кванты и непрерывное поле не являю т ся антагонистическими объектами , между ними сущест вует прямая генетическая связь и взаимообусло вленность. 5. ВЫВОДЫ 1.Открыта новая фундаментальная физическая константа h u ,получившая название “ фундаментальный квант действия ” . Ее значение равно : h u =7,6955 8071(63) • 10 -37 Дж с . 2. Найдено теоретическое обоснование происхождению постоян ной Планка . Выявлен механизм ее происхождения из непрерывного поля , что позволяет выясн ить физический смысл этой важнейшей константы физики и снять завесу таинственности , кот о рая сопровождала эту константу белее ста лет. 3. Показано , что совершенно реально и закономерно преодоление тупикового противоречия между непрерывным полем и дискретным вещество м . Получено доказательство того , что квант действия проистекает из непрерывного поля . Показано , что сам квант необходимо рассм атривать как динамический объект , лишенный пр изнаков какой бы то ни было частицы и ли совокупности частиц. 4. Существование электромагнитных волн являе тся частным случаем проявления электромагнитного поля . Энер гонасыщение вакуума приводит к появлению динамических полевых объектов в физическом вакууме , что при высокой плотности энергии приводит к появлению кулоновского потенциала и рождению вещественных частиц. 5. Динамические объекты вакуума не являют ся ни уедин енными бегущими волнами , ни вещественными образованиями , ни частицами , ни совокупность частиц. 6. Получены новые физические постоянные t u , l u , G u , b, которые яв ляются независимыми и первичными константами. 7. Открыта группа из пяти независимых суперконстан т h u , t u , l u , п, альфа , которых совершенно достаточно для получения других физических констант , законов и формул физики. 8. То , что из классических представлений вытекает закон квантования , говорит о том , что подход , заложенный Максвеллом , имеет огромный п отенциал , который еще до кон ца себя не исчерпал и способен привести к созданию новой физической теории в к оторой впервые не будут противопоставлены неп рерывность и дискретность. 9. Теория Максвелла позволяет дать объясн ение тому , перед чем оказалась бессил ь на сама квантовая теория , а именно , объясн ить истоки происхождения кванта и получить постоянную Планка из классических представлени й. ЛИТЕРАТУРА 1. Л.де Бройль . Таинственная постоянная h - великое открытие Макса Планка . В кн . По тропам науки . М ., ИЛ , 1962 . 2. Цит . по Е.М.Кляус . Поис ки и открытия . М ., Наука , 1986, с .145. 3. М.Планк . Избранные труды . М ., Наука , 1975, с . 288. 4. Р.Фейнман , Р . Лейтон , М. Сэндс . Фейнмановские лекции по физике . Т .6, М ., Мир , 1966. 5. Г.Корн , Т.Корн . Справочник по математике д ля научных работников и инженеров , М ., Наука , 1970. 6. Peter J. Mohr and Barry N.Taylor. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998 ; Physics.nist.gov/constants. Constants in the category "All constants"; Reviews of Modern Phys ics, Vol 72, No. 2, 2000. 7. Планк М . Е динство физической картины мира . М . с .121. 8. К.В.Мануйлов , М.П.Варин , О.В.В олкова . О решении уравнений Максвелла в св язи с классической теорией потенциала . В с б . "Проблемы пространства и времени ", С-Пб , 1993, с . 51 . 9. А.Эйнштейн . Собрание научн ых трудов . Т .4, М .: Наука , 1966, стр . 355- 356. 10. Косинов Н.В . Электродинам ика физического вакуума . Физический вакуум и природа , N1, 1999. 11. Косинов Н.В . Физический вакуум и гравитация . Физический вакуум и природа , N4, 2000. 12. Косинов Н.В . Законы ун итронной теории физического вакуума и новые фундаментальные физические константы . Физический вакуум и природа , N3, 2000. 13. Косинов Н.В . Вакуум-гипоте за и основные теоремы унитронной теории ф изического вакуума . Физически й вакуум и природа , N2, 1999. 14. . Косинов Н.В . Физический вакуум и физика вакуума . Физический вакуу м и природа , N2, 1999. 15. . Kosinov N. Five Fundamental Constants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas. Physical Vacuum and Nature , N4, 2000. 16. . Косинов Н.В . Эволюция представлений о вакууме в физике . Физичес кий вакуум и природа , N3, 2000.