МЕНЮ

О физическом вакууме и эфире

В данной статье на основе системного подхода раскрывается сущность понятий физического вакуума и эфира. Показана ошибочность концепции физического вакуума как универсальной среды, в которой и из которой образуется материя.

Введение. В соответствии с организационно-уровневым строением физической материи каждый ниже лежащий уровень по отношению к выше стоящему представляет среду. Среда относится ко всему, что окружает объект и оказывает на него непосредственное влияние. [1] Понятие среды имеет важное значение в физике. Например, без этого понятия нельзя было вскрыть физическую сущность электрического заряда. [2]

По мере развития представлений о микро-, макро-  и мегамире появилось понимание существования универсальной среды, в которой и из которой образуется материя. На протяжении многих столетий в качестве универсальной среды представлялся “эфир”, понятие, которое возникло еще во времена древних греков. Признание существования эфира в физике, как универсальной среды, окончательно пришло с изучением закономерностей распространения света. [3]

Современник Ньютона Гюйгенс, говоря о природе света, считал, что световое возбуждение следует рассматривать как упругие импульсы, распространяющиеся в эфире, заполняющем всё пространство, а огромная скорость распространения света обусловлена упругостью и плотностью эфира и не предполагает быстрых перемещений частиц эфира. Эйлер и Ломоносов также отстаивали и развивали представление о свете как о волнообразных колебаниях эфира.

Ломоносов пытался уточнить и углубить понятие эфира, рассматривая различные возможные типы его движения – “текущее, коловратное и зыблющееся”.

В 1756-м году он писал [4]: “Так как эти явления (электричество) имеют место в пространстве, лишённом воздуха, а свет и огонь происходят в пустоте и зависят от эфира, то кажется правдоподобным, что эта электрическая материя тождественна с эфиром”. И далее: “Чтобы это выяснить, необходимо изучить природу эфира; если она вполне пригодна для объяснения электрических явлений, будет достаточно большая вероятность, что они происходят от движения эфира. Наконец, если не найдётся никакой другой материи, то достовернейшая причина электричества будет движущийся эфир”.

Впоследствии того, что световые волны поперечны, то есть направления колебаний в них перпендикулярны к направлению распространения, что возможно только в твердом теле, заставило приписать эфиру свойства упругого твёрдого тела.

Максвелл на основе опытов Герца сформулировал заключение: свет есть электромагнитное явление. Идеи Максвелла об электромагнитной природе света позволили объединить светоносный и электромагнитный эфир, сделав его носителем всех электромагнитных явлений. Возникновение электромагнитного поля, равно как и его распространение, представлялось изменением состояния эфира, могущим распространяться от точки к точке с определённой скоростью.

В представлении Лоренца (конец XIX века) эфир есть безграничная неподвижная среда, единственной характеристикой которой является лишь определенная скорость распространения в ней электромагнитных возмущений, и в частности света.

Конец XIX- начало XX в. ознаменовались “взрывным” потоком открытий и новых экспериментальных данных в физике (радиоактивности, элементарных частиц, квантовых эффектов и т. д.), объяснить которые классическая физика была не готова. На попытку заполнить теоретический вакуум в физике решилась квантово-релятивистская концепция, которая многими физиками стала восприниматься как революция в естествознании. Понятие “эфира”, как писал академик А.А. Логунов “уступило понятию физического вакуума – основного состояния, в котором неизбежно присутствуют  квантовые флуктуации – нулевые колебания квантовых полей”.[3]

Неспособность квантово-релятивистской концепции также объяснить революционные  открытия и эффекты завели ее в область мифологии, а всю теоретическую физику в глубокий кризис. При этом в вопросе что такое универсальная среда? к концу ХХ ст. стали конкурировать две точки зрения: первая – классическая, которая под универсальной средой понимает эфир, вторая, рожденная квантово-релятивистской концепцией: универсальная среда это физический вакуум.

Не разобравшись с фундаментальной проблемой универсальной среды, которая практически определяет все, начиная от формирования элементарных частиц и атомов вещества до существования Вселенной, нельзя устанавливать правила устройства микро-, макро- и мегамира.

Исторический и философский аспекты. Понятие об эфире исходит из глубокой древности – в древнеарийскую эпоху оно относилось к особому состоянию материи, называемому “акаша” (пятый элемент материальной природы)[5]. Две с половиной тысячи лет назад древние греки подхватили и развили это понятие под именем αιυηρ (эфир, небо). В 1618 г. французский философ, физик и математик Рене Декарт предложил рассмотреть эфир в качестве материального переносчика света. По его представлениям, свет является сжатием, распространяющимся в идеально упругой среде (эфире), которая заполняет все пространство. С тех пор идея эфира прочно вошла в научный обиход, особенно в трудах Ньютона, Ломоносова, Френеля, Максвелла, Дж. Томсона, Кельвина, Лоренца. Эфирная концепция достигла кульминации в XIX веке, когда Максвелл, опираясь на созданную им модель эфира, получил фундаментальные уравнения электродинамики.

Неясной оставалась, однако, роль эфира в движении сквозь него материальных тел: увлекается ли он их движением или остается неподвижным? Некорректность проведенных экспериментов по решению этой проблемы, выполненных Майкельсоном (1881 г.), Морли и их последователями дали основание Эйнштейну и его сторонникам интерпретировать нулевой результат экспериментов, как доказательство отсутствия эфира. [5] Некорректность экспериментов заключалась в том, что инструментальной базы по наблюдению каких либо параметров эфира не существует даже в настоящее время в XXI в., не говоря уже о конце XIX в., а методика экспериментов строилась на ошибочном представлении о светоносном эфире.

В итоге некорректной интерпретации опытов Майкельсона – Морли, завершившейся построением специальной теории относительности (СТО), был теоретически оформлен отказ от концепции эфира, а вместо эфира, с развитием квантовой теории поля, появился термин «физический вакуум». [5]

Исторически идейной основой отказа от эфира являются идея древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита, по которой мир состоит из неделимых частичек — атомов и пустоты [6] и идеология Оствальда и Маха  вообще отрицающей научное значение атомистической теории [7].

Единственным препятствием полного устранения эфира стал экспериментальный факт существования электромагнитных волн, а единственной возможностью согласовать пустоту с ними явилась необходимость признать, что свет обладает дуализмом, т.е. является одновременно и волной, и частицей. Этот тезис был постулирован Эйнштейном в рамках СТО, а затем применен для объяснения экспериментальных данных по фотоэффекту, что, как и в случае с СТО, явилось отражением философии позитивизма [8] (к научному знанию относится только то, что может быть подтверждено наблюдениями).

Таким образом, позитивисты довольно последовательно провели идею отсутствия эфира: дуализм волна-частица был признан наблюдаемым, но необъяснимым свойством квантов света (которые позднее назвали фотонами), а потому тезис о том, что «если существуют волны, то что-то должно волноваться», мог быть в рамках таких взглядов отвергнут. Волновые свойства в рамках новой физики, признаются свойством частиц, а не среды, а значит существование эфира необязательно. [9]

Однако  дальнейшее развитие физики привело к возврату идеи об универсальной среде, в которой и из которой образуется материя, уже на экспериментальной основе.

В 1947- 48 г.г. была обнаружена поляризация «физического вакуума» [10], первоначально ассоциируемая с процессами виртуального превращения фотона в пару позитрон-электрон с последующей рекомбинацией. Такие виртуальные переходы  в буквальном смысле слова ответственны за поляризацию «пустоты» в окрестности любого электрического заряда, а именно, фотон-пробник диссоциирует на электрон и позитрон, которые образуют виртуальный диполь, эквивалентный поляризации материальной среды. Следующим убедительным доводом в пользу существования такой среды стало открытие решений уравнений электрона Дирака с отрицательным знаком и экспериментальное обнаружение соответствующих этому решению элементарных античастиц.

В 50-е годы  ХХ ст. окончательно сформировались основы квантовополевой картины мира и оформилась одна из ее наиболее разработанных теорий — квантовая электродинамика. При этом
вновь возникло представление о физическом вакууме как совокупности
виртуальных состояний и его важной роли в физических процессах. [6]

В соответствии с ним, поле в вакуумном состоянии представляет собой море виртуальных пар, рождающихся с энергией ∆Е и живущих, согласно соотношению неопределенности Гейзенберга, в течение времени ∆t ≤ ħ/∆E,
так что их в принципе невозможно обнаружить экспериментально. Виртуальная модель вакуума позволяет наглядно пояснить явление поляризации вакуума внешним полем. Действительно, под влиянием внешнего поля виртуальные пары, подобно молекулам в
диэлектрике, ориентируются определенным образом, в результате чего вакуум
приобретает некоторую конечную плотность энергии. Свойство вакуума приобретать во
внешнем поле отличную от нуля плотность энергии оказалось чрезвычайно
важным для решения проблемы ранних
этапов эволюции Вселенной.

Таким образом, на современном этапе неопозитивисты (неопозитивизм –современная  форма позитивизма [11]), игнорируя не наблюдаемость физического вакуума,  рассматривают его  как особое состояние материи, тем самым претендуя не только на углубление научных представлений о физической реальности, но и на онтологическое представление  материи.

Стало очевидно, что решить проблему  универсальной среды только  в рамках каких либо физических концепций не представляется возможным.  Кроме раскрытия сущности понятий  эфира и физического вакуума, появилась необходимость  определения их соответствия понятию физической материи на базе диалектического материализма, в рамках которого дано и развито онтологическое представление о материи.

Системный анализ понятий “физический вакуум” и “эфир”. Для анализа этих понятий наиболее целесообразным является привлечение общей теории систем (ОТС), как специально-научной и логико-методологической концепции исследования объектов, представляющих собой системы.[12] Обоснованность использования методологии системного подхода заключается в том, что объем количества информации, связанный с понятиями эфир и физический вакуум, настолько велик и, к тому же, далее бурно растет, что возможность его усвоения может быть достигнута только с помощью системной реорганизации знаний [13]. Во второй половине ХХ ст. был предложен ряд подходов к построению ОТС [12],  имеющих свой взгляд на методологию системного подхода. Однако только один из них характеризуется необходимой полнотой и достаточностью определения понятия системы. Это общая теория систем Урманцева Ю. А. (ОТСУ) [14], в соответствии с которой понятие система имеет следующее определение:

Система — это множество объектов-систем, построенное по отношениям r множества отношений {R}, законам композиции z множества законов композиции {Z} из «первичных» элементов m множества {M}, выделенного по основаниям a множества оснований {A} из универсума U. При этом множества {М}, {Z} и {R}, {Z} и {R} и {M} могут быть и пустыми.

Это окончательное определение ОТСУ, синтезируя в себе понятия объекта-системы и системы объектов одного и того же рода, является базовым понятием для дальнейшего развития любых других  теоретических построений.

В рамках предложенной эфиродинамической концепции Ацюковского В. А. [15]  в соответствии с ОТСУ вытекает следующее определение эфира:

Эфир это материальная среда, заполняющая все мировое пространство, представляющая собой реальный, т.е. вязкий и сжимаемый, газ, состоящая из совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих частиц и материальной среды, заполняющей пространство между частицами, предназначенная для образования элементарных частиц и всех видов вещества и ответственная за все виды взаимодействий.

По предложению Ацюковского В.А. частицы реального газа называются амерами.

Очевидно, что предложенное определение эфира  находится в полном соответствии с системным подходом  ОТСУ, а именно,  объект система эфир построен по отношениям взаимосвязи и взаимодействия, ограниченное только состоянием реального, вязкого, сжимаемого газа (закон композиции) из первичных элементов амер и материальной среды, заполняющей пространство между амерами.

Свойства и гипотетические параметры реального газа и амера также представлены в работе Ацюковского В.А.

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.” [16].

“Физический вакуум в квантовой теории поля – низшее энергетическое состояние квантованных полей, характеризующееся отсутствием каких-либо реальных частиц.  Все квантовые числа физического вакуума (импульс, электрический заряд и др.) равны  нулю. Однако возможность виртуальных процессов в физическом вакууме приводит к   ряду специфических эффектов при взаимодействии  реальных частиц с вакуумом. Понятие “физический вакуум”  является одним из основных в том смысле, что его свойства определяют свойства всех остальных состояний, так как любое из них может быть получено из вакуумного действием операторов рождения частиц. В ряде случаев, например,  при спонтанном нарушении симметрии, вакуумное состояние оказывается не единственным (т. е. вырожденным)  — существует непрерывный спектр таких состояний, отличающихся друг от друга числом т. н. голдстоуновских бозонов. “[17].

Критика несостоятельности выше указанных представлений о физическом вакууме дана в работах [5, 18, 19]. Однако, с точки зрения системного подхода для адекватности оценки понятий эфира и физического вакуума, необходимо провести аналогичный для эфира системный анализ определения понятия физический вакуум. Из выше указанных представлений физического вакуума на основании методологии  ОТСУ можно дать следующее определение:

Физический вакуум это совокупность постоянно рождающихся и исчезающих виртуальных частиц, представляющих низшее энергетическое состояние квантованных полей, у которых все квантованные числа физического вакуума (импульс, электрический заряд и др.) равны  нулю и  приводящих к ряду специфических эффектов при взаимодействии  реальных частиц с вакуумом.

Из приведенного определения следует принять во внимание, что “виртуальные частицы — это в большей степени математическое явление, чем физическая реальность. Действительно, в квантовой теории поля в точных выражениях для процессов взаимодействия реальных частиц никакие виртуальные частицы не фигурируют.” [20], а “квантовое (иначе — квантованное) поле представляет собой своеобразный синтез понятий классического поля типа электромагнитного и поля вероятностей квантовой механики.” [21].

При этом что такое электромагнитное поле и какова его физическая сущность квантово-релятивистская физика также не раскрывает.

Из выше изложенного  очевидно, что понятие физический вакуум это математическая абстракция ничего общего с онтологическим понятием объективная реальность, т. е. понятием физическая материя  не имеющее.

Одним из важнейших атрибутов физической материи является ее агрегатное состояние (твёрдое теложидкость и газ) [22]. Причем основным агрегатным состоянием физической материи является газ. [23] С точки зрения агрегатного состояния физической материи и системного определения понятий эфир и физический вакуум следует, что эфир это реальный газ, а физический вакуум это низшее энергетическое состояние квантованных полей. Очевидно несоответствие понятия физический вакуум понятию агрегатного состояния физической материи.

Понятие физический вакуум характеризуется  рядом специфических эффектов. т.е. проявление его свойств регистрируется в некоторых, особенных экспериментах [24]. 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 лэмбовскому 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.

Представленная интерпретация вакуумных эффектов является следствием непонимания сущности электрического заряда, механизмов генерации элементарных частиц, их функционального назначения и параметров. В частности, рождение электронно-позитронной пары происходит не в результате воздействия высокоэнергетичного фотона на физический вакуум, а в результате воздействия гамма-фотонов на протон-электронную пару, основу строения атомов вещества, в результате которого протон трансформируется в позитрон, и далее, происходит аннигиляция позитрон-электронной пары с генерацией пары вторичных фотонов.

Сущность эффекта Лэмба-Ризерфорда [25] заключается  в воздействии микроволнового излучения на атом водорода, в результате которого наблюдается сдвиг уровня энергии. Мифологизация эффекта строится на том, что основной вклад в величину сдвига дают два радиационных эффекта: испускание и поглощение связанным электроном виртуальных фотонов, что приводит к изменению эффективной массы электрона и возникновению у него аномального магнитного момента; возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электронно-позитронных пар (т. н. поляризация вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоновской длины волны электрона (~4·10−11 см).

Сущность эффекта заключается в том, что фотоны (реальные) генерируются протон-электронной парой при воздействии на нее, в частности, внешнего излучения. Очевидно, что при воздействии дополнительного внешнего микроволнового излучения на атом водорода (простейшая протон-электронная пара), он генерирует вторичные фотоны, энергия которых выше энергии первичных, что и обуславливает энергетический сдвиг.

Еще большей мифологизации подвержен эффект Казимира[26], заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Суть этого эффекта заключается в поляризации вакуума квантованных полей, которая возникает вследствие изменения спектра вакуумных колебаний при ограничении объема квантования или при отличии топологии пространства от евклидовой.

Исторически первое предсказание эффекта Казимиром в 1948 г.  состояло в том, что на единицу площади двух проводящих плоско-параллельных пластин в вакууме должна действовать сила притяжения

F = — (π2/240) · ħc/a4,                                                              (1)

выражаемая через постоянную Планка ħ, скорость света с и расстояние между пластинами а.

Из выражения (1) следует, что сила притяжения F определяется параметрами фотона (ħ, c) [27]. Это означает, что между пластинами, а также и вне пластин, всегда находятся фотоны, которые вместе со средой их окружающей образуют фотонный газ. Вследствие взаимодействия фотонов с проводящими плоско-параллельными пластинами (явление внутреннего фотоэффекта) часть фотонов проникает внутрь пластин. В результате давление фотонного газа возле поверхности пластин уменьшается и внешнее давление фотонного газа обуславливает сближение пластин. Таким образом эффект Казимира является классическим примером явления сифона [28] в среде фотонного газа.

Выводы. К концу ХХ ст. в физике сформировались две концепции представления универсальной среды: эфирная и в виде физического вакуума.

На основе методологии системного анализа показано, что онтологическому понятию материя и агрегатному состоянию физической материи удовлетворяет только понятие эфир, представляющее реальный, т. е. вязкий, сжимаемый, газ.

Физический вакуум это математическая абстракция, в основу которой положены не реальные факты, а виртуальная реальность, созданная учеными, сознание которых неадекватно трактовало общеизвестные экспериментальные факты.

 

Литература:

  1. https://natworld.info/raznoe-o-prirode/harakteristika-rol-tipy-izmenenie-i-ohrana-okruzhajushhej-sredy© Природа Мира|NatWorld.info Характеристика, роль, типы, изменение и охрана окружающей среды.
  2. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность электрического заряда.
  3. Бояринцев, В.И. Великий М.В. Ломоносов: так начиналась русская наука / В. И. Бояринцев; обществ. движение «Русcкий лад». — М.: ООО фирма «Псковское возрождение», 2011. — 171 с.
  4. Цитата по: Бояринцев, В.И. Великий М.В. Ломоносов: так начиналась русская наука. С.60-61.
  5. http://n-t.ru/tp/in/efv.htm Обухов Ю.А., Захарченко И.И., Эфир или физический вакуум?
  6. Мостепаненко А. М., Мостепаненко В. М. Концепция вакуума в физике и философии // Природа. 1985. N 3. С. 88 — 95.
  7. Энергетизм. Философский словарь. Под ред. И.Т. Фролова. М., 1991, с. 540.
  8. Позитивизм. А. Ф. Зотов // Новая философская энциклопедия: в 4 т. / пред. науч.-ред. совета В. С. Стёпин. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Мысль, 2010. — 2816 с.
  9. Кирьяко А.Г. Анализ развития фундаментальной физики ХХ века.
  10. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/2999.html Поляризация вакуума.
  11. https://iphlib.ru/greenstone3/library/collection/newphilenc/document/HASH01ccf688463c91a82066b9cc. Неопозитивизм.
  12. Общая теория систем. Философский словарь / Под ред. И.Т. Фролова. — 4-е изд.-М.: Политиздат, 1981. — 445 с.
  13. http://www.bibliotekar.ru/teoria-gosudarstva-i-prava-4/95.htm СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК ОБЩЕНАУЧНЫЙ МЕТОД.
  14. http://www.sci.aha.ru/ots/OTS_Simmetry.pdf Урманцев Ю. А. СИММЕТРИЯ ПРИРОДЫ И ПРИРОДА СИММЕТРИИ.
  15. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  16. https://ru.wikiversity.org/wiki/ Физический вакуум.
  17. Физический вакуум . Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
  18. http://bourabai.kz/catechesis.htm Хайдаров К.А. ЭФИРНЫЙ КАТЕХИЗИС. Ложность понятия «физический вакуум».
  19. http://etkin.iri-as.org/napravlen/07edinstvo/efir.pdf Эткин В. Заменяют ли эфир понятия поля и физического вакуума?
  20. https://ru.wikiversity.org/wiki Виртуальные частицы.
  21. http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1562.html Квантовые поля.
  22. http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0036.html Агрегатные состояния.
  23. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Представление о физической материи.
  24. http://www.decoder.ru/list/all/topic_261_1/ О природе физического вакуума.
  25. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Лэмбовский сдвиг.
  26. Мостепаненко В М, Трунов Н Н «Эффект Казимира и его приложения» УФН 156, 385–426 (1988).
  27. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. Физическая сущность постоянной Планка.
  28. Чугаев Р.Р. Гидравлика. — 4-е. — Л.:: Энергоиздат, 1982. — 672 с.

Лямин В.С. , Лямин Д. В.  г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи