Неадекватное описание физической реальности квантовой теорией поля

Дан критический анализ некоторых понятий квантовой теории поля, использование которых не позволяет адекватно описывать физическую реальность. Проанализированы основные причины, приведшие к отходу от классического описания Природы. Высказаны новые идеи о модели поля сильного взаимодействия, о причине распада элементарных частиц, о понятии слабого взаимодействия, о свойстве излучения ускоренно движущегося электрического заряда, о рождении частиц в сильных взаимодействиях и об аннигиляции.

Содержание

• 1.    Некоторые понятия квантовой теории поля

• 2.    Отход от классического описания Природы

• 3.    Физический вакуум и механизм взаимодействия полей

• 4.    О моделях в физических теориях

1.    Некоторые понятия квантовой теории поля.

В настоящее время в физике известны четыре типа взаимодействий – сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Каждому типу взаимодействий отвечает свое поле. В классической физике были известны только два из них – электромагнитное и гравитационное. Квантовая физика к ним добавила еще поля сильных и слабых взаимодействий, переносчиками которых являются виртуальные кванты этих полей, соответственно глюоны и промежуточные бозоны. Поскольку существующая на данный момент теория элементарных частиц предполагает наличие кварков, образующих структуру адронов, то сильные взаимодействия осуществляются так называемым глюонным полем, переносчиками которых являются глюоны. В квантовой теории радиус действия сил, любого из указанных выше взаимодействий, обратно пропорционален массе частиц, обмен которыми обусловливает данное взаимодействие.

В классической физике электромагнитное и гравитационное поля имеют макроскопические размеры и радиус действия их сил 74

теоретически равен бесконечности, так как переносчиками взаимодействий этих полей являются безмассовые частицы фотон и гипотетический гравитон соответственно. Такое представление о бесконечном радиусе действия указанных полей было привнесено в классическую физику квантовой теорией. Сама же классическая физика не использует обменный механизм взаимодействия в своих вычислениях. Эти поля представляют собой некоторую материальную структуру, т.е. являются материальными образованиями, хотя классическая физика и не использовала еще понятия их материальности в своих построениях.

Глюонное поле сильных взаимодействий не проявляет себя в макроскопических областях пространства и квантовая теория поля (КТП) о его структуре не может ничего сказать, кроме как того, что переносчиком его взаимодействия являются глюоны. Будем считать, что глюонное поле материально и имеет некоторую структуру.

Мы, однако, не придерживаемся такого взгляда на природу сильных взаимодействий и утверждаем:

Полем сильных взаимодействий является ядерное поле, локализованное в ограниченной области пространства и оно является таким же фундаментальным понятием, как и электромагнитное поле.

Далее этот тезис мы здесь развивать не будем, что увело бы от темы данной работы слишком далеко. Но в одной из последующих работ к этому положению вернемся и разовьем его достаточно подробно.

На фоне таких представлений о структуре физических полей слабое взаимодействие выглядит белой вороной. Разве существует поле слабых взаимодействий в указанном выше смысле? Под слабым взаимодействием в физике элементарных частиц понимают процессы их распада. Но разве процесс распада является физическим полем? Это не более, чем какой-либо другой физический процесс и квалифицировать его как физическое взаимодействие можно лишь в философском плане.

Введение понятия слабого взаимодействия в физике элементарных частиц оказалось неудачным, так как оно не отвечает существованию физического поля этого взаимодействия со своей материальной структурой. Процессы распада элементарных частиц, описываемые КТП при помощи обмена виртуальными промежуточными бозонами, происходят не по этой причине.

Причиной процессов распада элементарных частиц является неустойчивость материального образования, отождествляемого с элементарной частицей.

Свойства этих материальных образований современная физика пока еще не рассматривает и это невозможно сделать при помощи формализма КТП.

О современном состоянии КТП красноречиво говорят выдержки из диалогов теоретика и математика, описанных в книге [1]. И хотя эта книга вышла в 1997 году, высказанные в ней замечания остаются в силе и в настоящее время.

Теоретик – это доктор физико-математических наук

И.Ю. Кобзарев, к сожалению, трагически погибший в 1991 году.

Математик – это Ю.И. Манин, член-корреспондент АН СССР (РАН) с 1990 г., является членом ряда зарубежных академий.

В дискуссии принимают также участие безымянные Философ и Экспериментатор , но последний фактически не вступал в дискуссию, кроме небольших реплик.

Математик. “… Электрон квантовой электродинамики – это вообще уже не «вещь», а квант поля, он может возникнуть, исчезнуть. В сущности, кроме формальных правил вычисления сечений и инструкций экспериментатору, как его «узнать», мы ничего о нем не знаем.” Стр. 14.

Философ. “Почему же в этом процессе гибели и рождения электроны всегда возникают одинаковыми?” Стр. 15.

Теоретик. “В каком-то смысле мы это не понимаем, а только описываем, но во всяком случае это вложено в саму основу КТП.” Стр. 15.

Математик. “Но ведь и вы говорите, что основная парадигма современной теории элементарных частиц – квантовая теория поля.” Стр. 19.

Теоретик. “Вы же знаете, что современная квантовая теория поля – отнюдь не стройный дворец; скорее это старый дом, обросший как попало сделанными постройками. Конечно, исходная центральная конструкция сохраняет силу, частицы получаются квантованием полей, но сколько пристроек!” Стр. 19.

Математик. “Цитата, которую вы привели, кажется, кончается словами «мы не можем ни о чем судить», а вы настаиваете на том, что вы знаете, что КЭД описывает факты и только факты!” Стр. 80.

Теоретик. “Что делать: мы не знаем, а все равно должны действовать, чтобы действовать успешно, мы должны придерживаться тех предположений, которые кажутся самыми правдоподобными. Конечно, всегда возможны ошибки.” Стр. 80.

Философ. “Я очень хотел бы видеть книгу по квантовой теории поля, где все мысленные опыты, позволяющие понять, что это, собственно, за теория, были обсуждены. Кроме того, я хотел бы прочесть в ней, до какой точности доведены расчеты разных величин.” Стр. 80.

Математик. “Да, это была бы полезная книга.” Стр. 80.

Теоретик. “Стоит ли ее писать? Наука быстро меняется.” Стр.80.

Теоретик. “… Последнее десятилетие было поразительным успехом КТП, парадигма оказалась гораздо более эффективной, чем ожидалась. Но мне иногда кажется, что это, так сказать, пиррова победа, парадигма дошла до своих границ, может быть, даже их перешла.” Стр. 81.

2.    Отход от классического описания Природы.

Отход от классического описания физических явлений и систем начался в 1926 году после введения Шредингером волновой функции ψ , якобы “объективно” описывающей состояние физической системы и наблюдаемые процессы. Последователи Шредингера отступили перед трудностями классического описания атомных явлений под сильным впечатлением успехов его теории в описании атомных спектров.

Остается и по настоящее время загадкой, почему уравнения Шредингера и Дирака правильно описывают энергетические уровни атома водорода и водородоподобных йонов с высокой точностью? Однако, явление лэмбовского сдвига уже теорией Дирака не объясняется, не объясняется также и естественная ширина спектральных линий. Эти эффекты объясняются в КТП введением представлений о поляризации и флуктуациях так называемого физического вакуума. Выяснением же причины “правильного” шредингеровского и дираковского результатов в описании спектров атома водорода видимо никто не занимался.

Дальнейшее развитие шредингеровского подхода привело к использованию в квантовой теории таких математических понятий, как операторов, групп, разного рода симметрий, пространств состояний и т.д., что еще сильнее увело физику в абстрактно математическую область, не адекватную физической реальности. Квантово-механические представления достигли своего апогея в КТП и завели физику в глубокий тупик, выход из которого последователи этой теории пытаются решать прежними методами, внедряя новые математические абстракции и манипулируя прежними. Пришло время отказаться от квантово-механической парадигмы и вернуться на путь классического описания Природы, на чем, собственно, и настаивал А. Эйнштейн. Как известно, Э. Шредингер был также недоволен дальнейшим развитием его подхода к описанию атомных систем.

По поводу успеха теории Шредингера Макс Джеммер писал [2, стр. 275]: “За короткое время после опубликования статьи Шредингера появилось много работ, где волновая механика успешно применялась к самым различным задачам на собственные значения энергии. Вскоре стало ясно также, что теорией можно пользоваться и при решении более широкого круга задач, чем имел в виду ее создатель.”

Волновая механика Шредингера позволила в дальнейшем создать такие прикладные области физики, как квантовая химия и квантовая теория твердого тела, имеющие непосредственно практическое значение. Все это укрепило убежденность физиков в справедливости использования квантовых представлений при описании разного рода физических явлений и процессов. Согласие получаемых решений с опытом в этих областях обусловлено тем, что в уравнении Шредингера используется оператор функции Гамильтона H , выражающий энергетические свойства рассматриваемой физической системы. Но волновая механика Шредингера является феноменологической теорией и поэтому естественно имеет ограниченную область применения. Последователи же этой теории уверовали в ее непогрешимость и беспредельность ее использования, что и привело к созданию квантовой теории поля.

Шредингер пытался придать волновой функции ψ некий физический смысл, но на этом пути не достиг положительных результатов. Вот его размышления на этот счет [2, стр. 256]: “Конечно, напрашивается мысль связать функцию ψ с неким колебательным процессом в атоме, реальность которого более правдоподобна, чем реальность электронных траекторий, в последнее время неоднократно подвергавшаяся сомнениям.” “Едва ли нужно пояснять, насколько более привлекательным было бы представление о том, что при квантовом переходе энергия переходит из одной формы колебаний в другую, чем представление о перескакивающем электроне. Изменение формы колебаний может протекать непрерывно в пространстве и во времени; оно вполне 78

может длиться столько времени, сколько занимает … процесс излучения.”

По поводу размышлений Шредингера о возможной физике квантовых переходов в атомах М. Джеммер пишет [2, стр. 275 – 276]: “Чтобы объяснить, почему механическая система излучает электромагнитные волны с частотой, равной разности термов, и иметь возможность рассчитать их интенсивность и поляризацию, Шредингер приписал ψ электромагнитный смысл, определив ψ в начальных разделах своей статьи как функцию, характеризующую непрерывное распределение заряда в реальном пространстве.” “Для объяснения того эмпирического факта, что заряд электрона обычно сосредоточен в очень малой области пространства, Шредингер к электродинамической интерпретации волновой функции присовокупил представление о том, что частицы корпускулярной физики являются по существу лишь волновыми пакетами, образованными очень большим (строго говоря, бесконечно большим) числом волновых функций.”

Такое представление о корпускулярных частицах простительно Шредингеру, поскольку в то время, когда он об этом писал, ничего не было известно о том большом многообразии мира элементарных частиц, о котором сегодня знаем мы.

Далее М. Джеммер продолжает:

“Но вскоре выяснилось, что предположение Шредингера ошибочно и что в общем случае волновые пакеты все же расплываются.”

“Еще одно возражение против интерпретации Шредингера было связано с тем, что для многоэлектронных систем (а строго говоря, также и для одноэлектронной системы, если принять во внимание движение ядра) функция ψ была определена в воображаемом многомерном пространстве и потому ее вряд ли можно было считать эффективной причиной излучения, как это предполагал Шредингер. Противоречили шредингеровской интерпретации и эксперименты по дифракции электронов на кристаллах, обсуждавшиеся выше, и эксперименты по столкновению частиц с атомами, так как было трудно понять, каким образом при подобных процессах дисперсии волн могла сохраниться стабильность частицы, если она была бы всего лишь группой волн.”

Причины излучения как атомов, так и свободных частиц (тормозное и синхротронное излучения), неизвестны и в настоящее время. Ускорение частицы не может считаться причиной излучения, поскольку существование атомов этому противоречит.

Да и для свободных частиц, движущихся с ускорением, излучение не всегда возможно.

Согласно классической физике ускоренно движущийся заряд излучает всегда. Существование атомов показало, что это не так – заряд может двигаться ускоренно и при этом не излучать. Это свойство атомов не было воспринято классической физикой для уточнения условий излучения ускоренно движущегося свободного заряда.

Мы полагаем, что излучение электрического заряда имеет одну и ту же природу, независимо от того, находится ли он в атоме или является свободным.

Выяснение причины излучения электрического заряда позволит описать спектры атома водорода и водородоподобных йонов классическим образом более точно, чем это осуществляется уравнениями Шредингера и Дирака.

Шредингеровская интерпретация волновой функции потерпела поражение. В 1926 году М. Борн выдвинул статистическую интерпретацию волновой функции, определяющую вероятность того или иного состояния физической системы. Тем самым был сделан еще один шаг отхода от физической реальности.

М. Борн писал [2, стр. 278]: “Движение частицы следует вероятностным законам, сама же вероятность распространяется в соответствии с принципом причинности.”

Для Эйнштейна и многих других физиков использование вероятности в физических исследованиях выражало неполноту (неточность) наших знаний о Природе, что в дальнейшем вылилось в квантовой механике в виде возможности существования так называемых скрытых параметров.

С этого момента Борн и Гейзенберг начали утверждать, что законы Природы определяют не появление события, а вероятность его появления.

Вероятностная интерпретация Борна быстро распространилась прежде всего в задачах атомного рассеяния, где она была и создана. Борн, а впоследствии и Фок, попытался связать вероятностную интерпретацию с классической физикой. Выступая в 1926 году в Оксфорде на съезде Британской ассоциации содействия развитию наук, он сказал [2, стр. 281]:

“Мы освобождаем силы от их классической роли непосредственно задавать движение частиц и вместо этого предоставляем им задавать вероятность состояний. Если раньше наша цель в том и состояла, чтобы сделать эти два определения силы эквивалентными, сейчас эта проблема, строго говоря, больше не имеет смысла. Единственный вопрос состоит в том, почему классическое определение с таким успехом используется для широкого класса явлений. Как всегда в подобных случаях, ответ гласит: потому что классическая теория является предельным случаем новой.”

Довольно-таки самонадеянное утверждение. Вопрос можно поставить иначе: почему квантово-механическое описание в некоторых случаях качественно, именно качественно, (за исключением атомных спектров в атоме водорода и водородоподобных йонах) приводит к согласию с опытом? Ответ нами был уже дан ранее, который заключается в том, что в уравнении Шредингера используется оператор функции Гамильтона H , выражающий энергетические свойства физической системы, которые в силу закона сохранения энергии и импульса не противоречат опыту.

Точное описание физической реальности возможно только при использовании классического подхода на основе дифференциальных уравнений, о чем неоднократно заявлял и Эйнштейн. Не надо никаких операторов, групп, симметрий и т.д., все это математическая чепуха, не имеющая физического смысла.

Третьим шагом отхода от физической реальности стало известное соотношение неопределенности Гейзенберга, допускающее существование виртуальных частиц с нарушением закона сохранения энергии и импульса на малое время. Это уже чистый идеализм, к тому же еще и метафизический. И, как известно, именно это идеалистическое представление было положено в основу квантовой теории поля в виде механизма взаимодействия физических полей, выражающегося в обмене виртуальными частицами.

Шредингер был убежденным сторонником роли непрерывности в микрофизике и критиковал взгляды Бора на разрывность и понятие квантовых скачков. Бор сослался на статью Эйнштейна о вероятностях перехода, которая поддерживает его мнение о том, что без подобных разрывностей нельзя объяснить закон излучения Планка. На что Шредингер воскликнул [2, стр. 314]:

“Но если нельзя обойтись без этого проклятого квантового прыганья, то я сожалею, что вообще занялся квантовой теорией.”

На это Бор ответил:

“Но все остальные чрезвычайно благодарны Вам именно за это: Вы так много сделали для прояснения квантовой теории.”

Шредингер оказался заложником квантовых представлений и до конца жизни терзался этим. Гейзенберг считал, что конфликт Шредингера с Бором по вопросу интерпретации квантового формализма обусловлен отсутствием его адекватной интерпретации.

Гейзенберг поступил также, как в свое время поступил Эйнштейн [2, стр. 314]: “… природа устроена таким образом, что допускает использование именно этого математического формализма.”

Гейзенберг сказал себе [2, стр. 314]: “Похоже на то, что в природе я могу встретиться лишь с такими ситуациями, которые можно описать только квантовомеханически.”

Оба утверждения (Эйнштейна и Гейзенберга), как видим, являются самонадеянными и идеалистическими. Но, как говорится, Бог им судья. А мы знаем, что не только Бог может быть судьей, а в физике таким Богом является опыт.

Далее Гейзенберг продолжает вопрошать себя [2, стр. 315]: “… а каковы эти ситуации, которые можно определить?… Очень скоро я обнаружил, что такими ситуациями являются те, в которых существует это соотношение неопределенности между p и q . Тогда я попытался продолжить мысль: хорошо, пусть существует только такая возможность, что Δ p ⋅ Δ q ≥ h /2 π . Последовательно ли это утверждение? Могу ли я доказать, что эксперименты никогда не дадут мне ничего иного?”

Своими размышлениями Гейзенберг поделился с Паули, который восторженно о них отозвался. Ободренный такой реакцией Паули, Гейзенберг написал о своих размышлениях статью и направил ее Бору, которого она не совсем удовлетворила и он предложил сделать некоторые изменения. Гейзенберг настоял на первоначальном варианте статьи и в конце марта 1927 года отослал ее в физический журнал. Статья называлась: “ О наглядном содержании квантово-механической кинематики и механики”, в которой был выдвинут принцип неопределенности, упомянутый выше.

В дальнейшем этот принцип использовался в квантовой теории в спекулятивных целях, когда теория не позволяла описать те или иные события достаточно точно или же вообще не могла это сделать принципиально, подменяя отсутствие теоретического результата грубыми оценками, вытекающими из этого принципа. 82

Принцип неопределенности выражает невозможность точного описания состояния физической системы средствами квантовой теории. Этот недостаток квантовой теории приняли за великое благо, мол таковы законы Природы, что точно знать поведение физической системы, даже теоретически, невозможно. И согласно борновской интерпретации волновой функции, квантовая теория позволяет лишь только определить вероятность того или иного состояния физической системы. Много было сломано копий в многочисленных дискуссиях по осмысливанию интерпретации волновой функции и соотношения неопределенности. Так эти вопросы и поныне являются спорными. Следует, однако, заметить, что подобные обсуждения не привносят в физику реальных позитивных знаний. Проблема интерпретации квантовых представлений является внутренней проблемой этой теории, не представляющей для физического познания абсолютно никакого интереса. При адекватном описании физической реальности надобность в принципе неопределенности отпадает.

Пагубность принципа неопределенности проявляется в неправильном его понимании многими деятелями науки, которые в своих трудах и учебниках распространяют ошибочное о нем представление. Так, например, Матвеев А.Н. [3, стр. 120] пишет: “Для понимания явлений микромира мы не обладаем другими понятиями, кроме понятий, свойственных чисто корпускулярной и чисто волновой картине. Поэтому весь анализ явлений микромира мы вынуждены вести в рамках этих понятий, которые неадекватно, односторонне и неполно отражают свойства объектов микромира (выделено жирным нами). Если эти понятия абсолютизировать и не учитывать их односторонность и неполноту, то при анализе явлений микромира возникают многочисленные противоречия.”

Лучше и не скажешь о возможности квантовой теории описывать физическую реальность. Там же Матвеев А.Н. продолжает:

“В рамках квантовой механики нельзя говорить о движении электрона по траектории, но можно говорить о вероятности местонахождения электрона в той или иной области пространства. Это обстоятельство также связано с принципом неопределенности: если электрон зафиксирован в какой-то точке пространства в какой-то момент времени, то его импульс, а следовательно, и скорость становятся полностью неопределенными и понятие траектории теряет смысл.”

Это высказывание красноречиво говорит о неполноте квантово-механического описания Природы. Траектория электрона и других микрочастиц теряет смысл лишь только в представлениях квантовой теории. Однако, в многочисленных учебных и научных изданиях это не оговаривается, что вносит неправильное понимание объективной реальности. То, что невозможно сделать в квантовой теории, вовсе не означает отсутствие такой возможности при других подходах.

Принцип неопределенности утверждает лишь только одно – невозможность точного теоретического описания физических процессов средствами квантовой теории, именно теоретического.

Иные же авторы усматривают в этом принципе его физическую значимость, проявляющуюся непосредственно в физических явлениях. Так, например, причину квазидискретности энергетических уровней в атомах (естественная ширина спектральной линии) объясняют при помощи принципа неопределенности следующим образом [4, стр. 29]:

“В соответствии с принципом неопределенности возбужденные уровни i энергии квантовой системы, обладающие конечным временем жизни τ _i , являются квазидискретными и имеют конечную (малую) ширину.”

В КТП элементарные частицы предполагаются точечными. Это упрощает вычисления, но уводит от физической реальности. Идеализация материального объекта в виде точечной частицы играет положительную роль, например, в небесной механике, в которой планеты и Солнце принимают за материальные точки без ущерба для точности измерения наблюдаемых параметров планетных движений. Высокая степень шарообразности формы планет и Солнца и большие расстояния между ними позволяют рассматривать их как материальные точки. Погрешность такого рассмотрения лежит далеко за пределами современной точности измерений и потому не искажает физическую реальность движения планет на достаточно длинном отрезке времени.

Использование же понятия точечных частиц в области сильных взаимодействий приводит к неправильным теоретическим результатам, полученным на основе КТП, так как последняя не учитывает свойства сильных взаимодействий, при которых происходит сильное изменение энергии взаимодействующих частиц, которое в свою очередь изменяет силу такого взаимодействия. К тому же, кроме операторов рождения и 84

уничтожения, КТП не оперирует понятиями реального физического процесса, происходящего при образовании новых частиц в результате столкновения исходных частиц. Существование такого процесса вытекает из огромного экспериментального материала по неупругим и глубоконеупругим взаимодействиям. Отсюда и возникают трудности КТП, пытающейся построить теорию элементарных частиц, но это в ее рамках осуществить просто невозможно. Необходим возврат к классическому описанию полей на основе дифференциальных уравнений с использованием реальных физических моделей, а не математически абстрактных, каковыми являются, например, физический вакуум КТП и механизм взаимодействия квантовых полей.

Критический анализ квантовомеханического развития физики представлен в книге Дж. Препараты [5].

3.    Физический вакуум и механизм взаимодействия полей.

Что же это такое физический вакуум? Вот как его описывает Матвеев А.Н. [3, стр. 402]:

“В лэмбовском сдвиге уровней атомных электронов проявляются физические свойства электромагнитного вакуума. Физические свойства вакуума обусловливаются виртуальным порождением и поглощением фотонов и всех других частиц. Поэтому говорят не только об электромагнитном вакууме, но и о вакууме других частиц. В частности, выше шла речь о состояниях с отрицательной энергией и позитронах. Фон электронов в состояниях с отрицательной энергией есть электронно-позитронный вакуум. Имеется также вакуум и других частиц.”

Физический вакуум оказался вместилищем всех известных и еще неизвестных частиц с отрицательной энергией. Ладно, если бы о таком вакууме говорили только как о математической модели КТП. Ан, нет! Приверженцы КТП твердят о его реальном физическом существовании. Такое понимание физического вакуума возникло после выдвижения в 1931 году Дираком идеи о “море электронов с отрицательной энергией” для объяснения полученных решений его уравнения, соответствующих отрицательным энергиям. Отрицательные энергии, по определению понятия энергии, не имеют физического смысла И полученное решение с отрицательной энергией следовало бы выбросить в мусорную корзину. Но не таков был П. Дирак, он усмотрел в этом существование частицы, во всем похожей на электрон, но только имеющей положительный электрический заряд. И в 1932 году Андерсоном была открыта такая частица, названная позитроном. С тех пор одинаковые по массе, но с противоположными зарядовыми свойствами (электрический заряд, лептонное и барионное числа и тому подобное), стали называть античастицами.

Открытие позитрона, античастицы электрона, явилось замечательным открытием, раскрывшим новый мир физической реальности. Но за открытие позитрона физика заплатила высокую цену, включив в свой арсенал основных понятий ошибочное представление о физическом вакууме. И это все благодаря представлению Дирака о его “море электронов с отрицательной энергией”. За открытием позитрона физики “увидели” физическую сущность “моря Дирака” и поверили в его существование.

И вот квинтэссенция КТП о физическом вакууме [3,стр. 402]: “Благодаря вакууму соответствующих частиц осуществляется взаимодействие частиц друг с другом. Например, электромагнитное взаимодействие по закону Кулона осуществляется с помощью электромагнитного вакуума. Электрические заряды обмениваются виртуальными фотонами, в результате чего возникает сила взаимодействия между зарядами. Обмен виртуальными фотонами сводится к испусканию фотона одним из зарядов и поглощению другим. Таким образом, этот обмен фотонами между зарядами изменяет нулевое состояние вакуума и в результате возникает электромагнитное взаимодействие между зарядами.”

Приведенное объяснение электромагнитного взаимодействия не выдерживает критики по многим аспектам. Возьмем хотя бы такие.

• 1.    Между электрическими зарядами может быть как притяжение, так и отталкивание. Каким образом это осуществляется моделью приведенного выше механизма электромагнитного взаимодействия?

• 2.    Взаимодействующие заряды расположены на некотором расстоянии друг от друга, которое может быть и достаточно большим в силу электромагнитного дальнодействия.

• 3.    Если взаимодействуют два заряда, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, то как каждый из этих зарядов “знает” в каком направлении ему нужно послать виртуальный фотон, чтобы его “проглотил” другой заряд соответственно? Или же заряды посылают свои фотоны по всем направлениям? А если в этом случае заряды удалены друг от друга на довольно большое расстояние, то тогда придется очень много посылать виртуальных фотонов по всем направлениям. Каким образом заряды “знают” какую интенсивность виртуальных фотонов им следует посылать друг другу в этом случае?

• 4.    Если один заряд взаимодействует с системой зарядов, распределенных в пространстве в общем случае произвольно, то как этот заряд “знает” сколько фотонов ему надо послать и по каким направлениям, чтобы их “проглотили” все элементарные заряды соответствующего распределения системы зарядов?

Возможно приверженцы КТП и знают об этом, но почему-то предпочитают не распространяться по этому поводу в своих сочинениях.

Каким образом заряд, испускающий виртуальные кванты, “знает” какого сорта фотоны он должен послать другому заряду, чтобы произошло либо притяжение, либо отталкивание между зарядами?

Аналогичный механизм взаимодействия предлагается и для объяснения всех других физических полей, только переносчиком взаимодействия в них выступают другие виртуальные частицы.

Об условности концепции квантового механизма взаимодействия полей говорит Перкинс Д. [6, стр. 14]:

“Квантовая концепция испускания и поглощения виртуальных фотонов источником заряда – столь же условна, как и классическая концепция поля, окружающего источник. Как поле, так и виртуальный квант ненаблюдаемы; они ответственны за силу, которую можно измерить количественно. Однако распространение электромагнитного поля действительно квантуется в виде свободных фотонов – квантов, поэтому описание взаимодействия в виде обмена виртуальными фотонами в статическом случае удобно для обсуждения взаимодействия в микроскопическом масштабе.”

Редко где можно встретить высказывание об условности механизма взаимодействия физических полей посредством обмена их виртуальными квантами. Этот обменный механизм взаимодействия в КТП возведен в ранг объективно существующей физической реальности. Мы не можем согласиться с Д. Перкинсом, что поле ненаблюдаемо так же, как и виртуальный квант. В физике, как известно, наблюдения осуществляются приборами, результаты показаний которых дают основание считать, что измеряемая величина относится к объекту измерения, подтверждая тем самым объективное его существование в рамках принятой модели данного объекта. Поэтому ясно, что понятие наблюдаемости физического объекта связано с показаниями соответствующих приборов. В этом смысле такие поля, как электрическое и гравитационное, являются наблюдаемыми при помощи большого количества разнообразных приборов. А вот виртуальные кванты таким же образом при помощи приборов наблюдать нельзя. Объяснение некоторых физических явлений на основе концепции виртуальных квантов не может служить доказательством их реального существования, поскольку те же самые явления объясняются или же могут быть объяснены совершенно с других позиций без помощи ненаблюдаемых виртуальных квантов. К тому же, на многие вопросы, приведенные выше, о механизме взаимодействия полей при помощи виртуальных квантов эта концепция не отвечает.

Электромагнитное поле при некоторых условиях приводит к излучению электромагнитных волн (квантов). Это свойство электромагнитного поля было положено в основу понятия квантового поля, как состоящего из квантов электромагнитного поля. В дальнейшем такое понятие поля было распространено и на другие типы полей, соответствующим сильному и слабому взаимодействиям. Получился “красивый” механизм взаимодействия физических полей, который, однако, не соответствует физической реальности.

Еще одна цитата о физическом вакууме [3, стр. 402]: “Основной особенностью мира элементарных частиц является широкая взаимопревращаемость частиц друг в друга. В результате их взаимодействий друг с другом одни частицы исчезают, а другие порождаются. В процессе этих взаимопревращений вакуум играет первостепенную роль: он является как бы резервуаром, из которого черпаются порождаемые частицы и куда переходят исчезающие частицы. На примере состояний с отрицательной энергией электрона было пояснено, как это происходит в случае электроннопозитронного вакуума. Вакуум частиц проявляется и во многих других наблюдаемых эффектах. Таким образом, развитие квантовой теории поля привело к возникновению представлений о вакууме как о наделенной физическими свойствами среде.”

Процессы рождения и исчезновения частиц в КТП описываются при помощи свойств физического вакуума. Но это неправильное понимание таких процессов, проистекающее из ложного представления о физическом вакууме. Объяснение же процессов рождения при взаимодействиях частиц высокой энергии и исчезновения частиц при аннигиляции заключается в следующем: При столкновении частиц высокой энергии часть их кинетической энергии, которая материальна, преобразуется в 88

наблюдаемые частицы, другая же ее часть превращается в кинетическую энергию продуктов реакции.

При аннигиляции частиц их энергия покоя (соотношение

E = mc 2 ) преобразуется в материальную структуру квантов излучения (фотонов).

Причем же здесь вакуум? Эти процессы современная физика не описывает в указанном выше смысле, видимо, по причине укоренившегося представления о вакууме. Но когда-то надо все-таки начинать правильное описание этих процессов. Мы думаем, что время для этого уже пришло.

Примечательно высказывание Я.Б. Зельдовича [7, стр. 178]: “Наконец, последнее предупреждение молодым и немолодым читателям: не конструируйте машин, извлекающих из вакуума энергию. Это безграмотно уже сегодня, независимо от вопроса о вычислении энергии. … Лучше придумайте, как использовать, да еще, по возможности, управляемым регулируемым способом, всю энергию E = Mc ² вещества. Это трудно – но по крайней мере не противоречит общим законам природы.”

4.    О моделях в физических теориях.

На наш взгляд существуют следующие типы физических моделей: реальные, феноменологические и ложные.

Реальные модели описывают форму и движение материи и взаимное расположение составных частей, входящих в модель, т.е. они создают некоторый образ реально существующей физической системы, который от оригинала может отличаться незначительными погрешностями. Некоторыми примерами таких моделей являются: хаотическое движение молекул газа;

резерфордовская модель атома;

модель строения атомного ядра;

боровская модель атома водорода;

кристаллическое строение твердых тел;

аморфное строение вещества;

изменение агрегатных состояний вещества;

представление о плазме.

К этому списку можно добавить и много других реальных моделей физических систем.

Феноменологические модели используют понятия, при помощи которых описывают поведение физических систем и их свойства. Они основаны на использовании усреднения свойств физической системы и приближенного описания физической реальности.

Однако в рамках введенных понятий могут быть точными в смысле измерения величин, входящих в феноменологию.

Например, термодинамика - феноменологическая теория, описывающая поведение реальных газов, паров и жидкостей при помощи таких понятий как температура, давление, энтропия и т.д.

Теории сверхпроводимости и квантовых жидкостей, квантовая теория твердого тела, квантовая теория поля, квантовая механика, статистическая физика (классическая и квантовая), теории строения атомного ядра являются феноменологическими теориями. Ложные модели - это предполагаемые реальные модели, но они таковыми не являются. Такими ложными моделями в свое время были теплород, флогистон, электрическая и магнитная жидкости, которые описывали соответствующие физические явления, исходя из ложных представлений, появившихся от недостатка знаний об окружающем мире. По мере развития физики от этих представлений отказались ввиду их несоответствия реальной природе, описываемых ими явлений. Поэтому ложные модели могут длительное время существовать в физике, пока они не будут заменены на реальные модели. Существование ложных моделей неизбежно, так как они возникают от недостатка знаний. Поэтому, существующие в настоящее время, физические модели не должны абсолютизироваться. Многие из них могут впоследствии оказаться ложными.

Мы возьмем на себя смелость представить список некоторых ложных моделей:

физический вакуум в квантовой теории поля (КТП);

механизм взаимодействия физических полей в КТП;

кварковая модель строения адронов;

объяснение природы гравитации в ОТО искривлением пространства-времени;

второй постулат специальной теории относительности: скорость света одинакова по всем направлениям во всех инерциальных системах отсчета.

Очень жаль, что приведенные выше физические модели, положены в основу современных физических теорий. Что же, рано или поздно, от этих моделей придется отказаться под влиянием опытных фактов. Мы полагаем, что уже до середины 21-го века от всех вышеупомянутых моделей физика откажется ввиду их ошибочности.