AA
Книга Олега Репченко
Полевая физика
или как устроен Мир?
Том II
Когда начинает казаться,
что все открытия в физике уже сделаны,
на место такой физики
приходит новая Физика.

Полевая физика за час

или краткое содержание I тома

1. Физические поля и полевая среда

Физические поля, например, электрическое или гравитационное поле, являются одним из ключевых понятий современной физики. При этом согласно традиционному подходу величина (напряженность) поля E = E(r) в некой произвольной точке пространства r определяется исключительно внешними телами, так называемыми источниками поля. А вот от наличия или отсутствия в рассматриваемой точке r исследуемого объекта поле считается вообще не зависящим, либо же предполагается, что влияние исследуемого объекта можно считать пренебрежимо малым. Проще говоря, в современной физике величина поля E должна иметь в любой произвольной точке пространства r некое определенное значение E(r) независимо от того, есть ли в этой точке исследуемый объект или его там вообще нет.

Такой подход позволяет перейти к разделению переменных:

(B1)

На примере электрического поля E(1, 2, ..., n), созданного телами под номерами 1, 2, ..., n и действующего на пробный заряд q0 в точке его расположения, мы можем записать хорошо известное всем выражение для силы F:

(B2)

В рамках этого подхода физическое поле рассматривается лишь как математическая функция, имеющая то или иное значение в каждой точке пространства r в тот или иной момент времени t: E = E(r, t). При этом физические процессы, связанные с фактом нахождения и поведением исследуемого тела в рассматриваемой точке пространства, которые могли бы как-то искажать данное поле, вообще никак не учитываются.

Подобный формальный подход к физическим полям приводит к серьезным нестыковкам уже даже в рамках классической теории поля. Так, в модели точечных частиц возникают расходимости, например, энергия точечной заряженной частицы получается бесконечной. В модели неточечных зарядов все оказывается еще сложнее – возникает известный парадокс действия заряда самого на себя, не говоря уже о необходимости постулировать новый тип сил, сдерживающих неточечную заряженную субстанцию одного знака от развала, – так называемые натяжения Пуанкаре. Все эти обстоятельства подробно описаны в известных Фейнмановских лекциях по физике (том 6, глава 28 целиком).

Но даже не вдаваясь во все эти детали, достаточно просто посмотреть на закон Кулона (или закон всемирного тяготения), согласно которым сила и напряженность поля спадают обратно пропорционально квадрату расстояния r:

(B3)

А значит, поле, созданное пробным телом в его непосредственной близости r → 0, становится неограниченно сильным E0 → ∞. С одной стороны, это снова приводит к расходимости, если пытаться рассматривать поле E0 самого исследуемого объекта в точке его нахождения как часть общего поля системы в дополнение к полям других тел E(1, 2, ..., n). А с другой стороны, это обстоятельство никак не позволяет считать вклад исследуемого тела в общее поле системы пренебрежимо малым!

Более того, открытие квантовых явлений показало полную несостоятельность аксиомы о том, что пробное тело никак не влияет на величину поля, созданного внешними источниками. Так, ключевым понятием квантовой механики стало понятие измерения, которое согласно традиционной интерпретации приводит к редукции волновой функции. Но это как раз и означает, что факт наличия или отсутствия пробного тела в рассматриваемой точке пространства r кардинальным образом меняет свойства системы, то есть влияет на величину поля! Если пробное тело присутствует, то происходит событие измерения и редукция волновой функции, а если его нет, то и события измерения не происходит.

Вот и получается, что логически некорректно считать, будто бы в той или иной точке пространства r величина поля E(r) определяется исключительно внешними источниками и никак не зависит от происходящих в этой точке процессов. И если мы поместим в эту точку некое пробное тело, то поле будет действовать на него с той же самой величиной E(r), которая имела место при отсутствии этого пробного тела. Напротив, величина поля E(r) в любой точке пространства r должна зависеть от того, есть ли там пробное тело или его там нет, и вообще от того, что это за тело, как оно движется и каким образом данное поле искажает.

Проще говоря, мы должны считать поле в точке расположения исследуемого тела зависящим не только от всех внешних тел 1, 2, ..., n – источников поля, но прежде всего и от него самого – тела с индексом 0!

(B4)

Такой подход полностью меняет мировоззрение в отношении природы физических полей. Поля перестают рассматриваться как некая заданная в каждой точке пространства r математическая функция, связанная только с внешними «источниками» и абстрагированная от физических процессов, происходящих в исследуемой точке. Напротив, поле начинает рассматриваться как реальная физическая сущность, своеобразная среда, подверженная собственной динамике и собственным законам.

В рамках этой логики не тела – «источники» создают поля, а поле, подобно некой среде, всегда существует само по себе независимо от тел. Наличие тел и характер их движения, будь то внешние «источники» или исследуемое тело, лишь создают возмущения в этом поле. Эти возмущения распространяются в поле в виде волн и, достигая других тел, меняют характер их движения, что мы интерпретируем как действие сил разной природы. Подобным образом два резиновых шара, плавающих на поверхности бассейна, могут как сближаться, так и удаляться друг от друга, но истинной причиной такого «притяжения» или «отталкивания» служит динамика воды в бассейне, которая и приводит к относительному смещению шаров. В рамках этого мировоззрения именно законы поведения поля рассматриваются как первичные, стоящие за видимым движением материи. А движение материи, которое мы наблюдаем в экспериментах или в обыденной жизни, оказывается вторичным и представляет собой следствие динамики поля.

Эти принципиальные изменения во взглядах на физические поля требуют заменить понятие поля как заданной в пространстве формальной математической функции на понятие полевая среда – реальной физической сущности, подверженной собственной динамике и собственным физическим законам. А построенная на подобных представлениях о поле физика получила название Полевая физика.

В какой-то мере представления о полевой среде созвучны таким известным понятиям, как эфир и физический вакуум. Однако оба этих понятия сопряжены с довольно противоречивыми взглядами, не имеющими ничего общего с полевой физикой. Поэтому, чтобы избежать смешения совершенно разных подходов, в полевой физике и вводится свое собственное понятие – полевая среда.

Представления о полевой среде, динамика которой зависит не только от внешних «источников» поля, но в равной степени определяется и исследуемым телом, оказались очень продуктивными. Этот подход позволяет естественным образом построить единую теорию поля на элементарном языке классической физики. Более того, все квантовые эффекты также естественным образом следуют из этой теории без единого постулата! Изложенные представления о полевой среде позволяют также понять природу массы и зарядов, найти условия возникновения гравитационного отталкивания, объяснить многие аномалии наблюдательной астрономии, систематизировать на новом уровне физику микромира и элементарных частиц, понять природу ядерных сил и многое другое, но обо всем по порядку.