Єдине поле силового просторового взаємодії матеріальних тіл

В.В. Сидоренков, МГТУ ім. Н.Е. Баумана

На основі аналізу фізичних характеристик силового просторового взаємодії матеріальних тіл встановлена ​​об'єктивність існування Єдиного Поля Взаємодії в реальному просторі фізичного вакууму, обумовленого його поляризацією при наявності в ньому Матерії. Отримано аналітичний співвідношення для зазначеного поля, тотожне описує поля різних по фізичній природі електричних, магнітних і гравітаційних сил.

Відомо, що будь-який матеріальний об'єкт і, по суті, всі його фізичні характеристики сукупно реалізуються за допомогою електричних, магнітних і гравітаційних полів силової взаємодії частинок, його складових [1]. У цьому зв'язку цілком логічно поставити і спробувати аргументовано відповісти на концептуально важливе питання про причини такого реально спостережуваного взаємопов'язаного єдності вказаних полів. Як видається, тут принципово головним і основним є той факт, що В«ПровідникомВ» зазначених взаємодій, та й В«середовищем проживанняВ» самої Матерії служить простір фізичного вакууму, яке, згідно з сучасними дослідженням, порожнечею в буквальному сенсі цього слова бути не може.

Якщо виходити з фізично природної теорії блізкодействія [1], то саме за допомогою фізичного вакууму, завдяки його властивостям здійснюються різного роду взаємодії між просторово рознесеними матеріальними тілами. Наприклад, наелектризовані тіло якимсь чином поляризує навколишній простір, і це реєструється як електричне поле цього тіла, силовим чином чинне на інші заряджені тіла. Аналогічно, маса реального тіла створює в просторі вакууму обурення у вигляді його поляризації, сприймане іншими тілами як поле сили тяжіння. Отже, здатність фізичного вакууму поляризуватися при наявності в ньому Матерії породжує передбачуване нами як об'єктивно існуюче, шукане силове Єдине Поле Взаємодії рознесених у просторі матеріальних тіл, яке, як очікується, має бути тотожно різним по фізичній природі з позиції загальноприйнятих в даний час уявлень полях електричних, магнітних і гравітаційних сил.

Аналіз проблеми пошуку Єдиного Поля Взаємодії матеріальних тіл почнемо з того, що представимо симетрію аналітичних виразів відомих полів електричних, магнітних і гравітаційних сил в структурно тотожною формі:

a), b), c), (1)

де, і m - відповідно, електричний, магнітний та гравітаційний (маса) заряди. Оскільки всі зазначені взаємодії відбуваються в просторі фізичного вакууму, то присутні у формулах (1) розмірні в системі одиниць СІ фізичні постійні, і будемо називати електричної, магнітної і гравітаційної проницаемостями вакууму, де остання константа виходить з постійної гравітаційної взаємодії, записаної у вигляді.

На нашу думку, буде вельми корисним не тільки для подальшого, але і з пізнавальної точки зору, провести детальне обговорення розмірностей зазначених вище констант. Так, наприклад, величина і розмірність електричної постійної, в наших уявленнях електричної проникності вакууму, рівні (Фарада/метр), де електроємність - Фарада = Кулон/Вольт відповідає відношенню електричного заряду В«КулонВ» до електричного скалярному потенціалу В«Джоуль/Кулон = ВольтВ». Аналогічно, характеристики магнітної постійною - магнітної проникності вакууму будуть рівні (Генрі/метр), де індуктивність - Генрі = Вебер/Ампер визначається відношенням магнітного заряду (потоку) В«Вольтсек = ВеберВ» до магнітному скалярному потенціалу В«Джоуль/Вебер = АмперВ». Звернемо особливу увагу на те, що представлене тут логічно очевидне фізичне поняття магнітного скалярного потенціалу - Ампер як у науковій літературі, так і в навчальних посібниках поширення не має, на відміну від симетричного йому базового в теорії електрики електричного скалярного потенціалу - Вольт.

Відповідно, розглянемо гравітаційну проникність вакууму Гл/м, де в чисельнику розмірності даної константи фізична величина, названа нами Галілей, визначальна гравіемкость (аналог електроємності), дорівнює відношенню основних фізичних величин: Гл = кгсек2/метр2 = кг/v2, що в підсумку являє собою відношення величин гравітаційного заряду В«кгВ» до гравітаційному потенціалі В«Джоуль/кг = метр2/сек2В». Зазначений потенціал визначається роботою по переміщенню одиничної маси з даної точки поля на нескінченність (за межі поля) і вимірюється в В«Джоуль/кг = v2В». Згідно визначенням, гравітаційний потенціал в області свого існування негативний і у центру поля досягає фізично можливого мінімуму Дж/кг, відповідно на В«кордоніВ» поля (на нескінченності) максимальний і дорівнює нулю. В Зокрема, на поверхні Землі даний потенціал становить величину Дж/кг, тобто дорівнює квадрату першої космічної швидкості: м/c. Зауважимо до речі, що властивості гравітаційного поля як сил тяжіння якісно відрізняють його від властивостей електростатичного поля сил тяжіння і відштовхування електричних зарядів, оскільки джерела поля тяжіння - гравитирующих мас мають тільки один знак і притягуються, а електричні заряди одного знака відштовхуються. У результаті ми отримали нетривіальний і корисний методичний результат: розмірності фундаментальних постійних, і - фізично різних проницаемостей простору фізичного вакууму виявилися структурно тотожними.

Оскільки нам відомо аналітичний вираз для фундаментальної маси, званої масою Планка, складене з комбінації інших фундаментальних фізичних констант 2, 17610-8 кг (- модифікована постійна Планка, - швидкість світла), то скориставшись цим виразом, розглянемо формулу (1c) сили гравітаційного взаємодії двох тіл масою m1 і m2, яку запишемо для виявлення її суті і наочності в скалярному вигляді для модуля цієї сили:

. (2)

Тут - безрозмірний амплітудний множник. Щоб підкреслити його фізичну сутність, назвемо В«амплітудою поляризації В»простору фізичного вакууму, оскільки вона визначає величину силового просторового взаємодії гравитирующих мас матеріальних тіл.

Аналогічно, на основі аналітики електричного заряду Планка 1, 87510-18 Кл перетворимо формулу (1a) для модуля сили Кулона взаємодії електричних зарядів і :

, (3)

де - безрозмірна В«амплітуда поляризації В»фізичного вакууму, коли наявність такого ефекту породжує силове просторове взаємодія електрично заряджених матеріальних тел.

Відповідно, з урахуванням виразу для магнітного заряду (полюса) Планка 7, 06610-16 Вб можна записати формулу (1b) модуля сили Кулона взаємодії магнітних зарядів і:

, (4)

де - безрозмірна В«амплітуда поляризації вакууму В», за допомогою якої створюється силове поле просторового взаємодії намагнічених матеріальних тіл.

Зробимо загальне зауваження про взаємодіючих зарядах (Тілах), тому що розглядаються тут закони сил справедливі тільки для нерухомих відносно один одного точкових зарядів (тел). Звичайно, буквально математично точкові заряди в фізиці абсурдні (при нульовому обсязі щільність), однак фізично точковий заряд реальний: це заряджене тіло, спостережуване на таких відстанях, коли при перерозподілі заряду в цьому тілі сила, діюча на В«пробнийВ» заряд, розміщений на цих відстанях, незмінна в межах точності проведених вимірювань. При цьому тіло звичайних розмірів представляється сумою його точкових частин. І ще. Сили в обговорюваних законах діють по лінії, що з'єднує центри мас (зарядів) взаємодіючих тіл, а тому такі сили називають центральними.

Цілком очевидно, що аналітичні співвідношення для сил взаємодії матеріальних тіл (2) - (4) можна було б побудувати і чисто формально, якщо вихідні співвідношення (1) помножити на. У результаті вийдуть ті ж формули (2) - (4), де вираження фундаментальних фізичних констант Планка:, і тут з'являться з необхідністю.

Оскільки, як уже говорилося, будь-який матеріальний об'єкт сукупно реалізується за допомогою електричних, магнітних і гравітаційних полів силового просторового взаємодії складових його частинок, то немає фізичних законів і логічних заперечень проти можливого ...співіснування і більш екзотичних подібних сил так званого перехресного взаємодії матеріальних тіл, які найбільш імовірно реалізуються в мікросвіті. Наприклад, відомо [1], що корпускулярним електромагнітними характеристиками мікрочастки є електричний заряд (n - цілі числа, e - заряд електрона), що визначає її електричні властивості і власний кутовий момент - Спін, відповідальний за магнітні властивості. Причому спин, як було встановлено в [2], нерозривно пов'язаний з В«зарядомВ» магнітного диполя частинки:. Про зазначене перехресному взаємодії тут говорить той факт, що обидва різнорідних заряду і містяться в одному і тому ж матеріальному носії масою, де спін мікрочастинки є результат електромагнітної взаємодії [2] її власних електричного та магнітного зарядів. Як бачимо, матеріальні тіла і їх взаємодія реалізуються як силами виду (1), так і іншими силами електромагнітного, гравіелектріческого і гравімагнітні взаємодій.

У цьому зв'язку можна запропонувати ще три аналітичних вираження полів просторового перехресної взаємодії частинок матерії, структурно повністю ідентичні польовим співвідношенням (1). Ці вирази запишемо для модуля електромагнітної, гравіелектріческой і гравімагнітні сили:

a), b), c). (5)

Виконання процедур таких же, як при виводі формул (2) - (4), але вже для виразів (5) приведуть до аналогічних перетворень вже цих співвідношень:

a), b), c), (6)

де, і - безрозмірні В«амплітуди поляризаціїВ» фізичного вакууму, завдяки якій здійснюються відповідно електромагнітне, гравіелектріческое і гравімагнітні силове просторове взаємодії матеріальних тіл.

Отже, проблема пошуку силового Єдиного Поля Взаємодії просторово рознесених матеріальних тіл, як представляється, нами успішно дозволена. Однозначно встановлено, що формули зазначених вище, різних по фізичній природі силових полів (2) - (4) та (6) дійсно виявилися структурно тотожними, тобто всі вони описуються аналітично єдиним виразом:

. (7)

Тут структура і величина безрозмірного множника - В«амплітуди поляризації В»реального простору залежить лише від конкретних значень корпускулярних фізичних характеристик взаємодіючих тіл, тобто визначається видом сили взаємодії, однак характер поведінки всіх зазначених сил абсолютно однаковий і обумовлений лише властивостями фізичного вакууму. Відповідно, у співвідношеннях (7) вираз описує потенційну енергію взаємодії матеріальних тіл, або більш конкретно, воно визначає енергію поляризації фізичного вакууму.

Цікаво, що В«амплітудою поляризації вакуумуВ» в випадку взаємодії двох електронів є фундаментальна безрозмірна фізична константа, звана постійної тонкої структури. Вона введена А. Зоммерфельдом (1916 р.) і визначає величину тонкого розщеплювання водневоподібних спектральних ліній. Фізично таке розщеплення зумовлено взаємодією між орбітальним і спінові моментами електрона в атомі. Постійна тонкої структури має безліч різноманітних інтерпретацій, зокрема, по Зоммерфельда «» дорівнює відношенню швидкості електрона на першій круговій орбіті атома Бора до швидкості світла. І ось тепер ми маємо ще одну, на нашу думку, фізично перспективну інтерпретацію «» у вигляді безрозмірною В«амплітуди поляризації вакуумуВ» при електричному взаємодії двох електронів.

Що стосується розмірного В«ядраВ» в обговорюваному аналітичному виразі (7), що описує Єдине Поле Взаємодії при, породженого поляризацією простору фізичного вакууму, то для одиничного відстані між взаємодіючими тілами в системі СІ його чисельне значення одно Н. Важливо відзначити, що в чистому вигляді при відсутності в просторі матеріальних тіл В«ядроВ» сили поляризації вакууму існувати не може, адже ефект поляризації фізичного вакууму обумовлений саме наявністю в просторі матеріальних тіл. Більш того, з формул для В«амплітуд поляризації вакууму В», наприклад, сили гравітаційної взаємодії видно, що і при наявності в просторі тільки одного матеріального тіла говорити про реальність поляризації вакууму також безглуздо:, оскільки для її реєстрації (Створення взаємодії) вимагається інше В«пробнеВ» тіло.

Обговоримо тепер фундаментальну фізичну величину, що має розмірність В«ДжоульметрВ». Цю дивну розмірність чисто формально можна, на наш погляд, зіставити за аналогією з питомою електричним опором [1] матеріального середовища, розмірність якого в системі фізичних одиниць СІ В«ОмметрВ». У цьому зв'язку фізичну величину назвемо питомою енергією поляризації фізичного вакууму, визначальну енергію, що міститься в кубічному обсязі простору вакууму одиничних розмірів, яку представимо виразом, аналогічним формулі для обчислення електроопору металевого провідника. Таким чином, маємо Дж. Видно, що пропонована інтерпретація фізичної величини виразно корелює з співвідношеннями (7), хоча такий результат нам мало зрозумілий. Тим не менш, це концептуально центральне питання і, безумовно, він вимагає серйозних роздумів.

На закінчення, заради справедливості, треба сказати, що по чисто формальною ознакою дану роботу не можна вважати піонерської, оскільки деякі отримані тут результати відомі і шматками розкидані по ряду літературних джерел. Однак, як нам представляється, з точки зору концептуальних основ фізики фундаментальність справжніх результатів, актуальність і перспективність їх для подальшого наукового розвитку не може викликати сумнівів. До речі, отримане в роботі підсумкове співвідношення (7) однозначно показує, що всі розмови про швидкість розповсюдження поля гравітіціонного взаємодії, за величиною відмінною від швидкості світла аж до нескінченності, слід вважати безпідставними: швидкість передачі будь-яких польових (просторових) взаємодій матеріальних тіл визначається тільки властивостями фізичного вакууму, тобто для всіх зазначених вище взаємодій повинна бути єдиною, рівною В«швидкості світлаВ». Це підтверджується, зокрема, тим, що формула Єдиного Поля Взаємодії є структурно тотожним аналогом звичайного закону Кулона в електростатиці, а із закону Кулона спільно з незалежно існуючим фундаментальним законом збереження електричного заряду можна порівняно просто [3] побудувати традиційну систему диференціальних рівнянь Максвелла класичної електродинаміки, які описують умови розповсюдження електромагнітних хвиль. Так що можливостей для продовження досліджень піднятою тут основоположною фундаментальної проблеми природознавства предостатньо, особливо при переході від статичних полів до полів динамічним.

Резюме. Справжній матеріал - це методично послідовне узагальнення, по суті, самих загальних уявлень про фізичний вакуумі. Головний результат проведеного дослідження полягає в тому, що на основі аналізу фізичних характеристик силового просторового взаємодії матеріальних тіл встановлена ​​об'єктивність існування Єдиного Поля Взаємодії в реальному просторі фізичного вакууму, обумовленого його поляризацією при наявності в ньому Матерії. При цьому отримано аналітичне співвідношення для характеристик Єдиного Поля Взаємодії, структурно тотожно, а головне адекватно описує різні по фізичній природі електричні, магнітні, гравітаційні і на їх основі перехресні сили. В результаті проведеного аналізу, як можна припускати, вперше введено фундаментальне поняття питомої енергії поляризації фізичного вакууму, визначальне чисельне значення цієї енергії в одиничному кубічному обсязі простору фізичного вакууму.

Список літератури

1. Фізичний енциклопедичний словник/Гол. ред. А.М. Прохоров. - М.: Сов. енциклопедія, 1983.

2. Сидоренков В.В. Фізико-математичне моделювання і аналіз ефекту квантування магнітного потоку// Матеріали VII Міжнародного семінару В«Фізико-математичне моделювання системВ». Частина 1. - Воронеж: ВДТУ, 2010. С. 89-96;// scipeople.ru/publication/100581/.

3. Сидоренков В.В. Методичні аспекти побудови та аналізу електродинамічних рівнянь Максвелла// Праці VI Всеросійській конференції В«Необоротні процеси в природі і техніціВ».... Частина III. - М.: МГТУ ім. Н.Е. Баумана, 2011. С. 215-219;// scipeople.ru/publication/100582/.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту referat.ru/