Внешние вещественные связи 3 страница

2) при переходе электрона из одного стационарного состояния в
другое атом излучает или поглощает порцию энергии.

Постулаты Бора объясняют устойчивость атомов: находящиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии. Становится понятным, по­чему атомы химических элементов не испускают излучения, если их состояние не изменяется. Объясняются и линейчатые спектры ато­мов: каждой линии спектра соответствует переход электрона из од­ного состояния в другое.

Теория атома Н. Бора позволяла дать точное описание атома водорода, состоящего из одного протона и одного электрона, доста­точно хорошо согласующееся с экспериментальными данными. Дальнейшее же распространение теории на многоэлектронные ато­мы и молекулы столкнулось с непреодолимыми трудностями. Чем

подробнее теоретики пытались описать движение электронов в ато­ме, определить их орбиты, тем бблыиим было расхождение теоре­тических результатов с экспериментальными данными. Как стало ясно в ходе развития квантовой теории, эти расхождения главным образом были обусловлены волновыми свойствами электрона. Дли­на волны движущегося в атоме электрона равна примерно 10~⁸ см, т.е. она того же порядка, что и размер атома. Движение частицы, принадлежащей какой-либо системе, можно с достаточной степе­нью точности описывать как механическое движение материальной точки по определенной орбите (траектории) только в том случае, ес­ли длина волны частицы пренебрежимо мала по сравнению с разме­рами системы. Другими словами, следует учитывать, что электрон — не точка и не твердый шарик, он обладает внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от его состояния. При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны.

Следовательно, точно описать структуру атома на основании представления об орбитах точечных электронов принципиально невозможно, поскольку таких орбит в действительности не сущест­вует. Вследствие своей волновой природы электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако не равномерно, а таким обра­зом, что в некоторых точках усредненная по времени электронная плотность заряда больше, а в других — меньше.

Описание распределения плотности электронного заряда было дано в квантовой механике: плотность электронного заряда в опре­деленных точках дает максимум. Кривая, связывающая точки мак­симальной плотности, формально называется орбитой электрона. Траектории, вычисленные в теории Н. Бора для одноэлектронного атома водорода, совпали с кривыми максимальной средней плотно­сти заряда, что и обусловило согласованность с экспериментальны­ми данными.

Теория Н. Бора представляет собой как бы пограничную полосу первого этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуру атома на основе законов классической физики, дополняя ее лишь небольшим числом новых предположений. Вве­денные Бором постулаты ясно показали, что классическая физика не в состоянии объяснить даже самые простые опыты, связанные со структурой атома. Постулаты, чужеродные классической физике, нарушили ее цельность, но позволили объяснить лишь небольшой круг экспериментальных данных.

Создавалось впечатление, что постулаты Н. Бора отражают ка­кие-то новые, неизвестные свойства материи, но лишь частично. Ответы на эти вопросы были получены в результате развития кван­товой механики. Выяснилось, что атомную модель Н. Бора не сле­дует понимать буквально, как это было вначале. Процессы в атоме в принципе нельзя наглядно представить в виде механических мо-

дел ей по аналогии с событиями в макромире. Даже понятия про­странства и времени в существующей в макромире форме оказались неподходящими для описания микрофизических явлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений.

□ Элементарные частицы. Кварковая модель атома

Дальнейшее развитие идей атомизма было связано с исследова­нием элементарных частиц.

Частицы, входящие в состав прежде «неделимого» атома, называют элементарными.

К ним относят и те частицы, которые получены эксперимент тально на мощных ускорителях. В настоящее время открыто более 350 микрочастиц.

Термин «элементарная частица» первоначально означал про­стейшие, далее ни на что не разложимые частицы, лежащие в осно­ве любых материальных образований. Позднее физики осознали всю условность термина «элементарный» применительно к микро­объектам. Сейчас уже не подлежит сомнению, что частицы имеют ту или иную структуру, но тем не менее исторически сложившееся название продолжает существовать.

Основными характеристиками элементарных частиц являются масса, электрический заряд, среднее время жизни, спин и кванто­вые числа.

Массу покоя элементарных частиц определяют по отношению к массе покоя электрона. Существуют элементарные частицы, не имеющие массы покоя, — это фотоны. Остальные частицы по это­му признаку делятся на лептоны — легкие частицы (электрон и нейтрино), мезоны — средние частицы с массой в пределах от одной до тысячи масс электрона, барионы — тяжелые частицы, чья масса превышает тысячу масс электрона (протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы).

Электрический заряд — другая важнейшая характеристика эле­ментарных частиц. Все известные частицы обладают положитель­ным, отрицательным либо нулевым зарядом. Каждой частице, кроме фотона и двух мезонов, соответствуют античастицы с противополож­ным зарядом. В 1967 г. американский физик М. Гелл-Манн (р. 1929) высказал гипотезу о существовании кварков — частиц с дробным электрическим зарядом.

По времени жизни частицы делятся на стабильные и нестабиль­ные. Стабильных частиц пять — фотон, две разновидности нейтрино, электрон и протон. Именно стабильные частицы играют важнейшую

роль в структуре макротел. Все остальные частицы нестабильны, они существуют около 10~¹⁰—10~²⁴ с, после чего распадаются.

Помимо заряда, массы и времени жизни, элементарные части­цы описываются также понятиями, не имеющими аналогов в клас­сической физике, — понятием «спин», или собственный момент количества движения микрочастицы, и понятием «квантовые числа», выражающим состояние элементарных частиц.

Согласно современным представлениям, все элементарные части­цы делятся на д в а класса: 1) фермионы (названные в честь Э. Фер­ми (1901—1954)) и 2) бозоны (названные в честь Ш. Возе (1894—1974)).

К фермионам относятся кварки и лептоны, к бозонам — кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравито­ны). Эти частицы считаются истинно элементарными, т.е. далее не­разложимыми. Остальные частицы классифицируются как условно элементарные, т.е. это составные частицы, образованные из кварков и соответствующих квантов полей. Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.

Элементарные частицы участвуют во всех видах известных взаи­модействий. Различают четыре вида фундаментальных взаимо­действий в природе: 1) сильное, 2) электромагнитное, 3) слабое и 4) гравитационное.

Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение их составных частей. Оно действует на расстоянии порядка 10~¹³ см. При определенных усло­виях сильное взаимодействие очень прочно связывает частицы, в результате чего образуются материальные системы с высокой энер­гией связи — атомные ядра. 'Именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.

Электромагнитное взаимодействие примерно в тысячу раз слабее сильного, но действует на значительно больших расстояниях. Взаи­модействие такого типа свойственно электрически заряженным час­тицам. Носителем электромагнитного взаимодействия является не имеющий заряда фотон — квант электромагнитного поля. В процес­се электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы — в молекулы. В определенном смысле это взаимодействие является основным в химии и биологии.

Слабое взаимодействие возможно между различными частицами. Оно простирается на расстояние порядка 10~¹⁵—10~²² см и связано главным образом с распадом частиц, например с происходящими в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон и анти­нейтрино. В соответствии с современным уровнем знаний боль­шинство частиц нестабильны именно благодаря слабому взаимо­действию.

Гравитационное взаимодействие самое слабое и не учитывается в теории элементарных частиц, поскольку на характерных для них

расстояниях порядка 10 ¹³ см оно дает чрезвычайно малые эффек­ты. Однако на ультрамалых расстояниях (порядка 10~³³ см) и при ультрабольших энергиях гравитация вновь приобретает существен­ное значение. Здесь начинают проявляться необычные свойства физического вакуума. Сверхтяжелые виртуальные частицы создают вокруг себя заметное гравитационное поле, которое начинает иска­жать геометрию пространства. В космических масштабах гравита­ционное взаимодействие имеет решающее значение. Радиус его дей­ствия не ограничен.

От силы взаимодействия зависит время, в течение которого со­вершается превращение элементарных частиц. Ядерные реакции, связанные с сильными взаимодействиями, происходят в течение 10~²⁴—10~²³ с. Это приблизительно тот кратчайший интервал вре­мени, за который частица, ускоренная до высоких энергий, до ско­рости, близкой к скорости света, проходит через элементарную час­тицу размером порядка 10~¹³ см. Изменения, обусловленные электро­магнитными взаимодействиями, осуществляются в течение 10~¹⁹— 10~²¹ с, а слабыми (например, распад элементарных частиц) — в ос­новном в течение 10~¹⁰ с.

По времени различных превращений можно судить о силе свя­занных с ними взаимодействий.

Все четыре взаимодействия необходимы и достаточны для по­строения разнообразного мира.

Без сильных взаимодействий не существовали бы атомные ядра, а звезды и Солнце не могли бы генерировать за счет ядерной энер­гии теплоту и свет.

Без электромагнитных взаимодействий не было бы ни атомов, ни молекул, ни макроскопических объектов, а также тепла и света.

Без слабых взаимодействий не были бы возможны ядерные ре­акции в недрах Солнца и звезд, не происходили бы вспышки сверхновых звезд, а необходимые для жизни тяжелые элементы не могли бы распространиться во Вселенной.

Без гравитационного взаимодействия не только не было бы га­лактик, звезд, планет, но и вся Вселенная не могла бы эволюциониро­вать, поскольку гравитация является объединяющим фактором, обеспечивающим единство Вселенной как целого и ее эволюцию.

Современная физика пришла к выводу, что все четыре фунда­ментальных взаимодействия, необходимые для создания из элемен­тарных частиц сложного и разнообразного материального мира, мож­но получить из одного фундаментального взаимодействия — суперси­лы. Наиболее ярким достижением стало доказательство того, что при очень высоких температурах (или энергиях) все четыре взаимодей­ствия объединяются в одно.

При энергии в 100 ГэВ (100 млрд электрон-вольт) объединяются электромагнитное и слабое взаимодействия. Такая температура со-

ответствует температуре Вселенной через 10 ¹⁰ с после Большого взрыва. При энергии 10¹⁵ ГэВ к ним присоединяется сильное взаи­модействие, а при энергии 10¹⁹ ГэВ происходит объединение всех четырех взаимодействий.

Это предположение носит чисто теоретический характер, по­скольку экспериментальным путем его проверить невозможно. Кос­венно эти идеи подтверждаются астрофизическими данными, кото­рые можно рассматривать как экспериментальный материал, нако­пленный Вселенной.

Достижения в области исследования элементарных частиц спо­собствовали дальнейшему развитию концепции атомизма. В на­стоящее время считается, что среди множества элементарных час­тиц можно выделить 12 фундаментальных частиц и столько же ан­тичастиц¹. Шесть частиц — это кварки с экзотическими названия­ми: «верхний», «нижний», «очарованный», «странный», «истинный», «прелестный». Остальные шесть — лептоны: электрон, мюон, тау-частица и соответствующие им нейтрино (электронное, мюонное, тау-нейтрино).

Эти 12 частиц группируют в три поколения, каждое из которых состоит из четырех членов.

В первом поколении — «верхний» и «нижний» кварки, электрон и электронное нейтрино.

Во втором поколении — «очарованный» и «странный» кварки, мюон и мюонное нейтрино.

В третьем поколении — «истинный» и «прелестный» кварки и тау-частицы со своим нейтрино.

> Обычное вещество состоит из частиц первого поколения.

Предполагается, что остальные поколения можно создать искус­ственно на ускорителях заряженных частиц.

На основе кварковой модели физики разработали простое и изящное решение проблемы строения атомов.

Каждый атом состоит из тяжелого ядра (сильно связанных глю-онными полями протонов и нейтронов) и электронной оболочки. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в Пе­риодической таблице элементов Д.И. Менделеева. Протон имеет по­ложительный электрический заряд, массу в 1836 раз больше массы электрона, размеры порядка 10~¹³ см. Электрический заряд нейтрона равен нулю. Протон, согласно кварковой гипотезе, состоит из двух «верхних» кварков и одного «нижнего», а нейтрон — из одного «верх­него» и двух «нижних» кварков. Их нельзя представить в виде твердого шарика, скорее, они напоминают облако с размытыми границами, состоящее из рождающихся и исчезающих виртуальных частиц.

¹ Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮКЭА, 1997. - С. 260, 261.

Остаются еще нерешенными вопросы о происхождении кварков и лептонов, о том, являются ли они основными «первокирпичика-ми» природы и насколько фундаментальны. Ответы на них ищут в современной космологии. Большое значение имеет исследование процессов рождения элементарных частиц из вакуума, построение моделей первичного ядерного синтеза, породившего те или иные частицы в момент рождения Вселенной.

□ Физический вакуум

Мысль о том, что Великая пустота, Великое Ничто, или вакуум (в переводе с латинского vacuum означает пустоту), есть источник окружающего нас мира, уходит вглубь веков. Согласно представле­ниям мыслителей Древнего Востока, все материальные объекты возникают из пустоты. В самой Великой пустоте постоянно совер­шаются акты творения реальных объектов. В древнеиндийских Ве­дах пустота отождествляется с пространством.

Проблема существования пустоты ставилась и в античной на­турфилософии, в которой обсуждался вопрос о том, пусто мировое пространство или оно заполнено некой материальной средой, чем-то отличающейся от пустоты.

Согласно философской концепции великого древнегреческого философа Демокрита, все вещества состоят из частиц, между кото­рыми находится пустота. Но согласно философской концепции другого, не менее знаменитого, древнегреческого философа Аристо­теля, в мире нет ни малейшего места, где бы не было «ничего». Эта среда, пронизывающая все пространство Вселенной, получила на­звание эфира.

Понятие эфира вошло в европейскую науку. Великий Ньютон понимал, что закон всемирного тяготения будет иметь смысл, если пространство обладает физической реальностью, т.е. представляет собой среду, обладающую физическими свойствами. Он писал: «Мысль о том... чтобы одно тело могло воздействовать на другое через пустоту на расстоянии, без участия чего-то такого, что пере­носило бы действие и силу от одного тела к другому, — представля­ется мне нелепой»¹. Вместе с тем Ньютон первым в науке Нового времени выявил связь между геометрией пространства событий и механикой. Им была разработана механика как теория измерения расстояний и моментов времени движущихся относительно инер-циальных систем отсчета материальных тел. Полученные в резуль­тате измерений данные подвергались обработке, после чего строи­лись сначала уравнения траекторий, а затем и уравнения движения

в дифференциальной форме. И. Ньютон писал: «Геометрия осно­вывается на механической практике и есть не что иное, как та часть общей механики, в которой излагается и доказывается искусство точного измерения»¹.

Развитие научных идей не носит линейного характера. Все го­раздо сложнее и драматичнее. Итак, в зарождающемся научном ес­тествознании было сформулировано представление об эфире как мировой среде с физическими свойствами и представление о про­странстве, геометрические свойства которого определяются механи­кой движения тел. Приоритет был отдан эфиру.

В классической физике не было экспериментальных данных, которые подтверждали бы существование эфира, но и не было дан­ных, которые бы опровергали это. Авторитет Ньютона, способство­вал тому, что эфир стал рассматриваться в качестве важнейшего понятия физики. Под понятие «эфир» стали подводить все, что вы­зывалось гравитационными и электромагнитными силами. Но по­скольку другие фундаментальные взаимодействия до возникновения атомной физики практически не изучались, то с помощью эфира пытались объяснять любые явления и любые процессы.

Эфир должен был обеспечивать действие закона всемирного тя­готения; эфир оказывался средой, по которой идут световые волны, и нес ответственность за все проявления электромагнитных сил. Развитие физики заставляло наделять эфир все новыми и новыми противоречивыми свойствами.

В начале XX в. А. Эйнштейн обосновал необходимость отказа от понятия эфира как научно несостоятельного. Он ссылался на отри­цательный результат опытов по обнаружению скорости движения Земли относительно эфира, проведенных в 1880—1887 гг. М. Май-кельсоном. Рассмотрев все предположения относительно эфира со времен Ньютона и до начала XX в., А. Эйнштейн в труде «Эволю­ция физики» подвел итоги: «Все наши попытки сделать эфир ре­альным провалились. Он не обнаружил ни своего механического строения, ни абсолютного движения. От всех свойств эфира не ос­талось ничего... Все попытки открыть свойства эфира привели к трудностям и противоречиям. После стольких неудач наступает мо­мент, когда следует совершенно забыть об эфире и постараться ни­когда больше не упоминать о нем»².

Следует отметить, что эксперименты по обнаружению эфира были продолжены и в 1921—1925 гг. в обсерватории Маунт Вилсон дали положительные результаты. Но это случилось позже, а тогда, в

¹ Цит. по: Ливанова А. Три судьбы постижения мира. Жизнь замечательных идей. М.: Знание, 1969. — С. 122.

' Цит. по: Шипов Г.И. Теория физического вакуума. Теория, эксперименты и

технологии. — М.: Наука, 1997. — С. 57.

² Эйнштейн А. Собр. научных трудов. — Т. IV. — М.: Наука, 1967. — С. 467, 468,

1905 г., в специальной теории относительности произошел отказ от понятия «эфир»¹.

В общей теории относительности в качестве материальной сре­ды, взаимодействующей с телами, обладающими гравитационными массами, рассматривалось пространство. А. Эйнштейн впервые по­казал общую глубокую взаимосвязь абстрактного геометрического понятия кривизны пространства с физическими проблемами грави­тации. Близкие идеи развивал и английский математик В. Клиффорд (1845—1879), который считал, что «в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства»². Согласно Клиф­форду, материя представляет собой сгустки пространства, своеобраз­ные холмы кривизны на фоне плоского пространства.

Сам творец общей теории относительности полагал, что некая вездесущая материальная среда все-таки должна существовать и обладать определенными свойствами. После публикации работ по общей теории относительности Эйнштейн неоднократно возвра­щался к понятию эфира и считал, что «мы не можем в теоретиче­ской физике обойтись без эфира, то есть континуума, наделенного физическими свойствами»³.

Однако поскольку в то время считалось, что понятие «эфир» уже принадлежит истории науки, то возврата к нему не было, а «конти­нуум, наделенный физическими свойствами» был назван физическим вакуумом.

В последней четверти XX в. понятие эфира приобрело научный статус в работах В.А. Ацюковского, разработавшего теорию эфира — эфиродинамику.

В современной физике считается, что роль фундаментальной материальной основы мира выполняет физический вакуум, который представляет собой универсальную среду, пронизывающую все про­странство. Физический вакуум — это такая непрерывная среда, в которой нет ни частиц вещества, ни поля, и вместе с тем он явля­ется физическим объектом, а не лишенным всяких свойств «ничто». Непосредственно физический вакуум не наблюдается, в экспери­ментах наблюдается лишь проявление его свойств.

Принципиальное значение для решения проблемы вакуума име­ли работы английского физика, лауреата Нобелевской премии 1933 г. П. Дирака. До их появления считалось, что вакуум есть чистое «ни­что», которое несмотря на любые преобразования измениться не

¹ Ацюковский В.А. Концепции современного естествознания: Курс лекций. — М.:
Изд-во МСЭУ, 2000. - С. 358.

² Клиффорд В. О пространственной теории материи // А. Эйнштейн и теория
гравитации. — М.: Мир, 1979.

³ Эйнштейн А. Собр. научных трудов — Т. II. — М.: Наука, 1966. — С. 160.

способно. Теория Дирака открыла путь к преобразованиям вакуума, в которых прежнее «ничто» обращалось во множество пар «частица — античастица».

Вакуум у Дирака представляет собой море электронов с отрица­тельной энергией, образующих однородный фон, который не влия­ет на протекание в нем электромагнитных процессов. Мы не на­блюдаем электронов с отрицательной энергией именно потому, что они образуют сплошной невидимый фон, на котором происходят все мировые события. Наблюдаемыми могут быть только измене­ния состояния вакуума, его «возмущения».

Когда в море электронов попадает богатый энергией световой квант — фотон, то он вызыва­ет возмущение и электрон с отрицательной энер­гией может перескочить в состояние с положи­тельной энергией, т.е. будет наблюдаться как сво­бодный электрон. Тогда в море отрицательных электронов образуется «дырка» и родится пара — электрон плюс «дырка».

Первоначально предполагалось, что дырками в дираковском вакууме являются протоны — единственно известные в то время элементарные частицы с противоположным электрону зарядом. Однако этой ги­потезе не суждено было выжить: в эксперименте аннигиляцию элек­трона с протоном никто никогда не наблюдал.

Вопрос о реальном существовании и физическом смысле «ды­рок» был решен в 1932 г. американским физиком К.Д. Андерсоном, занимавшимся фотографированием треков приходящих из космоса частиц в магнитном поле. Он обнаружил в космических лучах след неизвестной ранее частицы, по всем параметрам тождественной электрону, но имеющей заряд противоположного знака. Эта частица была названа позитроном. При сближении с электроном позитрон аннигилирует с ним на два фотона высокой энергии (гамма-кванты), необходимость возникновения которых обусловлена законами со­хранения энергии и импульса:

К.Андерсон получил за свое открытие Нобелевскую премию, а П. Дирак — подтверждение своей теории о квантовом вакууме.

Впоследствии оказалось, что почти все элементарные частицы (даже не имеющие электрических зарядов) имеют своих «зеркальных» двойников — античастицы, способные аннигилировать с ними. Ис­ключение составляют лишь немногие истинно нейтральные части­цы, например фотоны, которые тождественны своим античастицам.

Огромная заслуга П. Дирака заключалась в том, что он разрабо­тал релятивистскую теорию движения электрона, предсказавшую

позитрон, аннигиляцию и рождение из вакуума электронно-позитронных пар. Стало ясно, что вакуум обладает сложной струк­турой, из которой могут рождаться пары: частица + античастица. Эксперименты на ускорителях подтвердили это предположение.

Одной из особенностей вакуума является наличие в нем полей с энергией, равной нулю, и без реальных частиц. Возникает вопрос: как может существовать электромагнитное поле без фотонов, элек-тронно-позитронное поле без электронов и позитронов и т.д.

Для объяснения нулевых колебаний полей в вакууме было вве­дено понятие виртуальной (возможной) частицы — частицы с очень малым сроком жизни порядка 10~²¹—10~²⁴ с. Это и объясняет, по­чему в вакууме постоянно рождаются и исчезают частицы — кван­ты соответствующих полей. Отдельные виртуальные частицы нельзя обнаружить в принципе, но их суммарное воздействие на обычные микрочастицы обнаруживается экспериментально. Физики считают, что абсолютно все реакции, все взаимодействия между реальными элементарными частицами происходят при непременном участии вакуумного виртуального фона, на который элементарные частицы тоже влияют. Обычные частицы порождают виртуальные частицы. Электроны, например, постоянно испускают и тут же поглощают виртуальные фотоны.

Дальнейшие исследования квантовой физики были посвящены изучению возможности появления из вакуума реальных частиц, теоретическое обоснование которой дал Э. Шрёдингер в 1939 г. Квантовая физика доказала, что в вакууме в скрытом виде присут­ствуют частицы и античастицы, а квант энергии проявляет пару «электрон — позитрон», дает ей наблюдаемое проявление в мире.

Итак, в первой половине XX в. в физике были разработаны два подхода к пониманию нового уровня физической реальности — фи­зического вакуума. Разные по своей природе теории — квантовая теория П. Дирака и общая теория относительности А. Эйнштейна — давали разные представления о нем. В квантовой теории Дирака ва­куум, оставаясь нейтральным, представлял собой своего рода «кипя­щий бульон», состоящий из виртуальных частиц — электронов и по­зитронов. В теории А. Эйнштейна вакуум рассматривался как пустое четырехмерное пространство, наделенное геометрией Римана.

Для того чтобы объединить два различных представления о ва­кууме, А. Эйнштейном была выдвинута программа, получившая название единой теории поля. Но найти это поле и создать единую теорию поля А. Эйнштейну так и не удалось.

В настоящее время концепция физического вакуума наиболее полно представлена в трудах академика РАЕН Г.И. Шилова¹.

В 1998 г. Г.И. Шипов разработал новые фундаментальные урн»нения, описывающие структуру физического вакуума. Эти уравне­ния представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка, в которую входят геометризированные уравнения Гейзенберга, геометризированные уравнения Эйнштейна и геометризированные уравнения Янга—Миллса. Пространство-вре­мя в теории Г.И. Шипова не только искривлено, как в теории Эйн­штейна, но и закручено, как в геометрии Римана—Картана.

Французский математик Эли Картам (1869—1951) первым вы­сказал мысль о том, что в природе должны существовать поля, по­рождаемые вращением. Эти поля получили название полей кручения, или торсионных полей (фр. torsion — кручение). Для учета кручения пространства Г.И. Шиповым в геометризированные уравнения было введено множество угловых координат, что позволило использовать в теории физического вакуума угловую метрику, определяющую квад­рат бесконечно малого поворота четырехмерной системы отсчета.

Добавление вращательных координат, при помощи которых описывается поле кручения, привело к распространению принципа относительности на физические поля: все физические поля, входя­щие в уравнения вакуума, имеют относительный характер. Прин­цип всеобщей относительности обобщает как специальный, так и общий принципы относительности Эйнштейна и, кроме того, ут­верждает относительность всех физических полей.

Найденные решения уравнений Шипова описывают искривлен­ное и закрученное пространство-время, интерпретируемое как ва­куумные возбуждения, находящиеся в виртуальном состоянии. Эти решения начинают описывать реальную материю после того, как входящие в него константы (или функции) интегрирования отожде­ствляются с физическими константами. Г.И. Шипов выделяет три различных состояния физического вакуума¹:

1) абсолютный, который представляет собой безграничное (пус­
тое) однородное и изотропное псевдоевклидово пространство;

2) первично возбужденный, представляющий собой первичную
торсионную поляризацию вакуума (первичные поля инерции);

3) возбужденный, представляющий собой материальные объекты,
находящиеся в потенциальном (возможном) состоянии.

Чрезвычайно важным является то, что уравнения вакуума и принцип всеобщей относительности после соответствующих упро­щений приводят к уравнениям и принципам квантовой теории. По­лученная таким образом квантовая теория оказывается детермини­рованной, хотя вероятностная трактовка поведения квантовых объ­ектов остается неизбежной. Частицы представляют собой предель-