Структура современной теоретической физики

В основе современной теоретической физики лежат три фундаментальных блока [3, 4]:

– классическая механика И.Ньютона;

– специальная теория относительности (СТО) А.Эйнштейна;

– квантовая механика.

Классическая механика Ньютона является следствием выводов из накопленного к тому временем естествознанием опыта. Все три закона механики Ньютона были выведены им на основании анализа многочисленных опытных данных, а закон всемирного тяготения явился аппроксимацией опытных данных Кеплера, полученных им на основе измерений углового положения планет на небосводе. Некоторое не соответствие результатов измерения положения двух планет (Меркурия и Плутона) были обнаружены значительно позже, так же как и один из космологических парадоксов – гравитационный парадокс Неймана-Зелигера. И то, и другое явились следствиями идеализации законов Ньютона. Это не требует полного пересмотра закона, но заставляет отказаться от его идеализации и думать об учете новых, ранее не учтенных факторов, и об уточнении самой формулы закона. Не следует забывать, что уточнение ранее полученных закономерностей является естественным для любой развивающейся области науки.

В отличие от законов Ньютона, Специальная теория относительности, впервые в 1905 году изложенная в статье А.Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», автором и его последователями были провозглашены принципиальный отказ от методологии классической науки и «революционный» подход к решению главной, по их мнению, цели науки – дать «простое» и «красивое» математическое описание природных явлений. Основным методом для этого был избран метод выдвижения постулатов – предположений или «принципов», которым, по мнению их авторов, должна соответствовать природа.

В основу Специальной теории относительности [5] было положено пять (а не два, как обычно пишут авторы книг по СТО) постулата, которые реально находились в противоречии с опытными данными, полученными исследователями эфирного ветра, отказ от признания которого и позволил автору СТО выдвинуть эти пять постулатов. Развитие СТО позволило Эйнштейну сформулировать новые эффекты, которых раньше в классической физике не было, – существование предельной скорости взаимодействия – скорости света в вакууме, относительность одновременности, замедление течения времени, сокращение продольных размеров тел при движении, увеличение массы тел с увеличением их скорости, универсальную связь между энергией и массой, фактически их эквивалентность.

Развитие Специальной теории относительности примените-льно к гравитации привело к созданию ОТО – Общей теории относительности или, как ее называют, теории тяготения. ОТО была создана Эйнштейном в 1915 г. без стимулирующей роли новых экспериментов, путем логического развития принципа относительности на гравитационные взаимодействия. В новой теории Эйнштейн по-новому интерпретировал установленный еще Галилеем факт равенства гравитационной и инертной масс. Теория тяготения Эйнштейна привела к новым представлениям об эволюции Вселенной, расширению Вселенной, «Большому взрыву» и т.п.

В основу Общей теории относительности [6] были положены те же пять постулатов и к ним добавлены еще пять, причем последний утверждал наличие в природе эфира [7].

Квантовая механика появилась в начале ХХ столетия [8]. Толчком к ее созданию послужили три, казалось бы, не связанные между собой группы явлений, предположительно свидетельствующих о неприменимости обычной классической механики. Ими являются: установление на опыте двойственной природы света (корпускулярно-волновой дуализм), когда в одних явлениях (интерференция, дифракция) свет ведет себя как волна, а в других (давление на препятствие) как частица, спектральные закономерности, открытые при исследованиях электромагнит-ного излучения атомов (излучение абсолютно черного тела), и невозможность объяснения устойчивости существования атома в рамках планетарной модели атома, разработанной Э.Резерфордом в 1911 г.

Квантовые представления, впервые введены в физику в 1900 году Планком. Планк, предположив, что свет излучается определенными порциями и что энергия каждой такой порции – кванта пропорциональна частоте излучения, т.е. E = hv, где h – постоянная величина (постоянная Планка), разрешил тем самым противоречия, возникшие в теории излучения электромагнитного излучения. Однако никакого обоснования своему постулату Планк не дал.

Противоречия планетарной модели атома «разрешил» в 1913 г. Бор, выдвинувший постулат о стационарности атомных орбит. По мнению Бора, чтобы не излучать энергию в пространство, электроны должны занимать каждый одну из «разрешенных» (кем?! – В.А.) стационарных орбит. Никакого физического обоснования постулату Бор не дал.

Всего в основу квантовой механики различными авторами было положены девять не связанных друг с другом постулатов, выдвинутых ими в период с 1900 по 1925 г. [9, с. 24-26].

Развитие квантовой теории привело к созданию квантовой теории поля – КТП, в которой квантовые принципы распространены на физические поля, рассматриваемые как системы с бесконечным числом степеней свободы. Любой процесс в КТП рассматривается как уничтожение одних частиц в определенных состояниях и появление новых частиц в новых состояниях. Сам физический процесс уничтожения и появления частиц в КТП не рассматривается.

Так называемая универсальная теория слабых взаимодействий, возникшая как развитие квантовой теории поля, ввела в рассмотрение переносчики слабого взаимодействия – промежуточные векторные бозоны, которые обнаружены не были. Трудности же создания теории сильных ядерных взаимодействий оказались связанными с тем, что из-за большой константы связи между нуклонами методы теории возмущений оказались неприемлемыми, поэтому стали развиваться методы, основанные на общих принципах квантовой теории поля – релятивистской инвариантности, аксиоматике и применении принципов симметрии.

Дальнейшим развитием этих принципов явилась теория кварков, которых было сначала три, затем к ним добавилось еще три антикварка, затем все они стали приобретать «цвета», «очарование» и даже «запах». На этой основе родилась квантовая хромодинамика, а затем теория суперструн, в которой главным действующим агентом являются пространственно одномерные отрезки в 10^–33 см длиной и не имеющие толщины. Предполагается, что на таких размерах появляются шесть дополнительных пространственных измерений, которые компактифицированы, т. е. не распространяются в область макромира.

Теория суперструн является следствием объединения квантовой теории поля с ОТО – общей теорией относительности. При этом предполагается, что в основе физического мира находится 17 элементов – 6 лептонов, 6 кварков, 4 векторных бозона, 1 гравитон, из которых обнаружено пока 6 лептонов и фотон, а остальные пока не обнаружены.

Теория супергравитации оперирует 8 суперсимметриями, 8 гравитино и т.п.; имеется список хаплонов, включающих 1 гравитон, 8 гравитино, 28 бозонов со спином, равным 1, 56 фермионов со спином 1/2, 70 бозонов со спином 0. Тогда, как полагает автор этой идеи Гелл-Манн, если в теории и будут расходимости, то очень слабые...

Многие теоретики занялись идеей дополнительных пространственных измерений в рамках теорий Капуцы-Клейна. Авторы этих теорий считают пространство-время не 4-х мерным, а 5-мерным. Но есть теории, оперирующие 10-мерным пространством и даже 506-мерным!

Что это, кому все это нужно и для чего все это предназначено? Какую пользу для понимания реальных физических процессов, происходящих в природе, можно отсюда извлечь? Вообще, сколько можно заниматься подобными абстракциями?!

Итак, в основе всей современной теоретической физики находятся Специальная теория относительности Эйнштейна – СТО и квантовая механика.

Общая теория относительности – ОТО или «теория гравитации» Эйнштейна имеет в своей основе тот же 4-мерный интервал, что и СТО, т.е. в основе ОТО находится СТО.

Квантовая статистика является прямым следствием квантовой механики.

Квантовая теория поля и ее часть – квантовая электродинамика являются объединениями и дальнейшим развитием СТО и квантовой механики применительно к физическим полям.

Квантовая хромодинамика – теория сильных взаимо-действий – есть результат слияния квантовой механики и СТО.

Принципы симметрии есть привлечение геометрических форм с использованием свойств пространства-времени, выведенных их СТО.

Теория суперсимметрии есть дальнейшее развитие принципов симметрии.

Теория суперструн есть результат объединения квантовой теории поля и общей теории относительности.

При этом все перечисленные разделы теоретической физики феноменологичны, т. е. носят описательный характер, их целью является получение непротиворечивого математического описания, а не вскрытие внутренних механизмов явлений. Физическая суть выискивается из математических законов, а не наоборот, как это было в классической физике.

Все современные физические теории постулативны, т.е. базируются на неких исходных положениях, аксиоматически принимаемых за истину, общее число постулатов составляет несколько десятков.

Все они сводят сущность физических процессов к пространственно-временным искажениям.

Таким образом, созданная в ХХ веке теоретическая физика, имеющая в своей основе специальную теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику, основана не на обобщении опытных данных, а на постулатах, следствия из которых соответствуют лишь отдельным опытным данным. Эти теории не обладают преемственностью с теориями классической физики, отказываются от модельных представлений и от причинно-следственных связей, процессы микромира рассматривают как некие вероятностные процессы, не имеющие физических причин. Эти теории предполагают неевклидовость пространства и непостоянство течения времени. Энергия в современной физической теории эквивалентна материи, математика превалирует над физикой, а сама физика оказывается подчиненной абстрактной математике.