Лекция № 14. Развитие рациональной науки. Общая теория относительности
Общая теория относительности
Дорогие друзья!
Специальная теория относительности противоречила закону всемирного тяготения Ньютона, согласно которому объекты притягиваются друг к другу с силой, зависящей от расстояния между ними. При этом дальнодействие между небесными телами должно было быть мгновенным.
Но в соответствии со СТО ни одно тело не может двигаться быстрее, чем со скоростью света, и мгновенного действия быть не может.
С 1908 по 1914 год Эйнштейн предпринял ряд безуспешных попыток построить такую модель гравитации, которая согласовалась бы со специальной теорией относительности.
Чтобы понять грандиозность замысла Эйнштейна, представьте себе, что вы ночью стоите в поле и смотрите в звездное небо. Огромное пространство вокруг вас. Бездонная чернота со светящимися звездами. Как можно описать эту беспредельность каким-то уравнением? Да еще связать с той силой, которая удерживает вас на земле?
Наконец, в 1915 году Эйнштейн опубликовал теорию, которая сегодня называется общей теорией относительности – ОТО (выстроил, как он сам говорил, второй этаж дома).
В этой теории гениальность Эйнштейна проявилась еще в одном объединении: геометрические свойства пространства были объединены с чисто физической сущностью гравитации. Как Эйнштейну удалось «впрячь в одну телегу коня и трепетную лань», объединить физическое понятие гравитации с геометрией пространства?
Основная трудность заключалась в бесконечности Вселенной. Бесконечная Вселенная Ньютона потому и представляла для математиков и физиков непреодолимые трудности, что была бесконечной.
C бесконечностью столкнулся и Эйнштейн. Мучительно и напряженно искал он граничные условия, пытаясь описать уравнениями бесконечность Вселенной, и, наконец, пришел к выводу: «Мне не удалось установить граничные условия для пространственной бесконечности. Если бы можно было рассматривать мир в его пространственной протяженности как замкнутый, то подобного рода граничные условия были бы вообще не нужны» [1]. Хорошая идея пришла к нему очень вовремя, поскольку работы Лобачевского и Римана об искривленном и конечном пространстве уже были известны.
Чтобы избавиться от пороков бесконечности, Эйнштейн заменил бесконечную «плоскую» ньютонову Вселенную конечной. Конечное пространство по необходимости должно быть замкнутым и искривленным, подобно тому, как обязательно искривлена любая замкнутая поверхность. Замкнутое и конечное пространство имеет положительную кривизну, речь идет о пространстве Римана.
Затем Эйнштейн выдвинул предположение революционного характера: гравитация – это не обычная сила, а следствие того, что пространство-время не является плоским; оно искривлено распределенными в нем массой и энергией.
Эта безграничная Вселенная наполнена различными космическими телами: звездами, планетами. Подобно тому, как вокруг движущихся электрических зарядов создается электромагнитное поле, так и в пространстве, окружающем всякое небесное тело, создается поле гравитации. И это поле гравитации проявляет себя в виде искривленного пространства. То есть искривленное пространство и есть гравитационное поле!
Таким образом, материальной средой, передающей взаимодействия, у Эйнштейна является само мировое пространство. Поле стало первичной физической реальностью, а не следствием какой-то другой реальности. Эйнштейн писал: «Силовое поле является самостоятельной физической реальностью, не нуждающейся в субстрате…» [2].
Такие тела, как Земля, вовсе не принуждаются двигаться по искривленным орбитам гравитационной силой; они движутся по линиям, которые в искривленном пространстве более всего соответствуют прямым в обычном пространстве и называются геодезическими. Геодезическая – это самый короткий путь между двумя соседними точками.
Например, поверхность на Земле есть искривленное двумерное пространство. Геодезическая на Земле называется большим кругом и является самым коротким путем между двумя точками. Согласно ОТО, тела всегда перемещаются по прямым в четырехмерном пространстве-времени, но мы видим, что в нашем трехмерном пространстве они движутся по искривленным траекториям. Понаблюдайте за самолетом над холмистой местностью. Сам он летит по прямой в трехмерном пространстве, а его тень перемещается по кривой на двумерной поверхности.
Если раньше считали, что после исчезновения вещества останется пустое пространство, то теория относительности утверждает, что после исчезновения материи исчезнет и пространство! То есть вещество и пространство следует воспринимать как непрерывно связанные понятия. Пространство и время перестали быть независимыми от движущейся материи.
Время возникает или исчезает вместе с пространством там, где существуют для него системы отсчета. А эти системы в свою очередь возникают и исчезают в зависимости от масс, энергий и скоростей. Единственная устойчивая величина в этом хаосе, которую оставил нам Эйнштейн, – скорость света в вакууме. Она предельна и непреодолима.
С точки зрения Эйнштейна путешествие со сверхсветовой скоростью означало бы путешествие из будущего в прошлое. При этом причина стала бы следствием, а следствие – причиной. Именно это не позволяло Эйнштейну признать даже гипотетическую возможность преодоления барьера скорости света.
Как заметил Павел Флоренский, свет, преодолевший барьер скорости света в вакууме, становится «тем светом». Но потусторонний мир – это уже не физика, а метафизика. Новая метафизика стала возможной благодаря открытию Эйнштейна, хотя сам он был строгим рационалистом, избегающим мистических построений [1].
В общей теории относительности пространство и время – динамические величины: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства-времени, а его структура влияет на то, как движутся тела и действуют силы. То есть пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под влиянием всего, в ней происходящего. В теории относительности стало бессмысленным говорить о пространстве и времени за пределами Вселенной.
Итак, теория относительности объяснила движение всех масс, всей материи – от лучей света до звездных галактик. Объяснила открытой ею «обратной связью» космических масштабов: движение масс вызывается искривлением пространства, а искривление пространства вызывается населяющей его материей.
Однако наделив пространство физическими свойствами, Эйнштейн стал нуждаться в переносчике взаимодействий и решил вернуть эфир в науку.
Это естественно. Как сказал академик АН СССР В. Ф. Миткевич: «Пустое пространство не может быть ареной каких бы то ни было взаимодействий».
В 1923 году Эйнштейн писал в своей статье: «Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира. Мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира, то есть континуума, наделенного физическими свойствами. В пространстве без эфира не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы, и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле» [2]. Но было поздно.
С призывом вернуть в науку термин «эфир» Эйнштейн опоздал.
К 1923 году власть над миром вместе с теорией относительности уже делила новая наука, квантовая физика. И она уже обнаружила в пространстве Эйнштейна (пустом, по его мнению) специфическую материальную среду с необычными свойствами. Не решаясь вернуться к названию «эфир», эту необычную среду назвали «физический вакуум». Надо сказать, что сегодня ученые все чаще возвращаются к старому названию – эфир. Хотя стоит отметить, что физический вакуум и эфир – это не совсем одно и то же.
Подтверждение правильности ОТО
Считая, что физическое поле гравитации и искривленное пространство суть одно и то же, Эйнштейн сумел составить вакуумные уравнения, описывающие гравитационные поля через кривизну пространства.
На основании своей теории Эйнштейн предсказал два неизвестных ранее эффекта. Прежде всего, это искривление луча света в гравитационном поле Солнца. Оказывается, огромная масса нашего Солнца действует не только на соизмеримые по массе планеты, но и на ничтожные кванты света – фотоны. Эйнштейн дал рекомендации того, как искривление светового луча можно обнаружить опытным путем. И в 1919 году этот факт был подтвержден экспериментально.
Кроме того, он объяснил странности в смещении перигелия[5] Меркурия. Оказалось, что у Меркурия (а Меркурий – ближайшая к Солнцу планета) перигелий за столетие смещается значительно больше, чем должен был бы сместиться из-за действия на Меркурий остальных планет Солнечной системы.
Этот эффект теория тяготения Ньютона не объясняла. А теория относительности позволила понять, в чем дело. Оказывается, добавочное смещение перигелия есть результат искривления пространства, вызванного массой Солнца.
Теоретические расчеты Эйнштейна совпали с измеренной астрономами величиной смещения.
«Представьте себе мою радость, когда я добился того, что уравнения согласуются со смещением перигелия у Меркурия. Несколько дней я был вне себя от радостного возбуждения», – писал Эйнштейн своему ближайшему другу – физику Эренфесту [1].
Когда предсказания Эйнштейна подтвердились экспериментально, общая теория относительности получила всеобщее признание.
Еще одно предсказание ОТО состоит в том, что вблизи массивного тела типа Земли время должно течь медленнее. Это следует из того, что должно выполняться определенное соотношение между энергией света и его частотой: чем больше энергия, тем выше частота. Если свет распространяется вверх в гравитационном поле Земли, то он теряет энергию, и его частота уменьшается. Наблюдателю, расположенному на большой высоте, должно казаться, что внизу все происходит медленнее. Это предсказание было проверено в 1962 году с помощью очень точных часов: одни были расположены на самом верху водонапорной башни, а вторые – у ее подножия. Оказалось, что часы, находящиеся внизу, шли медленнее [3].
Если законы движения Ньютона покончили с абсолютным положением в пространстве, то общая теория относительности освободила нас от абсолютного времени.
В качестве пояснения рассмотрим так называемый парадокс близнецов. Например, один из близнецов отправился жить на вершину горы, а другой остался на уровне моря. Поскольку время на вершине бежит быстрее, то житель вершин состарится быстрее. Конечно, разница во времени между вершиной горы и подножьем очень мала. Более ярким оказался бы пример с полетом одного из близнецов на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света. По возвращении он оказался бы моложе своего брата-близнеца, оставшегося на Земле. То есть каждый индивидуум имеет свой собственный масштаб времени – в зависимости от того, где он находится и как движется.
Сегодня на теорию относительности Эйнштейна опираются такие разделы науки, как теория элементарных частиц и космология, исследующие самые малые тела и самый большой объект природы – Вселенную как единое целое. А уж исследования в Большом адронном коллайдере просто немыслимы без теории относительности. Правда, ОТО не может объяснить, что произошло в момент времени t = 0, где t – время рождения Вселенной, хотя довольно правильно описывает ситуацию при t больше нуля. Ученым уже удалось подобраться ко времени 10–34 секунды после Большого взрыва, хотя материя, которую они так хотят получить, пока не обнаружена.
Надо сказать, что общая теория относительности Эйнштейна не отвергла теорию тяготения Ньютона: она отвела ей более скромное место науки, справедливой для движений, медленных по сравнению со скоростью распространения света.
В своей автобиографии Эйнштейн писал: «Ньютон, прости меня. В свое время ты нашел тот единственный путь, который был пределом возможного для человека величайшего ума и творческой силы» [1].
Появление теории относительности привело к такому прорыву, о котором даже не мечтали, например, к овладению атомной энергией и коренному изменению научных представлений о мире.
И, тем не менее, желание проверить теорию относительности Эйнштейна никогда не оставляло ученых. Что-то все-таки смущало ученых в этой теории.
Еще в 1959 году было выдвинуто предложение проверить теорию Эйнштейна экспериментальным путем, но пришлось ждать почти полвека, прежде чем эта проверка стала технически возможной. Она была проведена в 2004 году силами американского Национального аэрокосмического агентства НАСА.
Специалисты НАСА запустили в 2004 году специальный спутник, внутри которого находились четыре кварцевых шара, покрытых ниобием. Их температура поддерживалась близкой к абсолютному нулю. Они были помещены в самую «спокойную» среду из существующих, а именно в емкость со сверхжидким гелием. При выведении на орбиту шарам задали вращательный импульс. Если теория Эйнштейна правильна, то под влиянием массы и вращения Земли, которая будет находиться на расстоянии 640 километров от шаров, шары должны будут сместиться на некоторое расстояние [4].
Полученные с помощью спутников данные выявили смещение этих шаров, хотя и весьма незначительное. Если бы Эйнштейн ошибся, то оси кварцевых шаров не отклонились бы от своего положения.
Искривление пространства и времени вокруг Земли оказывает влияние на близлежащие объекты. С большими трудностями удалось установить, что за год отклонение оси шариков составило всего одну тысячную угловой секунды.
«Одна тысячная угловой секунды – это толщина человеческого волоса, видимая на расстоянии 16 километров. То есть это очень маленький угол, и вот такой точности должен был достичь созданный аппарат», – пояснил руководитель группы ученых, профессор Стэнфордского университета Френсис Эверетт.
Уже после 2004 года ученые еще и еще раз проверяли правильность теории относительности, и в 2011 году руководитель проекта Френсис Эверетт, наконец, подвел черту под этими проверками. Он заявил: «Представьте, если бы Земля была погружена в мед. При вращении планеты вокруг своей оси и Солнца мед вокруг нее деформировался бы и закручивался». Лучше общую теорию относительности не объяснить.
Сомнения в правильности ОТО
И, тем не менее, проверки правильности теории относительности продолжаются.
Другая точка зрения на общую теорию относительности. Доктор технических наук, академик РАЕН В. А. Ацюковский утверждает следующее: «В основе ОТО лежат десять постулатов, пять из которых использованы в СТО и о которых мы упоминали выше.
Шестой постулат распространяет все предыдущие постулаты на гравитационные явления, что может быть сразу же опровергнуто, ибо рассматриваемые выше явления световые, то есть электромагнитные. Гравитация же никакого отношения к электромагнетизму не имеет. Поэтому надо было бы такое распространение постулатов как-то обосновать. Но оно не обосновывается, потому что в этом нет нужды, ведь это постулат!
Седьмой постулат заключается в том, что свойства масштабов и часов определяются гравитационные полем. Почему они так определяются? Это постулат!
Восьмой постулат гласит, что все системы уравнений относительно координатных преобразований ковариантны, то есть преобразуются одинаково. Почему? Это постулат!
Девятый постулат радует нас тем, что скорость распространения гравитации равна скорости света. Постулат!
Десятый постулат сообщает, что пространство, оказывается, „немыслимо без эфира, поскольку общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами“. Эйнштейн догадался об этом в 1920 году и подтвердил свою прозорливость в 1924 году. Понятно, если бы ОТО не наделила пространство физическими свойствами, то и эфира в природе бы не было. Но раз наделила – имеет право быть, несмотря на то, что в СТО эфира нет, и в ней он права на существование не заработал» [5].
В конце октября 2011 года появилось сообщение, что итальянские физики получили доказательства возможности движения со скоростями больше скорости света [6].
Сенсация состоялась в сентябре 2011 года, когда международная группа физиков-экспериментаторов объявила, что нейтрино, посылаемые сквозь земной шар из исследовательского центра Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в подземную итальянскую лабораторию Гран-Сассо (Апенинский хребет) на расстояние в 732 километра, прибывают в детектор на 60 наносекунд раньше, чем положено по знаменитой теории, то есть движутся быстрее света в вакууме.
Заявление последовало после двух лет опытов и кропотливой работы по отсеиванию любых ошибок в измерениях. Тем не менее, остается возможным, что какую-то погрешность экспериментаторы не учли. Раскрыть истину очень важно, так как даже скромное превышение знаменитой константы приведет к необходимости пересмотра ряда основополагающих теорий о строении мира.
«Вот почему несколько дней назад физики начали отправлять из ЦЕРНа в Гран-Сассо новые пучки нейтрино», – пояснил директора ЦЕРНа по экспериментальным исследованиям итальянский профессор Серджо Бертолуччи. Он добавил, что ученые не могут измерить время пробега между двумя научными установками каждой частицы по отдельности. Свои цифры физики получают после статистической обработки результатов огромного числа событий – отправки импульса и его прохождения.
Чтобы повысить точность измерений, в новой серии опытов, которая продлится до ноября, ученые используют гораздо более короткие нейтринные импульсы – длительностью в 1–2 наносекунды с паузой по 500 наносекунд между ними. Раньше каждый импульс длился 10 микросекунд, и приборы различали его начало и конец.
Эксперимент по посылке пучков нейтрино из Швейцарии в Италию, приведший к сенсационным результатам, теперь повторяется с иными начальными условиями. Ученые намерены или убедиться, что имеют дело с превышением константы, или найти ошибку в своих подсчетах [6].
Тем временем, как отмечает РАН, по результатам предыдущего цикла исследований, начиная с сентября, уже выпущено более восьмидесяти научных работ: в одних статьях авторы предлагают объяснение полученного эффекта, а в других сообщают о научных проблемах, которые это явление может повлечь за собой.
Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Валерий Трубицин пояснил, что теоретически может измениться в нашей жизни в связи с полученным итальянскими учеными результатом [7].
«Я слышал об открытии, – говорит Трубицин. – Итальянские ученые пишут, что уже 15 тысяч раз повторили опыт, и все подтвердилось. Тогда все сильно поменяется. И в первую очередь будет опровергнута теория Эйнштейна, который говорит о том, что быстрее скорости света в мире ничего нет. Придется писать новые формулы для физиков-ядерщиков. Получится, что Вселенная моложе, чем мы полагали. Кстати, от размера невидимого протона до размера десятисантиметрового яблока она расширилась во много раз быстрее, чем если бы делала это со скоростью света. Но это было только в самом начале, а дальнейшее расширение пошло даже медленнее скорости света. Если этот постулат будет опровергнут, изменится вся наука о частицах. Тогда, может быть, зря все искали „частицу Бога“ – бозон Хиггса, может, его и нет вовсе».
Словом, все это надо еще многократно проверить. Если теория относительности была ошибочной (а от ошибок никто не застрахован), то слишком уж высока цена этой ошибки гения. Уж слишком большие изменения ожидаются в науке. Второй подобной ошибки допустить нельзя. Но очень интересно, прав ли Эйнштейн?
Об атомной и субатомной физике
Как мы уже знаем, великий древнегреческий философ Демокрит, основоположник атомизма, считал, что все вещества состоят из атомов, а атомы из амеров – неделимых и невесомых элементов. Вся совокупность амеров, перемещающихся в пустоте и соударяющихся друг с другом, является общемировой средой, которую Аристотель назвал эфиром. К концу XIX века эфир был утерян, и основой мироздания, его «кирпичиком», стал считаться неделимый атом.
Ученым казалось, что еще немного, и все тайны мироздания будут раскрыты. Что же представлял собой этот кирпичик с их точки зрения?
Классическая физика в то время понимала материю как совокупность атомов, а атом как совокупность электронов[6], обладающих единичным электрическим зарядом.
По мнению ученых того времени, модели атома хорошо соответствовал «пудинг с изюмом». Изюм – это электроны, а пудинг – это положительный заряд, равномерно распределенный по всему атому. То есть, это некое электромагнитное поле, обеспечивающее связь электронов в атоме. Все многообразие окружающей природы – это результат перемещений и комбинаций электронов [8].
Первое свидетельство в пользу того, что пудинг с изюмом не годится в качестве модели атома, и он (атом) обладает некой структурой, появилось уже в 1895 году в связи с открытием немецким физиком Рентгеном рентгеновских лучей. В 1896 году французский физик Беккерель, работая с ураном, обнаружил еще один вид неизвестного проникающего излучения, которое получило название радиоактивного. Вскоре была обнаружена радиоактивность тория, а в 1898 году французские физики Мария и Пьер Кюри открыли еще два радиоактивных элемента – полоний и радий. Все это свидетельствовало в пользу того, что структура атома достаточно сложна [9].
В 1911 году Резерфорд, исследуя атомы, подвергал их бомбардировке альфа-частицами и по траектории этих частиц после столкновения пытался понять, как устроен атом.
Результат оказался сенсационен и совершенно неожиданен: атом представлял собой ядро и движущиеся вокруг него на достаточно большом расстоянии невероятно мелкие частицы – электроны. Электроны, казалось, были прикованы к ядрам некими силами.
По результатам исследований Резерфорд предложил планетарную модель атома, с которой мы все хорошо знакомы: в центре атома тяжелое ядро, вокруг которого вращаются электроны. Миниатюрный атом, диаметр которого примерно одна миллионная сантиметра, состоит из положительно заряженного ядра, которое в то время считалось неделимым, и движущихся вокруг него по орбите отрицательно заряженных электронов.
Ученых потряс тот факт, что атом состоит практически из пустоты.
Чтобы понять, как выглядит атом, давайте представим следующее. Если в центре Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге, самого большого собора России, поместить крупинку сахара, олицетворяющую ядро, вращающееся вокруг собственной оси, а в самом дальнем углу собора расположить пылинку – электрон, вращающуюся с неимоверной скоростью вокруг крупинки сахара, то это будет приближенная модель атома водорода.
Если добавить еще восемь пылинок, вращающихся по своим орбитам, то это будет приближенная модель атома кислорода. А если представить, что в центре Исаакиевского собора вращается сахарная крошка, состоящая из 56 крупинок сахара, а вокруг нее носятся с огромной скоростью 26 пылинок, то получится модель атома железа.
Таким же образом можно представить абсолютно все элементы Периодической системы Менделеева, которые отличаются друг от друга количеством электронов, вращающихся вокруг ядра, и количеством нуклонов, составляющих ядро. В таблице Менделеева все атомы химических элементов родились циклически последовательно из атома водорода.
Менделеев, сумев понять «код творения», расположил элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировал элементы с аналогичными свойствами физической материи, присвоив химическим элементам порядковые номера.
И всегда атомное ядро занимает одну триллионную часть всего атома. Где же материя?
Перед учеными встал ряд вопросов. Если атомы, образующие твердую материю (например, железо), состоят практически из пустоты, то почему мы не можем проходить сквозь стены? Что придает веществу твердость? Почему атомы железа в свободном состоянии и атомы железа, подвергнутые термообработке или механической обработке абсолютно идентичны? Почему атомы кислорода, например, в воздухе миллионы раз сталкиваются друг с другом и, тем не менее, после каждого столкновения приобретают прежнюю форму? Никакая система планет, подчиняющаяся законам классической механики Ньютона, не выдержала бы таких столкновений. Со временем ответы на эти вопросы были найдены.
Так, на вопрос о твердости был получен следующий ответ. Скорость вращения электрона вокруг ядра может достигать более тысячи километров в секунду. Вот атом и воспринимается как непроницаемая сфера, точно так же, как воспринимается вращающийся с большой частотой вращения пропеллер, который выглядит как диск. Очень сложно еще больше сжать атом, поэтому материя кажется нам твердой.
Выяснилось, что орбиты электронов значительно отличаются от орбит планет Солнечной системы вследствие их волновой природы. Атом нельзя уподобить маленькой планете, ибо нам следует представлять себе не частицы, вращающиеся вокруг ядра, а вероятностные волны. Как мы выясним чуть позже, квантовая механика убедительно доказывает, что все частицы, из которых состоит атом, обладают двойной природой: являются одновременно и волной, и частицей.
Исследование атома продолжалось. Выяснилось, что электроны не только придают материи свойство твердости, но и обеспечивают связи для образования молекул, участвуют в химических реакциях и отвечают за химические свойства вещества. Именно взаимодействие электронов с ядром обеспечивает возможность существования твердых тел, жидкостей и газов, а также живых организмов и биологических процессов, связанных с их жизнедеятельностью.
Выяснилось, что ядро атома в сто тысяч раз меньше самого атома и все же содержит почти всю его массу. Это значит, что плотность вещества внутри ядра гораздо выше, чем в привычных нам формах материи. В самом деле, если бы человеческое тело обладало плотностью ядра, оно было бы величиной с булавочную головку. Именно поэтому так трудно расколоть ядро. И, тем не менее, ученым удалось это сделать.
О протоне
Оказалось, что ядра всех элементов, кроме водорода, состоят из протонов и нейтронов[7]. И только ядро водорода, элемента, лежащего в основе всего материального мира, представляет собой один протон, который имеет положительный электрический заряд, равный по величине электрону +1.
Заряд каждого последующего элемента определяется количеством протонов в ядре атома и шифруется буквой «Z», и вследствие этого можно сказать, что «все химические элементы действительно эволюционно развиты на основе единой системы жизни – атома водорода, как Атома Жизни в соответствии с причинно-следственной моделью формирования этапов развития Мироздания по закону Бытия» [10].
Как установили физики Казахстана (их работы опубликованы в «Вестнике Международного научно-исследовательского института космической антропоэкологии (МНИИКА)»), протон, несмотря на свои малые размеры (примерно 10–15 метра), обладает всеми атрибутами больших систем.
У него присутствуют первичные элементы системы (кварки), имеются силы взаимодействия между ними (глюоны), есть конфигурация и фон системы. Протон обладает рядом уникальных свойств:
• максимально широко распространен во Вселенной;
• чрезвычайно устойчив;
• имеет структуру открытых систем.
Что интересно, ученые Международного научно-исследовательского института космической антропоэкологии (МНИИКА, Новосибирск) экспериментально установили, что протон имеет конфигурацию, которая роднит его с ДНК. Это еще раз подчеркивает фундаментальность протона! Вполне возможно, что атом водорода, а фактически протон, лежит в основе не только таблицы Менделеева, но и в основе биологической жизни.
Существует интересная гипотеза, по которой дух входит в материю через протон, а физическая материя проявляется через электроны. В этом есть некий смысл, ведь все химические элементы собираются из атомов водорода за счет добавления к ним нейтронов и электронов. Автор этой гипотезы Т. Д. Шубейкина пишет: «Периодический закон Д. И. Менделеева, выраженный в спиралевидном варианте, есть Единый Закон Творения Всего Сущего из первичного Атома Водорода как Атома Жизни, начиная с простейшей живой клетки на Земле (в том числе самой планеты и Человека)» [10].
В настоящее время предпринимается попытка представить Периодическую таблицу Менделеева в виде спирали творения материи.
По гипотезе Т. Д. Шубейкиной, планета Земля, точнее, «звездная пыль», из которой изначально формировалась планета, развивалась одновременно с химическими элементами по той же самой эволюционной спирали. Материя «звездной пыли» формировалась на основе «ядра» атома водорода как частицы духа в атоме жизни (или, иначе, информации как слова Творца) при погружении ее в материю хаоса. Ядро химического элемента, также как и дух, не может существовать без материи как оболочки, поэтому каждое ядро формирует вокруг себя электронные слои с определенным количеством электронов в зависимости от заряда ядра. Так «формируется» материальный атом химического элемента с определенным атомным весом, причем циклически, строго повторяя периодичность заполнения. Поэтому при построении спирали каждая группа элементов была представлена как причинно-следственная модель при переходе от металлов, через металлоиды к неметаллам с учетом заряда ядра и максимального количества электронов, то есть с учетом материализации [11].
С гипотезой Т. Д. Шубейкиной хорошо сочетается представление ученых МНИИКА о том, что восприятие биологическими системами солнечных протонов, электронов, нейтронов определяет скорость процессов старения и солнечнозависимой продолжительности жизни человека.
Высказывается предположение, что одна из главных причин старения – это нехватка протонов водорода, что приводит к изменению водородных связей ДНК и замедлению синтеза белка. Вследствие усиливающегося с возрастом дефицита неорганических протонов организм переходит к использованию протонов органических. Для компенсации протонного дефицита начинают использоваться протоны белков, аминокислот, пигментов. Это означает наступление фазы деградации (старения) организма, уменьшения чувствительности стареющего организма к солнечным и космофизическим потокам энергии. Организм теряет способность подпитываться ими.
В июне 2011 года нам из МНИИКА прислали книгу под названием «Информационные голограммы: научно-практические перспективы для экологии и медицины XXI века», авторами которой являются академик Трофимов, ученик Казначеева, сегодняшний руководитель МНИИКА, и Дружинин. В книге подтверждены высказанные выше предположения, освещены экспериментальные исследования и дано сообщение о создании прибора «ТРОДР-1» для обработки воды, обеспечивающей доступ организма к потоку солнечных протонов. Результаты исследований и длительная проверка на добровольцах подтвердили замедление процессов старения организма, гармонизацию работы всех органов и, что особенно важно в период квантового перехода, эффективное использование космических излучений для питания клеток. То есть речь идет о переводе человечества с органического на автотрофное питание. Вот вам и протон!
Кварки и глюоны
Согласно принятой в науке модели, протон состоит из кварков, связанных воедино глюонами. Правда, никто не наблюдал кварки и глюоны как отдельные частицы, они всегда «спрятаны» внутри протонов, нейтронов или других элементарных частиц (см. рисунок на вклейке).
Кварки — гипотетические материальные объекты, из которых по современным представлениям состоят все адроны[8]. А. С. Холманский пишет следующее: «Кварк и его широко разработанные математические свойства являются зеркальным отражением оценочных дат предполагаемого вселенского Большого взрыва. Ни кварк, ни Большой взрыв не являются продуктами экспериментальной физики».
Глюоны (от английского glue – клей) – гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой покоя и спином, равным единице. Представляют собой своеобразные силы взаимодействия между кварками, из которых состоят элементарные частицы. Предполагается существование восьми глюонов, обладающих квантовой характеристикой – «цветом».
Обмен глюонами между кварками меняет «цвет» кварков, но сохраняет их тип. На долю глюона приходится около 50 % всей энергии покоя протона. При аннигиляции кварка и антикварка, образующих мезон, родившиеся глюоны превращаются в адронные струи [9].
Теорию кварков выдвинули в 1964 году. Экспериментальное подтверждение существования двух кварков, составляющих протон (верхнего и нижнего кварков) было получено в начале 1970-х годов. Когда экспериментально было доказано наличие двух частиц в протоне, американский физик Гелл-Манн назвал их кварками.
Вначале кварки были трех сортов, или, как говорят физики, «ароматов»: верхний, нижний и странный. При этом термин «аромат» рассматривают как специальное квантовое число, характеризующее тип кварка. К концу 1970-х теория расширила число кварков до шести, разбив их на три пары: верхний – нижний, очарованный – странный, истинный – красивый. Не удивляйтесь таким названиям: физики тоже немного лирики, поэтому появились кварки «красивые», «странные», «очарованные», «со скрытым очарованием». А если серьезно, типы кварков сначала обозначили буквами а, в, с и т. д. Затем от букв перешли к словам, например, от буквы с к слову «чарм», «шарм», ну и дальше, к «очарованию» [12].
К началу 1990-х годов в лаборатории Ферми предположили существование шестого, истинного кварка.
Из кварков, образно говоря, и состоят почти все известные элементарные частицы. По мнению ученых, кварки объединяются в элементарные частицы благодаря глюонам. Скорее всего, гипотетические кварки и есть гипотетические амеры Демокрита.
Итак, атомные ядра всех без исключения элементов состоят из протонов и нейтронов.
Силы между нейтроном и протоном образуют взаимодействие неэлектромагнитной природы. И они настолько велики, что это взаимодействие назвали сильным ядерным взаимодействием. Сильное взаимодействие между двумя протонами в 1038 раз мощнее, чем гравитационное взаимодействие между ними.
Правда, действуют эти силы только на очень близком расстоянии, равном примерно двум-трем диаметрам нейтрона, и не существуют вне ядра.
Эти нейтроны и протоны находятся в непрерывном движении. Обладая, как и электроны, квантовой природой, нейтроны реагируют на ограничение в пространстве увеличением скорости вращения, а так как им отводится более ограниченный объем, чем электронам, их скорость очень высока – около 100 тысяч км/с.
И если бы мы заглянули в атом железа, мы увидели бы, что двадцать шесть электронных облачков в стремительном вихре вращаются вокруг ядра, состоящего из двадцати шести протонов и тридцати нейтронов, которые, в свою очередь, в бешеном ритме танцуют ламбаду, причем танцоры чередуются, и пары меняются.
Уму непостижимо, как им удается не толкаться и не путаться в парах на такой сумасшедшей скорости. Непонятно, почему не сталкиваются друг с другом электроны, проносящиеся по своим орбитам вокруг ядра на огромной скорости [13].
Этот многослойный бушующий мир состоит из субатомных частиц, движущихся по различным орбитам с дикой скоростью, «танцующих» замечательный танец жизни под музыку, которую кто-то сочинил. А ведь речь идет о железе!
Невольно напрашивается вопрос: кто сочинил музыку для удивительного танца субатомных частиц, кто задал информационную программу и научил пары танцевать, в какой момент начался этот танец? Иными словами: как образуется материя, кто ее создал, когда это случилось? Каким образом и из чего образовался протон, как атом жизни? Следуя теории относительности, протон должен образоваться из энергии.
Чтобы подтвердить возможность образования материальных частиц из энергии и получить новые частицы, ученые проводят исследования на ускорителях частиц.
Эксперименты на БАК
Высокоэнергетические столкновения субатомных частиц – основной метод, который используют физики для изучения их свойств, и по этой причине физика частиц также носит название физики высоких энергий. Кинетическая энергия обеспечивается в огромных (достигающих в окружности нескольких километров) ускорителях частиц, в которых частицы разгоняются до скорости, близкой к скорости света, а затем сталкиваются с другими частицами.
Энергия, заключенная в массах сталкивающихся частиц, преобразуется частично в кинетическую энергию других участников столкновения, а частично – в массы новых частиц. Вот эти новые частицы и интересуют исследователей в первую очередь.
Рассмотренный этап эксперимента называется подготовкой. Свойства частицы нельзя определить вне зависимости от самого процесса подготовки. Если в подготовку вносятся изменения, свойства частицы тоже изменяются.
Возникновение материальных частиц из чистой энергии является прекрасным подтверждением правильности положения ОТО, утверждающей, что масса – это одна из форм энергии [13].
С целью получения и изучения новых частиц ученые начали разгонять почти до скорости света потоки протонов, направленные навстречу друг другу. Ускорители таких встречных потоков называются коллайдерами.
Столкновения частиц – основной экспериментальный метод для изучения их свойств и взаимодействий, и красивые линии, спирали и дуги, зафиксированные на информационных носителях, имеют первостепенное значение для современной физики. Подвергая математическому анализу следы частиц, ученые могут говорить о свойствах этих частиц; при этом часто используют компьютеры, ибо анализ очень сложен. Все эти процессы составляют акт измерения.
В начале XXI века в Цюрихе совместными усилиями Германии, Франции и России был создан самый мощный на сегодня Большой адронный коллайдер (БАК), который представляет собой 27-километровое электромагнитное кольцо, закопанное на глубине 100 метров. Его создание обошлось в 2 миллиарда долларов (см. фото на вклейке).
В конце 2010 года появилось сообщение о том, что ученые провели первый «полнометражный» эксперимент на БАК – разогнали встречные пучки протонов до энергий в 3,5 тетраэлектронвольта. В результате энергия столкновения достигла небывалой величины – 7 тетраэлектронвольт.
По замыслу ученых, БАК позволит им смоделировать Большой взрыв, то есть сотворить так называемую кварк-глюонную плазму. Это невероятно горячий (до 10 триллионов °С) «суп» из протоматерии. В таком состоянии, по мнению ученых, Вселенная находилась через доли наносекунды после своего рождения.
Имитируя на Большом адронном коллайдере состояние Вселенной через доли наносекунды после ее рождения, ученые хотят узнать, как образуется материя. Они надеются «сотворить» материю, то есть добиться того, что кварки и глюоны объединятся в наделенные массой протон и нейтрон. Каким образом появляется масса? Это вопрос вопросов. Разбить протон на кварки оказалось проще, чем наоборот. Разрушать всегда легче, чем собирать.
По мнению ученых, должна появиться некая гипотетическая квазичастица (квази – почти), так называемый бозон Хиггса, который заставит глюоны собрать кварки в протон, наделив его массой. Если это удастся, то они, ученые, «сотворят» материю и разберутся в природе сильного взаимодействия.
За счет столкновения пучков протонов ученым удалось имитировать состояние легкой кварк-глюонной плазмы, которое моделирует праматерию через 10–34 секунды после Большого взрыва. Но праматерия не обладает массой. Не обнаружив желанного бозона Хиггса, ученые стали разгонять и сталкивать тяжелые ионы свинца, благодаря чему получили состояние тяжелой кварк-глюонной плазмы, моделирующей праматерию через 10–11 секунды после Большого взрыва, то есть гораздо позднее. Но она по-прежнему не обладает массой. Бозон Хиггса так и не обнаружился, материи из праматерии пока так и не получилось. Только энергия, движущаяся в миллиарды раз более интенсивно, чем она движется в центре Солнца. Наука пока не сумела продублировать Творца!
Однако последние новости ЦЕРН (13.12.2011) дали некоторую надежду на обнаружение неуловимого бозона. Ученым удалось получить предварительные данные, указывающие на то, что существует некая частица, которая очень похожа на бозон Хиггса. Для более уверенных утверждений потребуется дальнейший набор статистики, который начнется лишь весной следующего года [14].
Словом, неслучайно Творец в «Откровениях людям Нового века» очень высоко оценивает нашу земную науку. Он говорит: «Как это ни парадоксально звучит, но к Богу, к признанию Создателя, к Истине первыми пришли и идут ученые! Я пою Гимн ученым. Я пою Гимн их успехам в понимании мироустройства, энергетического строения миров, полет их высок, и успехи впечатляющие!»
Более того, Творец подчеркивает, что именно благодаря достижениям науки современное человечество не будет уничтожено. Ему будет дан шанс преодолеть квантовый переход.
Благодарим за внимание.
Литература
1. Ливанова А. Три судьбы постижения мира. Жизнь замечательных идей. М.: Знания, 1969.
2. Запорожец В. М. Начала естествознания двадцать первого века. М.: 2001.
3. Хокинг С. Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр. СПб.: Амфора, 2005.
4. Проверка теории относительности // http://bannerweek.argoart.ru/?id=76211
5. Ацюковский В. А. Блеск и нищета теории относительности Эйнштейна // http://www.nbrilev.ru/problemy_teorii_otnositelnosty.htm
6. Букалов А. Теорию относительности проверяют на прочность // http://www.itar-tass.com/c19/260019.html
7. Ученые пошатнули теорию относительности Эйнштейна // http://2012over.ru/uchenie-poshatnuli-teoriju-otnositelnosti-jejjnshtejj...
8. Аксенов А. П., Пак В. В. Знахарь и ученый о чистой и нечистой силе. М.: Астрель, 1997.
9. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1984.
10. Шубейкина Т. Д. Новое представление и осмысление периодического закона Д. И. Менделеева через синтез науки, религии и философии // Сознание и физическая реальность. Т. 16. 2011. № 4. С. 2–21.
11. Шубейкина Т. Д. Единая спираль эволюции: новая физика сознания //Сознание и физическая реальность. Т. 17. № 4. 2012. С. 2–15.
12. Хайш Б. Теория Бога. Доказательство существования Бога в современной науке. К.: София, 2010.
13. Тихоплав В. Ю., Тихоплав Т. С. Новая физика веры. СПб.: Крылов, 2007.
14. Большой адронный коллайдер // http://elementy.ru/LHC/news