Вход

Новая фундаментальная физическая константа, лежащая в основе постоянной Планка

Реферат по физике
Дата добавления: 23 января 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 253 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
НОВАЯ ФУНДАМЕНТ АЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КОНСТАНТА , ЛЕЖАЩАЯ В ОСНОВЕ ПОСТОЯ ННОЙ ПЛАНКА Аннотация Открыта новая ф ундаментальная физическая константа h u “ фундаментальный квант действия ” [11 - 15]. Ее значение равно [11,12,23]: h u =7,69558071(63)• 10 -37 Дж с. На основе классических представлений для электромагнетизма получены еще две физ ические константы – фундаментальный квант вр емени : t u = 0,939963701(11)• 10 -23 c, и фунда ментальный квант длины : l u = 2,817940285(31)• 10 -15 м. Эти три константы являются независимыми первичными к онстантами . Они , совместно с числами п,а льфа, позвол или установить , ч то используемые в современной физике фундамен тальные физические константы являются составными константами и являются комбинацией первичных констант [11,12,15,30]. Константам , входящим в ( h u ,t u ,l u ,п,альфа )-базис , определ ен особый статус - с татус универсальных суперконстант [11,15]. С помощью универсальных суперконстант мож но представить основные законы и формулы физики , а также все фундаментальные физически е константы , в том числе и постоянную Планка h [10 - 19]. Новая константа h u позволил а открыт ь динамическую симметрию , свойственную физическом у вакууму . D -инвариа нтность вакуума является новым видом симметри и и является наиболее фундаментальным свойств ом Природы . С D -инв ариантностью вакуума связан важнейший закон с охранения , который не нар ушается при в сех видах взаимодействий. Открытие группы из пяти независимых у ниверсальных суперконстант , которых совершенно до статочно для получения других физических конс тант , позволило раскрыть глубокую взаимосвязь констант различной природы и единые исто ки происхождения четырех фундаментальных взаимодействий [11-32]. В результате , на основе классического подхода удалось дать объяснение тому , перед чем оказалась бессильна сама квантовая тео рия , а именно – раскрыть истоки происхожд ения кванта и получить пос тоянную Пла нка из классических представлений . ВВЕДЕНИЕ 14 декабря 1900 года М.Планк сделал сообщение об открытии им новой фундаментальной кон станты . Квант появился в физической теории как постулат . Подтвержденный на опыте он , в то же время , не являлся строго доказанным в квантовой теории . Происхождение его всегда оставалось загадкой . Все попыт ки вывести его из первопринципов до сих пор не находили своего решения . Все еще проблемным остается вопрос : “можно ли в качестве первопринципа для кванта рассмат р ивать непрерывное поле ?“ Непреры вные поля классической физики и кванты кв антовой физики считаются столь далекими объек тами , что сама идея их объединения казалас ь немыслимой . Все развитие физики в 20-ом столетии происходило при обособлении этих двух теорий. Уже приближается 100-летний юб илей квантовой теории и появления в физик е постоянной Планка h , но истоки происхождения кванта совреме нная физика не раскрыла . Принято считать , что квант никак не может проистекать из какой бы то ни было неквантовости . Это да ло почву для противопоставления кл ассической электромагнитной теории и квантовой теории . Л.де Бройль называл постоянную Планка : "таинственная постоянная h" [1]. Он же отмечал : " Можно только восхищаться гениальность ю Планка , который , изучая частное физичес кое явление , оказался в состоянии угад ать один из самых основных и наиболее загадочных законов природы . Более сорока ле т прошло со дня этого замечательного откр ытия , но мы все еще далеки от полного понимания значения этого закона и всех его следствий " [2]. Можно доб авить , что и через 100 после этого за мечательного открытия мы все еще далеки о т полного понимания этого закона . Завеса т аинственности так и не снята с этой в ажнейшей фундаментальной константы . Эта константа не появилась из первопринципов - о н а была угадана Планком . До сих пор считается , что электромагнитная теория явно чужда основе квантовой теории – постоян ной Планка [3]. Так ли это ? Насколько обоснов ано такое разделение ? Может ли эта констан та проистекать из непрерывного поля ? Ответ на эти в опросы существующие физич еские теории не дают. Вопрос возможной первичности и неприводим ости постоянной Планка стоит очень остро . Нерешенные проблемы постоянной Планка не позв оляют получить ответ на другой вопрос : откуда проистекает реально наблюдае мая дис кретность нашего мира и что лежит в его основе ? 1. ДИНАМИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ ВАКУУМА Квант в [10,15,25] расс матривается мной как динамическая неоднородность поля , которая возникает при наличии в среде напряженностей электрического E и магнитного H полей . Пос кольку ди намическая неоднородность поля обладает определе нными физическими характеристиками , то ее мож но рассматривать как физический объект . Исход ным для определения физических характеристик динамических объектов вакуума являются векторы напряженности эл е ктрического E и магнитного H полей . В работе [10] п оказано , что при равенстве скалярных произвед ений векторов и их роторов в виде HrotE = E r otH , энергия электромагнитного поля лока лизуется в пространстве в виде кванта. Рассмотрим подробнее какими физически ми характеристиками может обладать динамическая неоднородность поля . Плотность энергии w электромагнитного поля определяется согласно следующему соотношению [4]: (1) Энергия поля E в объеме V с учетом бинарной сущности динамическо й неоднородности [10,12,13] равна : (2) Скорость изменения энергии в данном о бъеме определяется соотношением : (3) Вместо производных по времени подставим их значения в виде rotE и rotH из уравнений Максвелла . С учетом этого получим : (4) Выражение в скобках есть дивергенция векторного прои зведения [Eх H] , поэтому : (5) Условием , при котором энергия в данном объеме будет оставаться постоянной , является равенство нулю производной dE/dt . Из соотношения (5) следует , что производная dE/dt бу дет равн а нулю при div [ExH]=0 . Поскольку векторное произведение [ExH] есть вектор Умова-Пойнтинг а : [ExH] = P, ( 6) то из формулы Остроградского - Гаусса , при нулевой дивергенции , следует : (7) Это означает , что поток вектора Пойнти нга через поверхность S , ограничивающую объем V , равен нулю . Поскольку div [ExH] = 0 , а вектор Пойнтинга не равен нулю , то п оток вектора Пойнтинга остается в объеме V и не выходит за пределы поверхности S , ограничивающей данный объем. Исследуем поведение потока вектора Пойнти нга внутри данного объема . Пользуясь теоремой разложения Гельмгольца [5] вектор Пойнтинга Р можно предст авить суммой двух составляющих Р 1 и P 2 из которых одна является вихревой , а другая п отенциальной. P = P 1 + P 2 . Тогда rotР = rotР 1 , rotР 2 = 0, div P = div P 2 , div P 1 =0 . Из соот ношения (7) следует , что в рассматриваемом нами случае существует только вихрева я со ставляющая вектора Пойнтинга . Из теоремы Сток са следует что : (8) Поток ротора Р через пов ерхность S равен циркуляции вектора Р по замкнутому конт уру . Таким образом , при определенных условиях энергия локализуется в заданном объеме. В общем случае , когда H rotE <> E rotH , приходим еще к двум ва риантам в поведении энергии внутри динамическ их объе ктов вакуума . При H rotE > E rotH получаем положительное значение дивергенции вектора Пойнтинга div P > 0 . При положительном з начении дивергенции вектора Пойнтинга энергия покидает объем , что приводит к уменьшению вихревой составляющей вектора Пойнтинга. П ри H rotE < E rotH получаем отрицательное значение дивергенци и вектора Пойнтинга div P < 0. П ри отрицательном значении дивергенции вектора Пойнтинга энергия возрастает в заданном об ъеме , что приводит к росту вихревой состав ляющей вектора Пойнтинга и к рост у циркуляции вектора . Изменение вихревой составля ющей вектора Пойнтинга сопровождается изменением циркуляции вектора , что непосредственно след ует из теоремы Стокса . Таким образом , изме нение энергии приводит к изменению частотной характеристики динамическо г о объекта вакуума. Из соотношения (5) непосредственно следует , что скорость изменения энергии тем больше , чем больше величина div P . При этом , положительному значению divP соответствует уб ывание энергии , а отрицательному значению divP соответствует возраст ание энергии . Поскольку энергия и разм еры области ее локализации связаны обратной пропорцией [10,13], то отсюда следует , что скор ость изменения размеров невещественных динамичес ких объектов поля в пространстве пропорционал ьна дивергенции вектора Пойнтинга. Как видим , в динамической неоднородности поля выявлена циркуляция энергии по таки м законам , которые не проявляются на вещес твенном уровне [10,13]. Динамическая неоднородность пол я не является ни волной , ни частицей . О на представляет собой новую сущность и характеризуется целым набором соответствующих физических характеристик . Важнейшей ее особенно стью является то , что этому физическому об ъекту присуща динамика . Этот физический объек т не имеет характеристик , свойственных вещест ву . Это объект невещественно й среды - объект физического вакуума . Вышеизложенное указывает на то , что пр и определенных условиях электромагнитное поле проявляется в физическом вакууме в виде динамических невещественных физических объектов , которые не являются ни уединенными бегущим и в олнами ни вещественными образованиями . Этим полевым объектам свойственно внутренне е симметричное замкнутое движение. Это означает , что электромагнитные волны являются всего лишь частным случаем проя вления электромагнитного поля . Другим проявлением электром агнитного поля являются динамиче ские невещественные объекты физического вакуума . При определенном уровне энергии динамическа я (нелокальная ) неоднородность трансформируется в локальную неоднородность , что приводит к появлению кулоновского потенциала и рожд е нию вещественных частиц . 2.НОВАЯ ФУНДАМЕ НТАЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КОНСТАНТА Из соотношения (1) для плотности энергии после интегрирования получим следующее соотнош ение для полной энергии , заключенной в дин амическом объекте поля : E = q 2 ню *п *c • 10 -7 /2 . (9) В результате приходим к формуле вида : E =(комбинация констант )• ню . (10) Получено соотношение , напоминающее по сво ему виду формулу Планка E= h• ню . Только роль кванта действия выполняет в ней не пос тоянная Планка , а новая константа . Обозначим комбинацию конс тант в виде : h * =п• q 2 • с• 10 -7 /2. (11) Учитывая , что для бинарного динамического объекта ва куума модуль заряда равен q=2e [12], получим следующее соотношение : h * =2п• e 2 • с• 10 -7 . (12) Представим это соотношение в виде : h * =2п• h u . (13) В результате получи ли новую фунда ментальную физическую константу : h u =e 2 • с• 10 -7 . (14) Эта константа названа мной фундаментальны м квантом действия [11 - 15]. Ее значение равно [11]: h u =7,69558071(63) • 10 -37 Дж с . (15) Рассмотрени е динамики полевых объектов позволяет установ и ть , что первым фиксированным значением энергии , которая соответствует устойчивым физич еским объектам , есть энергия электрона или позитрона E e [6]. Тогда значение частоты , которое соответствует этой величине энергии будет равно : ню = E e /h u = 1,063870869• 10 23 Гц. Отсюда получим новую физическую константу – фундаме нтальный квант времени : t u = 0,939963701(11)• 10 -23 c. Используя константу скорости света с, получим еще одну константу – фундаментальный квант длины : l u = 2,817940285(31)• 10 -15 м. Как вид им , все приведе нные выше константы пол учены на основе классических представлений . П олученные на основе классического подхода кон станты h u , t u , l u , совместно с числами п и альфа, позволили установить , что используемые в современной физике фундаментальные физические конста нты есть составные константы и не являются первичными константами [11,12,15,30]. В [11,30,32] показано , что все известные фундаментальные физические константы представляют собой разл ичные комбинации констант h u , t u , l u и чисел п,альфа. Константы , входящие в ( h u , t u , l u , п,альфа )-базис , на званы мной универсальными суперконстантами [11,15]. Константы фундаментальной метрики t u и l u образую т новую константу b, названную фундаментальным ускорением [11,30]: b=l u /t u 2 . Значение этой константы равно : b = 3,189404629(36)• 10 -31 м /с 2 . Эта к онстанта позволила получить новый закон силы F=mb [11,32]. С помощью универсальных суперконстант , пр оисхождение которых имеет классические корни , можно представить все законы и формулы к вантовой физики , а также все фун дамент альные константы физики в том числе и постоянную Планка h . Группа , состоящая из пяти универсальных суперконстант h u , t u , l u ,п,альфа, позволяет описывать как поле , так и вещество . Все фундаментальные физические пос тоянные имеют вторичный статус по отн ошению к найденным суперконстантам . Открытие группы из пяти независимых универсальных супе рконстант , которых совершенно достаточно для получения других физических констант , указывает на глубокую взаимосвязь констант различной природы . Взаимосвязи , наблюда е мые у множества физических констант проистекают от того , что в их основе лежат только три размерные h u , t u , l u и д ве безразмерные п,альфа универсальные суперконстанты , которых доста точно , чтобы описать физические законы , относя щиеся и к полю и к веществу. Новая физическая константа h u позволила представить постоянную Планка h, как комбинацию первичных суперкон стант [14,30]: h = f(h u ,п,альфа ). Таким о бразом , удалось выявить истоки происхождения постоянной Планка из непрерывного поля. Угаданная Планком постоя нная h содержала для него самого много неясного . Это М . Планк спец иально подчеркивал в своей Нобелевской речи . Таинственным вестником из реального мира назвал ее М.Планк [3,7]. Очень точно выразился о постоянной h О.Д.Хвольсон [2]. " Проникая во все о тделы физики , она доказала свое мировое значение , доказала , что она играет велику ю роль в явлениях физических ; она начинает проникать и в химию . Какова физическая её сущность ? Почему она так важна ? Почем у она как бы вторгается (чтобы не сказ ать - суется !) во вс е возможные физич еские явления ? Одним словом : что такое h ? Неизвестно и н епонятно ! " Эта тайна об истоках происхождения кв анта и его сущности , как и самой посто янной h , более ста лет оставалась не раскрытой . Подход излож енный выше и полученная новая фундамент альная константа h u позволяют пролить св ет на эту загадку . Это снимает завесу таинственности с постоянной Планка h . Видно , что константа h напр ямую связана со свойствами физического вакуум а и появляется при переходе непрерывного поля в дискретное вещество. Это может служить доказательством того , что дискретное вещество происходит из конт инуального физического вакуума . Суперконстантный ( h u ,t u ,l u ,п,альфа )-базис позволяет создать новую физическую теорию на основе объединения классического и квантового подходо в. 3.ДИНАМИЧЕСКАЯ СИММЕТРИЯ ВАКУУМА Из уравнения (14) д ля новой константы - фундаментального кванта д ействия h u , следует еще одна важная константа [11]: G u =h u /c. Ее знач ение равно : G u = 2,56696941(21)• 10 -45 Н с 2 . С этой константой вакуума G u связан но в ый динамический закон , свойственный физи ческому вакууму . Этот закон имеет вид [11,30]: m э • l = G u , (16) где : m э – элек тромагнитная масса. Из динамического закона следует , что э лектромагнитная масса принимает значения от н уля до некоторой предельной величины : 0 < m э < m max. Это при водит к тому , что метрическая характеристика изменяется от бесконечности до некоторой предельной величины : l min < l < бесконечность . В [11,12,30] пок азано , что предельная величина длины равна константе l u . Константа G u является конст антой в н овом законе универсального взаимодействия [11,32]: F= G u ню 2 Уравнение (16) представляет собой динамический закон , который отображает динамическую симметри ю вакуума . D -инвариа нтность вакуума является новым видом симметри и и является наиболее фунд аментальным свойством Природы . С D -инвариантность ю вакуума связан важнейший закон сохранения , который не нарушается при всех видах взаимодействий. Следует различать динамическую симметрию законов , представленных математическими соотношениями , динамическую симметрию в Природе и динамические законы , отражающие динамическую си мметрию в Природе . Первая относится не к физике , а к математическим конструкциям . В этом случае симметрия проявляется по от ношению к некоторым математическим преобразовани ям . Это , по кл а ссификации Е.Вигнера [33] - геометрические законы . Мы их не рассмат риваем . То , что изложено выше относится к динамической симметрии , свойственной физическим объектам и к законам , отображающим этот вид симметрии . D -инвариантность вакуума являе тся симметрие й более высокого порядка , чем известные на сегодня симметрии . Нарушен ия симметрии , которые наблюдаются в Природе , вплоть до несохранения СР-инвариантности , не затрагивают D -инвариантность вакуума . Грани цей для D -инвариантности являются фунд аментальные кон станты m e и l u , что и отражает динамический зак он . Видно , что динамическая симетрия вакуума не противоречит идее развития , поскольку D -инвариантность сохраняется и тогда , когда нарушаются другие виды симме трии . Реализуется реальный физический процесс , об язанный своим существованием динамической симметрии , который приводит к появлению д искретных физических объектов из непрерывного физического вакуума , что в математическом о писании представлено как достижение физическими величинами своих предельных значени й. 4.НЕПРОТИВОРЕЧИВОЕ ЕДИНСТВО КЛАССИЧЕСКОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ Если бы теория Максвелла целенаправленно развивалась в направлении выявления связи её с квантовой теорией , то , возможно , сит уация в физике была бы совершенно иной . Исторически сложилось так, что уравнения Максвелла подверглись разнообразным упрощениям , а в начале ХХ столетия сама теория Максвелла была подвергнута критике на фоне развивающейся квантовой теории [8]. Особенно эт о было связано с тем , что она не с могла дать объяснения квантовым я в лениям . В конце своей жизни А.Эйнштейн писал : " вообще кажется сомните льным , может ли теория поля объяснить атом истическую структуру вещества и излучения , а также квантовые явления " [9]. На мой взгляд объяснительный потенциал теории Максвелла еще достаточн о велик . Она является инструментом не только для непрерывных полей , но и позволяет дать объяснение тому , перед чем оказалась бессил ьна сама квантовая теория , а именно , объяс нить истоки происхождения кванта и получить постоянную Планка из классических пред с тавлений . Тот факт , что объяснени е кванту непосредственно следует из теории Максвелла говорит о том , что электромагнитн ая теория вовсе не чужда основе квантовой теории – постоянной Планка . Это указывае т на то , что континуальность и дискретност ь не только н е конфликтуют межд у собой , но и тесно связаны и даже обусловливают друг-друга . При этом , как оказ алось , первичными являются все же классически е представления , а квантованность вторична и проистекает из непрерывного поля . Кванты и непрерывное поле не являю т ся антагонистическими объектами , между ними сущест вует прямая генетическая связь и взаимообусло вленность. 5. ВЫВОДЫ 1.Открыта новая фундаментальная физическая константа h u ,получившая название “ фундаментальный квант действия ” . Ее значение равно : h u =7,6955 8071(63) • 10 -37 Дж с . 2. Найдено теоретическое обоснование происхождению постоян ной Планка . Выявлен механизм ее происхождения из непрерывного поля , что позволяет выясн ить физический смысл этой важнейшей константы физики и снять завесу таинственности , кот о рая сопровождала эту константу белее ста лет. 3. Показано , что совершенно реально и закономерно преодоление тупикового противоречия между непрерывным полем и дискретным вещество м . Получено доказательство того , что квант действия проистекает из непрерывного поля . Показано , что сам квант необходимо рассм атривать как динамический объект , лишенный пр изнаков какой бы то ни было частицы и ли совокупности частиц. 4. Существование электромагнитных волн являе тся частным случаем проявления электромагнитного поля . Энер гонасыщение вакуума приводит к появлению динамических полевых объектов в физическом вакууме , что при высокой плотности энергии приводит к появлению кулоновского потенциала и рождению вещественных частиц. 5. Динамические объекты вакуума не являют ся ни уедин енными бегущими волнами , ни вещественными образованиями , ни частицами , ни совокупность частиц. 6. Получены новые физические постоянные t u , l u , G u , b, которые яв ляются независимыми и первичными константами. 7. Открыта группа из пяти независимых суперконстан т h u , t u , l u , п, альфа , которых совершенно достаточно для получения других физических констант , законов и формул физики. 8. То , что из классических представлений вытекает закон квантования , говорит о том , что подход , заложенный Максвеллом , имеет огромный п отенциал , который еще до кон ца себя не исчерпал и способен привести к созданию новой физической теории в к оторой впервые не будут противопоставлены неп рерывность и дискретность. 9. Теория Максвелла позволяет дать объясн ение тому , перед чем оказалась бессил ь на сама квантовая теория , а именно , объясн ить истоки происхождения кванта и получить постоянную Планка из классических представлени й. ЛИТЕРАТУРА 1. Л.де Бройль . Таинственная постоянная h - великое открытие Макса Планка . В кн . По тропам науки . М ., ИЛ , 1962 . 2. Цит . по Е.М.Кляус . Поис ки и открытия . М ., Наука , 1986, с .145. 3. М.Планк . Избранные труды . М ., Наука , 1975, с . 288. 4. Р.Фейнман , Р . Лейтон , М. Сэндс . Фейнмановские лекции по физике . Т .6, М ., Мир , 1966. 5. Г.Корн , Т.Корн . Справочник по математике д ля научных работников и инженеров , М ., Наука , 1970. 6. Peter J. Mohr and Barry N.Taylor. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998 ; Physics.nist.gov/constants. Constants in the category "All constants"; Reviews of Modern Phys ics, Vol 72, No. 2, 2000. 7. Планк М . Е динство физической картины мира . М . с .121. 8. К.В.Мануйлов , М.П.Варин , О.В.В олкова . О решении уравнений Максвелла в св язи с классической теорией потенциала . В с б . "Проблемы пространства и времени ", С-Пб , 1993, с . 51 . 9. А.Эйнштейн . Собрание научн ых трудов . Т .4, М .: Наука , 1966, стр . 355- 356. 10. Косинов Н.В . Электродинам ика физического вакуума . Физический вакуум и природа , N1, 1999. 11. Косинов Н.В . Физический вакуум и гравитация . Физический вакуум и природа , N4, 2000. 12. Косинов Н.В . Законы ун итронной теории физического вакуума и новые фундаментальные физические константы . Физический вакуум и природа , N3, 2000. 13. Косинов Н.В . Вакуум-гипоте за и основные теоремы унитронной теории ф изического вакуума . Физически й вакуум и природа , N2, 1999. 14. . Косинов Н.В . Физический вакуум и физика вакуума . Физический вакуу м и природа , N2, 1999. 15. . Kosinov N. Five Fundamental Constants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas. Physical Vacuum and Nature , N4, 2000. 16. . Косинов Н.В . Эволюция представлений о вакууме в физике . Физичес кий вакуум и природа , N3, 2000.
© Рефератбанк, 2002 - 2017