Новые фундаментальные физические константы

В (6, 8 -10) получены новые результаты, показывающие, что группа константвакуумаhu,tu,lu совместно с числамиπиα,обладает уникальной особенностью. Эта особенность состоит в том, чтоиспользуемые в физике фундаментальные константы представляют собой различныекомбинации перечисленных констант. Таким образом, названные константы вакуумаимеют первичный статус и могут выполнять роль онтологического базиса физическихконстант. Константы, входящие в (hu,tu,lu,π,α)-базис, названы универсальными суперконстантами (6,8,13, 15).

Их значения следующие:

1. Фундаментальный квант действияhu(hu=7,69558071(63)•10-37 J s).

2. Фундаментальный квант длиныlu(lu=2,817940285(31)•10-15 m).

3. Фундаментальный квантвремениtu(tu=0,939963701(11)•10-23s).

4. Постоянная тонкой структурыα(α=7,297352533(27)•10-3)

5. Числоπ(π=3,141592653589)

Константы этой группы позволили выявить совершеннонеожиданную всеобщую взаимозависимость и глубокую взаимную связь всехфундаментальных физических констант. Ниже, вкачестве примера, показано как некоторыефундаментальные постоянные связаны суниверсальными суперконстантами. Для основныхконстант эти функциональные зависимости оказались следующими:

-элементарный зарядe:e=f(ħu,lu,tu);

-масса электрона me: me=f(ħu,lu,tu);

-постоянная Ридберга R∞: R∞=f(lu,α,π);

-гравитационная постояннаяG: G=f(ħu,lu,tu,α,π);

-отношение масс протона-электрона mp/me: mp/me=f(α,π);

-постоянная Хаббла H: H=f(tu,α,π);

-планковская масса mpl: mpl=f(ħu,lu,tu,α,π);

-планковская длина lpl:lpl=f(lu,α,π);

планковское время tpl: tpl=f(tu,α, π);

-квант магнитного потокаФo:Фo=f(ħu,lu,tu,α,π);

-магнетон Бора μB: μB=f(ħu,lu,tu,α,).

Как видим, между физическими константами существуетглобальная связь на фундаментальном уровне. Из приведенных зависимостей видно,что наименее сложными являются константыh,c, R∞,mp/me. Это указывает на то, что постоянныеh,c, R∞,mp/meнаиболее близки к первичнымконстантам, однако сами таковыми не являются. Как видим, константы, которыетрадиционно носят статус фундаментальных констант, не являются первичными инезависимыми постоянными. К первичным и независимым можно отнести толькосуперконстанты вакуума. Подтверждением этому явилось то, что использованиесуперконстантного базиса позволило получить все основные фундаментальныефизические константы расчетным путем (5-15). То, что известные сегодня фундаментальные физические константы не имеют статусапервичных и независимых постоянных, а на их основе пытались построить физическиетеории, и явилось причиной многих проблем физики. Фундаментальные теорииневозможно построить на вторичных константах.

Размерные суперконстантыhu, lu,tu определяют физическиесвойства пространства-времени. Суперконстантыπиαопределяют геометрические свойства пространства-времени. Таким образом, подтверждается подход А.Пуанкаре,согласно которому утверждается дополнительность физики и геометрии (16).Согласно этому подходу в реальных экспериментах мы всегда наблюдаем некую“сумму” физики и геометрии (17).Группа универсальных суперконстант своимсоставом подтверждает это.

4. НОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ КОНСТАНТЫ G

Зависимость константыGот первичных суперконстантуказывает на то, что эту важнейшую постоянную можно получить математическимрасчетом. Как известно, сама форма закона всемирного тяготения Ньютона –пропорциональность силы массам и обратнаяпропорциональность квадрату расстояния, проверена с гораздо большей точностью,чем точность определения гравитационной постояннойG. Поэтому,основное ограничение на точное определение гравитационных сил накладывает константа G. Кроме того, с времен Ньютонаостается открытым вопрос о природе гравитации и о сущности самой гравитационнойпостояннойG. Эта константа определена экспериментально. Науке пока неизвестносуществует ли аналитическое соотношение дляопределения гравитационной константы. Науке также не была известна связь между постояннойGидругими фундаментальными физическими константами. В теоретической физике этуважнейшую постоянную пытаются использовать совместно с постоянной Планка искоростью света для создания квантовой теориигравитации и для разработки единых теорий. Поэтому, вопросы о первичности и независимости константыG,атакже необходимость знать ее точное значение, выходят на первый план.

Численное значениеGбыло определено впервые английским физикомГ.Кавендишем в 1798 г. на крутильных весах путем измерения силы притяжения междудвумя шарами .

Современное значение константыG,рекомендуемое CODATA 1998(1):

G=6,673(10)•10-11m3kg-1s-2.

Из всех универсальных физическихпостоянных точность в определенииGявляется самой низкой. Среднеквадратическая погрешность дляGнанесколько порядков превышает погрешность другихконстант.

Совершенно неожиданным оказалось то, что константаGможет быть выражена посредствомэлектромагнитных констант. Это становится важным, так как точность константэлектромагнетизма намного больше точности постояннойG.

Открытая группа универсальных суперконстант, имеющих первичный статус, ивыявленная глобальная связь фундаментальных констант позволили получитьматематические формулы для вычисления гравитационной постояннойG(6, 9, 10,15). Таких формул оказалосьнесколько. В качестве подтверждения этому, ниже приведены 9 эквивалентных формул для вычисленияG:

G=2πc3lu2/αhDo, G=c5tpl2α/hu, G=lu3/tu2meDo, G=huα2/4πtumpl2R∞,

G=c3lpl2α/hu, G=2lu5α H/tu2hu, G=huc/α mpl2, G=c4lu/EeDo.

G=hulu/tume2Do

Из приведенных формул видно, что константаG выражается с помощью других фундаментальных константочень компактными и красивыми соотношениями. При этом, все формулы длягравитационной константы сохраняют когерентность. В числе физических постоянных,с помощью которых представлена гравитационная константа, находятся такие константы как фундаментальный квантhu,скорость светаc,постоянная тонкой структурыα,постоянная Планкаh, числоπ, фундаментальная метрика пространства-времени(lu,tu),элементарная массаme,элементарный зарядe,большое число ДиракаDo, энергия покоя электронаEe,планковскиеединицы длиныlpl,массы mpl,времениtpl,постоянная ХабблаH, константа РидбергаR∞. Это указывает на единую сущностьэлектромагнетизма и гравитации и на наличие фундаментального единства у всехфизических констант. Из приведенных формул видно, что связь междуэлектромагнетизмом и гравитацией действительносуществует и проявляется даже на уровне гравитационной константыG.

Поскольку точность в определении констант электромагнетизма высокая, тоточность гравитационной постоянной можно приблизить к точности электромагнитных констант. Все приведенные вышеформулы дают одно и то же новое значениеG, которое по точности почти напять порядков (!) выше известного на сегодня значения. Новое значениеGвместо четырех цифр содержит 9цифр(6, 9, 10, 15):

G=6,67286742(94)•10-11m3kg-1s-2.

С помощью универсальных суперконстант удалось получить новые формулы дляпланковских констант(6, 8, 9, 15):

mpl= hutu/lu2(Do/α)1/2, lpl=lu(1/Doα )1/2, tpl=tu(1/Doα )1/2.

На основе этих формул полученыновые значения планковскихконстант:

mpl=2,17666772(25) •10-8кг,

lpl =1,616081388(51) •10-35м,

tpl =5,39066726(17) •10-44с.

Эти новые значения планковских констант по точности почти на пять порядковточнее известных на сегодня значений(1).

Универсальные суперконстанты позволили получить новое точное значениепараметра Хаббла:

H= 53,98561(87)(км/с)/Mпс.

5. ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ КОНСТАНТА СИЛЫ

Особенности констант физического вакуума привели к выводу, что силывзаимодействия также должны выражаться через константы вакуума. Покажем это. Иззакона Кулона для взаимодействующих элементарных зарядов следует:

F = e2/l2 ,

На основании формулы (8) представим этосоотношение следующим образом:

F = huc / l2= huν2/ c.

Значениеhu/c с учетомформулы (3) будет равно Gu. Исходя из этого, получимсоотношение для закона универсальноговзаимодействия(5-15):

F = Guν2 .

Для предельного значения метрики из закона универсального взаимодействияполучим следующее соотношение для константы силы:

Fu = hu /lutu

Эта новаяфизическая константа названа ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ КОНСТАНТОЙ СИЛЫ. Ее значение равно:

????

Она является универсальной константой силы для всех известных на сегоднявидов взаимодействий. Как показано в(6, 9,10,13), эта константаприсутствует не только в законе Кулона, но и в законах Ньютона, в законеГалилея, в законе Ампера и в законе всемирноготяготения.

6. УНИВЕРСАЛЬНАЯ ФОРМУЛА СИЛЫ

Поиск единого взаимодействия, сводящего воедино четыре фундаментальныхвзаимодействия, - одна из сложнейших нерешенных задач физики. Современныепопытки объединения сильного, слабого, электромагнитного и гравитационноговзаимодействий основаны на поиске условий, при которых константы взаимодействийсовпадают по своим величинам. Считается, если существует такая единая константа,то объединение взаимодействий возможно. Однако такой подход пока не привел кобнадеживающим результатам. Не раскрыта взаимосвязь четырех фундаментальныхвзаимодействий, не ясны истоки их появления.

Я считаю, что решение проблемы единого взаимодействия нужно искать на другомнаправлении.

Вместо поиска условий, при которых константы взаимодействий могут совпадать,целесообразно исследовать генезис фундаментальных взаимодействий и вестипоиск новой константы единоговзаимодействия. Есть все основания полагать, что такая константа существует.Единство фундаментальных физических констант указывает на существование единствау электромагнитных и гравитационных сил. Вчастности, к решению этой проблемы можетподтолкнуть выяснение следующего вопроса. Почему так схожи по своему видуформулы законов Кулона и всемирного тяготения Ньютона? Столь разныевзаимодействия оказались такими похожими в математическом представлении формулысилы. В одном - заряды, в другом - массы, но формулы одинаковы. Что скрываетсяза этим поразительным сходством? Есть несколько путей решения этой проблемы.Первый путь состоит в том, чтобы выяснить какая существует связь междумассой и зарядом. Практически это означает, чтонеобходимо вести поиск ответа на вопрос:существует ли электромагнитная масса и что это такое? Второй путь состоит в выяснении сущностигравитационной константыG. Возможно, что и в ней скрыта связьмежду электричеством и гравитацией. Третий путь основан на предположении о том,что и закон Кулона, и закон Ньютона являютсяфрагментами какого-то универсальногофундаментального закона силы. Если это сходство не случайно, то долженсуществовать единый закон силы, который лишь проявляется для электричества какзакон Кулона, а для гравитации - как закон Ньютона. Как показано в(6, 9,10, 15) единый закон силы действительно существует. Закон Кулона и законыНьютона действительно являются его частными проявлениями. Используяуниверсальные суперконстанты, у наспредставилась возможность не просто выявить сходство в форме записи у этихзаконов, а установить их связь нафундаментальном уровне. На основе суперконстант удалось получить новую формулусилы, которая названауниверсальнойформулой силы(6, 10, 15). Она имеет следующий вид:

F=(hu/lutu)(N1N2/N32)

В универсальную формулу силы входятсуперконстантыhu, lu, tu. В универсальную формулу силы входят такжебезразмерные коэффициентыN1, N2, N3.КоэффициентыN1иN2единым образомпредставляют или отношения взаимодействующих масс к элементарной массе, или отношение зарядов к элементарным зарядам, илиотношение токов к элементарному току. КоэффициентN3представляет собой отношение длины к фундаментальному кванту длины. Универсальная формула силы превращается в формулуF=ma при N1=m/me,N2=l/lu,N3=l/lu:

F=(hu/lutu)(N1N2/N32) =ma.

Универсальная формула силы превращается в формулу закона Кулона при N1=q1/e,N2=q2/e,N3=l/lu:

F=(hu/lutu)(N1N2/N32) =q1q2/l2.

Вуниверсальной формуле силы первый сомножитель представляет собой новуюфизическую константу, имеющую размерность силы.Это есть фундаментальная константа силыFu,полученная выше.

Соотношение для этой константы определяется исключительно размернымисуперконстантами вакуума.

При N1=m1/me,N2=m2/me,N3=l/luи при замене фундаментального кванта действияhu на гравитационный квант действияhg=hu/Do универсальная формула силы превращается вследующую формулу:

F=(hg/lutu)(N1N2/N32) = (hulu/tume2Do) (m1m2/l2).

Комбинация констант в первом сомножителе в правой части соотношения вточности совпадает с формулой для вычисления гравитационной константыG:

hulu/tume2Do=G.

Таким образом, универсальная формула силы превращается в формулу законавсемирного тяготения:

F=(hg/lutu)(N1N2/N32) =G m1m2/l2.

В этой формуле физическая константа, имеющая размерность силы, определяетсяаналогично фундаментальной константе силы .Соотношение для этойконстанты имеет вид:

Fug=hg/lutu.

Ее значение равно 6,9731134 •10-42 Н.

Тот факт, что и законы механики, и закон гравитации, и закон электростатикивыражаются единой формулой - универсальной формулой силы, указывает на единую природу всехвзаимодействий. На рис.1

схематически показана связь универсальнойформулы силы с физическими законами. Такая связь выявлена с

Рис.1. Связь универсальной формулы силы с физическими законами .

законом Ньютона, законом Галилея, законом Кулона и даже с законом Ампера для взаимодействующих проводников с током. Исследования показали, что из универсальной формулы силы следуют два новых закона :F=mb и F=Guν2(6, 7, 9, 10). Формула F=mbопределяет связь силы с дефектом массы.Константой в этой формуле является фундаментальное ускорение b= 3,189404629(36)•1031м/с2 (6, 7). ФормулаF=Guν2 представляет новое универсальное взаимодействие (6,7, 9, 10). Константой в этойформуле является новая физическая постояннаявакуумаGu=2,56696941(21) •10-45Н с2. В (6,7, 9, 10) показано , что из законауниверсального взаимодействия непосредственно следуют и закон Кулона и законвсемирного тяготения Ньютона и закон Ампера.

По генетической связи все взаимодействия можно расположить в такойпоследовательности: универсальное, электромагнитное, сильное, слабое,гравитационное. Как видим, корни всех взаимодействий следует искать вуниверсальном взаимодействии. Это пятое взаимодействие характерно дляфизического вакуума и не связано с взаимодействием каких бы то ни было частиц, втом числе частиц вещества. В то же время , изнего проистекают законы относящиеся к взаимодействиям частиц.

Универсальная формула силы показывает, что значения электрических, магнитных, механических и гравитационных сил зависят не столько от абсолютных значений масс,зарядов, токов и расстояний , сколько от их соотношения с фундаментальнымиконстантами – массой электрона, элементарнымзарядом, элементарным током и фундаментальнымквантом длины. Это указывает на необходимостьнового подхода к пониманию сущности фундаментальных взаимодействий.

Таким образом, причина поразительного сходства формул в законах Кулона ивсемирного тяготения Ньютона проистекает от фундаментального единства силинерции, гравитации и электромагнетизма. Это единство сил удалось установить наоснове выявленного фундаментального единствафизических констант и найденных новых физических постоянных.

ВЫВОДЫ

Получены новые фундаментальныефизические константыhu,Gu,Ru,tu,lu,относящиеся к физическому вакууму. Выявлена группа констант, которым определенспециальный статус универсальных суперконстант. С помощью универсальныхсуперконстант, которые являются константами вакуума, можно представить всезаконы и формулы классической и квантовойфизики, а также все фундаментальные константы,в том числе постоянную Планкаhи гравитационную константуG. Группа,состоящая из пяти универсальных суперконстантhu,tu,lu,π,α,позволяет описывать физические законы,относящиеся как к полю, так и к веществу. Известные на сегодня фундаментальныефизические постоянные имеют вторичный статус поотношению к найденным универсальнымсуперконстантам вакуума. Открытие группы изпяти независимых универсальных суперконстант,которых совершенно достаточно для получения других физических констант, указывает на глубокую взаимосвязь констант различнойприроды. Найденные новые фундаментальные константы открывают перспективноенаправление для выявления новых физических законов и для поиска новых константвзаимодействий.

ЛИТЕРАТУРА

1.Peter J. Mohr and Barry N.Taylor. “CODATA Recommended Values of theFundamental Physical Constants: 1998” ; Physics.nist.gov/constants.Constants in the category "Allconstants"; Reviews of Modern Physics,(2000),Vol 72,No. 2.

2. D.C.Cole and H.E.Puthoff, “Extracting Energy and Heat from the Vacuum”, Phys. Rev. E, v.48, No.2,(1993).

3. Ю.И. Манин. Математика и физика. М., "Знание", 1979.

4. В.Л.Гинзбург. “Какие области физики и астрофизики представляются важными иинтересными”. УФН,N4, т.169,(1999).

5. Н.В. Косинов. “Электродинамика физического вакуума”. Физический вакууми природа, N1,(1999).

6. Н.В. Косинов. “Физический вакуум и гравитация”. Физический вакуум иприрода, N4,(2000).