Единое поле силового пространственного взаимодействия материальных тел

В.В. Сидоренков, МГТУ им. Н.Э. Баумана

На основе анализа физических характеристик силового пространственного взаимодействия материальных тел установлена объективность существования Единого Поля Взаимодействия в реальном пространстве физического вакуума, обусловленного его поляризацией при наличии в нем Материи. Получено аналитическое соотношение для указанного поля, тождественно описывающее поля различных по физической природе электрических, магнитных и гравитационных сил.

Известно, что любой материальный объект и, по существу, все его физические характеристики совокупно реализуются посредством электрических, магнитных и гравитационных полей силового взаимодействия частиц, его составляющих (1). В этой связи вполне логично поставить и попытаться аргументировано ответить на концептуально важный вопрос о причине такого реально наблюдаемого взаимосвязанного единства указанных полей. Как представляется, здесь принципиально главным и основным является тот факт, что «проводником» указанных взаимодействий, да и «средой обитания» самой Материи служит пространство физического вакуума, которое, согласно современным исследованиям, пустотой в буквальном смысле этого слова быть не может.

Если исходить из физически естественной теории близкодействия (1), то именно посредством физического вакуума, благодаря его свойствам осуществляются разного рода взаимодействия между пространственно разнесенными материальными телами. Например, наэлектризованное тело неким образом поляризует окружающее пространство, и это регистрируется как электрическое поле этого тела, силовым образом действующее на другие заряженные тела. Аналогично, масса реального тела создает в пространстве вакуума возмущение в виде его поляризации, воспринимаемое другими телами как поле силы тяготения. Итак, способность физического вакуума поляризоваться при наличии в нем Материи порождает предполагаемое нами как объективно существующее, искомое силовое Единое Поле Взаимодействия разнесенных в пространстве материальных тел, которое, как ожидается, должно быть тождественно различным по физической природе с позиции общепринятых в настоящее время представлений полям электрических, магнитных и гравитационных сил.

Анализ проблемы поиска Единого Поля Взаимодействия материальных тел начнем с того, что представим симметрию аналитических выражений известных полей электрических, магнитных и гравитационных сил в структурно тождественной форме:

a) , b) , c) , (1)

где ,  и m - соответственно, электрический, магнитный и гравитационный (масса) заряды. Поскольку все указанные взаимодействия происходят в пространстве физического вакуума, то присутствующие в формулах (1) размерные в системе единиц СИ физические постоянные ,  и  будем называть электрической, магнитной и гравитационной проницаемостями вакуума, где последняя константа получается из постоянной гравитационного взаимодействия, записанной в виде .

По нашему мнению, будет весьма полезным не только для дальнейшего, но и с познавательной точки зрения, провести детальное обсуждение размерностей указанных выше констант. Так, например, величина и размерность электрической постоянной, в наших представлениях электрической проницаемости вакуума, равны  (фарада/метр), где электроемкость  - фарада = Кулон/Вольт отвечает отношению электрического заряда «Кулон» к электрическому скалярному потенциалу «Джоуль/Кулон = Вольт». Аналогично, характеристики магнитной постоянной - магнитной проницаемости вакуума будут равны  (Генри/метр), где индуктивность  - Генри = Вебер/Ампер определяется отношением магнитного заряда (потока) «Вольтсек = Вебер» к магнитному скалярному потенциалу «Джоуль/Вебер = Ампер». Обратим особое внимание на то, что представленное здесь логически очевидное физическое понятие магнитного скалярного потенциала - Ампер как в научной литературе, так и в учебных пособиях распространения не имеет, в отличие от симметричного ему базового в теории электричества электрического скалярного потенциала - Вольт.

Соответственно, рассмотрим гравитационную проницаемость вакуума Гл/м, где в числителе размерности данной константы физическая величина, названная нами Галилей, определяющая гравиемкость (аналог электроемкости) , равна отношению основных физических величин: Гл = кгсек2/метр2 = кг/v2, что в итоге представляет собой отношение величин гравитационного заряда «кг» к гравитационному потенциалу «Джоуль/кг=метр2/сек2». Указанный потенциал определяется работой по перемещению единичной массы из данной точки поля на бесконечность (за пределы поля) и измеряется в «Джоуль/кг=v2». Согласно определению, гравитационный потенциал в области своего существования отрицателен и у центра поля достигает физически возможного минимума Дж/кг, соответственно на «границе» поля (на бесконечности) максимален и равен нулю. В частности, на поверхности Земли данный потенциал составляет величину Дж/кг, то есть равен квадрату первой космической скорости: м/c. Заметим кстати, что свойства гравитационного поля как сил притяжения качественно отличают его от свойств электростатического поля сил притяжения и отталкивания электрических зарядов, поскольку источники поля тяготения – гравитирующие массы имеют только один знак и притягиваются, а электрические заряды одного знака отталкиваются. В итоге мы получили нетривиальный и полезный методический результат: размерности фундаментальных постоянных ,  и  - физически различных проницаемостей пространства физического вакуума оказались структурно тождественными.

Поскольку нам известно аналитическое выражение для фундаментальной массы, называемой массой Планка, составленное из комбинации других фундаментальных физических констант  2, 17610-8 кг (- модифицированная постоянная Планка,  - скорость света), то воспользовавшись этим выражением, рассмотрим формулу (1c) силы гравитационного взаимодействия двух тел массой m1 и m2 , которую запишем для выявления ее сути и наглядности в скалярном виде для модуля этой силы:

. (2)

Здесь  - безразмерный амплитудный множитель. Чтобы подчеркнуть его физическую сущность, назовем «амплитудой поляризации» пространства физического вакуума, поскольку она определяет величину силового пространственного взаимодействия гравитирующих масс материальных тел.

Аналогично, на основе аналитики электрического заряда Планка 1, 87510-18 Кл преобразуем формулу (1a) для модуля силы Кулона взаимодействия электрических зарядов  и :

, (3)

где  - безразмерная «амплитуда поляризации» физического вакуума, когда наличие такого эффекта порождает силовое пространственное взаимодействие электрически заряженных материальных тел.

Соответственно, с учетом выражения для магнитного заряда (полюса) Планка 7, 06610-16 Вб можно записать формулу (1b) модуля силы Кулона взаимодействия магнитных зарядов  и :

, (4)

где  - безразмерная «амплитуда поляризации вакуума», посредством которой создается силовое поле пространственного взаимодействия намагниченных материальных тел.

Сделаем общее замечание о взаимодействующих зарядах (телах), так как рассматриваемые здесь законы сил справедливы только для неподвижных относительно друг друга точечных зарядов (тел). Конечно, буквально математически точечные заряды в физике абсурдны (при нулевом объеме плотность ), однако физически точечный заряд реален: это заряженное тело, наблюдаемое на таких расстояниях, когда при перераспределении заряда в этом теле сила, действующая на «пробный» заряд, размещенный на этих расстояниях, неизменна в пределах точности проводимых измерений. При этом тело обычных размеров представляется суммой его точечных частей. И еще. Силы в обсуждаемых законах действуют по линии, соединяющей центры масс (зарядов) взаимодействующих тел, а потому такие силы называют центральными.

Вполне очевидно, что аналитические соотношения для сил взаимодействия материальных тел (2) - (4) можно было бы построить и чисто формально, если исходные соотношения (1) помножить на . В результате получатся те же формулы (2) - (4), где выражения фундаментальных физических констант Планка: ,  и  здесь появятся с необходимостью.

Поскольку, как уже говорилось, любой материальный объект совокупно реализуется посредством электрических, магнитных и гравитационных полей силового пространственного взаимодействия составляющих его частиц, то нет физических законов и логических возражений против возможного сосуществования и более экзотических подобных сил так называемого перекрестного взаимодействия материальных тел, которые наиболее вероятно реализуются в микромире. Например, известно (1), что корпускулярными электромагнитными характеристиками микрочастицы является электрический заряд  (n – целые числа, e – заряд электрона), определяющий ее электрические свойства и собственный угловой момент  - спин, ответственный за магнитные свойства. Причем спин, как было установлено в (2), неразрывно связан с «зарядом» магнитного диполя частицы: . Об указанном перекрестном взаимодействии здесь говорит тот факт, что оба разнородных заряда  и  содержатся в одном и том же материальном носителе массой , где спин микрочастицы есть результат электромагнитного взаимодействия (2) ее собственных электрического и магнитного зарядов. Как видим, материальные тела и их взаимодействие реализуются как силами вида (1), так и другими силами электромагнитного, гравиэлектрического и гравимагнитного взаимодействий.

В этой связи можно предложить еще три аналитических выражения полей пространственного перекрестного взаимодействия частиц материи, структурно полностью идентичные полевым соотношениям (1). Эти выражения запишем для модуля электромагнитной, гравиэлектрической и гравимагнитной силы:

a) , b) , c) . (5)

Выполнение процедур таких же, как при выводе формул (2) - (4), но уже для выражений (5) приведут к аналогичным преобразованиям уже этих соотношений:

a) , b) , c)  , (6)

где ,  и  - безразмерные «амплитуды поляризации» физического вакуума, благодаря которой осуществляются соответственно электромагнитное, гравиэлектрическое и гравимагнитное силовое пространственное взаимодействия материальных тел.

Итак, проблема поиска силового Единого Поля Взаимодействия пространственно разнесенных материальных тел, как представляется, нами успешно разрешена. Однозначно установлено, что формулы указанных выше, различных по физической природе силовых полей (2) - (4) и (6) действительно оказались структурно тождественными, то есть все они описываются аналитически единым выражением:

. (7)

Здесь структура и величина безразмерного множителя  - «амплитуды поляризации» реального пространства зависит лишь от конкретных значений корпускулярных физических характеристик взаимодействующих тел, то есть определяется видом силы взаимодействия, однако характер поведения всех указанных сил абсолютно одинаков и обусловлен только свойствами физического вакуума. Соответственно, в соотношениях (7) выражение  описывает потенциальную энергию взаимодействия материальных тел, или более конкретно, оно определяет энергию поляризации физического вакуума.

Интересно, что «амплитудой поляризации вакуума» в случае взаимодействия двух электронов  является фундаментальная безразмерная физическая константа , называемая постоянной тонкой структуры. Она введена А. Зоммерфельдом (1916 г.) и определяет величину тонкого расщепления водородоподобных спектральных линий. Физически такое расщепление обусловлено взаимодействием между орбитальным и спиновым моментами электрона в атоме. Постоянная тонкой структуры имеет множество разнообразных интерпретаций, в частности, по Зоммерфельду «» равна отношению скорости электрона на первой круговой орбите атома Бора к скорости света. И вот теперь мы имеем еще одну, по нашему мнению, физически перспективную интерпретацию «» в виде безразмерной «амплитуды поляризации вакуума» при электрическом взаимодействии двух электронов.

Что касается размерного «ядра» в обсуждаемом аналитическом выражении (7), описывающем Единое Поле Взаимодействия при, порожденного поляризацией пространства физического вакуума, то для единичного расстояния между взаимодействующими телами в системе СИ  его численное значение равно Н. Важно отметить, что в чистом виде при отсутствии в пространстве материальных тел  «ядро» силы поляризации вакуума  существовать не может, ведь эффект поляризации физического вакуума обусловлен именно наличием в пространстве материальных тел. Более того, из формул для «амплитуд поляризации вакуума», например, силы гравитационного взаимодействия  видно, что и при наличии в пространстве только одного материального тела говорить о реальности поляризации вакуума также бессмысленно:, поскольку для ее регистрации (создания взаимодействия) требуется другое «пробное» тело.

Обсудим теперь фундаментальную физическую величину , имеющую размерность «Джоульметр». Эту странную размерность чисто формально можно, на наш взгляд, сопоставить по аналогии с удельным электрическим сопротивлением (1) материальной среды, размерность которого в системе физических единиц СИ «Омметр». В этой связи физическую величину  назовем удельной энергией поляризации физического вакуума, определяющую энергию, содержащуюся в кубическом объеме пространства вакуума единичных размеров, которую представим выражением, аналогичным формуле для вычисления электросопротивления металлического проводника. Таким образом, имеем Дж. Видно, что предлагаемая интерпретация физической величины  определенно коррелирует с соотношениями (7), хотя такой результат  нам мало понятен. Тем не менее, это концептуально центральный вопрос и, безусловно, он требует серьезных размышлений.

В заключение, справедливости ради, надо сказать, что по чисто формальному признаку данную работу нельзя считать пионерской, поскольку некоторые полученные здесь результаты известны и кусками разбросаны по ряду литературных источников. Однако, как нам представляется, с точки зрения концептуальных основ физики фундаментальность настоящих результатов, актуальность и перспективность их для дальнейшего научного развития не может вызывать сомнений. Кстати, полученное в работе итоговое соотношение (7) однозначно показывает, что все разговоры о скорости распространения поля гравитиционного взаимодействия, по величине отличной от скорости света вплоть до бесконечности, следует считать безосновательными: скорость передачи любых полевых (пространственных) взаимодействий материальных тел определяется только свойствами физического вакуума, то есть для всех указанных выше взаимодействий должна быть единой, равной «скорости света». Это подтверждается, в частности, тем, что формула Единого Поля Взаимодействия является структурно тождественным аналогом обычного закона Кулона в электростатике, а из закона Кулона совместно с независимо существующим фундаментальным законом сохранения электрического заряда можно сравнительно просто (3) построить традиционную систему дифференциальных уравнений Максвелла классической электродинамики, описывающими условия распространение электромагнитных волн. Так что возможностей для продолжения исследований поднятой здесь основополагающей фундаментальной проблемы естествознания предостаточно, особенно при переходе от статических полей к полям динамическим.

Резюме. Настоящий материал - это методически последовательное обобщение, по существу, самых общих представлений о физическом вакууме. Главный результат проведенного исследования состоит в том, что на основе анализа физических характеристик силового пространственного взаимодействия материальных тел установлена объективность существования Единого Поля Взаимодействия в реальном пространстве физического вакуума, обусловленного его поляризацией при наличии в нем Материи. При этом получено аналитическое соотношение для характеристик Единого Поля Взаимодействия, структурно тождественно, а главное адекватно описывающее различные по физической природе электрические, магнитные, гравитационные и на их основе перекрестные силы. В результате проведенного анализа, как можно предполагать, впервые введено фундаментальное понятие удельной энергии поляризации физического вакуума, определяющее численное значение этой энергии в единичном кубическом объеме пространства физического вакуума.

Список литературы

1. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. - М.: Сов. энциклопедия, 1983.

2. Сидоренков В.В. Физико-математическое моделирование и анализ эффекта квантования магнитного потока // Материалы VII Международного семинара «Физико-математическое моделирование систем». Часть 1. - Воронеж: ВГТУ, 2010. С. 89-96; // http://scipeople.ru/publication/100581/.

3. Сидоренков В.В. Методические аспекты построения и анализа электродинамических уравнений Максвелла // Труды VI Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике». Часть III. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. С. 215-219; // http://scipeople.ru/publication/100582/.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/