Если говорить об «электромагнетизме Максвелла», то народ в целом делится на две группы: первые считают, что знают на эту тему если не всё, то вполне достаточно. Потому что ничего сложного там нет. Вторые не совсем знают эту тему и не хотят знать. Так как непонятные формулы и вообще.
Натыкаясь в разных местах на то, как объясняются некоторые моменты: с одной стороны убедительно, с другой сомнительно, с третьей неверно, с четвертой, в принципе и верно… думаю, стоит на всякий случай приглядеться им, а так как начать придется от оснований, то и «самые маленькие» могут поднянуться без боязни формул.
Прежде всего нас будет интересовать, как образуются и распространяются электромагнитные волны от «электрических» и «магнитных» полей, а посему сразу лакмусовая бумажка:
Если эта схема вам прекрасно знакома и не вызывает рефлекса кое-что пояснить и дополнить, чтобы не ввела других в заблуждение, то прошу под кат. Если она вам прекрасно знакома, и вы поняли, что там требуется допояснять, то гуляйте дальше) Пост не для вас. Если схема не очень знакома или понятна, можете заглянуть.
Чтобы идти по порядку, начнем с далека, а именно — возьмем и рассмотрим окружность. Казалось бы, о чем тут говорить, фигуры проще не бывает. С детства мы привыкли рисовать, взяв точку-центр на бумаге и очертив все точки на одинаковом от центра расстоянии.
Потом мы узнаем другие способы «нарисовать» круг. Казалось бы, совсем разные принципы, а ведут к одному и тому же. Возьмем один из них, один из полезнейших на мой взгляд:Секрет вселенной
Что это было? Ничто иное, как дифференциальное уравнение окружности. Смысл которого звучит так: «Есть две взаимодействующие сущности. Первая прикладывает силы, чтобы усилить вторую. Вторая, по мере сил, пытается ослабить первую.» Эту динамику мы можем записать в форме самой простой системы дифф. уравнений в мире (не считая экспоненты) 
Образно говоря, в любой момент очень короткого периода одинаковой длины «dt», изменение «у» (т.е. «dy») зависит от величины «x». При этом в этот же момент изменение «x» (т.е. «dx») зависит от величины «y». Оба уравнения аналогичны уравнению механики макромасштабов — «расстояние = скорость * время». Только в данном случае отрезки «dt» очень малы (а точнее, бесконечно малы, но сути не меняет).заметка насчет записиОбычно дифф. ур. записывают, чтобы продемонстрировать дифференциал, в данном случае производную по времени, поэтому типичная запись: 
При чем все эти зависимости линейные, и об окружности им ничего не известно. А принцип инь-ян проявляется в противостоящих знаках воздействия одного элемента на другой. Если система находится не в равновесии, т.е. «x» и «y» не равны нулю, это взаимодействие, складывая все микро-отрезки времени, приведет к бесконечному циклу колебаний.Код html для примера
Из этого же представления мы получаем как результат — функции синус и косинус, т.к. «х» и «у» ими соответственно и являются (с точностью до масштаба).
Отсюда же сразу понятно, почему производная синуса — косинус, косинуса — минус синус… и почему цепочка производных зацикливается. И тянется в бесконечность… Если посмотреть на «x» и «y» (синус и косинус) на одной оси, то они конечно сдвинуты на пи/2
Итак, к чему все это.
Вернемся к электромагнитным волнам. Пустое 3-хмерное пространство. Как известно, два вида полей, электрическое и магнитное, проявляют схожую зависимость между собой. Грубо говоря, изменение интенсивности магнитного поля порождает разницу электрического потенциала (закон Фарадея). И так же изменение электрического потенциала в точке пространства порождает магнитное поле (закон Ампера). В уравнениях Максвелла эти зависимости между «E» (электрическое поле) и «B» (магнитное поле) выглядят так
(еще два дополнительных уравнения сводятся к «закону сохранения энергии», и нам не будут интересны) Прежде чем вникать в детали, следует заметить, что эта система дифф.ур. очень похожа на дифф. ур. инь-яна. Главные элементы здесь — «E», «B» и «t», на остальные параметры можно не обращать внимания, например «J» это внешнее электрическое воздействие, которое не будем рассматривать, а остальное можно принять за константы и забыть. Кроме этого надо заметить, что и «Е», и «B», это не просто два числа, а поля трехмерных векторов в каждой точке трехмерного пространства. Но это тоже в данном случае ничего кардинально не меняет. Зато важный элемент — треугольник с крестиком перед «Е» и «B», т.н. «ротор» поля. Из-за него как раз рождаются определенные сомнения и вопросы. К ротору вернемся чуть позже, посмотрим, что за вопросы и неясности вызывает.
Итак, мы видели, что круговая динамика это две связанные величины, которые на одном графике от времени, представляют собой две волны со сдвигом пи/2.
Таким же образом из начального возмущения распространяется электромагнитная волна, через зацикленность интенсивностей и их изменений. Изменение электрического поля порождает магнитное поле, которое, увеличиваясь (=изменяясь), порождает обратное электрическое поле, которое… и т.д. Это классическое (и верное) объяснение, известное наверное каждому. Но… посмотрим на схему с которой все началось: Сдвиг… где тут сдвиг? Векторы, обозначающие интенсивности полей, колеблются в одной фазе! Ошибка? Смотрим на вики. Там то же самое. Ошибка на вики? Смотрим гугл. Что там у нас? Какие-то непонятные споры… Должен быть сдвиг или нет? Консенсуса нет. Одни говорят «сдвиг должен быть, там везде все неправильно». Другие «доказывают», что правильно. Шок, как так? Идеальная и элегантная теория, которой 300 лет в обед, и еще какие-то неясности?
Например объяснение: www.sciforums.com/threads/luminiferous-ether.57402
Hi BillyT, From my understanding Vern is correct. Your citation of Maxwell's equation is a good idea, but you are incomplete. In free space you have no currents and no charges so Maxwell's 4 equations simplify down to 2 equations (considering a single spatial dimension): dE/dx = -dB/dt
dE/dt = -c2 dB/dx
So when the temporal derivative of one is maximal the spatial derivative of the other is minimal (maximally negative). If you consider a simple single-frequency sinusoidal plane wave you find that this happens for E and B in phase. In the above equations: E = Emax cos(kx-wt)
B = Bmax cos(kx-wt)
Вот, вышло, что должны быть в фазе. И еще в разных местах в интернете другие вариации на эту тему.
Правильно ли? Нет, неправильно.
Почему неправильно? Потому что ротор поля это не его производная по пространству!
dE/dx — так нельзя.
В других местах «упрощают» пространство до двумерного другими способами и получают тот же результат. Так тоже нельзя, ротору нужны 3 измерения (не меньше).
Посмотрим, что за это несчастный ротор. Думаю, вещь знакомая со школы. Дело в том, что изменение электрического поля порождает не абы какое магнитное поле, а «закрученное». Типичный пример, изначальный ток по проводу, порождающий изменение электропотенциала вдоль линии провода, создает закрученное вокруг провода магнитное поле.
То же самое с изменяющимся потенциалом магнитного поля, если изменение имеет векторную направленность, электрическое напряжение будет закручено вокруг него.
Поэтому ротор поля это не дифференциал, это специальный способ выразить его значение (наподобие смены системы координат), иначе говоря, ротор — это и есть значение поля.
Как в итоге выглядит каскадная зацикленная волна таких закрученностей?
Довольно сложно описать… Совсем упрощенная схема выглядит так
Но это большое упрощение, такой картинки с колечками вообще не возникает, т.к. все находится во вращении и это скорее спирали, вращающиеся вокруг друг друга. Но при этом и не спирали, т.к. расходятся в пространстве, и взаимосложение даст еще более дивную картину.
Однако в любом случае… сдвиг на пи/2 есть.
Что же насчет классического рисунка? Классический рисунок представляет собой пример однонаправленной волны линейной поляризации… Что-то похожее на лазер.
Такую поляризованную волну можно получить, прибавляя к электро- волне круговой поляризации ее зеркальное отражение (стереоизомер).
Получится ли после такого сложения волна с колебаниями электропотенциала и магнитной интенсивности в одной фазе?
Следует помнить, что стереоизомеры вращательно-поляризованных волн не симметричны, т.к. векторы сопуствующего магнитного поля всегда повернуты под прямым углом в одну и ту же сторону.
А поэтому… вполне возможно? Или вполне возможно нет?
Из книги: Николаев Г.В. Непротиворечивая электродинамика
к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике электротехника и электроника электрические цепи реальная физика
Теории, эксперименты, парадоксы. Книга — Томск: Изд-во НТЛ, 1997. — 144с.
Для рождения новых теорий и новых представлений в науке, как известно, необходимы объективные причины.
Если в какой-то области знаний мы имели бы, например, идеальную теорию, которая отвечала бы абсолютно на все вопросы, то вряд ли у кого нашлось желание изменять эту теорию или как-то дополнять и совершенствовать ее.
Другое дело, если в какой-либо известной теории обнаружатся хотя бы какие-нибудь маленькие противоречия или несоответствия” например, очевидным фактам или экспериментальным результатам.
Тогда пытливая мысль человека, конечно же, обязательно попытается как-то убрать эти противоречия, как-то избавиться от них. Вот тут-то и возникнет та объективная необходимость дополнить, скорректировать, а если не получится, то даже в чем-то изменить или полностью ниспровергнуть известную теорию.
Если обратиться к современной теории электромагнетизма как к конкретной научной теории, то здесь просто трудно говорить о каких-то неувязках и противоречиях, так как эта теория практически сплошь пронизана всевозможными противоречиями и парадоксами.
Более того, многим парадоксам электродинамики присвоено даже свое собственное название: «парадоксы униполярной индукции», «секреты униполярной индукции», «парадокс Геринга», «парадоксы трансформатора» и т. д. и т.п.
Другими словами, поводов, и притом весьма серьезных, и электродинамике предостаточно, однако, как это ни странно, каких-либо серьезных попыток изменить или дополнить известную теорию электромагнетизма до настоящего времени практически не предпринималось.
Здесь не имеется в виду начальный период существования электромагнитной теории, когда таких попыток было предостаточно.
Причиной этому были не только известные уже в то время противоречия и парадоксы электромагнитной теории, но и, в значительной степени, примененный Максвеллом абстрактный математический формализм описания различных электромагнитных явлений.
Со временем положительные достоинства электромагнитной теории, которые несомненно были, отодвинули на второй план ее недостатки и слабые стороны. Противоречия и парадоксы в теории стали рассматриваться как всего лишь странные и безобидные исключения в стройной теории. Немалую роль сыграла в этом чрезмерная математизация теории. Следствием этой чрезмерной математизации теории явился тот очевидный факт, что современная электромагнитная теория из разряда физической теории стала по существу чисто математической теорией.
Сторонники формально-математических методов полагают и уверяют, что в математических уравнениях и зависимостях современной электромагнитной теории в их общепринятой записи выражена вся физическая сущность законов электродинамики.
Однако в действительности попытки физической интерпретации конкретных явлений электромагнетизма наталкиваются почему-то на непреодолимые трудности. Можно, конечно же, математическим символам в уравнениях приписать какие-то физические свойства и количественные величины, как это в действительности и практикуется.
Например, символы Е и Н, названные соответственно электрическим и магнитным полем, наделяются свойством оказывать физическое воздействие на другой символ q — электрический заряд и состоянии его покоя или движения, однако какова действительная природа самого поля Е или Н.
в чем заключается физическая сущность возможности одного заряда на расстоянии воздействовать на другие заряды и что представляет собой сам электрический заряд, — ответа на эти вопросы одни математические символы уравнений теории дать не могут.
Современная математизированная электромагнитная теория в элегантной красивой форме может записать уравнение электромагнитной индукции, однако она в принципе не может дать ответа на вопросы, какие физические причины обусловливают появление вихревого электрического поля Е в тех точках пространства, в которых, или около которых, изменяется физический параметр поля Н.
Остается неясным, какие конкретные физические причины обусловливают явление и какие конкретные физические процессы происходят о пространстве, в котором изменяется магнитное поле Н или поле векторного потенциала А и т. д.
Сторонники чисто математических методов в электродинамике не без гордости заявляют, что в любой «физической» теории главным является строгость, законченная форма и изящный вил математических уравнений. Но каким образом получены эти уравнения, какие исходные предпосылки и физические концепции использовались при их обосновании и какие были сделаны допущения при их выводе и т.
д., — все эти действительно важные физические факторы теории сторонников математических методов вроде бы вообще уже не интересуют. Все это они называют «строительными лесами», о которых не следует даже вспоминать, чтобы не портить фасад построенного «теоретического здания» теории.
А между тем, если быть объективным, любого специалиста-физика должны интересовать прежде всего именно эти «строительные леса», и которых заложена исходная физическая сущность теории и которые как раз и углубляют наши познания о внутренней физической природе описываемых явлений.
Без объективного физического подхода невозможно и дальнейшее углубление наших познаний о законах природы вообще. Более того, если сущность «физической теории» ограничивать строгостью и законченной формой записи дифференциальных уравнений теории, связывающих ряд «физических» параметров теории Е, Н, q и т.д.
между собой, то вообще лишается смысла вопрос о выяснении природы самих «физических» параметров и их действительной (а не аналитической!) физической взаимосвязи и материальной сущности. Все эти вопросы, когда определены уже основные количественные соотношения между «физическими» параметрами, находятся уже явно за границами того голого математического формализма теории, которым определяется строгость и законченная форма записи уравнений рассматриваемой «физической» теории. И только освободившись от плена голого математического формализма и постоянно помня о том, что математические зависимости и уравнения в теории — это только вспомогательные и всего лишь символические методы отражения реальных физических процессов между материальными объектами и средами, можно будет приблизиться к выявлению действительно физической сущности изучаемых реальных явлений.
Предлагаемым популярно изложенным обзором предпринята попытка привлечь внимание широкого круга специалистов разных областей науки и техники и широкого круга научной общественности к сложившейся в современной электродинамике исключительно противоречивой как с физической, так и с математической точек зрения парадоксальной ситуации.
С другой стороны, и об этом следует уже открыто заявить, инерция устоявшегося мышления и современной электродинамике, взлелеянная господствующими и глубоко укоренившимися в науке представлениями, в настоящее время столь велика, что возникают уже большие сомнения в возможности безболезненного и быстрого изменения сложившегося в электродинамике нетерпимого положения, Однако ситуация и науке такова, что очевидная необходимость учета реальности существования хотя бы ещё одного типа магнитного поля и еще одного вида магнитного взаимодействия столь значительна, что дальнейшее промедление и затягивание естественного процесса совершенствования наших знаний и изменения укоренившихся в электродинамике ограниченных и ошибочных представлений в общем поступательном движении к прогрессу могут только значительно увеличить и усложнить и без того серьёзную и критическую ситуацию в современной науке. А если принять во внимание, что введение в электродинамику еще одного типа магнитного поля и ещё одного вида магнитного взаимодействия с соответствующим значительным изменением исходной системы дифференциальных уравнений электродинамики представляет собой только начальные и неотложные хирургические полумеры необходимых радикальных изменений основ всей современной физики, то дальнейшее оттягивание и промедление процесса кардинальных изменений основ современной физики может привести к катастрофическим последствиям. Уже в настоящее время из-за ограниченности исходных концепций в современной электродинамике человечество вынуждено тратить огромные средства на преодоление тех технических трудностей, с которыми столкнулась практическая деятельность человека. И эти бессмысленные затраты интеллектуальных, технических, экономических и финансовых возможностей общества в столь напряженный экономический век, которые можно было бы избежать, будут быстро прогрессировать и ещё более усугублять и без того тяжёлое экономическое положение всего человечества. Дальнейший технический прогресс и введение новейших экологически чистых технологий, энергетики свободной энергии вакуумной среды, антигравитационной технологии транспортных перемещений и многое, многое другое возможны только при революционной ломке всех укоренившихся ошибочных исходных представлений в науке. Руководствуясь этими обстоятельствами, автор обзора обращает внимание прежде всего на необходимость и неотложность серьезного анализа начальных исходных физических предпосылок современной теории электромагнетизма и их исключительной важности в построении действительно физической теории электромагнетизма и общей физической теории.
Полный текст книги к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике электротехника и электроника электрические цепи реальная физика Знаете ли Вы, что в 1974 — 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала «Deutsche Physik», где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира |
01.10.2019 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 19:30: СОВЕСТЬ — Conscience -> РУССКИЙ МИР — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ — Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ — прогнозы на будущее — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ — New Technologies -> «Зенит»ы с «Протон»ами будут падать — Карим_Хайдаров. |
Критика теории электромагнетизма — Критика электродинамики — Каталог файлов — Академия наук ААН
| Николаев Г.В. — Современная электродинамика и причины ее парадоксальности Если обратиться к современной теории электромагнетизма как к конкретной научной теории, то здесь просто трудно говорить о каких-то неувязках и противоречиях, так как эта теория практически сплошь пронизана всевозможными противоречиями и парадоксами. Более того, многим парадоксам электродинамики присвоено даже свое собственное название: «парадоксы униполярной индукции», «секреты униполярной индукции», «парадокс Геринга», «парадоксы трансформатора» и т. д. и т.п. Другими словами, поводов, и притом весьма серьезных, и электродинамике предостаточно, однако, как это ни странно, каких-либо серьезных попыток изменить, или дополнить известную теорию электромагнетизма до настоящего времени практически не предпринималось. |
| В статье доказывается, что электродинамика построенная на уравнениях Максвелла содержит как внутренние противоречия, так и противоречия с опытом. Утверждается, что в рамках электродинамики Максвелла не существует непротиворечивой физической модели, способной дать описание процессов электромагнитной индукции, а предлагаемый прием является искусственным и приводит к неустранимым противоречиям с экспериментом. Также рамках этой теории не существует никакой непротиворечивой физической модели распространения в пространстве световых волн и радиоволн, и природа их требует уточнения. В целом автором проводится последовательная критика уравнений Максвелла и основанной на них теории электромагнетизма. |
| Коган — Уравнения Максвелла нуждаются в корректировании или замене В записи уравнений Максвелла в разных первоисточниках отмечается бессистемность, заключающаяся в том, что последовательность расположения этих уравнений разная. Приводятся обоснованные выводы З.Докторовича о некорректности и противоречивости уравнений Максвелла, а также приводится модификация уравнений Максвелла, предлагаемая В.Пакулиным, исправляющая указанные недостатки. Излагается позиция автора статьи, согласно которой критический анализ таких математических абстракций, как электрическое вихревое поле, ЭДС индукции и ток смещения, может привести к более точному определению физического содержания этих понятий. |
| Докторович — Еще раз о корпускулярно — волновом дуализме Известно, что “идея” корпускулярно-волнового дуализма появилась на свет в связи с экспериментальным обнаружением явления механического давления света, оказываемого им на освещаемую поверхность. Классическое объяснение сводилось к пондеромоторному взаимодействию поля магнитной индукции В с токами проводимости, индуцированными электромагнитной волной в материале лепестков вертушки. Данное объяснение исчерпывающее и не нуждается в каких-либо дополнениях. Однако сам факт наличия механического давления на отражающую поверхность подтолкнул физиков искать простую механистическую трактовку эффекта, проявившегося в данных опытах, и предположить аналогию электромагнитных волн с потоком неких корпускул — фотонов. Так появился в физике корпускулярно-волновой дуализм. |
Теория всего
У этого термина существуют и другие значения, см. Теория всего (значения).
| Квантовая механика |
|
Δ p x ⩾ ℏ {displaystyle Delta xcdot Delta p_{x}geqslant {frac {hbar }{2}}} Принцип неопределённости |
| Введение Математические основы |
|
Основа Классическая механика · Постоянная Планка · Интерференция · Бра и кет · Гамильтониан · Старая квантовая теория |
|
Фундаментальные понятия Квантовое состояние · Квантовая наблюдаемая · Волновая функция · Квантовая суперпозиция · Квантовая запутанность · Смешанное состояние · Измерение · Неопределённость · Принцип Паули · Дуализм · Декогеренция · Теорема Эренфеста · Туннельный эффект |
|
Эксперименты Опыт Дэвиссона — Джермера · Опыт Поппера · Опыт Штерна — Герлаха · Опыт Юнга · Эксперимент квантового ластика · Проверка неравенств Белла · Фотоэффект · Эффект Комптона |
|
Формулировки Представление Шрёдингера · Представление Гейзенберга · Представление взаимодействия · Представление фазового пространства · Матричная квантовая механика · Интегралы по траекториям · Диаграммы Фейнмана |
|
Уравнения Уравнение Шрёдингера · Уравнение Паули · Уравнение Клейна — Гордона · Уравнение Дирака · Уравнение Швингера — Томонаги · Уравнение фон Неймана · Уравнение Блоха · Уравнение Линдблада · Уравнение Гейзенберга |
|
Интерпретации Копенгагенская · Теория скрытых параметров · Многомировая · Теория де Бройля — Бома |
|
Развитие теории Квантовая теория поля · Квантовая электродинамика · Теория Глэшоу — Вайнберга — Салама · Квантовая хромодинамика · Стандартная модель · Квантовая гравитация |
|
Сложные темы Квантовая теория поля · Квантовая гравитация · Теория всего |
|
Известные учёные Планк · Эйнштейн · Шрёдингер · Гейзенберг · Йордан · Бор · Паули · Дирак · Фок · Борн · де Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Эверетт |
| См. также: Портал:Физика |
Тео́рия всего́ — гипотетическая объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Первоначально данный термин использовался в ироническом ключе для обозначения разнообразных обобщённых теорий[1].
Со временем термин закрепился в популяризациях квантовой физики для обозначения теории, которая объединила бы все четыре фундаментальных взаимодействия в природе.
В современной научной литературе вместо термина «теория всего» как правило используется термин «единая теория поля», тем не менее следует иметь в виду, что теория всего может быть построена и без использования полей, несмотря на то, что научный статус таких теорий может быть спорным.
В течение двадцатого века было предложено множество «теорий всего», но ни одна из них не смогла пройти экспериментальную проверку, или существуют значительные затруднения в организации экспериментальной проверки для некоторых из кандидатов.
Основная проблема построения научной «теории всего» состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру.
СТО (Специальная теория относительности) описывает явления при больших скоростях, а ОТО является обобщением ньютоновской теории гравитации, объединяющей её с СТО и распространяющей на случай больших расстояний и больших масс.
Непосредственное совмещение квантовой механики и специальной теории относительности в едином формализме (квантовой релятивистской теории поля) приводит к проблеме расходимости — отсутствия конечных результатов для экспериментально проверяемых величин. Для решения этой проблемы используется идея перенормировки величин.
Для некоторых моделей механизм перенормировок позволяет построить очень хорошо работающие теории, но добавление гравитации (то есть включение в теорию ОТО как предельного случая для малых полей и больших расстояний) приводит к расходимостям, которые убрать пока не удаётся. Хотя из этого вовсе не следует, что такая теория не может быть построена.
Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц и теории, описывающие их взаимодействия. Элементарные частицы слева — фермионы, справа — бозоны. (Термины — гиперссылки на статьи ВП)
Основные положения
После построения в конце XIX века электродинамики, объединившей на основе уравнений Максвелла в единой теоретической схеме явления электричества, магнетизма и оптики, в физике возникла идея объяснения на основе электромагнетизма всех известных физических явлений. Однако работа над созданием общей теории относительности привела физиков к мысли, что для описания на единой основе всех явлений необходимо объединение теорий электромагнетизма и гравитации.
Первые варианты единых теорий поля были созданы Давидом Гильбертом и Германом Вейлем. В дальнейшем большое внимание «теории всего» уделил Альберт Эйнштейн. Он посвятил попыткам её создания большую часть своей жизни[2].
Гильберт, Вейль и, в дальнейшем, Эйнштейн полагали, что достаточно объединить общую теорию относительности и электромагнетизм, к тому же вначале не имелось в виду, что они должны быть квантовыми, так как сама квантовая механика ещё не была достаточно развитой.
В значительной мере, если не полностью, минимальная программа — объединение ОТО и электродинамики была решена в рамках теории Калуцы — Клейна (возможно, и ещё некоторых теорий), но почти уже ко времени её создания стало актуальным включение в теорию других полей и предсказание существования многих частиц, что было не совсем тривиальным, а в дальнейшем прояснились и новые трудности, а квантовый вариант теории Калуцы-Клейна хоть и был мыслим, однако квантование наталкивалось на трудности конкретной разработки, как и квантование само́й общей теории относительности отдельно.
Современная физика требует от «теории всего» объединения четырёх известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий:
- гравитационное взаимодействие;
- электромагнитное взаимодействие;
- сильное ядерное взаимодействие;
- слабое ядерное взаимодействие.
Кроме того, она должна объяснять существование всех элементарных частиц. Первым шагом на пути к этому стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в теории электрослабого взаимодействия, созданной в 1967 году Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом.
В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия. После чего появилось несколько вариантов теорий Великого объединения (наиболее известная из них — теория Пати — Салама, 1974 год), в рамках которых удалось объединить все типы взаимодействий, кроме гравитационного.
Правда, ни одна из теорий Великого объединения пока не нашла подтверждения, а некоторые уже опровергнуты экспериментально на основе данных по отсутствию распада протона.
Недостающим звеном в «теории всего» остается подтверждение какой-либо из теорий Великого объединения и построение квантовой теории гравитации на основе квантовой механики и общей теории относительности.
В конце 1990-х стало ясно, что общей проблемой предлагаемых вариантов «теории всего» является то, что они нестрого определяют свойства наблюдаемой Вселенной.
Так, многие теории квантовой гравитации допускают существование вселенных с произвольным числом измерений или произвольным значением космологической постоянной.
Некоторые физики придерживаются мнения, что на самом деле существует множество вселенных, но лишь небольшое их количество обитаемы, а значит, фундаментальные постоянные вселенной определяются антропным принципом.
Макс Тегмарк довёл этот принцип до логического завершения, постулирующего, что «все математически непротиворечивые структуры существуют физически». Это означает, что достаточно сложные математические структуры могут содержать «самоосознающую структуру», которая будет субъективно воспринимать себя «живущей в реальном мире».
В конце 2007 года Гаррет Лиси предложил «Исключительно простую теорию всего», основанную на свойствах алгебры Ли. Несмотря на обнаруженные недостатки теории Лиси, она может открыть новое направление работ в области единых теорий поля.
В настоящее время основными кандидатами в качестве «теории всего» являются теория струн, петлевая теория и теория Калуцы — Клейна. О последней подробней. В начале двадцатого века появились предположения, что Вселенная имеет больше измерений, чем наблюдаемые три пространственных и одно временно́е.
Толчком к этому стала теория Калуцы — Клейна, которая позволяет увидеть, что введение в общую теорию относительности дополнительного измерения приводит к получению уравнений Максвелла. Благодаря идеям Калуцы и Клейна стало возможным создание теорий, оперирующих большими размерностями.
Использование дополнительных измерений подсказало ответ на вопрос о том, почему действие гравитации проявляется значительно слабее, чем другие виды взаимодействий.
Общепринятый ответ состоит в том, что гравитация существует в дополнительных измерениях, поэтому её влияние на наблюдаемые измерения ослабевает.
В научном сообществе физиков продолжаются дебаты по поводу того, следует ли считать «теорию всего» фундаментальным законом Вселенной.
Одна точка зрения, строго редукционистская, состоит в том, что «теория всего» — это фундаментальный закон Вселенной и что все остальные теории, описывающие Вселенную, являются её следствиями или предельными случаями.
Другая точка зрения опирается на законы, названные Нобелевским лауреатом по физике Стивеном Вайнбергом законами «свободного плавания», которые определяют поведение сложных систем. Критика последней точки зрения обращает внимание на то, что в такой формулировке «теория всего» нарушает принцип бритвы Оккама.
Среди других факторов, уменьшающих объяснительно-предсказательную ценность «теории всего», её чувствительность к наличию у Вселенной граничных условий и существование математического хаоса среди её решений, что делает её предсказания точными, но бесполезными.
См. также
- Квантовая теория поля
- Квантовая гравитация
- Петлевая квантовая гравитация
- Теория струн
- М-теория
- Суперсимметрия
- Стандартная модель
- Теории Великого объединения
- Гипотеза математической вселенной
- Теория всего (философия)
- Нерешённые проблемы современной физики
Примечания
- ↑ Так, прадед Ийона Тихого, персонажа научно-фантастического цикла Станислава Лема, работал над «Общей теорией всего».
- ↑ Евгений Беркович. Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф. Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля (рус.) // Наука и жизнь. — 2020. — № 2. — С. 66—79.
Литература
- Визгин В. П. Единые теории в 1-й трети XX в. — М.: Наука, 1985. — С. 304.
- Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. Dreams of a Final Theory — М.: ЛКИ, 2008, — С. 256, ISBN 978-5-382-00590-4.
Ссылки
- Большая Советская Энциклопедия, статья «Единая теория поля»