Альтернативная теория единого поля электромагнетизма и гравитации

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ВНИИМС

Альтернативная теория единого поля электромагнетизма и гравитации

Ю.В. Немчинов

Предисдловие

В декабре 2009 г. эта работа была направлена лично Президенту РАН академику Ю.С. Осипову для оценки и признания ее результатов в качестве фундаментальных достижений теоретической физики. От Президента работа попала в Институт общей физики РАН, где в мае 2010 г. мне было предложено провести тематический семинар, для которого и были подготовлены эти тезисы. Однако, как оказалось, мой главный оппонент «уехал в командировку», и семинар было решено перенести на осень. Но мне надоело ждать, когда же «академики» вынесут свой вердикт по поводу моей работы, и я решил переадресовать ее (хотя бы в виде тезисов) более широкому кругу физиков, которые сумеют понять и оценить полученные мною новые физические результаты.

1. Силовые уравнения случайно ли их сходство?

1864 г. Джеймс Максвелл: «Нельзя ли свести притяжение гравитации, следующее одному и тому же закону с электричеством и магнетизмом, к действию окружающей среды?» [1].

Постоянная тяготения G = 6, 6720 * 10-11 Н * м2 / кг2 (введена Ньютоном). Постоянная электрич. взаимодействия

К = 1 / 4р ео = 9 * 10 9 Н * м2 / Кл2,

где ео = 8, 85 * 10-12 Ф / м электрическая проницаемость вакуума.

Постоянная магнитн. взаимодействия

L = 1 / 4р мо = 7, 9 * 10 7 Н * м 2/ Вб2, где мо = 4р * 10-7 Гн / м

магнитная проницаемость вакуума.

Очевидно, постоянная тяготения G должна быть точно так же, как коэффициенты К и L , связана с гравитационной проницаемостью вакуума

гo : G = 1 /4р го = 6,67 * 10-11 Н * м2 / кг2 .

В результате все три силовых уравнения (1) оказываются однозначно «привязаны» к вакууму, а триада вакуумных констант образует замечательное и не случайное тождество:

 4рGгo ? 4рKеo ? 4рLмo ? 1 . (2)

К сожалению, никто из физиков за 150 лет так и не заметил этого факта !

2. Плоская волна уникальная модель единого поля

Основным решением исходных уравнений теории Максвелла стала плоская электромагнитная волна, которую наиболее наглядно можно представить в векторной форме [2]:

Е = (1 /щ ео) [k x H] , H = ( 1 /щ мо) [k x E] . (3)

Здесь векторы Е + Н + k взаимно перпендикулярны и могут служить физическим и геометрическим базисом для собственной прямоугольной системы отсчета в каждой плоской волне. Более того, такая система отсчета перемещается вместе с плоской волной с постоянной скоростью, равной скорости света в вакууме:

с = ( ео * мо )-1/2 , (4)

и является абсолютно инерциальной [3].

По сути дела векторные уравнения (3) в теории Максвелла играют роль уникальной модели единого поля для двух фундаментальных сил в природе электричества и магнетизма. Поэтому, видя не случайное сходство трех силовых уравнений (1), Максвелл поставил решающий вопрос: «Нельзя ли свести притяжение гравитации, следующее такому же закону, как электричество и магнетизм, к действию окружающей среды?» имея в виду уже введенное им единое поле. Но, к сожалению, он не пошел в этом направлении дальше, «поскольку не мог понять, каким образом среда может обладать такими свойствами» [1].

3. Место вектора g в плоской волне

Из уравнений (1) следует, что вектор напряженности гравитационного поля g связан со своим силовым уравнением точно так же, как векторы напряженностей электрического Е и магнитного Н полей:

Fm = m * g , Fq = q * E , Fp = p * H , (5)

где m , q, р соответственно гравитационная масса, электрический заряд и магнитный поток, создающие «напряженность» в окружающем пространстве. Оказывается, вектор g вполне «родственен» векторам Е и Н , и его «законное место» в плоской волне (3) можно определить на основании размерного равенства

g = k * c 2 .

В результате получаются первые два уравнения плоской волны для единого поля гравитации, электричества и магнетизма:

Е = (1 /щ с2 ео ) [g x H] , H = ( 1 /щ с2 мо ) [g x E] . (6)

Однако к этим уравнениям необходимо добавить еще одно уравнение для гравитационной составляющей g единого поля.

4. Фундаментальная связь вектора g c энергией единого поля

Известно, что каждая плоская волна несет с собой непрерывный поток электромагнитной энергии в направлении своего распространенияния, описываемый вектором Пойнтинга:

Р = [Е х Н] . (7)

Именно из таких потоков энергии в результате процесса фото рождения и возникают все физические микрочастицы, обладающие гравитационной массой. И мы можем применить к этому процессу принцип эквивалентности массы и энергии (открытый в ХХ веке и неизвестный Максвеллу), чтобы получить искомую связь вектора гравитации g с вектором Пойнтинга:

g = ( 1 / щ с2 го ) [Е х Н] , (8)

где коэффициент пропорциональности получен по аналогии с уравнениями (6) и при точном соблюдении размерностей.

5. Полная система векторных уравнений единого поля

Если теперь объединить уравнения (6) и (8), то получится полная система векторных уравнений единого электромагнитного и гравитационного поля в вакууме:

Е = (1 /щ с2 ео ) [g x H] , H = ( 1 /щ с2 мо ) [g x E] ,

g = ( 1 /щ c2 гo ) [E x H] = ( 1 / щ с2 го ) Р , (9)

где представлены все три компоненты единого поля: электрическая Е , магнитная Н и гравитационная g . На наш взгляд, эта симметричная система обладает явными признаками достоверности, включая эстетические [4].

Более того, по сути дела она является математическим выражением общего принципа взаимной эквивалентности электромагнетизма и гравитации. Наиболее явно и полно этот принцип реализуется в процессах фоторождения и аннигиляции парных микрочастиц, обладающих гравитационной массой, электрическими и магнитными зарядами.

В данной системе (9) именно вектор Пойнтинга обеспечивает реальную физическую связь потока электромагнитной энергии с эквивалентной ему напряженностью гравитационного поля. И такая связь возникла уже на самой ранней (фотонной) стадии эволюции Вселенной после Большого Взрыва [5].

6. Закон сохранения энергии в едином поле

В классической теории Максвелла энергия электромагнитного поля имеет две составляющих и определяется интегралом:

1 / 2 ? ( ео Е 2 + мо Н 2 ) d V , (10) V

где Е и Н значения вещественных частей напряженностей электрического и магнитного полей в плоской волне. Однако теперь, в соответствии с общим принципом взаимной эквивалентности электромагнетизма и гравитации, интеграл (10) должен быть в точности равен энергии гравитационного поля:

? ( ео Е 2 + мо Н 2 ) d V = 2 ? гo g 2 d V . (11) V V

Здесь множитель 2 у правого интеграла соответственно удваивает эту энергию до величины, необходимой для появления в процессе фоторождения пары частица античастица с полной энергией, равной 2 m * c 2. Таким образом, общий принцип взаимной эквивалентности дает нам уравнение (11) закона сохранения электромагнитной и гравитационной энергии в рамках единого поля [6].

7. Что дает алгебра размерностей

Известно простое уравнение сохранения энергии при фоторождении электрон позитронной пары:

h * щ = 2 m * c2 , (12)

когда энергия гамма-кванта превращается в энергию, за рождение полярных электрических и магнитных зарядов, которые в скрытом виде «прикрепляются» к массам этой связанную с гравитационными массами данной пары античастиц. Но при этом мы не видим в уравнении (12) физических величин, отвечающих пары античастиц, как сказано в энциклопедии, «с нулевыми суммарными квантовыми числами этих зарядов» [7] . Для выявления скрытых связей между соответствующими физическими величинами применим «алгебру размерностей» к электрической, магнитной и гравитационной составляющим энергии единого поля в интегральном уравнении (11):

? ео Е 2 d V электрическая составляющая энергии имеет размерность

| Ф * м-1 В 2 м-2 м 3| = | Ф * В 2 | = | Кл * В-1 В 2 | = | Кл * В | = | Дж | ,

где видно явное присутствие единиц электрического заряда | Кл | кулона и электрического потенциала | В | вольта, и поэтому можно записать для электрической составляющей энергии единого поля следующее уравнение:

? ео Е 2 d V = q * U | Кл * В | = W q | Дж | ; (13) V

? мо Н 2 d V магнитная составляющая энергии имеет размерность

| Гн * м-1 А 2 м-2 м 3| = | Гн * А2 | = | Вб * А | = | Дж |

где обнаруживается явное присутствие единиц магнитного потока | Вб | вебера и силы электрического тока | A | ампера, и мы можем для магнитной составляющей энергии единого поля записать уравнение:

? мо Н 2 d V = p * I | Вб * A | = W p | Дж | ; (14) V

2 ? го g 2 d V гравитационная составляющая энергии имеет размерность

| кг * м-3 с2 м2 с-4 м3 | = | кг * м2 * с-2 | = | Дж | ,

где проявляются единицы гравитационной массы | кг | килограмм и гравитационного потенциала | м2 * с-2 | , что позволяет записать для гравитационной составляющей энергии единого поля уравнение:

2 ? го g 2 d V = 2 m * c2 = W m | Дж | , (15) V

 где в роли гравитационного потенциала выступает квадрат скорости света с2 .

Применив «алгебру размерностей» ко всем трем составляющим интегрального закона сохранения энергии в едином поле (11), мы выявили физические величины, которые присутствуют в нем виртуально, в «скрытом» виде, а именно: электрические, магнитные и гравитационные «заряды» и соответствующие им «потенциалы», отвечающие за суммарную энергию единого поля. Поэтому, с учетом уравнений (13, 14, 15), закон сохранения энергии в едином поле можно записать в новом виде:

q * U + p * I = 2 I U t = 2 m c2 , (16)

где левая часть представляет электромагнитную, а правая гравитационную энергию единого поля. И это уравнение полностью эквивалентно интегральному уравнению (11), что также доказывает взаимную эквивалентность электромагнетизма и гравитации [8]. При этом величины I , U, t , известные нам из области проводной электротехники, неожиданно проявляются на уровне беспроводных вакуумных процессов в едином поле.

8. Гравитационная сила вакуума

Величину напряженности гравитационного поля для различных частотных областей можно определить, используя данные монографии [2] об амплитудных значениях Ео и Но в исходном, невозбужденном состоянии электромагнитного поля в вакууме (при n = 0 ):

Ео = ( 2 ћ щ / еоV )1/2 ( n + 1/2)1/2 = ( ћ щ / ео V )1/2 , (17)

Но = ( 2 ћ щ / мо V )1/2 ( n + 1/2 )1/2 = ( ћ щ / мо V )1/2 .

 Подставляя эти значения в последнее уравнение системы (9) для единого поля, получим:

go = ( 1 /щ с2 го ) ( ћщ /(ео мо)1/2 V ) = ћщ2 /с со V = f / m . (18)

Отсюда следует формальное определение нового вида физической силы f гравитационной силы вакуума, прямо пропорциональной квадрату частоты «нулевых колебаний», имеющей квантово-механическую природу и действующей даже в вакуумном состоянии единого поля:

f = m * go = ( ћ /с) щ2 , (19)

где ћ /с = 3 * 10-43 Н * с2

квантовая постоянная.

Не трудно оценить, что для отдельных осцилляторов поля эта сила будет чрезвычайно мала: так, для гамма-квантов при щ = 1021 Гц она будет равна 0, 3 ньютона. Однако, если взять ее интегральную величину для всего спектра излучений единого поля [6], то получится суммарная сила

F = 1, 7 * 10 -95 щ 6 , (20)

которая будет стремительно расти, начиная с рентгеновской области спектра. При этом она приобретает поистине грандиозное значение для сверхвысокочастотных осцилляций поля. Так, при щ = 1022 Гц эта сила окажется равной 1037 ньютонов.

Такие колоссальные силовые свойства вакуума должны были особенно эффективно проявить себя при Большом Взрыве в том самом «первотолчке», который вывел нашу Вселенную из ее вакуумного («сингулярного») состояния и перевел в «горячую» фотонную фазу, когда начались процессы фоторождения и аннигиляции парных частиц, нуклеосинтез и другие этапы единой космологической эволюции.

9. Существует ли гравитация в плоской волне

Как полагал Эйнштейн, «большим шагом вперед было бы объединение в одну картину гравитационного и электромагнитного полей. Тогда была бы достойно завершена эпоха теоретической физики, начатая Фарадеем и Максвеллом…» [9]. Сам Эйнштейн посвятил последние 30 лет своей жизни решению этой фундаментальной проблемы в рамках общей теории относительности, но сделать этого ему и его последователям не удалось. Однако и в современной теории объединения электроcлабых и сильных взаимодействий в рамках стандартной модели физики элементарных частиц место гравитации пока не определено. И по словам С. Вайнберга (одного из авторов этой теории): «Такая объединенная теория всех сил, вероятно, потребует радикально новых идей… Хотя существует шанс завершить работу над Великим объединением к 2050 году, однако мы вряд ли можем говорить об этом уверенно» [10]. Поэтому нами была предпринята попытка построения альтернативной теории единого поля электромагнетизма и гравитации на основе классической теории Дж. Максвелла, исторически первой теории единого поля для двух фундаментальных сил природы электричества и магнетизма. При этом мы исходили из того, что сам Максвелл видел возможность построения такой теории, но, к сожалению, не располагал необходимыми данными, которые появились лишь в ХХ веке , особенно в отношении фундаментальной взаимосвязи вектора гравитации g с вектором Пойнтинга

Р = [Е х Н]

в плоской волне.

Именно эта взаимосвязь позволила получить полную систему трех векторных уравнений (9) единого поля электромагнетизма и гравитации, используя наиболее простую, но уникальную модель плоской волны . При этом удалось получить новые физические результаты, а главное доказать, что гравитация является вполне естественной составляющей единого поля наряду с электричеством и магнетизмом!

10. Новые физические результаты

Впервые предложено ввести новую физическую константу гравитационную проницаемость вакуума го , связав ее с постоянной тяготения соотношением

G = 1 / 4р го

подобно тому, как электрическая ео и магнитная мо проницаемости вакуума связаны с постоянными коэффициентами К и L . В этом случае все три силовых уравнения (1) получают однозначную «привязку» к вакууму при не случайном тождестве констант (2)

4 р G го ? 4 р К ео ? 4 р L мо ? 1 ,

которое также выявлено впервые.

Доказано, что в каждой плоской электромагнитной волне векторы Е + Н + k , будучи взаимно перпендикулярны, могут слу жить геометрическим базисом собственной прямоугольной системы координат плоской волны, которая перемещается в вакууме с постоянной скоростью, равной скорости света, и является абсолютно инерциальной.

Путем замены в уравнениях Максвелла (3) вектора k на вектор g c учетом их размерного равенства

g = k * c 2

впервые получены два векторных уравнения (6) единого поля электромагнетизма и гравитации для вакуума.

При этом установлена фундаментальная связь вектора гравитации g c вектором Пойнтинга [ Е х Н ] . В результате впервые получена полная система векторных уравнений единого поля электромагнетизма и гравитации для вакуума (9):

Е = ( 1 /щ с2 ео ) [ g x H ] , Н = ( 1 /щ с2 мо ) [ g x E] ,

g = ( 1 /щ с2 го ) [ Е х Н ] = ( 1 /щ с2 го ) Р .

По сути эта система уравнений представляет собой математическое выражение общего принципа взаимной эквивалентности электромагнетизма и гравитации в рамках их единого поля. А вектор Пойнтинга

Р = [ Е х Н ]

обеспечивает реальную физическую связь электромагнитной энергии с эквивалентной ему напряженностью гравитационного поля g .

На основе общего принципа взаимной эквивалентности впервые доказано, что энергия электромагнитного поля в точности равна энергии гравитационного поля, и получено интегральное уравнение (11) закона сохранения их общей энергии в рамках единого поля:

? ( ео Е2 + мо Н2 ) d V = 2 ? го g2 d V/ V V

Для выявления скрытых связей между физическими величинами, входящими в электромагнитную и гравитационную части интегрального закона сохранения их общей энергии (11) применен метод анализа размерностей этих величин.

В результате впервые получены уравнения (15, 16 и 17) соответственно для электрической, магнитной и гравитационной составляющих энергии единого поля:

? ео Е2 d V = q * U | Кл * В | = W q | Дж | ; V

? мо Н2 d V = p * I | Вб * А | = W p | Дж | ;

V ? го g2 d V = m * c2 | кг м2 с-2 | = W m | Дж | , V

которые позволили впервые записать интегральный закон сохранения энергии (11) в виде суммы «скрытых» физических величин (зарядов и потенциалов), представляющих электрическую, магнитную и гравитационную части энергии единого поля:

g * U + p * I = 2 I U t = 2 m c2 ,

что также доказывает взаимную эквивалентность электромагнетизма и гравитации в рамках их единого поля.

В каждой плоской электромагнитной волне впервые выявлена гравитационная сила вакуума

f = ( h /c ) щ 2 ,

прямо пропорциональная квадрату частоты его нулевых колебаний.

Вероятно, именно эта сила должна стать главным объектом прикладных физических исследований в целях ее освоения. Ведь мы до сих пор не можем управлять гравитацией так, как управляем электричеством и магнетизмом.

Следующий шаг в развитии идеи единого поля электромагнетизма и гравитации, а также общего принципа их взаимной эквивалентности, вероятно, потребует пересмотра всей электродинамики (и классической, и квантовой) с учетом реального присутствия гравитации во всех электромагнитных процессах, особенно в области сверхвысокочастотных излучений, связанных с действием гравитационной силы вакуума [6] …

электромагнетизм гравитация плоский волна

Список литературы

1. Дж. Максвелл. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.: ГИТТЛ, 1952, с. 308 310.

2. Р. Лоудон. Квантовая теория света. М.: Мир, 1976, с.16 18, 217.

3. Ю.В. Немчинов. Если бы Максвелл увидел это… М.: ВНИИМС, «Законодательная и прикладная метрология», № 2, 2005, с. 49 57.

4. Ю.В. Немчинов. О единстве гравитации с электричеством и магнетизмом. Опубликовано в Интернете 21.08.2007 на сайте «Физика: новые идеи и гипотезы» (архив).

5. С. Вайнберг. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.: Энергоиздат, 1981.

6. Ю.В. Немчинов. Общий принцип взаимной эквивалентности электромагнетизма и гравитации. Опубликовано в Интернете 27.03.2008 на сайте «Физика: новые идеи и гипотезы» (архив).

7. Физика микромира. Маленькая энциклопедия. М.: СЭ, 1980, с. 114.

8. Ю.В. Немчинов. Уравнения единого поля электромагнетизма и гравитации. Опубликовано в Интернете 19.02.2010 на сайте «Физика: новые идеи и гипотезы» (архив).

9. А. Эйнштейн. Сборник научных трудов, т. 1. М.: Наука, 1965, с. 689.

10. С. Вайнберг. Единая физика к 2050. Опубликовано в Интернете на собственном сайте, Yandex.ru, 2009.

Размещено на Allbest.ru