Последний труд великого английского физика и философа Артура Эддингтона, названный им «Фундаментальная теория»[1], остался не завершенным из-за кончины автора в 1944г. Благодаря участию его коллег, книга вышла в печать в 1946г.. Судьба книги загадочна и драматична, ее преследует заговор молчания, на нее практически нет ссылок в научной литературе, ее, единственную из крупных трудов Эддингтона, не разу, за 70 прошедших со дня опубликования лет, не переводили на русский язык. Наглядной иллюстрацией к вышесказанному может служить великолепная монография профессора МГУ Ю.С.Владимирова «Пространство – время: явные и скрытые размерности»[2]. Автор подробно рассматривает практически все пространственно-временные теории, но ни словом не упоминает о пятимерном Ураноиде Эддингтона.
А между тем, именно «Фундаментальная теория» явилась той базой, на которой Артур Эддингтон создал единую теорию гравитации и электромагнетизма, сделал скрытые размерности пятимерного мира Т.Калуцы – явными и преодолел противоречия и ограниченность общей теории относительности А.Эйнштейна в фундаментальных вопросах космологии. А.Эддингтон считал, что построение макроскопической теории пространства-времени возможно лишь при учете воздействия на исследуемый объект всего его окружения или, говоря современным языком, придерживался реляционного миропонимания. Он писал: «Бесполезно исследовать атом без окружающей его среды. Мы не можем признать концепцию атома, как вещи в самой себе.». Ураноид Эддингтона это окружение исследуемого объекта ( вся Вселенная, состоящая из заряженных элементарных частиц). Он содержит кроме четырех измерений континуума Миньковского (х1,х2,х3 и t) пятое – временную координату tо , направленную перпендикулярно к осям континуума. В отличии от континуума Миньковского, где время (t) циклично и инвариантно, в пятимерном мире Ураноида пятая координата (tо) – это космологическое, неинвариантное время, описывающее эволюцию системы. В пространстве Ураноида заряженные частицы рождаются в гравитационном и электромагнитном полях и движутся в искривленном пространстве – времени. Если известна скорость эволюции системы v, то ее произведение на время эволюции to или время горизонта Т(промежуток времени между двумя коренным образом отличными состояниям системы) позволяет получить четвертую пространственную координату хо :
xо = v·tо (1)
и перейти к пятимерному миру Калуцы. При этом совершенно не ясный физический смысл пятой координаты Калуци (скрытая размерность) становиться абсолютно явной физической величиной в Ураноиде Эддингтона. Здесь можно привести слова Эддингтона «Частица материи, понимаемая как совокупность событий, является системой, у которой линейное протяжение обладает временным характером»[3]. Поскольку процесс (скорость) эволюции природных систем часто носит очень медленный характер, четвертая пространственная размерность столь слабо выражена, что зачастую является скрытой для наблюдателя. Но именно благодаря ее наличию, система в своем развитии движется по спирали и описывает торойд вместо замкнутого шланга.
В современной научной литературе встречается понятие «расслоенного пространства», состоящего из базы и слоя. Базу образует классическое координатное пространство-время. А слой, под которым понимается пространство скоростей, принято определять через смещение в базе (в координатном пространстве). При этом база и слой описываются двумя разными законами, имеющими самостоятельный характер. В базе время (t) инвариантно, это скаляр в равновесных процессах однозначно связанный с движением частицы в классических и квантовых осцилляторах, но в слое мы имеем дело с неравновесными процессами, где время (tо) приобретает вероятностный, векторный характер, указывающий направление эволюции системы. В статье «Время и магнитное поле – фантомы движения» я отмечал удивительный параллелизм в проявлениях столь разных физических категорий как время и магнитное поле. Глубинный смысл единообразия проявлений пространственно-временных и токовых категорий лежит именно в трактовке гравитационных и электромагнитных взаимодействий, вскрытых А.Эддингтоном в его «Фундаментальной теории» [1]. Если в пятимерном мире Т.Калуцы гравитационные и электромагнитные взаимодействия трактуются как независимые, то в «Фундаментальной теории» А.Эддингтона гравитационное взаимодействие оказывается производным от электромагнитного взаимодействия. В своей последней работе Артур Эддингтон утверждал, что согласно его теории Ураноид (сглаженная Вселенная), состоящий целиком из заряженных частиц, должен занимать трехмерное пространство и обладать двухмерным временем [4]. С этим утверждение созвучно более позднее высказывание нашего математика П.К.Рашевского: «Между тем трудно сомневаться в том, что макроскопические понятия, в том числе и наши пространственно-временные представления, на самом деле уходят своими корнями в микромир.» [5]
В 17 веке И.Кеплер, на основании многолетних астрономических наблюдении Тихо Брега эмпирическим путем получил три закона небесной механики и опираясь на требование устойчивости планетарных орбит получил постоянную Кеплера (К), связавшую трехмерное пространство и двухмерное время в единый пятимерный мир Кеплера:
К = R³/ T² (2)
где : R – радиус орбиты планеты,
Т – время обращения планеты вокруг Солнца.
Через полвека после Кеплера, Ньютон ввел в пространственную модель Вселенной –силы. Пространство Вселенной формируют силы гравитации и инерции, действующие по квадратичным законам взаимодействия между телами ( законы Кулона и Кавендиша). Ньютон, сформулировав свои законы динамики и закон всемирного тяготения, получил третий закон Кеплера, как следствие из закона всемирного тяготения и второго закона динамики в виде:
K=GM m гр./m ин. = R³ / T ² , (3)
где:
m гр. –масса планеты гравитационная, взаимодействуя с Солнцем, массой M, создает центростремительную силу притяжения ;
m ин. –масса планеты инерционная, она вращаясь по окружности радиуса R, создает центробежную силу отталкивания;
R – расстояние от центра планеты до центра Солнца;
T – период обращения планеты вокруг Солнца;
G – гравитационная постоянная.
Таким образом Ньютон связал пятимерный мир Кеплера с отношением масс: гравитационная масса тела к ее инерционной массе, через связующие постоянные: К,G,М.
Видимо, И.Кантом впервые было отмечено, что законы обратных квадратов для гравитационной и электростатических сил обуславливают трехмерность пространста. В ньютоновом гравитационном поле круговые орбиты планет устойчивы лишь благодаря пятимерности искривленного пространства – времени (не надо путать с плоским четырехмерным континуумом Миньковского). В противном случае, небольшие воздействия на планеты со стороны внешнего мира должны были бы приводить к значительным изменениям их орбит и, в конечном счете, к их падению на звезды или уходу во Вселенную.
В 20 веке многими учеными предпринимались неоднократные безуспешные попытки объединить геометрическим путем гравитацию и электромагнетизм в рамках четырех измерений континуума Миньковского и лишь Т.Калуцы удалось это сделать, но в пятимерном формальном мире четырех пространственных измерений и одного времени. Артур Эддингтон в своей последней работе, обратившись к рассмотрению пятимерного мира, образованного тремя пространственными измерениями и двумя временными, сумел объединить гравитацию и электромагнетизм на основе природы элементарных частиц и особенностей окружающей среды (ураноида), включающей ее электронейтральность и равноправие частиц, обладающих противоположными зарядами и левой и правой поляризацией.
В 21 веке перед наукой стоит задача связать в единую теорию уже четыре вида взаимодействий: к гравитационному и электромагнитному прибавилось еще два вида фундаментальных взаимодействий – слабое и сильное. При этом геометризация в единой теории четырех видов взаимодействий требует ввода дополнительных размерностей. Однако, вероятнее всего выход из тупиковой ситуации, связанной с созданием единой теории взаимодействий, будет найден на пути признания реальности космической среды. На смену модели эфира, послужившей Максвеллу основой для написания уравнений электродинамики, придет поляризационная модель неоэфира. Она может стать в своем развитии недостающим звеном в создании теории единого поля.[11,12,13,14].
В заключении рассмотрим преимущество пятимерного Ураноида А.Эддингтона перед пятимерным миром Т.Калуцы. Если сказать коротко, то это приемущество сводиться к тому, что Эддингтон привнес в математический формализм Калуцы дух физики. В монографии Ю.С.Владимирова с исчерпывающей полнотой изложено «Почему теория Калуцы не стала рабочим инструментом физиков?»[2] . Здесь следует отметить, что несмотря на то, что пятимерная теория Калуцы позволила значительно продвинуться в создании единой теории гравитационных и электромагнитных взаимодействий, она не нашла достаточной поддержки и понимания в научных кругах и на долгое время была предана забвению. Та же участь постигла и «фундаментальную теорию» Эддингтона, но причины этого во многом субъективны. Научная элита не приемлет такие понятия как «космическая среда» (в смысле эфир) и «стрелу времени».
Итак, приемущество пятимерной теории Артура Эддингтона:
1.В пятимерной теории Калуцы даже самому автору был не ясен физический смысл пятой координаты. Вот заключительные слова из статьи Калуцы: «Все же нелегко примириться с мыслью, что все эти соотношения, которые вряд ли можно превзойти по достигнутой в них степени формального единства,- всего лишь капризная игра обманчивой случайности. Но если удастся показать, что за предполагаемыми взаимосвязями стоит нечто большее, нежели пустой формализм, то это будет новым триумфом общей теории относительности Эйнштейна»[6]. Именно Эддингтону удалось показать, что за пятой координатой (псевдо пространственной четвертой по Калуцы) стоит время эволюции системы (tо), поделенное на участки – горизонты времени (Т). Время горизонта – это время в течении которого мы можем предсказать поведение системы, ее траекторию развития, а далее начальное состояние системы уже не может служить основанием для предсказания [7]. Пятое измерение Эддингтона имеет особый статус. Он не позволяет вписать Вселенную в прокрустово ложе симметричных, инвариантных решений Эйнштейновской теории. Предложение Эйнштейна и Бергмана усовершенствовать теорию Калуцы, замкнуть пятое измерение и представить мир цикличным, замкнутым или компактифицированным по пятой координате приводит к неверному закону убывания гравитационных сил в пятимерном мире [10]. «Но если допустить выделеность пятой координаты ( в частности, независимость метрик от пятой координаты), то из тех же 5-мерных решений уравнений Эйнштейна получается иное решение, приводящее к Fqr ~1/ r² и не противоречащее эксперименту»[2] Сегодня все большее число специалистов задумываются над вопросом эпохальной смены парадигмы в физике. Примером может служить статья участников разработки БАК Джозефа Ликкена и Марии Спиропулы «Суперсимметрия и кризис в Физике»[8].
2. Второй вопрос, почему столь ограниченны проявления дополнительной размерности, то есть почему пятое измерение остается практически ненаблюдаемым? В теории Калуцы ответа на этот вопрос нет, хотя в ней все электромагнитные явления можно трактовать как проявления пятого измерения. Условие цилиндричности по пятому измерению, необходимое для получения тензора напряженности электромагнитного поля, достигалось в пятимерной теории Калуцы постулированием независимости всех геометрических величин от пятой координаты [2]. В более поздних трактовках теории Калуца допускается зависимость величин от пятой координаты, но при этом период циклической зависимости чрезвычайно мал Т=10־³¹см и практически не проявляется в используемых формулах. Причина ненаблюдаемости пятого измерения объясняется свойством цикличности мира по пятой координате с очень малым периодом. Но все эти объяснения пригодны для мира, замкнутого по пятой координате [2]. Однако, автор эволюционной парадигмы, лауреат нобелевской премии И.Р.Пригожин установил, что «изолированные, замкнутые системы эволюционизируют к хаосу, а открытые системы эволюционизируют ко все более высоким формам сложности.» [7]. Таким образом, замыкая пятую координату Эйнштейн обрекает Вселенную на деградацию.
С позиций Фундаментальной теории Эддингтона в выше приведенных объяснениях произошла подмена понятий. Циклическое, инвариантное время Миньковского заменило собой эволюционное, неинвариантное время пятой координаты Эддингтона. Вернем на свои места пространственные и временные измерения и попытаемся дать ответ на второй вопрос опираясь на пятимерную теорию Эддингтона. Независимость величин от пятой координаты возможна лишь на временных отрезка Т, образующих горизонты времени. На этих участках система находиться в стационарном, равновесном состоянии, она интегрируема, все ее основные параметры сохраняют свои значения. Совсем другая картина наблюдается на границах временных горизонтов. Там система переходит на качественно новый эволюционный уровень, при этом система находится в неравновесном, нестационарном состоянии, она неинтегрируема, в ней преобладают необратимые процессы, она ищет новое равновесное состояние, которому будут соответствовать новые значения основных параметров. Именно на стыках временных горизонтов следует ожидать проявление зависимости величин континуума от пятой координаты. Энергию, необходимую системе для эволюционных преобразований, она получает из вне от Ураноида (космической среды Вселенной). Изучению поведения систем при переходе из равновесного, интегрируемое состояние в неравновесное, необратимое состояние посвятили многие свои работы профессора Н.А. Козырев и И.Р.Пригожин. Вот их выводы практически дословно повторяющие друг друга: «В устойчивом стационарном состоянии активное воздействие из вне на систему пренебрежимо мало, но может стать весьма существенным, если система переходит в неравновесное состояние. При этом система становиться неинтегрируемой, время теряет свойство инвариантности и его поведение носит вероятностный характер.»[7].
3.Наконец, что нового привнесла пятимерная теория? Из теории Калуцы не следует никаких новых предсказаний, которые можно было бы подтвердить или опровергнуть экспериментально. Конечно она дала новый геометрический взгляд на единство гравитации и электромагнетизма, но это было достигнуто без обновления представлений о пространстве и времени. В этом смысле фундаментальная теория Эддингтона выгодно отличается от теории Калуцы. Она позволила вскрыть связь макромира, в том числе пространственно – временных представлений с микромиром, с зарядом и массой элементарных частиц. В своей работе Эддингтону теоретически доказал, что пятимерный Ураноид (сглаженная Вселенная) целиком состоящий из заряженных частиц (электронов и позитронов) должен занимать трехмерное пространство и обладать двухмерным временем. В среде Ураноида реально существуют векторные и скалярные поля и отношение электрического заряда частиц к их массе не остаются постоянной величиной. Много позднее, уже в 21 веке томский физик Г.В.Николаев в своей работе «Современная электродинамика и причины ее парадоксальности …»[9] опираясь на факт реального существования токов смещения в физической среде, окружающей движущийся заряд экспериментально установил функциональную взаимосвязь этих токов с двумя видами магнитных полей: векторного и скалярного. Наличие скалярного магнитного поля порождает силы, действующие на заряд в направлении скорости его движения. Что касается неинвариантности уравнений электродинамики, то она обусловлена не столько существованием скалярного магнитного поля, сколько допущением реальности существования среды и учета существования эффектов запаздывающих потенциалов и деформации электрического поля движущихся зарядов. Полная инвариантность уравнений электродинамики достижима только в абсолютно пустом пространстве теории относительности А.Эйнштейна.
ЛИТЕРАТУРА
- A.S.Eddington, “Fundamental Theory” , Cambridge, 1946
- Ю.С.Владимиров, «Пространство – время: явные и скрытые размерности», Москва: Либроком, 2010
- Артур Эддингтон, «Пространство, время, тяготение», М.: УРСС, 2003
- Дж.Уитроу, «Естественная философия времени», М.: УРСС,2004
- П.К,Рашевский «Риманова геометрия и тензорный анализ», М.: Наука,1967
- Т.Калуца «К проблеме единства физики//Альберт Эйнштейн и теория гравитации» Москва: Мир,1979
- И.Пригожин, И.Стенгерс «Время,хаос,квант», М.: Прогресс,1994
- Джозеф Ликкен, Мария Спиропула «Суперсимметрия и кризис в Физике» Москва: В мире науки №7-8, 2014
- Г.В.Николаев «Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. Перспективы построения непротиворечивой электродинамики. Теория,эксперименты,парадоксы.» Томск 2003
- А.Эйнштейн, П.Бергман «Обобщение теории электричества Калуцы» 1938
- Г.И.Шипов «Теория физического вакуума. Теория, эксперименты и технологии» Москва, «Наука», 1997
- В.Л.Дятлов «Поляризационная модель неоднородного физического вакуума» Новосибирск, Институт математики, 1998
- А.В.Рыков «Основы теории эфира» Москва, РАН, ОИФЗ, 2000
- В.В.Дикусар, А.А.Тюняев «Вакуум. Концепция, строение, свойства» М.:ВЦ РАН, 2013