9721-1 (Новые фундаментальные физические константы)

Новые фундаментальные физические константы

Косинов Николай Васильевич, кандидат технических наук

Проведенные исследования показали, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы непосредственно происходят от перечисленных ниже констант вакуума [5...15].

h_u = 7,69558071(63)·10^–37 Дж·с.

G_u = 2,56696941(21)·10^–45 Н·с².

R_u = 29,9792458 Ом.

t_u = 0,939963701(11)·10^–23 с.

l_u = 2,817940285(31)·10^–15 м.

Установлено, что современные фундаментальные физические постоянные имеют вторичный статус по отношению к найденным константам и представляют собой различные комбинации констант h_u, t_u, l_u и чисел π и α. Константам, входящим в h_u-t_u-l_u-π-α-базис, определен специальный статус – они определены как универсальные суперконстанты [6, 8, 13, 15]. На основе универсальных суперконстант получено новое значение гравитационной постоянной Ньютона, планковских констант и найдена универсальная формула силы. Новые фундаментальные физические константы дают широкие возможности для установления новых физических законов и поиска констант взаимодействия для различных физических законов.

Введение

Физика входит в 21-й век с большим клубком нерешенных проблем. Если в конце 19-го века в физике было «все благополучно» за исключением отрицательных результатов опыта Майкельсона и непонятной зависимости излучения абсолютно черного тела от температуры, то к концу 20-го века физика накопила невиданное количество нерешенных проблем. Наиболее важные из них можно найти в недавно опубликованном В.Л.Гинзбургом списке 1999 года [4].

Если только две проблемы конца 19-го века привели к радикальному изменению ситуации в физике, то клубок нерешенных проблем конца 20-го века способен привести к обвальному пересмотру понимания устройства мира, за которым может последовать перекраивание сложившейся научной картины мира. Обилие неудачных попыток в создании новых физических теорий говорит о том, что правильное стратегическое направление исследований до сих пор не выявлено. Среди нерешенных фундаментальных проблем еще не обозначена та важнейшая проблема, решение которой даст ключ к решению других проблем. Усилия ученых направлены как на теоретические, так и на экспериментальные исследования. Поиск новых подходов активно проводится в области исследования новых физических полей на основе концепции физического вакуума. Для описания новых видов полей и новых взаимодействий необходимо проводить поиск констант взаимодействий. Весьма вероятно, что это должны быть новые еще неизвестные физике константы.

В настоящей работе затронута проблема, которая, на мой взгляд, незаслуженно выпала из поля зрения физиков и до сих пор не была обозначена в числе важнейших фундаментальных проблем. Я имею в виду проблему фундаментальных физических констант. Она должна стоять на первом месте, поскольку именно в ней содержится ключ к решению других проблем физики. Как будет показано ниже на некоторых примерах, эта проблема действительно является ключевой, а ее решение открывает большие возможности для поиска новых физических законов и новых физических констант.

1. Проблема фундаментальных физических констант

Проблема фундаментальных физических констант естественным образом возникла на основе большого количества накопленных результатов исследований в области физики элементарных частиц. Благодаря этому направлению исследований появилось большое количество новых фундаментальных физических постоянных, которые уже выделены в отдельный класс – «атомные и ядерные константы» [1]. Следует отметить, что их количество уже намного превышает количество всех других констант вместе взятых [1]. В общей сложности в физике используются уже сотни физических констант. Список фундаментальных физических констант рекомендованный CODATA 1998 насчитывает около 300 фундаментальных физических констант [1]. То, что количество констант достигло уже нескольких сотен, и все они фундаментальные – явно ненормально. Если к ним подходить как к истинно фундаментальным, то их слишком много. Если исходить из того, что в основе мира лежит единая сущность, и что механические, электрические и гравитационные явления должны иметь единую природу, то для описания всех физических явлений и законов не нужно такое большое количество констант. Если же подходить к понятию фундаментальности по полной мере, то истинной фундаментальностью должны обладать совсем минимальное количество констант, а никак не сотни. Таким образом, существует большое противоречие между минимально необходимым количеством фундаментальных констант и их реальным обилием.

Можно предположить, что известные на сегодня константы являются составными константами и статус фундаментальных они носят лишь в силу исторических особенностей их появления. Тогда возникают вопросы: «из каких новых неприводимых констант они могут состоять и как они связаны между собой?». Если такие первичные константы существуют, то они могли бы претендовать на роль фундаментальных физических суперконстант и заменить собой существующие константы. Существуют ли такие суперконстанты, которые в состоянии заменить такое большое количество столь различных фундаментальных физических констант и сколько их? На эти вопросы в рамках современных знаний ответов пока нет.

Наиболее важные современные физические теории оперируют константами G, h, c в их различных комбинациях [3]. Так, например, теорию тяготения Ньютона можно условно назвать G-теорией [3]. Общая теория относительности является классической (G, c)-теорией. Релятивистская квантовая теория поля является квантовой (h, c)-теорией [3]. Каждая из этих теорий оперирует одной или двумя размерными константами. Открытие планковских единиц длины, массы и времени породили надежду на возможность создания новой квантовой теории на основе трех констант. Однако, попытки создать единую теорию электромагнитных полей, частиц и гравитации на основе трех размерных констант – (G, c, h)-теорию, окончились неудачей. Такой теории до сих пор нет, хотя на ее появление возлагали большие надежды [3]. На G-c-h-базис все еще возлагают надежды как на основополагающую тройку констант для будущей теории. И действительно, многое указывает на то, что трех размерных констант должно быть достаточно для создания единой теории. Ведь неспроста только из трех основных единиц – метра, килограмма и секунды можно получить все производные единицы, имеющие механическую природу. Однако до сих пор неясно, какие три константы должны составить основу будущей непротиворечивой теории? Задача эта оказалась очень сложной. Я считаю, что причины сложности кроются в невыясненной сущности многих фундаментальных констант и в невыясненных истоках их происхождения. Проведенные исследования [5...15] позволяют сказать, что минимальное количество первичных констант, из которых состоят современные фундаментальные физические константы, действительно существует. При этом в минимальный константный базис входят как уже известные физические постоянные, так и новые константы.

2. Константы физического вакуума

При исследовании свойств физического вакуума, из соотношения для плотности энергии получена следующая формула для полной энергии, заключенной в динамическом объекте вакуума [5, 14]:

E = ¹/₂·q²νπc·10^–7. (1)

Это соотношение напоминает по своему виду формулу Планка E=h·ν. Только роль кванта действия выполняет в ней не постоянная Планка, а новая константа:

h_u = e²cμ _v, (2)

где: μ _v – магнитная постоянная вакуума.

Новая физическая константа названа фундаментальным квантом действия [6...10, 13...15]. Ее значение равно [6]:

h_u = 7,69558071(63)·10^–37 Дж·с.

Из формулы для фундаментального кванта действия (2) следуют еще две новые физические константы:

G_u = h_u/c, (3)

R_u = h_u/e². (4)

Значение константы G_u равно [6]:

G_u = 2,56696941(21)·10^–45 Н·с².

Константа R_u получила название фундаментальный квант сопротивления [6]. Ее значение равно [6]:

R_u = 29,9792458 Ом.

Эти три константы h_u, G_u, R_u являются основными константами вакуума. Примечательным является то, что они непосредственно следуют из непрерывного поля Максвелла [5, 12, 15].

С константой вакуума G_u связан новый динамический закон, свойственный физическому вакууму. Этот закон имеет вид [6]:

m_э·l = G_u, (5)

где: m_э – электромагнитная масса, l – метрическая характеристика.

Из динамического закона следует, что электромагнитная масса принимает значения от некоторого минимального значения до некоторой предельной величины:

0 < m_э < m_max .

Это приводит к тому, что метрическая характеристика изменяется от некоторого максимального значения до некоторой предельной величины:

l_min < l < ∞ .

Уравнение (5) представляет собой динамический закон, который отображает динамическую симметрию вакуума. D-инвариантность вакуума является новым видом симметрии и отражает наиболее фундаментальное свойство Природы. С D-инвариантностью вакуума связан важнейший закон сохранения, который не нарушается при всех видах взаимодействий.

D-инвариантность вакуума является симметрией более высокого порядка, чем известные на сегодня симметрии. Нарушения симметрии, которые наблюдаются в Природе, вплоть до несохранения CP-инвариантности, не затрагивают D-инвариантность вакуума. Границей D-инвариантности являются фундаментальные константы m_e и l_u, что и отражает динамический закон вакуума. Таким образом, динамическая симетрия вакуума не противоречит идее развития, поскольку D-инвариантность сохраняется и тогда, когда нарушаются другие виды симметрии. В вакууме реализуется реальный физический процесс, обязанный своим существованием динамической симметрии, который приводит к появлению дискретных частиц из непрерывного физического объекта, что в математическом описании представлено как достижение физическими величинами своих предельных квантованных значений [5...14].

Из соотношений (2) и (4) следует, что:

R_u = c μ _v, (6)

где: μ _v – магнитная константа вакуума.

Из формулы для фундаментального кванта действия (2) следует новая формула для элементарного заряда e:

(7)

В системе СГСЭ соотношение для элементарного заряда примет вид:

(8)

Соотношения (7) и (8) представлены квадратным корнем. Из них непосредственно следует бинарность зарядов, т.е. то, что заряды имеют два знака. Поскольку заряды определяются только константами, то из этих соотношений следует также и квантованность зарядов.

Рассмотривая динамику невещественных объектов вакуума, легко видеть, что первым фиксированным значением энергии, которая соответствует устойчивому физическому объекту, является энергия электрона или позитрона E_e. Тогда значение частоты, которое соответствует этой величине энергии будет равно:

ν = E_e/h_u = 1,063870869·10²³ Гц.

Отсюда следует четвертая физическая константа вакуума – фундаментальный квант времени:

t_u = 0,939963701(11)·10^–23 с.

Используя константу скорости света c, получим пятую константу вакуума – фундаментальный квант длины:

l_u = 2,817940285(31)·10^–15 м.

Отметим, что значение этой константы в точности совпадает с классическим радиусом электрона. Все пять констант вакуума h_u, G_u, R_u, t_u, l_u получены на основе нового подхода к пониманию физической сущности полевых структур. Проведенные исследования этих констант показали, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы непосредственно происходят от констант физического вакуума [6...8, 14]. Приведенные выше основные константы вакуума позволяют получить ряд вторичных констант, которые являются производными константами и также относятся к физическому вакууму.

Константы фундаментальной метрики t_u и l_u образуют новую константу b, названную фундаментальным ускорением [5]:

b = l_u/t_u².

Значение этой константы равно:

b = 3,189404629(36)·10³¹ м/с².

Эта константа позволила получить новый закон силы [6, 8, 10, 15]