CC BY
24
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
Сибирцев Владимир Афанасьевич, Новосибирский Государственный университет экономики и управления,
профессор
Первоосновы материального мира
Ученых всегда интересовал и будет интересовать вопрос о самых малых частицах материи и пространства, близких к математической точке, к ноль-пространству, к ничто. Что выступает в качестве кирпичиков мироздания? Каковы размеры и свойства далее неделимых частиц? Чем на этом уровне нечто (материя) отличается от ничто (пустого пространства)?
По мере своего развития цивилизация начинает оперировать все более простыми и глубокими структурами: предметами, молекулами, атомами, элементарными частицами... Современные нанотехнологии позволяют оперировать структурами, сопоставимыми с размерами атомов, конструировать из них новые материалы с заданными характеристиками, кодировать информацию на молекулярном уровне, как, например, в ДНК, создавать сверхмалые механизмы - наномашины, встраивать в кровяные и другие клетки микроскопические датчики и т.д.
Следующий уровень, который штурмуют наука и практика - электроны и другие элементарные частицы. В будущем станет возможным говорить о пико-, фемто- и аттотехно-логиях, оперирующих, соответственно, субатомными объектами величиной в 10-12, 10-15 и 10-18 метра.
Элементарные, субатомные частицы могут, видимо, распадаться на еще более дробные и мелкие. Как только образовалась более дробная и мелкая частица, нет никаких аргументов за то, что и она не сможет распасться. И так до бесконечности.
Тем не менее, трудно удержаться от соблазна, несмотря на бесконечную делимость материи, поискать истинно элементарные, то есть далее неделимые, частицы. Или, по крайней мере, если и делимые, то с таким результатом, который в их сущности ничего не меняет.
В связи с этим утверждением можно выдвинуть гипотезу о существовании таких частиц, которые, чтобы отличить их от фактически делимых атомов и элементарных частиц, можно назвать первочастицами. Они находятся на самом тонком, нижайшем уровне материи, ничем не отличаются друг от друга, кроме размера, формы и местоположения. Но поскольку первочастицы бесконечно малы, то и это отличие совершенно несущественно.
Являясь бесконечно малыми, первочастицы - не точки, а материальные объекты конечной протяженности. Их нельзя представлять себе, как откалиброванные шарики. Возможно, они различаются и по внутреннему составу, но, скорее всего, они бесструктурны, неделимы, несотворимы и существуют вечно.
В самом общем виде идея о едином первоначале, из чего все первоначально рождается и в чем, в конце концов, исчезает, - принадлежит Фалесу (625-547 до н.э.).
По существу, именно первочастицы являются подлинно элементарными частицами, комбинации которых порождают любые микрообъекты. Первочастицы находятся в неустойчивом состоянии. Неустойчивые состояния - условия развития любых объектов; устойчивость - необходимая предпосылка их существования. Любой объект - это неустойчивая устойчивость.
Первочастицы для человека невидимы, никакими современными приборами не фиксируемы, ибо проходят через приборы совершенно свободно.
Свое существование первочастицы обнаруживают благодаря существованию более высоких уровней структурной организации материи. По Лейбницу, обязательно должны существовать простые субстанции, потому что существуют сложные. С этим согласен и Кант: необходимо должны существовать вещи в себе, потому что существуют явления. Вещь в себе (согласно Декарту, Спинозе и Лейбницу) - это то, что существует само по себе и ни в чем другом для своего существования не нуждается. Неделимое, считал Кант, доступно только мысли.
Первочастицы отвечают сформулированным Ахиезером А. Т. и Рекало М. П. общим свойствам материи:
1. количественности (первочастица образована, несмотря на бесконечно малый размер, конечным количеством материи);
2. пространственности (первочастица занимает конечный, хотя и бесконечно малый, объем пространства);
3. инерционности (способности сохранять состояние своего движения при отсутствии внешнего влияния);
4. непосредственности взаимодействия (первочастица взаимодействует только с другими первочастицами);
5. дальнодействию (которое представляет собой результат передачи взаимодей-
ствия от одной первочастицы к соседней другой).
Поскольку первочастицы - это крайний предел деления материи, то далее они неделимы по определению. Из этого вытекает их неизменность и вечность. Первочастицы даже в «черной дыре», и в момент ее взрыва, остаются сами собой, изменяется только плотность их расположения.
Первочастица - это та бесконечно малая частица, которая в каждой точке пространства существует хотя и бесконечно малое, но не нулевое время. Бесконечное множество бесконечно малых частиц составляет все объекты Вселенной и саму бесконечную Вселенную (правда, вместе с вакуумом).
Из апории «против множественности вещей» Зенона Элейского следует, что если в конце бесконечного деления находятся протяженные частицы, то бесконечно большое их число образует бесконечно большой объем тела. Тогда во Вселенной могло бы существовать только одно тело. Но ведь так оно и есть! Этим телом является вся бесконечная Вселенная.
То обстоятельство, что первочастицы находятся в пространстве, еще не означает, что они порождены пространством «сделаны» из пространства. Есть квант пространства, заполненный первочастицей, а есть соседний квант пространства, не заполненный первочас-тицей. В этот второй квант пространства первочастица может переместиться, но не может спонтанно возникнуть в нем. Если бы хоть один квант пространства мог превратиться в квант материи (первочастицу), то что бы помешало всем квантам пространства превратиться в материю? Но тогда все кванты пространства были бы заняты квантами материи, и материя превратилась бы в монолит, в котором невозможно никакое движение. Чтобы движение было возможно, кванты материи, первочастицы должны чередоваться с квантами пустого пространства, что и было изначально.
Материя, пространство и время - самостоятельные сущности, сосуществующие вечно и бесконечно. Из ничего, то есть из чистого пространства и построить можно только ничто, а структурированное ничто - это лишь плод воображения, чисто умозрительная конструкция.
Итак, самой маленькой частицей вещества, основой материи, фундаментом Вселенной являются не атомы, не элементарные частицы, в том числе и не лептоны и даже не кварки, а первочастицы, многие свойства которых будут раскрываться по мере дальнейшего изложения.
Первочастицы существуют в вакууме. Вакуум - это среда их обитания, пространство между первочастицами, совершенное ничто, в котором находится нечто - первочастицы. Одна из характерных особенностей первочастиц состоит в том, что внутри них нет вакуума.
Итак, на самом нижнем уровне мироздания находятся первочастицы и абсолютный вакуум, который и надо исследовать. Чистое пространство - это именно пустота, вакуум, в котором и движутся первочастицы.
Еще Анаксагор, Левкипп, Демокрит, Эпикур считали, что мир состоит всего лишь из двух субстанций: неуничтожимых атомов, каковыми являются фактически первочастицы, и пустоты. Атомы (первочастицы) неделимы и свободно движутся в вакууме. Демокрит пустоту считал небытием, а атомы - бытием, полагая, что небытие существует нисколько не менее, чем бытие. Это значит, что пустота, вакуум - такая же объективная реальность, как и первочастицы, материя.
При этом первочастицы действуют не через пустоту, а именно абсолютная пустота, вакуум действует на первочастицы; именно вакуум лежит в основе всех видов энергии. По существу, это вторая в рамках данной статьи гипотеза, которую нужно обосновать.
Вакуум и первочастицы - это самые яркие диалектические противоположности. Вакуум - полное отсутствие материи, это - ноль материи. Первочастицы - полное отсутствие вакуума. Первочастицы могут сколь угодно дробиться, но превратиться в ничто, в вакуум, не могут.
Какой заряд имеют первочастицы? Если бы все первочастицы были заряжены положительно (или отрицательно), то они, взаимно отталкиваясь, удалялись бы друг от друга на сколь угодно большие расстояния, и тогда никакого тела во Вселенной не могло бы образоваться. Если бы первочастицы были наполовину (или больше) отрицательными, а наполовину (или меньше) положительными, то они, взаимно притягиваясь, образовали бы большой вселенский сгусток очень плотной материи, в которой никакие тела, а тем более жизнь не могли бы возникнуть. В случае неравенства по знаку остаток одноименно заряженных первочастиц стал бы просто рассеиваться.
Из сказанного можно сделать вывод, что первочастицы нейтральны по отношению одна к другой. В силу данного обстоятельства первочастица может сколь угодно далеко лететь по прямой до столкновения с ближайшей. Ее путь не искривляется даже тогда, когда она пролетает почти впритык к другим первочастицам.
В древности вакуум обосновывался тем, что только наличие пустоты делает возможным движение. В самом деле, если бы между первочастицами не было пустого пространства, то их движение было бы невозможно; материя сковала бы самое себя. Нет движения - нет развития, нет и жизни.
С другой стороны, если бы пустое пространство, вакуум не прерывался материальными частицами, то и двигаться в нем было бы нечему. Значит, опять-таки нет развития, нет жизни: крайности сходятся.
Материя и пространство, первочастицы и вакуум возникли бесконечно давно, и будут сосуществовать вечно.
Что может двигать первочастицы? Поскольку в пространстве и во времени существуют только две исходные сущности: первочастицы (материя) и вакуум (пространство, свободное от первочастиц), то изменять положение первочастиц в пространстве, придавать им ускорение может только вакуум. Сами, как мухи, двигаться они не могут, а других источников энергии просто нет.
Известно, что вакуум даже в своем обычном понимании (а это одна из форм абсолютного вакуума), может стягивать магдебургские полушария, втягивать в себя газы. Даже слабое разряжение способствует перемещению воздушных масс из областей с высоким давлением в области с низким давлением.
Тем более абсолютный вакуум. Он втягивает, обладает отрицательным давлением. Как только квант вакуума затягивает в себя первочастицу, один из соседних с ним сразу же возвращает ее себе. Это повторяется непрерывно и постоянно. Втягивая в себя первочасти-цы, кванты вакуума как бы ведут за них постоянную борьбу. В принципе, все кванты вакуума должны бы быть заполненными квантами материи, первочастицами. Но, можно предположить, что объем вакуума, пространства во Вселенной превышает объем материи. Бесконечность первого по мощности превосходит бесконечность второй. Это противоречие: весь вакуум должен был бы заполнен материей, и принципиальная невозможность этого порождает непрерывную борьбу всех квантов вакуума со всеми другими за кванты материи, первочастицы. Данное обстоятельство, во-первых, не позволяет всей материи сбиться в один комок. А, во-вторых, делает вакуум вечным двигателем первочастиц.
Вакуум движет первочастицы - и в этом заключается источник всякого движения, всякой энергии и всех ее форм. Все виды энергии питаются, в конечном счете, из энергии вакуума. Какую бы форму энергии мы ни использовали, мы используем энергию вакуума. Можно сказать, что вакуум - это энергия в чистом виде. Как известно, первый закон термодинамики гласит: тепловая и другие виды энергии не исчезают при своих превращениях и не возникают из ничего. Теперь становится понятным, что все виды энергии возникают из энергии вакуума и возвращаются, в конечном счете, в энергию вакуума.
Относительно второго закона термодинамики, который гласит, что все виды энергии переходят в тепло, которое рассеивается в мировом пространстве, можно сказать, что тепло - это результат колебательных движений молекул, атомов, первочастиц. Поскольку колебания последних обусловлены вакуумом, то тепловая энергия переходит в энергию вакуума, из которой она потом опять рождается, порождая все другие виды энергии. Закон сохранения энергии обусловлен постоянством вакуума во Вселенной. Бесконечно большой вакуум Вселенной обусловливает постоянное наличие бесконечно большой неисчерпаемой энергии.
Колебания первочастиц, порождаемые вакуумом, - это простейшая форма энергии вакуума. По цепочке эти колебания передаются на все более высокие ансамбли вплоть до элементарных частиц и молекул, где и воспринимаются как тепло. При всех превращениях различные виды переходят в тепло, возвращаются в свою простейшую исходную форму. Энергия тепловых колебаний молекул, в конечном счете, исчерпывается и лишь в этом смысле рассеивается в мировом пространстве. В этом и состоит суть второго закона термодинамики, с которым связывается «тепловая смерть» Вселенной. Однако слухи о ее смерти слишком преувеличены. Ибо вакуум всегда будет колебать первочастицы и их ансамбли, тем самым создавая условия для возникновения энергий более высокого порядка. Поэтому ни о какой смерти Вселенной речи быть не может.
Во Вселенной всегда в одних областях нарастает беспорядок, энтропия, а в других областях или даже в тех же, но на других уровнях организации материи, возрастают антиэнтропийные процессы, на основе беспорядочных колебаний первочастиц образуются островки упорядоченных колебаний и в этом смысле нарастает порядок, происходит уменьшение энтропии. В целом во Вселенной между энтропией и негоэнтропией существует устойчивое равновесие. Поэтому Вселенная в целом может существовать вечно.
Идея вакуума как движущей силы была уже высказана Полом Девисом: «...вакуум следует рассматривать как своего рода «фермент» квантовой активности, кишащей виртуальными частицами, и насыщенный сложными взаимодействиями»; «.благодаря собственной физической природе вакуума Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для «создания» и «оживления» материи (то есть первочастиц - В.С.), а также инициирует порождающий ее взрыв. Это и есть космический «бутстреп» («шнурки»), за которые Вселенная сама себя вытаскивает»; «Вакуум служит у природы волшебным, бездонным кувшином энергии».
Квант вакуума, втягивая в себя первочастицу, придает ей ускорение, и она летит дальше со скоростью, стремящейся к бесконечности, до столкновения с другой первочастицей. Чем дальше друг от друга отстоят первочастицы в межзвездной и межгалактической среде, тем их пробег длиннее, а температура ближе к абсолютному нулю, и наоборот. Наименьшая длина пробега первочастиц обнаруживается в электронах, протонах и нейтронах.
Вакуум дает импульс первочастице, и она, не встречая сопротивления, будет двигаться по прямой с бесконечно большой скоростью на бесконечно большое расстояние. Изменить направление движения данной первочастицы может только другая первочастица в момент их встречи. После этого данная первочастица летит в другом направлении, но опять-таки по прямой линии. Эту линию можно рассматривать как последовательность точек, квантов вакуума, которые последовательно втягивают в себя первочастицу.
Энергия вакуума обнаруживается благодаря первочастицам. Двигаясь с бесконечно большой скоростью, первочастицы почти мгновенно передают воздействия из одного конца бесконечно большой Вселенной в противоположный.
Единичная энергия, сообщаемая каждой первочастице вакуумом, порождает в малых пространственных объемах конечную, хотя и очень малую энергию. По оценке космологов, плотность «темной энергии» не превышает 4 электрон-вольт на куб.мм. Для сравнения: масса покоя одного электрона равна 511 тыс. электрон-вольт. Но в масштабах Вселенной эта энергия бесконечно большая. Настолько большая, что ее достаточно для возбуждения движения первочастиц во всей бесконечной Вселенной на все бесконечно большое время ее существования.
Таким образом, единственным источником энергии во Вселенной является вакуум, который движет первочастицы и образующиеся из них ансамбли.
Любая первочастица занимает квант вакуума, который становится уже не вакуумом, поскольку заполнен первочастицей. А вот соседний - это действительно квант вакуума, который притягивает (втягивает) в себя первочастицу. Но какой из квантов вакуума, окружающих первочастицу, втянет ее в себя - это дело случая. Поэтому можно сказать, что первочастицы обладают бесконечным множеством степеней свободы. Их траектория напоминает броуновское движение, которое можно характеризовать как хаос.
Как уже было сказано, каждая первочастица летит по прямой до столкновения с другой первочастицей. Но первочастицы летят к какой-то одной со всех направлений и могут столкнуться с нею или между собой в ближайших окрестностях, где сначала вакуум таскает первочастицы хаотично. Однако, со временем их перемещения в определенных микрообластях синхронизируются. В мире хаоса и разрушения по законам синергетики - науки о том, как из хаоса образуется порядок - возникают островки стабильности, которым нужно выжить и самосохраниться в бурной флуктуации первочастиц. Получившиеся микроэлементарные, относительно устойчивые образования можно назвать ансамблями. Сначала образуются простейшие ансамбли, включающие 2-3 первочастицы, затем они усложняются. Сначала образуются очень рыхлые ансамбли, затем они уплотняются.
Главное действие вакуума - собрать первочастицы в ансамбли. Под его воздействием ряд первочастиц, во-первых, включается в один хоровод. Во-вторых, этот хоровод становится все теснее. В-третьих, он становится все устойчивее - вплоть до образования элементарных частиц.
Возможны несколько сценариев их возникновения. Один из них основан на том, что первочастицы обладают свойством когерентности, самосцепления. В результате столкновения они образуют единое целое, одну более крупную частицу второго уровня. Дуплеты, триплеты и так далее соударяются сильнее и сцепляются прочнее.
Второй сценарий. Вакуум может также стянуть первочастицы из всех точек сферы. Как только они столкнулись в центре, сразу же возможен их отскок, поскольку, как уже сказано, между первочастицами нет силы притяжения. В момент столкновения вакуум вокруг первочастиц становится свободным от них, и лишь в этом смысле напряженным. Он оттягивает первочастицы от центра и с периферии, размещая их на шаровой поверхности. В результате образуются области вакуума внутри и снаружи шарового слоя. Внутренний вакуум снова стягивает первочастицы с шаровой поверхности в центр и усиливает внешний вакуум, который снова может растянуть, растащить упруго соударившиеся и оттолкнувшиеся первочастицы из центра. В случае отсутствия внешних воздействий эти процессы могут продолжаться достаточно долго. У первочастиц остается лишь две степени свободы колебаний: к центру - от центра. Так образуется один из простейших ансамблей, на основе которых может возникнуть одна из элементарных частиц (кварк или нейтрино).
Связи между первочастицами в ансамбле благодаря вакууму более «тесные», «плотные» и интенсивные, чем между первочастицами данного и других ансамблей. То же самое можно сказать и об ансамбле ансамблей: внутри ансамбля каждого уровня связи «прочнее», чем между ансамблями или структурами следующего уровня.
Надо отметить также полиструктурность ансамблей - множественность структурной организации первочастиц в них.
Дуплеты, триплеты и гораздо более многочленные ансамбли начинают оказывать организующее воздействие на окружающие первочастицы. Абсолютно хаотичные в начале движения и колебания первочастицы ведут, в конце концов, к повышению уровня их организованности, к эволюционированию вдоль интегральных кривых самоорганизации в пространстве метастабильных состояний. Дуплеты, триплеты и так далее претерпевают дискретную серию нелинейных бифуркаций. Но диалектика такова, что именно в точках бифуркаций осуществляется телеономный фазовый переход к новым, можно сказать, дис-сипативным структурам.
Вакуум то растаскивает, то стягивает первочастицы. Так образуются и взрываются своеобразные «черные дыры» на самом глубоком уровне своего существования. Вначале внутренний вакуум (между первочастицами) стягивает их. Это можно схематично изобразить так:
\ /•
(Здесь и далее точка изображает первочастицу, а палочка - вакуум). Но затем, когда первочастицы сближаются вплотную, внутренний вакуум исчезает, и картина меняется:
Внешний вакуум растаскивает их. В любом случае первочастица всегда связана с квантом вакуума. Их единство нами названо дуполем, графически который можно изобразить как —•.
Если вакуум принять за положительный знак, за плюс, то первочастица будет иметь отрицательный знак, минус. В этом состоит первооснова и первопричина положительных и отрицательных зарядов, магнитных полюсов и электричества.
В двухмерном пространстве сочетания первочастиц и квантов вакуума можно представить следующими вариантами:
1) •—•, 2) —•—•, 3) —••—, 4) —^—,5)
Пятый вариант изображает первочастицу, окруженную со всех сторон вакуумом, который равномерно тянет ее во все стороны. Если ни у одного из векторов нет каких-либо преимуществ и дополнительных воздействий, то первочастица неподвижна. При условии, что все первочастицы равномерно окружены вакуумом и поэтому все неподвижны, наступила бы фундаментальная смерть Вселенной: никакого движения, никакого развития, никакого разнообразия форм. Везде одно и то же. Никакой информации. Информация со всех направлений, по всем п векторам идет одна и та же: везде стабильно и безжизненно.
Для возникновения движущейся, живой Вселенной нужен первый толчок. Уже достаточно аргументированно обоснован вывод, что материя, Вселенная, пространство и время, а значит и движение первочастиц в вакууме существовало и будут существовать всегда. Благодаря неисчерпаемой силе вакуума неподвижных первочастиц нет, поэтому Вселенная всегда была и будет живой. В силу сказанного проблема первого толчка отпадает. Тем более, что любое ее решение ничего для общей картины мира и для практики не дает.
Представление о флуктуации первочастиц можно дать с помощью следующей схемы: 1) —••—, 2) •—•, 3) —••—.
Это значит, что первочастицы сначала сталкиваются, затем упруго отталкиваются и втягиваются «своим» квантом вакуума до наступления следующего столкновения и так далее. 100
Если диаметр первочастицы принять равным 10- см, то «длина» вакуума и пробега первочастиц в космическом пространстве составит 10-94 см.
Электромагнетизм относится к ансамбдям^более сложным, чем дуполи. Если у двух ансамблей все дуполи ориентированы так: —• то первочастицы сталкиваются как одинаково отрицательно заряженные. Если дуполи у ансамблей ориентированы так: то эффект тот же: связанный с первочастицами вакуум не препятствует, а, наоборот, обусловливает столкновение первочастиц с последующим отталкивающим эффектом. Таким образом, отталкиваются, в конечном счете, первочастицы, хотя общее правило - «одноименные заряды отталкиваются» - сохраняется.
Два дуполя при движении навстречу плюсовым (вакуум) или минусовыми (первочасти-ца) частями после контакта упруго оттолкнутся. При движении плюсовой к минусовой части или минусовой к плюсовой может образоваться цепь из четырех частиц. Если цепей очень много, то образуются струны гравитации и ансамбли более высоких уровней, о которых можно прочесть в моей книге «Жизнь и разум. Раскрытые тайны Вселенной».
Литература
1. Сибирцев В. А. Жизнь и разум. Раскрытые тайны Вселенной. М.: Амрита Русь, 2009.
