Типы движения во Вселенной. Движение как перемещение тел в пространстве относительно друг друга

КАРТА САЙТА

Эту свою работу посвящаю
светлой памяти своего школьного учителя физики -
Пивоварова Анатолия Павловича.

Типы движения во Вселенной

© А.В. Галанин 2011

Движение как перемещение тел в пространстве относительно друг друга. Законы механического движения. Гравитация в теории Ньютона || Энергетика звезд. Динамика звезд || Раздвижение пространства. Движение в микромире

Раздвижение пространства

Все видимые с Земли галактики входят в Метагалактику - систему более высокого уровня. Современные астрофизики Метагалактику склонны считать всей Вселенной. Наша Галактика, или система звезд Млечного Пути, — одна из звёздных систем, входящих в состав Метагалактики. В начале ХХ века удалось доказать, что многие из известных ранее светлых туманностей, звёздная природа которых долгое время оставалась под сомнением, являются в действительности гигантскими звёздными системами, подобными нашей Галактике. Согласно последним признанным оценкам, размеры видимой части Метагалактики лежат в пределах 13,4-15 миллиардов световых лет (http://ru.wikipedia.org/wiki/). Чтобы пересечь видимую нами в самые мощные телескопы часть Метагалактики, свету требуется столько земных лет. Кстати, свет в вакууме распространяется со скоростью 300 тыс. км в секунду. Около 1 млрд. галактик доступны наблюдению современными телескопами.

Часть видимой в современные телескопы Метагалактики. Распределение галактик во Вселенной (по Дж. Пибблсу). Каждая светлая точка - это целая галактика. Яркие светлые пятна - скопления галактик.

Детальные исследования внегалактических объектов привели к открытию галактик разных типов - радиогалактик, квазаров и др. В пространстве между галактиками находятся отдельные звёзды, а также межгалактический газ, космические лучи, электромагнитное излучение; внутри скоплений галактик содержится и космическая пыль.

Средняя плотность вещества в известной нам части Метагалактики оценивается различными авторами от 10 в -31 степени до 10 в -30 степени г/см³. В пределах Метагалактики наблюдаются значительные местные неоднородности. Многие галактики составляют группировки различной степени сложности — двойные и более сложные кратные системы; скопления, включающие десятки, сотни и тысячи галактик; облака, содержащие десятки тысяч (и более) галактик. Так, например, наша Галактика и около полутора десятков ближайших к ней галактик являются членами небольшого скопления, так называемой местной группы галактик. Скопление, содержащее несколько тысяч галактик, видно в созвездиях Девы и Волос Вероники на расстоянии около 40 млн. световых лет от нас. Распределение галактик в масштабе всей известной части Метагалактики не обнаруживает систематического падения плотности в каком-либо направлении, что могло бы указывать на приближение к ее границам. (Б. А. Воронцов-Вельяминов. Большая советская энциклопедия).

Наша Галактика вместе с Туманностью Андромеды и тремя десятками других менее крупных галактик образует Местную группу галактик. Эта группа в свою очередь входит в крупное скопление галактик с центром в направлении на созвездие Девы. В центре скопления находится очень массивная эллиптическая галактика, обозначаемая как Дева А, и само это скопление, насчитывающее в своем составе около тысячи галактик, называется скоплением в Деве. Скопление в Деве служит ядром еще более крупного образования, называемого Местным сверхскоплением. Кроме скопления в Деве в него входит еще несколько скоплений и групп галактик. Местное сверхскопление - это уплощенная система. Сейчас находят и другие сверхскопления, подобные Местному сверхскоплению. Вместе они образуют нечто вроде сетчатой структуры. Протяженные сверхскопления соединяются и пересекаются; они служат "стенками" ячеек (метагалактических пузырей), внутри которых галактики почти полностью отсутствуют. (http://secretspace.ru/index_770.html).

Ученые считают, что расширение Вселенной началось 18 млрд. лет назад "Большим Взрывом" из сверхплотного состояния - сингулярности. Что в действительности произошло тогда и каким образом всему веществу Вселенной были сообщены начальные скорости расширения, неизвестно. Это составляет, пожалуй, самую трудную проблему современной астрономии и физики.

Вещество Вселенной представляло собою тогда необычайно плотную и горячую плазму, ионизованный газ, пронизанный к тому же мощным электромагнитным излучением. Высокая плотность вещества в ранние эпохи следует из теории космологического расширения: если сейчас в среднем по Вселенной плотность вещества падает из-за общего расширения, то в прошлом она была, очевидно, больше. Чем дальше в прошлое, тем более плотным должно было быть вещество Вселенной. Теория утверждает, что в прошлом Вселенной существовал такой момент, когда плотность была (формально) бесконечной. Тогда-то и произошел "Большой Взрыв", с которого началась история расширяющейся Вселенной.

Космология Фридмана дает динамику Вселенной, но ничего не говорит о ее температуре. Динамику нужно дополнить еще термодинамикой. При этом, в принципе, допустимы две крайние возможности: 1) неограниченное возрастание плотности вещества при взгляде в прошлое Вселенной сопровождается и неограниченным возрастанием его температуры; 2) начальная температура Вселенной равна нулю.

Идею "горячего начала" Вселенной выдвинул в 40-е годы прошлого века физик Г. Гамов. Но с ней успешно конкурировала и идея "холодного начала", тоже отнюдь не тривиальная. (Нильс Бор по поводу противоположных гипотез заявил, что по-настоящему глубокая идея всегда такова, что противоположное ей утверждение тоже представляет собой глубокую идею.)

Исходным мотивом и целью гипотезы горячей Вселенной было объяснение наблюдаемого химического состава звезд. В плотном и горячем веществе в первые минуты космологического расширения могли происходить разнообразные ядерные реакции, и в этом "котле", как предполагалось, должно было "свариться" вещество нужного состава, из которого в дальнейшем и образуются все звезды Вселенной. И действительно, теоретический расчет показывает, что по завершении этого процесса подавляющая часть вещества - до 75% (по массе) - приходится на водород и почти 25% - на гелий. Это очень близко к тому, что в действительности наблюдается во Вселенной. Что же касается более тяжелых элементов, то в космологическом "котле" их может "свариться" очень мало, меньше сотой доли процента. Они возникают в основном гораздо позже, в термоядерных реакциях, протекающих уже в самих звездах.

Согласно общим законам термодинамики, вместе с горячим веществом в ранней Вселенной обязательно должно было существовать излучение - совокупность электромагнитных волн, распространявшихся во всех направлениях. Об этих пакетах волн можно говорить и как о газе частиц - фотонов - квантов электромагнитных волн. Температура газа фотонов такая же, как и температура излучения. В ходе общего космологического расширения температура вещества и фотонов падает с падением плотности от очень больших до очень малых значений, но фотоны при этом никуда не исчезают, они должны сохраниться до современной эпохи, создавая общий фон излучения во Вселенной. Это предсказание теории Гамова подтвердилось в 1965 г., когда астрофизики А. Пензиас и Р. Вильсон обнаружили космический фон электромагнитного излучения. Температура фотонов оказалась очень низкой - всего около трех градусов по шкале Кельвина. Электромагнитные волны, соответствующие такому холодному газу фотонов, принадлежат в основном диапазону миллиметровых волн. По предложению астронома И. С. Шкловского, это излучение было названо реликтовым. (Информация из книги И. Д. Новикова "Эволюция Вселенной". М.: Наука, 1983).

Фиг. 15. Скопление галактик в Метагалактике. Трудно представить, что все эти светлые круглые и вытянутые пятнышки - галактики, что в каждой из них миллионы звездных систем с планетами.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:HUDF-JD2.jpg

В 20-е годы ХХ века было открыто странное космическое явление - разбегание галактик в Метагалактике: сначала это открытие сделал теоретически Гамов, затем факт разбегания галактик доказал экспериментально Хабл. Галактики "разбегаются", и доказательство этому - смещение линий спектра в красную сторону. Это значит, что от улетающей галактики световые электоромагнитные волны, долетая до Земли, "растягиваются" - становятся длиннее. В конце ХХ века астрофизики установили, что чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она от нас удаляется, а самые дальние галактики удаляются от нас со скоростью света (300000 км/сек).

Но ведь из Общей Теории Относительности следует, что в нашей Вселенной скоростей больше скорости света быть не может. Как же это объяснить? Неужели Эйнштейн был неправ?

Космофизики пытаются объяснить резбегание галактик теорией Большого Взрыва, согласно которой Метагалактика (наша Вселенная) возникла из некоего сверхплотного тела (сингулярности) в результате его взрыва 18 миллиардов лет назад. Галактики, согласно этой теории, - это результат остывания плазмы, образовавшейся при Большом взрыве.

Согласно теории Большого Взрыва, в этой плазме возникли неоднородности (причин возникновения неоднородностей теория не называет), затем стали образовываться огромные облака, которые по мере остывания сжимались. В результате элементарные частицы, из которых состояли эти облака, взаимодействуя друг с другом, образовали атомы, атомы объединялись в молекулы, из молекул в результате дальнейшего сжатия облаков образовались ядра звезд и планет. Но энергия, которая была передана облакам плазмы при Большом взрыве, сохранилась, поэтому галактики и разбегаются. Но почему дальние галактики убегают быстрее ближних? На этот вопрос молчит наука.

Фиг. 16. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике.

Теория Фридмана, как и все прочие космологические теории, в качестве основного постулата использует утверждение об изотропности метагалактики, точнее, о равномерности распределения в ней вещества. Якобы в масштабах Метагалактики это так, потому что иначе быть не может. Но, глядя на эти фотографии и рисунки, основанные на конкретных астрономических наблюдениях, я засомневался в справедливости этого постулата, а точнее, допущения. Галактики в Метагалактике распределены неравномерно! Они образуют в Метагалактике так называемую "сотовую структуру", располагаясь по стенкам огромных пустых пузырей, заполненных вакуумом.

Фиг. 17. Неравномерное распределение галактик в Метагалактике.

Я уже писал раньше, что галактики на самом деле не разбегаются, а расширяется пространство - расширяется вакуум, который разделяет скопления галактик. Этот процесс можно назвать растягиванием трехмерного пространства-вакуума в тех частях Вселенной, где концентрация вещества меньше некоторого минимума. Причем пространство-вакуум растягивается в каждой точке - оно просто раздвигается. Поэтому, чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется, поэтому самые дальние видимые галактики удаляются от нашей галактики со скоростью, близкой к скорости света. А те галактики, которые находятся дальше некоторого расстояния L (за горизонтом Метагалактики), удаляются от нас со скоростью большей, чем скорость света, поэтому для нас они невидимы - они "за горизонтом" видимости. Но они есть, и если бы мы передвинулись на несколько миллиардов световых лет, то увидели бы галактики, которые из нашей точки не видны. Но в то же время стали бы невидимыми дальние галактики с противоположной стороны, от которых мы удалились.

Если бы мы могли моментально переместиться на край видимой нами сейчас Вселенной, мы бы увидели, что этого края нет, что за ним простираются миллиарды галактик, которые тоже "разбегаются". И где бы мы не очутились в Метагалактике, нам всюду бы казалоссь, что мы находимся в ее центре.

Фиг. 18. Сотовая структура Метагалактики. Галактики в Метагалактике располагаются по поверхности "пузырей расширяющегося вакуума".

Но есть вопрос: а является ли движением в обычном понимании растяжение вакуума - расширение Вселенной? Мы привыкли считать, что движение тел в поле гравитации вызывают силы притяжения этих тел друг к другу. Силы действуют на тела и в результате их непосредственного соударения (бильярдные шары). Силы притяжения вызывают движение планет вокруг звезд и звезд вокруг центров галактик. А в случае растяжения вакуума разве никаких сил нет? Вероятно, силы есть, только это силы антигравитации, ведь они раздвигают пространство и "разбрасывают" галактики. Полномасштабное космическое взаимодействие - это не только притяжение одних тел к другим, но это и разбегание галактик друг от друга в результате раздвижения вакуума.

Думаю, что если концентрация гравитирующей массы в некотором объеме пространства выше определенной величины G, то пространство в этом объеме не растягивается, здесь гравитация и антигравитация уравновешивают друг друга. Но если концентрация гравитирующей массы в некоторой части пространства значительно меньше этой величины, то тогда антигравитация преобладает и вакуум раздвигается. Но когда концентрация вещества значительно больше G, то тогда космические тела падают друг на друга, образуют сверхплотные тела, которые космофизики называют сингулярностями.

Возможно ли обычное перемещение тел в раздвигающемся пространстве-вакууме? Иными словами, возможны ли межгалактические перелеты космических кораблей сквозь пузыри раздвигающегося пространства, основанные на известном нам принципе устройства космических кораблей - "действие равно противодействию", т.е. на реактивной тяге? Думаю, что движение космического корабля в межгалактическом пространстве раздвигающегося межгалактического пузыря будет похоже на движение пловца к берегу, когда отливное течение уносит его от берега. Космический корабль должен развить скорость большую, чем скорость раздвижения пространства-вакуума. Если его скорость будет меньше скорости раздвижения пространства-вакуума, то он будет не приближаться к цели, а удаляться от нее. Для межгалактических полетов потребуются особые двигатели - "пожиратели вакуума". Но вот во что они будут преобразовывать этот вакуум? Может быть, в элементарные частицы или излучение? Пока наука не готова ответить на этот вопрос. Наверное, проще в Метагалактике передвигаться по стенкам метагалактических пузырей, в этом случае, двигаясь по кривой, можно быстрее достичь цели, нежели лететь сквозь метагалактический пузырь.

Итак, мы познакомились с тремя способами изменения расстояния между телами в пространстве - тремя типами движения: 1 - перемещение при соударении, 2 - движение в поле гравитации в результате гравитационного притяжения и 3 - перемещением в результате раздвижения пространства-вакуума.

Фиг. 19. Участок звездного неба, увиденный в телескоп. Видны мириады звезд а также странные темные участки, в которых звезд нет, или которые поглощают идущий к нам от них свет (непрозрачные участки). А может, это пузыри раздвигающегося пространства-вакуума?

Во всех трех случаях изменение расстояний между объектами мы считаем движением и не видим принципиальной разницы между вторым и третьим типом движения. А ведь в одном случае мы имеем дело с гравитацией, а в другом - с антигравитацией. Думаю, правильнее и тот и другой тип движения считать проявлениями гравитации, расширив это понятие. Во втором случае гравитация будет положительной, а в третьем - отрицательной. В теории относительности Эйнштейна постулируется воздействие вещества на пространство-вакуум: массивные тела искривляют пространство. Но в его теории ничего не говорится о том, что будет происходить с пространством-вакуумом, если вещества в нем будет очень мало. Априори считается, что в этом случае с пространством-вакуумом ничего происходить не будет. Однако разбегание галактик в Метагалактике говорит нам о другом.

Если в пределах звездных систем и галактик главную роль играет положительная гравитация, то в пределах Метагалактики - отрицательная и положительная. Вакуум и вещество - суть две взаимодействующие формы материи, из которых построена наша бесконечная в пространстве и времени Вселенная. А гравитационное взаимодействие может быть как положительное, так и отрицательное.

Считаю, что прав был древний грек Гераклит Эфесский, который писал: "Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющим и закономерно угасающим". Или в другом переводе: " Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов, ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим".

Измеряя световую энергию, излучаемую Млечным Путем, можно приблизительно определить массу нашей галактики. Она равняется массе ста миллиардов Солнц. Однако, "изучая закономерности взаимодействия того же Млечного Пути с близлежащей галактикой Андромеды, мы обнаруживаем, что наша Галактика притягивается к ней так, как будто весит в десять раз больше», пишет Давид Шрамм. Астрофизики уверенно заявляют, что Вселенная простирается на Х световых лет и ее возраст - У миллиардов лет.

Для нескольких тысяч галактик измерены расстояния от нас. Они оказались расположены на таком большом расстоянии, что их свет от них идет до нас около 10 млрд. лет. Ближайшие к нам галактики — Магеллановы облака - расположены на расстоянии около 150000 световых лет, а Туманность Андромеды расположена в десять раз дальше. Большинство галактик в телескоп выглядят как маленькие туманные пятнышки. Невооруженным глазом можно увидеть три ближайшие к нам галактики: Туманность Андромеды в Северном полушарии, Большое и Малое Магеллановы облака в Южном полушарии неба.

Мы не имеем ясного представления о нашей Галактике - Млечном Пути. Астроном Б. Дж. Бок пишет: «Я вспоминаю середину 70-х годов, когда я и мои коллеги, исследователи Млечного Пути, были абсолютно уверены в себе. В то время никому не могло прийти в голову, что очень скоро нам придется пересмотреть свои представления о размерах Млечного Пути, увеличив его диаметр втрое, а массу вдесятеро». Но и наша собственная Солнечная система остается для нас загадкой. Традиционное объяснение происхождения планет, согласно которому планеты образовались в процессе конденсации облаков космической пыли и газа, имеет под собой довольно шаткий фундамент. Профессор В. Мак-Рей пишет: «Проблема происхождения Солнечной системы продолжает оставаться, пожалуй, самой значительной из всех нерешенных проблем астрономии». Пока что нет никаких оснований утверждать, что все ответы на вопросы космологии уже описаны математическим формулами, преждевременно отвергать альтернативные подходы, которые могут быть основаны на иных законах и принципах, чем известные нам законы физики.

Согласно теории Большого взрыва, Вселенная (=Метагалактика) возникла из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой. Это состояние, называемое сингулярностью, не поддается математическому описанию. Такое начальное состояние в принципе не может быть описано математически. Об этом состоянии ровным счетом ничего нельзя сказать. Все расчеты заходят в тупик. Это все равно что заниматься делением какого-то числа на ноль. Профессор Б. Лоувел писал о сингулярностях следующее: «В попытке физически описать исходное состояние Вселенной мы натыкаемся на препятствие. Вопрос в том, является ли это препятствие преодолимым? Может быть, все наши попытки научно описать исходное состояние Вселенной заранее обречены на неудачу?" Пока что это препятствие не смогли преодолеть даже самые выдающиеся ученые, разрабатывающие теорию Большого взрыва.

В научно-популярных изложениях теории Большого взрыва сложности, связанные с исходной сингулярностью, либо замалчиваются, либо упоминаются вскользь, но в специальных статьях ученые, делающие попытки подвести математическую базу под эту теорию, признают их главным препятствием. Профессора математики С. Хоукинг и Г. Эллис отмечают в своей монографии «Крупномасштабная структура пространства-времени»: «На наш взгляд, вполне оправданно считать физическую теорию, которая предсказывает сингулярность, несостоявшейся». Гипотеза о происхождении Вселенной, которая постулирует, что исходное состояние Вселенной не поддается физическому описанию, выглядит довольно подозрительно. Но это еще полбеды. Следующий вопрос: откуда взялась сама сингулярность? И ученые вынуждены объявить математически неописуемую точку бесконечной плотности и бесконечно малых размеров, существующую вне пространства и времени, безначальной причиной всех причин. ( Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/4.htm )

Б. Лоувел утверждает, что сингулярность в теории большого взрыва «часто представлялась как математическая проблема, возникшая из постулата об однородности Вселенной». Чтобы скорректировать это, теоретики стали вводить в свои модели сингулярности асимметрию, аналогичную той, которую можно видеть в наблюдаемой Вселенной. Таким образом, они надеялись внести в исходное состояние Вселенной достаточную неупорядоченность, необходимую для того, чтобы сингулярность не сводилась к точке. Однако все их надежды были разрушены Хоукингом и Эллисом, которые утверждают, что, согласно их расчетам, неоднородная сингулярность существовать не может».

В 60-е годы нынешнего столетия было обнаружено микроволновое фоновое излучение, равномерно заполняющее все космическое пространство. Оно представляет собой радиоволны миллиметрового диапазона, распространяющиеся по всем направлениям. Таинственное явление было открыто радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что оба были удостоены Нобелевской премии. «Фотонный газ» равномерно заполняет всю Вселенную. Его температура близка к абсолютному нулю - около 3^оК. Зато энергия, сосредоточенная в нем, превышает световую энергию всех звезд и галактик, вместе взятых, за все время их существования.

Новооткрытое явление немедленно было истолковано как температурно ослабленное излучение, образовавшееся вместе со всей Вселенной в результате Большого взрыва 10-20 миллиардов лет тому назад. За истекшее время эти, по-другому называемые еще «реликтовыми», фотоны якобы успели остыть до температуры около трех градусов по шкале Кельвина. «Нормальными» и «ослабленными» световыми квантами наполнено все космическое пространство: на каждый протон приходится несколько десятков миллионов таких фотонов. Так что же представляет собой это загадочное «реликтовое» излучение? И можно ли говорить о «реликтовых» фотонах?

Движение в микромире

Но есть еще одна разновидность движения - это движение в микромире, которое в принципе отличается и от перемещения тел в пространстве, и от раздвижения этого пространства. Эта разновидность движения еще более загадочна, чем движение в результате раздвижения пространства-вакуума. От рассмотрения явлений в масштабе Метагалактики мы должны перейти к рассмотрению явлений в масштабе субатомном - перейти в микромир. Мы смогли убедиться в том, что движение в масштабе Метагалактики в принципе отличается от движения в масштабе Солнечной системы. А что же происходит в масштабе атомов и элементарных частиц? Оказывается, в микромире движение еще более необычно, чем в Метагалактике.

Когда пучок элементарных частиц проходит через небольшое отверстие, то на выходе наблюдается странная картина. Этот пучок ведет себя как волна - он, пройдя отверстие, несколько рассеивается. Если бы частицы были упругими шариками, то такого явления мы наблюдать не могли бы. Те частицы, которые попали в отверстие, продолжали бы двигаться в том же направлении, а те, которые не попали, отскочили бы назад. Рассеивание пучка элементарных частиц после прохождения через отверстие называется дифракцией. Ограниченный в пространстве волновой пучок имеет свойство «расходиться» («расплываться») в пространстве по мере распространения даже в однородной среде. Это явление не описывается законами геометрической оптики и относится к дифракционным явлениям (дифракционная расходимость, дифракционное расплывание волнового пучка).

Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия, то есть проникновение волны в область геометрической тени. Отступление от прямолинейности распространения света наблюдается также в сильных полях гравитации. Экспериментально подтверждено, что свет, проходящий вблизи массивного объекта, например, вблизи звезды, отклоняется в её поле тяготения в сторону звезды. Таким образом, и в данном случае можно говорить об «огибании» световой волной препятствия. Однако, это явление не относится к дифракции.

Вместе с тем, во многих случаях дифракция может быть и не связана с огибанием препятствия. Такова, например, дифракция на непоглощающих (прозрачных), так называемых фазовых структурах.

На схемах справа показана интенсивность ударов частиц, прошедших сквозь отверстие на экран, который находится за отверстием. Фото с сайтов: http://ru.wikipedia.org/wiki/ и http://teachmen.ru/work/lectureW/.

В 1900 г. Макс Планк ввёл универсальную постоянную h, позднее получившую название "постоянной Планка". Именно дату этого события часто считают годом рождения квантовой теории. В 1913 г. для объяснения структуры атома Нильс Бор предложил существование стационарных состояний электрона в атомах химических элементов, состояний, в которых энергия может принимать лишь дискретные значения. Квантовая гипотеза Планка состояла в том, что любая энергия элементарными частицами поглощается или испускается только дискретными порциями. Эти порции состоят из целого числа квантов с энергией, пропорциональной частоте электромагнитного колебания с коэффициентом пропорциональности, определяемым по формуле:

, где h — постоянная Планка, и .

В 1905 году, для объяснения явлений фотоэффекта, Альберт Эйнштейн, использовав квантовую гипотезу Планка, предположил, что свет состоит из порций - квантов. Впоследствии «кванты» получили название фотонов.

В 1923 году Луи де Бройль выдвинул идею двойственной природы вещества, согласно которой поток материальных частиц обладает и волновыми свойствами, и свойствами частицы с массой и энергией. Это предположение в 1927 году получило экспериментальное подтверждение при исследовании дифракции электронов в кристаллах. До принятия гипотезы де Бройля дифракция расценивалась как исключительно волновое явление, но согласно гипотезе де Бройля дифракцией могут обладать потоки любых элементарных частиц.

В 1926 году Э. Шрёдингер создал на основе этих идей волновую механику, содержащую новые фундаментальные законы кинематики и динамики. Развитие квантовой механики продолжается до сих пор. Помимо квантовой механики, важнейшей частью квантовой теории является квантовая теория поля.

«По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех её конкретных проявлений.» ( Физическая энциклопедия. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ). «Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны.» (Физический энциклопедический словарь. МАССА). «... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным.» (Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337.) «... элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля ...» (А.Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689.)

С современной точки зрения, частицы материи - это квантованные волновые образования, возбуждённые состояния квантового поля, т.е. рассмотрение полевого строения элементарных частиц надо начинать с анализа свойств возмущений поля (полевых потоков), которые представляют возбуждённые состояния. Например, частицы фотоны - это элементарные возбуждения электромагнитного поля, состоящие из элементарных электрических и магнитных возмущений. В описании полевых процессов пока ещё много неясного, поэтому попытаюсь прочитать физическую литературу как бы между строк, точнее, между цитат и проанализировать то, что из них логически вытекает, но скромно умалчивается. Также цитаты служат напоминанием, если кто подзабыл физику. (Алеманов С.Б. Волновая теория строения элементарных частиц. - М.: "БИНАР", 2011 г. - 104с.).

«Однако позже выяснилось, что пустота - "бывший эфир" - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля ("нулевые колебания"), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие ("виртуальные") частицы могут сделаться реальными - из "пустоты" рождается сноп частиц. Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию "эфир", но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют "вакуумом" или "физической пустотой".» (Академик А.Мигдал).

Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля стало поворотным моментом в развитии квантовой механики. Это послужило оформлению идей корпускулярно-волнового дуализма. Подтверждение этой идеи для физики стало важным этапом, поскольку дало возможность не только характеризовать любую частицу, присваивая ей определённую индивидуальную длину волны, но также полноправно использовать её в виде определённой величины в волновых уравнениях при описании явлений.

Появление квантовой теории связано с тем, что в рамках классической механики невозможно, например, объяснить движение электронов вокруг атомного ядра. Согласно классической электродинамике, электрон, вращающийся с большой скоростью вокруг атомного ядра, должен излучать энергию, при этом его кинетическая энергия должна уменьшаться, и он непременно должен упасть на ядро. Но электроны вопреки этому на ядро не падают, поэтому атомы как системы устойчивы. Существование устойчивых атомов, согласно классической механике, просто невозможно. Квантовая теория — это совершенно новый взгляд, позволяющий с огромной точностью описывать необычное поведение электронов и фотонов.

Некоторые свойства квантовых систем кажутся необычными в рамках классической механики, например, такие, как невозможность одновременно измерить координату частицы и ее импульс, или несуществование определённых траекторий движения электронов вокруг ядер. Наша повседневная интуиция, основанная на наблюдениях явлений макро и мега уровней, никогда не сталкивается с таким типом движения, поэтому в данном случае «здравый смысл» дает сбой, поскольку он годится только для макроскопических систем. Законы механики и теория гравитации Ньютона применимы для описания движения в макромире, теория относительности - для описания общей структуры пространства-времени, а квантовая механика - для объяснения поведения субатомных частиц. К сожалению, теория Эйнштейна и квантовая теория попрежнему явно противоречат друг другу.

Первым шагом на пути к интеграции обеих теорий является теория квантового поля. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно». Пока никто не имеет ни малейшего представления о том, как это сделать. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm).

Физик Д. Бем писал: «Всегда имеется вероятность того, что будут обнаружены принципиально иные свойства, качества, структуры, системы, уровни, которые подчиняются совсем другим законам природы». Выходом из теоретических затруднений может оказаться теория пространственно-временных туннелей или, как их еще называют, «космических нор», серьезно рассмотренная физиком Дж. Уилером в работе «реометродинамика» в 1962 г. Эта теория предполагает космические туннели как переходы, связывающие прошлое и будущее или даже различные вселенные друг с другом. (http://www.goldentime.ru/Big_Bang/7.htm). Эта теория исходит из того, что наш мир не четырехмерен, как считал А. Эйнштейн, а пятимерен. В пятом измерении точки нашего пространства-времени, удаленные друг от друга на большое расстояние или время, могут располагаться в непосредственной близости друг к другу. Например, две точки на плоскости (двумерное пространство) удалены друг от друга на 20 см, а если плоскость смять, то в третьем измерении эти точки могут оказаться на расстоянии 2 см, но чтобы попасть из одной точки в другую, необходимо выйти за пределы плоскости в трехмерное пространство.

Электронные орбитали атома углерода.

Фото с сайта: http://www.itech-news.ru

Виды электронных орбиталей в атоме водорода.

Фото с сайта: http://www.itech-news.ru

Похоже, что наш мир в малых масштабах пятимерен. Это значит, что элементарные частицы могут "выпадать" из четырехмерного пространства-времени в пятое измерение и появляться в любой точке "смятого" в пятом измерении четырехмерного пространства-времени. Именно поэтому электрон в атоме не имеет орбиты такой, как, например, орбита Земли в Солнечной системе. Он в атоме относительно ядра движется в пятимерном пространстве, поэтому в один и тот же момент времени он может находиться в нескольких точках четырехмерного пространства-времени, так как эти точки в пятом измерении соприкасаются друг с другом.

Электроны в атоме находятся в виде облаков, которые называются орбиталями. Облака-орбитали бывают разные: одни в виде шара - s-электроны, другие в виде гантели - p-электроны. Есть еще более сложные конфигурации электронных облаков. В пределах s-облака и в пределах p-облака невозможно определить местонахождение электрона точно, можно только определить верочтность его пребывания в разных точках этих облаков. Ф. Янчилина в своей книге "По ту сторону звезд", изданной в Москве в 2003 г., для объяснения движения электрона в атоме вводит понятие дискретного движения. Именно так в четырехмерном пространстве времени будет выглядеть движение частицы, которая на самом-то деле движется в пятимерном пространстве.

В начале двадцатого века Эйнштейн ввел понятие четвертого измерения. В настоящее время по мере того, как обнаруживаются новые следствия уравнений гравитационного поля, выведенных Эйнштейном, физикам приходится вводить новые дополнительные измерения. Физик-теоретик П. Дэвис пишет: «В природе в дополнение к трем пространственным измерениям и одному временному, которые мы воспринимаем в повседневной жизни, существуют еще семь измерений, которые до сей поры никем замечены не были». Чтобы понять движение в мире элементарных частиц (микромире), необходимо просто примириться с тем, что этот мир имеет большее число измерений, чем наш макромир, но для понимания этого требуется определенное «растяжение» ума. (Информация взята с сайта: http://www.goldentime.ru/Big_Bang/10.htm).

Ридберговский атом калия в эксперименте физиков из университета Райса (Хьюстон).

Согласно планетарной модели атома, созданной Нильсом Бором, электроны обращаются вокруг ядра атома, как планеты вокруг звезды. Электрон может испускать фотон, переходя с высокого энергетического уровня на низкий. Напротив, поглощение фотона переводит электрон на более высокий уровень, приводит в возбужденное состояние.

Ридберговскими называют атомы, в которых один из электронов внешней оболочки находится в сверхвозбужденном состоянии. Воздействуя на атом лазерным излучением с определенной длиной волны, можно добиться "раздувания" его внешней электронной оболочки, переводя электроны на все более высокие энергетические уровни. В этом случае электроны в атоме вступают в резонанс с электромагнитными колебаниями, направляемыми лазерным лучом. От этого атом увеличивается в размерах - буквально "распухает".

Физики из Университета Райс (Хьюстон) с помощью лазера увеличили атом калия до гигантского размера - миллиметрового, что примерно в десять миллионов раз больше его обычного размера. Результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Согласно квантовой теории, положение электрона на орбите вокруг атома не может быть определено - электрон представляет собой волну, "размазанную" по оболочке. Однако в случае с ридберговскими атомами, электроны переходят в псевдоклассическое состояние, в котором движение электрона можно отслеживать как движение частицы по орбите. "При сильном увеличении размеров атома квантовые эффекты в нем могут переходить в классическую механику модели атома Бора", - поясняет Даннинг. Если это действительно так, то накачивая энергию в электронные орбитали с помощью облучения атомов лазером, мы можем перевести движение электронов из пятимерного пространства-времени в четырехмерное и сделать атом классическим - аналогом звезды с планетами.

"Используя ридберговские атомы в высоковозбужденном состоянии и пульсирующие электрические поля, мы смогли управлять движением электронов и привести атом в планетарное состояние", - говорит ведущий автор исследования Барри Даннинг. Группа ученых из Университета Райс, используя лазер, довела уровень возбуждения атома калия до чрезвычайно высоких значений. С помощью тщательно подобранных серий коротких электрических импульсов им удалось привести атом в состояние, в котором "локализованный" электрон обращался вокруг ядра на значительно большем расстоянии. Диаметр электронной оболочки достиг при этом одного миллиметра. По словам Даннинга, электрон оставался локализованным на определенной орбите и вел себя почти как "классическая" частица. (http://ria.ru/science/20080702/ 112792435.html).

В заключении хочу сказать, что физикой я увлекся в 8-м классе в 1962 г. благодаря учителю физики Пивоварову Анатолию Павловичу. После окончания школы пытался поступить в МИФИ, но не прошел медкомиссию - подскочило давление. Пришлось круто изменить намерения. Но размышлять о причинах и типах движения во Вселенной не переставал с 1962 г. Стал ботанико-географом, а физика оттеснилась в разряд хобби. Но, выйдя на пенсию, решил поделиться своими мыслями о типах движения со всеми, кто "любит растекаться мыслию по всей Вселенной", поместив эти 3 странички на свой сайт. Не претендуют на то, чтобы вы поверили в мои гипотезы, но хочу, чтобы они послужили катализатором для работы вашего мозга, пытающегося понять суть вещей и явлений.

При подготовке статьи была использована информация с сайтов:

http://www.ligis.ru/ astro_open_astronomy/content/ chapter8/section2/paragraph1/theory. html

http://merkab.narod.ru/space1.html

http://www.megabook.ru/ DescriptionImage.asp?MID= 474626&AID=633132

http://astro.uni-altai.ru/pub/show. html?id=3092

http://www.museum.ru/alb/image.asp? 46833

http://terra-home.ru/blog/ silnyj_uragan_na_kavkaze_prjatatsja_bylo_bespolezno /2010-07-16-85

http://photo.georgievsk.info/ displayimage.php?pos=-550

http://www.liveinternet.ru/community /2772752/rubric/981547/comments/ comments/page2.html

http://www.nasa.gov/audience/forkids /home/More_cool_stuff_Archives.html -

Всем авторам использованных схем и фотографий выражаю искреннюю признательность.