Доклад: Взаимодействие зарядов – основа мирозданья?

Николай Будаев

Все беспредельное многообразие явлений природы сведено в современной физике к четырем фундаментальным взаимодействиям. Первым был открыт закон всемирного тяготения, затем – электромагнитные, и наконец – так называемые сильные (ядерные) и слабые взаимодействия. Вопрос об их взаимосвязи и возможном единстве пытались решить многие ученые, в том числе А. Эйнштейн, который посвятил этому около 40 лет жизни. Был создан ряд теорий, каждая из которых имеет своих сторонников и противников, но общего решения, как известно, до сих пор не найдено.

Поскольку основой материального мира служат атомы, а в их состав входят носители элементарных электрических зарядов – протоны и электроны – естественно предположить, что и в основе четырех фундаментальных сил лежит их взаимодействие. Попытаемся это доказать на простейшем примере – выразив гравитационное притяжение двух атомов водорода через взаимодействие входящих в них двух пар названных частиц.

По существующим представлениям суммарное взаимодействие в подобной системе зарядов с учетом их движения будет равно нулю. Похоже, к великой загадке природы требуется принципиально новый подход, связанный с критическим анализом всего объема научных представлений и, прежде всего – современной теории электромагнетизма.

В частности, согласно этой теории, для двух одноименных элементарных зарядов е₁ и е₂ расположенных на расстоянии R и движущихся перпендикулярно R в одном направлении и с одинаковой скоростью V << C (C – скорость света), сила их взаимодействия равна:

(1)

(см. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. М.: «Наука», 1981, с. 80...81).

В данном случае результирующая сила есть разность электростатического (кулоновского) взаимодействия и силы Лоренца, возникающей при движении одного из зарядов в поле другого.

Однако критический анализ выражения (1) заставляет усомниться в его справедливости, здесь сила взаимодействия зарядов зависит от выбора системы координат или точки отсчета для скорости V, что физически бессмысленно. Вызывает сомнения и теория в целом – ведь согласно ей сила Лоренца появляется только при движении зарядов в магнитном поле, а в нашем случае они не движутся ни друг относительно друга, ни относительно своих магнитных полей. Наконец, неубедительно и то, что представления теории о магнитном поле заряда, движущегося и прямолинейно и криволинейно, одинаковы. Причина перечисленных затруднений, на наш взгляд, состоит в том, что существующая теория предполагает взаимодействие только между электронами, а протоны остаются без внимания.

Автором данной статьи предложена новая теория взаимодействия электрических зарядов, лишенная указанных недостатков и охватывающая путем логической дедукции, на базе классических представлений, максимум опытных фактов с использованием минимального количества постулатов. В частности, для описанного выше случая выведена формула, альтернативная выражению (1):

(2)

где V₁₂ – относительная скорость движения зарядов. Здесь в отличие от (1) электростатическая и электродинамическая составляющие имеют одинаковый знак, а скорость приобретает конкретное значение, ибо является относительной. Таким образом, по формуле (2) при взаимодействии двух зарядов, движущихся параллельно и с одинаковой скоростью, динамическая составляющая равна нулю. Возникает она только при взаимном перемещении зарядов, причем ее направление всегда совпадает с направлением статической составляющей. В конечном счете предлагаемая теория и прежде всего вытекающая из нее закономерность (2) позволяют выразить все четыре фундаментальные силы только через взаимодействия протонов и электронов, объяснив таким образом все многообразие явлений природы.

Проиллюстрируем эту возможность на упомянутом примере гравитационного притяжения двух атомов водорода, найдя по формуле (2) суммарную силу взаимодействия входящих в них электрических зарядов во всех возможных комбинациях (p₁ – p₂ , e₁ – p₂ , p₁ – e₂ и e₁ – e₂ ). Но прежде введем для наглядности понятие условных круговых орбит электронов на атомных орбиталях. Плоскости этих орбит могут иметь произвольную ориентацию. Очевидно, что результирующая сила взаимодействия двух атомов будет отлична от нуля, только тогда, когда эти плоскости у них параллельны и направления движения по орбитам одинаковы. В этом случае электроны покоятся друг относительно друга, а искомая сила есть сумма динамических составляющих их взаимодействия с протонами. Зная радиус электронной орбиты в атоме водорода (r = 0,529 · 10^–8 см) и скорость движения электрона по ней (V = 2,18 · 10⁸ см/с), найдем число n его условных круговых обращений вокруг протона в единицу времени t = 1 с:

(3)

Теперь, используя методы статистической физики (с учетом равновероятной ориентации плоскостей условных орбит) и подставив в формулу (2) величины зарядов протона и электрона (как известно, они одинаковы и равны е = 4,8 ·10^–10 ед. СГСЭ), можно подсчитать силу результирующего взаимодействия двух атомов водорода в единицу времени t:

(4)

(поскольку t = 1 с, эту величину можно не учитывать, если числу π придать размерность радиан в секунду).

И наконец главное: найденное значение полностью совпадает с величиной той же силы по закону Ньютона:

(5)

где G – гравитационная постоянная, m_x – масса атома водорода.

Этот факт заставляет пересмотреть и существующие представления о строении атомов с числом электронов два и более. По новой теории они состоят не из протонно-нейтронного ядра и электронных оболочек вокруг него, а из соответствующего количества одинаковых, максимально плотно упакованных сфер – атомов водорода, где все электроны движутся синхронно, каждый вокруг своего протона, сохраняя ориентацию относительно последнего, а плоскости их орбит параллельны. Такая модель позволяет выразить силу гравитационного притяжения двух любых атомов опять-таки только через взаимодействие электрических зарядов, входящих в их состав:

(6)

где A₁ и A₂ – массовые числа атомов.

Пользуясь известными понятиями (число Авогадро и т.д.), аналогично можно выразить гравитационное взаимодействие любых масс вещества.

Полученные результаты достаточно убедительно и последовательно раскрывают единую природу всех четырех фундаментальных сил. Внутриатомные силы, связывающие элементарные «водородные единицы» в сложный атом, сводятся к взаимодействию находящихся в нем зарядов при синхронном движении всех электронов. Гравитация объясняется взаимодействием зарядов у различных тел, при хаотическом относительном движении их электронов. Так называемые электромагнитные взаимодействия описываются формулой (2) и другими закономерностями новой теории. При этом движение электрических зарядов рассматривается в одних случаях на уровне микромира, а в других – макромира.

Из оценок новой теории следует, что внутриатомные силы больше гравитационных на 32 порядка, а силы взаимодействия отдельных электронов или протонов – на 36 порядков. Отличие этих значений от принятых объясняется тем, что «традиционные» фундаментальные силы – всего лишь плод субъективных представлений, вытекающих из попыток объяснить устойчивость атома на основе модели Резерфорда – Бора.

Предлагаемая модель сложного атома и новые расчетные данные, полностью соответствуя экспериментальным фактам, вносят коренные изменения в картину материального мира. Они позволяют связать воедино физические теории и законы, которые в настоящее время представляют собой множество разрозненных фрагментов, плохо согласующихся друг с другом. В частности, проясняются физические основы таких явлений, как:

устойчивость нейтрона в составе атома и его распад в свободном состоянии (качественно это объясняется тем, что протон в составе свободного нейтрона начинает вращаться вслед за связанным с ним электроном, отчего электродинамическое взаимодействие между ними постепенно прекращается;

устойчивость «магических ядер»;

квантовый характер микрообъектов (с достаточно точным определением на геометрической основе всех значений энергетических уровней атома и числа находящихся на них электронов);

смещение перигелия Меркурия и искривление луча света вблизи гравитационных масс.

Наконец, модель позволяет предсказать и экспериментально подтвердить ряд явлений, неизвестных в настоящее время науке. В их числе – уменьшение радиоактивности, а также силы тяготения при глубоком охлаждении вещества вплоть до полного исчезновения при абсолютном нуле.