4.11. Дефект масс, скрытая масса, или почему 2х2 не равно 4?
Мы очень лихо сбросили со щитов современные представления о превращении массы и энергии, развитые в рамках теории относительности. Однако теперь нам предстоит ответить на вопрос о том, что же тогда на самом деле происходит при ядерном взрыве или при ядерном распаде вообще? Ведь экспериментально установлено, что масса распадающегося ядра всегда меньше суммарной массы продуктов распада. И при этом выделяется энергия, равная разности или так называемому дефекту масс, умноженная на c2.
Для понимания механизма этого эффекта нам следует снова вернуться к формуле для массы покоя и воспользоваться вторым слагаемым. Потому, что если мы рассматриваем массу ядра как единого целого, то она определяется исключительно внешними полями и, прежде всего, глобальным взаимодействием. Когда же речь идет о массе каждого отдельного нуклона в процессе распада, то она увеличивается еще и за счет внутренних взаимодействий нуклонов.
Величину этой дополнительной инертности δμ мы можем оценить значением потенциала взаимодействия нуклонов в ядре WNuc:
В процессе ядерного распада потенциальная энергия связи WNucпревращается в кинетическую энергию продуктов распада в согласии с законом сохранения энергии Ek = –WNuc. Вот почему между дефектом масс δμ, обусловленным локальными полями внутри ядра, и энергией реакции Ek возникает известная связь:
Создается впечатление, что часть материи преобразовалась в энергию! Но это преобразование всего лишь иллюзия! Иллюзия, рожденная отсутствием понимания природы массы.
Получается, что разбирая дефект масс, мы натолкнулись еще на одно крайне интересное свойство инертности, совершенно неожиданное с классической точки зрения. Оно состоит в следующем. Взаимодействие между телами обуславливает некую величину инертности каждому из них. Однако эта инертность проявляется только при движении этих тел друг относительно друга. Но если мы начинаем рассматривать движение этой системы тел как единого целого, то все меняется. Полная масса совокупности тел будет обусловлена только внешними для этой системы взаимодействиями. А все внутренние взаимодействия никак не влияют на массу составного объекта!
Это обстоятельство присутствует как в нашей модели полевой среды, так и в полевом уравнении движения. Потому что свойство массы связано с наличием изменений в полевой среде, с изменением функции связи. Это происходит, когда мы рассматривает относительное движение двух объектов. Но если составной объект движется как единое целое, то его полевая оболочка остается неизменной. Даже если она испытывает некие флуктуации, в среднем ее характеристики не меняются. Если не имеет место распад такой составной системы.
Другими словами, движение объекта как единого целого нейтрализует вклад в его массу всех внутренних взаимодействий. Если объект начнет распадаться, то тогда при относительном движении его частей начнет проявляться дополнительная инертность, связанная с внутренними взаимодействиями между ними. Но пока объект является единым, его полная масса может быть обусловлена только внешними полями.
Любой устойчивый составной объект связан внутренними силами притяжения. Они обуславливают дополнительную положительную массу всем составляющим частям этого объекта. А значит, масса объекта в целом всегда будет меньше алгебраической суммы масс составляющих его частей за счет дополнительной инерции, обусловленной внутренними взаимодействиями. Эту дополнительную инерцию мы назовем внутренней или скрытой массой.
Внутренние взаимодействия составного объекта никак не влияют на его полную инертность, увеличивая только массы составляющих частей. Эту дополнительную инертность мы назовем скрытой массой. Полная масса любого устойчивого объекта всегда меньше суммы масс его составляющих за счет скрытой массы. Одним из ярких примеров этого обстоятельства является известный эффект, выраженный в наличии дефекта масс.
С точки зрения классической физики, рассматривающей массу как меру количества материи, этот результат является совершенно неожиданным и шокирующим. Получается, что в полевой физике никакого закона сохранения массы в принципе быть не может! Этот закон может условно существовать только в классическом приближении, когда инерция тел обусловлена исключительно глобальным взаимодействием. А закон сохранения инертной массы в этом случае фактически совпадает с законом сохранения гравитационного заряда (в силу их численного равенства в обычных земных условиях при отсутствии дополнительных полей). Но как только появляются дополнительные взаимодействия, вносящие свой вклад в массы тел, всякое сохранение массы становится абсурдным. И дефект масс является одним из первых примеров.
И тем не менее, именно эффект скрытой массы лежит в основе одного из ключевых понятий классической физики – в понятии материальной точки! Потому что благодаря эффекту скрытой массы движение сложнейших макрообъектов, вплоть до звезд и планет, можно рассматривать как движение всего одной точечной частицы! И внутренняя структура объекта при его движении как единого целого является несущественной именно потому, что не только все внутренние силы компенсируют друг друга согласно третьему закону Ньютона, но и все внутренние взаимодействия никак не влияют на полную массу объекта!
Это обстоятельство также ограничивает возникновение бесконечных масс в нашем Мире. Ведь согласно формуле полевой массы:
две очень близко расположенные друг к другу частицы приобретают очень большие по величине массы. В пределе R → 0 мы получаем m → ∞. Это означает, например, что элементарные частицы в атомном ядре, заключенные в очень малой области пространства, обладают практически бесконечными массами!
Но эти огромные массы проявляют себя только в том случае, когда частицы пытаются двигаться друг относительно друга. И это оказывается крайне затруднительным, так как подобное движение должно преодолевать практически бесконечную инерцию, препятствующую распаду такой системы. И как мы увидим двумя главами позже, очень похожий механизм как раз и приводит к возникновению ядерных сил, обусловленных комбинацией обычного электричества и гравитации! Возникновение сильного притяжения на малых расстояниях происходит как раз за счет нужного соотношения масс, обусловленного этими двумя типами полей в малой области пространства.
Впрочем, все эти причуды имеют место только тогда, когда речь идет об относительном движении частиц. Если же две или большее количество частиц движутся как единое целое, то бесконечные массы, обусловленные их внутренними взаимодействиями, никак себя не проявляют! Масса такого составного объекта определяется только его взаимодействиями с внешними полями, находящимися от него на конечном расстоянии. А следовательно, и сама масса составного объекта является конечной. Другими словами, возникновение бесконечной массы означает слияние двух частиц в единый составной объект, который может двигаться только как единое целое. И внутренние взаимодействия такого объекта уже не влияют на характеристики его движения.
Сыграв свою роль в классической физике, эффект скрытой массы приводит к большому количеству неклассических явлений. И одним из ярких примеров такого поведения служит явление аннигиляции. В этом случае масса составного объекта оказывается не просто меньше алгебраической суммы масс его составляющих. Она вообще оказывается равной нулю!
В современной физике существует представление, что в результате явления аннигиляции частица и античастица уничтожают друг друга и вся их масса переходит в энергию. Но как мы уже говорили, в полевой физике никаких представлений о превращении частиц в энергию, а энергии – в материю нет. Согласно полевой физике, в процессе аннигиляции две частицы с противоположными свойствами образуют связанное состояние, в результате чего их свойства взаимодействовать с внешним миром компенсируются.
В результате эта пара перестает взаимодействовать с внешними объектами, а следовательно, теряет всякую инертность, которая могла бы быть обусловлена внешними полями для каждой частицы по отдельности. А их взаимодействие между собой оказывается внутренним и тоже не создает никакой суммарной инертности! Понятно, что зарегистрировать такой объект становится практически невозможно, поэтому и создается впечатление, что в результате аннигиляции частицы просто исчезли! Впрочем, как мы уже отмечали, определенные внешние воздействия, например, интенсивные колебания полевой среды, известные как гамма-кванты, могут вновь разбить такую пару, что интерпретируется как «рождение» частиц.
Природа массы является еще одним ярким примером, демонстрирующим принципиальную разницу между физикой и математикой. Она показывает, что понятие «математической строгости» является для физики, вообще говоря, абсурдным. А многократные попытки понять устройство Мира путем построения математической физики – наивными. Реальное физическое поведение тел может запросто «перешагнуть» через всю придуманную нами математику, несмотря на ее так называемую «строгость». И оказаться соответствующим совершенно иным правилам, над происхождением и пониманием которых нам приходится изрядно поломать голову.
Казалось бы, что может быть проще и правильнее обычной арифметики. Еще из начальной школы мы знаем, что 1 + 1 = 2, а 2 + 2 = 2 x 2 = 4. Эти очевидные вещи мы познаем исходя из элементарного счета предметов. Если к одному шару прибавить еще один, то будет два шара. Если взять дважды по два шара, то всего их будет четыре. Примерно так и рассуждал Ньютон, когда вводил понятие массы как меры количества материи. Меры, равной плотности вещества, то есть количеству шаров в единице объема, умноженной на весь объем тела. При таком подходе не может быть никаких сомнений в том, что масса любого составного тела будет равна алгебраической сумме масс исходных тел. Это очевидные законы арифметики, с которыми спорить, казалось бы, совершенно бессмысленно.
Но вот на рубеже XIX–XX веков до неприличия правильная и очевидная арифметика стала давать неприятные сбои. Оказалось, что по мере увеличения скорости тела количество «шаров» в нем вдруг начинает расти. А суммарная масса альфа-частицы оказалась меньше суммы масс составляющих ее протонов и нейтронов. Оказалось, что 2 x 2 < 4! Очень неприятное обстоятельство. Но при этом закон сохранения массы формально был спасен благодаря его объединению с законом сохранения энергии. Теперь часть «шаров» могла тратиться на движение тел, как и приобретаться за счет него.
Однако в полевой физике все стало еще «хуже». Пусть есть две частицы с массами по единице. Тогда в обычных классических условиях мы можем считать их суммарную массу равной двум единицам:
Но если мы отпустим эти частицы и дадим им сближаться за счет притяжения, то масса каждой частицы возрастет. В терминах теории относительности за – счет роста массы со скоростью. В терминах полевой физики – за счет вклада в массу локального взаимодействия. И мы получим, что суммарная масса пары частиц оказывается уже больше двух:
причем в пределе при неограниченном сближении частиц она возрастает до бесконечности!
Но если теперь эти частицы сблизились настолько, что образовали связанное состояние и стали одним объектом, то масса такой единой конструкции оказывается меньше простой суммы их начальных масс, то есть:
Более того, если мы учтем, что по мере сближения этих частиц инертность каждой из них неограниченно возрастала, а в связанном состоянии эти бесконечные массы никак себя не проявляют, то соотношение получится еще более абсурдным:
А если эти две частицы имели антагонистические свойства, или, на языке современной физики, оказались античастицами, то образованный ими объект будет обладать нулевой массой, и мы должны написать:
А с учетом бесконечного роста их масс по мере сближения частиц:
Каждое выражение оказывается еще более абсурдным, чем предыдущее! В принципе, в полевой физике может реализоваться вообще непонятный с точки зрения современных представлений вариант, когда масса частицы или пары частиц вообще окажется отрицательной (мы поговорим о таких случаях позже)!
Проще говоря, физическое понятие массы полностью доказывает несостоятельность всей нашей арифметики! Причем доказывает экспериментально! Ведь эффект увеличения массы со скоростью, или дефект масс, или реакция аннигиляции надежно установлены на опыте! А что может быть более веским аргументом, чем эксперимент, в рамках современной научной парадигмы? Оказывается, что сумма двух единиц может быть как больше двух, так и меньше двух! Может стать нулевой, бесконечной или даже отрицательной! А сумма двух сколь угодно больших положительных чисел – бесконечностей – конечной величиной, даже равной нулю! Подобный хаос является достаточным основанием, чтобы признать наш Мир вообще непознаваемым.
Хотя дело, конечно же, не в арифметике. Потому что арифметика – это определенная логическая система, разновидность математики, возникшая в процессе счета одинаковых предметов, например, бильярдных шаров. Однако арифметика, используемая для счета одинаковых предметов, не имеет никакого отношения к физическому понятию массы, ее сложению или каким-либо иным манипуляциям с ней. Было бы абсурдно утверждать, что только из-за логичности и математической строгости арифметики физическое понятие массы должно обязательно удовлетворять этой системе.
Масса объекта не является подобной количеству составляющих его «шаров». Это характеристика полевой среды, окружающей данный объект. И в зависимости от физических условий, созданных вокруг именно этого объекта, в том числе за счет внешнего влияния других объектов, его масса может меняться очень причудливым образом. И характер ее изменения может оказаться никак не связанным с представлениями и формулами той или иной заранее придуманной нами математики.
Вот почему в процессе «сложения» масс при комбинации нескольких тел в единую физическую систему даже правила обычной арифметики нарушаются самым злостным образом. Подобное «сложение» не отражает собой суммарное количество заключенных в каждом теле «шаров». Оно является характеристикой совокупной полевой среды, образованной данной конфигурацией тел в данных физических условиях. И законы «сложения» здесь могут быть самые неожиданные. А понять их можно только на основании понимания истинной физической природы происходящих процессов, одной из характеристик которых и является масса.
В современной физике преклонение перед математикой является очевидным и повсеместным. А требование математической строгости тех или иных манипуляций нередко считается необходимым и достаточным доказательством их правильности. Это особенно характерно для современной теоретической физики. Но в свете нашего изложения этот подход оказывается крайне негативным, опрометчиво укладывающим физику в «прокрустово ложе» бытующих сегодня математических моделей. Потому что реальное устройство Мира и принципы физического поведения могут не иметь ничего общего с созданными нами математическими концепциями.
Каждая математическая модель опирается на заложенный в ее основании набор аксиом, и применима лишь тогда, когда физическое поведение основывается на схожих принципах. Но так бывает далеко не всегда. И часто подобное совпадение случается лишь в рамках тех или иных приближений физической реальности. Поэтому нередко физическую реальность приходится заметно искажать или даже уродовать, чтобы привести ее в полное соответствие с выбранной заранее математической моделью.
Пример с понятием массы еще раз подчеркивает актуальность нашего сравнения современной математики с религиозно-философскими догматами времен средневековья. Потому что в современной науке математика нередко задает неверный вектор развития представлений, а также ставит серьезные преграды для адекватного понимания и описания тех физических явлений и процессов, которые идут вразрез с используемыми аксиомами и приемами бытующей математики. В теории относительности, квантовой механике и их более поздних модификациях, основанных на математическом формализме, существует множество примеров «принесения в жертву» физической сути явлений в пользу сложившихся математических догматов. И нередко эти догматы самым несправедливым образом отождествляются с фундаментальными физическими принципами. И немало таких примеров мы уже встретили и еще встретим на страницах этой книги.
Например, ни одна из существующих сегодня математических концепций или основанных на них физических теорий, не могут привести к выводу, очевидному с точки зрения полевой физики. А именно к тому, что полная масса нашей Вселенной равна нулю! Действительно, если рассматривать как единое целое совокупность всех существующих в нашем Мире объектов, то все взаимодействия между ними окажутся внутренними! Массой обладает только та или иная часть Вселенной – от элементарной частицы до звездной системы. И эта масса проявляет себя только при относительном движении разных частей нашего Мира. Но наша Вселенная как единое целое не имеет массы и подобно паре частицы и античастицы является объектом-невидимкой в каком-то более масштабном Мире!
Этот вывод никогда не смог бы появиться в рамках ни одной из современных физических концепций. Потому что каждая из них – заложница той или иной математической модели и соответствующего набора аксиом, положенных в ее основу. Но ни одна из современных математических моделей не может вместить в себя то обстоятельство, что сумма большого количества больших положительных величин оказывается равной нулю! Это является нарушением всякой логики и разрушает само философское понятие количества. Подобный вывод может быть следствием только физической модели, связанной с пониманием внутренних механизмов устройства нашего Мира, и в том числе, с осознанием динамической природы массы.
Говорят, что величайшим математиком всех времен является Бог. И изучая устройство нашего Мира, мы обнаруживаем, что многие его закономерности действительно можно описать с помощью математических зависимостей. Поэтому мы и не пренебрегаем математикой в процессе построения полевой физики. Но математика может являться только следствием физики, своеобразным инструментом или языком, с помощью которого мы отражаем полученное понимание природы тех или иных явлений или процессов. Лишь создав физическую модель происходящего на основании экспериментальных данных и физического мышления, мы можем облечь ее в ту или иную математическую форму. А последующее расширение или изменение нашего понимания природы вещей может потребовать полного пересмотра или даже замены всех созданных ранее математических систем.
Как мы уже отмечали, математика является эффективным инструментом, позволяющим решать прикладные и громоздкие расчетные задачи в рамках уже сформированных физических представлений. Но крайне нелепо в этом свете выглядят многие методы современной теоретической физики, призванные приобрести новое физическое понимание или открыть новые физические явления и законы на основании абстрактных математических манипуляций. К ним можно отнести использование новых геометрических моделей, многомерных пространств, математических групп, операторов, перенормировок, калибровочных полей, суперсимметрий, суперструн, виртуальных частиц и многих иных сугубо абстрактных математических, а не физических сущностей.
Все подобные усилия способны привести только к открытию тех явлений и законов, которые оказались уже заложенными в аксиомы данной геометрии или математической доктрины. В итоге этот путь оказывается замкнутым кругом, по которому ученые могут ходить годами или даже веками, теряя всякую надежду найти выход. И одним из наиболее ярких примеров подобного блуждания по замкнутому кругу является программа построения единой теории поля в рамках геометризации всех уравнений физики, провозглашенная еще во времена Эйнштейна. Все подобные попытки уже давно стали оторванными от реальности и свелись к элементарному перебору бесконечного множества комбинаций абстрактных математических величин.
Полевая физика позволяет по-иному посмотреть на математику. И существенно изменить приоритеты в научном мировоззрении и методологии. Только так можно разорвать замкнутый круг, не позволяющий достичь новых знаний и более глубокого понимания устройства нашего Мира.