Новая фундаментальная физическая константа, лежащая в основе постоянной Планка (стр. 1 из 3)
НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КОНСТАНТА, ЛЕЖАЩАЯ В ОСНОВЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА
Аннотация
Открыта новая фундаментальная физическая константа hu “фундаментальный квант действия” [11 - 15]. Ее значение равно [11,12,23]:
| hu=7,69558071(63)•10-37Дж с. |
На основе классических представлений для электромагнетизма получены еще две физические константы – фундаментальный квант времени:
tu = 0,939963701(11)•10-23c,
и фундаментальный квант длины:
lu = 2,817940285(31)•10-15 м.
Эти три константы являются независимыми первичными константами. Они,совместно с числами п,альфа, позволили установить, что используемые в современной физике фундаментальные физические константы являются составными константами и являются комбинацией первичных констант [11,12,15,30]. Константам, входящим в (hu,tu,lu,п,альфа)-базис, определен особый статус - статус универсальных суперконстант [11,15].
С помощью универсальных суперконстант можно представить основные законы и формулы физики, а также все фундаментальные физические константы, в том числе и постоянную Планка h [10 - 19].
Новая константа hu позволила открыть динамическую симметрию, свойственную физическому вакууму. D-инвариантность вакуума является новым видом симметрии и является наиболее фундаментальным свойством Природы. С D-инвариантностью вакуума связан важнейший закон сохранения, который не нарушается при всех видах взаимодействий.
Открытие группы из пяти независимых универсальных суперконстант, которых совершенно достаточно для получения других физических констант, позволило раскрыть глубокую взаимосвязь констант различной природы и единые истоки происхождения четырех фундаментальных взаимодействий [11-32].
В результате, на основе классического подхода удалось дать объяснение тому, перед чем оказалась бессильна сама квантовая теория, а именно – раскрыть истоки происхождения кванта и получить постоянную Планка из классических представлений.
ВВЕДЕНИЕ
14 декабря 1900 года М.Планк сделал сообщение об открытии им новой фундаментальной константы. Квант появился в физической теории как постулат. Подтвержденный на опыте он, в то же время, не являлся строго доказанным в квантовой теории. Происхождение его всегда оставалось загадкой. Все попытки вывести его из первопринципов до сих пор не находили своего решения. Все еще проблемным остается вопрос: “можно ли в качестве первопринципа для кванта рассматривать непрерывное поле?“ Непрерывные поля классической физики и кванты квантовой физики считаются столь далекими объектами, что сама идея их объединения казалась немыслимой. Все развитие физики в 20-ом столетии происходило при обособлении этих двух теорий. Уже приближается 100-летний юбилей квантовой теории и появления в физике постоянной Планка h, но истоки происхождения кванта современная физика не раскрыла. Принято считать, что квант никак не может проистекать из какой бы то ни было неквантовости. Это дало почву для противопоставления классической электромагнитной теории и квантовой теории.
Л.де Бройль называл постоянную Планка: "таинственная постоянная h" [1]. Он же отмечал: "Можно только восхищаться гениальностью Планка, который, изучая частное физическое явление, оказался в состоянии угадать один из самых основных и наиболее загадочных законов природы. Более сорока лет прошло со дня этого замечательного открытия, но мы все еще далеки от полного понимания значения этого закона и всех его следствий" [2]. Можно добавить, что и через 100 лет после этого замечательного открытия мы все еще далеки от полного понимания этого закона. Завеса таинственности так и не снята с этой важнейшей фундаментальной константы. Эта константа не появилась из первопринципов - она была угадана Планком. До сих пор считается, что электромагнитная теория явно чужда основе квантовой теории – постоянной Планка [3]. Так ли это? Насколько обосновано такое разделение? Может ли эта константа проистекать из непрерывного поля? Ответ на эти вопросы существующие физические теории не дают.
Вопрос возможной первичности и неприводимости постоянной Планка стоит очень остро. Нерешенные проблемы постоянной Планка не позволяют получить ответ на другой вопрос: откуда проистекает реально наблюдаемая дискретность нашего мира и что лежит в его основе?
1. ДИНАМИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ ВАКУУМА
Квант в [10,15,25] рассматривается мной как динамическая неоднородность поля, которая возникает при наличии в среде напряженностей электрического E и магнитного H полей. Поскольку динамическая неоднородность поля обладает определенными физическими характеристиками, то ее можно рассматривать как физический объект. Исходным для определения физических характеристик динамических объектов вакуума являются векторы напряженности электрического E и магнитного H полей. В работе [10] показано, что при равенстве скалярных произведений векторов и их роторов в виде HrotE = ErotH, энергия электромагнитного поля локализуется в пространстве в виде кванта.
Рассмотрим подробнее какими физическими характеристиками может обладать динамическая неоднородность поля. Плотность энергии w электромагнитного поля определяется согласно следующему соотношению [4]:
(1)Энергия поля E в объеме V с учетом бинарной сущности динамической неоднородности [10,12,13] равна:
(2)Скорость изменения энергии в данном объеме определяется соотношением:
(3)Вместо производных по времени подставим их значения в виде rotE и
rotH из уравнений Максвелла. С учетом этого получим:
(4)Выражение в скобках есть дивергенция векторного произведения [EхH],
поэтому:
(5)Условием, при котором энергия в данном объеме будет оставаться постоянной, является равенство нулю производной dE/dt. Из соотношения (5) следует, что производная dE/dt будет равна нулю при div [ExH]=0.
Поскольку векторное произведение [ExH] есть вектор Умова-Пойнтинга:
[ExH] = P, (6)
то из формулы Остроградского - Гаусса, при нулевой дивергенции, следует:
(7)Это означает, что поток вектора Пойнтинга через поверхность S, ограничивающую
объем V, равен нулю. Поскольку div [ExH] = 0, а вектор Пойнтинга не равен нулю, то поток вектора Пойнтинга остается в объеме V и не выходит за пределы поверхности S, ограничивающей данный объем.
Исследуем поведение потока вектора Пойнтинга внутри данного объема. Пользуясь теоремой разложения Гельмгольца [5] вектор Пойнтинга Р можно представить суммой двух составляющих Р1 и P2 из которых одна является вихревой, а другая потенциальной.
P = P1 + P2.
Тогда rotР = rotР1, rotР2 = 0, div P = div P2, div P1 =0.
Из соотношения (7) следует, что в рассматриваемом нами случае существует только вихревая составляющая вектора Пойнтинга. Из теоремы Стокса следует что:
(8)Поток ротора Р через поверхность S равен циркуляции вектора Р по замкнутому контуру. Таким образом, при определенных условиях энергия локализуется в заданном объеме.
В общем случае, когда H rotE <> E rotH, приходим еще к двум вариантам в поведении энергии внутри динамических объектов вакуума. При H rotE > E rotH получаем положительное значение дивергенции вектора Пойнтинга div P > 0. При положительном значении дивергенции вектора Пойнтинга энергия покидает объем, что приводит к уменьшению вихревой составляющей вектора Пойнтинга.
При H rotE < E rotH получаем отрицательное значение дивергенции вектора
Пойнтинга div P < 0. При отрицательном значении дивергенции вектора Пойнтинга энергия возрастает в заданном объеме, что приводит к росту вихревой составляющей вектора Пойнтинга и к росту циркуляции вектора. Изменение вихревой составляющей вектора Пойнтинга сопровождается изменением циркуляции вектора, что непосредственно следует из теоремы Стокса. Таким образом, изменение энергии приводит к изменению частотной характеристики динамического объекта вакуума.
Из соотношения (5) непосредственно следует, что скорость изменения энергии тем больше, чем больше величина div P. При этом, положительному значению divP соответствует убывание энергии, а отрицательному значению divP соответствует возрастание энергии. Поскольку энергия и размеры области ее локализации связаны обратной пропорцией [10,13], то отсюда следует, что скорость изменения размеров невещественных динамических объектов поля в пространстве пропорциональна дивергенции вектора Пойнтинга.
Как видим, в динамической неоднородности поля выявлена циркуляция энергии по таким законам, которые не проявляются на вещественном уровне [10,13]. Динамическая неоднородность поля не является ни волной, ни частицей. Она представляет собой новую сущность и характеризуется целым набором соответствующих физических характеристик. Важнейшей ее особенностью является то, что этому физическому объекту присуща динамика. Этот физический объект не имеет характеристик, свойственных веществу. Это объект невещественной среды - объект физического вакуума.