Предисловие

Эта монография выросла из ряда лекций прочитанных автором в Имперском Колледже в Лондоне и из публикаций в различных физических журналах.

Ее целью явилась кардинальная альтернатива различным струнным моделям объединенной теории элементарных частиц, рассматривавшимися некоторыми из наиболее выдающихся физиков в надежде получения "окончательной теории", в то время как была отклонена другая альтернатива, одинаково важная и признанная экспертами.

Автор этой монографии защитил свою докторскую диссертацию под руководством Гейзенберга и находился в привилегированном положении человека, которому можно было свободно оющаться с Гейзенбергом. Этот большой ученый всегда выражал мнение, что не имеет смысла думать об объектах как составных частях некоторых компонентов, если каждый идет вне адронного энергетического масштаба. Его аргументом было то, что концепция "чтобы быть составленым из" становится бессмысленной выше этого масштаба, с суммой масс фрагментов, где объект может быть разорван на части большие, чем масса самого объекта.

Соответственно, было бы неправильно думать о первичных частицах, составленных из меньших частиц,, поскольку нам разрешено думать о молекулах, составленных из атомов, атомах - из электронов и ядер и ядер - из протонов и нейтронов. Однако, мало того, что взгляду Гейзенберга противоречило открытие субядерной структуры - кварка, однако было более важным, что сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия станут равными при энергии ~1016 GeV. Поскольку эта энергия - (в логарифмическом масштабе) не слишком далека от энергии Планка ~1019 GeV, где гравитационое взаимодействие становится сильным, что поддерживает догадку Эйнштейна, что все силы природы заключены в гравитации. Эйнштейн может быть прав в этом, но не обязательно в своей вере, что эта унификация должна иметь место, основываясь на геометрии пространства и времени. Но аргумент Гейзенберга против концепции составного объекта вне адронного энергетического масштаба может быть проверен только при энергиях объединения ~1016 GeV если не ~1019 GeV. Я полагаю, что ответ заключается в том, что в природе имеются отрицательные массы помимо положительных, с отрицательными массами, скрытыми от наблюдения ниже масштаба энергии Планка. Можно тогда догадаться, что первичные частицы составлены из очень больших положительных и отрицательных масс, возможно такого размера, как масса Планка. Это было бы несколько аналогичным физике конденсата в отношении существования положительных и отрицательных электрических зарядов. Положительный и отрицательный заряд, появляются при разделении нейтрального вещества, состоящего из сцепленных положительных и отрицательных зарядов, и было бы ненормальным считать, что все вещество состоит из зарадов одного вида.

Гипотетическое существование отрицательных масс может также решить проблему обращающейся в нуль космологической константы. Это эквивалентно массово - нейтральному вакууму, который является аналогичным состоянию нейтральности в заряженном веществе. Настолько малые отклонения от нейтральности зарядки могут происходить в физике конденсата, настолько малые отклонения от массовой нейтральности вакуума, вызванного присутствием первичных частиц с массой малой по сравнению с массой Планка.

Однако, существование отрицательных масс, кажется, возможно было бы только в том случае, если бы Лоренц-инвариантность была оставлена как фундаментальная кинематическая симметрия природы, потому что релятивистская теория делала бы нестабильным вакуум, составленный из положительных и отрицательных масс.

Только в нерелятивистской теории, где оператор Гамильтона коммутирует с оператором количества частиц, число положительных и отрицательных массовых частиц может быть сохраненным. По той причине, что гипотетическое существование отрицательных масс подразумевает группу Галилея с абсолютным пространством и временем как фундаментальная кинематическая симметрия природы, с предполагаемым объединением всех взаимодействий в масштабах Планка, предлагающих, что группа Галилея динамически переходит в группу Лоренца ниже этого масштаба.

Игнорируя трансляции, группа Лоренца - в отличие от группы Галилея - является некомпактной. И это является причиной всех расхождений в релятивистском квантовом поле, но отсутствует, если группа Галилея обладает большим количеством фундаментальной симметрии.

Эйнштейн полагал, что законы природы должны быть объединены неэвклидовой геометрией пространства и времени по аналогии с его теорией поля тяготения. Гейзенберг, напротив, полагал, что унификация могла быть достигнута достаточно большой группой, чтобы включить все взаимодействия, и симметрии основыванные на спектре элементарных частиц. Доведенные до крайности эти попытки привели к теориям струн с очень большими группами, которые могут быть сформулированы в высокоразмерном пространстве, а не четырех коорлинатах пространства-времени физики. По мнению автора более вероятно, что природа работает подобно компьютеру с элементами конечных размеров в трехмерном пространстве и одномерном времени.

Воспринимая Копенгагенскую школу и нейманову теорему против скрытых параметров, квантовая механика - в отличие от механики Ньютона - не может работать подобно компьютеру. Но это возможно, если и квантовая механика, и специальная теория относительности - не более, чем асимптотические теории, приблизительно допустимые для энергий малых сравнено с энергией Планка. Предположение, что природа работает подобно компьютеру с элементами конечного размера, может рассматриваться как атомистическая гипотеза вещества, пространства и времени. Это - возвращение к Ньютоновской механике, но с важной модификацией, допуская отрицательные массы помимо положительных.

В конце XIX столетия Кельвин указал его известные облака в физики:

Удаление этих облаков вело к двум большим прорывам ХХ столетия физики, теории относительности и квантовой механике. В конце ХХ столетия снова имеются облака, которые пока выдержали все попытки для их удаления. Эти облака:

Нет теорий, пока предложивших способ удаления этих облов, но все они постулируются как окончательные истины от евангелия теории относительности и квантовой механики. Отказ от этих постулатов показывает, что и специальная теория относительности и квантовая механика могут быть получены из а немногие концептуально очень простые предположения в масштабе Планка. Я полагаю, что только такой радикальный подход может принести нам приближение к удалению этих облаков.

Я строго верю в редукционистскую цель вывести законы физики, если идти не от а мировой формулы, а от немногих фундаментальных принципов. Такая теория была бы некоторой теорией струн, или альтернативной теорией, предлагаемой здесь, была бы должна вывести математическую структуру группы Лоренца и квантовой механики, свойства всех элементарных частиц, а также законов астрономической механики. Поскольку, как это было подчеркнуто фон Вайцзеккером ( см. [25], стр. 192), нам не разрешается здесь быть скромными.

С длиной Планка как самой маленькой длиной, теория может быть сформулирована в конечном, то есть неархимедовом пути, в смысле догадки Архимеда, что трансцендентальная величина может быть достигнута как периметр многоугольника в пределе, который имеет бесконечное число сторон и, очевидно не возможен, если не существует самой маленькой длины.

После написания этой книги мой коллега профессор Х. Дж. Тредер, обратил мое внимание на некоторые малоизвестные, но очень интересные статьи Матиссона [90] и фон Вейсенхоффа [91], которые проливают свет на надежды Эйнштейна вывести квантовую механику из его нематериально-вакуумных уравнений поля тяготения общей теории относительности. Идея Эйнштейна состояла в том, что движение, а особенности в нематериальных уравнениях поля тяготения, могло бы воспроизводить движение а частицы в квантовой механике, но статья, изданная совместно с Троммером для этой цели [92], вела только к классическому Ньютонову движению. Однако, как это показал Матиссон, движение – более общая особенность мультиполей, исключает сходство с движением частицы в квантовой механике. Развивая работу Матиссона, Вейсенхофф показал, что мультиполя Матиссона были фактически массовыми мультиполями, включающими, и положительные и отрицательные массы. Поскольку Эйнштейн и Громмер, рассматривая только несимметричные особенности (который являются массовыми монополями), объясняют, почему они потерпели неудачу, но также и демонстрируют как массы отрицательной величины могли бы быть освобождены из тайн Вселенной.

Я хотел бы прибавить а немного замечаний, объясняющих, как и почему я заинтересовывался этой проблемой. Имелись три вещи, которые мотивировали это: сначала пришла мысль о том, что необходимо повторно вернуть эфир в физику как квантово-механическую нулевую энергию вакуума, который был удален оттуда Эйнштейном. Во вторых, мое знакомство с динамической теорией относительности до Эйнштейна - Лоренцом и Пуанкаре. И третье - очевидное большое нарушение эйнштейновского постулата о сверхсветовых скоростях в специальной теории относительности в квантовой корреляции экспериментов типа ЭПР. В отношении нуль-точки энергии я был поражен тем фактом, что она является инвариантом Лоренца даже при том, что это было получено исключительно в соответствии с законами квантовой механики, а не из принципа относительности. Возможно это выражает более глубокую зависимость между квантовой механикой и принципом относительности? - неоднократно спрашивал я себя. Нуль-точка, как энергия, должна быть инвариантом Лоренца для полного вывода сокращения Лоренца, и следовательно полного включения специальной теории относительности, потому что Лоренц не брал в расчет "отталкивающие" квантовые силы, вызванные энергией нуль-точки, без которой вещество не был бы устойчивым.

Однако, так как нуль-точка энергии расходящаяся, это было должно быть отключено при некоторой длине, которой наиболее вероятно является длина Планка. Такое выключение уничтожило бы Лоренц-инвариантность в приближении к этой длине, в определенной выделяющейся системе координат, в которой нуль-точка энергии находится в покое. Длина Планка, конечно, соответствует невероятной энергии ~ 1019 GeV, далеко вне досягаемости любого ускорителя частиц. Однако, остаются еще сверхсветовые корреляции квантов света, и мне пришло в голову, что они могли быть проявлением неизвестной физики масштаба длины Планка. Таким образом я пришёл к убеждению, что то, что вызывает разрушение волновой функции в квантовых экспериментах корреляции, демонстрируемое суперпросветным быстродействием, должно включать массу Планка (Это убеждение я использую совместно с Г. Пенроузом, но наши идеи очень различны.).

Предположение об отрицательных массах помимо положительных совместимо с предположением, что фундаментальной группой природы является SU2, и что природа работает подобно компьютеру с двоичной системой. Факт, что SU2 является изоморфной к SOS (группа вращений в трехмерном пространстве) делает это понятным, почему пространство трехмерно.

Я выбрал название “Эфир Планка”, потому что это был Планк, который в 1911 [96] признал, что квантовая теория ведет к вакууму, заполненному энергией нуль-точки.

Наконец, моя особая благодарность профессору А. Клемму, редактору Zeitschrift fur Naturforschung, профессору Дэвиду Финкельштейну, редактору Международного Журнала Теоретической Физики, и профессору Р. Ражка, редактору Acta Physica Polonica, за их храбрость дать в их журналах форумы, направленные против предрассудков в идеях, что будет оценено научным сообществом.

Ф. Винтерберг, Рено, Невада, США 2002.

home