Меморандум о естествознании

Модели

Свет очаровывал людей и в то же время представлялся им неразрешимой загадкой. Ничто в природе не было так неуловимо и ни один секрет она не охраняла так тщательно, как то, что такое свет в действительности. Проявления света и тьмы вызывают много вопросов. Весит ли свет? Занимает ли он пространство? Ударяет тела при падении? Горяч он или холоден? Скоро ли перемещается? Если свет не проходит сквозь тонкий лист картона, то как он проходит через толстое стекло? Свет часто называли самым темным пятном в физике (Л.Элиот, У.Уилкокс: Физика)

Джеймс Максвелл открыл проявления мощности электромагнитных смещений в структуре природной среды (1865), Генрих Герц сообщил "Об очень быстрых электрических колебаниях" (1887) и "Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении" (1888): начались опытные исследования.

Оказалось, волны оптического диапазона проявляют в природной среде радужные цвета, при сложении белые или черные. Волны ультрафиолетовые создают газоразрядные лампы с парами ртути при нагреве t>1000°С, рентгеновские — высокие напряжения в вакуумных трубках; γ-вибрации среду ионизируют. Появилась шкала электромагнитных волн с различными свойствами поглощения, отражения, дисперсии, дифракции, интерференции.

Появился и новый раздел квантовой механики: математические модели квантов энергии и гипотетических бестелесных частиц с многочисленными модификациями. Пропагандируют его наиболее перспективным в научно-математическом мышлении о теории природы. А бесполезные, огромные затраты на поиски символов, не существующих в природной среде, поясняют тем, что научно-математическое мышление фундаментально, сразу не способно к реальным результатам и поэтому требует дополнительных бюджетных ассигнований. Сложившаяся ситуация напоминает иллюзионизм (фр. illusionner — вводить в заблуждение), вид циркового искусства, основанный на использовании ловкости рук, трюков, специальной аппаратуры для создания иллюзии нарушения привычных физических свойств хорошо известных предметов.

О модели абсолютно черной сажи

Проявления электромагнитных волн в природной среде повсеместны. При нагреве куска металла над поверхностью ощутимо вначале "тепло", волны инфракрасного диапазона: затем проявляются красные, желтые и бело-голубые свечения. Значит, тела в зависимости от температуры проявляют преимущественно волны характерной длины. Так, тела людей проявляют преимущественно инфракрасные волны длиной 10 микрон: в покое суммарная волновая мощность как ~стоваттной, при активной работе как ~пятисотваттной лампы накаливания. Из нагретой до 1200°С полости печи мощнее всех проявляются волны длиной 2 микрона. А электрическая дуга между угольными электродами мощнее всех распространяет волны длиной 0,5...0,6 микрона.

В основанном на нелепом постулате разделе термодинамики понятий о волновых процессах нет: задачу свели к излучению абсолютно черного тела. За модель приняли сажу: она поглощает 99% волн оптического диапазона, излучения ее зависят только от температуры. Вильгельм Вин доказал, что при умножении характерных длин волн на температуры тел получаются одинаковые величины; по закону Стефана-Больцмана мощность излучений абсолютно черного тела пропорциональна его температуре в четвертой степени.

Но по этой модели "кривая" суммарной мощности не имела "горба": для длинных волн совпадала с опытом, а для видимых и ультрафиолетовых волн "убегала вверх" к бесконечности. Это несоответствие назвали ультрафиолетовой катастрофой: по классическим постулатам точечный излучатель во всех направлениях должен излучать одинаковое количество энергии.

По расчетам выходило, что, например, раскаленная печь должна излучать все больше энергии и яркость ее свечения должна все больше возрастать! Современник ультрафиолетовой катастрофы Хендрик Лоренц грустно заметил: "Уравнения классической физики оказались неспособными объяснить, почему угасающая печь не испускает желтых лучей наряду с излучением больших длин волн" (Марк Колтун: Мир физики)

О моделях кванта

В Эйнштейновском доказательстве инерции энергии масса света принята нулевой, mo=0: при таком допущении соблюдено отношение импульса p и энергии E вспышки света, равное p=E/c. Из такого допущения и нагрева сажи Макс Планк вывел квантовую константу, словно Ньютон из гири силу.

По его словам "или квант действия был фиктивной величиной — тогда весь вывод закона излучения был принципиально иллюзорным и представлял собой лишь лишенную содержания игру в формулы. Или же при выводе в основе была правильная физическая мысль — тогда квант действия должен был играть в физике фундаментальную роль, тогда появление его возвещало нечто совершенно новое, дотоле неслыханное, что, казалось, требовало преобразования основ нашего физического мышления" (Марк Колтун: Мир физики)

Постоянные σ Стефана-Больцмана и b закона смещения Вина были известны: σ=5,67×10-8Вт·м-2К-4, b=2,9×10-3м·К. И, решив систему уравнений с двумя неизвестными, Планк вычислил: h=6,548×10-34Дж·c, k=1,346×10-23Дж·К (1900). Модель излучений при нагреве сажи стала обратна длинам волн: p=h/λ. Кривая мощности с ростом температуры сдвинулась в сторону коротких волн, кванты света "появлялись" при нагреве свыше 500°С.

Квант— абстрактный пучок частиц нулевой массы m0=ε/c2=h×ν/c2 с импульсами p=ε/c=h×ν/c=h/λ и энергиями ε=h×ν: от волновой теории вернулись к корпускулам Ньютона. По нелепой возможности рассуждений о перестановках символьных знаков: m0=0=ε/c2=h×ν/c2. Модели бестелесных квантов, скачущих по лучам энергии или по атомным орбитам, количество материи (массу) гири Ньютона сравняли с нулем.


"В книге "Ценности науки" Анри Пуанкаре говорит, что есть "признаки серьезного кризиса" физики. Кризис не исчерпывается тем, что "великий революционер-радий" подрывает принцип сохранения энергии. "Опасности подвергаются и все другие принципы". Например, принцип Лавуазье или сохранения массы оказывается подорванным электронной теорией, в которой атомы образуются из мельчайших частиц, заряженных положительным или отрицательным электричеством, "погруженные в среду, которую мы называем эфиром". Быстрота электронов оказывается сравнимой с быстротой света (300 000 километров в секунду). Приходится учитывать двоякость массы электрона: реальную и "электро-динамическую, представляющую собой инерцию эфира". И вот, реальная масса электрона приравнена к нулю.

Исчезает масса, подрываются основы механики, принцип Ньютона о равенстве действия и противодействия. Перед нами, — говорит Пуанкаре, — "руины", "всеобщий разгром принципов". Правда, — оговаривается он, — относятся они лишь к величинам бесконечно малым, — может, других бесконечно малых, которые противодействуют подрыву старых законов, мы еще не знаем, и радий к тому же очень редок, но "период сомнений" налицо. Гносеологические выводы автора из этого "периода сомнений" известны: "не природа дает нам понятия о пространстве и времени, а мы задаем их природе"; "все, что не есть мысль, есть чистейшее ничто". По Пуанкаре, ломка принципов доказывает, что они не копии, не снимки с природы, не отображения чего-то внешнего по отношению к сознанию человека, а продукты самого сознания. Выводов Пуанкаре не развивает, философской стороной вопроса не интересуется. На этом подробно останавливается Абель Рей в книге: "Теория физики у современных физиков" (Ленин: Материализм и эмпириокритицизм)

Физический смысл константы Планка до сих пор остается неясен: получают ее из косвенных показателей абсолютно черного тела. На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам (2011) ее приравняли к h=6,62606X×10−34  Дж·с, где Х — еще не известные цифры.

Первым на ее механическую размерность указал Зоммерфельд. Ланжевен зоммерфельдовским квантованием рассчитал в электронных траекториях квант магнитного момента, отличный от современного множителем 2×π, не определенным Зоммерфельдом. Бор в работе об атоме водорода (1913) выдвинул четвертую электронную теорию. В пятой теории о кванте в атоме водорода Зоммерфельд интеграл ∫pdq назвал действием. Началось бурное развитие теорий квантовой механики с неожиданными результатами. За магнитными моментами, принципом запрета Паули, волнами де Бройля последовали объединение матричной механики Борна-Гейзенберга с волновой механикой Шредингера, перестановочные соотношения, теория электрона Дирака. Всем этим модификациям присуще одно и то же: вслед за опытами следует коренная перестройка теории. Наблюдаемые в опытах явления в сочетании с домыслами о ненаблюдаемых ведут к радикально новым гипотезам, новым опытам и так далее (Леон Бриллюэн: Новый взгляд на теорию относительности)

Про сумасшедший характер гипотетических моделей

Из гносеологических уроков релятивистской и квантовой теорий авторы стали отходить от наглядных картин мира и понятий антропоморфного характера или радикальным образом изменять их смысл. Мотивом выбора гипотетических моделей стал их диковинный, сумасшедший характер.

Сложившуюся ситуацию поясняет реплика Бора о новой теории Гейзенберга: "У нее мало шансов быть истинной, ведь она недостаточно сумасшедшая". Новые модели в квантовой механике обязательно должны радикальным образом отличаться от предыдущих.

С осмыслением гипотетических моделей затруднялись и их создатели. Так, Эрвин Шпредингер объявил Бору: "Если мы и дальше будем сохранять эти проклятые квантовые скачки, я сожалею, что имел дело с атомной теорией". Хендрик Лоренц поведал Иоффе: "Я потерял веру, что моя работа вела к истине. Не знаю, зачем я жил, и я жалею, что не умер лет пять назад, когда все представлялось ясным". Альберт Майкельсон сожалел о проведенном опыте, из-за которого произошло становление теории относительности (Кадырбеч Делокаров: Эвристическая роль философии в научном открытии)

"Не думаю, что квантовая механика — исходная точка для поиска основ: так же, как, исходя из термодинамики, нельзя прийти к основам механики" (Альберт Эйнштейн)