Меморандум о естествознании

Модели

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

Джеймс Максвелл открыл проявления мощности электромагнитных смещений 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. Ультрафиолетовые волны создают газоразрядные лампы с парами ртути при нагреве t>1000°С, рентгеновские — высокие напряжения в вакуумных трубках; при γ-вибрациях среда ионизируется. Создана шкала электромагнитных волн с разными свойствами поглощения, отражения, дисперсии, дифракции, интерференции.

Появились и новые физико-математические модели — о квантах нуля — с многочисленными модификациями квантовой механики. И теперь ассорти этого раздела принято считать наиболее перспективным для фундаментального научного мышления. Но реальные результаты непомерно бюджетно затратны по причине профанации того, что "все проявления, элементы материй и форм — лишь следствия причинных свойств и целей" (Аристотель)

О модели абсолютно черной сажи

Возмущающие проявления волн в среде поясним на нагреве куска металла. В начале нагрева над поверхностью ладонью ощутимы тепловые волны инфракрасного диапазона. Затем проявляется мощность оптических волн: красные, желтые, бело-голубые свечения. Температура тел в окружающей среде проявляет по максимуму мощности волн характерной длины. Так, тела людей создают волны в инфракрасной области спектра с преобладанием длин в 10 микрон: их суммарная мощность в покое как у ~стоваттной, при активной работе как у ~пятисотваттной лампы накаливания. Полость в печи, нагретая до 1200°С, мощнее всего распространяет волны длиной 2 микрона. Из дуги между угольными электродами мощнее всех распространяются волны длиной 0,5...0,6 микрона.

В разделе термодинамики задачу о равновесной мощности волнового спектра свели к абстрактной модели излучений абсолютно черного тела, за натуральную модель его приняли сажу: она поглощает 99% волн в видимом диапазоне и мощность ее волнового спектра зависит только от температуры. Вильгельм Вин доказал: умножение длины волны в максимуме излучения на температуру равняется одной и той же величине; по закону Стефана-Больцмана сумма мощностей волновых излучений абсолютно черной сажи пропорциональна ее температуре в четвертой степени.

Но "кривая" суммарной мощности волнового спектра сажи не имела "горба": для длинных волн совпадала с опытом, а для видимых и особенно ультрафиолетовых волн "убегала" стремительно вверх, к бесконечности. Это была ультрафиолетовая катастрофа, ведь опыты были основаны на классическом положении, по которому в любом направлении всякий излучатель испускает одинаковое количество энергии. Для физиков конца XIX века не существовало сомнений в правильности классических постулатов. Да и в XX веке было принято считать, что "в истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самое значимое событие XIX века — открытие Максвеллом законов электродинамики. На его фоне гражданская война в Америке будет выглядеть мелким провинциальным происшествием" (Роберт Фейнман)

А расчеты приводили к абсурду: раскаленная печь с течением времени должна отдавать все больше теплоты в окружающее пространство, яркость свечения должна все больше и больше возрастать! Современник ультрафиолетовой катастрофы, много вложивший в развитие теорий электронов и относительности, Хендрик Лоренц с грустью заметил: "Уравнения классической физики оказались неспособны объяснить того, почему угасающая печь не испускает желтых лучей наряду с излучением больших длин волн".

О моделях кванта

В Эйнштейновском доказательстве инерции энергии масса света mo=0: при таком условии отношение импульса p и энергии E вспышки света p=E/c; из этой апории Макс Планк по нагреву сажи вывел квантовую константу, словно Ньютон из гири силу.

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. Решая систему уравнений с двумя неизвестными, Планк вычислил: h=6,548×10-34Дж·c, k=1,346×10-23Дж·К (1900). Так модель суммы мощности излучений при нагреве сажи стала обратной длинам волн: p=h/λ. Кривая мощности волнового спектра сдвинулась с ростом температуры в сторону коротких волн, кванты света появились после 500°С. Квант— пучек частиц нулевых масс m0=ε/c2=h×ν/c2 с импульсами p=ε/c=h×ν/c=h/λ и энергиями ε=h×ν: иными словами, от волн в эфире вернулись к апории корпускул Ньютона. По нелепой возможности рассуждений о перестановках символьных знаков: m0=0=ε/c2=h×ν/c2.  Моделью бестелесных квантов, скачущих по лучам энергии или атомным орбитам, количество материи гири самого Ньютона приравняли к нулю.

"Анри Пуанкаре в книге "Ценности науки" говорит, что есть "признаки серьезного кризиса" физики. Этот 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". Опыты дают материал для исчисления быстроты и массы электронов. Быстрота оказывается сравнимой с быстротой света (300000 километров в секунду), к примеру, ее треть. При таких условиях приходится учитывать двоякость массы электрона от необходимости преодолеть инерцию самого электрона и, во-вторых, эфира. Первая масса — реальная, вторая — "электро-динамическая, представляющая инерцию эфира". И вот, первая масса стала равна нулю и всецело электро-динамической. Исчезает масса. Подрываются основы механики. Подрывается принцип Ньютона, равенство действия и противодействия. Перед нами, — говорит Пуанкаре, — "руины" и "всеобщий разгром принципов". Правда, — оговаривается он, — они относятся к величинам бесконечно малым, — может, других бесконечно малых, противодействующих подрыву старых законов, мы еще не знаем, — и радий к тому же очень редок, но во всяком случае "период сомнений" налицо. Гносеологические выводы автора из этого "периода сомнений" известны: "не природа дает (или навязывает) нам понятия пространства и времени, а мы даем их природе"; "все, что не есть мысль, есть чистейшее ничто". Ломка принципов доказывает (таков ход мысли Пуанкаре), что они не копии, не снимки с природы, не отображения чего-то внешнего по отношению к сознанию человека, а продукты самого сознания. Выводов он не развивает, не интересуется философской стороной вопроса. Но на ней подробнейшим образом останавливается французский писатель по философским вопросам Абель Рей в книге: "Теория физики у современных физиков" (Ленин: Материализм и эмпириокритицизм)

Константу Планка получают из косвенных показателей абсолютно черного тела. На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам (2011) она принята h=6,62606X×10−34  Дж·с, где Х — еще не известные цифры. Физический смысл остается неясен. Зоммерфельд указал на механическую размерность. Ланжевен зоммерфельдовским квантованием в электронных траекториях задал квант магнитного момента и в 1911 году вычислил магнетон Бора, отличный от современного множителем 2×π, не определенным Зоммерфельдом. Бор в работе об атоме водорода (1913) выдвинул четвертую теорию. Зоммерфельд в пятой теории — о кванте в атоме водорода — интеграл ∫pdq назвал действием. Началось ее бурное развитие с неожиданными результатами. За магнитными моментами и принципом запрета Паули, волнами де Бройля последовали объединение матричной механики Борна-Гейзенберга с волновой механикой Шредингера, перестановочные соотношения, теория электрона Дирака. Всем модификациям присуще одно и то же: за экспериментами следует коренная перестройка теории. Наблюдаемые в опытах проявления в сочетании с вымыслами о ненаблюдаемых ведут к радикально новым гипотезам, новым опытам, и так далее (Леон Бриллюэн: Новый взгляд на теорию относительности)

Про сумасшедший характер квантовых 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.

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

Трудности с осмыслением квантовых моделей были и у создававших их людей. Эрвин Шпредингер объявил Бору: "Если мы и дальше будем сохранять эти проклятые квантовые скачки, то 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 жалею, что не умер лет пять назад, когда все представлялось ясным". Альберт Майкельсон сожалел об опыте, давшем повод для становления 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)