Доклад: Фундаментальный констант

Аннотация

Главными фундаментальными константами обычно считают гравитационную константу (G ), постоянную Планка (h ) и скорость света (c ). Принято считать, что эти константы являются независимыми. Исследования показали, что истинно фундаментальными оказалисьне константы G, h, c, а совсем другие константы [1, 2, 3, 4]. Их оказалось пять. Это следующие константы:

1. Фундаментальный квант действия h_u (h_u =7,69558071(63) • 10^-37 J s).
2. Фундаментальная длина l_u (l_u =2,817940285(31) • 10^-15 m).
3. Фундаментальный квант времени t_u (t_u =0,939963701(11) • 10^-23 s).
4. Постоянная тонкой структуры α (α =7,297352533(27) • 10^-3 )
5. Число π (π=3,141592653589).

Выявлено, что важнейшие фундаментальные физические константы являются составными константами и состоят из этих пяти констант. Эти пять констант претендуют на онтологический статус, поэтому они названы "уни версальными суперконстантами " [1, 2, 3, 4].

1. Являются ли важнейшие физические константы фундаментальными?

Главными фундаментальными константами обычно считают гравитационную константу (G ), постоянную Планка (h ) и скорость света ( и тот факт, что в фундаментальной физике многие ученые применяют такую систему единиц, в которой они равны 1. Особенно большую значимость в глазах ученых эта тройка констант приобрела после того, как М.Планк, путем их комбинации, открыл новые единицы длины массы и времени, которые были названы "планковские единицы".

Константами G , h, c, в их различных комбинациях, оперируют наиболее важные физические теории. Так, например, теория тяготения Ньютона является G -теорией [11]. Общая теория относительности является классической (G, c )-теорией. Релятивистская квантовая теория поля является квантовой (h , c )-теорией [11]. Каждая из этих теорий оперирует одной или двумя размерными константами. Открытие планковских единиц - планковской длины, массы и времени породило у ученых надежду на возможность создания новой квантовой теории на основе трех констант G , h, c . Однако попытки создать единую квантовую теорию электромагнитных полей, частиц и гравитации на ос нове трех размерных констант - (G, h, c )-теорию, окончились безрезультатно. Такой теории до сих пор нет, хотя на ее создание возлагались очень большие надежды [11]. Почему так случилос ь? Очевидно потому, что тройка констант (G, h, c ,) по каким-то причинам не может выступать в качестве константного базиса квантовой теории. В этой связи возникает правомерный вопрос: м ожно ли считать эти константы первичными и независимыми? Трудности в создании (G, h, c )-теории указывают на обратное. По всей видимости, существуют совершенно другие константы, которые являются и независимыми, и первичными и, соответственно, истинно фундаментальными. Очевидно от таких первичных констант должны происходить все основные физические константы, в том числе и константы G, h, c . Поскольку первичный статус констант G, h, c долгое время был вне сомнений, то, естественно, задача поиска онтологического базиса фундаментальных физических конс тант остро не стояла.

Неудачи в создании (G, h, c )-теории и большое количество других фундаментальных физических констант, среди которых трудно отдать какой-нибудь константе предпочтение, выдвигают на пе рвый план задачу поиска онтологического базиса физических констант. Современная физика накопила уже около 300 фундаментальных констант [6]. Сотни констант и все фундаментальные! Почему такое большое количество констант считаются фундаментальными? Если к ним подходить как к истинно фундаментальным константам, то их явно много. Если исходить из того, что основу мира составляет единая материальная сущность и все физические явления должны иметь единую природу, то количество констант должно быть намного мень шим. Здесь уместно вспомнить правило Оккама, в соответствии с которым не следует без необходимости увеличивать количество сущностей, а также мнение Френеля о том, что “природа склонна к управлению многим с помощью малого ” [5, 8]. Поэтому, если в к ачестве критерия истинной фундаментальности рассматривать первичность и независимость констант, то фундаментальностью должны обладать совсем минимальное количество констант, а никак не десятки и конечно же не сотни. Таким образом, существует глубокое про тиворечие в том, что не единицы, а сотни констант наделены фундаментальным статусом. Предстоит выяснить, есть ли среди этих сотен констант "истинно фундаментальные " константы? Если таковые обнаружатся, то предстоит определить сколько их? Многое ук азывает на то, что на роль истинно фундаментальных констант достаточно трех размерных констант. Ведь неспроста только из трех основных единиц - метра, килограмма и секунды можно получить все производные единицы, имеющие механическую природу. Однако все т е же неудачные попытки в создании (G, h, c )-теории указывают на то, что трех констант явно недостаточно. Значит неизвестное число J_F , которое соотв

3 < J_F <300.

Принцип Оккама указывает на то, что правильный ответ о количестве истинно фундаментальных констант надо искать вблизи 3. Появилась работа [12], где делается вывод, что фундаментальных констант должно быть 22 (J_F =22 ). Ниже будет показано, что их гораздо меньше. Предстоит выяснить, входят ли в число J_F к онстанты G, h, c ? Предстоит также выяснить какие безразмерные константы можно отнести к истинно фундаментальным константам.

2. Проблема постоянной тонкой структуры (α)

Числовые значения размерных физических констант зависят от выбранной системы единиц. Как отмечалось выше, выбором системы единиц можно сделать так, что константыG, c ,h становятся равными 1. В то же время, в физике существуют важнейшие безразмерные константы такие как, постоянная тонкой структуры (α= 1 /137,03599976(50)) , отношение массы протона к массе электрона (m_p /m_e = 1836,1526675(39)) и др. Их значения инвариантны относительно выбора системы единиц. Наука очень мало знает об этих константах [11, 13, 14]. Они остаются загадкой для физиков. Пожалуй единственным достижением является то, что их значения известны с очень большой точностью. Особенно таинств енной и загадочной является постоянная тонкой структуры (α ).

Константа (α ) была введена в физику Зоммерфельдом в 1916 году при создании теории тонкой структуры энергии ато ма. Первоначально постоянная тонкой структуры (α ) была определена как отношение скорости электрона на низшей боровской орбите к скорости света. С развитием квантовой теории стало понятно, что такое упрощенное представление не объясняет ее истинный смысл. До сих пор природа происхождения этой константы и ее физический смысл не раскрыты. Кроме тонкой структуры энергии атома эта константа проявляется в следующ ей комбинации фундаментальных физических констант: α = μ₀ ce² /2h. Интересное высказывание о числе (α ) принадлежит Фейнману [10]: "с тех пор как оно было открыто... оно было загадкой. Всех искушенных физиков-теоретиков это число ставило в тупик и тем самым вызывал о беспокойство. Непосредственно вам хотелось бы знать, откуда эта постоянная связи появилась: связана ли она с числоп π или может быть она связана с натуральными логарифмами? Никто не знает ". Относительно значения постоянной тонкой структуры авторы Берклеевского курса физики пишут [9]: "мы не располагаем теорией, которая предсказывала бы величину этой постоянной ".

В то же время, такая особенность постоянной тонкой структуры, а именно, инвариантность к выбору системы единиц, позволяет считать ее первым кандидатом на роль истинно фундаментальной константы. Физики давно у верены в том, что постоянная тонкой структуры (α ) несет в себе что-то очень важное как о микромире, так и о макромире.

3. Пять универсальных суперконстант

Как показали мои исследования фундаментальных физических констант [1, 2, 3, 4] ни одна из перечисленных выше размерных констант - ни G , ни h , ни c не является независимой. Ни одна из них - ни G , ни h , ни c не является первичной. Особенно интересным и неожиданным оказалось то, что гравитационная константа (G ) оказалась составной константой [1, 2, 3, 4]. Более того, было выявлено, что гравитационная константа (G ) включает в себя и постоянную Планка (h ), и скорость света (c ) [1, 3, 4]. Это и явяется причиной того, что тро йка констант (G, h, c ,) не может выступать в качестве константного базиса квантовой теории. Поэтому не удивительно, что попытки создания (G, h, c )-теории оказались безуспешными. Это вполне естественно, поскольку взаимозависимые и непервичные (а значит не фундаментальные) константы не могут являться константным базисом фундаментальной физической теории.

Исследования показали, что истинно фундаментальными оказалисьне константы G, h, c, а совсем другие константы [ 1, 2, 3, 4]. Их оказалось пять (J_F =5) . Это следующие константы:

1. Фундаментальный квант действия h_u (h_u =7,69558071(63) • 10^-37 J s).
2. Фундаментальная длина l_u (l_u =2,817940285(31) • 10^-15 m).
3. Фундаментальный квант времени t_u (t_u =0,939963701(11) • 10^-23 s ).
4. Постоянная тонкой структуры α (α =7,297352533(27) • 10^-3 ).
5. Число π (π=3,141592653589).

Чтобы подчеркнуть их "истинную фундаментальность " и их онтологический статус, они были названы универсальными суперконстантами [1]. Было выявлено, что физические константы выражаются посредством пя ти суперконстант h_u ,l_u ,t_u ,α, π . В качестве примера, в таблице1 приведены эти функциональные зависимости для важнейших фундаментальных физических констант [1, 2, 3, 4]:

Табл. 1.

Наименование	Обозначение	Функциональная зависимость
Гравитационная постоянная	G	G =f(hu ,lu ,tu ,α, π )
Скорость света	c	c= f(lu ,tu )
Постоянная Планка	H	h= f(hu ,α, π)
Элементарный заряд	е	e=f(hu ,lu ,tu )
Масса электрона	m e	me =f(hu ,lu ,tu )
Постоянная Ридберга	R∞	R∞ =f(lu ,α,π )
Отношение масс протон-электрон	m p /m e	m p /me =f(α, π )
Постоянная Хаббла	H0	H0 =f(tu ,α, π )
Планковская масса	mpl	mpl =f(hu ,lu ,tu ,α, π )
Планковская длина	lpl	lpl =f(lu ,α, π )
Планковское время	tpl	tpl =f(tu ,α, π )
Квант магнитного потока	Фo	Фo =f(hu ,lu ,tu ,α, π )
Магнетон Бора	μB	μB = f(hu ,lu ,tu ,α ,)

Исследования показали, что в основе практически всех важнейших физических констант лежат приведенные выше пять универсальных суперконстант. Таким образом, известное на сегодня семейство физических констант до пускает редукцию к первичному суперконстантному базису, поскольку оно - это семейство, происходит от этого первичного (h_u ,l_u ,t_u ,α , π)- базиса:

Поскольку магнитная и электрическая константы не имеют физического смысла и их введение обусловлено только выбором системы единиц, то физические и астрофизические константы допускают редукцию к пяти первичным су перконстантам. Первичный, онтологический статус универсальных суперконстант, позволяет выделить суперконстанты в отдельный класс фундаментальных физических констант. Я считаю, что в перечень фундаментальных физических констант целесообразно ввести новый раздел: "Универсальные суперконстанты":

Universalsuperconstants
Quantity	Symbol	Value	Unit
1	Fundamentalquantum	hu	7,69558071(63) • 10-37	J s
2	Fundamentallength	lu	2,817940285(31) • 10-15	m
3	Fundamentaltime	tu	0,939963701(11) • 10-23	s
4	Fine-structure constant	α	7,297352533(27) • 10-3
5	Pi	π	3,141592653589...

Выделение специального раздела "Универсальные суперконстанты" можно обосновать следующими соображениями. Пять суперконстант, входящих в суперконстантный базис, являются первичными константами. Все другие фундаментальные физические константы

являются составными константами, имеют вторичный статус и могут быть получены на базе этих первичных суперконстант h_u , l_u , t_u , α, π< FONT >. С помощью пяти суперконстант можно получить аналитическим расчетом практически все важнейшие фундаментальные физические константы. Автором получены соответствующие математические соотношени я для вычисления значений фундаментальных физических констант с помощью суперконстант [1, 2, 3, 4]. По моему мнению, эти пять универсальных суперконстант смогут заменить собой большой перечень электромагнитных констант, универсальных констант, атомных и ядерных констант и стать основой новых физических теорий поля, элементарных частиц и гравитации. Более подробные сведения о суперконстантах можно узнать на сайтах:

http://www.sciteclibrary.com/

< A>

www.jsup.or.jp/shiryo/PDF/0900z53.pdf

http://www.rusnauka.narod.ru/

http://www.n-t.org/tp/ng/nfk.htm

4. Онтологический статус суперконстант h_u , l_u , t_u , α, π

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--