§ 1.6 Электрическое притяжение и ареоны

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

§ 1.6 Электрическое притяжение и ареоны

Мы могли бы попробовать объяснить явления [электродинамики] механическими воздействиями, оказываемыми этими частицами, но трудности, к которым мы придём при этом, кажутся непреодолимыми.

Вальтер Ритц, "Критический анализ общей электродинамики" [8]

Итак, Ритц был первым, кто разработал простую механическую модель, объяснившую взаимодействие зарядов. И хотя он дал свою гипотезу со всеми оговорками, словно Коперник, назвав свою модель лишь удобным методом описания, даже будучи уверен в её истинности, официальная наука и учёные собратья всё же отвергли концепцию Ритца, так же как когда-то официальная церковь и учёные-богословы отвергла учение Коперника. Примечательно, что физики, первоначально отвергшие теорию Ритца, в итоге всё равно вернулись к его модели обменного взаимодействия зарядов. Современная квантовая электродинамика (КЭД), разработанная Р. Фейнманом, по сути, повторяет идею Ритца, хоть и в извращённой форме. Согласно КЭД взаимодействие зарядов тоже осуществляется посредством испускаемых ими частиц, называемых виртуальными фотонами. Каждый заряд испускает виртуальные фотоны, которые при поглощении другими зарядами передают им свой импульс, чем и создают кулоновское взаимодействие. Постоянный обмен виртуальными фотонами между зарядами и порождает обменное кулоновское взаимодействие.

Как видим, эта гипотеза полностью повторяет идею Ритца и даже само название "виртуальные фотоны" говорит о том, что идея почёрпнута у него, поскольку, не будучи вполне уверен в реальности вводимых им частиц, Ритц называл их в своих статьях "фиктивными" (синоним слова "виртуальный") [8]. То, что Фейнман заимствовал обменную модель взаимодействия у Ритца, подтверждается и тем, что Эйнштейн, работавший вместе с Фейнманом в Принстонском университете, в 1941 г. ознакомил его, а поздней и Дж. Уилера с работами Ритца по электродинамике [6, 146]. Сам Эйнштейн был хорошо знаком с БТР, поскольку учился вместе с Ритцем и даже полемизировал с ним в печати по этой теме. Вскоре после 1941 г. и стали выходить работы Фейнмана по КЭД и обменной модели взаимодействия зарядов, однако, — без ссылок на Баллистическую Теорию Ритца, где эта модель впервые предложена. Плагиат Эйнштейна и Фейнмана подтверждается ещё и тем, что КЭД строится на идее опережающих и запаздывающих потенциалов [150], которым столько внимания уделял Вальтер Ритц в своей работе [8]. Эта же обменная модель Ритца успешно применялась и для объяснения других типов взаимодействий, скажем, — ядерных, опять же без ссылок на Ритца. Идею Ритца попросту украли, ни словом не упомянув о нём и его баллистической теории, которую следовало бы принять вместе с этой моделью.

Такая несправедливость в отношении идей Ритца творилась не раз. Так, Ритц объяснил в 1908 г. с помощью баллистической теории вековое смещение перигелия Меркурия, а Эйнштейн спустя 8 лет использовал его объяснение, подогнав под свою общую теорию относительности (§ 2.3). Другой пример: Ритц объяснил на основе созданной им магнитной модели атома спектр излучения водорода и дал его общую формулу. Бор использовал его результаты для построения своей модели атома, не упомянув о том, что правильную формулу для спектров дала впервые именно классическая модель атома Ритца (§ 3.1). Ритц предсказал и существование элементарного магнитного момента у электрона [101, с. 480]. Но опять же, говоря теперь о магнетоне Бора, об этом никто не упоминает (§ 3.19). Учёные беззастенчиво присваивали себе и извращали достижения Ритца, пользуясь его ранней гибелью и тем, что он не успел создать научную школу, которая могла бы постоять за его честь. Лишь теперь эта неудобная правда стала открываться.

Впрочем, в квантовой электродинамике и её версии обменного взаимодействия есть существенный недочёт. Она легко объясняет, каким образом возникает отталкивание одноимённых зарядов, обменивающихся виртуальными фотонами, но не способна истолковать притяжение разноимённых зарядов. Во-первых, импульс фотона всегда направлен в сторону от испустившего его заряда, а, значит, и действие отталкивающее. Во-вторых, два виртуальных фотона, испущенных положительным и отрицательным зарядом, должны быть совершенно неразличимы (фотоны различаются лишь энергией), а потому пробный заряд одинаково реагировал бы и на положительный и на отрицательный заряд, что, конечно, невозможно.

В теории Ритца таких проблем не возникает. Хотя, на первый взгляд, кажется, что и там нельзя объяснить притяжение разноимённых зарядов. Ведь частицы, разлетающиеся от заряда, должны, по идее, производить лишь отталкивание. Но, в действительности, есть один нестандартный путь решения. Необычность этого пути в том, что он объясняет притяжение зарядов посредством гипотезы о минусовой массе позитрона. В самом деле, рассмотрим притяжение элементарного отрицательного заряда — электрона e— — и элементарного положительного — позитрона e+ (антиэлектрона). Реоны, излучённые электроном, ударяя в позитрон, не отталкивают, а притягивают его: позитрон в корне отличается от электрона характером взаимодействия с реонами. Так же и частицы, испущенные позитроном, радикально отличаются от реонов, поскольку уже не отталкивают, а притягивают электрон. Почему же реоны, испущенные электроном, при поглощении позитроном, вместо того, чтоб отталкивать, притягивают его, заставляя позитрон двигаться навстречу электрону. Это кажется невероятным. Ведь по второму закону Ньютона ускорение

a=F/M,

где F — сила удара реонов (сообщаемый реонами в единицу времени импульс), а M — масса частицы, испытывающей удары. (При этом под ускорением a и силой F далее подразумеваем их проекции на ось, направленную от первого заряда ко второму.) Из уравнения следует, что ускорение имеет тот же знак, что и сила, а, значит, направленно туда же. В случае электрона всё так и есть. Однако позитрон — элементарный носитель положительного заряда — это античастица, представитель антимира, в котором всё наоборот. И очень вероятно, что это "наоборот" касается не только заряда, но и массы. Иначе говоря, масса M позитрона равна по величине и противоположна по знаку массе электрона. Именно поэтому позитрон, в отличие от электрона, притягивается, поскольку его ускорение a=F/M направлено в сторону обратную силе F ударов реонов: за счёт минусовой массы M позитрона сила и ускорение имеют разные знаки.

Но ведь отрицательная масса — это нонсенс! И всё же в отрицательной массе позитрона нет ничего странного. Раз позитрон — это античастица, и раз у античастиц все характеристики противоположны таковым у частиц, то позитрон должен иметь не только антизаряд, но и антимассу? Вспомним, что по определению Ньютона масса — это количество материи. Значит, если имеем дело с антиматерией (называемой ещё минус-материей), то у неё это количество отрицательное: антиматерия имеет минусовую массу. Да и предсказан был позитрон Полем Дираком именно как электрон с отрицательной энергией и массой [109], потому и ведёт себя позитрон в опытах как полная противоположность электрона. Дирак первым допустил существование антиматерии, причём эта идея казалась ему естественной ещё в школе, когда он в конкурсной задаче о числе пойманных рыбаками рыб дал ответ "минус две рыбы" [144]. Однако, потом от идеи минус-материи отказались и физики, и сам Дирак, а позитрон стали считать частицей с положительной массой. Зато в теории Ритца идея антимассы обрела смысл. Ещё одно соображение в пользу отрицательной массы позитрона состоит в том, что при аннигиляции электрона и позитрона их масса, как считают, бесследно исчезает. Но, согласно классической физике, должен выполняться закон сохранения массы. То есть общая масса электрона и позитрона равнялась нулю как после, так и до исчезновения, откуда с неизбежностью следует отрицательная масса позитрона, в точности компенсирующая положительную массу электрона.

Реально, конечно, все эти вопросы — процесс аннигиляции, отрицательная масса описываются гораздо сложнее. В частности, оказывается, что массу, как и электрический заряд, можно трактовать как процесс, что предлагалось ещё Ритцем. В таком случае, загадочная отрицательная масса получает классическое, наглядное механическое объяснение. Но для этого необходимо уже рассматривать строение электрона, природу времени, а эти вопросы далеко выходят за рамки настоящей главы и будут подробней разобраны позднее (Часть 3 и Часть 5). Сейчас же нам для удобства вполне достаточно условно считать массу позитрона отрицательной. По крайней мере, это ничему не противоречит. Конечно, модель эта грубо механистична. В дальнейшем она может быть уточнена и даже изменена. Но, как первое приближение, дающее наглядную механическую трактовку, она весьма удобна. Судя по некоторым замечаниям Ритца из его «Критических исследований по общей электродинамике», он и сам пришёл к этой механической модели, но отложил её подробное рассмотрение ввиду многочисленных проблем (см. эпиграф). Две из них, — трактовку взаимодействия разноимённых зарядов и постоянство массы электрона, мы решили.

Позитрон, будучи во всём антиподом электрона, и частицы испускает прямо противоположные реонам: он выбрасывает из себя антиреоны (или, сокращённо, — "ареоны"), имеющие ту же массу m, что у реонов, но опять же с обратным знаком. Соответственно, создаваемая их ударами сила

F=Nr2mc/4R2 (§ 1.4)

будет так же отрицательна и направлена против направления их движения. Так что, под действием ударов ареонов, испущенных позитроном, электрон будет подталкиваться навстречу позитрону: величина его ускорения a=F/M будет, как у силы, — отрицательна. В то же время, при действии позитрона на позитрон ускорение a=F/M — положительно: имеет место отталкивание, поскольку и сила и масса имеют отрицательный знак. Фактически, взаимодействие зарядов и их ускорение определяются отношением масс частиц

a=F/M=(Nr2c/4R2)(m/M).

Если частицы слеплены из одного теста, представляют одноимённые заряды, то m и M для них — одного знака, а, значит, ускорение a — положительно, то есть имеет место отталкивание. Если же взаимодействуют разноимённые заряды, то и m с M у них — разного знака, ускорение a отрицательно. И, значит, заряды притягиваются (Рис. 10).

Рис. 10. Характер взаимодействия одно- и разноимённых зарядов посредством реонов R определяется ускорением a. Противоположным зарядам "+" и "-" соответствуют противоположные знаки масс частиц.

Ну и раз уж речь зашла о тесте, из которого слеплены электроны и позитроны, скажем пару слов о строении этих частиц. Поскольку электроны постоянно испускают мириады реонов, то, судя по всему, именно из реонов и составлены электроны. Соответственно, позитроны (антиэлектроны), с их минусовой массой, образованы антиреонами. Испускание этих частиц зарядами, как уже говорилось, происходит в результате распада.

Конечно, всё это выглядит несколько парадоксально: положительно заряженный позитрон, который даже по своему названию положительный, имеет отрицательную массу. Но отрицательная масса — это, как было сказано, условность. С тем же успехом можно было бы приписать отрицательную массу электрону, а позитрону — массу положительную. Важен не сам знак массы, а то, что у электрона и позитрона эти массы имеют разные знаки, поскольку для взаимодействия важно соотношение масс (m/M). Точно так же совершенно условен знак заряда: ничего бы не изменилось в природе и в физике, если бы мы приписали положительный заряд электрону, а отрицательный позитрону, сменив знаки заряда и у всех прочих частиц. Примерно такой же условный смысл приобретает и масса, но об этом будет сказано позднее (§ 3.20).

Зато сам заряд в модели Ритца обретает конкретный физический смысл, раз взаимодействие зарядов определяется потоком испускаемых ими реонов и ареонов. Заряд Q — это полный поток, расход материи (реонов или ареонов), источаемой заряженным телом в единицу времени: Q=-mN. Соответственно, частица, испускающая материю (m>0), имеет отрицательный заряд Q, скажем, электрон, выбрасывающий реоны. Если же частица испускает больше антиматерии (частиц с m<0), то её заряд положителен, как у протона или позитрона. Итак, физически заряд — это производительность источника поля, — число испускаемых им в единицу времени реонов, этих элементарных единиц материи. (Если вспомнить баллистическую аналогию с бенгальским огнём или зарядом дроби в ружье, то их заряд тоже можно определить как производительность источника, — число выбрасываемых в момент искр или дробинок, тогда два огня или двустволка содержат уже удвоенный заряд, Рис. 7.) В то же время о заряде самого реона говорить бессмысленно. Ведь он, в принципе, не может иметь заряда, поскольку не испускает реонов, не создаёт их потока. Точно так же бессмысленно говорить о температуре или давлении не газа в целом, а одного атома, ведь давление и температура характеризуются движением, ударами коллектива атомов.

Столь же наглядную трактовку получает напряжённость электрического поля E, то есть плотность, густота силовых линий этого поля: она характеризует плотность потока реонов, материи, а, значит, и степень воздействия этого потока на единичный заряд (Рис. 11). Отсюда сразу вытекает и теорема Остроградского-Гаусса о пропорциональности потока поля E через замкнутую поверхность (общего числа выходящих через неё силовых линий) заряду Q в объёме, ограниченном этой поверхностью. Раз Q — это полный поток, расход материи, источаемой зарядами в объёме (Рис. 6), тогда тот же поток ежесекундно пронизывает поверхность вокруг заряда Q, будучи эквивалентен потоку поля E через эту поверхность, то есть общему числу исходящих силовых линий. Выходит, теорема Остроградского-Гаусса — это просто закон непрерывности потока реонов. Не случайно, именно Гаусс, согласно Ритцу (§ 1.7), ближе других подошёл к созданию бесполевой электродинамики, основанной на идее эмиссии и запаздывания электрических воздействий.

Итак, теория истечения поясняет смысл силовых линий, закона Гаусса, отрицательного заряда электрона и положительного заряда позитрона. А как же быть с положительным зарядом протона: откуда он берётся и как объяснить взаимодействие протона с электроном? По всей видимости, заряд протона обусловлен присутствующим в нём позитроном. И точно, протон может распадаться на этот самый позитрон и не имеющий заряда нейтрон. Не случайно, многие авторитетные физики-ядерщики, в том числе Ф. Содди, считали протон составной частицей, образованной из нейтрона и позитрона [139]. Надо думать, что и у других элементарных частиц заряженность связана только с присутствием в них электронов и позитронов: лишь они способны испускать и поглощать реоны и антиреоны. Именно электроны и позитроны, входящие в другие частицы, придают этим частицам электрический заряд. Только так можно объяснить существование стандартного элементарного заряда — это заряд электрона и такой же, но противоположный по знаку заряд позитрона. Ведь позитрон — это зеркальная копия электрона, — электрон-наоборот, имеющий те же размеры и массу. Сами по себе частицы разных масс и свойств не могли бы обладать всегда одним и тем же элементарным зарядом. Поэтому в их составе неизбежно должны присутствовать элементарные единицы заряда — электроны и позитроны, которые именно так изначально и вводили — как атомы электричества. Лишь позднее самостоятельным зарядом стали наделять и другие частицы. То, что электрический заряд протона связан с присутствием в нём позитрона, решает ещё и важную проблему физики элементарных частиц. Прежде было непонятно, почему частиц, скажем электронов, гораздо больше, чем античастиц, — позитронов. Но, если в каждый протон входит по лишнему позитрону, то электронов и позитронов в атомах будет поровну: электроны атомной оболочки в точности компенсируются позитронами ядра.

В целом видим, что какими бы великими ни казались поначалу сложности механической модели взаимодействия зарядов, отмеченные ещё Ритцем, их можно решить. Во времена Ритца эти трудности казались неустранимыми, поскольку не было ещё известно о распадах элементарных частиц, об античастицах и антиматерии, имевшей по исходной гипотезе Дирака минусовую массу. И, всё же, Ритц осмелился выступить со своей революционной моделью обменного взаимодействия зарядов, посредством испускаемых ими частиц.