Книга "Физика на вярата" e нещо изключително рядко

Учените разчитат, че изключително високата скорост на светлината при необичайната миниатюрност на нейния носител - фотона, ще позволи да се улови нищожното влияние на запълващия цялото пространство ефир. Приемайки неподвижния и безтегловен ефир за реално съществуващ, учените предполагат, че скоростта на Земята спрямо тази субстанция може да се определи по следния начин. Тъй като Земята се движи в пространството, което е видно от въртенето й около Слънцето, то тя се премества в ефира. Ако намиращ се на Земята наблюдател успее да измери скоростта на светлинен лъч, движещ се в посока, съвпадаща с посоката на движение на Земята (по течението в ефира) и скоростта на насрещния светлинен лъч (обратно на течението в ефира), то той лесно ще може да се убеди в разликата между тези скорости.

За да направи това измерване, американският физик Майкълсон приспособява високочувствителен интерферометър и провежда своя знаменит опит, въз основа на който разчита да получи разликата в скоростите от вида на интерференчната картина. Какво е учудването му, когато в зрителната тръба не се получава никакво наслагване на оптични вълни. Оказва се, че на фотоните им е съвършено безразлично накъде летят - по течението, обратно на течението или някъде встрани.

Налага се един извод: движение на Земята през ефира няма и, следователно, хипотезата за неподвижния световен ефир, на която класическата физика възлага големи надежди, не е вярна.

За спасяване на хипотезата за неподвижния световен ефир, холандският учен Лоренц (едновременно с американския учен Фицджералд) предлага хипотеза за съкращаване на размерите на телата по посока на движението им. Достатъчно е да се предположи, че предметите, движещи се обратно на течението на ефира, променят размерите си - скъсяват се, с приближаване на скоростта им към скоростта на светлината. Приема се, че в опита на Майкълсон действително става "лоренцово" скъсяване на размерите на телата, което сякаш се явява експериментално потвърждение на преобразованията на Лоренц, от които математически следва такова скъсяване.

Хендрик Лоренц, с високата си научна прецизност, се смущавал много, че идеята му била измислена, както е прието да се казва "специално за случая", за обяснение на конкретния експеримент. Той пише: "На подобно въвеждане на особени хипотези за всеки нов опит е присъща… известна изкуственост". С други думи, Лоренц усеща разрива между своята хипотеза и строежа на цялата предидуща физика. А все пак издига хипотезата! При това, както се оказва, тя вярно описва фактите, но невярно ги обяснява.

От преобразованията на Лоренц се получава и основната черта на релативистката кинематика - независимостта на скоростта на светлината от движението на източника.

Последствията от експеримента на Майкълсон се оказват съдбоносни за всички научни идеи на ХХ век.

За по-нататъшното развитие на теоретичната физика е била нужна теория, която да разреши поредната възникнала криза. Дълго време опитите на учените в това направление са напразни. Едва през 1905 г., почти четвърт век след първия опит на Майкълсон, в първата си публикувана работа по теория на относителността "Към електродинамиката на движещите се тела", младият Алберт Айнщайн предлага изход от създалото се положение.

При анализа на резултатите от опитите на Физо и Майкълсон в работата си, Айнщайн стига до извода, че трябва да се откажем от въвеждането на понятието ефир, тъй като предположението, че ефирът е неподвижен едновременно в две системи (в система, свързана със Земята, в опита на Майкълсон и в неподвижна система, в опита на Физо) е абсурдно.

На времето опитът на Физо е обяснен чрез съществуването на неподвижен ефир, в който се движат всички тела. Опитът на Майкълсон опровергава тази хипотеза: скоростта на светлината относно Земята има винаги една и съща стойност, независимо от това, дали Земята се движи в посоката на движение на светлинния лъч или срещу него. Това би могло да се обясни с движението на Земята заедно с околоземния ефир, в който се разпространява светлинния лъч. Възможност за такова обяснение допуска и Айнщайн, но тогава остава неясен опитът на Физо, който показва, че тялото не се движи заедно с ефира.

Доста по-късно науката установява, че преместващото се върху Земята тяло в опита на Физо в действителност не се движи заедно с ефира вътре в тялото, тъй като този ефир се задържа от гравитационната сила на Земята.

Във великолепно написаната книга "Еволюция на физиката", Айнщайн стига до отказване от ефира, не само след анализ на опитите на Физо и Майкълсон, но и в резултат от анализа на цялата история на развитието на физиката.

Като не намира механично обяснение на ефира, Айнщайн му произнася смъртоносна присъда: "Всички наши опити да направим реален ефира, се провалиха. Той не ни разкри нито механичния си строеж, нито абсолютното си движение … Всички опити да открием свойствата на ефира доведоха до трудности и противоречия. След толкова неудачи, настъпва момент, когато трябва въобще да забравим за ефира и да се постараем никога повече да не го споменаваме".

Обосновавайки отказа си от ефира и това, че не всички явления в природата могат да бъдат обяснени от гледна точка на механиката, Айнщайн стига до мисълта за несъвършенството на основите на класическата физика. Той замисля теория, която да поправи основите на класическата физика, да помогне за излизане от създалата се криза и да послужи като основа на по-нататъшното развитие на теоретичната физика.

Назряващата криза във физиката показва необходимостта от смяна на парадигмата в естествознанието.

Съдържанието на базите на парадигмите в естествознанието винаги е изграждано върху избора на съответен принцип на относителността, съответстващ на геометрията на пространството и чрез постулиране на съществуването на някаква универсална среда, пренасяща взаимодействието. По времето на Нютон е господствала Евклидовата геометрия, принципът за относителност на Галилей, а за ролята на субстанцията, пренасяща взаимодействията, претендира ефирът. Ето че ефирът е отхвърлен. Едната от трите опори, поддържащи стария мироглед, рухва. А към края на ХІХ век се оказва, че и другите две са силно разклатени.

Нека си припомним, как е изглеждал светът за учените по времето на Нютон. Абсолютно, еднакво навсякъде, несвързано с нищо, независещо от нищо време. Абсолютно, навсякъде еднородно пространство, с абсолютна, навсякъде еднаква и също не зависеща от нищо геометрия. В такова абсолютно пространство и такова абсолютно време съществува, подчинявайки се на физическите закони, цялата материя. Например, законът за всеобщото привличане определя зависимостта на силата на взаимно привличане на телата от големината на техните маси и разстоянието между тях. И, разбира се, всички учени са убедени, че нито масата, нито силата, нито свързващите ги закони, не зависят от времето и пространството, също както времето и пространството от нищо не зависят.

И ето че през 1826 г. дръзкият Н. И. Лобачевски от Русия заявява: "Това не е така. Със силите и с масите на телата е тясно свързано самото време, от тях зависи и строежът на пространството, т.е. неговата геометрия".

Но какво означава геометрията на пространството да зависи от силите или от масите на телата? Означава, че пространството не е абсолютно и еднородно, че геометрията му се определя от големината и разпределението на телата. Не съществува абсолютно, от нищо не зависещо пространство, еднакво за всички. Не съществува и абсолютно време, което да тече съвършено еднакво за всички тела. Т.е., нашето реално пространство се оказва неевклидово. Изкривяването на пространството следва пряко от основното уравнение на Н. И. Лобачевски. По такъв начин Н. И. Лобачевски пръв разкъсва веригите, сковаващи геометрията от времето на Евклид. Той построява по-широка геометрична система - пангеометрия, която не отхвърля и не заменя геометрията на Евклид, а просто й отрежда скромното място на частен случай. По-късно Риман разширява съдържанието на геометрията така, че и творението на Лобачевски остава частен случай. Геометрията на Евклид представлява геометрия на пространство с нулева кривина, геометрията на Лобачевски - с отрицателна кривина, а геометрията на Риман - с положителна кривина.

По такъв начин, в началото на ХХ век става очевидна необходимостта от разработване на нова парадигма: ефирът е отхвърлен, пространството е неевклидово (има кривина) и не е абсолютно.

Ето в такава ситуация Айнщайн се хваща да разработи нова теория на относителността, която за съвременната физика да играе същата роля, каквато механиката на Нютон - за класическата физика.

Всичко е просто, когато е вече открито. И е неимоверно сложно, когато не знаеш в каква посока да търсиш.

Още в първата си публикация по теорията на относителността - "Към електродинамиката на движещите се тела", Айнщайн отбелязва, че тази теория се основава на два принципа, приемани за изходни постулати.

Първият постулат е обобщение на принципа на относителността на Галилей за всички физически процеси. Вторият постулат изразява принципа за постоянството на скоростта на светлината.

Като следва философската си концепция, че теорията трябва да произтича от опита, Айнщайн поставя светлината в особено положение - канонизира я, приемайки, че тя има винаги една и съща скорост спрямо произволни движещи се тела. Мисълта за такова специално положение на светлината дотолкова завладява Айнщайн, че той я издига в закон за постоянството на скоростта на светлината, формулиран от него в работата му "За принципа на относителност": "…Законът за постоянството на скоростта на светлината във вакуум трябва да е в сила за движещи се един спрямо друг наблюдатели така, че един и същ светлинен лъч да има една и съща скорост спрямо всички тези наблюдатели.

Този закон става най-важното основание за разработването на специалната теория на относителността (СТО).

Трябва да се отбележи, че днес отношението на учените в света към СТО е двойствено. По-голямата част от тях считат специалната теория на относителността за съвременна физическа теория на пространство-времето. Другата част се отнасят крайно отрицателно към СТО, считайки погрешен закона за постоянството на скоростта на светлината и преобразованията на Лоренц, които се използват в качеството на математическа основа на тази теория.

Двата постулата, лежащи в основата на СТО, са несъвместими, тъй като съгласно принципа на относителността на Галилей, един и същ светлинен лъч не може да има една и съща скорост спрямо наблюдатели, движещи се един спрямо друг.

Айнщайн упорито търси изход от създаденото положение и го намира в преразглеждането на най-важните положения на класическата физика - абсолютността на пространството и времето.

Опирайки се на геометрията на Риман и Лобачевски, Айнщайн въвежда понятието относителност на пространството и времето, под което се разбира изменение на размерите на едно тяло (пространството) и хода на времето в различни отправни системи. Т.е., ако пространството и времето са относителни, размерът на единицата за дължина (например, метър) и дължината на единицата за време (например, секунда) в подвижна и неподвижна отправна система ще имат различна големина.

В своя труд "Какво е това теория на относителността?" Айнщайн отбелязва, че принципите на относителността и за постоянството на скоростта на светлината са непримирими, но "специалната теория на относителността е успяла да ги примири, с цената на видоизменение на кинематиката, другояче казано, с цената на изменение на физическите представи за пространството и времето".

Е, как да не си спомним тук шеговитото стихотворение от неизвестен автор.

Светът потънал бе изцяло в тъмнина.

Тогава рече Бог: "Да бъде светлина!"

И дойде Нютон!

Но скоро дяволът реванш дочака:

Дойде Айнщайн и всичко пак потъна в мрака.

В специалната теория на относителността Айнщайн обосновава новата кинематика, на базата на относителността на пространството и времето, благодарение на което успява да подчини издигнатия от него закон за постоянството на скоростта на светлината, на принципа за относителност.

Освен това, в специалната теория на относителността Айнщайн успява да установи органична връзка между пространството и времето и да ги обедини в единен пространствено - времеви континиум - "пространство-време". Оказва се, че за описването на физическите процеси е необходимо използването на четиримерно пространство-време, в което положението на точката се определя от три пространствени координати X, Y, Z и времева координата ct, където с = 300 000 km/s е скоростта на светлината във вакуум. Геометричните свойства на такова пространство-време се описват в геометрията на Евклид.

Това твърдение на специалната теория на относителността не предизвиква противоречия от страна на учените.

Разработвайки специалната теория на относителността, Айнщайн се замисля над това, как да постави въпросите за гравитацията върху новата научна база, т.е. как да разработи теория на гравитацията (привличането). Такава теория той разработва в общата теория на относителността (ОТО), наречена още Теория на гравитацията.

Айнщайн формулира закона за всеобщото привличане по следния начин: движението на масите се предизвиква от изкривяването на пространството, а изкривяването на пространството се предизвиква от намиращата се в него материя.

Айнщайн заменя безкрайната "плоска нютонова" Вселена с безгранична, но крайна Вселена. Крайното пространство по необходимост трябва да бъде затворено и изкривено, подобно на всяка затворена повърхност.

Съгласно теорията на гравитацията, геометричните свойства на пространство-времето зависят от разпределението в пространството на привличащите се тела и тяхното движение. Също както около движещи се електрически заряди възниква електромагнитно поле, така и в пространството около всяко тяло възниква поле на привличане.

Цялата безгранична Вселена е запълнена с тела - както гигантски звезди, така и най-дребни частици космически прах. Масите на тези тела (големината на масата им, тяхното взаимно положение и относително движение) създават полета на привличане - гравитационни полета, които съществуват и се изменят в пространството и времето. От друга страна, свойствата на тези полета налагат незаличим отпечатък върху онова пространство и време, в което съществуват. Привличащите се тела изкривяват четиримерния свят на пространство-времето, в който те се движат. На свой ред, това изкривено пространство-време-поле на привличане определя движението на телата, техните траектории и скорост.

Получава се тясна взаимовръзка: телата раждат поле, полето управлява движението и поведението на телата.

Геометрията на такъв изкривен четиримерен свят вече не може да е евклидова.

По такъв начин телата, създаващи гравитационните полета, "изкривяват" реалното тримерно пространство и по различен начин изменят хода на времето в различните му точки. Така се оказва възможно движението на телата в поле на привличане да се разглежда като движение по инерция, но в изкривено пространство-време.

Обобщавайки написаното дотук, можем да кажем, че Айнщайн за пръв път показва дълбоката взаимовръзка на абстрактното геометрично понятие кривина на пространство-времето и физическите проблеми на гравитацията. Той успява да представи гравитационното поле чрез кривината на четиримерното пространство-време.

Със своя изключителен труд за теорията на относителността Айнщайн разкъсва оковите, сковаващи механиката. Теорията на относителността не отхвърля механиката на Нютон. Тя й отрежда по-скромно място в науката, отнасящо се за движения, които са бавни, в сравнение със скоростта на разпространение на светлината.

Въз основа на теорията си, Айнщайн предсказва два неизвестни по-рано ефекта - изкривяване на траекторията на светлинен лъч в гравитационно поле и намаляване на честотата на светлината, минаваща близо до големи маси, като обяснява странностите в отместването на перихелия на Меркурий. Теорията на Нютон не може да обясни тези ефекти. След експерименталното потвърждение на посочените от Айнщайн ефекти, общата теория на относителността получава всеобщо признание.

"Създаването на ОТО ми се струваше тогава, а и сега, най-великото достижение на човешкото мислене в изучаването на природата, поразително съчетание на философска дълбочина, физическа интуиция и математическо изкуство" - пише един от основателите на квантовата механика, Макс Борн.

В теорията на относителността материалната среда, взаимодействаща с привличащите се тела, е самото Световно пространство. То поема някои (но съвсем не всички) функции на предишния ефир. След като максуеловото понятие за поле е пренесено от Айнщайн и върху гравитацията, физическите полета поемат задължението за предаване на действието. Необходимостта от предишния ефир изчезва. С появата на теорията на относителността полето става първична физическа реалност, а не следствие от някаква друга реалност.

Самото свойство еластичност, което е толкова важно за ефира, се оказва свойство на всички материални тела, свързани с електромагнитното взаимодействие между частиците. Казано с други думи, не еластичността на ефира е основа на електромагнетизма, а електромагнетизмът служи за основа на еластичността въобще.

Еластичните свойства на "празното" пространство се описват от десетте, така наречени, вакуумни уравнения на Айнщайн, които не съдържат никакви константи и са записани в криволинейни координати. По-късно акад. Я. Б. Зелдович изказва следното предположение по повод еластичността на пространството: "…Вакуумните уравнения на Айнщайн описват еластичността на пространството. Възможно е тази еластичност изцяло да се определя от ефектите на поляризация на вакуума". Както показа времето, Зелдович се оказва прав.

Какво значи, че световната материална среда е станала ненужна на физиката? Значи ли, че трябва да се върнем към пустотата? Може да се каже така: навремето действително са измислили ефира, защото им е бил нужен; в началото на ХХ век необходимостта от стария ефир с неговите противоречиви свойства отпада. Но както е предположил самият създател на теорията на относителността, някаква вездесъща материална среда все пак трябва да съществува и да притежава определени свойства.

По-късно Айнщайн отново предлага тази материална среда да се нарече ефир. През двайсетте години на ХХ век, след публикуването на класическите си трудове по специалната и общата теория на относителността, Айнщайн неведнъж повтаря в статиите си: "Ефирът съществува. Съгласно общата теория на относителността, пространството е немислимо без ефира…"; "В теоретичната физика не можем да минем без ефира, т.е. континиум, притежаващ физически свойства".

Но "континиумът, притежаващ физически свойства" - това не е предишният ефир. Айнщайн приписва определени (нови за науката) физически свойства на самото пространство. За общата теория на относителността това е достатъчно и никаква особена материална среда извън това, в това пространство, не й е нужна. В края на краищата, общата теория на относителността е теория на гравитацията - ни повече, ни по-малко. Самото пространство с новите физически свойства би било възможно отново да се нарече ефир.

В съвременната физика, заедно с теорията на относителността, "властта над света" се дели с квантовата теория на полето. Тя, от своя страна, открива в пространството на Айнщайн доста специфична материална среда, с необичайни свойства. Материалната среда, обща за теорията на относителността и за квантовата теория на полето е наречена физически вакуум. Науката не се реши да се върне отново към термина "ефир".

И така, в началото на ХХ век, в естествознанието е приета нова научна парадигма, в основата на която са положени принципът на относителността на Айнщайн, геометрията на пространството на Риман-Айнщайн и универсалната материална среда - физическият вакуум.

В заключение ще подчертаем, че нито една друга теория не е оказала такова революционно влияние върху физиката и науката като цяло, както теорията на относителността на Айнщайн. По мащаби теорията на Айнщайн може да се сравни само с теорията на Нютон, положила основите на съвременното естествознание. Отказвайки се от обичайните представи, Айнщайн предлага съвършено нови тълкувания на пространството, времето и масата, което изисква коренно преустройство на основните понятия и идеи.

Като любопитен факт ще отбележим, че Айнщайн не получава Нобелова награда за нито един от трудовете си по теория на относителността. През 1921 г. той е удостоен с Нобелова награда за теорията на фотоефекта, публикувана още през 1905 г. Това без съмнение свидетелства, че теорията на относителността се е сторила твърде радикална на предишните нобелови лауреати, които са обсъждали новите кандидатури.

В началото на ХХ век са открити две групи явления (привидно несвързани помежду си), свидетелстващи за неприложимостта на нютоновата механика и класическата електродинамика на Максуел към атомните процеси. Първата група явления е свързана с опитното установяване на двойствената природа на светлината - дуализъм на светлината; втората - с невъзможността да се обясни устойчивостта на атомите и техните оптически спектри в рамките на класическите представи.

Установяването на връзки между тези групи явления и опитите за обяснението им, довеждат в крайна сметка до откриване на законите на квантовата механика.

За пръв път понятието квант е въведено от немския физик Макс Планк през 1900 г. Изхождайки от експерименталните резултати, той изказва идеята, че светлината не се излъчва непрекъснато (както това следва от класическата теория на излъчването), а на определени дискретни порции - кванти. По-късно, развивайки идеята на Планк, Айнщайн допуска, че светлината не само се излъчва и поглъща, но и се разпространява на кванти, т.е. дискретността е присъща на самата светлина: светлината се състои от отделни порции - светлинни кванти, наречени по-късно фотони. Освен това, Айнщайн обосновава идеята за квантуването на енергията - делението на енергията на порции.

През 1922 г. американският физик А. Комптън доказва експериментално, че светлината притежава както вълнови, така и корпускулярни свойства, т.е. светлината се явява едновременно и вълна, и частица. Възниква логическо противоречие: за обясняването на едни явления трябва да се приеме светлината за вълна, а за обяснението на други явления - за корпускула. "Фундаменталните физически елементи на микросвета - частиците и вълните - проявяват несрещана по-рано в опитите способност да заявяват за съществуването си едва в момента на наблюдение, проявявайки се или като вълна, или като частица.

По същество, именно разрешаването на това противоречие води до създаването на физическите основи на квантовата теория.

През 1924 г. френският физик Луи дьо Бройл издига хипотезата за всеобщия корпускулярно-вълнов дуализъм, според която не само фотоните, но и всички "обикновени частици" (протони, неутрони, електрони и др.) също притежават вълнови свойства. По-късно тази хипотеза е потвърдена експериментално.

През 1926 г. австрийският физик Е. Шрьодингер извежда уравнение, описващо поведението на такива "вълни" във външни силови полета. Така възниква вълновата механика, а уравнението на Шрьодингер става основно уравнение на нерелативистката квантова механика. В основата на релативистката квантова механика стои релативисткото уравнение, получено от английския физик П. Дирак две години по-късно, описващо движението на електрон във външно силово поле.

Окончателното формиране на квантовата механика като последователна теория, става след появата на трудовете на В. Хайзенберг за принципа за неопределеност и на Н. Бор - за принципа за допълнителност.

Принципите за неопределеност и за допълнителност

Принципът за неопределеност гласи, че "произволна физическа система не може да се намира в състояния, в които координатите на нейния център на инерция и импулсът й едновременно да приемат напълно определени точни стойности". Какво означава това?

Съществена черта на микроскопичните обекти е тяхната корпускулярно-вълнова природа. Състоянието на частиците напълно се определя от вълновата функция. Частицата може да бъде открита във всяка точка от пространството, в която вълновата функция е различна от нула. Затова резултатите от експериментите, например за определяне на координатите, имат вероятностен характер. Това означава, че при провеждане на серия еднакви опити с еднакви системи, всеки път ще се получават различни резултати. Обаче някои стойности ще бъдат по-вероятни от други, т.е. ще се появяват по-често. При това, колкото по-точно е определена координатата, толкова по-малко точна ще е стойността на импулса.

По такъв начин, квантовите "закони" нямат абсолютната природа на законите на Нютон, цялата квантова механика е построена върху вероятности. И ако класическата физика може да предскаже точните резултати преди експеримента, то квантовата физика може да предскаже единствено вероятностите.

Физиците пристъпват към принципа за допълнителност, формулиран от Н. Бор, когато откриват, че при експериментите с елементарни частици изследователят пречи със собствените си действия. Принципът на Бор гласи: получаването на информация за някои физични величини, описващи микрообект в даден експеримент, неизбежно е свързано със загубата на информация за други величини, допълнителни към дадените.

Ние научаваме нещо за елементарните частици, обикновено по резултатите от срещите им с други частици, играещи ролята на сонди. В квантовия свят такива срещи между частиците променят свойствата им. А приборите, с които регистрираме частиците, по своята природа са винаги макроскопични. Приборът изкривява това, което изследва. Самият акт на наблюдение изменя наблюдаваното. Обективната реалност зависи от прибора, т.е. в крайна сметка, от произвола на наблюдателя. Последният се превръща по такъв начин от зрител - в действащо лице. Затова един от "бащите" на квантовата механика, Н. Бор счита, че изследователят познава не самата реалност, а само собствения си контакт с нея.

Някои физици, например Е. Вагнер, започват изучаването на въпроса за влиянието на съзнанието на наблюдателя върху резултатите от измерванията в квантовата физика.

Във връзка с цялата тази неопределеност, вероятност и допълнителност, Нилс Бор дава така наречената "копенхагенска" интерпретация на същността на квантовата теория: "По-рано беше прието да се счита, че физиката описва Вселената. Сега ние знаем, че физиката описва само това, което ние можем да кажем за Вселената". От всичко, казано по-горе, може да се направи изводът, че "копенхагенизмът" постулира Вселена, която се създава магически от човешката мисъл.

По този повод Айнщайн казва, че ако според квантовата теория наблюдателят създава или частично създава наблюдаваното, то мишката може да преправи Вселената, просто като я погледне. Тъй като това изглежда абсурдно, Айнщайн заключава, че квантовата физика има някакъв голям, скрит недостатък.

В такъв случай, как да се отнасяме към фундаменталната неопределеност (индетерминизъм) в квантовата теория?

Може да се предположи, че индетерминизмът е залегнал в основата на Света, а обсъжданата особеност на квантовата теория е адекватно отражение на този Свят. Именно такава гледна точка застъпват Бор, Хайзенберг, Борн, Дирак, Паули и много други.

Но съществува и друго мнение: в основата на природата е заложена някаква разновидност на детерминизма (определеността), например със статистически характер, в духа на скритите параметри, която засега се изплъзва от зрителното поле на изследователите. Към такава гледна точка се придържат Планк, Айнщайн, Дьо Бройл, Шрьодингер, Лоренц, които от самото начало отхвърлят "копенхагенизма", като настояват, че в края на краищата ще бъде намерен начин да се докаже "реалността" дори в квантовия свят.

Айнщайн счита, че квантовата теория в сегашния си вид просто не е завършена. Т.е. това, че ние засега не можем да се отървем от неопределеността, не говори за ограничените възможности на научния метод, както твърди Бор, а единствено за незавършеността на квантовата механика. В края на краищата, аргументът на Айнщайн прераства в хипотеза за съществуването на така наречената "скрита променлива".

Поразителна е титаничната интуиция на Айнщайн, борещ се повече от 30 години с пътя на развитие, който поема квантовата механика по негово време: "…Аз непрестанно търсех друг път за решаване на квантовата загадка… Тези търсения са обусловени от дълбокия, принципиален характер на отвращението, което ми внушават основите на статистическата квантова теория". Айнщайн се изказва против принципа за неопределеност, за детерминизма, против ролята, отредена в квантовата механика на акта на наблюдение (влиянието на измерителния прибор). Той счита, че квантовата теория може да стане по-съвършена, чрез разширение на общия принцип на относителността.

Айнщайн води дълга и упорита открита борба. Той върви упорито към защитата на интересите си, измисляйки все нови и нови хитроумни аргументи и опити - експериментални и логически, за да докаже правотата си. След това Н. Бор неведнъж отбелязва, доколко важен и плодотворен за развитието на квантовата механика е бил този дълъг дуел с Айнщайн. Признавайки се за победен във всеки бой, Айнщайн продължава да вярва, че истината все пак е на негова страна и страстно продължава търсенето й. Защото истината за него е по-скъпа от всичко.

През 1947 г. Айнщайн пише на Макс Борн, един от основоположниците на квантовата механика: "В нашите научни възгледи ние се развихме като антиподи. Ти вярваш, че всичко е по божие хрумване, а аз вярвам в пълната закономерност на обективно съществуващото… Ако съм твърдо убеден в нещо, то е, че в края на краищата ще се спрат на теория, в която не вероятностите, а фактите ще бъдат закономерно свързани." Както показва по-нататъшното развитие на науката, Айнщайн се оказва прав.

Съществуването на две принципно различни направления в подхода към квантовата физика характеризира кризата в разбирането на физическата реалност, която продължава повече от половин век. Буквално до днес се дискутират следните въпроси.

1. 
   Какво е вълновата функция в уравненията на Шрьодингер и Дирак, т.е. какво физическо поле представя тя?
   
2. 
   Съществува ли детерминизъм и причинност в областта на микросвета?
   
3. 
   Какъв е образът на квантовата частица?
   
4. 
   Завършена ли е квантовата механика?
   

През 1965 г. Д-р Джон С. Бел публикува свое изследване, което физиците наричат накратко "теорема на Бел".

Теоремата на Бел твърди, че ако съществува някаква обективна Вселена и ако уравненията на квантовата механика са структурно подобни на тази Вселена, то между две частици, влезли някога в контакт, съществува някакъв вид нелокална връзка.

Трябва да напомним, че класическият тип нелокална връзка е "магическата" връзка.

Всички доквантови модели на света, включително теорията на относителността на Айнщайн предполагат, че всички корелации (взаимозависимости) се характеризират с наличието на връзки. В нютоновата физика връзката е механическа и детерминистична; в електромагнетизма тази връзка се появява като пресичане или взаимодействие на полета; в теорията на относителността - като резултат от изкривяването на пространството, но във всички случаи корелациите предполагат някаква връзка. Като опростен модел на света, всички физици от доквантовата епоха приемат билярдната маса. Ако лежаща на масата топка се задвижи, причината се крие или в механиката (удар от друга топка), или в полетата (въздействието на електромагнитното поле тласка топката в определена посока), или в геометрията (масата е наклонена). Но без причина топката няма да се задвижи.

Обаче Бел доказва много точно математически, че ако квантовата механика действа в наблюдаемия свят, то трябва да съществуват нелокални ефекти. Т.е., ако на билярдната маса топката А внезапно се завърти по часовниковата стрелка, то в същия момент на другия край на масата топката В също внезапно ще се завърти, но обратно на часовниковата стрелка.

Действително, експериментално са открити редица ефекти, които може да се обяснят само с влиянието на някаква сила от оня свят. Например, парадоксът на Айнщайн-Подолски-Розен (АПР-парадокс). Когато учените разцепват в силно магнитно поле атомна частица, се оказва, че разлитащите се парченца имат мигновена информация една за друга. Между парченцата на разпадналата се частица се запазва връзката, подобно на преносима радиостанция, така че всяко от тях във всеки момент знае къде се намират другите и какво става с тях. Тъй като няма никакво разумно обяснение на този факт, сред научната общественост практически единодушно съществува мнението, че АПР-парадоксът има "метафизичен" характер.

В теоремата на Бел, която физикът Д. Бом твърде щателно проверява, няма грешка, а потвърждаващите я експерименти са многократно повтаряни от д-р А. Аспект от Орса. При това, нелокалните корелации също така ясно се проявяват в експеримента, както и в уравненията (в теорията).

Теоремата на Бел поставя учените пред избора между две "неприятности": или да се примирят с фундаменталната неопределеност в квантовата механика, или запазвайки класическата представа за причинността, да признаят, че в природата действа нещо като телепатия (айнщайнова нелокалност).

От гледна точка на Бом, експериментите на Аспект поддържат позицията за нелокалните скрити променливи, чието съществуване предполага Айнщайн.

Отчитайки необикновеността и важността на теоремата на Бел, потвърдена експериментално, още веднъж ще подчертаем нейната същност. Не съществуват изолирани системи: всяка частица на Вселената се намира в "мигновена" връзка с всички останали частици. Цялата Система, даже ако частите й са разделени от огромни разстояния и между тях отсъстват сигнали, полета, механични сили, енергия и т.н., функционира като Единна Система. При това, мигновената "връзка", описвана от теоремата на Бел, не води до загуба на енергия.

Д-р Джек Сафати изказва предположение, че средството за беловската връзка трябва да е информацията. А физикът д-р Е. Г. Уокър счита, че неизвестният елемент, движещ се по-бързо от светлината и съединяващ системата в едно, е "Съзнанието".

Според съвременните научни изследвания, Съзнанието трябва да се разбира като висша форма на развитие на информацията. Носител на информацията в Тънкия Свят са торсионните полета, които се разпространяват мигновено и без загуби на енергия. И днес например, след разработването на концепцията за физическия вакуум, АПР-парадокса се обяснява като особен род торсионно взаимодействие. А това предполага връзка между торсионното взаимодействие и айнщайновата нелокалност. Наскоро бяха проведени още веднъж коректни експерименти (Бенет и Зайлинер), доказващи обосноваността на АПР-парадокса и потвърждаващи идеята, че съзнанието е физическа реалност.

2.1.7. Море на Дирак

Създателите на квантовата механика не се занимават с ефира, стигат им грижите със странния новооткрит свят, в който енергията се дроби на порции, вълната се оказва частица, а частицата - вълна.

Но теорията на относителността и теорията на квантовата механика трябва да се срещнат и да започнат някак да отчитат откритията, направени от всяка от тях, поне заради факта, че елементарните частици могат да се движат почти със скоростта на светлината, а фотоните въобще се движат само със светлинна скорост.

Частица и античастица

Холандският физик Пол Дирак пръв започва процеса за обединение на двете теории. До 1928 г. са известни само три частици: фотон, електрон и протон. Фотонът е елементарна частица, квант на електромагнитното излъчване (по-конкретно - на светлината); електронът е елементарна частица с положителна енергия и отрицателен (както се приема условно) заряд, открит от Томсън през 1891 г.; протонът е стабилна елементарна частица, ядро на водородния атом.

“Най-стар" е електронът. Физиците го познават вече от няколко десетки години. Ясно е, че трябва да се започне с електрона.

Пол Дирак съставя уравнение, което описва движението на електрона с отчитане на законите и на квантовата механика, и на теорията на относителността, при което получава неочакван резултат. Формулата за енергията на електрона дава две решения: едното съответства на вече познатия ни електрон - частица с положителна енергия, а другото - на частица с отрицателна енергия. В квантовата теория на полето състоянието на частица с отрицателна енергия се интерпретира като състояние на античастица, притежаваща положителна енергия и положителен заряд.

Дирак обръща внимание на това, че нереалните частици с отрицателна енергия възникват от своите положителни "антиблизнаци". Използвайки резултатите от експериментите на швейцарския учен В. Паули, Дирак прави удивителен извод: "Този океан (физическият вакуум) е запълнен с електрони, без ограничение на големината на отрицателната енергия и затова няма нищо, приличащо на дъно в този океан". Сравнението с океан (или море) се оказва удачно. Често наричат вакуума "море на Дирак". Ние не наблюдаваме електрони с отрицателна енергия именно затова, защото те образуват непрекъснат невидим фон, върху който протичат всички световни събития.

За да разберем по-добре това твърдение, нека разгледаме следната аналогия. Човешкото око вижда само онова, което се движи спрямо него. Очертанията на неподвижните предмети различаваме само затова, защото самата човешка зеница постоянно се движи. А много животни (например, жабата), нямащи такъв зрителен апарат, ако не се движат, са способни да виждат само движещи се предмети.

Всички ние, живеещите в "морето на Дирак", се оказваме спрямо него в положението на жаба, застинала на брега на езерото в очакване на невнимателно насекомо. Тя ще види летящото насекомо и без да се помръдне, а езерото, ако няма вълни по него, за нея остава невидимо. Така и при нас: не виждаме фоновите електрони, а в ролята на насекомо се появяват редки, в сравнение с фоновите електрони, частици с положителна енергия.

През 1956 г. П. Дирак изнася в Москва лекцията "Електроните и вакуумът". В нея той напомня, че във физиката ние често се срещаме с обекти, които напълно реално съществуват и въпреки това са непроявени, невидими.. Например, невъзбуден атом с минимална енергия. Той не излъчва. Ако не му въздействаме по някакъв начин, той остава невидим. В същото време ние със сигурност знаем, че такъв атом не е нещо неподвижно: електроните се движат около ядрото и в самото ядро текат обичайните процеси.

Океанът е невидим само до тогава, докато не му въздействаме по определен начин. Когато в "морето на Дирак" попадне например богат на енергия светлинен квант - фотон, то той при определени условия заставя "морето" да се прояви, избивайки от него един от многобройните електрони с отрицателна енергия. И както твърди теорията, ще се родят едновременно две частици, които можем да открием експериментално: електрон с положителна енергия и отрицателен електрически заряд, и антиелектрон, също с положителна енергия, но с положителен заряд.

В потвърждение на теорията на Дирак, през 1932 г. американският физик Андерсен открива експериментално антиелектрона в космичните лъчи и го нарича позитрон.

Днес вече е доказано, че за всяка елементарна частица в нашия свят съществува античастица.

Всичко това не е измислица, а нещо открито, изследвано, хилядократно проверено и препроверено. Дираковият физически вакуум е теоретичната основа за откритията.

Знаменитият физик В. Хайзенберг подчертава принципното значение на трудовете на Дирак по проблемите на вакуума. Преди тях се е считало, че вакуумът е чисто "нищо", което каквото и да правиш с него, каквито и преобразования да извършваш, не е способно да се промени и винаги си остава все същото нищо. Теорията на Дирак отваря пътя към преобразованията на вакуума, в които предишното "нищо" се превръща в множество двойки частица-античастица.

Виртуални частици

Една от особеностите на вакуума е наличието в него на полета с енергия, равна на нула и без реални частици. Това е електромагнитно поле без фотони, това е пионно поле без пи-мезони, електрон-позитронно поле без електрони и позитрони.

Но, щом има поле, то трябва да има трептене на неговите вълни. Такива трептения във вакуума често се наричат нулеви, защото там няма частици. Чудно нещо: трептенията на полето не са възможни без движение на частиците, но в дадения случай частици няма! Как да си обясним това? Физиците считат, че при трептенията се раждат и изчезват кванти. При трептенето на електромагнитното поле се раждат и изчезват фотони, когато трепти пионното поле - се появяват и изчезват пи-мезони и т.н. Физиката успява да намери компромис между присъствието и отсъствието на частици във вакуума. Компромисът е следният: частиците се раждат при нулеви трептения, живеят много кратко и изчезват. При това се получава, че частиците, които се раждат от "нищото" и получават при това маса и енергия, с това именно нарушават неумолимия закон за запазване на масата и енергията. Тук същественото е в оня "срок на живот", който е отпуснат на частиците: той е толкова кратък, че "нарушението" на закона може да се пресметне само теоретично, но не може да се наблюдава експериментално. Ражда се частица от "нищото" и веднага умира. Например, "времето на живот" за мигновен електрон е около 10^-21 секунди, а на мигновения неутрон 10^-24 секунди. Обикновеният свободен неутрон живее минути, а в състава на атомното ядро живее неопределено дълго, както и електронът.

Затова частиците, живеещи толкова кратко, че това дори не се забелязва във всеки конкретен случай, за разлика от обикновените, са наречени - виртуални. Точният превод от латински е " възможен". Но да се счита, че дадените частици са само възможни, а в същност ги няма, не е правилно. Тези "възможни" частици във вакуума напълно реално въздействат, както се наблюдава в точните експерименти, върху напълно реални образувания от безусловно реални частици и даже върху микроскопични тела. И ако физиката не може да открие отделна виртуална частица, то сумарното им действие върху обикновените частици се фиксира отлично.

Оказва се, че е възможно да се наблюдава въздействието на виртуалните частици не само в опити, в които се изучават взаимодействията между елементарните частици, но и в експерименти с макротела. Две пластини, поставени във вакуум близо една до друга, под ударите на виртуалните частици започват да се привличат. Този факт е открит през 1965 г. от холандския теоретик и експериментатор Хендрик Казимир.

Всъщност, абсолютно всички реакции, всички взаимодействия между реалните елементарни частици протичат с неизбежното участие на вакуумния виртуален фон, върху който елементарните частици на свой ред влияят.

Оказва се също, че виртуалните частици възникват не само във вакуума. Те се пораждат и от обикновени частици. Електроните, например, постоянно излъчват и веднага поглъщат виртуални фотони.

Поляризация на вакуума

Реалният електрон привлича виртуалните позитрони и отблъсква виртуалните електрони по познатия ни закон за привличане на разноименни и отблъскване на едноименни електромагнитни заряди. В резултат на това, вакуумът се поляризира, тъй като зарядите в него се оказват пространствено разделени. Електронът се оказва обкръжен от слой виртуални позитрони. Всяка елементарна частица се движи съпровождана от цяла свита виртуални частици. Такъв облак от виртуални частици около една реална частица често се нарича шуба и дори не слагат кавички. Такава виртуална шуба пречи да се види самата частица.

Д. И. Блохинцев, член-кореспондент на АН на СССР пише: "В резултат от поляризацията на вакуума около заредената частица възниква свързана с нея "атмосфера"".

Моделът на Ръдърфорд за атома, който много напомня Слънчевата система, трябва да се замени с друг, в който около ядрата лети не твърдо кълбо, а сплескан по орбитата облак, като частиците в ядрото се задържат заедно, благодарение на обмена с други частици.

Огромната заслуга на Дирак се състои в това, че разработва релативистката теория за движение на електрона, предсказваща съществуването на позитрона, анихилацията (изчезването) и раждането от вакуума на електрон-позитронни двойки. През 1933 г. той е удостоен с Нобелова награда, заедно с физика Е. Шрьодингер.

По-нататъшните изследвания на квантовата физика са посветени, на изучаването на възможността за поява от вакуума на реални частици. Какво би станало, ако въздействаме на вакуума с някакво поле, носещо енергия, достатъчна поне за превръщането на някои виртуални частици в реални?

Още през 1939 г. Е. Шрьодингер е избран за почетен член на АН на СССР в знак на признание за неговите изключителни заслуги.

През 90-те години, когато е открито петото фундаментално взаимодействие - информационното, учените разбират с какви именно полета трябва да се въздейства на физическия вакуум, за да се получат реални частици. Оказва се, че това са торсионните полета, служещи за пренасяне на информацията в Тънкия Свят, разпространяващи се с мигновена скорост и без загуба на енергия.

Ето ви и предположението на Айнщайн, и теоремата на Бел, и изследванията на Бом, и експериментите на Аспект.

В заключение ще обобщим: квантовата физика доказа, че във вакуума присъствуват в непроявен вид и частици и античастици, а квантът чрез своята енергия проявява двойката електрон-позитрон, като я прави, така да се каже, легална.

Именно квантовата физика прави от айнщайновото пространство физически вакуум, запълва го с материална среда, без да противоречи на теорията на относителността. Но съюзът на квантовата физика и теорията на относителността може да достигне апогея си само след създаването на Единната Теория на Полето. Тя трябва да бъде най-тясно свързана със свойствата на физическия вакуум, да се опре на тях в изводите си и в същото време да ги обясни.

2.1.8. Физическият вакуум

"Съвременните ни представи за източника на всички частици и полета се свързват с физическия вакуум - основното състояние на всеки вид материя. От моя гледна точка, единната теория на полето намери решението на своите проблеми в теорията на физическия вакуум". Г. И. Шипов

Формиране на единна картина на света

Древните философи от Изтока твърдят, че всички материални обекти възникват от великата пустота, където постоянно се извършват актове на сътворяване на реалност. Тази идея се забелязва и във физиката, започвайки от Нютон, та до наши дни, в стремежа да се свържат геометрията на събитийното пространство с механиката на движение на телата. Английският математик В. Клифорд твърди, че във физическия свят не става нищо друго, освен изменение на кривината на пространството, а материята представлява сгъстено пространството, своеобразни хълмове на кривината на фона на плоското пространство. Айнщайн използва идеите на Клифорд, като за пръв път в общата теория на относителността показва дълбоката взаимовръзка между абстрактното геометрично понятие кривина на пространството и физическите проблеми на гравитацията.

В началото на ХХ век, при създаването на квантовата теория на Дирак и теорията на гравитацията на Айнщайн, в теоретичната физика се появява като обект за изследване ново ниво на реалността - физическият вакуум; при това различните по природа теории създават различни представи за него. Ако в теорията на Айнщайн вакуумът се разглежда като празно четиримерно пространство с риманова геометрия, то в квантовата теория на Дирак вакуумът (глобално неутрален) представлява нещо като "кипящ бульон", съставен от виртуални частици - електрони и позитрони.

С цел обединяване на двете различни представи за вакуума и създаване на единна теория на гравитацията и електромагнетизма, в която електромагнитното поле също да произхожда от особените геометрични свойства на пространството, Айнщайн предлага програма, наречена програма за Единна Теория на Полето. Именно Айнщайн през последните 35 години от живота си се опитва да формулира обща теория на полето, да открие формула, която да описва целия свят, а останалите научни истини да произтичат от нея. Айнщайн предполага, че съществува някакво общо поле, което включва в себе си вече известните физически полета. Но така и не успява да открие това поле. Интуицията, обаче, и този път не го лъже. Както ще покажем по-долу, такова поле наистина съществува.

Въпреки това, геометризацията на физическите полета остава привлекателна програма за теоретичната физика.

Оказва се, че кривината на пространството не е единствената му характеристика. През 1922 г. Е. Картан обръща внимание на възможната връзка между някои физически величини и едно друго геометрично понятие - усукване на пространството. Развитието на неговите идеи води до създаването на теория на гравитацията с усукване, а по-късно - до квантовата теория на полето с усукване.

Английският физик-теоретик Р. Пенроуз прави следващата крачка към създаване на ЕТП, опирайки се на идеите за кривина и усукване на пространството. Той показва, че в основата на геометрията освен постъпателните, може да се положат и ъглови координати и те ще определят свойствата на пространството и времето. Пенроуз записва вакуумните уравнения на Айнщайн в спинов вид.

Спинът (от англ. Spin - въртя се, завъртам се) е собственият момент на импулса на елементарна частица, има квантова природа и не е свързан с преместването на частицата като цяло. Концепцията за спина е въведена във физиката през 1925 г. от американските учени Дж. Уленбег и С. Гаудсмит, които предполагат, че електронът може да се разглежда като "въртящ се пумпал", затова спинът трябва да се разглежда като една от най-важните характеристики на елементарната частица, освен масата и заряда. За определени групи елементарни частици спиновото квантово число приема цели или полуцели числени стойности. Например, спинът на електрона, протона, неутрона, неутриното и техните античастици е равен на 1/2; спинът на П-мезоните и К-мезоните е равен на 0; спинът на фотона е равен на 1.

Към средата на ХХ век, с цел създаването на единна картина на света, са сформирани две глобални идеи: програмата Риман-Клифорд-Айнщайн, съгласно която "във физическия свят не става нищо друго, освен изменение на кривината на пространството, подчиняващо се на закона за непрекъснатостта", и програмата на Хайзенберг-Иваненко, предполагаща строежа на всички материални частици от частици със спин 1/2.

Трудността при обединяването на тези две програми, по мнението на ученика на Айнщайн - известния теоретик Джон Уилър, се състои в това, че "… мисълта за извеждането на понятието спин единствено от класическата геометрия, изглежда невъзможно". Уилър изрича тези думи през 1960 г., по време на лекции в Международната школа по физика "Енрико Ферми". Тогава той още не знае, че в резултат от блестящите изследвания на Пенроуз, вакуумните уравнения на Айнщайн вече са записани в спинов вид и че спинорите може да бъдат положени в основата на класическата геометрия, и че те именно определят топологичните и геометричните свойства на пространство-времето.

По-нататъшното развитие на проблема "пространство-материя", предложено от талантливия руски учен акад. Г. И. Шипов, член на РАЕН, тръгва по пътя на обединяване на програмите на Риман-Клифорд-Айнщайн и Хайзенберг-Иваненко.

Вниквайки в съществуващите идеи и разработки, Г. Шипов обръща внимание на това, че в разглежданите уравнения липсват компонентите на въртеливото движение, което съпровожда всичко в природата - от елементарните частици до Вселената. Както става ясно, фундаментална роля в това движение играят полетата на усукване на пространството - торсионните полета, определящи структурата на всяка материя. Физическата проява на резултата от усукването на пространството се оказва инерционно поле, за което в съвременната физика не се знае почти нищо.

И до сега проблемът с инерционните сили и полета в класическата механика и другите раздели на физиката е един от парливите проблеми за съвременната наука. Инерционните сили не удовлетворяват третия закон на Нютон, те се явяват едновременно и външни и вътрешни по отношение на изолирана система; техният произход винаги е бил най-тъмния въпрос в теорията на частиците и полетата. Този проблем се оказва толкова сложен за физиката, че знанието за инерционните сили почти не се е променило от Нютон насам.

В нашата страна периодично възникват обществени дискусии по проблемите на инерционните сили. Основните въпроси винаги са: реални ли са инерционните сили? Кой е техният източник? Външни ли са те или вътрешни по отношение на изолирана система? Така и не се е стигнало до единно мнение по тези въпроси.

По принцип, едно явление във физиката се счита за реално, ако може да се наблюдава експериментално. Инерционните сили се наблюдават добре в опити с ускорени отправни системи, затова Нютон, Ойлер, Мах, Айнщайн и много други приемат тези сили за реални. От опита също така следва, че при ускорено движение в тялото възниква поле на инерционни сили, чиято равнодействаща е приложена в центъра на тежестта на тялото. Тъй като реалността на полето и на инерционните сили се потвърждава от опитите, разумно е да се постави въпроса за изучаването на физическите свойства на инерционното поле, пораждащо инерционни сили.

Г. И. Шипов започва именно с изследването на инерционните полета. Още през 1979 г. той успява да изведе уравнението на динамиката на инерционните полета. Намира подход, който позволява да се свържат инерционните полета с усукването на пространството.

През 1988 г. акад. Шипов предлага нови фундаментални физически уравнения, издигащи инерционното поле в качеството на единно поле. Тези уравнения описват структурата на физическия вакуум. Те обобщават всички известни до момента фундаментални физически уравнения и представляват самосъгласувана система от нелинейни диференциални уравнения от първи ред, в която влизат геометризираните уравнения на Хайзенберг, геометризираните уравнения на Айнщайн и геометризираните уравнения на Янг-Милс.

Шипов въвежда нови представи за структурата на времето и пространството. Ние вече знаем, че Нютоновото пространство е тримерно (X, Y, Z), с Евклидова геометрия; Айнщайновото пространство-време е четиримерно, (X, Y, Z, Ct), изкривено, с Риманова геометрия. Пространство-времето в теорията на Шипов не само е изкривено, както в теорията на Айнщайн, но и усукано, както в геометрията на Риман-Картан. За отчитане на усукването на пространството Шипов въвежда в геометризираните уравнения множество ъглови координати: три пространствени ъгъла (Ойлерови ъгли) и три пространствено-времеви ъгъла (ъгли между оста на времето и пространствените оси на отправната система), което позволява въвеждането на ъглова метрика в теорията на физическия вакуум, определяща квадрата на безкрайно малко завъртане на четиримерната отправна система.

По-нататъшните изследвания на Шипов показват, че добавянето на ъглови координати води до всеобща теория на относителността. Принципът на всеобща относителност обобщава както специалния, така и общия принцип на относителността на Айнщайн и утвърждава също така и относителността на всички физически полета. Фактически, принципът на всеобща относителност представлява физическа реализация на философската теза: " В света всичко е относително". Такава е степента на обобщение на физическия принцип, положен в основите на теорията на вакуума.

Уравненията на физическия вакуум удовлетворяват принципа на всеобща относителност, разработен от Шипов. Всички физически полета, влизащи в уравненията на вакуума имат относителен характер; събитийното пространство в теорията на вакуума има спинорна природа; в основно състояние Абсолютният вакуум има нулеви средни стойности на момента, импулса и другите физически характеристики.

Получените решения на уравненията на Шипов описват изкривеното и усукано пространство-време, интерпретирано като вакуумни възбуждания във виртуално състояние. Тези решения започват да описват реална материя, след като влизащите в него интеграционни константи (или функции) се отъждествяват с физически константи.

Извънредно важно е, че уравненията на вакуума и принципът за всеобща относителност довеждат до уравненията и принципите на квантовата теория. Получената по този начин квантова теория се оказва детерминирана, тъй като в нейните уравнения в ролята на вълнова функция влиза инерционното поле. Шипов успява да разреши кризата в теоретичната физика, получавайки отговор на въпросите, поставени преди много години.

Вълновата функция в уравненията на Шрьодингер и Дирак представлява реално физическо поле - инерционно поле; детерминизмът и причинността в квантовата механика съществуват, макар и вероятностната трактовка на динамиката на квантовите обекти да е неизбежна; частицата представлява граничен случай на чисто полево образование, когато масата (или заряда) му клонят към постоянна стойност. В този граничен случай възниква корпускулярно-вълнов дуализъм и оптико-механична аналогия в чисто полевата теория. Съвременната квантова теория не е пълна, тъй като не се съгласува с принципа за относителност при въртене; в квантовата теория се измерва ситуация, която е комбинация от полетата, образувани от измерителния прибор и измеряемия обект.

Потвърждават се догадките на Айнщайн, че квантовата теория е непълна и предположенията му, че " може да бъде намерена по-съвършена квантова теория по пътя на разширение на принципа на относителността".

Днес квантовата теория, която учените наричат пълна и която следва от уравненията на теорията за физическия вакуум, удовлетворява всички изисквания на Айнщайн. На базата на получените резултати може да се направи извода, че мечтата на Айнщайн за построяване на пълна детерминирана квантова теория чрез обобщение на уравненията на общата теория на относителността, намира своето въплъщение в теорията на физическия вакуум.

По такъв начин, принципът за всеобща относителност и теорията на физическия вакуум свързват помежду си проблема за инерционните сили и полетата от класическата механика, проблема за разходимостите (?) в електродинамиката и проблема за завършеността на квантовата механика. Става ясно, че тези проблеми имат един източник - липсата на знания в съвременната физика за най-фундаменталното физическо поле - инерционното поле, което се проявява в ролята на единно поле, вътрешно обединяващо всички физични полета. Именно това поле, както се изясни, търси великият Айнщайн.

Със създаването на теорията за физическия вакуум, Шипов успява да отговори и на въпросите за инерционните сили: инерционните сили се пораждат от инерционно поле, играещо ролята на единно поле в теорията на физическия вакуум. Инерционните полета се определят от усукването на пространството, което характеризира еластичните му свойства и имат локална природа; инерционните сили са едновременно и външни, и вътрешни по отношение на произволна изолирана система.

Изключително важен резултат в работата на Шипов е установяването на връзка между инерционното поле и торсионните полета, определяни от усукването на пространството.

В резултат от изследванията на Г. Шипов, програмата за единната теория на полето прерасна в теория за физическия вакуум. Единен носител на полетата (именно на полетата, а не на взаимодействията) е физическият вакуум - "фундаменталното поле" по удачната терминология на академик И. Л. Герловин, и всички полета: гравитационно, електромагнитно, торсионно (спиново) се явяват негови различни фази.

Теорията на физическия вакуум води до редица следствия с практически характер:

• 
  Построяване на айнщайновата ЕТП като теория на физическия вакуум ;
  
• 
  Съответствие на уравненията на физическия вакуум на всички фундаментални уравнения в съвременната физика;
  
• 
  Построяване на детерминирана квантова теория, удовлетворяваща изискванията на Айнщайн;
  
• 
  Откриване на нови типове фундаментални взаимодействия, основани на точното решение на уравненията на физическия вакуум;
  
• 
  Теоретично описание на торсионното взаимодействие;
  
• 
  Принципна възможност за създаване на двигател от нов тип, използуващ инерционните сили и полета;
  
• 
  Създаване на излъчватели и приемници на монополно електромагнитно излъчване;
  
• 
  Създаване на прибори, използуващи новите типове фундаментални взаимодействия (например, торсионни) и много други.
  

В края на ХХ век, в основата на новата парадигма стои принципът за всеобща относителност на Шипов, геометрията на Риман-Картан-Шипов и физическият вакуум - материална среда, която осъществява взаимодействията и ражда елементарни частици.

Тъй като под понятието вакуум се разбира всепроникваща среда, намираща се между частиците, то вакуумът заема цялото пространство между частиците; следователно, тази среда можем да я определим като безчастична форма на материята, чиято плътност се изменя според действащите върху вакуума сили. Плътността на вакуума има твърде малко значение, в сравнение с обикновените за нас стойности на плътността на веществото: например, плътността на вакуума, намиращ се между молекулите на газа при налягане една атмосфера е 10^-15 g/cm³, а плътността на дестилираната вода при същите условия е 1 g/cm³ .

Гравитацията, присъща на всички маси, е присъща и на масата на вакуума. Въз основа на този постулат, силата на взаимодействие между телата с част от вакуума ще се определя от закона за всемирното привличане. Т.е., телата привличат към себе си вакуума, подобно на земното притегляне. Затова при движението на едно тяло, заедно с него ще се движи (увлича) и окръжаващият го вакуум. Разбира се, това ще бъде само в случай, че на този вакуум не действа по-голяма сила (от гравитационното въздействие на други тела), удържаща го от първото увличане. Вакуумът не просто се увлича след движещото се тяло, а "изпълнява ролята на истински ръководител на всяко движение. Образно казано, вакуумът като булдог се вкопчва във всеки макрообект, с толкова по-голямо усилие, колкото по-масивна е жертвата му. Вкопчил се веднъж, той вече никога не го изпуска, съпровожда го в неговото странстване из космическото пространство. Във физически смисъл това означава, че вакуумът и контролираният от него обект представляват затворена система".

Уникалните опити на Физо и Майкълсон показват, че в природата няма абсолютно неподвижен вакуум. Вакуумът, притежавайки маса, винаги се увлича от това тяло, чиито гравитационни сили преобладават. В дадените опити такова тяло винаги е Земята, която увлича околоземния вакуум (в опита на Майкълсон) и не позволява на движещо се на Земята тяло да увлича вакуума, намиращ се между частиците на тялото (в опита на Физо).

В съвременна интерпретация, физическият вакуум представлява сложен квантово-динамичен обект, проявяващ се чрез флуктуации. Физическият вакуум се разглежда като материална среда, изотропно (равномерно) запълваща цялото пространство (и свободното пространство, и веществото), притежаваща квантова структура, която е ненаблюдаема в несмутено състояние.

За по-голяма яснота е прието да се разглежда физическия вакуум чрез електрон-позитронния модел на Дирак, с малки промени в интерпретацията.

Да си представим физическия вакуум като материална среда, съставена от елементи, образувани от двойки частица-античастица (при Дирак - електрон-позитронна двойка).

Ако частицата и античастицата могат да се вложат една в друга, такава система ще бъде истински електронеутрална. А тъй като двете частици притежават спин, то системата "частица-античастица" ще представлява двойка вложени една в друга частици с противоположен спин. Вследствие на истинската електронеутралност и противоположността на спиновете, такава система няма да има и магнитен момент. Системата от частица и античастица с описания вид и свойства, се нарича фитон. Плътната опаковка от фитони образува средата, наречена физически вакуум. Трябва да се помни, че този модел е твърде опростен и би било наивно да се вижда в него истинската структура на физическия вакуум (рис.1, а, б).

Да разгледаме най-важните в практическо отношение случаи на смущение на физическия вакуум от външни източници.

1. 
   Източникът на смущение е заряд q (рис.1, в). Действието на заряда ще се изрази в зарядова поляризация на физическия вакуум и това негово състояние ще се прояви като електромагнитно поле (Е-поле). Именно това показва по-рано в работите си акад. Я. Б. Зелдович от АН на СССР.
   
2. 
   Източникът на смущение е маса m (рис.1, г). Смущението на физическия вакуум от масата m ще се изрази в симетрични трептения на елементите на фитона по ос, насочена към центъра на обекта на смущение. Това състояние на физическия вакуум се характеризира като спинова надлъжна поляризация и се интерпретира като гравитационно (G-поле). Такава идея е изказана от А. Д. Сахаров. Според него гравитацията въобще не е отделна действаща сила, а възниква в резултат от измененията на квантово-флуктуационната енергия на вакуума, когато има някаква материя, както това става в случая с възникването на сили в опита на Г. Казимир. А. Д. Сахаров счита, че присъствието на материя в морето от частици с абсолютно нулева енергия предизвиква появата на небалансирани сили, движещи материята, наречени гравитация.
   
3. 
   Източникът на смущение е класическият спин (рис. 1, д). Спиновете на фитоните, съвпадащи с ориентацията на спина на източника, ще запазят ориентацията си. Спиновете на фитоните, които са противоположни на спина на източника, под въздействие на този източник ще се инвертират (обърнат). В резултат на това, физическият вакуум ще премине в състояние на напречна спинова поляризация. Това състояние се интерпретира като спиново поле (S-поле), т.е. поле, породено от класическия спин. Такова поле се нарича още торсионно.
   

Изказаните съображения примиряват две взаимно изключващи се гледни точки - гледната точка от края на ХІХ и началото на ХХ век, когато ефирът се разглежда като твърдо тяло и представата на съвременната физика за физическия вакуум като свръхтекуща течност. И двете гледни точки са правилни, но всяка за своето фазово състояние.

Фитонна структура на физическия вакуум Зарядова поляризация на физическия вакуум

Спинова надлъжна поляризация Спинова напречна поляризация

на физическия ваккум на физическия вакуум
Рис.1 Диаграма на поляризационните състояния на физическия вакуум

И трите полета: гравитационното, електромагнитното и спиновото са универсални. Те се проявяват и на микро и на макро-ниво. Тук е уместно да си припомним думите на акад. Я. И. Померанчук: "Цялата физика е физика на вакуума", или на акад. Г. И Наан: "Вакуумът е всичко и всичко е вакуум".

От запознаването с теорията на физическия вакуум става ясно, че съвременната природа не се нуждае от "обединения". В природата има само физически вакуум и неговите поляризационни състояния, а "обединението" отразява единствено степента на нашето разбиране на взаимната връзка между полетата.

Трябва да се отбележи още един извънредно важен факт, отнасящ се до физическия вакуум като източник на енергия.

Традиционната гледна точка се свежда до твърдението, че тъй като физическият вакуум е система с минимална енергия, то от такава система не може да се извлече никаква енергия. Но не се отчита, че физическият вакуум е динамична система с интензивни флуктуации, които могат да бъдат източник на енергия. Възможността за ефективно взаимодействие между спиниращи (въртящи се) обекти с физическия вакуум, позволява да се разгледа от нова позиция възможността за създаване на торсионни източници на енергия.

Съгласно Дж. Уилър, планковската плътност на енергията на физическия вакуум е 10⁹⁵ g/cm³ , докато плътността на енергията на ядреното вещество е равна на 10¹⁴ g/cm³. Известни са и други оценки на енергията на вакуумните флуктуации, но всички те са съществено по-високи от оценката на Дж. Уилър. Следователно, може да се направят следните многообещаващи изводи:

• 
  Енергията на вакуумните флуктуации е твърде голяма, в сравнение с всеки друг вид енергия;
  
• 
  Чрез торсионните смущения може да се освободи енергията на вакуумните флуктуации.