Волновой пакет

   Всё, что касается описания колебаний и волн, – это математика. Математический аппарат теории колебаний и волн разрабатывался на протяжении сотен лет, с трудов Галилео Галилея. Сложно говорить о колебаниях, не используя математику. Сложно, но можно, потому что тема колебаний всеобъемлюща, колебания везде и всюду. Все устойчивые формы движения, динамик – все они колебательные, начиная от орбитального эллиптического движения планет вокруг центрального светила до микромира планковского масштаба. Общий принцип колебания состоит в том, что есть некая физическая или нефизическая система, которая выводится из состояния покоя, равновесия, и здесь начинается игра противоборствующих сил, пытающихся восстановить равновесие, покой. Противоборствующие силы в каждом случае колебаний свои. В механике чаще всего – упругие силы, где одна форма динамики переходит в другую форму динамики, иначе, «потенциальная» энергия переходит в кинетическую энергию и обратно. И здесь, конечно, не обходится без закона Гука: деформация, возникающая в упругой системе, пропорциональна приложенной силе.

   Чтобы запустить гармонические колебания обычного маятника в поле гравитации – нужно груз на подвесе отвести в сторону, переместить груз в область более высокого потенциала гравитационного давления и плотности среды, то есть –  выше. Гравитационное поле есть градиент давлений и плотностей среды, их разность. На разных уровнях над землёй давление и плотность среды различны. На отклонённый груз маятника давление среды увеличилось. Отпустив груз, давление среды заставит его вернуться к положению покоя, но по инерции груз проскакивает положение покоя и вновь занимает положение более высокого потенциала поля давления и плотности среды. Начинаются затухающие гармонические колебания. Если бы не трение и вязкость воздуха, не трение нити подвеса, то колебания здесь были бы долгими, незатухающими. Циклическое вращение планет по эллиптическим орбитам вокруг Солнца – это тоже колебание, движение с переменной скоростью в поле изменяющегося давления среды, градиента плотности и давления среды, создаваемого Солнцем. Этот градиент давлений заметно круче земного градиента. Пружинные маятники, колебания струн, колебания тока в индукционно-ёмкостном контуре и прочие виды колебаний – все работают на одном-единственном принципе: силовое отклонение системы от равновесия и попытка вернуться к равновесию, к покою. Математика их описания приблизительно одинакова.          

   Волновой пакет – понятие и этот образ являются ключевыми в квантовой теории материи. Волновой пакет есть некий неопределённый образ устойчивой частицы вещества, например, протона. Волновой пакет должен сочетать черты корпускулы, иначе – дискретности в пространстве, и черты волны, некой непрерывности в пространстве. Казалось бы, взаимоисключающие образы, противоречивые. Но наши знания о материи и веществе говорят о единстве подобного противоречия. По существу, частица протон есть основа вещества, основа любого атома. Протон, как и все другие относительно устойчивые частицы и квазичастицы, обладает двойственными свойствами, волны и частицы, что зовётся дуализмом.    
 
  Начало, как принято считать, с идеи Луи де Бройля 1924 года: всякой движущейся частице соответствует волновой процесс со своей частотой и длиной волны. Идея де Бройля вскоре нашла опытное подтверждение. У всех без исключения движущихся частиц и квазичастиц обнаружены волновые свойства. Но, вместе с тем, никуда не девалась и дискретность! Вот такой вот ребус. Надо напомнить, что ещё Майкл Фарадей в первой половине девятнадцатого века делал смелые предположения о природе частиц вещества, указывал на волновую, колебательную их природу. Отчасти такие предположения были развитием идей Руджера Бошковича (1758 г.) о частице как центре силы. Многолетние опыты Фарадея доказывали прозрение Бошковича. Частица – не пассивный, инертный элемент вещества, а энергетический сгусток, устойчивая динамика. В сущности, открытие де Бройля лишь вернуло физику к прежним воззрениям учёных на новом витке познания. В 1925-1926 годах В. Гейзенберг и Э. Шрёдингер разработали новую квантовую механику, где центральным элементом стала волновая функция, некое колебание чего-то в чём-то. В конце концов, пришли к мысли, что волновая функция описывает не реальный колебательный процесс чего-то в чём-то, а лишь вероятность нахождения частицы в той или иной точке пространства. Эта вероятностная интерпретация жива до сих пор. Принцип неопределённостей Гейзенберга стал тому порукой: невозможно одновременно определить координату и импульс частицы. Сам принцип неопределённостей говорит за то, что колебание всё-таки есть, и это колебание – основа. Вот только непонятно – колебание чего и в чём?! По существу, этим вопросом и озадачена современная квантовая теория поля. Физический вакуум – не пустота, а сложная, структурная материальная среда! С этим утверждением сегодня никто и не спорит. Сложность только в том – как понять форму динамики, которую можно было бы связать с единственной стабильной частицей, протоном. Протон нельзя создать заново и нельзя уничтожить. Тогда как все другие частицы и квазичастицы создаются и уничтожаются. Ясно одно, что частица должна быть устойчивым, энергоёмким волновым пакетом.             

   Оказалось, что положение не такое безнадёжное, как может показаться на первый взгляд. Частицу можно представить как устойчивый волновой пакет, но надо хотя бы оформить взгляд на среду, в которой существует этот волновой пакет. Без понимания структуры среды не двинуться дальше. Сама среда должна сочетать в себе элементы дискретности и непрерывности, быть дуалистичной. И ещё надо понять – о каких волнах идёт речь: продольных или поперечных. Различие между продольными и поперечными волнами, как известно, в векторе колебания элементов среды: в продольной волне вектор колебания совпадает с направлением распространения волны, а в поперечной волне вектор колебания, естественно, поперёк распространения волны. Но и тут не всё так просто. Дело в том, что поперечные волны на поверхности воды и так называемые электромагнитные волны – не вполне поперечные. Это волны кручения, вращения, где элементы среды движутся по эллиптическим или круговым траекториям, имеют и поперечную и продольную составляющую. К тому же, в электромагнитной волне вектор кручения периодически меняется, что и есть частота колебаний. Подобные поперечные волны, в силу сложности своей природы, никак не смогут образовать устойчивый во времени волновой пакет, быть как бы конденсатором колебательной энергии. В истории физики известны попытки моделировать устойчивую частицу как солитон, уединённую волну с большой энергией. Но солитон не является осциллирующей волной, а есть уединённая волна кручения с медленно изменяющейся энергией. Но рано или поздно энергия кручения солитона рассеивается. Кручение – сложная форма динамики, обусловленная не одним физическим фактором, а целым рядом. Кручение, вращение, конечно же, имеет место в физике, и очень важное. Но кручение – это производная форма движения, не она лежит в основе динамики физического мира. И эфиродинамщики делают большую ошибку, рассматривая кручение как исходную динамику. Сегодня можно твёрдо говорить о том, что главное условие устойчивости волнового пакета – осцилляции, устойчивые колебания с минимальным декрементом затухания. И понятно, что такими колебаниями могут быть только продольные колебания, продольные волны. А это значит, что среда должна представлять собой систему связанных осцилляторов, способных передавать продольные волны возмущения плотности, подобные звуковым волнам. Судя по скорости света, плотность, а стало быть, давление подобной среды должны быть огромными.         

   Среда квантового физического вакуума как раз и есть система связанных осцилляторов, где максимум амплитуды колебания может двигаться в любой направлении и с любой скоростью, не превышающей скорости света. Двигаться, и при этом сохранять энергию колебаний. На рисунке легко изобразить одномерный случай максимума амплитуды в цепочке связанных осцилляторов. Но в реальности такие продольные радиальные колебания трёхмерны. Частица протон – трёхмерная радиальная осцилляция, дыхание вакуума, чередование фаз сжатий и расширений. Колебание в среде, порождающее вокруг себя волновое поле такой же природы. И частица, и волна – в одном образе, в одной динамике. Подобное образование и есть волновой пакет, у которого волновое поле не имеет границ распространения. В сущности, каждый протон со своим постоянным волновым полем беспределен в пространстве. Протон – лишь максимум амплитуды в центре волнового поля. Сегодня невозможно сказать – кто дал силу, первотолчок таким радиальным осцилляциям в среде квантового вакуума. Пока это надо принять как данность. Во всяком случае, нельзя лучше, проще, физичнее представить центр силы в микромире; иную модель найти трудно, почти невозможно. Волновой пакет дыхания вакуума – как начало, как исток всех прочих динамик в мире физики. Усложнение движения начинается тогда, когда подобный волновой пакет, как целое, начинает совершать в своём волновом поле спиралеобразные движения с замыканием в тор, в кольцо. Вот тут начинаются вихревые, вращательные формы движения, без которых ничего не понять в электродинамике и магнетизме. Но, повторяю, это вторичная форма динамики, производная. Электрический заряд – это тоже вращение, а направление вращения определяет знак заряда. С такой моделью          волнового пакета (протона) находит естественное объяснение существование гравитационных полей вокруг массивных тел. Вся сумма волновых полей каждой частицы тела образует вокруг тела в среде квантового физического вакуума градиент  плотностей и давлений, их разность. У поверхности массивного тела и в ближайших недрах давление и плотность среды минимальны. Все лёгкие тела будут выдавливаться в сторону этого минимума давления.      

   Обозначенную модель волнового пакета, как продольную радиальную колебательную динамику, подтверждает открытие в 2012 году продольной колебательной динамики бозона Хиггса. Роль кручения, как основы прежней динамики на квантовом уровне, уходит на второе место. С древнейших времён физика рассматривала кручение, вращение тел и сред в качестве основы всякого движения. Но развитие науки изменяет наш взгляд на форму первичной динамики. Вероятно, я уже ранее говорил об этом, но повторюсь. Физика сегодня медленно, но верно процессирует в сторону понимания среды квантового физического вакуума, как чрезвычайно плотной и массивной, с колоссальной величиной давления. Давление – это хаотичная колебательная динамика элементов среды квантового вакуума. Надо понимать, что речь идёт не о термодинамике, хаотичном движении атомов и молекул, а именно о динамике элементов квантовой среды вакуума, где свои энергии, определяемые постоянной скорости света. Но в среде квантового вакуума есть и упорядоченные, устойчивые формы колебательной динамики – дыхание вакуума, волновые пакеты. Беря за основу модель такого волнового пакета, открывается путь к примирению теории гравитации и квантовой теории. Соединение пространства и времени в один континуум в теории относительности А. Эйнштейна есть не что иное, как движение, динамика. «Кривизна пространства-времени» есть разность динамики, градиент динамик, что и определяет «температуру» вакуума: рядом с массами – «горячий» вакуум, вдали от масс – «холодный» вакуум. Напомню, динамики колебательные, со скоростью света. Так что у последователей Эйнштейна есть плацдарм для медленной процессии в сторону понятных и классических образов, есть шанс для преодоления релятивизма, относительности. Колебательная динамика дыхания вакуума может примирить даже самых непримиримых, было бы желание.  И в заключение одно замечание. В середине восьмидесятых годов прошлого века я искренне полагал, что пси-функция Шрёдингера     описывает именно колебательную динамику дыхания вакуума. Но всё оказалось гораздо сложнее. Пси-функция описывает круговое и эллиптическое движение протона (волнового пакета) в ядре атома. Периодическое, замкнутое, но всё же круговое…