Ещё о волновом пакете

   Посвящается столетию волновой квантовой механики Э. Шрёдингера


   В 2022 году мне приходилось обращаться к теме волнового пакета. Но появилась потребность – вновь вернуться к этой теме. К тому же – есть две веские причины. Первая. За минувшие четыре года, знакомясь с рядом материалов в сети, видишь, что учёные медленно, но верно приближаются к пониманию важнейших моментов, касающихся природы среды физ. вакуума, её структурности, ячеистой, квазикристалличной; а отсюда – и формы динамики, прямо выводящей к образу частицы протон, как волнового пакета. Вторая. Новый опус о волновом пакете посвящён столетию рождения волновой квантовой механики Э. Шрёдингера. В первой половине 1926 года в немецком журнале «Анналы физики» были  опубликованы четыре статьи известного уже тогда физика-теоретика Эрвина Шрёдингера. Статьи имели общее название – «Квантование как задача о собственных значениях», но разбиты на четыре части. Отталкиваясь от оптико-механической аналогии Гамильтона, автор вывел волновое уравнение и применил его к нахождению дискретных энергетических уровней атома водорода. За год до этого, в 1925 году, молодой немецкий физик Вернер Гейзенберг сделал такую же попытку, но за основу он взял матрицу плотности, которая также позволяла находить дискретные уровни энергии атома водорода. Однако идея Шрёдингера о волновой функции выглядела намного привлекательней и физичней. Работу Шрёдингера поддержал целый ряд выдающихся учёных той поры, включая Планка и Эйнштейна. Развивая оптико-механическую аналогию, Шрёдингер пришел к выводу о равенстве скорости частицы – групповой скорости волнового пакета. По мнению учёного, в общем случае следует изображать многообразие возможных процессов, исходя из волнового уравнения, а не из основных уравнений механики, которые для объяснения сущности микроструктуры механического движения столь же непригодны, как и геометрическая оптика для объяснения дифракции (огибание волнами препятствий).    

   Симпатии учёных к волновой теории Шрёдингера понятны. Казалось неожиданным, что описание при помощи непрерывных дифференциальных  уравнений давало те же результаты, что и матричная механика Гейзенберга с её непривычным и сложным алгебраическим формализмом и опорой на известную из опыта дискретность спектральных линий. Волновая механика, близкая по духу классической механике сплошных сред, многим учёным казалась предпочтительной. Тем более что в этом же 1926 году Эрвин Шрёдингер показал математическую тождественность матричной и волновой механики.   

   Но начало всей истории с попыткой понимания закономерностей в спектрах излучения и поглощения атомов относится к работам шведа Иоганнеса Ридберга (1890 г.) и швейцарца Вальтера Ритца (1908 г.). В 1913 году датский учёный Нильс Бор положил идеи Ридберга и Ритца в основу своей теории условий квантования энергии на основе планетарной модели атома Э. Резерфорда. В 1923 году французский учёный Луи де Бройль выступил с невероятной гипотезой о том, что корпускулярно-волновой дуализм – это не только особенность фотонов, но и частиц материи – протонов, электронов, атомов, молекул. Любая движущаяся частица создаёт в пространстве волны с длиной, равной частному от деления постоянной Планка на импульс частицы (произведение массы на скорость). В 1927 году такие волны были обнаружены.       

   Действительно, Эрвин Шрёдингер пытался представить частицу как волновой пакет – группу волн, занимающую определённую часть пространства, и движущуюся как целое. Учёный полагал, что таким образом можно наглядно представить частицы и полностью отказаться от корпускулярных представлений. Однако невозможность такого объяснения стала ясна очень скоро: в общем случае волновые пакеты неизбежно расплываются, что находится в противоречии с явно корпускулярным поведением частиц в экспериментах по рассеянию электронов. Решение проблемы было дано Максом Борном, предложившим вероятностную интерпретацию волновой функции. В борновской интерпретации квадрат волновой функции определял не плотность заряда, а плотность вероятности нахождения частицы в той или иной области пространства.

   Здесь надо сделать важное пояснение. В работе Шрёдингера речь шла не о частице протон, а о частице электрон. Электрон по своей природе не может быть волновым пакетом, осциллирующим образованием, как протон, пакетом волн, который со временем не расплывается и не теряет амплитуду колебаний (энергию). Электрон – квазичастица, как бы частица, имеет вихревую, вращательную природу, и существование электрона и его вращение непосредственно связано со структурой среды физ. вакуума, как, впрочем, и у всех частиц и квазичастиц. Сложность положения в том, что частица протон, как волновой осциллирующий пакет, имеет ещё сочетанное кольцевое вращение спиралеобразной формы, как целое, т. е. магнитный момент, спин. Без спина протон не смог бы устанавливать обменные связи с другими частицами. Квазичастицы электроны и позитроны рождаются в результате сильного энергетического возмущения частицы протон или связанных состояний частиц протонов и нейтронов (механизм разделения зарядов).

   Протон только потому и может быть устойчивым волновым пакетом в среде физ. вакуума, что среда физ. вакуума по своей структуре дискретна, прерывна, хотя прерывность тут сочетается с непрерывностью при взаимодействии элементов среды в их колебании, как в системе связанных осцилляторов! Квантовая хромодинамика, посвящённая целиком сильным взаимодействиям кварков в частицах, стоит на невозможности выбивания отдельных кварков из частиц, невозможности изоляции кварков! Отдельных кварков с дробной величиной электрического заряда никто никогда не наблюдал. Секрет такого феномена как раз в том и состоит, что учёные имеют дело не с реальными частицами-кварками, а с колебательной динамикой и взаимодействием элементов среды физ. вакуума! Волновой пакет протона – это радиальная колебательная динамика элементов среды физ. вакуума, похожая на радиальные колебания плотности элементов среды как в звуковой волне, но имеющая сферически симметричную форму; радиальные сжатия и растяжения элементов среды, колебательная динамика «дыхания вакуума». Но, как уже сказал, дело усугубляется тем, что эти продольные радиальные колебания протона не являются полноценной частицей материи, могущей устанавливать связи с себе подобными. Для этого протон должен получить кольцевое вращение, магнитный момент, спин! Сочетание двух таких устойчивых динамик и делает протон протоном! Кольцевое вращение даёт каждому протону своё постоянное дипольное вихревое магнитное поле. Если угодно, протон без кольцевого вращения можно назвать монополем Дирака! Что, в сущности, и есть. «Покоящееся» в среде радиальное продольное колебание плотности элементов среды физ. вакуума («дыхание вакуума»), со своим постоянным волновым полем такой же природы, создаёт симметричное волновое поле с максимумом амплитуды (энергии) в центре. Когда этот «монополь» протопротона под действием внешней силы начнёт двигаться поступательно, симметрия поля меняется, нарушается. А когда поступательное движение «монополя» протопротона замыкается в циклическое, то волновое поле принимает вихревую, вращательную форму. Протон в своём кольцевом вращении, со своим вихревым дипольным магнитным полем, становится вполне протоном, способным стать ядерной частицей.               

   Как сказал выше, квазичастицы электроны левого и правого спина рождаются при любом достаточном энергетическом возмущении сложной кольцевой динамики протона, свободного или связанного в атомном ядре. Но квазичастицы электроны в «механизме» разделения зарядов рождаются не напрямую, а через этап рождения гамма-фотонов, которые, в сильных ядерных полях, «разрываются» на электроны левого и правого спина, расходящиеся на противоположные стороны тела или среды. Что примечательно, и исчезновение электронов противоположных спинов тоже заканчивается  рождением фотонов. Да, аннигиляция, взаимное уничтожение электронов левого и правого спина рождает волновые фотоны. Законы сохранения здесь работают строго. Та внешняя энергия, которая пошла на возмущение кольцевого движения волнового пакета протона, возвращается материи обратно в виде электромагнитных волн.

   Вообще, учёные конца 19-го и начала 20-го века были уверены в том, что вещество в виде атомарной материи – это запертая энергия электромагнитных волн. Подчёркиваю, именно электромагнитных волн! Так думал и А. Эйнштейн. Ни о каких других волнах речи не было! Вот в этом и была ошибка! Представлять частицу электрон или протон – как концентрат, плотный сгусток электромагнитных волн, – считалось в первой четверти 20-го века в порядке вещей. Так думало большинство учёных той поры. Но в 1926 году (ровно 100 лет назад) появилась квантовая волновая механика. Оказалось, что волны, связанные непосредственно с атомарным веществом, могут быть не только электромагнитными. Колеблется поле непонятной природы, но волны не похожи на электромагнитные. Согласно квантовой механике, с любой частицей, обладающей энергией и импульсом, связана волна – волна де Бройля. Эти волны не являются электромагнитными, они представляют собой волны особой природы, связанные с корпускулярно-волновым дуализмом – свойством материи, при котором, в зависимости от условий эксперимента, проявляются либо волновые, либо корпускулярные свойства. Экспериментально наблюдалась дифракция атомов, молекул, протонов и нейтронов – это доказывает, что волновые свойства присущи всем микрочастицам, включая атомы. Да, частица протон – основа атомарного вещества, – сама есть устойчивое колебание, стоячая радиальная волна сжатий и расширений элементов среды физ. вакуума (волновой пакет). Так вот формула эквивалентности массы и энергии (Е = mc^2) говорит как раз об этих собственных колебаниях протона не электромагнитной природы, о вакуумных колебаниях, где взаимодействие элементов среды физ. вакуума то- же происходит со скоростью света. Никакого плотного сгустка электромагнитных колебаний в протоне нет! Но эти волны (колебания) де Бройля были объявлены волнами вероятности; нематериальными сущностями, а результатом статистики. Такое толкование сохраняется до сих пор.   

  Взявшись за этот опус, я не ставил своей целью – дать наглядное изложение механизма квантования энергии в атоме, объяснение возникновения спектров излучения и поглощения атомов. Мне важно было ещё раз указать на волновую, осциллирующую природу частицы протон, как волной пакет, устойчивый во времени и в своей энергии. А также важно было отметить, что динамика протона неразрывно связана со сложным, сочетанным кольцевым вращением, что делает протон дипольной частицей с дипольным вихревым магнитным полем. А поперечное вращение любого диполя под действием внешней силы и вызывает рождение так называемых электромагнитных волн, точнее, переменных магнитных волн.

   Летом 1984 года, познакомившись впервые с работами Эрвина Шрёдингера, я поспешно решил, что радиальные колебания плотности элементов среды физ. вакуума, найденные мной в ноябре 1983 года, и есть пси-волны Шрёдингера! И даже написал тогда статью о своём толковании пси-функции. Но теперь вижу, что всё гораздо сложнее. Пси-функция, как некая периодичность, может относиться не только к колебанию элементов среды, но и к кольцевому вращению! Тогда, в 1984 году, у меня была большая сложность в толковании механизма рождения фотонов при переходах частиц по энергетическим уровням атома. Придумал что-то несусветное, фантастическое! Теперь же, когда стала понятна магнитная дипольность кольцевого вращения протонов и электронов, понимание механизма рождения фотонов при энергетических изменениях в атоме заметно упростилось. Ведь принудительное поперечное вращение любого магнитного диполя, как сказал выше, приводит к рождению переменных магнитных волн, т. е. – электромагнитных. Атом сам по себе – сбалансированная по динамике частиц и энергиям устойчивая система. Чтобы атом   стал испускать фотоны – его прежде надо вывести из состояния энергетического равновесия, баланса, нужно «накачать» атом дополнительной энергией. Это можно сделать разными способами: повышением температуры, увеличением давления, светом, переменным магнитным полем большой частоты, деформацией кристаллической решётки. Я думаю, со временем, с помощью мощного компьютерного моделирования, мы сможем получить примерный правдивый образ того, как атом излучает и поглощает волновые фотоны, как его частицы переходят на высокие уровни энергии и возвращаются назад. Но в любом случае – это всегда связано с поперечным вращением дипольных частиц атома, с поперечным вращением их спинов, магнитных моментов.       

   Главным итогом этого опуса я считаю утверждение о существовании колебаний и волн в среде физ. вакуума, никак не связанных с электромагнитными колебаниями, с электромагнитной природой. И де Бройль, и Шрёдингер интуицией учёных провидели реальность таких волн и колебаний материи. Но у них не было ни сил, ни возможности доказать свою правоту. Так что эти волны и колебания были объявлены не материальными, а вероятностными, плотностью вероятности  нахождения  частицы в той или иной точке. Однако наука, медленно, но уверенно, подходит к пониманию реальности колебаний и волн неэлектромагнитной природы; как бы сказали учёные начала 20-го века – эфирных волн. А нынешние учёные уточнили – вакуумных флуктуаций.         

   Недавно в сети Интернета мне встретился материал с названием «Физики описали кристаллы пространства-времени, способные схлопнуться в чёрные дыры». Вот цитата из этой статьи: «Теория относительности позволяет кривизне пространства-времени самоорганизоваться в регулярную структуру – периодический узор в пространстве и времени. Возникает своего рода  «кристалл пространства-времени». Процесс, который приводит к такому состоянию, называется критическим коллапсом...» (конец цитаты). В этом пассаже я вижу попытку вытащить классическую теорию относительности из накатанной колеи мировых линий, и поставить её на путь квазикристаллической материализации и энергизации пространства. Теории относительности нЕчего позволять самоорганизовываться пространству-времени в регулярные структуры! Потому что эти организованные упорядоченные структуры всегда существовали и существуют – квазикристаллическая структура среды физ. вакуума! Согласованные по фазе радиальные колебания плотности элементов среды физ. вакуума составляют природу частицы протон. Да, одну из фаз этого колебания, фазу сжатия в точку, можно назвать сингулярной фазой, сингулярностью. Но эта фаза длится мгновение и переходит в фазу расширения  потом опять сжатия. Так что фазу сжатия здесь можно назвать «чёрной дырой», но существующей мгновение! А в целом такие продольные стоячие колебания в квазикристаллической среде физ. вакуума представляют собой волновой пакет, устойчивое энергетическое образование, коим и является частица протон. Вообще, колебательная динамика лежит в основе квантового мира. А всякое колебание, тем более – продольное, неизбежно имеет фазу сжатия, как максимум, экстремум. Сжатие, переходящее в противоположную фазу растяжения (расширения). Но и при расширении имеется фаза сжатия, но уже не точечной формы, а формы полой сферы. Постоянное волновое поле вокруг протона и представляет собой чередование полых сфер сжатия и растяжений! 

   И в заключение ещё один материал по теме близкой к теме о волновом пакете. Материал с названием «Тёмная энергия: сила, разрывающая Вселенную». А я думаю как раз наоборот! Тёмная энергия – сила, соединяющая наш физический мир, сила, которая держит наш мир в единстве, в целостности! Когда эта сила прекратит действовать, то тогда и наступит великий разрыв, когда атомы превратятся в несвязанную «пыль» протонов! Но и протоны, как волновые пакеты, разорвутся, станут одномерными угасающими струнами! Тёмная энергия – это колоссальная энергия давления среды физ. вакуума! Этой огромной энергии давления мы обязаны существованием и гравитационных взаимодействий тел, и магнитных взаимодействий, потому что массивные тела и магниты изменяют вокруг себя эту энергию давления, создают градиенты энергии давления и плотностей среды физ. вакуума. А где градиент энергии давления – там и сила! 

   Ещё одна цитата из статьи: «Когда я впервые прочитал про 120 порядков, я подумал: - Это опечатка? Нет, не опечатка. Теория говорит, что вакуум должен кипеть такой энергией, что всё разлетится за долю секунды! А мы тут сидим себе и пьём чай. Что-то здесь не так...» (конец цитаты). На самом деле всё так и есть! Вакуум «кипит» колоссальной энергией! Но дело в том, что и сама частица протон, волновой пакет, есть своеобразная упорядоченная форма такого «кипения» вакуума, колебательная динамика «дыхания вакуума», радиальные трёхмерные осцилляции колебаний плотности элементов среды физ. вакуума! Но протон не стал бы протоном, ядерной и атомной частицей, если бы не получил дополнительную динамику, динамику кольцевого вращения, магнитный момент, спин! Именно магнитные моменты протонов и нейтронов позволили этим частицам соединяться в кластеры, устанавливать обменные связи! Сонаправленные вихревые магнитные поля частиц, накладываясь, интерферируя, изменяют энергию давления среды, уменьшают давление и плотность среды, а внешние, бОльшее давление и плотность среды, удерживают частицы в кластере. Этот феномен удержания и связи частиц в ядре атома можно назвать микрогравитацией.