Масса, заряд и типы физических взаимодействий »

Исаак Ньютон, анализируя движение планет, открыл и сформулировал закон, поясняющий, с какой силой взаимодействуют между собой тела в гравитационном плане. Формула, отображающая этот закон, имеет вид:
F = GM₁M2/R² (1)
Гравитационная постоянная в Международной системе единиц (СИ) имеет значение: G = 6,67∙10^-11 Н∙м²/кг².
Шарль Кулон, изучая взаимодействие между заряженными телами, представил закон, позволяющий рассчитывать силу взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами в вакууме. Формула, представленная Кулоном, имеет вид:
F = kq₁q₂/R² (2)
В системе СИ коэффициент k имеет значение: k = 9∙10⁹ Н∙м²/Кл².
Формулировки и формулы, описывающие вышеуказанные законы, оказались похожими, невзирая на то, что в первом случае предметом исследования была масса тел, а во втором – электрические заряды, то есть величины, казалось бы, никак между собой не соотносящиеся.
Физические величины, являющиеся следствием этих законов, также обладают сходством. У Ньютона: ускорение свободного падения; гравитационный потенциал; потенциальная энергия тел, взаимодействующих посредством гравитационных сил; работа силы тяжести.
Из закона Кулона выводятся такие физические величины и понятия, как напряженность электростатического поля; потенциал электростатического поля; потенциальная энергия взаимодействия зарядов; работа электростатического поля по перемещению заряда.
Наряду с отмеченными сходствами имеются и различия. Ньютон описывает, с какой силой тела притягиваются друг к другу, а у Кулона, наряду с притяжением, имеет место и взаимное отталкивание зарядов. Причем, если у Ньютона масса стремится к массе (подобное притягивается к подобному), то у Кулона притягиваются заряды противоположного знака (притягиваются противоположности), в то время, как одноименно заряженные тела взаимно отталкиваются.

Ни у кого не вызывает сомнений и возражений положение о том, что электромагнитное взаимодействие по мощности многократно, на много порядков превышает взаимодействие гравитационное. Принято считать, что гравитация – самая слабая из сил, существующих в природе. Основным доводом в пользу данного положения служит тот факт, что два тела, массой по одному килограмму и находящиеся на расстоянии один метр друг от друга, притягиваются с силой всего лишь 6,67∙10^-11 Н, а два точечных заряда по 1 Кл и отстоящие друг от друга на один метр, взаимодействуют с невообразимо большой силой, равной 9∙10⁹ Н.
Следует отметить, что заряд 1Кл – отнюдь не самая меньшая величина заряда из всех, что могут существовать в природе. Из результатов измерений и трактовки опыта Иоффе-Милликена, следует, что существует элементарный неделимый электрический заряд е. В системе СИ: е = 1,6021∙10^-19Кл.

Несложно посчитать, что два точечных заряда е, отстоящие друг от друга на расстоянии в один метр, взаимодействуют с невообразимо малой силой, равной 2,31∙10^-28Н.
Сопоставляя величины 6,67∙10^-11Н и 2,31∙10^-28Н, продолжая руководствоваться вышеозначенной логикой, можно прийти к заключению, что силы гравитации на 17 порядков превосходят силы электромагнитного взаимодействия. Всем ясно, что такая логика, такое заключение ошибочно, но из этого следует, что не соответствует истине и вышеупомянутое положение о превосходстве электромагнитных взаимодействий над гравитационными, вытекающее, как уже упоминалось, из сопоставления величин 6,67∙10-11Н и 9∙109 Н.
Похоже, в реальности все обстоит совсем не так, как принято считать.
Попытаемся определить, какими одноименными зарядами должны обладать два точечных объекта массой по одному килограмму, чтобы силы гравитационного притяжения оказались равны силам электростатического отталкивания. Исходить будем из уравнения:
GM₁M₂/R² = kq₁q₂/R² (3)
Правильным решением будет: q = 8,609∙10^-11 Кл = 5,373∙10⁸ е
Таким образом, если за единицу заряда принять значение 8,609∙10^-11 Кл = 5,373∙10⁸е, то формула (2) сохранится в прежнем виде, изменится только коэффициент k, приняв значение 6,67∙10-11 Н∙м2/Кл2.
Понятно, что нет актуальной необходимости вводить новую систему измерений, но если со временем такая необходимость все-таки появится, то, по аналогии с уже существующей системой СГСЭ, можно обозначить её аббревиатурой СИЭ.
В этом случае за единицу электрического заряда в системе СИЭ следует принять: [qэ] = 1Кэ = 8,609∙10^-11 Кл = 5,373∙10⁸ е.
Тогда элементарный неделимый электрический заряд е = 1,861∙10^-9 Кэ; коэффициент kэ =6,67∙10^-11 Н∙м²/Кэ²
Нет необходимости пересчитывать в предлагаемую систему значения всех физических величин, применяемых в электродинамике, но отметим, что в СИЭ единица силы тока будет [Iэ] = 1Аэ = 1Кэ/с = 5,373∙10⁸ е/с
Вышеприведенные расчеты и умозаключения позволяют опровергнуть положение о различиях энергетического плана между электромагнитными и гравитационными взаимодействиями. Правильнее будет вести речь о равенстве и очень близких аналогиях. Если внимательно проанализировать предложенную систему физических величин СИЭ, то появляются основания вести разговор об эквивалентности массы и заряда, что напрямую следует из равенства (3). Единицы массы и единицы заряда равны, а именно: 1кг = 1К_э.
Как всем известно, вес тела – это сила, с которой тело притягивается к земле. В системе СИ сила измеряется в Ньютонах, но в быту, в силу целесообразности, применяется внесистемная физическая величина – килограмм силы, кГ. В данном случае, воспользовавшись прецедентом, появляется обоснованный повод ввести аналогичную физическую величину – килограмм заряда. Предполагаемое обозначение – кГэ.
В этом случае: 1кГ = 1КГэ
Логическим выводом из этого будет: электрический заряд, как и масса, являются эквивалентом энергии. В системе измерений СИЭ формулы, определяющие зависимость энергии от массы и заряда должны иметь вид:
Е = mc² ; Е = q_э∙c² (4)
Таким образом, полную энергию покоящегося тела, имеющего электрический заряд, следует рассчитывать по формуле:
Е = (m+q_э)c² (5)
Широко известна и до сих пор в академических кругах имеет сторонников ничем необоснованная, не имеющая ни экспериментальных подтверждений, ни практического значения версия А. Эйнштейна о возрастании импульсной массы с увеличением скорости. Наряду с этим, формула, позволяющая рассчитывать кинетическую энергию движущихся тел, неоднократно проверена экспериментально и нет смысла подвергать её сомнениям. Не подвергается сомнениям и тот факт, что величина заряда не зависит от скорости. Исходя из этого, полная формула энергии движущегося заряженного тела может иметь вид:
Е = (m+q_э)c² + mV²/2 (6)

Мы рассмотрели и дали оценку электромагнитным и гравитационным взаимодействиям. Но в реестре сил числятся те, которые проявляются в некоторых реакциях между элементарными частицами и молекулами – так называемые «слабые взаимодействия». Об этих взаимодействиях можно было бы и не упоминать, но останется без ответа вопрос — какое из взаимодействий сильнее: слабое или электромагнитное наряду с гравитационным? Не имея в достаточной мере информации по данному вопросу, ограничимся предположением, что слабые взаимодействия – это результат совместных взаимодействий — электромагнитных и гравитационных. Предположительно, все три взаимодействия в энергетическом плане равны.
Уместно несколько слов следует сказать о взаимодействиях, которые принято называть сильными.

Версия о том, что такие взаимодействия имеют место в ядрах атомов, связывая воедино нуклоны, возникла по той причине, что академическая наука признала действительной, соответствующей реальности гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра, выдвинутую Д. Иваненко и В. Гейзенбергом. Заметим, что данная гипотеза не имеет конкретных, неопровержимых экспериментальных подтверждений, но, с другой стороны, принято считать, что эта гипотеза не имеет экспериментально подтвержденных опровержений и не противоречит практическим достижениям, имеющимся в ядерной энергетике.
Уместно вспомнить высказывание Нильса Бора о том, что застой в науке наблюдается по той причине, что отсутствуют достаточно бредовые идеи. Похоже, в этом плане Бор ошибся. Дефицита бредовых идей не наблюдается, но, несмотря на это, ситуация к лучшему не изменяется. Надо думать, причина скрыта в тех идеях, которые академической наукой признаны истиной в последней инстанции. Не следует ожидать, что бредовые идеи смогут изменить что – либо к лучшему, но подвергать сомнению неподтвержденные экспериментами гипотезы, выдвигая взамен их другие, альтернативные – практика общепринятая и нередко приносящая положительные результаты.

Прежде, чем выдвинуть альтернативную гипотезу, мысленно представим каплю жидкости, находящуюся в невесомости и имеющую электростатический заряд. Само собой разумеется, капля имеет сферическую форму, а элементарные заряды расположены равномерно на поверхности. Предположим, что общее количество элементарных зарядов меньше, чем количество атомов или молекул, содержащихся в жидкости. В результате механического воздействия данную каплю можно раздробить на множество более мелких капель. Если количество таких капель превысит количество имеющихся элементарных зарядов, то в наличии будут как капли, имеющие заряд, так и капли незаряженные. Естественно, по электростатическим свойствам заряженные капли будут отличаться от нейтральных. Если эта воображаемая капля испарится под воздействием температуры, то в результате будут получены ионы — в количестве, равном количеству элементарных зарядов, а также нейтральные атомы или молекулы.

Исходя из сказанного, зададимся вопросом: имеет ли право на существование гипотеза о том, что ядро в целом имеет однородную структуру, но в процессе радиоактивного распада или вследствие механических воздействий может разделяться на более мелкие ядра?

Как и рассмотренная капля, каждое ядро может быть раздроблено на более мелкие частицы, но предел деления имеется. Если представить, что ядро расщепилось на отдельные элементарные частицы — нуклоны, то одна группа частиц, а именно — протоны, будет иметь заряд, а нейтроны окажутся незаряженными.

Нет смысла развивать и обосновывать данную гипотезу более обстоятельно. Следует понимать, что любая гипотеза, идущая на смену общепринятой, разрешив одно противоречие, неизменно поставит множество новых, порой неразрешимых, вопросов и противоречий. Суть заключается в том, что именно гипотеза о протонно-нейтронном строении атомов противоречит практике и реальности, но, по соглашению сторон, этот факт стараются не афишировать.
Таким образом, факт существования в природе сильных взаимодействий следует подвергнуть сомнению, в крайнем случае, следует признать, что этот вопрос остается открытым.

Подводя итог, следует отметить, что вышеприведенные идеи, доводы и гипотеза вряд ли могут оказаться полезными при решении технических проблем, но не исключено, что в теоретическом плане некоторые из устоявшихся представлений и стереотипов окажутся пересмотренными.