Концепция «спирали бытия» как основа единой геометрической модели физических взаимодействий

Современная физика, несмотря на значительные успехи в понимании Вселенной, сталкивается с рядом фундаментальных проблем, таких как природа темной материи и темной энергии, отсутствие единой теории поля, объединяющей гравитацию с другими фундаментальными взаимодействиями, и вопросы, связанные с квантовой гравитацией. Поиск новых подходов и парадигм в теоретической физике имеет решающее значение для преодоления этих трудностей. В этой связи растет интерес к геометрическим моделям и концепциям, способным отразить сложные взаимосвязи между основными физическими величинами.

Стремление к унификации фундаментальных взаимодействий и поиск единого языка для описания физической реальности является магистральным направлением развития теоретической физики со времен Эйнштейна. Классическая общая теория относительности (ОТО) блестяще геометризировала гравитацию, представив ее как кривизну пространства-времени [1, с. 769-822]. Квантовая механика, в свою очередь, описала микромир в терминах вероятностей и некоммутирующих операторов [2]. Однако синтез этих парадигм, поиск теории квантовой гравитации, остается величайшей нерешенной проблемой. Альтернативные подходы, такие как геометродинамика Уилера [3], теория струн [4, с. 465-480] и петлевая квантовая гравитация [5], предлагают свои пути, часто опираясь на сложные математические конструкции высших измерений или дискретные структуры пространства-времени.

Параллельно развиваются идеи, ставящие во главу угла не вещества и поля, а информацию [6, с. 3-28] или процессы [7]. В термодинамике и космологии все чаще обсуждается природа времени, его связь с энтропией и его возможная emergent-природа [8]. Работы Пригожина по неравновесной термодинамике [9] показывают фундаментальную роль времени и необратимости процессов. Теорема Эмми Нетёр [10, с. 235-257] прочно установила связь между фундаментальными симметриями пространства-времени и законами сохранения, что является краеугольным камнем современной физики.

Настоящая статья встраивается в этот широкий контекст, предлагая модель, которая пытается найти компромисс между непрерывностью и дискретностью, геометрией и динамикой. Мы исходим из предпосылки, что первичными являются не сами по себе масса, пространство и время, а их взаимные соотношения, которые могут быть описаны геометрически. Наша идея находит отклик в работах Картана по теории кручения [11, с. 593-595], а также в более современных попытках использовать алгебры Клиффорда для описания физических полей [12]. Концепция времени, обладающего атрибутами температуры, перекликается с гипотезами о тепловой природе гравитации [13, с. 1260-1263]. Однако предлагаемый подход отличается своей наглядностью, акцентом на треугольные и спиральные структуры как фундаментальные «кирпичики» мироздания и попыткой дать прямое геометрическое толкование явлениям, обычно описываемым чисто аналитически, таким как инерция или заряд.

Еще в работах по общей теории относительности были представлены данные о гравитации как искривлении пространства-времени, заложившие основу для геометрического подхода к фундаментальным взаимодействиям [14, с. 769-822]. Эта концепция была развита Дж. Уилером [15, с. 3-28], который предложил идею геометродинамики, представляющей Вселенную как динамически изменяющуюся геометрическую сущность.

Важную роль в развитии геометрических моделей сыграли труды Вейля Г. [4, с. 465-480], который предпринял попытку объединения гравитации и электромагнетизма посредством введения концепции калибровочной симметрии. Хотя подход Г. Вейля не привел к созданию единой теории поля, он заложил основу для дальнейших исследований в области калибровочных теорий, которые играют центральную роль в современной физике элементарных частиц.

Теория струн [16], предложенная как альтернатива точечным частицам, представляет собой еще один пример геометрического подхода к фундаментальным взаимодействиям. В этой теории элементарные частицы рассматриваются как одномерные колебания струн, что требует введения дополнительных пространственных измерений.

Кроме того, в контексте данной работы важно упомянуть идеи о спиральной природе микрочастиц, предложенные П. Дираком [17, с. 610-624] и развитые в работах Н. Теслы [18, с. 267-292], которые, возможно, смогут сформировать фундамент для альтернативного взгляда на энергию и материю.

Далее, вклад Э. Нётер [19, с. 235-257] с её теоремой о связи симметрий и законами сохранения, является краеугольным камнем теоретической физики и служит отправной точкой для поиска симметрий, лежащих в основе фундаментальных взаимодействий. Идеи И. Пригожина [20] о диссипативных структурах и неравновесной термодинамике также имеют важное значение, поскольку они подчеркивают роль необратимых процессов в формировании сложных структур во Вселенной. Наконец, работы Б. Б. Мандельброта [21] о фрактальной геометрии открыли новые возможности для описания сложных и самоподобных структур, которые можно обнаружить в различных физических системах.

Вклад отечественных ученых в развитие геометрических представлений о физическом мире также значителен. Так, Белинский В. А., Халатников И. М. и Лифшиц Е. М. [22, с. 909-922; 23, с. 1969-1979; 24, с. 733-890] внесли вклад в общую теорию относительности, изучая сингулярности в космологических моделях и разрабатывая теорию хаоса вблизи космологической сингулярности. Их работа подчеркивает сложность гравитационного поля и его геометрическую структуру в экстремальных условиях.

Д. В. Иваненко [25, с. 435] занимает особое место в истории ядерной физики, прежде всего благодаря независимому от Вернера Гейзенберга предложению протон-нейтронной модели атомного ядра. Эта модель разрешила фундаментальные противоречия, существовавшие в представлениях о ядре, состоящем только из протонов и электронов, открыв путь к более глубокому пониманию ядерных сил и структуры материи. Помимо ядерной физики, Иваненко внес значительный вклад в квантовую теорию поля, исследуя, в частности, нелинейные спинорные теории. Его интерес к фундаментальным взаимодействиям также проявился в работах по теории гравитации, где он разрабатывал варианты теории с кручением, учитывающие спиновые свойства материи и вносящие коррективы в общую теорию относительности. Работы Иваненко, таким образом, охватывают широкий спектр проблем фундаментальной физики, от структуры атомного ядра до природы гравитации.

В свою очередь, Д. В. Ширков [26, с. 857] оставил глубокий след в квантовой теории поля, особенно в развитии аппарата ренормализационной группы. Ренормализация – это критически важная процедура, позволяющая извлекать конечные результаты из вычислений в квантовой теории поля, где изначально возникают бесконечности. Ширков разработал математические инструменты для анализа поведения физических величин при изменении масштаба энергии или расстояния, что стало основой для понимания асимптотического поведения квантовополевых теорий. Его вклад в построение эффективных теорий также чрезвычайно важен, поскольку он предложил методы, позволяющие описывать физические явления на определенном энергетическом масштабе, не требуя знания деталей более фундаментальных, но пока неизвестных процессов. Это особенно ценно в физике элементарных частиц, где приходится сталкиваться с явлениями, происходящими на различных масштабах.

Другой исследователь, И. Е. Дзялошинский [27, с. 807-813] прославился своими работами в области теории твердого тела и магнетизма, в частности, предсказанием магнитоэлектрического эффекта. Этот эффект, связывающий магнитные и электрические свойства материалов, открыл новые возможности для создания устройств с уникальными характеристиками. Работы Дзялошинского отличаются применением геометрических методов для описания симметрии кристаллических и магнитных структур, что позволяет анализировать сложные магнитные явления и предсказывать новые эффекты в твердых телах.

В данном контексте необходимо отметить, что советский физик Л. И. Мандельштам [28] был известен своими фундаментальными исследованиями в областях оптики, радиофизики и теории колебаний. Он внес значительный вклад в развитие теории рассеяния света и его связи со свойствами вещества. Его работы заложили основы для понимания взаимодействия света с различными средами и объяснения широкого круга оптических явлений.

На основе проведенного исследования в настоящей работе предлагается новый подход к описанию фундаментальных физических взаимодействий, основанный на концепции «Спирали Бытия». В основе этой концепции лежит представление о динамической взаимосвязи между массой, временем и пространством, которые рассматриваются не как независимые сущности, а как взаимосвязанные элементы, формирующие единую геометрическую структуру.

Предлагается рассматривать любой процесс в инерционной системе отсчета как проекцию на плоскость, где масса, время и пространство образуют треугольник. Соотношение между этими величинами в динамике процесса, в моменты нарастания и спада, описываются через изменения параметров этого треугольника. Для более точного описания предлагается использовать четыре смежных треугольника, каждый из которых отражает определенный аспект взаимодействия:

• масса во времени через пространство;
• масса в пространстве за время;
• время через пространство для массы;
• пространство через время для массы.

Таким образом, вертикальная проекция синусоидального изменения соотношения между этими треугольниками формирует «Спираль Бытия». Ключевым постулатом является утверждение о постоянстве массы, которая, согласно данной концепции, может только преобразовываться, но не исчезать. Время рассматривается как перпендикулярное пространству и которое, обратно пропорционально массе.

Важно отметить, что ни один из этих параметров не может быть равен нулю, так как это противоречит фундаментальным законам сохранения.

В рамках данной концепции силы, привязанные к массе, рассматриваются как проявление избытка потенциальной энергии, возникающего в результате взаимодействия между частицами. Заряд и энергия рассматриваются как векторы этого избытка, что позволяет рассматривать взаимодействия более целостно.

Кроме того, важным аспектом предложенной концепции является переосмысление понятия времени. В отличие от классического представления, где время рассматривается как однородная и непрерывная величина, в данной модели время рассматривается как характеристика текущего состояния системы, включающая в себя не только длительность, но и температуру. Внешняя сила, приложенная к массе, накапливаясь во времени, высвобождается через пространство в виде инерции. Этот процесс можно рассматривать как проявление циклических процессов, аналогичных циклу Карно, где происходит преобразование энергии и изменение состояния системы.

Отметим, что предложенная авторская концепция опирается на принцип симметрии, утверждая, что все процессы во Вселенной обладают цикличностью и могут быть описаны с помощью математических инструментов, основанных на этом принципе. Любой шаг взаимодействия можно многократно повторить, учитывая изменения, происходящие в системе. Данный подход, позволяет анализировать сложные системы, рассматривая их как совокупность взаимодействующих элементов, каждый из которых подчиняется общим законам.

Переходя к изложению авторской концепции, резюмируем, что состояние любой инерционной системы, связанной общим центром тяжести, может быть описано на некой фазовой плоскости. На этой плоскости базовое соотношение массы (m), пространства (s) и времени (t) образует первичный треугольник. Однако это статичное представление. Динамика процессов, а именно: «масса во времени через пространство» (что можно интерпретировать как импульс или силу), «масса в пространстве за время» (поток, плотность) – формируют свои собственные, смежные треугольники. В совокупности возникает система из четырех взаимосвязанных треугольников, образующих замкнутую ячейку.

Ключевым шагом является рассмотрение не статичной проекции, а динамики изменения соотношений внутри этой ячейки. Если представить эту динамику как синусоидальный процесс колебаний и преобразований, то ее вертикальная проекция (в перпендикулярном измерении, которое само по себе является иным аспектом времени или нового параметра порядка) обретает форму трехмерной спирали («Спирали Бытия»). Она является фундаментальным геометрическим объектом, описывающим эволюцию системы во времени-пространстве-массе.

В данной модели устанавливаются следующие соотношения:

1. Масса (m) выступает как инвариантный носитель свойств, она не возникает из ничего и не исчезает, а лишь преобразуется, меняя свою форму проявления в рамках геометрии Спирали.
2. Пространство (s) и Время (t) находятся в отношении перпендикулярности, образующей базис фазовой плоскости. Пространство обратно пропорционально массе (s ~ 1/m), что является отголоском уравнений ОТО, где большая масса искривляет пространство (уменьшает его эффективный линейный элемент для внешнего наблюдателя).
3. Время многогранно и это не только длительность (t), но и интенсивность, которая в частном случае макроскопических термодинамических систем проявляется как температура (T). Накопление «времени-интенсивности» массой при действии внешней силы проявляется как инерция, а его «истечение» – как движение, излучение или совершение работы.

На микроуровне эта геометрия проявляется как сложное «плетение» («лапти Герасима»). Синхронизация «времен» электронов и ядра атома, поляризация орбит – все это есть следствие установления единой, устойчивой Спирали Бытия для атомной системы. Магнитное поле с его замкнутыми силовыми линиями и бегущая электромагнитная волна являются частными проекциями этой универсальной спиральной динамики. В рамках этой модели заряд и энергия теряют свой скалярный, абстрактный характер. Их предлагается рассматривать как векторы избытка сил – конкретные геометрические указатели на асимметрию и направленность внутренних взаимодействий в атоме, нарушающие идеальную симметрию его Спирали.

Таким образом, на основе проведенного анализа и синтеза существующих теорий с авторскими идеями, мы приходим к формулировке целостной концепции, которая представляет собой попытку построения единой геометрической модели физических взаимодействий, на основе следующих положений:

• первичной является не материя и не поле, а отношение (связь) между массой, пространством и временем, имеющее сложную геометрическую структуру; как сил, приложенных каждой частице.
• фундаментальным объектом является Спираль Бытия – динамическая геометрическая форма, описывающая эволюцию системы и являющаяся носителем информации обо всех ее свойствах (энергия, заряд, импульс);
• все физические величины (энергия, заряд, сила) являются вторичными, производными. Они возникают как проекции, векторы избытка или параметры, описывающие конкретные аспекты геометрии Спирали и ее искажения при взаимодействии с другими спиралями;
• время обретает статус активного термодинамического потенциала, способного накапливаться, трансформироваться и перераспределяться, что обеспечивает новую интерпретацию явлений инерции, ускорения и термодинамических циклов;
• модель является универсальной – от микромира («плетение» атомных орбиталей) до макромира (движение планет, эволюция звезд) и явлений сложных систем, так как все они, по предположению, подчиняются единым геометрическим принципам организации.

Основываясь на анализе процессов, происходящих в инерционных системах, можно утверждать, что фундаментальные физические взаимодействия могут быть описаны в рамках единой геометрической модели, где масса, время и пространство образуют взаимосвязанную систему. Эта система представляется в виде набора треугольников, отражающих динамику обмена энергией и информацией. Вертикальная проекция, отражающая динамические процессы, формирует «Спираль Бытия», которая является ключом к пониманию эволюции системы.

Предлагается метафорическое представление о структуре, формируемой синхронизацией временных процессов в электронах и ядре атомов, а также поляризацией орбит, как о «лаптях». Этот образ отражает сложное плетение взаимосвязанных элементов, определяющих свойства физического тела. «Лапти Герасима» позволяют описать различные явления, такие как магнетизм, где замкнутые силовые линии отражают цикличность процессов, и распространение электромагнитных волн, где фотоны рассматриваются как пакеты свернутой спирали времени.

В заключение отметим, что представленная концепция «Спирали Бытия» предлагает новый взгляд на фундаментальные физические взаимодействия. При этом предстоит еще много работы по формализации данной модели и ее применению к конкретным физическим задачам, она представляет собой перспективное направление для дальнейших исследований в области теоретической физики.

Данная концепция представляет собой теоретическую рамку и исследовательскую программу, а ее дальнейшее развитие требует строгой математической формализации геометрии «четырех треугольников», вывода уравнений, описывающих динамику «Спирали Бытия», и поиска точек соприкосновения с предсказаниями Стандартной модели и ОТО. Однако она предлагает свежий взгляд на старые парадоксы и открывает путь к новой, возможно, более наглядной и интегрированной картине физического мира.

Предложенная концепция может быть также применена для анализа различных физических явлений, от микромира до макромира. Например, можно использовать ее для описания структуры атома, где силы притяжения, многократно усиленные с уменьшением расстояния, удерживают электроны на орбитах вокруг ядра. Взаимодействие между электронами и ядром рассматривается как динамический процесс, описываемый через «Спираль Бытия», где электроны стремятся к равновесию, вращаясь в спиральных траекториях.

Кроме того, концепция может быть применена к космологическим моделям, позволяя рассматривать эволюцию Вселенной как циклический процесс, где расширение сменяется сжатием.