Академик Российской академии естественных наук
и Российской академии космонавтики
Леонид Васильевич ЛЕСКОВ

По мнению академика Л.Б. Окуня, «кроме гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий должны существовать и другие типы взаимодействий, но их проявления пока не обнаружены». И продолжает: «Кажется очень правдоподобным, что следующий шаг на пути дальнейшей унификации физики станет возможным лишь в результате открытия какого-то нового фундаментального принципа. Чтобы стать проще, физика должна стать еще более нетривиальной. Простой простоты не будет». С этой точкой зрения согласны многие физики-теоретики.

Рассмотрим одну возможность решения этой проблемы. Все элементарные частицы обладают массой, и с этой их квантовой характеристикой связаны гравитационные взаимодействия. А с другой их квантовой характеристикой — электрическим зарядом — связаны электромагнитные взаимодействия. Но все частицы обладают также и спином. Не может ли существовать ещё один тип фундаментальных взаимодействий, обусловленных именно спином? Чтобы ответить на этот вопрос, уточним сначала смысл этого квантового числа.

Понятие спина было введено в науку в 1925 г. Д. Уленбеком и Д. Гаудсмитом. Чтобы согласовать расчетные и теоретические характеристики магнитных и радиационных свойств вещества, они предположили, что электрон обладает квантовым аналогом механического момента, который они назвали спином (spin по-английски означает штопор, кружение, верчение).

Измеряется спин в единицах кванта действия, т.е. постоянной Планка h=6,62*10^-27 эрг.с.

Спин электрона, протона, нейтрино их античастиц, нейтрона, а также и ряда других частиц может принимать только полученные значения S = ± ½h.

Частицы, обладающие полуцелым спином, называются фермионами. У частиц других типов (фотон, глюон, гравитон и др.) спин всегда целочисленный (0, 1, 2). Частицы этого типа называются бозонами.

А теперь вернемся к фитонной модели квантового вакуума. Развивая свою логику, А.Е. Акимов поставил вопрос: что будет, если в качестве источника возмущения мы выберем не массивное или заряженное тело, а например волчок или другой вращающийся объект? Вакуум отзовется и на это возмущение: произойдет поперечная поляризация фитонов, которая, очевидно, будет обладать осесимметричной ориентацией, а не центральносимметричной, как в случае гравитационных и электромагнитных полей. Этот вид возмущения вакуума можно классифицировать как еще один, пятый тип фундаментальных взаимодействий — торсионнные (torsi на латыни означает крутить).

Торсионные взаимодействия известны давно. Их существование в 1922 г. предсказал французский математик Эли Картан, который включил кручение пространства в уравнения ОТО. К его теории проявил интерес Эйнштейн.

Для тех, кто подзабыл, что такое кручение, напомним сведения из школьного учебника по физике. Кручением называется деформация цилиндра с одним закрепленным концом под действием пары сил, направленных перпендикулярно оси цилиндра. Момент этой пары сил называется крутящим моментом. Кручение состоит в относительном повороте параллельных друг другу сечений цилиндра, проведенных по его диаметру. Эти сечения смещаются друг относительно друга, разворачиваясь относительно оси цилиндра, но сохраняют свою форму.

В теории Картана речь шла о массивных телах, обладающих крутящим моментом. О связи спина с торсионным полем Картан знать не мог, т.к. спин в то время еще не был открыт. Поэтому торсионные взаимодействия были введены в теории Картана только как поправка к гравитации.

Эта торсионная поправка, как следовало из теории, была настолько мала, что не было никакой надежды обнаружить ее в экспериментах. Поэтому интерес к торсионным полям угас надолго. А говоря о фундаментальных взаимодействиях, о них даже не упоминали.

Интерес к торсионным полям возродился с середины XX в., когда теория гравитации с кручением была развита в трудах Д.Д. Иваненко, Д. Шима, Т. Киббла, Б.Н. Фролова и др. В этих работах было показано, что источником кручения пространства является спин материальных полей. Иваненко и В.М. Родичев исследовали связь кручения с нелинейными процессами в отсутствие гравитационного поля. Вопрос о константе связи поля кручения в этих работах оставался открытым. Этот вывод могли использовать экспериментаторы, приступая к исследованиям. Позднее стало ясно, что эта константа составляет величину порядка 10^-2 - 10^-3.

Было показано, что может существовать и другой источник кручения — спиновая жидкость. Она моделирует вещество звезд и Вселенной и представляет собой идеальную жидкость, каждый элемент которой характеризуется импульсом, энергией и внутренним угловым моментом в системе отсчета, в которой в данный момент этот элемент покоится.

Анализ теории Картана показал, что его теория не свободна от упущений. Записывая свои уравнения, Картан не использовал угловых координат для отображения тензора кручения. В итоге он упустил возможность сделать следующий логический шаг и, кроме кручения пространства, рассмотреть также и его вращение.

Связь кручения с вращением диска ещё в XIX в. исследовал французский математик Ж. Френе. Если угловая скорость вращения диска ω постоянна, то его кручение обратно пропорционально радиусу R   К=1/R, а угловая скорость ω=V/R, где V — линейная скорость вращения. Эта формула хорошо известна в механике.

Вращающийся диск, если он изготовлен из резины, закручивается, изменяя свою геометрию под действием материальных полей кручения. Его внутренняя геометрия в результате характеризуется и кривизной, и кручением. Эта структура называется геометрией Вайценбека по имени исследовавшего её немецкого математика Р. Вайценбека.

Решающего успеха в исследовании торсионных полей добился Г.И. Шипов, который в 1980-х годах разработал теорию физического вакуума. Эта теория решала задачу всех фундаментальных взаимодействий, включая торсионные. Теория торсионного поля, построенная Шиповым, основана на использовании коэффициентов кручения Г. Риччи-Курбастро, что позволило устранить ограничения теории Картана и прийти к выводу об отсутствии теоретического предела на величину константы торсионного взаимодействия.

Пространство событий, описываемое теорией Шипова, имеет 10 измерений: к четырем обычным трансляционным координатам добавляется шесть угловых координат. В отличие от теории относительности Эйнштейна этому пространству соответствует не геометрия Римана, а геометрия Вайценбека, которая характеризуется не только кривизной, но и кручением. Естественным проявлением геометрических свойств такого пространства являются торсионные поля.

Теория физического вакуума Шипова оказалась весьма плодотворной по большому числу важных следствий. Первое из них касается сил инерции, которые были введены Ньютоном в его уравнениях классической механики. Природа этих сил оставалась загадочной на протяжении долгих трехсот лет. Некоторые теоретики и до сих пор утверждают, что эти силы фиктивны и вводятся всего лишь в некоторых системах координат. Вряд ли с ними согласятся пассажиры резко затормозившего автомобиля, которые рискуют по инерции расшибить себе лоб.

Теоретиков, настроенных скептически, смущает то, что они не могут указать источник сил инерции. А раз нет источника, рассуждают они, то нет и сил. Выполнив выше с помощью модели фитонного вакуума качественный анализ этой проблемы, мы показали, что этим источником может служить квантовый вакуум. В теории Шипова дано строгое количественное решение проблемы сил инерции. Он показал, что эти силы вполне реальны и являются порождением особых полей — полей инерции. Эти поля — не что иное, как проявление в повседневной жизни торсионных полей.

Основной вывод из теории физического вакуума можно сформулировать в виде следующего утверждения: в мире не происходит ничего, кроме кручения и искривления пространства.

Возможны различные схемы генерации торсионного поля. Можно, например, использовать электрический разряд между двумя металлическими коаксиальными трубками, помещенными в продольное магнитное поле. Под действием силы Ампера, возникающей в скрещенных электрическом и магнитном полях, электроразрядная плазма будет вращаться в азимутальном направлении. Эта плазма явится источником статического торсионного поля. А если в этом устройстве предусмотрена какая-либо неоднородность в азимутальном направлении, то оно окажется генератором переменного торсионного поля, распространяющегося в радиальном направлении.

Подобные устройства являются источниками торсионного поля на макроуровне. На микроуровне его источником является спин. Важная отличительная особенность торсионного поля состоит в том, что оно носит чисто информационный характер и не связано с передачей энергии.