Человек в загадочной вселенной: 1. Фундаментальные основы строения вселенной.

1. Фундаментальные основы строения вселенной.

***

Аннотация

Рассмотрена вакуумно-вещественная структура вселенной. Приведены фундаментальные базовые кирпичики структуры вещественной материи. Рассмотрен механизм преобразования базовых частиц.

***

Содержание.

Общее описание устройства Вселенной 1
Структура материи 2
Вакуумная материя 4
1. Общее свойства вакуума 4
2. Электрические и магнитные свойства вакуума 6
3. Гравитационные свойства вакуума 7
4. Температура объектов в космическом пространстве 8
Квантованность вещественной материи 10
Вещественная материя                                                                                     16

5.1.Общие свойства                                                                                          16

5.2. Тахионная материя                                                                                     17

5.3 Преобразования базовых частиц                                                                 24

     6. Физические взаимодействия.                                                                              31

1.Общее описание устройства Вселенной

      В основу построения материи природа положила минимальное количество простейших базовых кирпичиков, поэтому структура материи Вселенной в своей основе устроена весьма просто. Но из-за ее многократной иерархичности в целом устройство материи оказалось весьма громоздким.

     В целом Вселенная представлена следующими своими фундаментальными составляющими совокупной материи:

- вакуумной,

- вещественной.

     На низшем уровне иерархии структура Вселенной представлена вакуумной материей, в которой материя представлена в ненаблюдаемой волновой форме.

     В вакуумной материи хаотично рождаются и исчезают всевозможные микрочастицы. Процесс флуктуации этих частиц в экспериментах уже обнаруживается.

    Следующий уровень иерархии (вещественный) представлен в виде простейших микрочастиц:

       Основные:

   - кварк u,

   - кварк d,

   - электрон.

     Дополнительные:

   - фотон,

   - нейтрино (антинейтрино),

   - позитрон.

      Фотон представляет собой сгусток электромагнитного поля. Остальные частицы являются базовыми микрочастицами вселенной, из которой строиться вся ее вещественная материя. Конструкция всех базовых частиц представлена наипростейшей структурой из всех возможных, а именно, в виде тора (бублик), в котором материя вращается вокруг точки центра массы соответствующей микрочастицы.

       Следующий уровень структуры представлен атомными ядрами, которые состоят всего из двух базовых микрочастиц:

   - кварк u,

   - кварк d.

      В ядрах эти микрочастицы вращаются вокруг точек центра массы соответствующих ядер.

     Следующий уровень представлен атомами химических элементов, которые также состоят всего из двух микрочастиц:

     - ядер атомов,

    - электронов, вращающихся вокруг ядер атомов.

     Следующим уровнем организации материи вселенной являются всевозможные комбинации атомов химических элементов, в частности, в виде:

- молекул,

- кристаллов.

     Различные сочетания смеси этих структур представляют всевозможные космические объекты. Основными космическими системами являются планетные, которые также состоят в своей основе из двух объектов:

- звезд,

- планет вращающихся вокруг звезд.

      Следующий уровень структуры вселенной представлен звездными ассоциациями, главными среди которых являются различные галактики, звездные острова вселенной. В галактиках звезды вращаются вокруг точки их общих центров масс.

     Огромная совокупность галактик представляет собой ту локальную вселенную, в которой обитает человечество на планете Земля, вращающейся вокруг звезды, названной Солнцем, которая в свою очередь вращается в семействе множества звезд вокруг центра массы галактики Млечный Путь. В целом галактики вселенной движутся таким образом, что они удаляются друг от друга. Локальная вселенная является ничтожной частью глобальной Вселенной представленной вакуумной материей бесконечных размеров, в которой на некотором расстоянии друг от друга путешествуют по бескрайним просторам Вселенной бесконечное множество локальных вселенных, подобных той, в которой обитает человечество. Ей еще не придумано название, поскольку на сегодняшний день это единственная вселенная, которая доступна наблюдению человеком.

     Глобальную Вселенную никто и никогда не создавал потому, что она вечна во времени и бесконечна в пространстве, поэтому у нее нет ни начала, ни конца. Где бесконечная величина – это параметр, у которого нет преимущественной точки отсчета и который алгебраически способен принимать любые численные значения относительно произвольно выбранной точки отсчета на шкале, определяющей численные величины данного параметра.

     Таким образом, время жизни человека – это ничтожный миг относительно времени существования локальной вселенной, время существования которой – это бесконечно малая величина относительно бесконечного времени существования глобальной Вселенной.

    Некоторыми физиками время от времени поднимается вопрос о тепловой смерти вселенной, являющейся следствием роста энтропии вещественной материи. Для этих физиков сформулируем следующий встречный вопрос: способны ли они нагреть хотя бы на один градус физический объект с конкретными величинами теплоемкости и плотности его вещества, но обладающий бесконечными размерами? Сформулируем вопрос по другому. К какой температуре должна стремиться материя Вселенной с учётом того, что Вселенная занимает бесконечный объём пространства?

2.Структура материи

    Сформулируем следующие утверждения фундаментального характера: вещественная материя вселенной дискретна, т.е., в конечном счете, при анализе ее структуры она представима в виде точечных объектов.

      Главным свойством материи Вселенной является ее способность структурироваться, т.е. образовывать структуру. Структура – это способность частей материи взаимодействовать друг с другом посредством физических сил притяжения-отталкивания, образуя конкретную пространственную стереометрическую конфигурацию. Структура – это стационарное взаимодействие стабильных корпускулярных частей материи между собой под действием уравновешивающих друг друга физических сил. Ее изменение – это нарушение уравновешенности действия физических сил. Именно изучение всевозможных взаимодействующих свойств между различными частями стереометричной материи является главным направлением изучения свойств материи Вселенной человеком через выделение всевозможных частей материи в виде объектов и изучение, и описание их взаимодействующих свойств. Это и является научным процессом структуризации материи.

     Материя, то есть объективная реальность, может проявлять свою материальность:

- во-первых, только через свои составные части,

- во-вторых, через обязательное физическое взаимодействие конкретной части с другими частями материи.

     Все взаимодействия подразделяются на две группы:

1) локальные с ограниченным радиусом действия;

2) нелокальные с бесконечным радиусом действия.

     Взаимодействие характеризуется скоростью передачи физической силы, действующей между взаимодействующими объектами, через то пространство, в котором они находятся. Взаимодействия характеризуются соответствующими физическими полями. Предельной скоростью распространения локальных взаимодействий является скорость света, нелокальное квантовое взаимодействие осуществляется мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью.

     В свою очередь взаимодействующие объекты во Вселенной также представлены локальными и нелокальными объектами, которые могут быть как структурными, так и бесструктурными. Бесструктурные объекты – это такие, в которых отсутствуют выделенные стабильные части материи.

       В целом, общемировая материя Вселенной представлена двумя главными типами ее структуры:

· вакуумная,

· вещественная.

Вакуумная материя представлена двумя формами:

– первичной волновой, ненаблюдаемой;

– вторичной флуктуационной, наблюдаемой.

Структуру вещественной материи разделим на два главных уровня:

– тахионный;

– классический, на котором материя представлена двумя подуровнями:

▪ квантовым – описывается законами квантовой механики (корпускулярно-волновая форма);

▪ корпускулярным – описывается законами классической физики, известными со школьной скамьи.

        Обратим внимание на следующее обстоятельство: известных физических сил вполне достаточно для полного описания структуры видимой части материи Вселенной.

       С энергетической точки зрения в целом материя Вселенной может находиться в двух состояниях:

· стационарном, потенциально энергетическом состоянии, когда силы взаимодействия, действующие между частями материи, среднестатистически уравновешены;

· динамичном, кинетическом энергетическом состоянии. Такие состояния возникают, когда нарушается уравновешенность физических сил, действующих между частями материи, что приводит к монотонному радиальному механическому взаимному перемещению одних частей материи относительно других от точки их общего центра массы. Именно при таком состоянии материи и выделяется энергия, т.е. материя переходит из потенциального энергетического в кинетическое энергетическое состояние. Это соответствует случаям:

- либо силы притяжения преобладают над силами отталкивания,

- либо силы отталкивания преобладают над силами притяжения.

       Если в кинетическом энергетическом состоянии материи радиальное расстояние между центрами масс частей материи:

– уменьшается, то происходит сжатие материи, т.е. коллапс. Здесь преобладающими являются силы притяжения;

– увеличивается, то происходит расширение материи, например, в форме взрыва. Здесь силы отталкивания являются преобладающими над силами притяжения. Причем, если силы отталкивания сообщают разбегающимся частям материи такую скорость, что расширение происходит неограниченно долго, в этом случае силы отталкивания являются доминирующими над силами притяжения. Такая локальная материя или физическая система распадается на независимые составные части, которые перестают взаимодействовать друг с другом. Особо отметим, что, в конечном счете, силы отталкивания всегда способны уравновесить силы притяжения, т.е. материя в целом в принципе не может сколлапсироваться в стационарную структуру в виде безразмерной точки с массой покоя не равной нулю.

     И в случае взрыва, и в случае коллапса состояние систем является динамичным, неустойчивым с энергетической точки зрения, что и называют процессом выделения энергии. В обоих случаях система переходит в свое кинетическое энергетическое состояние. Временной интервал нахождения системы в неуравновешенном динамическом состоянии называется временем высвобождения потенциальной энергии системы. Интенсивность перехода системы из одного состояния в другое, называется мощностью. Вещественная материя в своей основе представлена совокупностью микрообьектов, состояние которых описывается набором соответствующих констант. Микрочастицы взаимодействуют между собой посредством соответствующих физических сил, которые представлены уже переменными параметрами. При стационарном взаимодействии физических обьктов, представляющих физическую систему, взаимодействующих между собой соответствующими физическими силами, эти силы изменяются в некоторых конкретных пределах и суммарное усредненное их значение равно нулю. Таким образом, признаком уравновешенности действия физических сил является стационарная неизменность структуры физической системы. признаком неуравновешенности действия физических сил, действующих в физической системе, является наличие необратимого относительно данной системы перемещение обьектов, представляющих эту систему.

      Стабильные структуры вещественной материи покоятся:

- во-первых, на множестве физических констант;

- во-вторых, на взаимной уравновешенности действия физических сил всех видов при всевозможных физических взаимодействиях между объектами систем. Поскольку физические константы являются стабильными величинами, перестройка структуры материи на физико-химическом уровне ее организации сводится к нарушению равновесия действия физических сил при взаимодействии между объектами.

     Роль физических констант в описании структуры вселенной невелика. Константы выполняют всего лишь роль численных коэффициентов пропорциональности в соответствующих математических уравнениях в которых физические переменные, описывающие состояние физических систем, связаны между собой соответствующими математическими операциями. Появление констант в уравнениях является следствием произвола выбора эталонов для измерения физических величин, которые принимаются за единицу при измерении конкретной физической величины (параметра). Таким образом, константы - это всего лишь придуманные числа для удобства построения соответствующих математических выражений.

      В свою очередь математические операции, это цепочки конкретных алгоритмов алгебраических (арифметических) операций (вычислений), посредством которых можно получить численные, т.е. количественные значения тех искомых физических параметров, ради которых и создавалась данная математическая конструкция (модель)

      Отметим следующее важнейшее свойство физических сил притяжения – способность к полному или частичному их насыщению. Например, электрические силы способны к полному насыщению. Если взять атом какого-либо химического элемента, то, несмотря на то, что он состоит из электрически заряженных частиц, в целом же атомы являются электрически нейтральными. Это означает, что у атомов отсутствует внешнее электрическое поле. Это и есть свойство насыщаемости электрических сил для электрически заряженных частиц, взаимодействующих в данном случае электрическими силами притяжения.

3. Вакуумная материя

3.1. Общие свойства вакуума

В вакуумной материи действуют следующие эффекты:

- силовые,

- энергетические.

      Рассмотрим энергетическую сущность вакуумной материи. Тахионный и классический уровни организации вещественной материи Вселенной представлены локальными объектами. Физический вакуум является нелокальным объектом Вселенной. Поскольку понятия «вакуум» как абсолютно пустого пространства в природе не существует, поэтому в дальнейшем слово «физический» мы будем опускать и подразумевать под словом «вакуум» физический вакуум.

Если с энергетической точки зрения в целом распределить материю Вселенной вдоль вертикальной оси с нулевым энергетическим значением в начале оси, то материя с массой, равной нулю, представлена в ненаблюдаемой, так называемой чисто волновой форме, в виде совокупности бесструктурных частиц. Материя с энергией больше нуля является наблюдаемой, это вещественная материя: тахионная, квантовая и корпускулярная. Флуктуационная материя занимает промежуточное положение между волновой вакуумной и вещественной материями. Положение объектов Вселенной на вертикальной оси энергии определяется величиной их массы. Чем больше масса объекта, тем выше он располагается на вертикальной оси энергии. На бесконечной точке положительной оси должен расположиться объект, имеющий бесконечно большую величину значения его массы. Но такое состояние материи является сугубо абстрактным. Любая локальная материя в любом состоянии всегда имеет пусть очень большие, но конечные значения массы, плотности, температуры, энергии. Объекты из вакуумного волнового состояния, т.е. с нулевым значением массы, можно перевести в материю с положительным значением массы, т.е. в наблюдаемое состояние соответствующим полевым вихревым энергетическим воздействием на вакуум, например, фотоном. Никаким статичным полем, сколь угодно большой величины, невозможно вырвать из вакуума такую часть какой-либо материи, которая могла бы существовать самостоятельно стационарно, т.е. локализовано. Соотношение между массой и энергией описывается формулой   Е= МС² (Эта формула принадлежит не Эйнштейну. Она получена задолго до него другими учеными). Чтобы перевести объект из вакуумной материи с нулевой массой в наблюдаемый объект массой М необходимо затратить энергию, равную МС². При воздействии на нее, например, сильными электрическими вихревыми полями, эта материя распадается на вещественные частицы. Поскольку для рождения частиц требуются энергетические затраты, которые напрямую связаны с массой рождающихся частиц, поэтому в первую очередь будут рождаться электрические частицы противоположных знаков, обладающие минимальными массами. Такими частицами являются электрон и позитрон. Для рождения электронно-позитронной пары требуется пороговая энергия 1,02 МэВ (МэВ – это десять в 6 степени электронвольт). Аналогично и электронно-позитронная вещественная материя также не является устойчивой, т.к. за счет электрических сил взаимного притяжения электроны и позитроны, притягиваясь друг к другу, в свою очередь также преобразуются в фотоны соответствующих энергий. Отметим еще раз, что потенциальным, т.е. не вихревым, одиночным полем в принципе невозможно выделить из вакуума самостоятельные, т.е. не виртуальные частицы.

     Существование частиц с нулевой энергией в вакууме обнаруживается не только через повышение их энергетического состояния. Вакуумная материя при наличии в ней некоторых физических зарядов во всех точках пространства подвержена непрерывной самопроизвольной флуктуации, т.е. хаотичному кратковременному рождению и исчезновению всевозможных частиц (такое состояние частиц называется виртуальным), в том числе и электрически заряженных. Виртуальное состояние материи является промежуточным между вакуумным и вещественным. Электрически заряженные частицы рождаются и исчезают парами с равными, но противоположными электрическими зарядами, чтобы не нарушалась электрическая нейтральность вакуума. Эти виртуальные частицы способны слабо хаотично взаимодействовать с реальными микрочастицами, внося свой хаотичный вклад в вероятностную траекторию движения этих частиц. Виртуальные частицы вакуума принципиально не соответствуют известным вещественным частицам. Например, у них отсутствует спин, т.е. собственный момент их импульса. Образно, вакуумная материя представлена объемно-кипящим состоянием виртуальных частиц. Рождение пары электрически заряженных частиц не создает внешнего электрического поля, но каждая из возникающих микрочастиц, обладает также и массовым зарядом. Поскольку знак массового заряда в обеих частиц одинаков, эти заряды не могут взаимно скомпенсировать друг друга и, таким образом, у пары микрочастиц возникает хоть и кратковременное, но вполне реальное, не равное нулю, некоторая величина массового заряда, которую прямыми экспериментами нельзя обнаружить из-за бесконечности размеров Вселенной. Наличие этого заряда обнаруживается косвенными экспериментальными методами. Поскольку, возникающие в вакууме виртуальные микрочастицы обладают реальными массовыми зарядами, они обладают и реальными механическими импульсами, с помощью которых вакуумная материя оказывает давление на физические обьекты. Наличие этого давления уже обнаруживается в экспериментах.

3.2 Электрические и магнитные свойства вакуума

       Электрически заряженные виртуальные частицы вносят вклад в электрическую поляризацию вакуума, если в нем создаются электрические поля. Способность вакуумной материи к поляризации базируется на следующем ее свойстве. При возникновении виртуальных частиц самостоятельно они не способны превратиться в стабильные частицы, т.к. между ними действуют чрезвычайно сильные силы их взаимного притяжения. Действие этих сил пропорционально расстоянию между центрами масс возникающих виртуальных частиц. Другими словами, при совмещении центров масс частиц эти силы обращаются в ноль. Именно это свойство вакуума обеспечивает как возможность возникновения виртуальных частиц, так и способность вакуумной материи к электрической поляризации. Силы притяжения очень быстро нарастают при увеличении расстояния между центрами масс возникающих в вакууме частиц, и поэтому способность вакуумной материи к электрической поляризации у нее очень слабо выражена.Способность вакуума к электрической поляризации является чрезвычайно важным его свойством. Если сильным электрическим полем создать локальный электрически поляризованный объем вакуума, то в вакууме будет запасена конкретная электрическая потенциальная энергия. Теперь мгновенно уберем внешнее электрическое поле, которое обеспечивало поляризацию вакууму. Что произойдет? Возникнет конкретный объем вакуума с неустойчивым потенциальным энергетическим электрическим состоянием. Неустойчивость этого состояния связана с тем, что в вакууме произошло разделение электрических зарядов с противоположными знаками, и при этом поляризованному объему вакуума была передана потенциальная энергия конкретной величины. Это разделение обеспечивалось внешним статичным электрическим полем, но после его исчезновения электрические заряды вакуума с противоположными знаками притягиваются друг к другу электрическими силами и перемещаются навстречу друг друга. Исходя из закона сохранения энергии, электрическая энергия вакуума не может бесследно исчезнуть. Это приведет к тому, что встречно движущиеся электрические заряды представляют собой локальный изменяющийся электрический ток, который в свою очередь, в соответствии с электромагнитными уравнениями Максвелла, порождает изменяющееся магнитное поле. Последнее, в свою очередь, порождает электрическое поле, но уже в другом, соседнем объеме вакуумного пространства, которое электрически поляризует уже этот объем вакуума, и т.д. Таким образом, в результате получается бегущая электромагнитная волна в виде сгустка электромагнитного поля, т.е. фотона.

Вывод: фотон является следствием такого физического свойства вакуума, как его способность к электрической поляризации. Базовым физическим свойством фотона является то, что он не может находиться в неподвижном состоянии относительно вакуума, так как разделенные в пространстве противоположно заряженные электрические частицы в принципе не могут находиться в уравновешенном статичном состоянии относительно друг друга.

Если фотон при своем пространственном перемещении попадает в среду с более высокой способностью к электрической поляризации, то скорость его перемещения замедляется, и тем больше, чем выше электрическая проницаемость, т.е. электрическая поляризация среды. Поскольку в природе нет среды с меньшей электрической поляризуемостью чем вакуум, поэтому с максимальной скоростью фотон перемещается именно в вакуумной среде. Эту скорость перемещения фотона обозначают С и называют скоростью распространения света в вакууме. Говорят, что фотон – это частица, не обладающая массой покоя, что вполне естественно, исходя из результатов рассмотрения его физической сущности.

Способность служить средой для перемещения фотонов является физической сущностью вакуума.

Помимо электрической, существует и магнитная поляризация вакуума. Наличие этой поляризации связано с возникновением электрически заряженных пар виртуальных частиц. При отсутствии внешнего магнитного поля, виртуальные частицы стремятся перемещаться радиально относительно их общего центра массы, т.е. поступательно относительно друг друга. При наличии внешнего магнитного поля у виртуальных частиц появляется тангенциальная составляющая сила, действующая по нормали к направлению силовых линий магнитного поля. Это приводит к закручиванию прямолинейных траекторий перемещения частиц в плоские или винтовые спирали. Спиральные перемещения частиц сопровождаются появлением дополнительного магнитного поля, рождаемого в вакуумной материи. Так появляется магнитная поляризация вакуумной материи.

3.3 Гравитационное свойство вакуума

Из рассмотренных свойств вакуумной материи следует следующее: неполяризованная вакуумная материя обладает бесконечно малой поляризованной удельной массой, вызванной флуктуацией вакуумных микрочастиц. При электрической поляризации вакуума удельная масса вакуумной материи растет. Например, фотоны распространяются в вакууме за счет поляризации вакуума. Таким образом, наличие фотонов в вакууме увеличивает массу вакуумной материи. Отсюда следует, плотность и температура космического пространства, как минимум, определяется плотностью и удельной энергией фотонов фонового излучения, которыми достаточно равномерно заполнено все космическое пространство. Таким образом, небо даже при отсутствии звездных источников света светится, но не в световом, а в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн (1.9 мм). Средняя распределенная вакуумная энергия фотонов фонового излучения равна

(2.5∙10*5эВ/м*3)

Отсюда, средняя распределенная в вакууме масса создаваемая фотонами фонового излучения равна следующей величине:

(1)

Где:

- распределенная масса фонового излучения,

- распределенная энергия фонового излучения,

С - скорость света.

Обратим внимание, что эта масса практически не оказывает влияние на гравитационные процессы, протекающие в наблюдаемой вселенной по следующей причине. Наблюдаемая вселенная является локальной вселенной, которая находится в пространстве глобальной Вселенной. Локальная вселенная занимает конечный объём пространства в глобальной Вселенной. Рассмотрим, как гравитационно взаимодействует материальная точка массой m с бесконечным пространством, в котором вещество распределено с некоторой средней плотностью.

Представим бесконечное пространство. Поместим в него материальную точку и очертим вокруг точки m сферу радиусом r . Если r относительно не велико, то за счет локальной неравномерности распределения плотности вещества со стороны пространства на т. m будет действовать некоторая гравитационная сила f не равная нулю.

Начнем увеличивать величину r. Поскольку, из принятых условий пространство заполнено веществом с некоторой средней плотностью, то по мере роста r постепенно гравитационная сила f действующая со стороны удаленного вещества, будет стремиться к нулю, т.к. величина гравитационной силы, действующая со всех сторон пространства на т. m постепенно начнет усредняться и уравновешиваться. При увеличении r до бесконечной величины гравитационная сила, действующая со всех сторон пространства на т. m станет равной нулю и точка будет находиться в неподвижном состоянии относительно рассматриваемого пространства. Эти рассуждения справедливы для любой точки бесконечного пространства. Вот почему, не равная нулю усредненная масса вакуумной материи в глобальном масштабе, не оказывает гравитационного воздействия на вещественные обьекты локальной вселенной.

Вакуум характеризуется своей не локальностью. Он представляет собой единый объект, занимающий все пространство Вселенной, и взаимодействует с другими частями материи как единый объект. В частности, вакуум нельзя разделить на самостоятельные объекты. В этом и заключается сущность не локальности вакуумной материи.

В целом состояние вакуумной материи характеризуется ее нулевым состоянием, а именно нулевыми показателями:

· импульса;

· момента импульса;

· зарядов:

– электрического;

– кваркового.

Примечание: в дальнейшем слова «масса» и «гравитация» мы будем применять как синонимы, обозначающие один и тот же заряд вещественной материи.

3.4 Температура объектов в космическом пространстве

Космос представлен следующими основными объектами:

- вакуумной материей,

- такими, которые обладают внутренними источниками энергии (это преимущественно звезды),

- не обладающими внутренними источниками энергии.

Температура вакуумной материи определяется температурой фонового излучения, которая равна 2,73 градуса Кельвина.

Объёмная энергия фонового излучения равна

(4∙10*-14жд/м*3).

Спектр этого излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела. Частота фотонов в максимуме излучений равна 160 ГГц (длина волны 1,9 мм.).

Это излучение практически изотропно по всем направлениям.

Пусть это излучение представлено исключительно фотонами максимума излучения. Определим количество фотонов в единичном объёме пространства (плотность).

Энергия фотона равна следующей величине:

w = hv (2)

Где: w - энергия фотона,

h - постоянная Планка,

v – частота фотона.

Плотность фотонов представлена следующим выражением:

(3)

Температура поверхности звезд легко определяется по спектру электромагнитного излучения, испускаемого звездами. Этот спектр и площадь поверхности звезды определяют совокупную мощность энергии, излучаемой конкретной звездой.

Таким образом, основными источниками электромагнитного излучения являются:

- фоновое излучение,

- звезды,

- квазизвезды (квазары).

Определим температуру непрозрачных космических объектов, у которых отсутствует внутренний источник энергии. Если температура такого объекта не равна абсолютному нулю температур, то мощность энергии, излучаемая объектом, определяется следующей формулой:

(4)

Где: σ – постоянная Стефана-Больцмана,

ε - излучательная способность тела,

s – площадь излучающей поверхности,

T – температура,

α = σ

– коэффициент излучения, примем равным

[5.7∙10*(-8)].

Мощность, излучаемая с единичной поверхности объекта, определяется следующим выражением:

(5)

Объект, представленный самому себе, излучая электромагнитную энергию постепенно остывает. Принципиально иная ситуация возникает, если объект облучается снаружи фотонами. В этом случае постепенно наступает состояние термодинамического равновесия, когда мощность энергии, излучаемая объектом, станет равной мощности фотонов, поглощаемой объектом из окружающей среды.

Рассмотрим изменение температурного состояния объекта, если:

- исходная температура объекта была близка к абсолютному нулю температур,

- объект облучается фотонами фонового излучения.

Рассмотрим следующую гипотетическую конструкцию. На трех взаимно-перпендикулярных осях на одинаковых расстояниях от точки пересечения осей разместим шесть одинаковых источников электромагнитного излучения, которые излучают энергию в направлении точки направления осей, где поместим объект наблюдения. Примем, площадь поверхности объекта наблюдения, обращенной к одному из источников излучения, равной 1 квадратному метру. Мощность энергии, излучаемым одним из источников в точке пересечения осей обозначим через P2. Эта мощность поглощается объектом наблюдения.

Определим температуру вещества объекта наблюдения при

(P1 = P2). Определим величину

(P2) .

Концентрация фотонов фонового излучения у поверхности объекта наблюдения равна

[3.8∙10*8м*(-3)]. Поскольку направление движения фотонов хаотично, поэтому только 1/6 фотонов поглощается объектом наблюдения.

(6)

Необходимо определить мощность источника фотонов, обеспечивающую в пространстве концентрацию фотонов N. Поскольку фотоны движутся со скоростью света, представим цилиндр сечением в 1 квадратный метр и длинной

м. (3∙10*8м) Пересчитаем плотность фотонов на следующий объём пространства:

V =3∙

(7)

(8)

Таким образом, мощность источника электромагнитного излучения равна следующей величине:

вт

(9)

Определим температуру вещества, наблюдаемого объекта:

(10)

Таким образом, несмотря на то, что фотоны фонового излучения соответствуют температуре 2.73 градуса Кельвина, нагреть космические объекты фоновое излучение способны только до 2.43 градуса Кельвина. Это обстоятельство объясняется относительно низкой концентрацией фотонов фонового излучения в космическом пространстве.

4. Квантованность вещественной материи

На низшем уровне организации структура вещественной материи находится в так называемом квантовом состоянии. Базовой особенностью этого состояния является то, что частицы в этих состояниях определяются набором численных значений квантовых параметров, которые называются квантовыми числами. Параметр – это физическая величина, численно характеризующая одно из физических свойств физического объекта, например, значение заряда, энергии, импульса и т.д. Сущность квантованности параметров частиц определяется тем, что состояние частицы характеризуется не сплошным спектром значений, а набором конкретных, т.е. дискретных, численных величин его значений (квантовые числа). Это первое правило квантовой механики.

Для обиходного мира человека это непривычно, но именно квантованность микромира, с одной стороны, обеспечивает возможность существования устойчивых структур вещественной материи во Вселенной в целом, а с другой, резко упрощает понимание устройства этой структуры человеком. Отметим, что существуют стационарные квантовые состояния микрочастиц, характеризуемые одним единственным значением соответствующего физического параметра.

Но не только отдельные параметры, но и сам микромир в целом, представленный микрочастицами, тоже квантован. Другими словами, микромир в своей основе представлен строго фиксированным набором базовых, причем совершенно идентичных по своим физическим свойствам, частиц-близнецов. Таким образом, однотипные частицы в микромире являются абсолютно неразличимыми. В этом заключается одно из базовых свойств микромира.

Покажем квантовую сущность микромира на примере транспортных средств. Возьмем следующий ряд транспортных средств: велосипед, легковой автомобиль, грузовой автомобиль, самолет и т.д. Если этот ряд окажется представленным только тремя моделями конкретных транспортных средств, а именно: велосипед, легковой автомобиль, грузовой автомобиль, то это и есть аналог ограниченного набора квантовых частиц микромира. В этом мире возбужденное состояние вакуумной материи представлено набором исключительно конкретных частиц. Набор этих частиц и представляет квантовое состояние энергетически возбужденной вакуумной материи. Но не только конкретный набор микрочастиц характеризует квантовый микромир. Оказывается и взаимодействие силами притяжения квантовых частиц носит сугубо дискретный, ступенчатый, т.е. квантовый (парциальный) характер. Вернемся к транспортной аналогии. Если взять одно из конкретных транспортных средств (в нашей аналогии это квантовая частица), например, легковой автомобиль, то он, с квантовой точки зрения, может ехать только со строго фиксированным набором скоростей. Допустим, его диапазон скоростей движения составляет от 0 до 100 км с интервалом 20 км. Таким образом, наш автомобиль-частица может ездить, если принять стояночную скорость за нулевую, всего лишь с шестью скоростями, а именно: 0, 20, 40…. 100 км/час. Это и есть аналог взаимодействия квантовых микрочастиц. Квантовый микромир дискретен не только по набору частиц и характеру взаимодействия этих частиц между собой, но и по количеству возбужденных состояний этих частиц.

Сущность энергетически возбужденных состояний квантовых частиц покажем также на примере транспортных средств. Возьмем, для примера, легковой автомобиль-частицу с мощностью двигателя 50 л.с. Особенностью этого автомобиля является то, что его конструкция хотя и рассчитана именно на двигатель указанной мощности, но позволяет заменить двигатель мощностью 50 л.с. на 2 двигателя: один мощностью=100 л.с. и второй - мощностью 200 л.с. Что же произойдет, если при эксплуатации автомобиля осуществлять замену его штатного двигателя на более мощные двигатели? Если эксплуатировать автомобиль со штатным двигателем, то он будет эксплуатироваться в нормальном режиме и прослужит до тех пор, пока не исчерпает свой технический ресурс, заложенный в него при проектировании. Если эксплуатировать автомобиль с двигателем большей мощности, то срок его эксплуатации резко сократится, а при эксплуатации с двигателем в 200 л.с. поломка автомобиля может произойти при первой же поездке, так как конструкция автомобиля не рассчитана на двигатель такой большой мощности.

Такая же ситуация и с энергетически возбужденными состояниями частиц. Время жизни частиц в энергетически возбужденном состоянии становится ограниченным и оно тем меньше, чем на более высокий энергетический уровень попадает квантовая частица. После этого, она возвращается в основное энергетическое состояние с минимальным значением ее энергии с излучением избыточной энергии в окружающее пространство в виде фотонов или каких-нибудь дополнительных частиц.

Принято считать, что квантовый микромир, описываемый квантовой механикой, является чрезвычайно сложным и не доступным для понимания неподготовленного человека. Устройство этого мира могут понять только «посвященные». Это в принципе не так. Вопрос заключается в следующем: любое физическое явление можно описать на качественном уровне с использованием простых общеизвестных понятий; и на количественном уровне – с применением математического аппарата. Так вот, математическая интерпретация квантовой механики действительно сложна. На самом деле вопрос заключается в том, что всегда по самому сложному научному явлению необходимо иметь, прежде всего, добротное качественное его описание. Оно первично. Не имея добротного качественного описания любого физического явления, вообще нет никакого смысла в разработке сложной математической модели, т.к. она заведомо окажется безрезультативной, в конечном счете.

Квантовый характер микромира не усложняет, а наоборот резко упрощает понимание его структуры. Ведь, и сам мир и взаимодействие в нем определяется наборами конкретных частиц, их параметров, характеризующие эти частицы. Стоит понять эти базовые «кирпичики-кванты» и из них как из стандартного конструкторского набора легко собрать всю вещественную материю Вселенной. Квантовых частиц на сегодняшний день известно много, несколько тысяч. К тому же, процесс обнаружения новых частиц не заканчивается. Забегая вперед, скажем, что этот процесс вообще бесконечен. Но дело в том, что почти все эти бесчисленные частицы являются частицами высоких энергий, причем коротко живущих и поэтому, никакого отношения к окружающей нас вещественной материи не имеют. Для описания структуры вещественной материи необходимо выбрать критерий, на основании которого из огромного количества частиц, выбрать те, на базе которых действительно строиться окружающая нас реальная материя. Критерий отбора частиц выбрать не сложно. Это максимальное время жизни квантовых частиц. Выбор данного критерия является следствием наблюдательных данных, а именно, окружающая нас вещественная материя в целом представляет собой устойчивую материальную структуру, например, планеты Солнечной системы существуют миллиарды лет. Отсюда следует, что существует некоторая физическая основа для стабильного состояния вещественной материи. Это время жизни квантовых частиц. Взяв этот критерий за базу, оказывается в основу построения вещественной материи, природа положила всего несколько квантовых кирпичиков. Это три основные и три дополнительные квантовые частицы.

Основные фундаментальные частицы – это:

– электрон (-е);

– кварк u;

– кварк d .

Дополнительные базовые частицы – это:

– позитрон (+е);

– нейтрино n (антинейтрино ̅n);

- фотон.

И все. Это и есть те три базовых «библейских кита», на основе которых построена вся видимая вещественная материя во Вселенной. Эти базовые квантовые частицы за исключением фотона характеризуются рядом физических строго фиксированных (т.е. квантовых!) параметров.

Главными параметрами являются:

– массовый заряд (гравитационная масса);

– собственный момент импульса, т.е. спин частиц, который является атрибутом

массового заряда;

– электрический заряд;

– магнитный момент, являющийся атрибутом спина и электрического заряда частиц;

– кварковый заряд.

Атрибутикой базовых частиц за исключением фотона является наличие у них массы покоя. Это обладание частицей массового заряда при нахождении частицы в состоянии покоя, т.е. нулевой скорости ее перемещения в пространстве. Рассмотрим базовую сущность взаимодействия квантовых частиц, исходя из дискретности их квантовой природы.

Описание взаимодействия квантовых частиц имеет свою принципиальную особенность. Она осуществляется на базе волновой функции. Что такое волновая функция? Представим себе привычную нам звуковую волну ограниченной длины, у которой происходит нарастание и спад ее энергии, а точнее амплитуды ее волновой функции. Такую волну можно представить и графически и математически (в виде математического выражения). Математически волновые физические процессы, включая и звуковые, описываются на базе известных со школьной скамьи гармонических функций: sin и cos.

Графически наша волна имеет следующий вид (рис. 1).

Рис. 1

Где y – это и есть волновая функция.

Точки графика, где амплитуда волновой функции достигает своих максимальных значений, называют точками пучности волновой функции. Точки, где линия графика гармонической функции пересекает горизонтальную ось времени (функция обращается в ноль), называют точками узлов волновой функции.

Именно на базе функции приведенной на графике описываются взаимодействия квантовых частиц. Приведенный график называют волновым пакетом. Частица, пусть и квантовая, все же не волна, поэтому сама волновая функция в приложении к квантовой частице физического смысла не имеет. Она используется как базовая математическая основа для описания поведения квантовых частиц. Физический смысл имеет эта функция, возведенная в квадрат. И смысл заключается в том, что результирующая функция определяет вероятность обнаружения конкретной квантовой частицы в конкретной точке пространства. Необходимость возведения волновой функции в квадрат определяется тем, что не существует вероятностей, принимающих отрицательное значение. Величина вероятности наступления какого-либо события изменяется от 0 до 1. Иными словами, априорно нельзя точно определить у квантовых частиц сопряженные физические параметры, такие как: импульс и координата частицы; энергия и время нахождения частицы в конкретном энергетическом состоянии и т.д. Это второе правило квантовой механики.

Сформулированное положение называется соотношением неопределенности Гейзенберга и математически записывается в следующем виде:

D р ´ D х ³ h

D Е ´ D t ³ h, (11)

где D р – величина неопределенности значения импульса частицы;

D х – неопределенность значения координаты частицы, т.е. это границы ее

пространственного местоположения;

D Е – неопределенное значение энергетического состояния частицы;

D t – неопределенность времени нахождения частицы в состоянии с энергией Е;

h – постоянная Планка, равна 6.6 ´ 10^-34 Дж × с [6.6∙10*(-34)Дж∙с].

Действие соотношения неопределенности Гейзенберга в микромире приводит к следующему результату: нельзя точно определить траектории взаимодействующих квантовых частиц, как до, так и после их взаимодействия, как это можно сделать, например, при столкновении биллиардных шаров. Предсказание траектории взаимодействия квантовых частиц можно осуществить только вероятностно. Однако дело в том, что для практических целей, в виду малости энергии отдельных квантовых частиц, наблюдение за конкретными квантовыми частицами и не представляет никакого интереса. Практический интерес представляет только большое количество взаимодействующих частиц. А вот для большого числа квантовых частиц, на базе статистических законов, результат таких взаимодействий может быть предсказан с любой практически приемлемой точностью. Именно в этом и заключается практический смысл применения теоретических положений квантовой механики на практике, т.е. механики, описывающей поведение взаимодействующих квантовых частиц. Для того, чтобы получать необходимое для практических нужд количественное значение, нужно знание такого параметра, как собственная длина волны волновой функции квантовой частицы. Значение этого параметра определяется соотношением де Бройля:

λ= h/ρ (12)

Где: l – длина волны волновой функции частицы,

h – постоянная Планка,

р – импульс частицы.

Приведем следующую аналогию с биллиардными шарами для пояснения механизма взаимодействия квантовых частиц. Представим себе биллиардный шар подобным ежику, утыканному упругими иголками с шагом между иголками, равным 1/2 длине волны де Бройля. Иголки выполняют роль волновой функции квантовой частицы. Если ударять по шарам с целью их столкновения, то траектории шаров-ежиков априорно окажутся непредсказуемыми. Взаимодействие таких шаров-частиц будет носить сугубо вероятностный характер. Это и есть аналог взаимодействия квантовых частиц, описываемых волновыми функциями.

Рассмотрим, каким же образом на базе квантовых микроволновых свойств микрочастиц строятся стабильные микрофизические квантовые конструкции? Все квантовые конструкции представляют собой совокупности квантовых частиц, взаимодействующих силами притяжения и, вращающихся вокруг их общего центра массы по замкнутым траекториям. Уравновешенность сил притяжения центростремительными силами отталкивания и обеспечивает квантовым частицам силовое равновесное состояние. Дополнительно стационарное состояние частицам обеспечивается тем, что квантовые частицы при их движении по замкнутым орбитальным траекториям, образуют стоячие волны де Бройля (первый постулат Бора).

Это третье правило квантовой механики. Это означает, что длина орбитальной траектории должна быть точно кратна длине волны де Бройля для данной квантовой частицы. Только в этом случае движение частиц является стационарным, т.е. ее энергетическое состояние не изменяется. Для того, чтобы у такой частицы изменилось ее энергетическое состояние, необходимо, чтобы у этой частицы произошел обмен энергии с внешней средой. Либо частица поглощает энергию и переходит на более высокий энергетический уровень, т.е. на более удаленную орбиту от центра массы ее вращения; либо она излучает энергию и переходит на более низкий энергетический уровень.

В соответствии со вторым постулатом Бора, такой переход у квантовых частиц дискретен, квантован, т.к. частица может переходить только на такие орбиты, длина которых кратна собственной длине волны де Бройля для данной частицы.

Это четвертое правило квантовой механики. Именно из этой сущности взаимодействия микрочастиц и появилось название квантовая (порционная) механика. Низшим энергетическим уровнем для квантовой частицы является та орбита, на которой укладывается одна волна де Бройля.

Наконец, следующим, пятым правилом квантовой механики является принцип запрета Паули, который гласит: в связанной системе квантовых частиц единым силовым полем физических сил квантовое состояние фермионовых частиц обязательно должно отличаться друг от друга, по крайней мере, хотя бы одним значением квантовых чисел. Другими словами, в таких системах не могут существовать частицы с одинаковым физическим состоянием.

Фермионными называют частицы, которые обладают дробным значением их спинового числа, а именно: 1/2ħ, 3/2ħ, 5/2ħ и т.д., где ħ= ħ/2π (постоянная Планка). Напомним, квантовое число характеризует один из дискретных физических параметров квантовой частицы, таких, как спин, энергия и т.д. Таким образом, квантовые числа определяют структуру (устройство) квантовых конструкций, представленных квантовыми микрочастицами.

Энергия свободных частиц не квантуется. Энергетическое состояние этих частиц характеризуется сплошным энергетическим спектром. Отличие одного энергетического состояния от другого может быть сколь угодно малым.

Существуют также квантовые частицы с целочисленным значением спина, например, фотон. Его спин равен единице. На такие частицы принцип запрета Паули не распространяется. Они при взаимодействиях могут находиться в любых квантовых состояниях.

В квантовой механике отдельные однотипные частицы неотличимы друг от друга. Тогда как же в таких условиях изучаются индивидуальные свойства частиц? Дело в том, что в квантовой материи в первую очередь представляют интерес самостоятельные энергетические потенциальные системы взаимосвязанных физическими силами частиц. Такие частицы находятся относительно друг друга в различных квантовых состояниях, в которые входят и соответствующие их потенциальные энергетические состояния. Именно различные квантовые состояния однотипных частиц, входящих в единую потенциальную энергетическую систему, и дают возможность изучать микроструктуру квантовых объектов.

Как характер взаимодействия, так и процесс наблюдения за квантовыми взаимодействиями, в микромире имеют свою принципиальную особенность.

Отличие заключено в следующем:

· принципиально квантовый, то есть дискретный характер взаимодействия;

· наблюдение можно осуществлять только через изменение энергетического состояния у

наблюдаемых частиц;

· точность измерения физических параметров частиц имеет жестко ограниченный предел.

Иными словами, базовой особенностью наблюдательного процесса в микромире является то, что из-за малых размеров и энергии у микрочастиц, по сравнению с макроскопическими физическими объектами, прямое точное наблюдение за частицами без изменения их энергетического состояния, в принципе, не возможно. В микромире можно наблюдать не объекты, а только изменения их физических характеристик, которые сопровождаются изменением:

– энергии,

– импульса;

– момента импульса.

Перечисленные свойства микрочастиц являются следствием фундаментального закона квантовой материи подчиняться соотношению неопределенности Гейзенберга. Чем меньше масса и энергия, которой обладает данная частица, тем ниже точность измерения физических параметров. При этом растет и экспериментальная трудность осуществления таких замеров из-за слабости энергетических взаимодействий частиц низких энергий с другими частицами. К счастью, слабо взаимодействующих практически значимых частиц в квантовом мире мало. Поэтому этот мир поддается экспериментальному изучению.

В соответствии с соотношением де Бройля при малых значениях импульса частиц, т.е. при малых значениях энергии, длина волны стремится к бесконечности и экспериментально измерить параметры таких частиц становиться чрезвычайно трудно. В этом заключается физический смысл соотношения неопределенности. Волновые свойства у частиц являются первичными. Если какой-либо объект представлен сугубо волной, то он не фиксируется в эксперименте, потому что волна является не локальным объектом. Возникает вопрос обнаружения частиц, обладающих волновыми свойствами, поскольку обнаруживаемы только локальные объекты.

Локальность волновых частиц заключается в том, что в пространстве они представлены в виде волновых пакетов конечных размеров с конкретным значением энергии, а локализованная частица уже обнаруживаема в эксперименте. Именно квантово-волновая структура принципа построения частиц является причиной специфичных взаимодействий, характерных для этих частиц. У частиц полностью отсутствуют четкие границы их пространственного расположения. Есть только вероятностные границы их места нахождения. Конечными границами их пространственного расположения является та область пространства, где вероятность места их нахождения равно нулю. Но эти границы справедливы только для локальных взаимодействий между частицами. У квантовых частиц существует также и нелокальное взаимодействие. Для нелокальных взаимодействий эти границы не выполняются. В таких взаимодействиях состояние частиц может изменяться от физических факторов, находящихся за границами их нулевого вероятностного местонахождения, но такие взаимодействия в реальности практически не встречаются.

Из-за вероятностных пространственных границ частиц их взаимодействия также носят сугубо вероятностный характер. Это значит, что изучение физических свойств квантовых частиц возможно только на базе обработки статистического материала большого количества взаимодействий однотипных частиц. На практике конкретный механизм изучения взаимодействия частиц носит характер механического столкновения движущихся с высокой энергией частиц различной природы.

Таким образом, чтобы в квантовом микромире частица стала наблюдаемой, ей необходимо сообщить энергию. Невозможно в принципе наблюдать частицу с нулевой энергией так чтобы после акта наблюдения частица сохранила свое нулевое энергетическое состояние. Понятие об изменении энергии применимо только к выделенной, а, следовательно, к локализованной части материи. В целом ко всей материи Вселенной такое понятие не применимо. Невозможно изменить энергетическое состояние материи Вселенной в целом. Именно поэтому все наблюдательные действия всегда носят локализованный, т. е. корпускулярный характер.

Этот вывод является следствием дуализма квантовых частиц, суть которого заключается в следующем. Квантовые частицы, входящие в состав квантовых систем в стационарном состоянии или отдельной квантовой частицы находятся сугубо в волновом не наблюдаемом состоянии. В этом состоянии энергия квантовых частиц не изменяется и локализация микрочастиц не возможна в принципе. Свободные квантовые микрочастицы в этом состоянии не взаимодействуют между собой. Но если сугубо в естественной среде возникает условие, требующее от микрочастиц каких-либо физических взаимодействий, они, на время взаимодействий, преобразуются в корпускулярные микрочастицы и становятся доступны наблюдению вне зависимости от того, смотрит на них кто-то или нет. Но после окончания акта взаимодействия микрочастицы снова переходят в свое волновое ненаблюдаемое состояние. В этом состоянии микрочастицы находятся до следующего акта их взаимодействия и т.д. В этом и заключается сущность дуалистических свойств квантовых микрочастиц.

Отсюда возникает иллюзия, что квантовые микрочастицы в волновом состоянии, могут находиться в любой точке пространства. Это не так. Любая квантовая микрочастица перемещается в пространстве аналогично классическим физическим объектам. Просто это перемещение происходит скрытно от постороннего наблюдателя и квантовая микрочастица обнаруживает себя только, если она вступает во взаимодействие с другими физическими объектами, включая квантовые. В этом заключается принципиальность отличия квантовых микрочастиц от классических физических объектов. Квантовые микрочастицы перемещаются по конкретным невидимым, скрытным от посторонних наблюдателей траекториям, но только до тех пор, пока они находятся в волновом состоянии.

5. Вещественная материя

5.1. Общие свойства

Вещественная материя может находиться в двух принципиально различных состояниях:

· тахионом;

· классическом.

Эти состояния существенно различаются между собой.

Для тахионной материи характерно:

– в тахионном состоянии материя может находиться только в полевой форме при непрерывном ее движении со скоростями больше скорости света и у нее отсутствует масса покоя;

– гравитационное взаимодействие частей тахионной материи существенно превышает гравитационное взаимодействие классической материи;

– электрически заряженные части тахионной материи образуют такой электрический ток, который порождает магнитные поля с напряженностями в два раза превышающими магнитные поля электрических токов классической материи;

– минимальное значение момента импульса устойчивой тахионной материи равно 1/2 ħ.

Классическая материя:

– минимальный момент импульса равен ћ;

– части классической материи способны перемещаться только со скоростями меньше скорости света, в т.ч. находится в состоянии покоя с ненулевым значением массы, а при приближении к скорости света масса вещественной материи стремится к бесконечности.

5.2. Тахионная материя

Низшим, первичным структурным уровнем организации материи является вакуум. Физическим проявлением существования вакуумной материи является наличие флуктуационных процессов, которые протекают в вакууме. Особенностью флуктуационных частей материи является невозможность ее самостоятельного выделения в отдельные объекты. Флуктуационное состояние материи является промежуточным между вакуумным и вещественным.

Вещественная материя, в отличие от вакуумной, представлена самостоятельными объектами-частицами, которые способны взаимодействовать с другими материальными формами как самостоятельные выделенные объекты. Как было сказано выше, низший, первичный уровень организации вещественной материи представлен базовыми частицами. Именно из них построена вся без исключения вещественная материя Вселенной.

Базовые частицы подразделяются на основные и дополнительные. Справедливости ради, следует сказать, что, помимо перечисленных ранее, существуют еще две основные базовые частицы: антикварк

и антикварк

. Но в построении вещественной материи в видимой части Вселенной эти частицы участия не принимают. Поэтому им мы будем уделять мало внимания. Базовые частицы обладают наипростейшей структурой из всех структур, представляющих вещественную материю. Данные по базовым частицам, входящих в состав нуклонов, сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Базовые частицы	Заряд			Спин
Базовые частицы	Массовый	Электрический	Кварковый	Спин
– e	m_e	– e	0	– 1/2
Ku	611,4 m_e	+ 2/3 e	K (к, c, ж)	+1/2
Kd	613,7 m_e	– 1/3 e	K (к, c, ж)	– 1/2
ν	< 10^-4 m_e	0	0	± 1/2
+ e	m_e	+ e	0	+ 1/2
	611,4 m_e	– 2/3 e	K (з, о, ф)	– 1/2
	613,7 m_e	+1/3 e	K (з, о, ф)	+ 1/2

Кварки u и d называются ароматическими состояниями кварков. Нейтрино, у которых векторы направления движения и спина совпадают, названы нейтрино. Нейтрино, у которых эти векторы направлены в противоположные стороны, названы антинейтрино. За счет действия эффекта Джанибекова у нейтрино периодически происходит изменение направления его спина на противоположное относительно вектора скорости его движения. Таким образом, нейтрино автоматически преобразуется в антинейтрино и наоборот. Такие преобразования микрочастиц названы осцилляциями. Электрон, позитрон и нейтрино являются самостоятельными стабильными частицами. Кварки u и d самостоятельно в природе не существуют. Они способны существовать, только входя в состав сложных частиц. Стабильность кварков u и d зависит от состояния той физической структуры, в состав которой они входят. В зависимости от этого кварки могут быть:

· стабильными;

· либо кварк u преобразуется в кварк d;

· либо кварк d преобразуется в кварк u.

Части вещественной материи могут взаимодействовать между собой тремя видами сил. Это:

· гравитационные силы притяжения;

· электромагнитные силы притяжения-отталкивания (магнитное поле имеет свою специфику, которая заключается в том, что оно является вторичным, т.е. магнитное поле появляется только при наличии в пространстве электрического тока);

· кварковые силы притяжения- отталкивания.

В соответствии с известными силами в природе существуют и три соответствующих заряда, которые порождают перечисленные силы:

· гравитационный (массовый);

· электрический;

· кварковый.

Нейтрино обладают только массовым зарядом. Электрон, позитрон обладают массовым и электрическим зарядами. Кварки обладают гравитационным, электрическим и кварковым зарядами.

Особую базовую роль в материи Вселенной играет массовый заряд. Именно он определяет потенциальную энергию материи, которая количественно определяется по формуле E = mc² (E = mc*2).

Сама масса является базовой основой, определяющей энергетические состояния физических обьектов.

Таким образом, массовый заряд существует в трех своих разновидностях:

· чисто массовый заряд;

· электромассовый заряд;

· кваркэлектромассовый заряд;

и в двух формах:

· с массой покоя, равной нулю;

· с ненулевой массой покоя.

Наличие нулевой и ненулевой массы покоя определяется характером движения массового заряда в вакууме относительно вакуумной материи.

При отсутствии скорости движения у массового заряда, т.е. в случае, если он находится в состоянии покоя, величина массового заряда, либо обращается в ноль – это массовый заряд с нулевой массой покоя; либо остается определенной конечной величиной – это форма массового заряда с наличием у него ненулевой массы покоя.

В первом случае мы имеем дело с тахионной полевой формой массового заряда вещественной материи. В полевой форме массовый заряд может существовать только в состоянии движения со скоростью выше скорости света. В этой форме массовый заряд возникает, в частности, у виртуальных частиц, возникающих при флуктуации вакуума. Именно из-за отсутствия у виртуальных частиц массы покоя цепочка последовательного рождения (аннигиляции) виртуальных частиц вакуума не сопровождается выделением энергии из вакуумной материи.

Вещественная материя с наличием у нее массы покоя представлена всей окружающей нас материей, которую мы назвали корпускулярной. Ее части способны перемещаться в пространстве только со скоростью меньше скорости света.

Массовый заряд может существовать самостоятельно, но ни электрический, ни кварковый заряды самостоятельно без массы в природе не существуют, равно как и кваркэлектрический заряд.

Следующим свойством массового заряда является то, что, в отличие от электрического и кваркового, он является величиной сугубо изменяющейся. На разных структурных уровнях организации материи Вселенной характер изменения величины этого заряда имеет существенно различную специфику.

Таким образом, в природе существуют базовые частицы, несущие массовые заряды. Этот заряд существует только в виде одного знака, и все базовые частицы взаимодействуют между собой исключительно силой гравитационного притяжения.

Следующим свойством гравитационного заряда является его обладание инерционной силой. Сущность этой силы заключается в том, что в случае воздействия любой внешней механической силы на частицу, в соответствии с третьим законом Ньютона автоматически возникает сила реакции массового заряда частицы, которая полностью компенсирует внешнюю силу, т.е. уравновешивает ее. Таким образом, основным свойством инерционной силы является то, что она не является постоянно действующим фактором массового заряда. Она всегда автоматически появляется только при воздействии внешней механической силы на массовый заряд. Это происходит в случае изменения скорости движения массового заряда либо по величине, либо по направлению. По-другому можно сказать, что инерционно-гравитационная сила реакции появляется только в случае движения любой частицы вещественной материи с ускорением.

Обратим внимание на принципиальные различия в классической и квантовой центробежной силе. Принципиальность отличия квантового мира от классического макромира заключается в следующем. Устойчивость, как космического макромира, так и квантового базируется на вращательном моменте физических обьектов вокруг точки их центра вращения. Роль отталкивающей силы как раз и играет центробежная сила. Здесь заключено различие.

В классической механике центробежная сила изменяется обратно пропорционально расстоянию физического обьекта от точки центра вращения.

В квантовой механике центробежная сила изменяется обратно пропорционально кубу расстояния физического обьекта от точки центра вращения.

Именно эти обстоятельства обеспечивают устойчивость квантовым структурам при чудовищной силе сжатия, действующей в космических обьектах.

Если гравитационный заряд существует в виде одного знака, то электрические – в виде двух знаков, которым условно присвоено обозначение (+) и (-), т.е. «положительный» и «отрицательный».

Электростатические силы электрически заряженных частиц таковы:

· одноименные электрические заряды отталкиваются;

· разноименные – притягиваются.

Численная величина силы электростатических взаимодействий определяется законом Кулона, который гласит: сила электрических взаимодействий прямо пропорциональна произведению взаимодействующих электрических зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В природе существует шесть квантовых состояний электрического заряда:

е – электрический заряд электрона и позитрона;

· +2/3 е – электрический заряд кварка u (– 2/3 е – это электрический заряд антикварка ū);

· –1/3 е – электрический заряд кварка d (+1/3 е – это электрический заряд антикварка

Именно электрические силы определяют ту величину энергии, которая выделяется при химических и ядерных реакциях.
Кваркэлектромассовые частицы несут на себе, помимо массового и электрического заряда, еще и кварковые заряды (к). В отличие от электрических зарядов, в природе кварковые заряды существуют в шести разновидностях-знаках, которым условно присвоены следующие обозначения-названия: кварки – красный, синий, желтый; антикварки – зеленый, оранжевый, фиолетовый. Никакого отношения к световым явлениям эти названия не имеют. Они оказались просто удобными для запоминания названий кварковых зарядов с учетом тех физических свойств, которыми эти заряды обладают. Таким образом, количество разновидностей кварковых зарядов в природе также равно шести, как и электрических. Как и электрические заряды, разнознаковые кварковые заряды притягиваются, а однознаковые отталкиваются.

Кварковые силы ответственны за выделение энергии при термоядерных реакциях.

Микрочастицы обладают спином, т.е. моментом импульса. В соответствии с классической механикой, если частицы вращаются по часовой стрелке, то их спин направлен от наблюдателя, при обратном вращении – к наблюдателю.

Электрически заряженная частица создает магнитный момент. В соответствии с электродинамикой, если базовая частица вращается по часовой стрелке, то в отрицательно заряженной частице магнитный момент направлен к наблюдателю, т.е. он противоположен направлению спина. У положительно заряженных базовых частиц направление механического и магнитного моментов совпадают.

Для того, чтобы рассчитать физические параметры базовых частиц, представим их в виде следующей физической модели: это две точечные частицы, вращающиеся вокруг общего центра массы, каждая из которых несет на себе половинные значения тех зарядов, которыми обладает данная базовая частица. Например, если базовая частица-электрон, то точечная частица, представляющая электрон, обладает половиной массы электрона и половиной ее электрического заряда, т.е. –1/2 е.

Точечные частицы взаимодействуют следующими физическими силами:

· гравитационными: (гравитационные силы притяжения; центробежные, инерционные

силы отталкивания);

· электрогравитационные (гравитационные силы притяжения; центробежные,

инерционные силы отталкивания; электростатические силы отталкивания);

· кваркэлектрогравитационные (гравитационные силы притяжения; центробежные,

инерционные силы отталкивания; электростатические и кварковые силы отталкивания);

Гравитационно-тахионные силы определяют структуру вакуумной материи и базовых частиц.

Структурно кварковые силы действуют между:

· кварками, образуя всевозможные элементарные частицы;

· нуклонами, образуя ядра атомов.

Электромагнитные силы действуют между:

· кварками; кварками и электронами, приводя к преобразованию кварков и рождению или поглощению нейтрино;

· нуклонами, образуя ядра атомов;

· электронами и ядрами атомов, образуя атомы химических элементов (атомные силы);

· между атомами, образуя молекулы химических веществ (молекулярно-химические силы), аморфные тела и кристаллы;

· между космическими объектами, обладающими электростатическими и магнитными полями.

Инерционные, в частности центробежные, силы возникают в случае ускоренного движения вещественной материи, в частности движущейся вокруг какого-либо центра вращения. Они действуют на всех уровнях организации вещественной материи.

Гравитационные силы действуют между всеми составными частями вещественной материи.

На низшем уровне организации вещественной материи квантовый характер движения у полевых гравитационных структур принципиально отличается от квантовых взаимодействий более сложных квантовых обьектов. Квантовым свойствам подчиняются тахионные сгустки материи целиком, т.е. они образуют дискретный набор сгустков, как самих частиц, так и энергетических состояний этих частиц. Причем, у каждой квантованной частицы есть дискретное состояние с минимальным значением ее собственной потенциальной энергии, определяемой величиной ее массового заряда. Это состояние сопровождается максимальным временем жизни частицы. Возбужденное энергетическое состояние частицы с повышенным значением ее потенциальной энергии сопровождается ограничением времени нахождения частицы в таком состоянии. Затем частица возвращается в свое основное энергетическое состояние с излучением в окружающее пространство энергии в виде фотонов и других квантовых частиц. При этом выполняется закон сохранения энергии.

Для примера рассмотрим электрон. Значение его массы принято за единицу. Помимо основного стабильного энергетического состояния, с низшим значением энергии, электрон может перейти в мюонное состояние с массой 207me и таонное состояние с массой 3500me. Причем, физические параметры электронов в мюонном и таонном состоянии отличаются только значением дополнительной массы. Электроны, находящиеся в данных энергетически возбужденных состояниях, являются нестабильными и через короткое время переходят в свое основное состояние, с массой равной единице, испуская при этом соответствующие частицы.

Рассмотрим структуру базовых частиц. Она построена по единой схеме и представлена наипростейшей из всех возможных структур, а именно, тороидальной формой, т.е. в виде бублика. По-другому эту форму можно представить в виде кольцевой структуры. Физически тор представлен вихревым кольцевым полевым сгустком материи, замкнутым сам на себя. Это вихревая полевая форма существования гравитационной материи. Поскольку все базовые частицы обладают гравитационным зарядом, поэтому в основе их построения находится именно гравитационная масса в вихревой полевой форме. Отличие заключается в том, что у электрически заряженных частиц гравитационный заряд несет на себе еще и электрический заряд, а у кварков гравитационный заряд, помимо электрического, несет еще и кварковый заряд. Отметим, что электрически нейтральных кварков в природе не существует. Поскольку базовые частиц представлены наипростейшей структурой, им распадаться уже не на что. Для упрощения своей структуры, у них остается единственная возможность анигилировать обратно в вакуум. Поэтому нет больше промежуточных частиц между базовым и их вакуумным состояниями.

Рассмотрим свойство гравитационной материи в вихревом состоянии. Базовым фактором возможности существования вихревого состояния является обязательное перемещение гравитационной материи со скоростью больше скорости света. Поскольку вихревая гравитационная материя вращается, она обладает моментом импульса. У всех базовых частиц момент импульса одинаков и равен 1/2 ћ. В приложении к квантовым частицам собственный момент их импульса назван спином.

Для электрически заряженных базовых частиц их вращающийся вокруг точки центра массы частицы массовый заряд одновременно приводит к вращению электрического заряда, т.к. в этом случае массовый заряд является одновременно носителем и электрического заряда. Из электротехники известно, направленное движение электрических зарядов является электрическим током. Следовательно, в этих частицах течет кольцевой электрический ток. Но электрический ток всегда порождает соответствующее магнитное поле. Значит, все электрически заряженные частицы обладают соответствующим магнитным моментом. Магнитный момент здесь возникает исходя из следующих соображений. Кольцевой ток базовых частиц равносилен обычной рамке с током, а она и создает магнитный момент, который численно равен произведению площади рамки на величину тока, текущего по ней.

Сформулируем следующий вопрос: какие физические силы обеспечивают гравитационному вихрю его стабильное стационарное состояние? Рассмотрим следующее обстоятельство. Теоретически нейтрино способно существовать в виде самостоятельной частицы за счет гравитационных сил притяжения, например, как две звезды примерно равных масс, вращающиеся вокруг их общего центра массы. Но как быть с электроном? Гравитационные силы очень слабые, они намного порядков слабее электростатических и кварковых сил. А в парах точечные частицы представлены с одноименными электрическими зарядами, которые своими силами отталкивания стремятся разрушить, разделить пару точечных частиц. Здесь следует вспомнить о способности физических сил к их частичному насыщению. Дело в том, что между парами гравитационных зарядов действуют такие гравитационные силы, которые намного порядков превосходят те остаточные внешние гравитационные силы, которыми базовые частицы взаимодействуют между собой и другими частями материи. Величина внутренней гравитационной силы, той, что действует между точечными частицами, такова, что этой силы оказывается вполне достаточно, чтобы уравновесить электростатические и кварковые силы отталкивания, действующие между одноименными электрическими и кварковыми зарядами точечных частиц.

Мы рассмотрели качественную модель структуры базовых микрочастиц. Какова количественная сторона этого вопроса? Анализ показывает, для получения количественных значений параметров базовых частиц, необходимо знание размеров этих частиц. До настоящего момента не удалось определить размеры ни у одной из базовых частиц, даже приближенно. Единственно, что удалось сделать, это определить верхний предел размера электрона, который должен быть меньше, чем

м [10*(-18)]. Ввиду отсутствия других данных выполним оценочный расчет по определению физических параметров базовых частиц. Для этого примем, что масса нейтрино равна

[10*(-4) me] (где: me - масса электрона), а его размер не превышает размера нуклона, который равен 0.79 Фм (статья 6, «Концепция кварковой структуры атомного ядра»).

Массовый заряд тахионной материи принципиально не соответствует классическому его состоянию. На тахионном уровне он представлен сугубо полевой формой. Это означает, что величина массового заряда определяется не его количеством, как в классическом представлении, а сугубо размерами полевого тахионного сгустка материи.

Центробежная сила, действующая на физические обьекты, в классической механике определяется следующим выражением:

(13)

Где: F – центробежная сила,

m - масса обьекта,

v - линейная скорость движения обьекта,

r - орбитальный радиус вращения обьекта.

Центробежная сила действующая на квантовую частицу определяется следующим выражением:

;

(14)

Где: mv- масса квантовой частицы,

v – орбитальная скорость квантовой частицы,

rv - радиус орбиты квантовой частицы,

ħ - постоянная Планка-Дирака.

Сила гравитационного притяжения, действующая между точечными частицами, определяется выражением:

;

(15)

Где: GT - гравитационная константа тахионной материи.

(16)

Определим радиус электрона и кварка по формуле:

(17)

Здесь получен чрезвычайно важный качественный результат:

- во-первых, размеры базовых частиц чрезвычайно малы,

- во-вторых, с ростом массы базовой частицы ее размер быстро уменьшается, а

именно, обратно пропорционально кубу ее массы.

Определим радиус электрона:

м (18)

Определим радиус кварка:

м (19)

Определим силу, с которой точечные частицы, представляющие кварки притягиваются друг к другу:

(20)

Для сравнения, сила кваркового отталкивания, действующая между точечными частицами равна следующей величине (константа кварковых взаимодействий Gk = ħC, (статья 8, «Концепция теории нейтронных звезд. Черные дыры.» строка 37):

(21)

Где: k =1 - кварковый заряд.

Определим отношение силы гравитационных взаимодействий к силе кварковых взаимодействий.

(22)

Мы получили, что силы кварковых отталкиваний намного порядков слабее сила гравитационного притяжения, действующей между точечными частицами.

Сравним полученную гравитационную постоянную с классической:

(23)

Вывод: стабильное состояние структуры базовых частиц обеспечивается исключительно гравитационной тахионной силой притяжения. Эта сила такой величины, что конструкция базовых частиц является абсолютно жесткой. Ее в принципе невозможно сдеформировать в земных условиях, например, через столкновение двух базовых частиц, например, электронов.

Определим магнитный момент электрона:

, (24)

где S = p r²– площадь круга, вокруг которого вращаются точечные частицы,

С – скорость света,

i – ток, создаваемый вращением электрического заряда электрона по окружности

вокруг площади S. Этот ток определяется количеством оборотов точечной

частицы в единицу времени.

(25)

Момент импульса электрона входит в состав формулы:

;

; (26)

Учтя фактор удвоения величины магнитного поля, получим:

(27)

В принципе, по этой формуле можно рассчитывать магнитные моменты любых базовых частиц, если в формулу подставлять электрические заряды и массы, соответствующие этим частицам.

Подставив в формулу физические параметры электрона, мы получим величину магнитного момента электрона, которая называется магнетоном Бора и обозначается:

(28)

В квантовой механике принято именно в этих единицах измерять магнитные моменты атомов. Таким образом, собственный магнитный момент электрона равен 1 магнетону Бора.

Запишем формулу для вычисления магнитного момента кварка d:

(29)

Данную величину называют ядерным магнетоном Бора и обозначают МяБ.

В квантовом микромире эту величину применяют для измерения магнитного момента ядер атомов. Масса кварка равна 613m_e. Как видим, магнитный момент кварка d равен 1 ядерному магнетону Бора и он более, чем на 3 порядка меньше собственного магнитного момента электрона.

(30)

Направление магнитного момента в кварке d противоположно направлению его спина.

Поскольку электрический заряд кварка u по абсолютной величине в 2 раза больше электрического заряда кварка d, то:

(31)

У кварка u направление магнитного момента совпадает с направлением его спина.

Ввиду электрической нейтральности нейтрино, у этой частицы нет и магнитного момента.

5.3. Преобразования базовых частиц

В рамках законов квантовой механики, базовые частицы способны взаимодействовать между собой, преобразовываться друг в друга. Эти преобразования происходят с участием дополнительных базовых частиц. При взаимодействии антиподов, частиц с античастицами, происходит полная структурная аннигиляция взаимодействующих пар таких частиц. Исходные частицы преобразуются, в конечном счете, в фотоны с выполнением, в частности, закона сохранения энергии. Таким образом, взаимодействие частиц – это относительное, взаимное, сугубо механическое перемещение одних частиц относительно других без и с образованием новых частиц, т.е. таких, которых до взаимодействия не было.

Рассмотрим механизм взаимного преобразования микрочастиц. Преобразование базовых частиц основывается на следующем правиле. Спин (S) тахионной материи базовых частиц может находиться только в двух состояниях, когда:

S = 1/2 ћ – это упорядоченное, стационарное, энергетически устойчивое состояние базовых частиц;

S = 0 – это хаотичное, неустойчивое состояние момента импульса, т.е. это энергетически возбужденное промежуточное состояние базовых частиц.

В качестве примера мы рассмотрим преобразование следующих базовых частиц:

– электронно-позитронной пары;

– взаимодействие электрона с кварком;

– антинейтрино с кварком.

Рассмотрим, почему нельзя создавать устойчивые физические конструкции, непосредственно воздействуя на вакуум одиночным статичным полем, а вихревыми полями такие конструкции создавать можно. Речь здесь идет о том, чтобы после воздействия каким-либо полем, действие которого ограничено во времени, могли возникать какие-либо физические конструкции, которые способны в дальнейшем, т.е. после исчезновения внешнего воздействующего поля, существовать самостоятельно.

Причиной невозможности создания устойчивых физических конструкций статичным полем является то, что чрезвычайно мощная локальная внутренняя гравитационная сила удерживает флуктуационные частицы вакуумной материи от распада. Эти силы настолько сильны, что способны противостоять любой внешней силе, и поэтому после исчезновения внешних сил вакуумная материя возвращается в свое исходное энергетически флуктуационное состояние.

Для того, чтобы закрепить, законсервировать локальное разделение составных частей вакуумной материи, необходимо создать такую первичную физическую конструкцию, в которой гравитационные силы притяжения были бы уравновешены какой-либо постоянно действующей внутренней силой отталкивания. И такая сила в природе существует. Это центробежная сила.

Таким образом, чтобы из вакуумной материи создать устойчивую физическую стационарную конструкцию, необходимо:

· во-первых, чтобы предварительно возникло пространственное разделение частей вакуумной материи;

· во-вторых, привести эти части в одностороннее взаимное вращение, чтобы возникла центробежная сила такой величины, которая способна обеспечить создание первичной структуры из вакуумной материи;

· в-третьих, сообщить первичной вакуумной материи такую пороговую квантовую величину энергии, которая обеспечит вакуумной материи структурно устойчивое состояние;

в-четвертых, противоположно электрически заряженные частицы необходимо разделить в пространстве внешним сильным электрическим полем.

     Вывод: первичная вакуумная материя способна существовать в устойчивом состоянии только в состоянии бесконечного замкнутого вращательного движения, т.е. при наличии в ней момента импульса. Вращательное движение вакуумной материи можно обеспечить внешним полем вихревой структуры.

      Рассмотрим механизм возникновения устойчивых частиц из вакуумной материи на примере электронно-позитронной пары. Рассмотрение процесса преобразования частиц начнем с механизма рождения и аннигиляции квантовых частиц. В таком взаимодействии принимает обязательное участие вакуумная материя. Силовым воздействием на вакуумную материю из нее можно вырвать точечные полевые частицы. Такое воздействие можно осуществить посредством только одной из трех сил: гравитационной, электромагнитной, кварковой. Ньютоновские гравитационные силы чрезвычайно слабы, поэтому с их помощью невозможно осуществить вырывание квантового массового заряда из вакуума. К тому же, для создания результирующей устойчивой локальной структуры необходимо вихревое силовое воздействие на вакуумную материю, а вихревое гравитационное поле за пределами объема, занимаемого базовыми частицами, в природе не существует. Однако вихревым свойством и соответствующей величиной физической силы способно обладать электромагнитное поле. Поэтому именно это поле и способно вырывать квантовые частицы из вакуумной материи. Для реализации этого процесса можно использовать фотоны с достаточной пороговой энергией. Фотоны как раз представлены вихревыми сгустками электромагнитного поля. Фотон представляет собой однонаправленно поочередно возникающие кольцевые электрические и магнитные поля, которые порождают друг друга, чем и обуславливается перемещение фотонов в пространстве.

      Вакуумная материя представлена флуктуационным состоянием полевых точечных частиц, которые в исходном состоянии входят в ее состав в ненаблюдаемой волновой форме. Рассмотрим процесс рождения электронно-позитронной пары. В качестве исходной структуры примем два фотона, с энергией у каждого из них более 0,5 МэВ, движущихся навстречу друг другу с такой поляризацией и фазой, что при встрече их электрические поля суммируются в единое кольцевое электрическое поле Е . Электрическое поле фотона образовано асцелирующими электрогравитационными виртуальными парами полевых точечных частиц, которые асцеллируют (колеблются) вдоль кольцевых силовых линий электрического поля фотона (рис. 2).

Рис.2

      Приведенная на рисунке схема соответствует случаю, если энергия у фотонов меньше 0.5 МэВ. Принципиально иная ситуация наблюдается в случае, если энергия фотонов превышает эту величину. Энергия фотонов определяется длинной их волны. Чем короче длинна волны, тем выше энергия фотона. При достижении порогового значения энергии у пары фотонов они создают электронно-позитронную пару микрочастиц, общая масса которых равна двум массам электрона. Фотоны представляют собой сгусток электромагнитного поля с конкретными величинами амплитудных значений напряженностей их электрических и магнитных полей. При достижении порогового значения у этих величин происходит электрический пробой вакуумной материи, а именно, происходит вырывание из вакуума электрически заряженных полевых (тахионных) структур и образование из них устойчивых электрически заряженных двух тороидальных вещественных обьктов, в которых тахионная материя вращается вокруг оси тора, создавая при этом соответствующие механические магнитные моменты. Из отрицательно заряженных первичных тахионных структур образуются электроны, а из положительно заряженных –позитроны. Определим величину напряженностей электрических и магнитных полей фотонов, при которых происходит образование электронно-позитронных пар. Поскольку вращение массовой материи в торах при рождении микрочастиц происходит в противоположном направлении, так как их заряды несут противоположные знаки, их суммарный первичный спин равен нулю. Энергия электрического поля определяется следующим выражением:

                        (32)

Где:      WE - энергия электрического поля,

              [ε0 = 8.85∙10*(-12) Ф/м] - электрическая константа,

           V        - обьем пространства, в котором находится электрическое поле,

            E       - напряженность электрического поля.

     Энергия магнитного поля определяется следующим выражением:

                               (33)

Где:      WH- энергия магнитного поля,

             [μ0 = 4π10*(-7)Гн/м] - магнитная константа,

           H      - напряженность магнитного поля.

;                (34)

    Масса фотона в энергетических единицах равна той энергии которая заключена в его электромагнитном поле:

                                 (35)

    Длина волны фотона равна следующей величине:

                              (36)

Где:        - длина волны фотона,

            [h = 6.6∙10*(-34)дж∙с]   - постоянная Планка,

           С   - скорость света.

     Как электрическое, так и магнитное поле занимает физический обьем пространства, диаметр которого равен половине длины волны фотона:

                                         (37)

                    (38)

                                                                   (39)

    Аналогично, напряженность магнитного поля равна следующей величине:

                                 (40)

                                                 (41)

     Таким образом, положительные и отрицательные электромассовые заряды, движущиеся в неоднородном магнитном поле под действием электрического поля фотона, движутся по раскручивающейся спирали и при этом с огромным ускорением, т.к. их начальная тангенциальная скорость была равна нулю, а их масса представлена полевой структурой. Скорость движения материи в сгустках достигает скорости, на много порядков превышающей скорость света. Движение по раскручивающейся спирали в неоднородном магнитном поле разноименно заряженных электромассовых тахионных потоков вакуума приводит к их первичному пространственному разделению (сепарации) в противоположных направлениях от центра их зарождения. Это разделение тем интенсивнее, чем выше энергия электромагнитного поля у суммарного фотона. Обратим внимание, что спин вращения масс у этих первичных сгустков вещественной материи также направлен в противоположные стороны, т.к. полевые массы вращаются навстречу друг другу. Как только орбиты массовых состояний у электромассовых сгустков достигают такой величины, что их спины становятся равными 1/2 ћ, процесс формирования электронно-позитронной пары заканчивается. Конечным результатом этого процесса является возникновение двух стабильных частиц, электрона и позитрона, с массами, равными массе электрона, и электрическим зарядом – е у электрона, u +е у позитрона. Стабильность их структурам обеспечивается уравновешенностью действия гравитационной силы притяжения, действующей между частями гравитационной массы и центробежной силой отталкивания частей массы друг от друга, связанной с вращением кольцевой полевой массы вокруг точки ее центра тяжести. Отметим, что при рождении электронно-позитронной пары между ними образуется нелокальное, т.е. мгновенное взаимодействие, которое сохраняется до тех пор, пока одна из частиц не провзаимодействует с какой-либо третьей частицей.

        При отсутствии внешнего воздействия на возникшую пару микрочастиц, время их самостоятельного существования не велико. Своими электрическими полями они снова соединяться в единый сгусток энергии, который преобразуется обратно в два фотона. Поэтому, чтобы в дальнейшем микрочастицы могли существовать самостоятельно, необходима дополнительная сепарация через воздействие на них сильным внешним электрическим полем. Таким полем в частности, является электрическое поле вблизи поверхности атомного ядра. При вырывании электронно-позитронной пары из вакуума в окрестности атома ядра, происходит завершающий этап разделения электрона и позитрона в пространстве и в дальнейшем они существуют уже в качестве устойчивых микрочастиц.

       Примечание: гипотетически, возможен запуск следующего механизма генерации электронно-позитронных пар из вакуума и с помощью статичных полей. Для этого необходимо создать очень сильное суммарное соосное электрическое и магнитное поле. Такое сочетание полей может запустить механизм преобразования вакуумной материи в вещественную. Здесь электрическое поле ускоряет электрически заряженные частицы, а магнитное – закручивает траектории движения этих частиц в спиральные, что может приводить к возникновению гравитационно-устойчивых структур.

      Процесс аннигиляции электронно-позитронной пары осуществляется обратно процессу их рождения. Если электрон и позитрон попадают в область электрических полей их взаимного притяжения, т.к. они несут на себе противоположный электрический заряд, то они начинают сближаться. При сближении, взаимодействуя своими магнитными полями, они разворачиваются в пространстве относительно друг друга таким образом, что их спины становятся соосными (расположенными на одной прямой) и направленными в противоположные стороны. При соединении электрона и позитрона в единую частицу их электрические токи суммируются и образуют суммарное магнитное поле. Их электрические заряды нейтрализуются, т.е. вычитаются. У массовых зарядов происходит вычитание их спинов, т.к. их полевые массы вращаются навстречу друг другу. Скорость движения масс уменьшается до нуля. Первичная масса может существовать устойчиво, только перемещаясь со скоростью больше скорости света. Таким образом, происходит взаимная нейтрализация электрических зарядов и масс, а суммарная энергия масс преобразуется в результирующее магнитное поле. Магнитное поле является вихревым образованием и самостоятельно неустойчивой структурой. Оно начинает уменьшаться, образуя два лежащих в одной плоскости симметричных электрических поля, касающихся друг друга. Эти два кольцевых электрических поля, в свою очередь, порождают уже собственные кольцевые магнитные поля и т.д. Таким образом, на месте аннигиляции электронно-позитронной пары рождаются два фотона, движущихся в противоположных направлениях (рис. 3).

Рис. 3



      Структурой, аналогичной структуре электрона и позитрона, обладают нейтрино и кварки. Отличие заключается в том, что нейтрино не обладает другими зарядами кроме гравитационного, а кварки дополнительно к гравитационному и электрическому обладают еще и кварковыми зарядами.

     Рассмотрим взаимодействие электрона и кварка u. Если в пространстве встречаются электрон и кварк u, то, поскольку они несут на себе противоположные электрические заряды, вначале они будут притягиваться электрическими силами притяжения (рис. 4).

Рис.4

       При сближении они своими магнитными полями ориентируют друг друга таким образом, чтобы у них возникло общее магнитное поле. Под воздействием электрического и магнитного полей кварк u и электрон сливаются в единую частицу. При таком слиянии их спины и электрические заряды алгебраически суммируются. Результирующая частица приобретает заряд, равный –1/3 е, а спин становится равным нулю. Состояние базовой частицы со спином, равным нулю, является энергетически неустойчивым. Это приводит к тому, что из вакуума вырывается дополнительный вихревой сгусток массового заряда, половина которого выбрасывается из кварка и за счет силы реакции отдачи вращения получаются две частицы с противоположными спинами. Одна частица, за счет которой кварк u создал себе спин, равный –1/2 ћ, – это антинейтрино. Вторая выброшенная вихревая гравитационная частица со спином, равным +1/2 ћ, – это нейтрино. Следовательно, в результате соединения электрона и кварка, с зарядом +2/3 е, получаются две частицы: кварк с зарядом –1/3 е и спином, равным –1/2 ћ, и нейтрино – со спином, равным +1/2 ћ.

      Рассмотрим взаимодействие кварка u и антинейтрино (рис. 5).

Рис.5

      Кварк обладает электрическим зарядом +2/3 е и спином +1/2 ћ. Антинейтрино обладает спином –1/2 ћ. При соединении кварка с антинейтрино возникает результирующая частица в возбужденном хаотичном вихревом состоянии, у которой электрический заряд равен +2/3 е и S = 0. Эта частица стремится преобразоваться в такие стабильные квантовые частицы, в которые позволяет перейти ее внутренняя результирующая энергия и ее электрический заряд. Образно говоря, частица находится в «кипящем» энергетическом состоянии. Ближайшей энергетически устойчивой частицей является кварк d. Именно в это состояние и стремится перейти наша частица. Каким же образом этот квантовый переход осуществляется? Возбужденная частица за счет своей внутренней энергии вырывает из вакуума электронно-позитронную пару. К себе она присоединяет электрон. Таким образом она превращается в кварк d с электрическим зарядом –1/3 е и спином, равным –1/2 ћ, а позитрон, у которого электрический заряд равен +е и спин равен +1/2 ћ, выбрасывается в окружающее пространство.

     Кварк d, в свою очередь, также способен преобразовываться в кварк u путем распада на электрон и антинейтрино.

     Частной особенностью нейтринной частицы является ее огромная проникающая способность, т.е. нейтрино очень слабо взаимодействует с вещественной материей. Причина такого явления ясна из структурных сущностей рассмотренных нами базовых частиц. Частицы, несущие на себе электрические заряды, а, следовательно, и магнитные поля, при сближении взаимодействуют этими полями и таким образом качественно увеличивают вероятность их взаимодействия, в частности через магнитный механизм их взаимной ориентации.

       Нейтрино взаимодействует с другими частицами только своим внешним гравитационным полем, которое, в отличие от внутреннего, является очень слабым и не способствует увеличению эффекта взаимодействия нейтрино с другими частицами. К тому же, нейтрино не имеет механизма ориентации спина при взаимодействии с другими частицами.

      Таким образом, причинами малой вероятности взаимодействия нейтрино с другими частицами являются:

· отсутствие механизма ориентации спина нейтрино (чтобы спин был наиболее благоприятным образом ориентирован для взаимодействия нейтрино с другими частицами);

· траектория его движения должна точно соответствовать тому направлению, когда для нейтрино возникает максимально благоприятная ситуация для взаимодействия с другими частицами.

     Отметим, что с ростом энергии нейтрино вероятность его взаимодействия с другими частицами повышается. Соответственно, если энергии нейтрино недостаточно для преобразования базовых частиц в другие частицы, то взаимодействие между другими частицами и нейтрино вообще не происходит.

6. Физические взаимодействия

        Вещественная материя представлена следующими иерархическими уровнями ее организации, начиная с низшего:

· базовый,

· ядерный,

· атомно-молекулярный,

· гравитационный.

       Базовыми частицами являются:

· электрон,

· кварки u и d.

     Поскольку кварки и электроны являются истинными элементарными частицами, поэтому им распадаться уже не на что. Словом, они являются пределом делимости вещественной материи.

       Базовой особенностью квантовых реакций базовых частиц является то, что они подчиняются следующему квантовому закону, закону сохранения их внутренней структуры, который гласит: базовые частицы не соединяются и не распадаются на более простые и более сложные частицы. Они могут только преобразовываться из одних базовых частиц в другие базовые частицы, и в таких реакциях их внутренняя структура не нарушается.

       Преобразование элементарных частиц происходит под действием физических сил, действующих между квантовыми частицами.

     Такими силами являются:

· гравитационно-тахионные,

· кварковые,

· электромагнитные,

инерционные.

· гравитационные,
гравитационно- космические.

Космическая гравитационная физика характеризуется тем, что она рассматривает действие гравитационной силы на точечный объект со стороны таких физических сред, которые представлены распределенной в пространстве гравитационной материей. Такие среды уже, в принципе, не могут характеризоваться точкой их центра тяжести, т.к. они представлены объемом пространства, в котором каким-либо образом распределена материя, представляющая данный объект. Материя такого объекта характеризуется своей, распределенной в объеме объекта, плотностью. Действие гравитационной силы со стороны материи таких объектов определяется всем объемом этих объектов. Эта сила также действует на отдельные точечные объекты, но которые находятся во внутренних объемах космических объектов.

Такими структурными уровнями во Вселенной являются:
глобальная Вселенная,
локальная Вселенная,
ассоциации скоплений галактик,
скопления галактик,
галактики,
скопление звезд внутри галактик:

       - звездные ассоциации,

       - шаровые скопления звезд,

       - рукава спиральных галактик и т.д.

      Фактически галактики и их структурные звездные составляющие являются низшим уровнем действия закона космической гравитации.

      Главным фактором действия физических сил является радиус их действия.

      Радиус действия гравитационно-тахионных сил ограничен размером базовых частиц.

      Радиус действия кварковых сил порядка или меньше размеров протона. Поэтому их действие не распространяется за границы ядер атомов.

      Радиус действия атомно-молекулярных сил, примерно, соответствует размеру атома.

      Радиус действия электрических и магнитных сил теоретически не ограничен, но в реальном мире максимальное действие этих сил, примерно, соответствует размерам галактик.    Математическая теория электромагнитных взаимодействий разработана Максвеллом.

      Только гравитационные силы имеют на самом деле неограниченный радиус действий. Их действие осуществляется в масштабе Вселенной.

     Примерами проявлений действия электрических сил на Земле являются такие атмосферные явления, как грозовые разряды, а магнитных – воздействие магнитного поля Земли на магнитную стрелку на всей поверхности Земли.

     Поскольку существуют физические силы, радиус действия которых ограничен, то для того, чтобы между физическими объектами возникло данное физическое взаимодействие, они предварительно должны сблизиться обязательно до радиуса действия их физических сил.   Другими словами, чтобы физические объекты могли взаимодействовать, их взаимодействию обязательно должно предшествовать такое их именно механическое взаимное пространственное перемещение, которое приведет их к сближению до радиуса действия их физических сил. Если этому сближению препятствуют какие-либо силы отталкивания, то необходимо затратить предварительную энергию на преодоление действий сил отталкивания.

      Физические силы – это потенциальные способности объектов к каким-либо физическим взаимодействиям с другими объектами. Само же взаимодействие – конкретное проявление механизма действия физических сил. Таким образом, не взаимодействующие в данный момент времени объекты обязательно окружены сопровождающим их каким-либо физическим полем, потенциальным носителем физических сил взаимодействия объектов.

      Таким образом, поле – это неотъемлемая область пространства, сопровождающая данный физический объект с потенциально ненулевым значением действия какой-либо физической силы, присущей этому объекту.

        Из определения поля следует следующее следствие о материальности объектов Вселенной: материальность любого объекта определяется его способностью вступать во взаимодействие хотя бы с одним другим материальным объектом посредством хотя бы одной известной физической силы. Причем такое взаимодействие всегда является взаимным.

       Таким образом, в соответствие со следствием объект, не способный к взаимодействию с другими материальными объектами посредством известных физических сил, является нематериальным объектом, т.е. он не существует в материальном мире. В результате можно заключить, что материя – это совокупность объектов, взаимодействующих или потенциально способных взаимодействовать друг с другом посредством известных физических сил. Их действие определяется физическими полями, описываемыми соответствующими физическими законами.

       Сформулируем следующие правила, действующие для материальных объектов: неуравновешенные физические взаимодействия между объектами и системами объектов сопровождаются изменением механических параметров у взаимодействующих объектов и систем, а при взаимодействиях, сопровождаемых ядерными реакциями, дополнительно происходит преобразование одних химических элементов в другие, которые при таких преобразованиях, в конечном счете, обязательно принадлежат таблице Менделеева.

        Переход системы из стационарного потенциального в динамичное кинетическое состояние может происходить:

· либо самопроизвольно, если по каким-либо внутренним причинам нарушается действие равновесия физических сил, которые действуют между объектами данной системы и вызваны внутренней физической неустойчивостью системы;

· либо за счет придания извне отдельным объектам, входящим в систему дополнительного количества энергии, которая приводит к нарушению равновесия действия физических сил, действующих между объектами системы.

       В первом случае происходит самопроизвольное высвобождение внутренней потенциальной энергии системы. Во втором, в частности, происходит изменение энергии системы за счет получения дополнительной кинетической энергии извне. Если значение этой первичной энергии превышает некоторое пороговое значение, то происходит переход системы из стационарного в динамичное состояние. Этот переход сопровождается выделением внутренней потенциальной энергии, т.е. ее преобразованием в кинетическую энергию объектов, представляющих данную систему. Отметим, вторичная энергия системы может намного превосходить первичную. Второй случай соответствует цепному воздействию или реакции, которая действует между материальными системами. Цепные реакции характеризуются уже не взаимодействиями, а физическими воздействиями одних объектов или систем на другие через посредников взаимодействия, объекты – переносчики кинетической энергии.

       Физическое воздействие объектов и систем друг на друга является следствием каких-либо первичных неуравновешенных динамичных взаимодействий. Такое взаимодействие обязательно сопровождается изменением энергетических параметров у системы воздействия на величину, которой обладают посредники воздействия. Таким образом, воздействие возникает тогда, когда первично не уравновешено взаимодействующие объекты конкретной системы порождают перемещающиеся в пространстве объекты-посредники, которые в свою очередь вступают в физические взаимодействия со вторыми объектами или системами.

       По-другому скажем, что взаимоотношения между материальными объектами могут происходить в двух принципиально различных видах:

· в виде взаимодействий;

· в виде воздействий.

      Принципиальность отличия взаимодействия от воздействия заключается в том, что во взаимодействиях участвуют минимум два объекта. Взаимодействие между этими объектами происходит обязательно одновременно и взаимно. В воздействии же участвуют минимум три объекта. Оно носит сугубо односторонний характер. Здесь одна система действует на другую через промежуточных посредников – носителей воздействия, которые переносят энергию от первичной системы к вторичной. Эта энергия появляется как следствие первичных неуравновешенных взаимодействий в первичной исходной системе. Причем воздействие происходит через некоторый фиксированный промежуток времени, который необходим посредникам воздействия на преодоление отрезка пути, отделяющего первично воздействующую систему от системы, на которую оказывается воздействие.

       P.S. для наглядности этот процесс (цепная реакция) можно представить в утрированном виде. Представьте себе, что вы взяли камень в руку. В данном случае рука воздействует на камень, равно как и он на руку. Это статичное (стационарное) энергетическое состояние физической системы. Представим себе другую физическую систему. Другой камень лежит на краю скалистой пропасти. Вы же находитесь со своим камнем в руке на расстоянии броска камня до лежащего на краю пропасти. Задача: бросить свой камень так, чтобы он попал в камень, лежащий на краю пропасти. Действие произошло. После броска первичная статичная система перешла в динамичную (камень удаляется от вас). Одновременно ваш камень стал посредником вашего действия на вторичную систему (лежащий на краю). Предположим, что у вас хватило ловкости, и вы попали в лежащий камень. Вы бросили свой камень с такой силой, что сбили лежащий на краю обрыва камень в пропасть. Теперь вторичный камень при падении создаст лавину падающих в пропасть камней. Заведомо вторичная энергия падающих камней намного превосходит энергию брошенного вами камня. Вот получилась грубая аналогия описанной выше физической сущности цепной реакции

http://gvaleriy.blogspot.ru/2016/03/blog-post.html
Валерий Гребенников

8-928-16-00-581

Человек в загадочной вселенной

воскресенье, 17 января 2016 г.

1. Фундаментальные основы строения вселенной.

Комментариев нет:

Отправить комментарий

воскресенье, 17 января 2016 г.

1. Фундаментальные основы строения вселенной.

Комментариев нет:

Отправить комментарий

воскресенье, 17 января 2016 г.