CC BY
18УДК 539.1.01
Федяев Д.Н.
ведущий программист ООО «Ителлекта» (г. Москва, Россия)
КОНЦЕПЦИЯ УСТРОЙСТВА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. ЧАСТЬ 1
Аннотация: данная статья предлагает к рассмотрению новую концепцию устройства мира элементарных частиц поэтому математические расчеты здесь не приводятся.
Как устроены элементарные частицы? Есть ли предел элементарности частиц? В этой статье предпринимается попытка «красиво» обозначить предел элементарности частиц, не вводя «новых» частиц как, например, популярные сейчас кварки. Также предпринимается попытка построить «сырую» примерную модель элементарных частиц, используя накопленные знания в области ядерной физики, квантовой механики и элементарной логики.
Ключевые слова: строение материи, кварки, электромагнитные волны, квантово-волновой дуализм.
Хорошо известно, что любая элементарная частица имеет корпускулярно-волновой дуализм и не может быть рассмотрена как неделимый объект и имеет определенную структуру. Так что же представляют элементарные частицы -волны или неделимые объекты, имеющие массу и заряд? Попробуем проанализировать. Начнем с основ.
1. Е=тс2
Как известно, при определенных условиях масса может «трансформироваться» в энергию и, наоборот, энергия может «трансформироваться» в массу (примеры см. ниже). Вся энергия в природе представлена в виде электромагнитных волн различной длины (конечно же существуют разные формы энергии, как тепловая, химическая, механическая,
гравитационная, но в контексте данной работы предположим, что «первичная» энергия - это энергия, переносимая электромагнитными волнами). Т.е. левая часть уравнения Эйнштейна [1] - это энергия, представленная электромагнитными волнами. Правая часть уравнения - это обычная масса, которая представлена обыкновенными стабильными частицами: протонами, электронами и нейтронами.
Еще один пример - дефект массы в ядре атомов. Массы протонов и нейтронов в свободном несвязанном состоянии больше, чем масса тех же самых протонов и нейтронов в связанном состоянии в ядре атома. Разница в массе «выделяется» в виде электромагнитного излучения (жестких гамма лучей).
Вывод: электромагнитные волны могут «трансформироваться» в массу, а именно в протоны и электроны. Нейтрон - очень сложная частица и его рассматривать следует отдельно.
2. Согласно п.1, энергия может «трансформироваться» в массу и наоборот. Электромагнитная энергия представлена в виде у-квантов. у-квант при
взаимодействии с веществом при определенных условиях образует пару е + е+, которые в отличии от у-кванта обладают массой. Например, при взаимодействии у-излучения с веществом наблюдается следующая реакция:
у + Х ^ Х + е- + е+
В этой реакции электромагнитное излучение «превращается» в массу.
Существует реакция, в которой происходит обратный процесс: масса «превращается» в электромагнитное излучение. Например, это явление можно наблюдать в реакции аннигиляции позитрона и электрона:
е- + е+ ^ у + у (+у)
3. Швейцарский физик Паули [2] сформулировал принцип, что в одном и том же квантовой системе (например, в атоме) не может быть двух электронов, обладающих одинаковой совокупностью квантовых чисел. Иными словами, на одной той же орбите атома могут находиться не более двух электронов. Почему ДВА, а не три или четыре электрона? Никто не может четко и ясно объяснить это. Какое еще явление имеет ДВЕ ориентации в трехмерном пространстве? Существуют два явления, которые имеют две «ориентации»: электрические заряды Кулона и магнитные явления.
Как известно, существуют два заряда: положительный и отрицательный. Два одноименных заряда отталкиваются друг от друга и не могут быть иметь одинаковую «ориентацию». Но объяснить принцип Паули этим невозможно.
Если взять два магнита и поднести друг к другу, то существует только одно положение, в котором система из двух этих магнитов находится в равновесии: северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита. Система, в которой одноименные полюса находятся рядом друг с другом нестабильна, и магниты стремятся повернуться и притягиваться друг к другу разноименными полюсами. Предположим, что электромагнитная волна «трансформируется» в электроне таким образом, что магнитная составляющая образует свое постоянное магнитное поле электрона, а именно магнитный момент электрона. Этот магнитный момент является одним из квантовых чисел, и именно он делает два электрона маленькими «магнитиками», которые могут притягиваться друг к другу разноименными полюсами на одной и той же орбите атома. Т.е. скорее всего именно магнитная составляющая электромагнитной волны «ответственна» за магнитный момент электрона. По этой же причине протоны в атомных ядрах «стараются» ориентироваться относительно друг друга так, чтобы их спины были антипараллельны. И по этой же причине на орбите атома могут находиться только два электрона (принцип Паули).
4. В прошлом считалось, что световые (электромагнитные) волны не влияют друг на друга, т.е. был сформулирован закон независимости с в е т о в ы х л у ч е й . Этот закон утверждал, что лучи при пересечении не мешают каждому из них распространяться независимо друг от друга. Позже выяснилось, что при интенсивностях, достигаемых с помощью лазеров, этот закон перестает соблюдаться. Какие же составляющие электромагнитной волны влияют друг на друга? Как известно вихревое электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, а магнитное в свою очередь снова электрическое. Этот процесс продолжается бесконечно и этот процесс порождает электромагнитную волну (Максвелл [3] вывел формулу этого процесса VЕ = - дВ / д^, которая распространяется прямолинейно. Предположим, что магнитные составляющие пересекающихся волн влияют друг на друга и в результате этого волны искривляют свои траектории. Существуют также явления природы, которые подтверждают то, что свет может распространяться непрямолинейно. Существуют т.н. гравитационные линзы во вселенной, которые представляют собой черные дыры, гравитационное поле которых искривляет прямолинейную траекторию световых волн. Это пример воздействия на свет макроскопических сил (гравитации). Существует ли микроскопическое воздействие на электромагнитную волну? Скорее всего, да. Это воздействие начинает действовать на расстояниях меньше атомных в несколько тысяч раз. Вихревое магнитное или вихревое электрическое поле представляет собой квантованную материю, элементы которой «сцепляется» между полуволнами электромагнитной волны образуя устойчивую систему. Можно предположить, что электромагнитная волна замыкается сама на себе, образуя круг или какую-нибудь другую трехмерную геометрическую фигуру, не имеющую начала и конца (например, круг или восьмерку), т.е. систему, находящуюся в равновесии. 4.1 ° При этом импульс фотона «трансформируется» в массу. Эта система и является стабильной элементарной частицей.
5. Когда на возбужденный атом падает электромагнитная волна, то испущенная волна совпадает по направлению с первоначальной волной (индуцированное излучение [4]). Анализируя этот эффект, можно предположить, что электрон, который «ответственен» за испускание вторичной волны находится на строго определенных позициях на своей орбите. Иными словами, электрон двигается как бы по «ступенькам» своей орбиты. Известно, что в атоме длина дебройлевской волны электрона в точности кратна длине его круговой орбиты. Этот принцип формулируется следующим образом: стационарным состояниям атома соответствуют такие орбиты электронов, на которых укладывается целое число длин волн де Бройля. Тот факт, что электрон испускает вторичную электроволну, которая строго когерентна с первоначальной волной объясняется тем, что электрон движется по «ступенькам» своей орбиты. Этими ступеньками и являются волны де Бройля, которых насчитывается целое количество. Движение электрона по орбите представляет собой замкнутую саму на себе волну, схему которой можно представить в следующем виде:
Рисунок 1.
На рисунке 1а количество волн целое и волна нигде не прерывается, т.е. волна замыкается сама на себя. На рисунке 1б укладывается нецелое кол-во волн, и такая орбита движения электрона не является стационарной и не может существовать. Т.е. факт того, что на орбите электрона укладывается целое кол-
во волн де Бройля подтверждает замкнутость волны самой на себя и подтверждает предположение 4.1 °. Этим же можно объяснить стабильность орбиты электрона и отсутствие ускоренного движения электрически заряженной частицы, которое должно сопровождаться испусканием электромагнитного излучения.
6. При прохождении дифракционной решетки наблюдаются дифракционные максимумы и минимумы у электромагнитных волн, а также явление интерференции. Эти явления возможны только при условии, что волны обладают «одинаковыми» свойствами (длина волны, поляризация), т.е. когерентны. При взаимно параллельной ориентации спинов протонов, которые движутся параллельно друг другу будет наблюдаться «одинаковость» электромагнитных волн, что сделает процесс интерференции (дифракции) волн Де Бройля более вероятным. Иными словами, электромагнитные волны интерферируют, когда направления их движения совпадают (проявляются «схожие свойства» у электромагнитных волн). Эту же когерентность можно создать при параллельной / антипараллельной ориентации спинов сливающихся протонов (электронов).
Идея, что протоны состоят из неделимых частиц, например, кварков [5] несостоятельна, т.к. обязательно возникает вопрос: из чего состоят сами эти неделимые частицы и вообще существует ли предел делимости элементарных частиц. Любая элементарная частица не может быть «монолитным» шариком (такую идею обычно демонстрируют на уроках химии, когда показывают модель какой-нибудь молекулы или уроке физики при демонстрации планетарной модели атома) потому, что возникает вопрос о пределе делимости и противоречит природе (известны два вида материи: электрическое поле и магнитное поле и их комбинация в виде электромагнитного поля)*.
Такого типа («монолитного шарика») материи не наблюдалось в природе и скорее всего, нет. Только волновая теория хоть как-то может объяснить строение элементарных частиц. Например, различные геометрические
комбинации электромагнитных волн могут и создавать различные частицы с различным дробными электрическими зарядами, стабильностью и прочими свойствами, которые зависят от этих геометрических комбинаций. Например, нейтрино можно представить в виде следующей геометрической модели: две прямолинейные электромагнитные волны «сцепляется» между собой полуволнами образуя устойчивую систему, которая не образует электрического заряда и не может существовать в покое (обязательно движется прямолинейно). Или, например, модель протона можно с определенной долей условности представить в виде следующей геометрической модели: «кварки» (электромагнитные волны) связываются между собой в протоне полуволнами, образуя массивный протон. Точно сказать, сколько «кварков» (электромагнитных волн) сейчас невозможно, но именно это связывание и отвечает за стабильность протона, а также очень вероятно и за сильное взаимодействие между нуклонами, т.е. сильное взаимодействие имеет такую же природу и силу, как и связывание «кварков» (электромагнитных волн) внутри протона. Если это предположение верно, то зная интенсивность взаимодействия протонов между собой в ядре, можно определить интенсивность взаимодействия «кварков» (электромагнитных волн) внутри протона. Внутри протона 3 или 4 или может быть больше электромагнитных волн связываются, образуя стабильную структуру, а «наружу» протона смотрят оставшиеся части этих волн, которые и связываются уже с другими такими же частями полуволн из других нуклонов. Это приводит к образованию сильных связей внутри ядра атома. Эти сильные связи слабее связей внутри протона в несколько раз по геометрическим соображениям: внутри протона сразу 3 или 4 или может быть больше электромагнитных волн связываются, «наружных» сильных взаимодействий меньше и распределены они между остальными нуклонами в ядре. Невозможно точно сказать или определить какую именно геометрическую модель образуют «кварки» (электромагнитные волны) в протоне. Возможно, это три перпендикулярно пересекающиеся восьмерки или три замкнутых круга.
Вихревое электрическое или магнитное поле в полуволне взаимодействует между собой и образует устойчивые связи в элементарной частице? Давайте временно предположим для облегчения понимания, электромагнитная волна образует замкнутый круг, и магнитные полуволны направлены внутрь круга, а вихревые электрические не участвуют в связывании, а просто смотрят «наружу». Тогда возможным становится объяснение электрического заряда у такого круга: ведь электрические полуволны не связаны между собой и находятся в стабильном положении и часть их «вихревой» энергии «превращается» в электрический, уже стабильный заряд.
7.Длина волны имеет значение. Почему только жесткие высокочастотные фотоны могут образовывать элементарные частицы? Выше высказывалось идея, что магнитные составляющие полуволны электромагнитной волны «сцепляется» друг с другом. Но не каждая электромагнитная волна может сформировать устойчивую элементарную частицу. Длина волны должна быть сопоставима с размерами самой элементарной частицы. Такую длину волны имеют только гамма кванты, которые являются прародителями электрона. Почему же, например, дециметровые волны не могут образовать «большую» элементарную частицу, сцепившись магнитными полуволнами? Ответ скорее всего заключается в том, что нет механизмов, которые искривляют такую длинную волну и в том, что интенсивность взаимодействия дециметровых магнитных полуволн ничтожно мала по сравнению с магнитными полуволнами гамма квантов. Измерение интенсивности взаимодействия магнитных полуволн имеет решающее значение и может быть измерено в макромире. Для определения размерности этой интенсивности можно поляризовать электромагнитные волны рентгеновского лазера и зная длину волны воздействовать на каждую магнитную полуволну локально переменным магнитным полем. При изменении траектории луча рентгеновского лазера или изменения интенсивности луча, цель эксперимента можно считать достигнутой.
Таким образом, эксперимент даст возможность оценить силу (интенсивность взаимодействия) двух электромагнитных волн, а также определить, какие все-таки части электромагнитной волны (вихревое магнитное или вихревое электрическое поле) взаимодействуют друг с другом. После оценки взаимодействия двух электромагнитных волн можно разработать математический аппарат для расчетов стационарных состояний частиц с полуцелым спином.
* - в природе не существует отдельно магнитное поле и отдельно электрическое поле. Истинно элементарными их назвать нельзя. Эти два вида поля - «результат» движения/сцепления частиц, состоящих из электромагнитного поля, таким образом истинно элементарным видом материи можно считать электромагнитное поле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Einstein, A. (1905) Zur Elektrodynamik bewegter Körper.
2. Pauli, W. Über den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen im Atom mit der Komplexstruktur der Spektren. Z. Physik 31, 765-783 (1925).
3. Максвелл, Джеймс Клерк Теория Динамическая электромагнитного поля, Философские труды Королевского общества в Лондоне 155, 459-512 (1865).
4. Einstein, A. (1916) Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie.
5. M. Gell-Mann (1964). A Schematic Model of Baryons and Mesons, G. Zweig (1964) An SU Model for Strong Interaction Symmetry and its Breaking
Fedyaev D.N.
Leading programmer of «Itellecta» LLC (Moscow, Russia)
THE CONCEPT OF THE DEVICE OF ELEMENTARY PARTICLES. PART 1
Abstract: this article offers for consideration a new concept of the structure of the world of elementary particles, therefore mathematical calculations are not given here.
How are elementary particles arranged? Is there a limit to the elementary nature of particles? In this article, an attempt is made to "beautifully" designate the limit of elementary particles, without introducing "new" particles, such as quarks, which are now popular. An attempt is also being made to build a "crude" approximate model of elementary particles using accumulated knowledge in the field of nuclear physics, quantum mechanics and elementary logic.
Keywords: structure of matter, quarks, electromagnetic waves, quantum wave dualism.
