CC BY
27Черная дыра - место во вселенной, где отсутствует магнитное поле. Все галактики вращаются вокруг, находящихся в их центрах черных дыр. Свет и материя, попавшие туда, сразу исчезают. То есть материя состоит из колебаний этого общего магнитного поля, и оно своим воздействием, поддерживает материю в стабильном состоянии. И если магнитное поле исчезнет, исчезнет, и материя.
Считается, что черная дыра состоит из какой-то неизвестной материи или антиматерии, что плотность этой материи невообразимо велика, и разнится у всех черных дыр [2]. Ученые не могут понять, почему гравитационная сила черной дыры действует на максимально отдаленные от нее солнечные системы, ведь гравитация на таких расстояниях просто не может действовать. На самом же деле все туда стремится благодаря магнитным силам, а не гравитационным. Сила притяжения черной дыры -это магнитная сила. Как известно, магнетизм обладает гораздо большим дальнодействием чем гравитация. Магнетизм проявляется у тел, заряд которых не сбалансирован между плюсом и минусом. Черная дыра - место, где нет ничего, нет магнитного поля, поэтому единое магнитное поле стремится туда, стремится установить там магнитный баланс. Попытки ученых создать черную дыру, посредством адронного коллайдера, вытиснить магнитное поле, из какой либо точки пространства, может печально закончится. Это непонимание может нести самые непредсказуемые последствия. Тут несколько вариантов: либо созданная черная дыра будет мгновенно заполняться существующим везде магнитным полем и исчезать, или же если она будет меньше атома и стабильна, то пройдет насквозь физических объектов и улетит в пространство. Либо она будет мгновенно поглощать это магнитное поле и материю, которая состоит из этого магнитного поля, пока не компенсируются силы притяжения черной дыры и центробежная сила вращения сущности вокруг нее, будь то свет, материя, или другие проявления этого общего магнитного поля.
Предполагаю, что созданная черная дыра может начать разрастаться, если ее размер будет больше атома или больше размера длины световой волны.
Чтобы вытеснить магнитное поле из какой-либо точки пространства, нужна огромная энергия, что реализуется при взрыве звезды.
Литература
1. Википедия. Квантовая физика [Электронный ресурс] URL: http://ru.wikipedia.org/w ^Квантова^физика (дата обращения: 08.01.2016).
2. Википедия, Черная дыра [Электронный ресурс]: URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ Черная_дыра (дата обращения: 31.01.2016).
Определение параметров и размерностей массы покоя и элементарного электрического заряда Бондаренко Е. А.
Бондаренко Евгений Алексеевич /Бо^агепко Evgeny Л1екзееУ1ек - инженер, Служба пути Санкт-Петербургского метрополитена, г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассмотрен вопрос взаимосвязи объема и поверхности со свойствами частицы и электромагнитной волны. Проведен анализ размерности коэффициентов пропорциональности законов Кулона и Ньютона. Ключевые слова: масса покоя частицы, элементарный электрический заряд частицы, волновые свойства частицы, поверхность и объем.
С момента открытия первой элементарной частицы - электрона, прошло уже более века. Что же представляет собой масса покоя частицы? Вопросов, к сожалению, меньше не стало. По-прежнему неясно, что представляет собой элементарный электрический заряд, как он возникает и почему его величина неизменна у многих элементарных частиц, имеющих электрический заряд. Я не стану углубляться в исторический экскурс по данному вопросу - замечу лишь, что окончательный ответ на поставленные выше вопросы может дать только проведение эвристического анализа размерностей некоторых физических величин. Выбор этих величин обусловлен наличием у электрона свойств волны и свойств частицы.
Допустим, что в наши руки попал достаточно острый скальпель, которым можно разделить электрон хотя бы на пару частей. Что же мы увидим, разделив его, так сказать, на составные части? Ответить на этот вопрос не сложно, гораздо сложнее понять то, что мы увидим. Мы не увидим ничего нового, ничего интересного и в наших руках будет «ничего». И вот из этого «ничего» нам предстоит собрать электрон. Да, действительно, разделив электрон на составные части, мы не увидим никакого остова, никакого каркаса внутри электрона и в наших руках не окажется даже «электронной скорлупки». Но так ли это плохо и так ли это страшно, что составные части электрона ускользают от нашего взгляда и просачиваются сквозь пальцы наших рук, исчезая бесследно, словно капля воды в пустыне Сахара? Думаю, что ничего страшного в этом нет. Вспомним, что электрон с одной стороны представляет собой волну, а с другой - частицу. Вглядимся внимательнее в его «портрет» - в то пятнышко с расплывчатыми краями, которое называется нами «электрон». Прежде всего, бросается в глаза, что он имеет объем и некоторую поверхность, которая его ограничивает, причем и объем и поверхность постоянно меняются. Вот то, что исчезает, когда мы пытаемся разделить электрон на составные части. Стало быть, речь необходимо вести о поверхности и об объеме, в котором протекает какой-то процесс - взаимодействие между составными частями электрона, которому электрон обязан своим существованием. Следует так же сказать несколько слов о свойствах электрона: поскольку электрон представляет собой волну, то для него основными являются характеристики волны - амплитуда колебаний, частота (длина волны) колебаний, импульс движения волны, силы, действующие в волновой системе, а также энергия волны. С другой стороны, электрон является частицей - и его основными свойствами служат масса покоя, элементарный электрический заряд, силы, действующие в системе и полная энергия системы. Поэтому задача усложняется - необходимо выявить взаимосвязь между свойствами волны и свойствами частицы, а так же установить их связь с объемом и поверхностью.
Итак, перед нами элементарный электрический заряд - ц, который является неотъемлемым свойством частицы и ее масса покоя - т0. Будем считать, что эти два параметра связаны функциональной зависимостью: масса покоя частицы является функцией элементарного электрического заряда и наоборот. Величина элементарного электрического заряда ц неизменна - константа. Осталось выбрать такую же неизменную величину, которая характеризует волновые свойства электрона. Такая величина у нас есть и носит она название «скорость света» или скорость распространения электромагнитного поля - с. Скорость света также является константой. Есть, пожалуй, еще одна константа, без которой нам не обойтись -постоянная Планка, - к, т. к. она определяет энергетическую характеристику распространения электромагнитных колебаний. Таким образом, перед нами три константы, - ц, с, к. Из математики нам известно, что одному и тому же аргументу с разными знаками может соответствовать одно и то же значение функции. Поэтому вместо того, чтобы говорить об элементарном электрическом заряде того или иного знака, предлагаю возвести ц в квадрат - ц2. Теперь, необходимо каким-то образом перейти к соотношению между выбранными нами тремя физическими величинами. Не стану утомлять Вас долгими объяснениями и сразу приведу это соотношение:
8
2с ■ д2 к
-В
■■ж
55
56 ^
-2л/Ю00
(1)
В левой части выражения (1) находятся физические величины, имеющие соответствующие им физические размерности, а в правой части - число, не имеющее размерности. Поэтому предположим, что размерность [д2] равна соотношению
к'
размерностей двух других физических величин -
или
[д2 ]=
.2
кг - м
_С_
м
с
=[кг■м].
(2)
При размерности [д2] = [кг ■ м] выражение (1) становится уравнением, в котором
и слева и справа - число. Обозначим левую часть выражения (1) буквой А, а правую -буквой В. Тогда имеем,
При
А = 2СИ- и * = к
к = 6.6262 -10-34 [Дж ■ с] или
[^ ] 8 " 55 ]
--ж 2 _ 56-л/ё ]
2 V1000
кг ■ м2
ц = ±1.602176487 -10-19 [К]* или [кг ■ м] с = 2.99792458-10
м с
А =
2.с.д2 2-2.99 792 4 5 8-108 -[1.602176487-10-19]2
к
1.5391161893-10" 6.6262 -10-34
6.6262 -10"
= 23227.735193=2.3227735-104
В =
8 " 55 "
2 _ 56--ё ]
= [3.512407366]8 -
55
56 --ё.
-2 ->/1000 =
1
= 23165.358925954 - [0,5956997551]4 + 2 - 31.6227766017=23227.725949=2.3227726-104
Из расчета видно, что числовое значение А примерно равно числовому значению В.
А = В
С учетом погрешности измерения физических величин в уравнении (1), вместо знака равенства можно поставить знак тождества.
8
2с • q2 к
■•ж
56 ^
-2л/Ю00
(3)
Исходя из сделанного выше предположения, размерность элементарного электрического заряда электрона соответствует размерности момента вращения. Поэтому примем сделанное выше допущение и продолжим анализ размерностей интересующих нас физических величин. Вспомним, что работа сил статического электрического поля равна произведению разности потенциалов на величину заряда, -элементарного электрического заряда [1]. Запишем это в виде формулы -
А = Лф • q (4) где, Аф - разность потенциалов, д- элементарный электрический заряд. Возведем в квадрат уравнение (4):
А2 = ( Лф^ q )2 (5) и продолжим анализ размерностей. Итак, известно, что работа измеряется в [ Дж ] или
[1 Дж] =
2
кг • м
л
С учетом полученной размерности квадрата электрического заряда [кгм] получим,
что
К ]
л2
или
[В ]:
кг • м
2
[кг2 • м4 ] [кг • м3 ] [кг • м] [м2 ]
х ■
[ кг • м] [с4 • кг • м] [с4 ] [с2 ] [с2 ]
" В2" кг • м ч/ [ 1 "
[ м2" [ с2 _ х [ ^ _
[V]
или
:[У ]
Перепишем полученное выражение в следующем виде -
Е2
V
2
(6)
Или, учитывая размерность физических величин входящих в это выражение, имеем -
В • с
м
2
Лф с
2
Умножим и разделим правую часть полученного выражения на единицу массы -1 кг:
[то ^Ф2 ] [т0 •с' ]
2
Далее, умножим и разделим полученную размерность на [д2 ] . Получим -
[т 0 ]х[Дф2
\т0 • с2];
=[»! ]
2 ]
Перепишем полученное выражение следующим образом -
[д2 ] ^ г ,п „ ,2
[ т0 ]
[то • с2 ] = [Дф q]2 (8) Вернемся к размерности, полученной для разности потенциалов - [ Дф2 ].
к ]=
кг • м
Умножим и разделим правую часть этого выражения на 1м и на 1 кг. Получим, -
1 1
х[М;] х[м> ]х[м']
[ в 2 ]
[кг • м3 ] [ кг ]
[—1 х _ _ х
с4 ] [ кг ]
" м6' кг • м2
[ м6' _ с2 _
[ кг ]
В_ м
Е '
кг • м
[ м3 ]
гЦ х[м ]:
[кг] [ ]
= [Еу]2 хР- ^
[то ]
[ то Ь^2 х[у ].
[ Е ]
Запишем полученный результат относительно массы покоя частицы еще раз -
[ то Ь^2 х[У ],
[ Е ]
(9)
где [т0 ] - масса покоя частицы, [Ек ] = р • с2 - энергия единицы объема,
Е
- вектор электрической напряженности поля, [У ] - объем частицы.
Полученное выражение (9) связывает параметры частицы и волны с объемом системы. Поэтому физический смысл массы покоя частицы состоит в том, что масса покоя частицы прямо пропорциональна произведению объема системы и квадрату соотношения энергии единицы объема к величине действующего в системе вектора электрической напряженности поля.
Далее, совсем не трудно перейти к соотношению, связывающему квадрат элементарного электрического заряда с поверхностью, энергией единицы объема и
2
2
2
вектором электрической напряженности поля - для этого обратимся к уравнению (5) и проанализируем размерности физических величин:
А2 =(Др- д )2
кг • м
л
= [В]2 х[кг • м]
Перепишем это соотношение относительно размерности [д2] = [кг • м] - получим:
[ кг • м] =
2
кг • м
2
[ ЯГ
умножим и разделим правую часть этого выражения на 1м и запишем результат следующим образом:
[кг • м] =
2 кг • м 2 2 кг • м
с2 м6 2 3 с • м
[ в ]2 х " м6" [ В ]2
х[ м2 ]х[ м4 ] =
2
кг • м
2 3
с •м
В_
м
-х[ м4 ]
или
[д2 ]<
^V
Е
:[5 ■ ].
(10)
Полученное выражение можно переписать относительно элементарного электрического заряда следующим образом:
~ЕГ/
[д ]=±
Е
[ * ]
(11)
Из полученного соотношения видно, что величина элементарного электрического заряда зависит от тех же параметров, что и масса покоя частицы - только вместо объема появилась поверхность и «знак» величины.
Итак, подведем итоги, - нам удалось связать объем и поверхность с параметрами частицы, а так же с амплитудой вектора электрической напряженности поля. По сути дела - понятия «масса покоя» и «элементарный электрический заряд» перестали быть загадкой и наполнились конкретным содержанием. Следует также отметить, что у нас появилась возможность говорить о конкретных параметрах системы, в которой происходит взаимодействие между фотонами. Поэтому можно считать, что с первой частью поставленной задачи удалось справиться успешно, т.е. установлена связь между свойствами частицы, ее объемом и поверхностью. Остается выявить связь параметров волны со свойствами частицы. Для установки и выявления этой связи перепишем выражение (1) в несколько ином виде:
г- "А
4
2с • д Н
45
■•ж
55
56 •л/ё
д ^у =
Н
2 • Л
[>/5 ] 8 " 55 "
--ж 2 _ 56 _
2^1000
-2>/1000
(12)
2
2
2
2
2
2
В левой части этого выражения произведение д • V имеет размерность импульса движения - представляет собой импульс движения частицы -
кг • м
[ д •V]
ъ
в правой части - соотношение - имеет ту же размерность и является импульсом
2Я
движения волны. Умножим обе части этого выражения на одну и ту же величину - на частоту волны. Получим -
2 2 д •V =
Ъ •V
2Л '
\Г5
■•ж
55
2 2 Ъ • С
д •V =—тх
2Л2
•ж
56 •>/е ] 55
2^1000
или
56 •л/ё
2>/1000
(13)
И левая и правая части этого выражения имеют размерность физической величины
кг • м
. Не составит особого труда установить и другие связи между
- «сила» или
параметрами волны и частицы, которые необходимы для описания системы, названной «элементарная частица». Поэтому с этой частью задачи затруднений не возникает.
Сделанное выше допущение о размерности квадрата элементарного электрического заряда элементарной частицы может быть принято. Далее, попробуем записать закон электростатического взаимодействия зарядов Кулона [1] с учетом размерности квадрата элементарного электрического заряда и уточним размерность коэффициента пропорциональности. Итак, имеем -
„ д2
'0
д 0 Я
В системе СИ размерность силы выражается в ньютонах или
N =
кг • м
,2
Поэтому не трудно видеть, что размерность коэффициента е0 =
2 | |—
N ="
м
т.е.
2 г- -| Г- -1
м V кг • м кг • м
2 X 2 2
с _ м _ _ с _
Перепишем правую часть уравнения закона Кулона с учетом содержания квадрата элементарного электрического заряда из уравнения (12): получим -
107
4ж- с
Ш;
[ 2
51
Я2
107
4ж- с4
- X 5
Я
р^С
Перепишем полученное выражение следующим образом:
- X 5
Я
2
'Р' С Х "„2
где Е - = т Х
Е = т0 • С2, рсг — энергия единицы объема,
коэффициент пропорциональности
Е„
Е„
■ размерности не имеет.
8 - поверхность взаимодействия, Я - расстояние между центрами поверхностей зарядов.
Попробуем теперь выяснить физический смысл другой физической константы -гравитационной постоянной - [О] в законе гравитационного взаимодействия масс Ньютона.
Размерность гравитационной постоянной в известном законе И. Ньютона соответствует следующему соотношению [1]:
[С ] =
м
„2
кг • с
Сейчас нам предстоит выяснить то, что стоит за столь экзотической размерностью.
Поступим следующим образом: умножим гравитационную постоянную [О] на
квадрат соотношения двух других констант - постоянной Планка к скорости света и проведем анализ размерности полученного произведения. Получим:
[О ]Х
[ и' 2 3 м
_ с _ кг • с2
кг • м
_с_
м
с
2
м
2
кг • с
: [кг • м]2 =
5 2
кг • м кг • м
2 2
с с
кг • м
2
^ х[ м3 ]2 =[ Еу ]Х[К ]2 [м ] [
:[ м3 ] =
или
[О] = [Е]х[У]2 х [О ] = [рс2 ]х[г2 ]
с ¥
с
(15)
С учётом полученного выражения для гравитационной постоянной перепишем закон всемирного тяготения Ньютона следующим образом:
- [е]
2
2
2
2
ъ2
2 тг2 то
:р^с XV X—^
^ =
2 с • д2 Ъ
4д
Я2
1 2 тг2 т0
р• С XV X—V^
Я
■•ж
55
56 •Тё
2>/1000
=4
2 V2
р С X —:
Я2
т
1 т^ 2 2 1 V
= — Л„ хр• С X-X—
4 0
50 Я
1 52
1 Т^ 2 2 °0
= - X р • С .
4 0 Я2
(16)
где 5 =
Ч
- поверхность взаимодействия при [V2 ] = [ 5 ] , ^ - расстояние
между центрами поверхностей, р • С — энергетический потенциал единицы объема.
Далее, запишем размерность постоянной Планка возведенной в квадрат следующим образом:
[ъ2 ]<
р' [ ъ ]
[ 5 ] =
кг • м
[ м2 ]
[ъ2 ]
[Ъ2IX[V2 ] =
Е-
52
Р5
Ъ•v 2 ---
_ V ] = _ Р5 .
[ ^ ]2 =
[рс2 ]2 = [рс2 ]
Р5
[5]3 х-L ^ [ ] [5]2
[V2 ]-
[V2IX [V2 ]:
XV ]-2 х[v]2 ^
Р5 ]2 X[V]2 ^ XV], (17)
5• р-с2 = р V или X = 5X р-с
2
(18)
2
2
2
2
где р5 - импульс движения единицы поверхности, у - частота излучения.
При выполнении соотношения $3 = V2 в полученном выражении удельная энергия единицы объема прямо пропорциональна произведению импульса движения единицы поверхности на частоту. Сила взаимодействия определяется как произведение удельной энергии единицы объема, на поверхность, которая его ограничивает.
Теперь можно подвести некоторые итоги:
Е
Масса покоя частицы: [ш0 ] = Элементарный электрический заряд: [д ] = +
[V ]
Е
(9)
[ $ ]
(11)
Закон Кулона:
$2 Я2
рС х— (14)
Закон Ньютона:
=4 к°2
: рс
.$2 Я2
(16)
Закон Планка
: [рс2 ]:
[у]
(17)
Следует обратить внимание, что сила электростатического взаимодействия зарядов и сила гравитационного взаимодействия масс определяются одними и теми же параметрами - удельной энергией единицы объема, и квадратом соотношения площадей поверхности к расстоянию между их центрами. Коэффициенты пропорциональности, связывающие эти параметры с силой взаимодействия, размерности не имеют и различны по величине для гравитационного и электростатического взаимодействия. По сути дела - гравитационное и электромагнитное взаимодействие - одно и то же. Масса покоя и элементарный электрический заряд определяются также, прежде всего, соотношением удельной энергии единицы объема и вектором напряженности электростатического поля, а так же объемом и поверхностью. Из последнего соотношения видно, что удельная энергия единицы объема прямо пропорциональна произведению импульса движения единицы поверхности и частоте излучения.
Далее, не менее важным служит тот факт, что элементарные частицы являются частицами электромагнитного поля и поэтому имеют как электрические, так и магнитные свойства, даже нейтральные частицы.
В заключение хотелось бы отметить, что не стоит придумывать что-то новое и супер оригинальное, надо просто помнить, что основные законы физики - закон сохранения массы, закон сохранения импульса движения, закон сохранения энергии и т.д., - никто не отменял. Настало время забыть о «кварках» и перейти к описанию взаимодействия между фотонами. Переход одного вида энергии в другой -естественный процесс электромагнитного поля.
02.11.2014г. Санкт-Петербург
Литература
1. Физический энциклопедический словарь М.: Сов. Энциклопедия, 1983 г. 928 с.
2
2
