№11 [104]
00`00``01.11.2011 [Σ=1]
ЖУРНАЛ, ПОСВЯЩЕННЫЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКЕ - «ОРГАНИЗМИКА»
Organizmica.org/.com/.net/.ru
НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА ОРГАНИЗМИКА

Физика

Разделы Организмики

Опыт симметричной модели пространства лептонов на метрике mJe

В.В. Дикусар, А.А. Тюняев, Вычислительный центр им. А.А. Дородницына РАН (Москва), Обнинск, 24 октября 2011 г.

Подписка на журнал «Organizmica» в каталогах:
«Роспечать» - 82846; «Пресса России» - 39245

В работе рассмотрена физическая симметричная система координат. Описана модель «Периодическая система элементарных частиц». Дан обзор общих характеристик элементарных частиц Периодической системы, в частности характеристики квантов заряда. В выводах показано, что Периодическая система элементарных частиц является моделью, которая позволяет описывать как известные на сегодня элементарные частицы, так и прогнозировать открытие новых элементарных частиц с заранее известными физическими параметрами.

1. Физическая симметричная система координат mJe

Для того чтобы представить совокупность лептонов как уникальное топологическое пространство и рассмотреть в нём физические построения, необходимо выработать метрику этого пространства – такие пространственными характеристиками, совокупностью которых это пространство описывается полностью.

Такими характеристикам академик Л.Б. Окунь предлагает считать «три величины ћ, e, me, которые позволяют получить размерности всех физических величин. Кроме электромагнитного есть ещё, по крайней мере, два калибровочных взаимодействия: слабое и сильное, характеризующихся зарядами gw и gs, имеющими ту же размерность, что и е. Константа ћ является квантом углового момента и, что не менее важно, фундаментальной квантовой единицей действия. Что же касается третьей фундаментальной константы, то среди специалистов постепенно сложилось мнение (консенсус), что… «самая популярная называется массой Планка и обозначается mp» [4].

Иными словами для описания пространства лептонов предложена метрика ћeme, которую мы со своей стороны уточним. Вместо постоянной Планка будем использовать спин J – собственный момент количества движения элементарных частиц. Он присутствует в описании всех элементарных частиц и измеряется в единицах ћ. То есть сформированная нами метрика примет вид – mJe и является основой физической системой координат, осями которой являются три вектора – m; J; e. Они расположены, направлены и функционируют особым образом. Первый орт – орт массы m. В данной системе координат масса является векторной величиной. Второй орт – орт спина J (напомним, спином или моментом количества движения обладают также электромагнитное, гравитационное и другие физические поля). Третий орт – орт электрического заряда e. Электрический заряд в данной системе так же, как масса, является векторной величиной.

Из характеристики указанных ортов видно, что указанная система координат «работает» следующим образом. Орт массы m перпендикулярен орту электрического заряда e. Оба вектора приложены к рассматриваемой материальной точке. Третий орт J сформирован вращением указанной материальной точки, но приложен не к ней, а к центру, вокруг которого вращается эта материальная точка. Орт J направлен перпендикулярно двум первым ортам. Вектор J закручивает материальную точку, к которой приложена пара векторов m и e, в результате этого вектор массы m совпадает с радиусом вращения материальной точки, то есть в каждый момент времени вектор массы направлен по радиусу к центру вращения. А вектор электрического заряда e направлен в сторону вращения по касательной. Последовательность смены положений вектора e представляет собой саму окружность.

Таким образом, из этой физической системы координат мы видим, что масса всегда направлена к центру вращения. А поскольку масса определяет силу тяготения, то и эта сила направлена к центру вращения. В этой связи необходимо чётко понимать, что ось массы – это не есть неподвижная ось; это всё множество радиусов, направленных от периферии окружности к её центру. Поэтому точки, расположенные на одинаковом удалении от центра, находятся на оси массы в одной её точке и, в связи с этим, имеют одинаковые значения, и связанные с ними силы тяготения также одинаковы, а их векторы сонаправлены – направлены в одну и ту же точку центра вращения. В свою очередь, ось электрического заряда e является периметром окружности с направлением, вдоль которого располагаются заряды.

Применяя систему координат mJe к элементарным частицам, получаем следующую картину. Изначально в некоторой точке A пространства xyz располагается квант этого пространства, названный нами, «резон». Его параметры в системе mJe имеют нулевые значения – ρ0(0;0;0). При рождении пары из нулевого резона одновременно происходят несколько событий, связанных понятием конденсированной среды. Резон разделяется на два потока частиц. Первый поток связан с «положительной» областью элементарных частиц. В этой области значения всех трёх векторов m, J, e имеют положительные значения. Второй поток, соответственно, связан с «отрицательной» областью элементарных частиц и отрицательными значениями тех же трёх векторов.

Из всего множества значений, присущих возможным элементарным частицам, формируются две названные области специфической системы координат. Каждая из областей по форме является половинкой сферы. Обе половинки соприкасаются точкой «ноль», которая соответствует резону с нулевыми параметрами mJe. Радиус верхней полусферы, направленный из резона вертикально вверх, – это ось спина с положительными значениями, а радиус нижней полусферы, направленный из того же резона вертикально вниз, – это ось спина с отрицательными значениями.

Ось массы представлена двумя параллельными вариантами. Один вариант состоит из радиусов, направленных от максимального периметра к «положительному» участку ρ0J+ оси Jρ0J+. Второй вариант – к «отрицательному» участку Jρ0 той же оси Jρ0J+. Ось электрического заряда представлена также двумя вариантами. Первый вариант состоит из кольцевых сечений «положительной» полусферы, направленных под прямым углом к оси ρ0J+. Второй вариант симметричен и состоит из аналогичных сечений, перпендикулярных «отрицательному» участку оси Jρ0.

Таким образом, вся предлагаемая система координат представляет собой систему координат m и e, которые представлены двумя симметричными вариантами, вращающимися вокруг соответствующего симметричного участка Jρ0J+. Вся система координат уравновешена законами сохранения. Из неё видно, что масса имеет всегда только положительные значения. Электрический заряд представляет собой вращение: «положительный» – направленное в одну сторону, и «отрицательное» – направленное в противоположную. Используем предложенную систему координат для описания построенной нами модели «Периодическая система элементарных частиц».

2. Описание модели «Периодическая система элементарных частиц»

В указанной метрике mJe для объяснения устройства и свойств мира лептонов предложена модель под названием «Периодическая система элементарных частиц» [6] (см. рис. 1). В ней каждая элементарная частица характеризуется выбранными выше тремя параметрами [4]: масса m, момент количества движения J, электрический заряд e. Каждый из параметров может быть включен в состав конкретной элементарной частицы только один раз. При этом единичной массой является масса электрона (1 = me), единичным зарядом – заряд электрона (1 = e), а единичным моментом количества движения – спин, равный ½ (1 = ½).


Рис. 1. Периодическая система элементарных частиц.

Все входящие в Периодическую систему ЭЧ стабильны, то есть имеют практически бесконечные времена жизни, а с учётом сказанного формула элементарной частицы выглядит так (1):

γ±(0;±1;0),  (1)

где:

γ± – буквой обозначена сама элементарная частица, знаком «–», или «0», или «+» справа вверху от буквы обозначается знак определяющего частицу «заряда»; в данном случае для фотона γ определяющим является знак спина – «плюс» (фотон) или «минус» (антифотон);

(0;±1;0) – однострочная матрица значений mJe, состоящая из трёх кластеров, соответствующих параметрам m, J, e данной элементарной частицы;

3. Обзор общих характеристик ЭЧ Периодической системы ЭЧ

Периодическая система элементарных частиц содержит четыре периода – от нулевого до третьего (см. рис. 1). В нулевом периоде располагается всего одна элементарная частица – резон ρ0(0;0;0), отождествлённая нами с квантом физического вакуума [3]. Резон участвует в таких реакциях как рождение пар и аннигиляция. Проявляется в эффекте Казимира. С его посредством в физическом вакууме распространяется электромагнитное поле.

Первый период Периодической системы ЭЧ составляют кванты зарядов: гравитон – φ±(±1;0;0), фотон – γ±(0;±1;0) и электрический заряд – η±(0;0;±1). Здесь знак «±» обозначает две возможные поляризации ЭЧ по соответствующему признаку, обозначенному в формуле ЭЧ символом «1».

Все три кванта зарядов пока в разной степени являются и установленными, и гипотетическими частицами. Гравитон был объявлен существующим уже более 70-ти лет тому назад [2], но до сих пор экспериментально надёжно не установлен. С фотоном существуют свои путаницы (наличие массы, участие в электромагнитном взаимодействии и т.д.). Электрический заряд до сего дня так и не получил никакого объяснения, хотя и измерен достаточно точно.

То есть на сегодня точно не установлен ни один из параметров, поименованных в каждом кванте зарядов символом «1». Может быть, несколько лучше обстоит ситуация с фотоном. Его главный и единственный параметр классификации – спин – определён. Он равен 1. Ещё раз напомним, что в Периодическую систему элементарных частиц фотон вошёл с условным значением спина, равным 1. Но в работе «Тюняев А.А., Периодическая система ЭЧ…» специально оговорено, что в данном случае «1» – это всего лишь показатель включения параметра, а не его численное значение. С другой стороны, во втором периоде Периодической системы элементарных частиц все представленные кванты полей, у которых во втором кластере стоит символ присутствия спина – «1», на самом деле имеют спины, равные ½. В третьем периоде все элементарные частицы являются квантами токов и все они имеют спин, поименованный как «1», и численно равный ½. Эта ситуация, естественно, требует объяснения.

Спин измеряется в единицах постоянной Планка ћ и равен Jћ, где J – характерное для каждого сорта частиц целое (в т.ч. нулевое) или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом или просто – спин. Известно, что ћ – квант действия [5], поэтому и спин отражает квантованность действия, связанного с конкретной частицей.

Электрический заряд (квант – η±(0;0;±1)) любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1,602176487(40)×10-19 Кл. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные ЭЧ. Наименьшей по массе покоя устойчивой частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса покоя равна 9,11×10-31 кг).

4. Характеристики квантов зарядов

Величина спина элементарных частиц определяет трансформационные свойства полей, описывающих эти частицы. При преобразованиях Лоренца поле, соответствующее частице со спином 0, преобразуется как скаляр (или псевдоскаляр); поле, описывающее частицу со спином ½, – как спинор, со спином 1 – как вектор (или псевдовектор), со спином 2 – как тензор и т.д. То есть квант электрического заряда – η±(0;0;±1) – скалярная величина. Причём значение этой величины не изменяется при переходе от одной системы координат к другой, то есть для скаляра система координат не важна. Или скажем так: для изучения скаляра нет необходимости вводить систему координат.

Элементарные частицы семейства электрона e±(±1;±1;±1) и семейства нейтрино ν±(±1;±1;0) со спинами ½ являются спинорами – то есть могут быть определены лишь с точностью до знака.

Фотон γ±(0;±1;0) со спином 1 является вектором, то есть характеризуется численным значением и направленностью. Описываются тремя числами (компонентами вектора), причём при переходе от одной системы координат к другой компоненты вектора преобразуются по определённому закону.

Гравитон – φ±(±1;0;0), имеющий спин 2, является тензором – величиной, описываемой в каждой системе координат несколькими числами (компонентами тензора), причём закон преобразования этих чисел при переходе от одной системы координат к другой более сложен, чем для векторов. При введении координатной системы, помимо чисел, описывающих сам объект или физическое явление, появляются числа, описывающие его связь с выбранной системой координат, то есть связь система xyz с системой mJe. Это и отражается «±1» в первом кластере.

5. Последовательность шагов обобщений

Начиная конструировать реальность на основании полученных нами данных о мире элементарных частиц, прежде всего, обратимся к кванту физического вакуума1 – резону ρ0(0;0;0) и к математической модели вещественных чисел, которая является базой для аналитических методов исследования. Одна из аксиом этой модели говорит, что существует всего один ноль – 0. Другая аксиома утверждает существование единицы – 1. Из элементарных частиц Периодической системы этой единице соответствует ЭЧ с нулевым спином, то есть скаляр – положительный электрический заряд η+(0;0;+1).

Следующая аксиома устанавливает существование противоположного элемента, в нашем случае элемента, противоположного положительному электрическому заряду, то есть – отрицательный электрический заряд η(0;0;–1). Ещё одна аксиома устанавливает нетривиальность поля, то есть 1 ≠ 0 ≠ –1. Таким образом, после первого акта построений у нас получилось поле из трёх элементов – одного резона и двух разноимённых электрических зарядов, которое соответствует определению: множеством вещественных чисел называется непрерывное упорядоченное поле.

Мы описали появление элементарных частиц в вакууме. В нашем примере мы из вакуума получили пару разделённых электрических зарядов, для которых последуют дальнейшие преобразования. И в общем проявление этого эффекта известно: «образование хиггсовского конденсата в вакууме приводит к нарушению электрослабой симметрии». Хотя, заметим, что, по мнению ряда исследователей, для своей интерпретации этот эффект требует введения бозонов Хиггса.

Из трёх точек, составляющих кольцо, – η(0;0;–1), ρ0(0;0;0), η+(0;0;+1) – можем сформировать векторную (полярную) систему координат, в которой есть два луча r1, 2 = [0;|±1|) и угол направления φ (известны три его случая – 0°, 180°, 360°).

Эти два луча – r1 и r2 – соответствуют двум разнонаправленным единичным векторам и являются воплощением двух квантов движения [5] – γ+(0;+1;0) и γ(0;–1;0), поскольку только фотоны из всех элементарных частиц имеют векторное представление (спин равен 1). «Если виртуальный фотон уносит 4-импульс q, то 4-импульс заряженной частицы до испускания фотона pi и после испускания pf удовлетворяют условию pi – pf = q. Входящий в выражение для сохраняющегося тока 4-вектор p равен p = pi + pf, а E2 = EiEf. Поскольку pi2 = pf2 = m2, то qp = 0» [5].

Таким образом, фотон представляет собой не что иное, как вектор амплитудного [5] перемещения при рождении из нуля пары [5] противоположных электрических зарядов (рождение пары) и последующей их аннигиляцией [5] в ноль – 0. Перемещающиеся электрические заряды, в свою очередь, порождают электромагнитное поле [4].

Описанный нами механизм рождения пары и аннигиляции в вакууме лежит в основе известного эффекта Казимира, который объясняется так: «Согласно квантовой теории поля, физический вакуум представляет собой не абсолютную пустоту. В нём постоянно рождаются и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц – происходят постоянные колебания (флуктуации) связанных с этими частицами полей. В частности, происходят колебания связанного с фотонами электромагнитного поля. В вакууме рождаются и исчезают виртуальные фотоны, соответствующие всем длинам волн электромагнитного спектра»2.

Из сказанного, в частности, видно, что фотоны – кванты движения – рождаются всегда парами. Поэтому фотон не может иметь координатное собственное состояние и, таким образом, обычный принцип неопределённости Гейзенберга в виде ΔxΔp ~ h к нему неприменим [1]. Принцип неопределённости для фотонов запрещает одновременное точное измерение числа n фотонов в электромагнитной волне и фазы φ этой волны: ΔnΔφ > 1.

Обратим внимание на то, что изначально рождается всё-таки пара разноимённых электрических зарядов, и эту пару всегда можно связать своей, частной, полярной системой координат, в которой рождающаяся или аннигилирующая пара разноимённых электрических зарядов движется. И в результате этого предстаёт в опыте уже как четвёрка новых элементарных частиц, у которых заполнены по два кластера: U-магнитон δ(0;+1;–1); S-магнитон δ+(0;+1;+1) ; чёрный U-магнитон bδ(0;–1;–1), чёрный S-магнитон bδ+(0;–1;+1).

Каждая образованная элементарная частица этой группы несёт часть спина фотона и антифотона (±1 во втором кластере), а также сформированный из-за удаления от нулевого центра электрический заряд (±1 в первом кластере, отсчёт справа). Две попарные комбинации магнитонов показывают следующее. Одна – нарождение двух электрически противоположно заряженных элементарных частиц, удаляющихся от нулевого центра – резона. Это следствие рождения пары. Другая – деградация (уничтожение) двух электрически противоположно заряженных элементарных частиц, двигающихся в сторону нулевого центра. Это событие, предваряющее аннигиляцию этой пары.

6. Выводы

На трёх физических величинах m, J, e построена физическая система координат. Эта физическая систем подтверждается всеми физическими явлениями. Она позволяет описать все известные на сегодня элементарные частицы (лептоны).

Созданная «Периодическая система элементарных частиц» является моделью, которая позволяет описывать как известные на сегодня элементарные частицы, так и прогнозировать открытие новых элементарных частиц с заранее известными физическими параметрами.

Литература:

  1. Берестецкий Е.М., Теоретическая физика. IV. Квантовая электродинамика (ФИЗМАТЛИТ. 2002. §5. C. 29).
  2. Горелик Г.Е., Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию нерешенной проблемы. УФН. 175 (2005). Вып. 6.
  3. Дикусар В.В., Тюняев А.А. Резон – квант пространства: свойства, особенности, качества // Динамика неоднородных систем / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.С. Попкова // Труды Института системного анализа РАН. 2010. № 50 (1). С. 72 – 79.
  4. Окунь Л.Б., Фундаментальные константы физики. УФН 161 (1991) 177 – 194].
  5. Окунь Л.Б., Теория относительности и теорема Пифагора. УФН. 178 (2008). С. 653 – 663.
  6. Тюняев А.А., Периодическая система элементарных частиц // Организмика – фундаментальная основа всех наук. Том III: Физика / Под редакцией д. ф.-м. н., проф., академика РАЕН О. А. Хачатуряна. – М.: Спутник+, 2009.

1 Он же – единичный квант пространства xyz и нулевой квант пространства mJe.

2 Это широко известное объяснение эффекта, но в нём есть неточности, которые ниже мы уточним.


Ссылки по теме: