Текст книги "Мир вокруг нас"

Автор книги: Этэрнус

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 22 страниц)

Структура вакуума

Если взять обычные, Земные кристаллы – то мы увидим, что они отличаются большим разнообразием форм, что обусловлено разнообразием их возможной внутренней структуры, т. е. форм кристаллической решётки (= типов её симметрии). Элементы кристаллической решётки (атомы, и т. п.) т. о. располагаются, в разных кристаллах – по-разному, и возможно большое число вариантов их расположения, а значит, множество типов кристаллических решёток.

Подобное – применимо и к кристаллической среде вакуума. Но как узнать, какую конкретную структуру имеет кристаллическая решётка из частиц среды вакуума?

Наиболее вероятно, что это будет самая простая из возможных структур (решёток), т. к. таковая, сама по себе – является наиболее вероятной, из-за своей простоты. Положим, что эпицентры частиц среды вакуума – равновелики и обладают простейшей (= сферической) формой, причём расположены самым простым образом, по отношению друг к другу, т. е. максимально плотно упакованы, т. о. и получим строение самого простого варианта кристаллической решётки. Если провести через такую решётку плоскость, то каждая вакуумная частица – будет окружена шестью другими вакуумными частицами, как показано на рис. 1.

Рис. 1

В объёме же, каждую вакуумную частицу – будет окружать т. о. по 12 вакуумных частиц, см. рис. 2. Это – простейший вариант кристаллической решётки вообще.

Рис. 2

Именно такое, простейшее внутреннее строение кристаллического вакуума, и оказывается действительно имеющим место, или по крайней мере, оно может объяснить множество частных свойств элементарных частиц (о чём – чуть позже).

Исследуем, подробнее, геометрические свойства этой внутренней структуры вакуума = простейшей кристаллической решётки: Т. к. каждая частица среды вакуума, в этой структуре – окружена 12-ю другими частицами этой среды, в такой, элементарной ячейке кристаллической решётки вакуума – можно провести ровно четыре одинаковых плоскости, в которых, вакуумную частицу будет окружать по 6 соседних вакуумных частиц, см. рис. 3. Это – четыре плоскости симметрии кристаллического вакуума (их роль станет ясной – немного позже).

Рис. 3

Итак, возьмём нашу элементарную ячейку структуры вакуума, т. е. вакуумную частицу, окружённую 12-ю другими, и выбьем из центра вакуумную частицу. Получим т. о. дислокацию в среде вакуума (вернее, её центральную часть), которая ложится далее в основу элементарных частиц. Дислокация эта – представляет собой смещение всех вакуумных частиц в сторону образовавшейся дырки, распространяющееся на безграничное расстояние вокруг, в кристаллической среде вакуума. (Не является совпадением, что поля – тоже безграничны по протяжённости). Чем ближе к центру дислокации – тем больше смещение вакуумных частиц, = искривление пространства, образованного ими, и тем выше напряжённость образуемого поля. Однако в рассмотренном случае, поле – всего одно. У частиц же в нашем Мироздании – известно, по крайней мере, шесть видов полей (заметим, что в других мирозданиях – могут быть совсем иные виды полей, и в другом числе). Итак, рассмотрим происхождение различных видов полей, имеющихся в нашем Мире (а также углубим представления о полях вообще):

На пути к этому, нам придётся разобрать ещё некоторые нюансы (свойства) кристаллической структуры вакуума, в конечном итоге, оказывающиеся важными, и определяющими свойства элементарных частиц и полей:

Порядок и хаос в вакууме

Несмотря на кристаллическое (= упорядоченное) устройство среды вакуума, покой частиц вакуума, относительно друг друга – не является абсолютным. Частицы среды вакуума, как и частицы (атомы, и т. п.) в Земных кристаллах – постоянно колеблются (около положений равновесия). В обычных кристаллах – это есть следствие температуры кристалла, которую создают движения, передающиеся эстафетно от одного атома (или молекулы, и т. п.) к другому атому. Такие движения – являются элементарными звуковыми волнами. Они хаотично и равномерно заполняют обычный кристалл, и движутся (распространяются) во всех направлениях, в количестве, пропорциональном температуре кристалла. Эти движения = элементарные частицы звука – были названы фононами, по аналогии с фотонами, однако на неклассическом этапе – считаются квазичастицами, т. е. не истинными частицами. (Человек не может услышать подобные движения (волны) как звук, т. к. они хаотичны и элементарны, но их можно ощутить, прикоснувшись к кристаллу – в виде температуры, или определить приборами, как т. н. тепловой шум (исключение составляют лишь т. н. нулевые колебания, – представляющие «виртуальные» фононы)).

Итак, кристалл – это не мёртвая, безжизненная пустыня порядка, а бурление хаоса движений, накладывающихся на строгий порядок кристаллической структуры, но не разрушающих её (до определённых пределов, естественно), но привносящих в неё «жизнь».

Аналогичное – применимо и к кристаллической среде вакуума: вакуум – как известно, содержит т. н. реликтовый фон (из реальных фотонов), и нулевые колебания. Последние можно представить, упрощённо – как следствие того, что вакуум заполнен элементарными движениями, передающимися от одной вакуумной частицы к другой, и присутствующими в определённой равномерной концентрации во всём вакууме (такое состояние обладает максимальной энтропией, т. е. хаотично). Эти, элементарные движения – определяют величину той энергии вакуума, которая в квантовой механике называется энергией нулевых колебаний вакуума, или «виртуальной» энергией. Эту энергию вакуум может одалживать на образование различных «виртуальных» частиц (в т. ч. квантов полей).

Итак, энергия вакуума – может быть простейшим образом квантована, и представлена в виде элементарных движений, которые есть, прежде всего, «виртуальные» фотоны (т. к. они не ограничены в своём существовании определённым временем, в отличие от других «виртуальных» частиц, о чём уже говорилось).

Рассмотрим роль этих, «виртуальных» фотонов, в происхождении электромагнитного поля:

Происхождение электрического и магнитного полей

Дислокация, представляющая собой искажение геометрии и разрежение / уплотнение пространства, образованного частицами среды вакуума – есть искривление пространства-времени вакуума. Все движения, происходящие вблизи от центра такой дислокации, естественно – искривляются. (Также искривляются, но в меньшей степени, и все движения вдали от центра, вплоть до неограниченных расстояний (т. к. дислокация простирается на безграничные расстояния)).

Теперь учтём, что кристаллический вакуум хаотично и равномерно заполнен элементарными движениями, т. е. как уже упоминалось, прежде всего, «виртуальными» фотонами. Под влиянием дислокаций в вакууме, эти движения (волны) – будут искривляться, естественно, тем сильнее – чем ближе к центру дислокации.

Вероятно, один из видов дислокаций (к примеру, дислокация-разрежение) – должен как бы притягивать движения (= искривлять их в свою сторону), а другой – наоборот, отталкивать (направление искривления, по отношению к тому или иному виду дислокации, зависит уже от частных свойств среды вакуума). Предположим, что движения искривляются (притягиваются) в сторону дислокации-разрежения, а дислокация-уплотнение – как бы отталкивает их (= искривляет в сторону от себя), см. рис. 4.

Рис. 4

Можно предположить, что отталкивая движения, дислокация-уплотнение – сама выталкивается движениями, т. е. «виртуальными» фотонами (а значит, и реальными фотонами, и близостью дислокаций, притягивающих движения). Такая дислокация – не будет положена в основу элементарных частиц. Итак, для того, чтобы быть основой известных элементарных частиц – у нас т. о. осталась дислокация лишь одного знака: дислокация-разрежение, искривляющая движения к себе.

Итак, рассмотрим, как в рамках этого подхода, возникает разнообразие полей, в частности, откуда берутся электрические заряды, и спины элементарных частиц:

Как уже говорилось ранее, структура кристаллической решётки вакуума, которая полагается простейшей из возможных = плотноупакованной, имеет четыре плоскости симметрии, а значит, четыре оси симметрии (перпендикуляры к этим плоскостям), которые можно провести через центр кристаллической ячейки вакуума, а значит, и через центр дислокации, лежащей в основе элементарной частицы.

Учтём, что вакуум заполнен «виртуальными» фотонами (элементарными движениями), и что эти движения – искривляются, под действием дислокации, в сторону дислокации. Нетрудно представить, что они могут искривляться настолько, что замыкаются. Получается, что «виртуальные» фотоны, заполняющие вакуум – движутся вокруг центра дислокации, образуя т. о. стоячие волны.

Но при этом, замкнутое движение – возможно только в одну сторону: либо по часовой стрелке, либо против. В результате, дислокации должны разделить между собой эти движения: Одни дислокации – возьмут движения, замкнутые по часовой стрелке, а другие – против часовой стрелки (в каждой из четырёх плоскостей).

Три из этих плоскостей (или осей) в элементарной частице – не без оснований, оказываются ответственны за существование заряда электрического поля, а четвёртая ось – за спин (или неотъемлемое магнитное поле частицы), см. рис. 5.

Рис. 5

Видно, что электрическое поле – естественным образом, раскладывается на три заряда, равные плюс или минус 1/3, что в дальнейшем – важно для объяснения устройства кварков, имеющих как раз дробные электрические заряды (1/3 и 2/3). Но необходимо ответить на вопрос: почему четвёртая ось в дислокации – отличается от трёх других (т. е. ложится в основу спина, несмотря на то, что симметрия покоящейся дислокации, очевидно одинакова по всем четырём осям (и плоскостям, которые поэтому есть плоскости симметрии)). Одно объяснение – может быть связано с тем, что для наблюдателя, с любого угла зрения – лишь три оси выглядят полностью идентичными, а четвёртая – неизбежно находится под другим углом к наблюдателю (это видно уже на рис. 5).

Можно представить и другое возможное объяснение, согласно которому, кристаллическая среда вакуума, как целое – существует в движении относительно ещё более глубокой среды, т. е. субвакуума (частицы среды вакуума т. о. оказываются (нелинейными) волнами в среде субвакуума). Вместе со средой вакуума, в одну и ту же сторону относительно субвакуума, естественно, движутся и все элементарные частицы, и Мироздание в целом. Четвёртая ось – как раз расположена вдоль этого движения, а три другие оси – соответственно, под (одинаковым) углом к нему. Поэтому свойства трёх осей (электрических) – оказываются одинаковы, и отличны от свойств четвёртой оси (спиновой, магнитной).

Из последнего объяснения, которое удобно, следует, что различие электрического поля и спина – обусловлено некогда произошедшим нарушением симметрии (т. е. можно представить, что в отсутствие всеобщего движения Мироздания по отношению к субвакууму, все четыре оси – были бы идентичны друг другу). Из обозначенного нарушения симметрии – можно увидеть изначальную общность электрического и (спинового) магнитного полей (они одинаковы по происхождению, т. е. привязаны к замкнутым движениям на осях, и лишь нарушение симметрии, разделило их на спин и дробные электрические заряды).

В то же время, очевидно, что при таком рассмотрении, спин – оказывается истинно магнитным зарядом (т. е. не является неким производным от электрического поля, т. е. не является результатом «вращения» заряженной частицы, а является как раз следствием определённого внутреннего движения, которое теперь стало возможно представить наглядно). (Также – и электрический заряд).

Строение электрона и позитрона

Электрон – является частицей вещества, а позитрон – частицей антивещества (получившего своё название – благодаря способности аннигилировать с веществом (электрон и позитрон – «взаимоуничтожаются»)). При этом, отличается позитрон от электрона – лишь знаком электрического заряда, а все другие свойства у этих частиц – схожи. Заряд, в свою очередь – определяется направлением замкнутых движений, в плоскостях электрических осей.

Во всех трёх плоскостях, соответствующих трём электрическим осям, движения должны быть направлены одинаково, чтобы дробные заряды (1/3), сложились в целый заряд (-1 или +1), как уже было показано – на рис. 5. На этом рисунке видно, что на верхнем «полюсе» эпицентра дислокации, лежащей в основе элементарной частицы – имеется треугольник из трёх векторов, которые показывают направления движений в плоскостях электрических осей. Этот треугольник, на «полюсе» частицы, или эпицентра дислокации – представляет собой замкнутую фигуру движения, при этом, у электрона, вектора этого треугольника – направлены в одну сторону, а у позитрона – в противоположную (см. рис. 5).

Неизвестно, как направлено это движение у электрона – по или против часовой стрелки. Но это и неважно, т. к. главное, что оно направлено противоположно замкнутому движению у позитрона. Для удобства, примем, что у электрона, движение направлено против часовой стрелки, а у позитрона – по часовой стрелке. Из этого, получим символы электрона и позитрона, как они выглядят, если смотреть на них с «полюсов», см. рис. 6.

Рис. 6

Как увидим далее, в природе не существует ни одной элементарной частицы, на «полюсе» которой движение было бы незамкнутым (что оказывается одним из правил, при построении каждой из известных (простых и сложных) частиц).

Обязательная замкнутость движения на «полюсе» – очевидно, отражает взаимосогласованность движений на трёх электрических осях.

Строение кварков и сложных элементарных частиц

Наличие кварков – было предсказано ещё на неклассическом этапе, в ходе анализа таблицы элементарных частиц (= при поиске объяснений разнообразию сложных элементарных частиц). Благодаря кваркам, сложные элементарные частицы (число которых составило уже сотни) – были сведены к различным комбинациям всего шести кварков (по два в каждом из трёх поколений), и шести антикварков.

Существование кварков – было позднее подтверждено экспериментально, путём просвечивания протона высокоскоростными электронами (при этом, были получены изображения трёх теней внутренней структуры протона (т. е. кварков), и определено наличие у них дробных зарядов, о чём уже говорилось ранее). Однако до сих пор, ни один кварк не получен в свободном состоянии (как и ни один глюон).

Итак, рассмотрим, как устроены кварки, и почему они не встречаются в свободном виде: В отличие от всех других элементарных частиц, кварк имеет дробный электрический заряд (2/3 или 1/3), а значит, согласно постнеклассическим представлениям – должен быть лишён одной или двух электрических осей, вернее, движений на этих осях. Значит, на «полюсе» кварка, мы бы увидели незамкнутую фигуру движения, как показано на рис. 7. Однако существование частиц с незамкнутым движением на «полюсе», в свободном виде – очевидно, невозможно, т. к. траектории «виртуальных» фотонов – неизбежно искривляются по всем осям, из-за того, что свободная дислокация – распространена симметрично во всех направлениях в пространстве. Поэтому в свободном виде, могут существовать только частицы с замкнутыми движениями на всех осях, и на «полюсе», а кварк – т. о. не является полноценной частицей, и не может находиться в свободном виде, и может существовать лишь в соединении с другими кварками, что позволяет ему достроить движение на «полюсе» до замкнутого. Т. о. образуются сложные элементарные частицы (протон, и т. п.), имеющие замкнутое суммарное движение, на «полюсах», см. примеры на рис. 8.

Рис. 7

Рис. 8

Итак, мы подошли к некоторому объяснению, скрепляющих сложные элементарные частицы, глюонных полей, т. е. видим их причину: неспособность кварка существовать в свободном состоянии. Роль глюонных полей, при этом – оказывается заключена в поддержании замкнутого движения на «полюсе» элементарной частицы, путём соединения кварков друг с другом, причём строго определённым образом (это позволяет прийти, далее, к структуре глюонных полей, и объяснить свойства глюонных (т. н. цветовых) зарядов, о чём – несколько позже).

Далее: Заметим, что ещё на неклассическом этапе, известно, что кварк, в некотором роде – является родственником электрона (и позитрона, и т. п. частиц, второго и третьего поколений (мюона и таона)), т. к. и кварки, и электрон (и т. п.) – обладают полуцелым спином и рассматриваются как простые элементарные (фундаментальные) частицы. Постнеклассически, можно наглядно видеть, что всё отличие кварков от электрона и т. п. частиц – имеет источником отсутствие одной или двух электрических осей, и это, на первый взгляд небольшое отличие – приводит, в итоге, ко множеству различающихся свойств, т. е. значительному различию этих видов частиц (кварки – вообще неполноценные частицы, но лишь части сложных элементарных частиц, в отличие от электрона и т. п.).

Поле, на постнеклассическом этапе понимания

На рассмотренных примерах устройства элементарных частиц – уже видно, что сущность поля – совсем не такая, какой представлялась на неклассическом этапе. Тут мы имеем дело с замкнутыми движениями в элементарных частицах, в т. ч. необходимостью поддержания такого движения на «полюсе» любой частицы, из-за невозможности частицы с отсутствующими осями существовать в свободном виде, и т. к. замкнутое движение на «полюсе» отражает необходимость взаимосогласованности, или однонаправленности движений на осях (частицы без таковой – отсутствуют в природе, см. рис. 9). При соблюдении же условия взаимосогласованности движений, вся частица – предстаёт как единое замкнутое движение (т. е. замкнутое движение имеется не только на осях, но и на «полюсе» частицы).

Рис. 9. Примеры несуществующих (и теоретически невозможных) частиц. Во всех случаях – отсутствует замкнутое движение на «полюсе» из-за невыполнения условия взаимосогласованности движений

При этом, глюонное поле, в постнеклассическом представлении, как уже говорилось – оказывается препятствующим размыканию движений на «полюсах» элементарных частиц. А электрическое и (спиновое) магнитное поля – создаются замкнутыми движениями на осях. Кроме того, имеется дислокация в расположении вакуумных частиц, захватывающая безграничное расстояние, и искривляющая все движения, в т. ч. позволяя им замыкаться (образуя стоячие волны).

Мы видим, что поле – это нечто иное, чем искривление 11-мерного пространства-времени, или некая непрерывная субстанция, как считалось в неклассические времена.

Согласно новым представлениям, поле – это определённое явление, имеющее свой механизм, который можно увидеть наглядно (из наличия дислокаций = одной из разновидностей нелинейных волн, и замкнутых движений).

В целом, новая картина поля гораздо проще предшествующих, неклассических представлений. И она обладает также наглядностью, в т. ч. устраняет одиннадцатимерность пространства-времени, возвращая трёхмерность пространства (вернее, четырёхмерное пространство-время). Благодаря новым представлениям, мы можем проникнуть глубже в причины свойств элементарных частиц.

В основе всех полей (и частиц) т. о., так или иначе, лежит движение (что позволяет дать полям чисто геометрическое (и наглядное) представление, что составляет подход, который можно назвать кинетическим (от греч. kinesis – движение)).

Углубимся далее в эти, и т. п. вопросы – чуть позже. А сейчас – рассмотрим:

Строение нейтрино

В основе нейтрино – лежит дислокация, как и у других элементарных частиц (в т. ч. у электрона и кварков). Однако нейтрино – не менее сильно отличается по своим свойствам от электрона и кварков, чем свойства электрона отличаются от свойств кварков. Вспомним, сперва, некоторые основные свойства нейтрино:

Нейтрино – всегда движется со скоростью света, подобно фотону, и так же как и фотон, может иметь разную энергию, несмотря на постоянство своей скорости; нейтрино – практически не вступает в реакции с другими элементарными частицами (например, легко проходит Землю насквозь). У нейтрино – полностью отсутствует электрический заряд, но имеется спин, равный 1/2.

Причины этих свойств, на неклассическом этапе – были необъяснимы. Но теперь, постнеклассически, всё становится просто:

Нейтрино – это плоская частица, и единственная плоскость в ней – совпадает с плоскостью магнитной оси. Чтобы сохранять отсутствие электрических осей, т. е. иметь плоское строение, нейтрино / дислокация, лежащая в основе нейтрино – всегда должна двигаться со скоростью света, т. к. только при этом условии, дислоцированность (т. е. искривление в расположении вакуумных частиц) – не может распространиться в направлении отсутствующих электрических осей (т. е. не выходит за пределы плоскости магнитной оси). Поэтому нейтрино остаётся плоской частицей, и всегда движется со скоростью света.

Теперь нейтрино можно наглядно представить, т. е. увидеть эту частицу с т. зр. её внутреннего строения (что было немыслимо и невозможно на неклассическом этапе).

Нейтрино – имеет и античастицу, т. н. антинейтрино. Различие их – лишь в том, что они имеют противоположные спины (проекции спина, хотя для нейтрино они измеряются не на произвольное направление, как у других частиц, а на направление движения, и носят название спиральности, о которой, подробнее – несколько позже; пока же говорим упрощённо): если нейтрино всегда имеет спин -1/2, то антинейтрино – +1/2. Простым объяснением этому – является замкнутость движения в плоскости магнитной оси – по часовой стрелке или против, см. рис. 10. Тут ещё раз наглядно видно (как и ранее из сравнения электрона и позитрона), что не качество дислокации (разрежение или уплотнение) лежит в основе частиц и античастиц, а разное направление замкнутых движений на осях.

Рис. 10

Далее: Как объяснить, почему нейтрино почти никогда не вступает во взаимодействия? Дело в том, что нейтрино – имеет лишь одно поле, позволяющее этой частице вступать в реакции с другими частицами – слабое поле (о чём, подробнее – чуть позже). Нейтрино лишено сильного (ядерного и глюонного) полей, т. к. лишено движения на «полюсе» (в т. ч. незамкнутого движения как у кварка), и является простой частицей, не состоящей из кварков, и также лишено электрического поля (причины этого – видны из наглядной структуры данной частицы). Остальные поля – гравитационное (которое можно представить в виде самой дислоцированности) и магнитное (обязанное замкнутому движению на магнитной оси) – пренебрежимы: Гравитация – не может остановить нейтрино, а может только изменить направление его распространения и энергию (т. к. нейтрино, как было показано, всегда должно двигаться со скоростью света). Так, траектория эпицентра нейтрино, пролетающего вблизи Солнца – должна искривиться как и траектория фотона (для фотонов, этот эффект, рассчитываемый согласно теории относительности – был доказан, как уже говорилось, ещё в начале 20-го века, а для нейтрино – пока не измерен в связи с техническими сложностями регистрации нейтрино). Численное значение магнитного поля нейтрино (верхняя граница которого измерена экспериментально) – оказывается пренебрежимо мало [7] (т. о. можно сказать, что (спиновое) магнитное поле – проявляется лишь в той или иной спиральности нейтрино).

Лишь слабое поле – может «остановить» нейтрино, т. е. не только изменить его траекторию и энергию, но и по-настоящему заставить нейтрино провзаимодействовать (благодаря чему – возможны реакции с поглощением нейтрино, например, нейтроном, с образованием протона и электрона, и другие). Но слабое поле действует, как уже отмечалось, лишь в самых минимальных масштабах сближения эпицентров элементарных частиц – меньше 10^–18 м. А это случается крайне редко, в условиях столь относительно неплотного вещества, которое составляет Землю. Поэтому подавляющее большинство нейтрино, попадающих на Землю – легко проходят Землю насквозь, ни разу не вступив в реакцию.

Далее: Итак, сущность нейтрино – напрямую связана со спином (он определяет в т. ч. различие нейтрино и антинейтрино). Рассмотрим, далее, вопрос о спинах частиц подробнее: