МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ МАТЕРИИ ИЗ ЭНЕРГИИ
После возведения в ранг непогрешимых истин, утверждения о том, что на квантовом уровне изучения строения вселенной мы не сможем даже представить себе то, что изучаем и будем вынуждены оперировать только уравнениями и числами, задаваться вопросами:
- Что такое вакуум?
- Как реально могут быть устроены элементарные частицы материи, пространство, время, поля, силы, и другие фундаментальные физические явления?
- Каков реальный механизм возникновения вышеперечисленных явлений?»,
стало даже, как-то неприлично.
Ну, а если все-таки поставить перед собой эти еретические, неприличные вопросы и попытаться на них ответить?
При этом не использовать никаких сказочных, необъяснимых сущностей вроде: суперструн, торсионных полей, темной энергии, черных дыр и т.д. и т.п., а исходить только из хорошо известных нам физических процессов и явлений.
Традиционно, при изучении какой-либо физической системы вначале идет этап «первоначального накопления» экспериментальных данных и их осмысление. Затем эстафета передается теоретической физике. Задача «правильного» физика-теоретика состоит в том, чтобы на основании накопленных данных вывести и решить математические уравнения для этой системы.
Экспериментальных данных накоплено великое множество, выведена масса математических уравнений, но мы все также далеки от ответов на приведенные в начале статьи вопросы, как и в начале ХХ века.
Автор предлагает отказаться от традиционного, описанного выше подхода и вторым этапом, после этапа «первоначального накопления» экспериментальных данных и их осмысление, провести этап еще одного глубокого осмысления и обобщения, с целью поиска качественной, «наглядной» системы - механизма появления и функционирования фундаментальных физических явлений. В противовес формальному, математическому, предлагается скорее инженерный, конструкторский подход к поискам ответов на вышеозначенные вопросы.
Для начала обратим внимание на многократно проверенный многочисленными экспериментами факт:
- при столкновении элементарных частиц обладающих достаточно большой кинетической энергией, часть, или вся эта энергия превращается в новые элементарные частицы.
Эти превращения наблюдались неоднократно в процессе столкновения частиц и являются неоспоримым физическим фактом.
Из этого факта следует, что вновь образованная элементарная частица – это каким то образом локализованная и неограниченно долго удерживаемая в определенном объеме вакуума порция кинетической энергии, ранее, до соударения, принадлежащая двигающимся с большой скоростью частицам. Причем, у этой порции энергии появляются свойства присущие элементарным частицам, а именно:
Элементарные частицы создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние (распределение энергии) – поле сил, то есть элементарные частицы материи создают поля.
Между элементарными частицами, попадающими в полевое пространство друг друга, возникают воздействия друг на друга - силы. Эти воздействия проявляются в стремлении элементарных частиц занять относительно друг друга определенное положение, приводящее к равновесию сил.
Элементарные частицы имеют спин. Спин (от англ. spin — вертеть[-ся]) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого.
Вакуум не оказывает сопротивления равномерному прямолинейному движению элементарных частиц в нем, (то есть в этом смысле является для них “пустотой”).
Элементарные частицы обладают волновыми свойствами, проявляющимися при интерференции и дифракции.
Пожалуй, это основополагающий набор свойств, фундаментально присущий всем без исключения частицам материи. Эти свойства можно считать абсолютно подтвержденными огромным количеством физических экспериментов, проведенных за все время изучения материи. Если бы мы встретились в любом эксперименте с объектом, обладающим всеми этими свойствами, мы абсолютно правомерно считали бы, что имеем дело с частицей материи. Поэтому, с большой долей вероятности, можно считать, что если удастся разработать физическую модель, в которой могли бы появляться и существовать объемные образования, состоящие только из энергии среды модели и обладающие всеми вышеперечисленными свойствами, то мы не только получим теоретический аналог материи, но и узнаем, как материя устроена на самом деле.
Наверно, никто не будет спорить с утверждением: что в вакууме присутствуют какой-то механизм, приводящий к преобразованию определенных порций кинетической энергии сталкивающихся элементарных частиц, в другую форму существования энергии - во вновь возникающие элементарные частицы. Но! До сих пор этот механизм был от нас скрыт.
Попытаемся на основе имеющихся у нас знаний о реальном протекании физических явлений сконструировать такой механизм.
В основу положим - неплохо изученное физическое явление, наиболее полно отвечающее определению элементарной частицы – солитон. Солито́н — структурно устойчивая, уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде. Солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями они не разрушаются, а двигаются, сохраняя свою структуру неизменной. История изучения солитона началась в августе 1834 года на берегу канала Юнион вблизи Эдинбурга. Джон Скотт Рассел наблюдает на поверхности воды явление, которое он называет уединённой волной. Он установил что в гребне уединенной волны происходит, устойчивое, вызванное внешними причинами, циклическое движение частиц воды. Впервые понятие солитона было введено позднее для описания нелинейных волн, взаимодействующих как частицы. Главное отличие реальных солитонов от обычных волн – наличие циклического движения частиц среды в волне, постоянно поддерживаемое взаимодействием внешних энергетических факторов. Это очень важный факт для понимания дальнейших рассуждений!
К сожалению, разных видов солитонов известно очень мало, и все они не очень подходят для описания объектов в трехмерном пространстве. Автору пришлось искать новый механизм, который мог бы рождать и поддерживать существование трехмерных солитонов в какой либо среде. Понадобилось осмыслить и обобщить огромное количество подтвержденных экспериментами данных о протекании различных энергетических процессов, прежде чем они сложились в определенную конструкцию:
Прежде всего: Для возникновения солитонов, внутри среды должны быть энергетические воздействия, сохраняющие солитон от распада. Как насытить энергией объем какой либо среды? Какой, при этом, должна быть среда?
Представим себе очень большой объем трехмерной среды (похожей по своим свойствам на жидкость). Упругие свойства этой среды должны быть такими, чтобы скорость распространения продольных волн в ней (жидкости) была бы равна скорости света. Расположим, равномерно, на поверхности воображаемой огромной сферы в представленной нами среде, несколько генераторов периодических продольных волн огромной частоты и энергии. Дождемся, когда продольные волны от всех генераторов заполнят, выделенную в жидкости сферу, которая пусть будет сравнима по своим размерам с размерами нашей вселенной. Тем самым мы наполнили среду энергией потоков продольных волн.
Что произойдет, если в центре сферической области, заполненной энергией потоков продольных волн, произвести в среде модели, дополнительное выделение энергии (взрыв)?
Энергия взрыва, без сомнения, нарушит первоначальную картину распределения энергии продольных волн в среде. Но что произойдет с энергией взрыва по мере ее распространения от эпицентра взрыва, по мере снижения ее “плотности”? Куда в итоге денется в подобных условиях эта дополнительная энергия?
Всегда, на определенном этапе рассеивания, энергия взрыва в обычной жидкости распадется на отдельные вихри. Сначала на большие (метагалактики), затем эти вихри распадаются на вихри поменьше (галактики), затем на еще меньшие, и еще меньше, и так вплоть до полного теплового рассеивания энергии взрыва.
Что же произойдет с энергией взрыва в среде насыщенной энергией продольных волн?
Весьма вероятно, что имеются комбинации расположения и количества генераторов, частоты и энергии, испускаемых ими волн такие, что вихри, на которые распадется энергия взрыва, на некотором этапе их уменьшения, не распадутся до хаотичного, теплового движения частиц среды, а вступят во взаимодействие с энергией продольных волн. Причем в результате такого взаимодействия в жидкости будут появляться и неограниченно долго существовать трехмерные солитоноподобные образования (далее по тексту солитоны).
Существует цирковой номер, в котором артист заставляет вращаться несколько волчков и поддерживает их вращение за счет ударов кнута. Это, пусть и весьма отдаленно, похоже на то, что должно происходить в модели, только в случае солитона вращение одного волчка поддерживается ударами многих кнутов. Роль волчка исполняет (мельчайший вихрь) солитон, а удары кнутов, заменяют «удары» набегающих на солитоны продольных волн, за счет которых и сохраняется вихрь - циклическое движение частиц жидкости. Консервируя, таким образом дополнительную энергию, вся система остается в состоянии энергетического равновесия.
Термин СОЛИТОН в настоящей статье я употребляю в значении, которое подразумевал основоположник учения о солитонах Джон Скот Рассел.
Допустим, процесс образования солитонов из энергии взрыва благополучно завершился и вся или некоторая часть энергии взрыва оказалась поделена на мельчайшие части и законсервирована в определенных мельчайших объемах, в виде циклического движения частиц жидкости (вихрей), энергией набегающих продольных волн. Подобное распределение энергии в воображаемой нами среде, назовем - Продольно-волновой солитонной моделью (ПВС моделью).
Солитон в модели можно определить как локализованный в определенном, ограниченном объеме среды модели и постоянно поддерживаемый за счет энергии набегающих продольных волн ПРОЦЕСС трехмерного циклического движения частиц самой этой среды (вихрь) внутри объема. Солитон - это не собрание определенных частиц среды модели – это ПРОЦЕСС. При этом совсем не обязательно, чтобы в этом циклическом движении, всегда участвовали одни и те же частицы среды модели. Частицы, задействованные в солитоне, могут покидать его и заменяться другими, находившимися до этого вне солитона.
Без сомнения, необходима строгая, математическая, детально разработанная теория подобных энергетических образований. Полагаю, что для ее создание уже накоплено, достаточно экспериментальных и теоретических данных, которые - при правильной их интерпретации - позволят разработать теорию в считанные годы. Но прежде необходимо получить ответ на другой вопрос: Если принять возникновение и существование вышеописанных солитонов, в условиях модели, как постулат, то: Будут ли подобные солитоны в ПВС модели, на качественном уровне обладать фундаментальными свойствами элементарных частиц или, точнее говоря, качественными аналогами этих свойств? Только в случае получения положительного ответа, имеет смысл создавать дальнейшие математические построения.
Для ответа на этот вопрос рассмотрим очевидные, следующие из устройства самой ПВС модели свойства солитонов в ней и сравним их со свойствами реальных элементарных частиц:
Солитон в модели является локализованной в определенном ограниченном объеме и длительное время существующей в таком виде энергией (движением) частиц среды модели. Он образуется из энергии (движения) частиц среды и в принципе может быть преобразован в какой-либо иной вид энергии (движения). В этом смысле солитон подобен реальной элементарной частице.
В силу свойства суперпозиции энергии, продольные волны в модели должны проходить через солитон (как и через любое другое энергетическое образование) и двигаться далее. Но, пройдя через него, каждая волна будет деформироваться движением частиц внутри солитона. Каждый солитон в модели будет окружен областью искаженных продольных волн, убегающих от него со скоростью распространения продольных волн в среде модели. Очевидно, что объемная плотность этих деформаций будет убывать пропорционально расстояния от центра солитона. Таким образом, каждый солитон в модели создает вокруг себя объем деформированных продольных волн. Распределение энергии продольных волн в некотором объеме возле солитона будет отличаться от распределения этой энергии в свободной от солитонов области модели. Такой объем с искаженным распределением энергии вокруг солитона аналогичен полям, создаваемыми элементарными частицами.
Представим, что произойдет при сближении двух солитонов друг с другом.
Между солитонами плотность и характер деформаций продольных волн будет иной, чем снаружи от солитонов. Распределение энергии в промежутке между солитонами будет отличаться не только от невозмущенного фона, но и от области, искаженной одиночными солитонами. Система, состоящая из: набегающих на солитоны и убегающих от них продольных волн, волн между солитонами (с деформированными после взаимодействия с солитоном фронтами) и самих солитонов должна стремится к энергетическому равновесию. Другими словами, чтобы оказаться в положении энергетического равновесия, солитоны в модели должны стремиться занять определенное положение относительно друг друга. Такое стремление – это аналог сил в ПВС - модели
В зависимости от внутреннего устройства солитонов (траекторий и скоростей движения частиц среды внутри области солитона – аналог спина), движения солитона как единого целого, расстояния, на котором они находятся друг от друга, количества взаимодействующих солитонов, формы деформации продольных волн могут быть самыми разными. Поэтому между солитонами могут возникать не только аналоги сил притяжения, но и сил отталкивания, сил, взаимно ориентирующих солитоны относительно друг друга. Также система из солитонов и продольных волн может иметь не одно, а несколько энергетически равновесных положений, зависящих только от расстояний между солитонами. Этим, по-видимому, и отличаются друг от друга типы фундаментальных взаимодействий реальных элементарных частиц.
Рассмотрим процесс равномерного прямолинейного движения солитона в модели. Самое главное, что необходимо при этом всегда помнить, что солитон – это не какое-либо инородное тело в среде модели, подобное, например, стальному шарику в воде. Равномерное прямолинейное движение солитона в модели – является сложным процессом, при котором наряду с циклическим движением частиц в солитоне происходит еще и вовлечение в это движение частиц среды модели с одной стороны и одновременное исключение из циклического движения такого же количества частиц с противоположной стороны. Понадобятся какие-то усилия, чтобы создать именно такой процесс, но если он уже создан, то этот процесс может продолжаться сколь угодно долго. Влиять на движение солитона в среде модели могут только другие солитоноподобные образования. Из вышесказанного следует, что солитоны в модели не будут испытывать сопротивления со стороны среды модели при их равномерном прямолинейном движении в ней. Это аналогично движению реальных элементарных частиц в вакууме. Солитоны и различные образования даже из огромного их числа, будут воспринимать сверхплотную упругую среду модели как основу своего существования, “пустоту”, точно так же, как реальные элементарные частицы и реальные тела из этих частиц воспринимают вакуум. Сверхплотная среда модели (вакуум), способна лишь сопротивляться изменению скорости движения солитонов в ней (аналог инерции!) и не способна никак повлиять на уже имеющееся равномерное прямолинейное движение солитонов.
Наличие у солитонов в модели волновых свойств, проявляющихся при интерференции и дифракции, обусловлено двумя причинами. Во-первых, в силу своего собственного устройства солитон постоянно взаимодействует с продольными волнами, а это приводит к постоянным изменениям направления его движения и скорости этого движения. Во-вторых, движение солитона происходит в среде, заполненной продольными волнами. Любая экспериментальная установка обязательно исказит первоначальное распределение фронтов этих волн. Солитон, еще перед установкой, будет вступать во взаимодействие с этим искаженным распределением волн. Он будет вынужден двигаться по пути, проложенному для него установкой. То же самое будет происходить, и после прохождения солитоном экспериментальной установки на его пути к фиксирующему устройству. Этим и будут обусловлен волновой характер движения солитонов и как следствие, наличие явлений интерференции и дифракции солитонов в ПВС-модели. Еще раз хочется подчеркнуть, что солитон это не инородное тело в среде, а лишь определенным образом организованное движение ее частиц, сквозь которое свободно проходят продольные волны.
При изучении интерференционной картины, получаемой, при прохождении одиночных электронов через экран с одной или двумя щелями были, получены результаты, которые можно было объяснить только тем, что электроны не только чувствуют препятствия именно с одной или с двумя щелями еще на подходе к экрану, но и ощущают присутствие других электронов.
Однако до сих пор такие объяснения приводятся лишь как курьез.
Но, на самом деле, в модели все так и должно происходить!!!
Ведь однородность распределения фронтов продольных волн нарушается не только за экспериментальной установкой, но и перед ней, а нарушения этой однородности и прокладывают электронам весь путь от излучателя к установке, а от нее к экрану, на котором мы наблюдаем интерференционную картину. Электрон, взаимодействуя с бегущими навстречу от установки продольными волнами, действительно «чувствует», какая экспериментальная установка (с одной или двумя щелями) перед ним.
Сравнение свойств реальных элементарных частиц и свойств солитонов, очевидно следующих из устройства ПВС-модели, показывает их полное качественное совпадение. На основании такого сравнения можно сделать вывод, что солитон в модели – аналог реальных элементарных частиц. Совпадение свойств элементарных частиц и солитонов позволяет с большой вероятностью утверждать, что и устроены они должны быть одинаково.
Но и все вышеизложенное, не исчерпывает всех достоинств предлагаемой модели. Данная модель позволяет получить ответы на вопросы:
Что такое пространство и время?
Что такое скорость света?
И многие другие.
Бруско Василий Васильевич.
vbrusko@mail.ru
