|
|
В.А. Шашлов
Рассмотрена стадия космологической эволюции, на которой появилась метрика и родилась материя. Дано объяснение наиболее важных закономерностей Мега и микромира в рамках проективной модели Вселенной.
Цель работы
Цель работы – изложить новый подход к решению проблем космомикрофизики, в котором главную роль играет математический аппарат проективной геометрии.
Содержание работы
В первой части описана стадия космологической эволюции, на которой пространство-время обрело метрические свойства и родились частицы материи.
Во второй части рассматриваются 4 самые важные проблемы космологии: расширение Вселенной, темная материя, темная энергия и барионная асимметрия.
В третьей части рассматриваются 4 главные проблемы микромира: природа кванта действия, строение элементарных частиц, атомных ядер и самих атомов.
Введение
Данная работа является прямым продолжением работы [1], в которой описано приложение проективной концепции Мироздания для понимания 3-х главных категорий материального мира: пространства-времени, материи и взаимодействий.
Основные результаты работы [1]:
1. установлена сущность пространства-времени: это совокупность однородных координат, которые описывают Субстанцию, как проективное пространство,
2. дано объяснение 4-мерности пространства-времени, наличия у него аффинных свойств, а также одномерности, направленности и необратимости времени,
3. обнаружена единая природа массы, заряда и спина: эти физические величины сформированы связками проективных прямых в составе частиц материи,
4. установлена единая природа гравитационного и кулоновского взаимодействий, как результат натяжения и вращения прямых, составляющих связки,
5. обнаружен новый вид взаимодействия – микрообъемное отталкивание частиц, связки которых состоят из прямых с одинаковым направлением кручения.
В данной работе описана стадия эволюции Субстанции, на которой пространство-время приобрело метрические свойства и произошло рождение материи в форме частиц.
Во второй и третьей частях работы дано краткое объяснение наиболее фундаментальных явлений в Метагалактике и в микромире.
I. Рождение метрики и материи
В работе [1] рассмотрены первые 2 этапа эволюции Субстанции в форме бесконечномерного кватернионного проективного пространства НР∞:
1. разделение конечных и бесконечных элементов,
2. возникновение конечномерных комплексных и вещественных подпространств.
С математической точки зрения, данные 2 стадии вполне естественны: выделение бесконечно удаленных элементов, а также конечномерных пространств, в которых тело кватернионов сужено до комплексного и вещественного полей – это самые простейшие изменения НР∞-пространства.
Первый этап привел к разделению пространственных и временной координат, результатом чего стало возникновение времени.
Примечание. В результате выделения бесконечно удаленной плоскости х0 = 0, в которой сохранился «абсолютный покой», конечная часть Субстанции, описываемая координатами v1 = х1/х0, v2 = х2/х0, v3 = х3/х0 ..., стала представлять собой обобщенное пространство скоростей («одно сплошное» движение).
Второй этап привел к возникновению множества многомерных шаров, каждый из которых способен образовать свою Вселенную.
Примечание. Конечномерные пространства RPn, СPn, НPn имеют вид многомерных шаров с отождествленными диаметрально противоположными точками поверхности: для RPn размерность шаров равна n, для СPn – 2n, а для HPn – 4n.
Количество образовавшихся шаров в НР∞-пространстве не ограничено, однако для возникновения Метагалактики достаточно одного 3-мерного НP3-пространства (шар D12), в котором имеются одно СP3-пространство (шар D6) и одно RP3-пространство (шар D3) с отождествленными диаметральными точками поверхностей: сфер S11, S5, S2.
Третья стадия космологической эволюции математически не столь очевидна: это пересечение шара D3 с поверхностью шара D6. Однако, с физической точки зрения, эта стадия представляется вполне естественной: это столкновение данных шаров, точнее, проникновение шара D3 через поверхность шара D6.
Примечание. Наглядно, это можно представить так: вещественный мир «вылупляется» как цыпленок из яйца, пронизывая границу комплексного шара D6.
1. Причина появления метрики.
Поверхность D6-шара имеет форму прямого произведения: S5 ~ S2 х S2, поэтому при пересечении этой поверхности, внутри шара D3 (в RP3-пространстве) образуется объект в форме S2-сферы. Этот объект является чужеродным для RP3-пространства, вследствие чего группа преобразований RP3-пространства сужается: в ней остаются только те преобразования, которые оставляют S2-сферу неизменной (инвариантной): это группа преобразований гиперболического пространства.
Это означает, что в области аффинно-проективного пространства внутри S2-сферы реализуется геометрия Лобачевского.
Данный вывод был установлен 150 лет назад Ф. Клейном в разработанной им теории проективного мероопредения. Согласно этой теории, все классические метрические геометрии являются частью проективной геометрии, в которой задана инвариантная квадрика (Абсолют): вид Абсолюта определяет вид метрической геометрии.
Результатом третьей стадии космологической эволюции стало возникновение в пространстве скоростей Абсолюта в виде сферы S2 и наделение внутренней области Абсолюта гиперболической метрикой.
Вывод о том, что пространство скоростей частиц материи обладает геометрией Лобачевского, является фундаментальным выводом Специальной теории относительности (СТО): приняв этот вывод за основу, можно получить все результаты СТО.
Чтобы доказать, что из проективной модели Мироздания вытекает СТО, достаточно заметить, что в однородных аффинных координатах уравнение S2-сферы имеет вид (х0)2 - (х1)2 - (х2)2 - (х3)2 = 0. В 4-мерном аффинном пространстве-времени это уравнение светового конуса, который определяет псевдоевклидову метрику.
Примечание. Псевдоевклидова метрика пространства-времени установлена Пуанкаре и Минковским в начале ХХ века из совершенно других соображений. Наличие в пространстве-времени псевдоевклидовой метрики является ключевым утверждением СТО, из которого следуют все остальные релятивистские эффекты: замедление времени, сокращение длин …
2. Рождение материи.
Столкновение шаров D3 и D6 привело к сотрясению шара D3, в результате чего в нем возникли замкнутые поверхности (подобно пузырькам пара в перегретой жидкости). Образовавшиеся поверхности объединились со связками прямых, центры которой расположены внутри поверхности, результатом чего стало возникновение частиц материи: каждая частица состоит из 2-х объектов: замкнутой поверхности и связки прямых.
Объединение поверхностей и связок произошло в точках их пересечения. Замкнутые поверхности выполняют функцию жесткого керна частиц, а связки прямых наделяют частицы физическими свойствами: все частицы различаются лишь типом замкнутой поверхности, который определяет тип частицы, и видом прямых связки, которые определяют массу, заряд и спин частиц.
Как показано в [1], данная модель строения частиц материи объясняет наличие у частиц материи массы, заряда и спина: эти 3 физические величины обусловлены наличием у RP1-прямых связки натяжения, вращения и кручения. Кроме того, связки прямых служат носителями взаимодействий, в которых участвуют частицы.
Итак, на третьей стадии эволюции Субстанции, наряду с обретением пространством-временем метрических свойств, произошло рождение частиц материи.
II. Основные феномены Мегамира
Первые 3 стадии эволюции Субстанции сформировали пространство-время со всеми топологическими, аффинными и метрическими свойствами, а также частицы материи, обладающие всеми физическими свойствами. Рассмотрим самые глобальные проявления проективного строения Вселенной в масштабах Метагалактики.
1. Расширение Метагалактики.
Рождение частиц материи произошло в аффинно-проективном пространстве, имеющем физический смысл обобщенного пространства скоростей.
Примечание. Пространство скоростей – это не математическая абстракция, а конечная часть Субстанции в форме аффинно-проективного пространства.
Это означает, что каждая частица при рождении обладала значением скорости, отличающимся от скорости любой другой частицы: каждая частица родилась в «своей» точке пространства скоростей, т.е. «появилась на свет» со своим собственным значением скорости, отличным от значения скорости всех остальных частиц.
В исходном состоянии все частицы находились в движении друг относительно друга, и чем дальше частицы находились друг от друга в пространстве скоростей, тем больше была их относительная скорость. Частицы с близкими значениями относительной скорости образовали протогалактики, скорости которых имели такое же распределение, как и скорости частиц материи. Сформированные из протогалактик галактики продолжали удаляться друг от друга, и к текущему моменту времени удалились на расстояние, пропорциональное их относительным скоростям, результатом чего является наблюдаемое распределение скоростей галактик, описываемое законом Хаббла.
Примечание. Полученное Фридманом «расширение пространства» – это математический артефакт, не имеющий отношения к действительности.
Наиболее масштабное явление – расширение Вселенной – это результат рождения материи в пространстве скоростей.
2. Темная энергия.
Абсолют пространства скоростей объемлет все частицы материи: все частицы расположены внутри Абсолюта, точки которого соответствуют скорости света во всех пространственных направлениях. Это означает, что все прямые, составляющие связку каждой частицы материи, пересекают Абсолют и Абсолют осуществляет их натяжение.
Как указано в [1], натяжение прямых связки производят керны всех частиц материи: именно это натяжение порождает всемирное тяготение. Однако, Абсолют растягивает прямые связки каждой частицы в противоположном направлении по отношению к направлениям, в которых прямые растягиваются частицами материи. Вследствие этого, натяжение связок Абсолютом приводит к ослаблению гравитационного притяжения данной частицы к остальным частицам и проявляется, как анти-тяготение.
В масштабах Земли и Солнечной системы эффект анти-тяготения значительно слабее гравитационного притяжения, поэтому данное отталкивание не наблюдается. Однако, на межгалактических расстояниях эффект отталкивания, вызванного растягивающим действием на связки частиц Абсолюта, превышает притяжение галактик друг к другу и проявляется в виде ускоренного разбегания галактик.
Примечание. На уровне галактик эффекты «универсального отталкивания» и всемирного тяготения имеют примерно одинаковую величину: это обстоятельство изменяет оценку количества темной материи в сторону ее увеличения.
3. Темная материя.
В соответствие с проективной моделью строения материи, все лептоны и адроны построены на основе замкнутых односторонних поверхностей: односторонних сфер, торов и трилистников (поверхностей Боя). Из этого следует, что должны существовать частицы материи, образованные на основе двусторонних (обычных) замкнутых поверхностей: данные частицы представляют собой частицы темной материи.
Частицы темной материи имеют такое же строение, как частицы обычной материи: единственное отличие состоит в виде центральных кернов, которые образованы не односторонними, а двусторонними поверхностями. Двусторонние керны не изменяют направление вращения и направление кручения RP1-прямых, вследствие чего частицы темной материи не могут обладать зарядом и спином, и способны проявлять свое существование только по наличию у них массы (натяжение связок прямых создают оба вида поверхностей).
4. Барионная асимметрия.
В исходном состоянии количество нуклонов и антинуклонов было одинаковым. Все частицы находились в тесном контакте друг с другом, как молекулы в жидкости. В расчете на одну частицу энергия превышала 1 Гэв, вследствие чего между нуклонами и антинуклонами протекали многочисленные реакции аннигиляции с образованием гамма-квантов и обратного рождения данных пар.
Однако, эти реакции не были полностью обратимыми, поскольку нуклоны и антинуклоны не являются строго СР-симметричными частицами. Отсутствие СР-симметрии обусловлено тем, что нуклоны образованы на основе поверхности Боя, которая является Р-нечетной, и заряды распределены по объему нуклона не равномерно. Степень СР-несимметрии нуклонов чрезвычайно мала (экспериментально пока не обнаружена), однако, при достаточно большом количестве реакций, равновесие непременно сместится в одну из сторон, что привело к барионной асимметрии.
III. Основные феномены микромира
1. Природа кванта действия.
Главная проблема микромира – объяснить природу кванта действия: «Почему при обмене частиц энергией и импульсом, значение физической величины «действие» изменяется порциями, пропорциональными постоянной Планка ℏ»?
Проективная модель строения материи дает следующий ответ на этот вопрос.
Непременной частью частицы материи является связка проективных прямых, и каждая RP1-прямая обязательно обладает кручением: это ее внутреннее свойство.
Примечание. Величину крутящего момента можно оценить следующим образом. Если в какой-либо точке разорвать RP1-прямую, то крутящий момент, приложенный к одному концу от этой точки, должен быть таким, чтобы другой конец совершил пол-оборота: RP1-прямая возвращается в исходную точку скрученной на 1800.
Минимальное изменение, которое внешнее воздействие может произвести с частицей, – это выделить из связки одну RP1-прямую. После такого отделения, крутящие моменты 2-х половинок RP1-прямой, направленные в противоположные стороны, компенсируют друг друга, в результате чего происходит аннигиляция этих моментов и «схлопывание» (исчезновение) самой прямой.
Примечание. При наличии керна в виде замкнутой односторонней поверхности, аннигиляции не происходит, поскольку эта поверхность обращает направление кручения каждой половинки RP1-прямой: керн выступает в качестве «согласующего элемента».
Аннигиляция сопровождается выделением энергии и импульса, вследствие чего частица изменяет энергию и импульс. Согласно СТО, изменения должны выглядеть одинаковым образом во всех инерциальных системах отсчета, т.е. быть релятивистско-инвариантными. Единственный релятивистский инвариант, который может быть построен из 4-х вектора изменений энергии (ΔЕ) и импульса (Δр), и 4-х вектора, составленного из временного (Δt) и пространственного (Δх) интервалов, – скалярное произведение этих векторов: (ΔЕ)*(Δt) - (Δр)*(Δх). Данная инвариантная величина представляет собой квант действия: (ΔЕ)*(Δt) - (Δр)*(Δх) = inv = ℏ.
Данная модель строения материи объясняет связь спина (s) с квантом действия. Спиновый момент количества движения также порождается крутящим моментом RP1-прямой. Однако, в каждом направлении спиновый момент определяется крутящим моментом только половины RP1-прямой, которая расположена в данном направлении, поэтому спин должен быть равен половине кванта действия: s = (1/2)ℏ.
Кванты света (фотоны) также формируются из выделившихся RP1-прямых. Особенностью фотонов является то, что у RP1-прямых разорвана связь не только с керном частицы, но и с бесконечно удаленной плоскостью. Оторвавшаяся и от керна, и от бесконечности, RP1-прямая навивается на Абсолют в виде сферической спирали, имеющей форму спирали Ферма: эта спираль представляет собой фотон.
Направление RP1-прямой определяет положение центра спирали и направление распространения фотона. Крутящие моменты 2-х половинок RP1-прямой, которые образуют спираль, складываются, поэтому спин фотона равен 1/2 + 1/2 = 1.
2. Спектр частиц материи.
В работе [1] показано, что проективная модель строения материи объясняет существование полного спектра частиц материи.
Все 12 лептонов построены на основе 2-х простейших видов замкнутых односторонних поверхностей: заряженные лептоны – на основе односторонних сфер, а нейтральные лептоны – на основе односторонних торов.
Весь класс адронов построен на основе поверхности Боя: замкнутой односторонней поверхности, которая содержит 3 неотделимых лепестка. При распределении связки прямых по трем лепесткам поверхности Боя, с каждым лепестком связывается либо 1/3, либо 2/3 доля связки, что соответствует образованию нижних и верхних кварков. Неотделимость лепестков поверхности Боя является причиной конфайнмента кварков.
Выделение Абсолюта в виде S2-сферы превращает СР3-пространство (шар D6 с отождествленными диаметральными точками поверхности) в 3-связное пространство. Составляющие связку прямые проходят через одну из 3-х компонент связности, что приводит к различному натяжению этих связок и обуславливает 3 разных значения массы одних и тех же частиц: это объясняет наличие 3-х семейств частиц материи.
3. Строение атомных ядер.
Конструкция атомных ядер является прямым следствием строения нуклонов на основе поверхности Боя. Кварковые заряды расположены в вершинах лепестков поверхности Боя, поэтому при сближении нуклонов вершинами лепестков, расстояние между их кварковыми зарядами уменьшается до сотых долей Фм. На столь малых расстояниях энергия кулоновского взаимодействия кварковых зарядов достигает нескольких Мэв: за счет этой энергии происходит удержание нуклонов в ядрах.
В первом приближении поверхность Боя имеет форму прямоугольного тетраэдра: прямоугольная вершина соответствует центральной части поверхности Боя (где соединяются основания 3-х лепестков), а 3 вершины основания соответствуют вершинам 3-х лепестков. Каждый прямоугольный тетраэдр-нуклон вставляется в ячейку ядерного каркаса, имеющую форму правильного тетраэдра, грань которого имеет такой же размер, как основание тетраэдра. Тетраэдр-нуклон может вставляться в ячейку ограниченным числом способов: основание тетраэдра-нуклона должно совмещаться с одной из 4-х граней ячейки ядерного каркаса. Вследствие этого, нуклоны занимают внутри ядра определенное положение, образуя ядерную конструкцию, вид которой определяется формой ядерного каркаса и расположением нуклонов в ячейках каркаса.
Ядерный каркас строится следующим образом. В центре располагается нулевая ячейка в виде правильного тетраэдра. К граням этой ячейки присоединяются грани 4-х ячеек первого слоя. Затем к 12 свободным граням ячеек первого слоя присоединяются грани 12 ячеек второго слоя, и данная процедура продолжается, пока не будут построены все возможные разновидности ядерных каркасов. Все атомные ядра получаются, когда тетраэдры-нуклоны встраиваются в ядерные каркасы всеми возможными способами.
Данная модель атомных ядер однозначно определяет распределение кварковых зарядов по ячейкам ядерного каркаса: все кварковые заряды автоматически располагаются вокруг узлов каркаса, в которых соединяются вершины соседних ячеек: именно эти узлы выполняют функцию креплений, которые удерживают нуклоны в составе ядра.
Зная распределение кварковых зарядов по объему ядра, можно вычислить электрический и магнитный моменты ядра. Это позволяет проверить справедливость данной модели ядра для всех ядер: достаточно вычислить их электрический и магнитный моменты и сравнить с экспериментальными значениями.
4. Строение атомов.
Связки, в которых прямые закручены в одном направлении, не могут быть наложены друг на друга, поскольку в этом все случае все составляющие связки прямые будут проходить через одни и те же точки пространства. Это означает, что частицы, у которых имеются такие связки, не могут находиться в одном и том же объеме пространства: связки будут «выталкивать» друг друга из данного объема.
Данная ситуация имеет место в атомах: RP1-прямые, составляющие связки электронов и части кварков в составе нуклонов ядра, закручены в одном направлении, вследствие чего между ними должно иметься микрообъемное отталкивание: это отталкивание компенсирует кулоновское притяжение электронов к протонам ядра, что обеспечивает стабильность атомов.
Заключение
Данная работа посвящена развитию проективной концепции строения Вселенной. Рассмотрена третья стадия космологической эволюции, на которой возникла метрика пространства-времени и произошло рождение частиц материи.
Метрика сформировалась благодаря появлению в аффинно-проективном пространстве Абсолюта, а частицы материи образовались в результате объединения замкнутых поверхностей и связок прямых: поверхности образуют жесткий керн частицы, а связки прямых наделяют частицы физическими свойствами: массой, зарядом и спином. Обнаружение единой природы массы, заряда и спина является веским аргументом в пользу проективной модели материи.
Еще одним достоинством проективной модели строения материи является то, что она единым образом объясняет природу всех взаимодействий, в которых принимают участие частицы: все взаимодействия осуществляются посредством тех же самых связок прямых, которые наделяют частицы массой, зарядом и спином [1].
Объяснено происхождение основных закономерностей, наблюдаемых в Метагалактике, начиная с ее расширения, и заканчивая происхождением барионной асимметрии. Кроме того, рассмотрена природа квантов и строение основных структурных уровней микромира: элементарных частиц, ядер и атомов.
Данная и предшествующая работа [1] дают объяснение всего комплекса наиболее фундаментальных проблем, относящихся к строению Мироздания: происхождение пространства, времени и материи, механизм основных взаимодействий, причины наиболее масштабных явлений во Вселенной и самых тонких эффектов в микромире. Существенно, что весь комплекс проблем космомикрофизики получает объяснение с единых позиций: в основе – единственная гипотеза, что существует Субстанция, обладающая формой наиболее общего проективного пространства.
Выводы
1. Псевдоевклидова метрика пространства-времени порождается Абсолютом аффинно-проективного пространства.
2. Расширение Вселенной – следствие рождения частиц материи в аффинно-проективном пространстве, имеющем физический смысл пространства скоростей.
3. Ускоренное расширение Вселенной обусловлено растяжением связок прямых, которое создается Абсолютом пространства скоростей.
4. Все частицы материи устроены единым образом, являясь объединением замкнутых поверхностей и связок проективных прямых.
5. Частицы темной материи отличаются от частиц обычной материи тем, что их кернами служат двусторонние поверхности.
6. Барионная асимметрия образовалась на горячей стадии эволюции Метагалактики в результате большого числа реакций с участием нуклонов и антинуклонов при отсутствии у них точной СР-симметрии.
7. Квант действия порождается в результате аннигиляции крутящих моментов 2-х половинок RP1-прямой, выделившейся из связки частицы материи.
8. Фотоны образованы выделившимися из связок RP1-прямыми, которые наматываются на Абсолют в виде сферических спиралей.
9. Сильное взаимодействие не является физической реальностью: кварки удерживаются в адронах благодаря геометрическим свойствам поверхности Боя.
10. Атомные ядра образуются благодаря кулоновскому притяжению кварков соседних нуклонов, собранных в узлах ядерного каркаса.
11. Ядерные конструкции строятся путем встраивания нуклонов в ячейки каркаса, составленного наложением граней правильных тетраэдров.
12. Стабильность атомов достигается благодаря компенсации кулоновского притяжения электронов и ядер микрообъемным отталкиванием связок.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Проективная картина Мироздания (I) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26926, 20.01.2021
В.А. Шашлов, Проективная картина Мироздания (II) // «Академия Тринитаризма», М.,
 |