|
|
В.А. Шашлов
Частицы материи образуются путем соединения 2-х элементов Субстанции, имеющих форму замкнутых поверхностей и связок прямых. Замкнутая поверхность служит керном и определяет тип частицы, а связка наделяет частицу массой, зарядом, спином и является носителем взаимодействий. Кванты действия и фотоны образуются прямыми, выделенными из связок прямых частиц материи.
Цель работы
Цель работы – предложить новую модель материи, способную объяснить полный спектр частиц, природу массы, заряда и спина, а также происхождение квантов действия и строение квантов света.
Содержание работы
В первой части предлагается модель строения материи, в которой находят объяснение все известные разновидности частиц материи.
Во второй части описан механизм формирования у частиц материи физических свойств: массы, заряда, спина.
В третьей части рассмотрена природа квантов действия и квантов света.
Постановка проблем
Стандартная модель оставляет нерешенными множество проблем. Возможные пути решения некоторых из этих проблем были рассмотрены в [1].
В данной работ намечены пути решения следующих 5 проблем:
1. обладают ли фундаментальные частицы материи внутренней структурой?
2. какова природа массы, заряда и спина?
3. как рождаются кванты действия?
4. каково строение квантов света?
5. как формируются магнитные моменты нуклонов?
В основу положена гипотеза, что все частицы материи построены из элементов Субстанции, имеющей форму аффинно-проективного пространства [1].
I. Строение и спектр частиц материи
Все частицы материи устроены по единому плану: в центре расположен керн, образованный замкнутой поверхностью, и с этим керном соединена связка прямых.
Примечание. Связка – это совокупность всех прямых, проходящих через фиксированную точку пространства: центр связки.
Частицы материи образуются, когда совмещаются центры связки и поверхности. При таком совмещении, все составляющие связку прямые пересекают замкнутую поверхность, и в точках пересечения происходит их соединение, в результате чего образуется единый объект, представляющий собой частицу материи.
Все частицы различаются тремя особенностями:
i) видом центрального керна,
ii) свойствами связки прямых,
iii) способом соединения связки и керна.
i) Замкнутые поверхности и, соответственно, керны частиц, могут быть 2-х видов: односторонние и двусторонние. Это обуславливает разбиение всех частиц материи на 2 класса: на основе односторонних поверхностей образованы частицы обычной материи, а на основе двусторонних – частицы темной материи.
Примечание. Разделение частиц материи на «обычную» и «темную» материи имеет строгий геометрический смысл.
Чтобы получить практически полный спектр частиц обычной материи, достаточно 3-х простейших видов замкнутых односторонних поверхностей:
1) односторонняя сфера,
2) односторонний тор,
3) односторонний трилистник (поверхность Боя).
Данные 3 поверхности практически полностью исчерпывают все виды частиц:
1. односторонние сфера и тор – керны заряженных и нейтральных лептонов,
2. поверхность Боя является керном для всего класса адронов.
Примечание. Для понимания структуры экзотических адронов потребуются более сложные поверхности, например, центральным керном тетракварков, вероятно, служит 4-лепестковая поверхность Штейнера.
ii) Составляющие связку прямые являются аффинно-проективными RР1-прямыми. Прямые могут иметь одну из 2-х ориентаций или вообще не иметь ориентации: во втором случае частица является электрически нейтральной, а в первом случае обладает одним из 2-х возможных видов заряда.
Связки прямых могут различаться также расположением во внешнем пространстве.
Примечание. Внешнее пространство имеет форму 6-мерного шара D6 с отождествленными диаметрально противоположными точками поверхности, и внутри D6-шара имеется инвариантная сфера S2, наличие которой делает этот шар 3-связным. Составляющие связку прямые могут располагаться в любой из 3-х связных компонент, что порождает 3 семейства частиц материи.
iii) Односторонняя сфера и односторонний тор не содержат внутренних частей, поэтому имеется один-единственный способ соединения данных поверхностей со связкой прямых. Соответственно, каждая из этих поверхностей порождает лишь один вид лептонов: это электрон и нейтрино, а все остальные разновидности лептонов образуются за счет различий в связках прямых (п. 1).
Поверхность Боя включает в себя 3 лепестка, поэтому количество возможных способов распределения долей связок прямых по этим лепесткам достаточно велико: это создает богатый спектр адронов (п. 2).
1. Лептоны.
Односторонняя сфера и односторонний тор различным образом влияют на ориентацию пересекающих прямых: при прохождении через сферу, прямые изменяют ориентацию один раз, а при прохождении тора – два раза (поскольку тор имеет вид 2-х вложенных одна в другую односторонних сфер). Это означает, что через односторонний тор прямые проходят без изменения ориентации, тогда как вокруг односторонней сферы прямые могут иметь одну из 2-х ориентаций: либо на сферу, либо – от сферы.
Такой вид имеют силовые линии (+) и (-) зарядов: связка одноименно ориентированных RP1-прямых, в центре которой расположена односторонняя сфера, способна выполнять функцию электрических силовых линий единичного заряда.
Данная конструкция соответствует заряженным лептонам. Эти частицы образуются, когда связка аффинно-проективных прямых объединяется с односторонней сферой: электроны и позитроны различаются лишь ориентацией прямых связки.
Нейтральные лептоны образованы на основе одностороннего тора: поскольку прямые проходят через односторонний тор без изменения ориентации, нейтрино и антинейтрино не могут обладать электрическим зарядом. Различие между ними обусловлено тем, что в промежутке между двумя односторонними сферами, которые составляют односторонний тор, прямые связки сохраняют определенную ориентацию: у нейтрино – от центра, а у антинейтрино – на центр связки.
Еще 2 семейства лептонов (мюоны, τ-лептоны, их античастицы, и 2 пары нейтрино и антинейтрино) образуются благодаря тому, что внешнее пространство, которому принадлежат связки прямых, является 3-связным, вследствие чего имеется 3 возможных способа расположения связок прямых.
2. Адроны.
При соединении с поверхностью Боя, связка прямых распределяется по трем лепесткам. Лепестки поверхности Боя имеет такую же топологию, как односторонняя сфера: они также обращают ориентацию прямых и могут формировать электрические заряды. Однако, на каждый лепесток приходится 1/3 доля связки, поэтому минимальный заряд лепестка имеет величину (1/3)е, е – элементарный заряд, создаваемый всей связкой.
Это позволяет отождествить лепестки с кварками: кварки представляют собой лепестки поверхности Боя, соединенные с 1/3 или 2/3 долями связки прямых.
Примечание. Верхние кварки с зарядом (2/3)е получаются, когда лепесток «заимствует» долю связки, предназначенную другому лепестку.
Таким образом, проективная модель строения материи объясняет дробный заряд кварков и предлагает совершенно новый взгляд на природу кварков: кварки не являются фундаментальными частицами, а образуются в процессе образования адронов при распределении связок прямых по лепесткам поверхности Боя.
Получает объяснение конфайнмент кварков: кварки невозможно выделить из адронов, поскольку лепестки невозможно оторвать от поверхности Боя.
Все возможные способы распределения связок по трем лепесткам поверхности Боя приводят к полному спектру адронов, включающим разбиение на барионы и мезоны, а также группирование барионов и мезонов в мультиплеты.
3. Аномальные магнитные моменты нуклонов
Изложенная модель строения адронов позволяет решить одну из самых старых проблем теоретической физики: настолько старую, что «серьезные» физики забыли о ее существовании и не включают в число проблем Стандартной модели, – это проблема вычисления аномальных магнитных моментов нуклонов.
Примечание. Без вычисления магнитных моментов нуклонов (и вообще, всех адронов) любая модель адронов, включая предлагаемую Стандартной моделью, не может считаться соответствующей реальности.
В соответствие с изложенной моделью, положение кварковых зарядов и спинов внутри нуклонов фиксировано: они располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя. Наличие жесткой связи между кварками и керном означает, что спиновый момент каждого из 3-х кварков нуклона передает свой момент всему нуклону, благодаря чему нуклон, как целое, находится в состоянии вращения.
Определив ось и частоту вращений, которые придают нуклону спины всех 3-х кварков, по правилу сложения параллельных вращений находится положение оси и частота вращения нуклона, как целого. В свою очередь, зная положение оси, находятся расстояния от этой оси до каждого из 3-х кварковых зарядов, и соответственно, величины «заметаемых» этими зарядами площадей. Зная частоту вращения нуклона, можно найти величину круговых токов, создаваемых вращением кварковых зарядов. Искомые магнитные моменты вычисляются по классической формуле «ток на площадь».
Применительно к нейтрону вычисления приведены в [2].
II. Происхождение массы, заряда, спина
1. Заряд
Особенностью аффинно-проективных прямых является то, что по разные стороны от бесконечно удаленной точки прямая имеет противоположные ориентации: если прямая ориентирована на бесконечно удаленную точку, то после прохождения данной точки, прямая также будет ориентирована на эту точку.
Примечание. Причина в том, что бесконечно удаленная плоскость имеет форму односторонней сферы, и при пересечении такой сферы прямые изменяют ориентацию.
Составляющие связку ориентированные аффинно-проективных прямые ведут себя на бесконечности точно так же, как силовые линии (+) и (-) зарядов: все прямые связки либо «уходят» на бесконечность, либо «исходят» из бесконечности.
Примечание. Словно бесконечно удаленная плоскость является неисчерпаемым «резервуаром» электрических зарядов обоих знаков, хотя в действительности, эта плоскость лишь обращает ориентации всех пересекающих ее RP1-прямых.
В итоге, если в центре связки находится односторонняя сфера, то на всем своем протяжении (на обоих половинках прямой, расположенных в противоположных направлениях от керна частицы до бесконечности) составляющие связку аффинно-проективные прямые ориентированы в одном из 2-х направлений: либо от центра связки на бесконечность, либо от бесконечности на центр связки. Первый случай соответствует (+) заряду, а второй случай – (-) заряду.
Носителем электрического заряда служит связка одноименно ориентированных аффинно-проективных прямых, образующаяся, когда в центре связки располагается замкнутая поверхность, топологически эквивалентная односторонней сфере.
Примечание. Никакой особой субстанции, образующей электрические заряды, не существует: заряды создаются ориентированными прямыми связок в составе частиц материи: носителем единичного заряда служит связка ориентированных прямых.
2. Спин
Спиновый момент количества движения порождается крутящими моментами RР1-прямых в связках, которые входят в состав частиц материи. Кручение является внутренним, неотъемлемым свойством RР1-прямых, поэтому спин является непременным свойством каждой частицы материи.
Проективная модель спина объясняет наиболее удивительное свойство спина: его ориентацию сразу во всех направлениях пространства. Данное свойство является прямым следствием того, что прямые связки заполняют полный телесный угол, и каждая прямая обладает крутящим моментом.
Величина крутящего момента RР1-прямой чрезвычайно мала: при обходе всей RР1-прямой, прямая поворачивается в перпендикулярной плоскости всего на 180о. Столь малое значение крутящего момента порождает столь же малое значение спинового момента.
В каждом пространственном направлении спиновый момент количества движения создается крутящим моментом одной половинки аффинно-проективной RР1-прямой (расположенной в данном направлении). В следующем разделе показано, что квант действия порождается крутящим моментом всей аффинно-проективной RР1-прямой.
Из этого следует, что абсолютная величина спина должна иметь величину, равную половине кванта действия s = (1/2)ℏ.
3. Масса
Масса порождается благодаря наличию у RР1-прямых еще одного свойства: натяжения. В отличие от кручения и ориентации, которые имеют геометрический смысл, натяжение является физическим свойством, однако данное свойство вполне естественно, если рассматривать RР1-прямые, как бесконечно тонкие упругие нити. Натяжение связки RР1-прямых объясняет наличие всех 3-х свойств, в которых проявляется масса.
1) Энергия покоя. Энергия покоя представляет собой суммарную энергию натяжения всех RР1-прямых, которые составляют связку данной частицы.
2) Инертная масса. Силы инерции порождаются разностью натяжения отдельных сегментов связки RР1-прямых. Эта разность возникает всякий раз, когда частица совершает ускорение, т.к. прямые, расположенные в противоположном направлении, растягиваются сильнее прямых, расположенных по направлению ускорения.
3) Гравитационная масса. При наложении связок любой пары частиц, на керне каждой из 2-х частицы возникает градиент натяжения, направленный к другой частице: эти градиенты придают частицам ускоренное движение по направлению друг к другу, что интерпретируется, как взаимное притяжение частиц.
Главное достоинство предлагаемой модели строения частиц материи – это выявление единой природы массы, заряда, спина.
Примечание. Стандартная модель предлагает механизм возникновения массы, однако этот механизм никак не связан с зарядом и спином, о происхождении которых Стандартная модель не говорит «ни слова», тогда как в реальном мире масса, заряд и спин, как наиболее фундаментальные величины, должны иметь единую природу.
III. Природа квантов
Понимание природы квантов является одной из главнейших задач теоретической физики. Имеется 2 основные разновидности квантов: кванты действия и кванты света. Рассмотрим происхождение каждого из этих 2-х видов квантов.
1. Кванты действия
Кванты действия образуются в результате аннигиляции моментов импульса, которые придают центральным кернам частиц крутящие моменты 2-х половинок RР1-прямых, когда эти прямые выделяются из связки.
При отделении RР1-прямой от керна, моменты 2-х половинок прямой перестают согласовываться друг с другом. Поскольку эти моменты противоположны, происходит их аннигиляция, в результате которой возникает новый физический объект с размерностью момента импульса: этот объект представляет собой квант действия.
В соответствие с принципом относительности, данный объект должен являться инвариантом во всех инерциальных системах отсчета. Единственным релятивистским инвариантом, образованным из 4-векторов пространства-времени и энергии-импульса, является скалярное произведение ℏ = (хα,рα): эта величина является квантом действия.
Примечание. Представление наиболее фундаментального объекта квантовой механики – кванта действия – в виде релятивистского инварианта является тем пунктом, в котором объединяются релятивистская и квантовая физика.
2. Кванты света
Фотоны также образуются RР1-прямыми, выделенными из связок в составе частиц материи. В отличие от квантов действия, «разорванные» концы RР1-прямой соединяются в фиксированной точке, принадлежащей инвариантной сфере внешнего пространства, и обе половинки RР1-прямой наматываются на эту сферу, образуя спираль Ферма: данная спираль представляет собой фотон.
Параметры фотона выражаются через параметры спирали следующим образом:
1. вершина спирали задает направление распространения фотона,
2. шаг спирали определяет величину волнового вектора и частоту фотона.
Данное строение фотона объясняет связь фотона с электромагнитными волнами: электромагнитные волны представляют собой возмущения, которые создают в пространстве-времени вращающиеся концы спирали.
Все точки инвариантной сферы движутся со скоростью света, поэтому скорость фотона равна скорости света. При поглощении фотона, соединение 2-х половинок спирали нарушается и их крутящие моменты аннигилируют, как это имеет место при образовании кванта действия, поэтому при поглощении фотона выделяется квант действия.
Кванты действия и кванты света имеют родственную природу как между собой, так и с частицами материи: они образованы из прямых в связках, входящих в состав частиц материи, но отделившихся от этих связок. Благодаря единой природе частиц и квантов, частицы материи способны генерировать и кванты действия, и кванты света.
Заключение
В данной работе предлагается модель строения материи, в которой все частицы материи построены из 2-х элементов аффинно-проективного пространства: связок прямых и замкнутых поверхностей, вставленных в центры связок. Модель объясняет полный спектр известных частиц и дает чисто геометрическое объяснение тому, что материя существует в 2-х видах: в виде обычной и темной материи.
Выявляется физическая природа кварков и причина конфайнмента: конфайнмент является геометрическим свойством поверхности Боя.
Выявляется единая природа массы, заряда и спина: эти величины обусловлены натяжением, ориентацией (вращением) и кручением RР1-прямых.
Выяснена единая природа квантов действия и квантов света, а также связь обоих видов квантов со строением частиц материи.
Предложена модель строения фотона, объясняющая как его корпускулярные свойства, так и представление в виде электромагнитной волны.
Важным аргументом в пользу данной модели строения частиц материи является то, что она позволяет вычислить аномальные магнитные моменты нуклонов.
Выводы
1. Частицы материи образуются в результате совмещения центров 2-х элементов Субстанции: замкнутых поверхностей и связок прямых.
2. Замкнутые поверхности выполняют функцию жесткого керна частицы, а связки прямых наделяют частицы массой, зарядом и спином.
3. Обычная и темная материя различаются видом керна: у частиц обычной материи керны односторонние, а у частиц темной материи – двусторонние.
4. Абсолютное большинство известных частиц материи строится на основе 3-х простейших видов замкнутых односторонних поверхностей.
5. Существование 3-х семейств частиц материи обусловлено 3-связностью внешнего пространства, в котором располагаются связки прямых.
6. Кванты действия образуются в результате аннигиляции крутящих моментов 2-х половинок RP1-прямых, выделенных из связок частиц материи.
7. Фотоны имеют форму спиралей, намотанных RP1-прямыми на инвариантной сфере внешнего пространства.
8. Аномальный магнитный момент нуклона создают круговые токи кварковых зарядов, совершающих вращение вместе с вращением нуклонов.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре Вселенной // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27259, 28.07.2021
2. В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре нуклона // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27168, 26.05.2021
В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре материи // «Академия Тринитаризма», М.,
 |