Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Описаны начальная стадия эволюции Метагалактики и механизм возникновения барионной асимметрии.

Цель работы

Цель работы – описать происхождение Метагалактики и барионной асимметрии. Работа является продолжением работ [1,2,3].

Содержание работы

В первой части показано, что частицы материи построены из элементов Субстанции в форме проективного пространства.

Во второй части указан механизм возникновения барионной асимметрии в результате СР-несимметричных реакций с участием адронов и антиадронов.

В третьей части рассмотрено начальное состояние Метагалактики и происхождение главных законов физического мира.

I. Проективная модель строения частиц материи

Все частицы материи образованы из 2-х элементов 3-мерной части Субстанции, имеющей форму аффинно-проективного RР³-пространства. Этими элементами являются:

1) замкнутые односторонние поверхности,

2) связки аффинно-проективных прямых.

Частицы материи образуются, когда замкнутая поверхность вставляется в центр связки прямых. Все составляющие связку прямые пересекают поверхность, и в точках пересечения происходит их соединение. В результате, поверхность и связка образуют единый объект: этот объект представляет собой частицу материи.

Все частицы построены на основе небольшого числа разновидностей замкнутых односторонних поверхностей. Для получения всех видов частиц материи достаточно 3-х простейших видов замкнутых односторонних поверхностей:

1. односторонние сферы,

2. односторонние торы,

3. односторонние трилистники (поверхности Боя).

Примечание. Связки также могут быть 3-х типов, что обуславливает существование 3-х семейств частиц материи.

Первые 2 вида поверхностей служат кернами заряженных (электроны, позитроны) и нейтральных (нейтрино, антинейтрино) лептонов, а третий вид – керном адронов.

Итак, каждый адрон имеет жесткий керн в виде 3-х лепестковой поверхности Боя и с этим керном соединена связка RР¹-прямых. Связка распределяется либо по всем трем, либо по двум лепесткам, в результате чего образуются либо барионы, либо мезоны.

Данное строение адронов объясняет, почему существуют кварки: кварки – это лепестки поверхности Боя, соединенные либо с 1/3, либо с 2/3 долей связки прямых.

Одновременно, находит объяснение деление кварков на «нижние» и «верхние».

Выявляется природа конфайнмента: кварки не существуют в свободном состоянии, поскольку лепестки невозможно отделить от поверхности Боя.

Поверхность Боя не имеет центра или плоскости симметрии, поэтому все адроны является Р-нечетными частицами. Если в 3-х лепестках располагаются неодинаковые кварковые заряды, то данные частицы не будут обладать и С-четностью. Это означает, что большинство адронов являются СР-нечетными.

II. Возникновение барионной асимметрии

Степень нарушения СР-симметрии адронов невелика, однако количество реакций с участием адронов и антиадронов на горячей стадии эволюции Метагалактики было столь большим, что даже небольшого нарушения СР-симметрии оказалось достаточно для возникновения наблюдаемой величины барионной асимметрии.

Метагалактика возникла в виде мощных потоков света всех направлений и диапазонов, включая гамма-диапазон. Столкновения гамма-квантов приводили к рождению пар адроны-антиадроны. Сначала количество адронов и антиадронов было одинаковым, однако, поскольку большая часть адронов и антиадронов не обладает СР-симметрией, то в реакциях с участием данных частиц отсутствует и Т-симметрия.

Это означает, что с течением времени количество частиц одного из этих 2-х сортов стало превышать количество частиц другого сорта: так возникло превышение числа адронов над числом антиадронов.

В каждом отдельном типе реакций превышение количества адронов было весьма незначительным, однако число таких типов реакций и их количество было настолько большим, что избыточного количества адронов хватило для образования Метагалактики.

Наибольшей величиной СР-нечетности обладают мезоны, поскольку у них в одном из лепестков кварк вообще отсутствует. Поэтому наиболее интенсивно барионная асимметрия образовывалась в реакциях с участием мезонов.

Реализация данного механизма не требует, чтобы протон был нестабильной частицей. Избыток барионов накапливается без распада протона: просто в реакциях с участием адронов количество родившихся частиц стало превышать количество частиц, родившихся в реакциях, в которых участвовали антиадроны.

III. Рождение Вселенной и Метагалактики

Исходным состоянием Вселенной является Субстанция (другие наименования: Единое, Абсолют, Бог). Принципиальная новизна в понимании Субстанции, которое предлагается в данной работе, заключается в том, что Субстанция обладает математической формой, и этой формой является проективное пространство.

Примечание. Обоснование данного тезиса: Субстанция должна включать, как конечные, так и бесконечные элементы, а проективное пространство – это простейшая математическая структура, которая содержит конечные и бесконечные элементы, причем эти элементы являются равноправными.

Естественно предположить, что Субстанция представляет собой самое общее проективное пространство, каковым является бесконечномерное кватернионное проективное пространство (НР^∞).

Математическая форма Субстанции претерпевает изменения:

1. конечные и бесконечные элементы перестали быть равноправными,

2. выделились конечномерные (в частности, 3-мерные) подпространства,

3. одно из 3-мерных подпространств стало вещественным.

Данные изменения привели к образованию 3-мерного вещественного аффинно-проективного пространства: именно из элементов этого RР³-пространства образовались частицы материи и кванты света, составившие Метагалактику.

Первым материальным объектом Метагалактики явилась инвариантная сфера RР³-пространства. Эта S²-сфера состоит из фотонов всех пространственных направлений и всех частотных диапазонов: горячая стадия эволюции Метагалактики началась с мощной вспышки света, содержащей фотоны всех направлений и частот.

Сфера описывается уравнением (х¹/х⁰)² + (х²/х⁰)² + (х³/х⁰)² = 1, здесь х⁰, х¹, х², х³ – однородные аффинные координаты аффинно-проективного RР³-пространства. Данная сфера не только является носителем первичных фотонов, но и определяет метрику пространства-времени: поскольку х⁰ ≠ 0, то уравнение сферы эквивалентно уравнению (х⁰)² - (х¹)² - (х²)² - (х³)² = 0, которое задает псевдоевклидову метрику.

Пространство-время представляет собой множество однородных аффинных координат, описывающих математическую структуру Субстанции. Данное понимание пространства-времени объясняет все его свойства [1,2,3].

Первичные фотоны двигались во всех направлениях, поэтому они испытывали многочисленные столкновения, и в этих столкновениях рождались все типы частиц и античастиц, т.к. энергия фотонов простиралась до самых больших величин.

Достоинством проективной модели строения частиц материи (раздел I) является то, что данная модель единым образом объясняет происхождение всех 3-х физических величин, характеризующих частицы материи:

1) масса,

2) заряд,

3) спин.

Масса порождается натяжением составляющих связку прямых, заряд – вращением прямых связки, спин – кручением RР¹-прямых.

1) Понимание массы, как результата натяжения связки прямых, объясняет все 3 свойства массы: а) инертная масса, б) гравитационная масса, в) энергия покоя.

Примечание. Все эти 3 величины совпадают с точностью до мировых констант.

а) Инертная масса характеризует способность частиц сопротивляться изменению состояния движения. Данное свойство проистекает из того, что связка RР¹-прямых располагается в RР³-пространстве, которое имеет физический смыл пространства скоростей. Изменение состояния движения означает переход в соседнюю точку пространства скоростей, а такой переход сопровождается изменением натяжения связки: прямые связки, ориентированные в противоположном направлении, натягиваются более сильно, и это дополнительное натяжение является причиной возникновения сил инерции, которые препятствуют изменению скорости (ускорению) частицы в данном направлении.

б) Гравитационная масса образуется благодаря градиенту натяжения связки RР¹-прямых, который возникает у частиц материи в направлении любой другой частицы. Возникновение данного градиента – это результат перераспределения натяжения свернутой в кольцо нити (каковой является каждая RР¹-прямая), когда она «нагружается» двумя частицами: на отрезке, соединяющем эти частицы, натяжение увеличивается, что проявляется как гравитационное притяжение данных частиц.

в) Энергия покоя представляет собой энергию натяжения связки RР¹-прямых. Разрыв связки с центральным керном частицы приводит к высвобождению энергии натяжения прямых связки и, вместе с тем означает разрушение частицы, поэтому исчезновение частицы сопровождается выделением энергии покоя.

2) Электрический заряд формируется благодаря тому, что RР¹-прямые являются аффинно-проективными, т.е. бесконечно удаленные точки прямых являются выделенными (эти точки существуют, но являются недостижимыми). Две половинки RР¹-прямой по разные стороны от бесконечно удаленной точки ориентированы одинаковым образом: либо на бесконечно удаленную точку, либо от бесконечно удаленной точки.

Примечание. Это объясняется тем, что все бесконечно удаленные точки образуют одну плоскость, а эта плоскость обладает топологией односторонней сферы, при пересечении которой прямые изменяют свою ориентацию на противоположную.

Если центральный керн частицы также имеет топологию односторонней сферы, то аналогичное изменение ориентации имеет место и при пересечении данного керна. В этом случае, обе половинки RР¹-прямой будут ориентированы одним из 2-х способов: либо на бесконечно удаленную точку и от керна, либо от бесконечно удаленной точки и на керн. Первый случай соответствует (+) заряду, а второй случай – (-) заряду.

Таким образом, проективная модель объясняет существование 2-х видов электрического заряда: заряды возникают в результате «автоматического» установления одинаковой ориентации 2-х половинок аффинно-проективных RР¹-прямых, если в центре связки оказывается поверхность, топологически эквивалентная односторонней сфере.

Наличие у RР¹-прямой указанных ориентаций означает, что все ее отрезки вращаются либо от частицы, либо – на частицу.

Примечание. При этом, ни частица, ни бесконечно удаленные точки не являются для этих отрезков «истоками» или «стоками», в которых данные отрезки рождаются или исчезают (как это делают виртуальные фотоны). RР¹-прямая имеет вид кольцевой ленты, вращающейся между двумя «валами», каковыми являются керн частицы и бесконечно удаленная плоскость, причем внутри керна и на бесконечности располагаются «редукторы», которые обращают направление вращения «ленты».

Данное вращение приводит к тому, что каждая пара заряженных частиц непрерывно обменивается отрезками своих RР¹-прямых, причем в зависимости от соотношения знаков зарядов, этот обмен осуществляется на разных отрезках RР¹-прямых, что приводит к разному знаку кулоновского взаимодействия:

а) если заряды одноименны, они обмениваются отрезками прямых через бесконечно удаленные точки, что имеет своим следствием отталкивание зарядов

б) если заряды разноименные, то обмен осуществляется на отрезке, который непосредственно соединяет данные заряды, – это приводит к притяжению зарядов.

Таким образом, из проективной модели строения частиц материи следует существование электрических зарядов и все свойства кулоновского взаимодействия.

3) Спин частиц порождается третьим свойством составляющих связки RР¹-прямых: кручением. Кручение является неотъемлемым свойством RР¹-прямых, поэтому спином обладают все, без исключения, частицы материи.

Данная модель объясняет обе характерные особенности спина:

а) спин проявляется во всех направлениях пространства,

б) величина спина равна половине кванта действия: s = (1/2)ℏ.

Первое свойство очевидно, поскольку прямые связки заполняют полный телесный угол, а второе свойство следует из того, что в каждом направлении спин порождается кручением одной половинки RР¹-прямой, тогда как кванты действия порождаются кручением всей RР¹-прямой [1,2,3].

Поскольку натяжение и вращение RР¹-прямых порождают гравитационное и кулоновское взаимодействия, то естественно предположить, что кручение RР¹-прямых также является причиной особого взаимодействия, каковым, вероятно, является слабое взаимодействие. В этом проявляется единая природа гравитационного, кулоновского и слабого взаимодействий: все 3 взаимодействия являются проявлениями 3-х свойств RР¹-прямых: натяжения, вращения и кручения.

Примечание. Сильное взаимодействие вообще исключается из числа фундаментальных взаимодействий: его функцию выполняет наличие у адронов керна в форме поверхности Боя. Благодаря жесткому керну, кварковые заряды постоянно находятся в вершинах 3-х лепестков поверхности Боя, поэтому кварки сталкивающихся адронов могут сближаться на расстояние, много меньшее размеров самих адронов: на этих расстояниях энергия кулоновского взаимодействия кварковых зарядов достигает величины, характерной для сильного взаимодействия [1,2,3].

Проективная модель выявляет физическую природу не только частиц материи, но и 2-х других материальных частиц: квантов света и квантов действия

Квант света образуется, когда из связки RР¹-прямых выделяется одна прямая, и оторванные от керна концы прямой вновь соединяются на инвариантной S²-сфере RР³-пространства. Одновременно, обе половинки прямой (остающиеся соединенными в бесконечно удаленной точке) «навиваются» на S²-сферу, в результате чего эта прямая приобретает вид спирали. Вершина данной спирали (точка сферы, в которой происходит соединение половинок RР¹-прямой), определяет направление распространения фотона, а шаг спирали – величину волнового вектора: данная модель объясняет происхождение всех параметров фотона, включая длину и частоту сопутствующей электромагнитной волны.

Квант действия также образуется, когда из связки RР¹-прямых выделяется одна прямая, однако концы этой прямой соединяются не на S²-сфере, а непосредственно в момент разрыва. В этом случае крутящие моменты 2-х половинок RР¹-прямой «гасят» друг друга (аннигилируют), что проявляется в возникновении кванта действия [1,2,3].

Проективная модель решает проблему темной материи и темной энергии.

Частицы темной материи имеют такое же строение, как частицы обычной материи: единственное отличие в том, что керн образован не односторонними, а двусторонними поверхностями. Поскольку двусторонние поверхности не инвертируют ориентацию и направление кручения проходящих через них прямых, то частицы темной материи не обладают ни зарядом, ни спином. Вместе с тем, двусторонние поверхности также натягивают связки прямых, поэтому массой частицы темной материи обладают.

Темная энергия имеет ту же природу, как и всемирное тяготение: натяжение связок прямых в составе частиц материи. Однако, порождающее темную энергию натяжение создается не кернами частиц, а инвариантной S²-сферой RР³-пространства. По этой причине градиенты натяжения, возникающие на кернах каждой пары частиц, направлены не на частицы, а в противоположные стороны, что проявляется как отталкивание частиц. Это отталкивание очень мало, поэтому оно обнаруживается только на космологических расстояниях, когда притяжение галактик становится много меньше отталкивания.

Разбегание галактик обусловлено тем, что материя родилась в RР³-пространстве, имеющем смысл пространства скоростей. Каждая родившаяся частица материи имела значение скорости, отличное от скорости любой другой частицы, поэтому каждая пара частиц обладала ненулевым значением относительной скорости. После объединения частиц в зародыши галактик, данным свойством стали обладать сформировавшиеся галактики и скопления галактик, что проявляется в их разбегании друг от друга.

Заключение

В данной работе предлагается решение 2-х фундаментальных проблем космологии:

1. природа начального состояния Вселенной и Метагалактики,

2. происхождение барионной асимметрии.

Принципиальная новизна проективной космологической модели заключается в том, что для решения этих проблем используется математический аппарат, который до настоящего времени в космологии не применялся: проективная геометрия.

Принципиально новыми являются следующие 3 утверждения:

1. первичными объектами Метагалактики явились фотоны, обладающие всеми возможными значениями волнового вектора,

2. барионная асимметрия возникла на горячей стадии эволюции Метагалактики благодаря большому числу СР-несимметричных реакций с участием адронов,

3. возникновение барионной асимметрии не требует распада протона.

Примечание. Более того, для возникновения барионной асимметрии не требуют ни сверхмассивные частицы, ни сверхвысокие температуры: барионная асимметрия образуется в хорошо изученном диапазоне энергий (0,3 - 30) Гэв.

Важнейшим достоинством проективной космологической модели является то, что она включает в себя модель строения микромира: в рамках проективной космологической модели получает объяснение строение частиц материи, квантов света и квантов действия, единая природа массы, заряда, спина, а также объединение всех взаимодействий.

Все материальные объекты, включая не только частицы материи и кванты света, но и кванты действия имеют единую природу: в образовании всех этих объектов ключевую роль играют прямые линии аффинно-проективного пространства, являющегося геометрическим образом Субстанции, которая породила Метагалактику.

Данная модель избегает введения в физическую картину мира «темных сущностей» (темная материя, темная энергия, инфлатон ...). Все эффекты, для объяснения которых вводятся эти сущности, находят объяснение в рамках проективной картины мира: данные эффекты являются проявлением небольшого числа элементов RР³-пространства, описывающего 3-мерную (материальную) часть Субстанции Мироздания.

Выводы

1. Исходным состоянием Вселенной является Субстанция в форме самого общего проективного пространства.

2. Метагалактика образовалась внутри 3-мерной вещественной части Субстанции, имеющей форму RP³-пространства.

3. Пространство-время представляет собой множество значений однородных аффинных координат аффинно-проективного RP³-пространства.

4. Материя родилась в виде фотонов всех направлений и диапазонов.

5. Каждый фотон образован RP¹-прямой, свернутой в спираль на инвариантной S²-сфере RP³-пространства.

6. Частицы материи и антиматерии родились в столкновениях первичных фотонов гамма-диапазона.

7. Все частицы и античастицы состоят из 2-х элементов RP³-пространства: замкнутой односторонней поверхности и связки прямых.

8. Центральным керном адронов и антиадронов служит 3-лепестковая Р-нечетная поверхность Боя.

9. Барионная асимметрия образовалась в результате СР-несимметричных реакций с участием адронов и антиадронов.

10. Распад протона не является необходимым условием возникновения барионной асимметрии.

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, Единая природа Мега и микромира // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27295, 20.08.2021

3. В.А. Шашлов, Проективная космологическая модель // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27378, 24.10.2021

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]