Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Атомы образуются в результате наложения связок вещественных аффинно-проективных прямых, имеющихся в составе нуклонов и электронов. Стабильность атомов достигается благодаря компенсации эффектов вращения и кручения в накладываемых связках R_АP¹-прямых.

Цель работы.

Цель работы – применить проективную модель элементарных частиц для понимания структуры атома и атомного ядра.

Если проективная модель строения материи [1] правильно описывает структуру электронов и нуклонов, она должна найти применение в ядерной и атомной физике для построения проективных моделей атомного ядра и атома в целом.

Содержание работы.

В первом разделе описаны модели электронов и нуклонов, как объектов, составленных из замкнутых поверхностей и связок прямых внутреннего пространства.

Во втором разделе показано, что стабильность атомов достигается компенсацией вращения и кручения связок проективных прямых в составе нуклонов и электронов.

В третьем разделе описано строение атомных ядер, как нуклонных конструкций, скрепленных кварковыми узлами, составленными из кварков соседних нуклонов.

I. Проективная модель электронов и нуклонов

Основным постулатом Стандартной модели является постулат о существовании 3-х внутренних пространств, группами преобразований которых являются группы U(1), SU(2), SU(3). В проективной модели вместо этих 3-х элементарных пространств вводится одно более общее внутреннее пространство, имеющее форму вещественно-комплексного, аффинно-проективного ^RС_АP³-пространства [1].

Согласно проективной концепции, внутреннее пространство – это не математический прием, с помощью которого устанавливаются группы симметрии фундаментальных взаимодействий, а реальный фундамент Мироздания, из которого формируются все объекты материального мира. В частности, все частицы материи образуются путем соединения 2-х элементов внутреннего ^RС_АP³-пространства:

1) замкнутая поверхность,

2) связка прямых.

Каждая частица материи образуется, когда поверхность вставляется в центр связки. При таком расположении поверхности и связки, все составляющие связку прямые пересекают поверхность, и в точках пересечения происходит их соединение, в результате чего формируется единый объект – частица материи.

Каждая частица материи состоит из связки проективных прямых и вставленной в центр связки замкнутой поверхности.

Замкнутая поверхность выполняет функцию жесткого керна частицы. Вид поверхности определяет тип частицы, в частности, керном электронов служит односторонняя сфера, а керном нуклонов – односторонний трилистник.

Примечание. Односторонняя сфера получается отождествлением диаметрально противоположных точек обычной сферы, а односторонний трилистник представляет собой объединение 3-х односторонних сфер: данные сферы носят название «лепестки», а сам односторонний трилистник – «поверхность Боя».

Связка аффинно-проективных прямых выполняет не менее важную функцию: она наделяет частицы физическими свойствами: масса создается натяжением, заряд – вращением, спин – кручением связки R_АP¹-прямых.

1. Проективная модель массы.

Натяжение составляющих связку R_АP¹-прямых означает, что любое изменение положения керна во внутреннем пространстве приводит к неравномерному натяжению прямых связки: прямые, расположенные в направлении, противоположном данному изменению, натягиваются сильнее прямых, расположенных вдоль направления, в котором осуществляется изменение. За счет этой разности натяжений, частица стремиться сохранить свое положение во внутреннем пространстве.

Внутреннее пространство имеет физический смысл обобщенного пространства скоростей, поэтому указанный механизм означает, что каждая частица стремится сохранить свое положение в пространстве скоростей, т.е. свое состояние движения. При любом изменении величины или направления скорости возникает сила, направленная противоположно изменению скорости: эта сила, создаваемая связкой неоднородно натянутых R_АP¹-прямых, представляет собой силу инерции.

Примечание 1. Натяжение R_АP¹-прямых создает не только инертную, но и гравитационную массу: натяжение изгибает прямые, что приводит к искривлению, как внутреннего пространства, так и пространства-времени.

Примечание 2. Натяжение R_АP¹-прямых является физической причиной внутренней энергии частиц материи: энергия покоя представляет собой энергию натяжения связки R_АP¹-прямых данной частицы материи.

Все 3 проявления массы: 1) мера инертности, 2) гравитационный заряд, 3) мера внутренней энергии, имеют одну и ту же причину – натяжение связок R_АP¹-прямых в составе частиц материи.

Примечание. Гипотеза о существовании хиггсова поля является избыточной: само «поле Хиггса» можно рассматривать, как множество связок R_АP¹-прямых, входящих в состав всех существующих частиц материи.

2. Проективная модель электрического заряда.

Проективные прямые получаются из обычной, аффинной прямой объединением точек +∞ и -∞. В результате объединения возникает точка ∞, замыкающая аффинную прямую в окружность: проективные прямые (RP¹) имеют форму окружности.

Внутреннее пространство реального мира является не чисто проективным, а аффинно-проективным: бесконечно удаленные точки существуют, но являются выделенными (их невозможно достичь). Принадлежащие внутреннему аффинно-проективному пространству прямые также являются аффинно-проективными (R_АP¹).

Примечание. Везде, где будет встречаться термин «R_АP¹-прямая», следует представлять окружность, верхней точкой которой является точка ∞.

Как любая окружность, R_АP¹-прямая может вращаться: направление вращения определяется ориентацией прямой. При пересечении бесконечно удаленной точки, R_АP¹-прямая изменяет свою ориентацию и, следовательно, направление вращения. Причина заключается в том, что бесконечно удаленная плоскость имеет топологию односторонней сферы, а при пересечении односторонней сферы прямые изменяют свою ориентацию.

Это означает, что по обе стороны от бесконечно удаленной точки, отрезки (дуги) R_АP¹-прямых ориентированы в противоположные стороны, т.е. все отрезки, прилегающие к ∞, ориентированы либо на ∞, либо от ∞. Соответственно, R_АP¹-прямые вращаются либо на ∞, либо от ∞.

Примечание. Наглядно это можно представить так, что на бесконечности находится «редуктор», который обращает направление вращения R_АP¹-прямых.

Керны электронов и нуклонов образованы односторонними сферами, поэтому аналогичное изменение ориентации происходит при пересечении кернов этих частиц. Вследствие 2-кратного изменения ориентации (на керне и на бесконечности) в связках электронов R_АP¹-прямые вращаются от ∞ к керну, а в связках протонов R_АP¹-прямые вращаются от керна к ∞.

Именно так ориентированы силовые линии (+) и (-) зарядов: электрический заряд представляет собой связку одинаково ориентированных (вращающихся в одном направлении) R_АP¹-прямых.

Примечание. Частицы становятся заряженными, когда в центре связки R_АP¹-прямых располагается односторонняя сфера: в этом случае все прямые связки приобретают одинаковую ориентацию, т.е. начинают вращаться в одном направлении.

Поскольку керном нуклонов служит односторонний трилистник, эти керны содержат 3 неразрывно связанные друг с другом односторонние сферы, поэтому связка делится на 3 равные части: каждая из этих частей порождает заряд 1/3. По этой причине минимальный заряд кварков равен 1/3, а «верхние» кварки с зарядом 2/3 формируются, когда на лепестке поверхности Боя собираются 2 минимальные доли заряда.

Таким образом, электрические заряды лептонов и кварков образованы либо полными связками R_АP¹-прямых, либо – долями этих связок, кратными 1/3, вращающимися в одном из 2-х направлении: либо от керна, либо на керн.

2.1. Проективная модель кулоновского взаимодействия.

Кулоновское взаимодействие является результатом наложения связок вращающихся R_АP¹-прямых, входящих в состав заряженных частиц. Поскольку прямые находятся в непрерывном вращении, между каждой парой частиц постоянно происходит обмен отрезками. Данные отрезки непрерывно «входят» и «выходят» из центральных кернов частиц, – этот обмен является причиной кулоновского взаимодействия.

Примечание 1. Отрезки R_АP¹-прямых заменяют «неуловимые» виртуальные фотоны, механизм генерации и поглощения которых остается неизвестным.

Примечание 2. Особенно неприятно, что каждый заряд должен испускать 2 сорта виртуальных фотонов: один для взаимодействия с одноименными зарядами, а другой – для взаимодействия с разноименными зарядами. Проективная модель устраняет эту трудность: каждый заряд обладает всего одним типом связки R_АP¹-прямых.

Различие в результате взаимодействия (притяжение или отталкивание) возникает вследствие различного распределения ориентации (направления вращения) вдоль 2-х путей, соединяющих пару одноименных или разноименных зарядов q₁, q₂. Этими двумя путями являются: 1) отрезок [q₁-q₂], 2) отрезок [q₁-∞-q₂].

Примечание. Данные 2 отрезка составляют всю R_АP¹-прямую.

В случае одноименных зарядов, например, для 2-х электронов (е), ориентации прямых противоположны на отрезке [е-е], который соединяет электроны по кратчайшему расстоянию. Это означает, что обмен отрезками осуществляется именно на данном отрезке, и данный обмен имеет своим следствием отталкивание зарядов.

Примечание. На отрезке [е-∞-е], содержащем бесконечно удаленную точку, обмен не происходит, поскольку при пересечении точки ∞, направление вращения меняется на противоположное, вследствие чего на каждом из отрезков [е-∞], [∞-е] направления вращения прямых, входящих в состав связок обоих электронов, совпадают.

В случае разноименных зарядов, например, для электрона и протона (р), ситуация противоположная: на отрезке [е-р] направления вращения R_АP¹-прямых в связках обоих частиц совпадают, и обмена отрезками не происходит. Однако, на отрезке [р-∞-е] эти направления противоположны (причина та же самая: при прохождении точки ∞, отрезки изменяют свою ориентацию). Это означает, что обмен отрезками и, следовательно, отталкивание зарядов имеет место на отрезке [р-∞-е]. Однако, отталкивание «через бесконечность» приводит к тому, что на отрезке [р-е] заряды «подталкиваются» друг к другу, – это «подталкивание» проявляется, как кулоновское притяжение: разноименные заряды притягиваются, поскольку отталкиваются от бесконечно удаленных точек внутреннего пространства.

Проективная модель электрических зарядов объясняет не только сам факт существования кулоновского взаимодействия, но и наличие у него 2-х знаков.

3. Проективная модель спина.

Неотъемлемым свойством проективной прямой является кручение: проективная прямая имеет вид не только вращающейся, но и скручивающейся окружности.

Скорости вращения и кручения согласованы: когда точка совершает полный оборот вдоль всей R_АP¹-прямой, прикрепленный к точке «флаг» поворачивается в перпендикулярной плоскости на пол-оборота (на 180^о).

Направление кручения соотносится с направлением вращения по правилу правого винта. Данное соотношение между направлениями вращением и кручением R_АP¹-прямых является причиной различия между правым и левым (причиной несохранения Р-четности).

Кручение R_АP¹-прямой создает момент количества движения в направлении вращения данной прямой. Как и в случае вращения, при пересечении односторонней сферы, направление кручения инвертируется. Поскольку инверсия совершается 2 раза: на керне и на бесконечности, то каждая половинка R_АP¹-прямой создает момент количества движения, ориентированный от керна к ∞.

Это означает, что каждая R_АP¹-прямая создает 2 момента количества движения, ориентированные в прямом и обратном направлении. Поскольку связка содержит прямые всех ориентаций, то указанные 2 противоположных момента создаются во всех пространственных направлениях.

Именно такими свойствами обладает спиновый момент количества движения частиц материи, на основании чего можно сделать вывод, что спин создается совокупностью крутящих моментов связки R_АP¹-прямых данной частицы материи.

Примечание. Данная модель объясняет оба удивительные свойства спинового момента количества движения:

1) спиновый момент существует во всех пространственных направлениях,

2) в каждом выделенном направлении спиновый момент имеет 2 проекции.

II. Проективная модель атома

Атомы образуются, когда происходит наложение связок R_АP¹-прямых, входящих с состав электронов и нуклонов. В данном разделе будет рассматриваться простейший атом водорода и не будет учитываться кварковая структура протона: протон рассматривается, как единичный положительный заряд.

Рассмотрим совместное действие вращения и кручения R_АP¹-прямых в связках, входящих в состав протона и электрона.

Как показано в разделе I, вращение общих для протона и электрона R_АP¹-прямых обуславливает кулоновское притяжение между ними. Стрелки, показывающие направление вращения R_АP¹-прямых, принадлежащих протону и электрону, направлены навстречу друг другу на отрезке (дуге) [р-∞-е]: именно обмен отрезками на этом отрезке приводит к притяжению протона и электрона на отрезке [р-е].

Направление крутящих моментов отрезков R_АP¹-прямых совпадает с направлением их вращения: они изображаются теми же самыми стрелками. Это означает, что на отрезке [р-∞-е] крутящие моменты компенсируют друг друга, тогда как на отрезке [р-е] моменты ориентированы в одном направлении (от протона к электрону). Данный отрезок является аналогом «буравчика», вращение которого отодвигает электрон от протона.

Согласование скоростей вращения и кручения R_АP¹-прямых приводит к тому, что положение электрона относительно протона не изменяется: насколько электрон и протон сближаются за счет вращения, настолько же они удаляются друг от друга вследствие кручения. По этой причине расстояние между протоном и электроном остается фиксированным, и атом является стабильным.

Изложенный механизм стабильности атомов позволяет объяснить физический смысл постоянной тонкой структуры ( α): эта постоянная представляет собой отношение кванта действия, который создается вращением R_АP¹-прямой, к кванту действия, порождаемым вращением R_АP¹-прямой.

Примечание. Другими словами, постоянная тонкой структуры – это отношение кванта действия, создаваемого кулоновским взаимодействием, и кванта действия, создаваемого собственным моментом количества движения.

Числителем данного отношения служит величина Е_кул* Δt, здесь Е_кул – кулоновская энергия взаимодействия элементарных зарядов, Δt – интервал времени, в течение которого осуществляется взаимодействие, а знаменателем – квант действия ℏ. Учитывая, что Е_кул ~ е*е/r, r – расстояние между зарядами, и r/ Δt = с – скорость света, получаем искомое отношение: α ~ Е_кул* Δt/ℏ ~ е²/ℏс.

III. Проективная модель атомных ядер

То, что нуклоны обладают формой трилистника, в вершинах лепестков которого расположены кварковые заряды, позволяет предложить новую модель ядра, суть которой заключается в следующем: атомные ядра представляют собой конструкции, в которых каждый нуклон занимает фиксированное положение.

Крепление нуклонов в ядерных конструкциях осуществляется благодаря тому, что выступающие части нуклонов – вершины лепестков трилистника – приходят в контакт друг с другом, вследствие чего находящиеся в этих вершинах кварки собираются в небольшие по размеру образования – кварковые узлы. Эти узлы выполняют функцию креплений, удерживающих нуклоны в строго определенных положениях.

Примечание. При формировании ядер, нуклоны разворачиваются друг к другу вершинами лепестков трилистников, и все входящие в нуклоны кварки оказываются расположенными в непосредственной близости друг от друга, образуя кварковые узлы.

Расстояние между кварками в кварковых узлах составляет порядка сотых долей Фм, поэтому кулоновская энергия в расчете на одну пару кварков достигает единиц Мэв: этой энергии достаточно для удержания нуклонов в составе ядерных конструкций.

Примечание. Каждый нуклон вносит свои 3 кварка в 3 разных кварковых узла и скрепляется со всеми нуклонами, которые также вносят кварки в эти узлы.

Итак, в атомных ядрах каждый нуклон связан с соседними нуклонами в 3-х кварковых узлах, и за счет этих связей формируются устойчивые ядерные конструкции: ядра – это нуклонные конструкции, скрепленные кварковыми узлами.

Модель атомных ядер в виде нуклонных конструкций, в которых и нуклоны, и кварковые узлы занимают строго фиксированные положения, позволяет объяснить все свойства, которыми обладают атомные ядра [2].

Заключение

В данной работе предпринята попытка раскрыть механизм стабильности атомов: выявить причину, которая препятствует кулоновскому притяжению между протонами и электронами сблизить эти частицы на сколь угодно малое расстояние.

Примечание. В настоящее время стабильность атомов объясняется соотношением неопределенностей, однако не указывается, из какого источника электрон черпает энергию и импульс, чтобы удовлетворить данному соотношению.

Согласно проективной модели, стабильность атомов достигается благодаря компенсации причин, порождающих заряд и спин электронов и протонов. Этими причинами являются вращение и кручение связок R_АP¹-прямых, входящих в состав электронов и протонов. При наложении данных связок, кручение R_АP¹-прямых, создающее спиновый момент количества движения частиц материи, компенсирует эффект кулоновского притяжения, создаваемый вращением R_АP¹-прямых.

Примечание 1. Крутящие моменты R_АP¹-прямых – вот тот источник, из которого черпают энергию электроны, чтобы не упасть на атомное ядро.

Примечание 2. Кручение R_АP¹-прямых выполняет функцию «пробки», которая «затыкает» потенциальную яму, создаваемую кулоновским потенциалом ~ 1/r. Выше данной «пробки» кулоновский потенциал сохраняет свое действие, поэтому весь математический аппарат современной теории атома остается в силе.

Выводы

1. В состав электронов и нуклонов входят связки R_АP¹-прямых, натяжение, вращение и кручение которых наделяют частицы массой, зарядом и спином.

2. Атомы образуются в результате компенсации вращения и кручения связок R_АP¹-прямых, входящих в состав электронов и нуклонов.

3. Постоянная тонкой структуры отражает соотношение между эффектами, создаваемыми вращением и кручением каждой R_АP¹-прямой.

4. Атомные ядра представляют собой нуклонные конструкции, скрепленные кварковыми узлами, в которые собираются кварки нуклонов, находящихся в непосредственном контакте друг с другом.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Эксперименты для проективной физики // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28141, 02.11.2022

2. В.А. Шашлов, Новая модель нуклонов и ядер // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28050, 03.09.2022

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]