Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Истодин К.
Феномены самоприменимости. Электрон

Oб авторе
Динамическая структура электрона (позитрона)

Выдвижение данной гипотезы — не самоцель и не попытка развить свою интерпретацию в противовес квантово-механической. В связи с тем, что удалось выявить принцип «самоприменимости» (циклической причинно-следственной связи), на основе которого просто описывается устойчивость и развитие систем, возникло желание проинтерпретировать существующие или выявить неизвестные динамические процессы в каких-либо системах, которые могут взаимообусловливать друг друга и, с другой стороны, продемонстрировать действенность этого подхода в предсказании какого-нибудь результата, верность которого, можно было бы оценить теоретически или количественно. Автора давно занимал вопрос — какие динамические процессы могут обусловливать непостижимую и феноменальную устойчивость электрона или протона, в свете того, что каждая из этих частиц состоит из одноименно заряженного субстрата и не распадается? Параллельно с этим интересовал вопрос о том, частицы какой структуры могут возникнуть из первичного хаоса электромагнитного поля при остывании «праматерии». В результате появилась предлагаемая модель.
Автор может предугадать реакцию на свой труд, специалистов, решающих проблемы в той или иной мере связанные с квантовой механикой. Это равносильно тому, как если бы ко мне самому, как специалисту по компьютерам, пришел самоучка и предложил идею реализации микропроцессора на основе микромеханической конструкции с рычагами и зубчатыми колесиками, основываясь на том, что в механическом вычислительном устройстве гораздо проще (нагляднее) представить и описать процессы обработки информации и взаимодействия составных частей. Но в отличие от конструкторских и инженерных решений в современной электронике, отличающихся логической ясностью и полнотой, в квантово-механическом описании явлений микромира существует немалое количество противоречивых моментов, которые не позволяют рационально и последовательно объяснить многие и многие явления. Например, до сих пор не предложено вразумительного объяснения такому феномену, как дифракция с самим собой единичного электрона, пролетающего сквозь одно из двух открытых отверстий в экране-мишени.
Возможно автор этого труда не прав, и рационального объяснения быть не может, но он считает, что такое положение дел ненормально — не может существовать абстракций, которые нельзя было бы связать восходящей цепочкой образов с представимыми объектами реального мира. Дело, видимо, заключается в исходных посылках, которые в свое время были неверно выбраны. Как и у всякого, из подобных ему исследователей, несогласных с устоявшимися традициями физиков, у него есть для этого основания.
По современным представлениям электрон — это относительно однородный сгусток вещества в форме сферы, обладающий массой, электрическим зарядом и другими характеристиками. Известно также, что его радиус экспериментально не определен [1, с.412].
Данная гипотеза не претендует на замену существующих представлений квантовой механики, но, в тоже время, дает объяснения свойствам частицы, которые в рамках существующих представлений, на взгляд автора, объяснить не удается. Дополнительно предлагается значение предполагаемого радиуса электрона. (Слово радиус без кавычек, поскольку в данной гипотезе будет показано, что это реальная геометрическая характеристика «квантовой области» частицы.)
Будем исходить из предположения, что частица — это флуктуация энергии, возмущение какого-либо поля, со значением напряженности этого поля не равным нулю. Как всякая неоднородность флуктуация, согласно второму началу термодинамики, должна исчезнуть, постепенно рассеяться посредством перемещения по разным направлениям в близлежащие точки пространства. В случае возмущения электрического поля, может возникнуть ситуация, при которой рассеяние сопровождается возникновением такой конфигурации магнитного поля, которое не дает флуктуации рассеиваться по другим направлениям, кроме некоторого, первоначально инициированного. Следствия из электродинамики Максвелла позволяют сделать такие допущения. В результате возникает динамическая система, которая, сама себя «подстегивая», перемещается в пространстве. Автор полагает, что квант электромагнитного поля (сюда он относит и электромагнитные волны и электрон и позитрон) являются примером такой флуктуации и способен не распадаться.
Исходя из сказанного, было бы несправедливым полагать, что существуют только прямолинейные траектории распространения таких флуктуаций. В качестве примера самолокализующейся и криволинейно распространяющейся флуктуации электрического поля предлагается гипотеза о пространственной динамической структуре электрона — «вихре кванта». (Электрон и позитрон являются примером вихревого взаимодействия электрического и магнитного полей и по сути представляют собой вихри, при описании которых в терминах причина-следствие, следствие снова порождает свою причину, что соответствует принципу самоприменимости. Справедливо было бы, в связи с этим, назвать квантовую область электрона «вихрем кванта».)
Сущность гипотезы заключается в том, что электрон (позитрон) рассматривается как «самоподдерживающаяся» система, в которой эффект от происходящих в ней взаимодействий воспроизводит (порождает) условия или ситуацию, при которых эти же взаимодействия возникают, и на этой основе может быть представлен в виде перемещающегося в пространстве устойчивого возмущения (флуктуации) электромагнитного поля (одиночной волны). Это возмущение подобно обычному кванту электромагнитного поля, как двуполярной волны, но у которого, в отличие от последнего, отсутствует одна из полуволн напряженности электрического поля (положительная или отрицательная). («Однополярные» волновые процессы — одиночные волны, так называемые «солитоны», в реальном мире существуют и рассматриваются соответствующей теорией.)
Перемещение вихря кванта, из-за асимметрии однополярной волны, происходит не прямолинейно, а с «закруткой» по винтовой линии и, в силу некоторых других причин, которые будут рассмотрены далее, замыкается в тороидальную конструкцию, в некотором роде напоминающую устойчивое кольцо табачного дыма, в теле которого происходит спиральное движение по замкнутой траектории. (Следует заметить, что сформированное кольцо дыма уже проявляет существенную устойчивость, являясь всего лишь формой упорядоченного турбулентного движения инертных частиц воздуха, а в нашем случае реализуется электромагнитное взаимодействие, которое оказывает консолидирующее воздействие и приводит к беспрецедентной устойчивости «одноименно заряженного» объекта.) Возможно, основанная на таком же принципе, не теряет свою устойчивость шаровая молния (она, в итоге, распадается, но за счет потери энергии на излучение).
Так как распространение возмущения электромагнитного поля (однополярной волны) происходит со скоростью света, то реализация (воспроизведение) замкнутой «траектории» занимает относительно малый промежуток времени, в результате чего вихрь кванта «воспринимается» окружением как локальный и неделимый объект.
Существует несколько фактов и положений, которые позволяют обосновать возможность выдвижения подобной гипотезы.
  • а) С самого начала автор принял за основу постулат, который декларирует, что всякое явление, объект или система, обладающие нетривиальными свойствами, обусловлены неявной структурой («механизмом»), «ответственной» за наличие этих свойств. Электрон, безусловно, обладает нетривиальными свойствами — например, его нераспадаемость (устойчивость) как объекта, состоящего из одноименно заряженного субстрата;
  • б) следствие из электродинамики Максвелла: изменяющееся в пространстве или во времени электрическое поле порождает меняющееся магнитное, а изменяющееся магнитное порождает меняющееся электрическое. Помимо того, что это допускает существование «эффекта или явления, которые воспроизводят (порождают) ту ситуацию, при которых они возникают», данный факт, в то же время, не ограничивает распространение однополярных электромагнитных волн только по прямой линии;
  • в) Другое следствие из электродинамики — силовые линии магнитного поля охватывают (или стремятся навиться на) силовые линии электрического, а силовые линии электрического — силовые линии магнитного. С учетом следствия из п. б) можно допустить возникновение самоподдерживающейся (самоприменимой) структуры с эффективной положительной обратной связью (такой, где следствие воспроизводит свою причину).
  • г) при «распаде» обладающего определенной энергией гамма-кванта возникают (рождаются) две частицы с противоположными зарядами (электрон и позитрон), а он (гамма-квант) «состоит» только из электромагнитного поля и электрически нейтрален.
  • д) закон сохранения энергии, выраженный в виде E = mc2 (формула Эйнштейна).
Этих исходных «посылок» вполне достаточно, чтобы взяться за разработку собственной структуры электрона.
Как известно, гамма-квант с энергией, превышающей 1.02 МэВ (1.63•10-13 Дж) при соответствующих условиях превращается в (или распадается на) 2 частицы (электрон и позитрон) с одинаковыми массами покоя. В соответствии с данной гипотезой (так как предлагается рассматривать частицу в виде одиночной однополярной волны) и, учитывая закон сохранения энергии, можно предположить, что масса каждой частицы локализована в области, сравнимой по размерам с длиной волны исходного гамма-кванта. Эта длина волны определяется из известного соотношения С учетом того, что энергия распределяется между двумя частицами, то соотношение будет выглядеть как , откуда размер области будет сравним с величиной .
Конкретно, каждая из частиц предположительно имеет структуру, состоящую из 2-х непересекающихся и взаимно перпендикулярных векторов электрического и магнитного поля (E и Н), стремящихся навиться друг на друга (возможна как право- так и левосторонняя закрутка).
В результате этого возмущение поля локализуется и, распространяясь со скоростью света, в свою очередь, свивает в двойную спираль силовые линии электрического и магнитного полей.
Значение le можно также получить из формулы де-Бройля, в которой значение скорости приравнивается скорости света: le = h/mec.





Итак, как полагает автор, размер квантовой области, в которой сосредоточена масса электрона, никак не может быть меньше чем le/2. Эта область вращается по ободу тора, радиус которого, в общем случае, зависит от линейной скорости тора как целого и может быть определен в соответствии с формулой де-Бройля (автор не может с уверенностью сказать, что определяет де-Бройлевская длина волны: радиус или диаметр). Следует сказать, что на самом деле тор, как таковой фигурирует при нулевой относительной скорости частицы — при движении он вытягивается в спираль второго порядка.
Конкретное значение радиуса квантовой области частицы определяется как величина re > 2.44• 10-12 м. Для сравнения, радиус атома водорода (боровский радиус) равен 5.28• 10-11 м, т.е., предлагаемый электрон вполне может находиться в пределах атома.
Хотя, как известно, классический радиус электрона не превышает 2.8• 10-15 м, на этот факт можно не обращать серьезного внимания, ввиду условности его определения, тем более что значение радиуса экспериментально не установлено.
При обычном представлении электрона в виде вращающейся сферы и при известном значении его спина (момента импульса) величина радиуса этой сферы не должна быть менее 0.19• 10-12м, так как при меньшем радиусе наружная поверхность на экваторе частицы должна будет вращаться со скоростью больше скорости света. Видно, что классический радиус существенно меньше этой величины, что в данной ситуации абсурдно. Но радиус, полученный на основе предлагаемой гипотезы, больше. Это позволяет, в рамках гипотезы, представить спин как характеристику реального механического движения. (В общепринятом представлении не могло быть и речи о механической интерпретации спина в силу вышеупомянутого противоречия.)
Поскольку ограничение на представление о реальном вращении электрона снимается, то из этого вытекает следующее.

Аргумент № 1

Известно, что спины электрона и протона по абсолютной величине равны Lp = Le, т.е. mpvrp = mevre, (где v — линейная скорость вращения). Если допустить, что протон, как частица обладающая электрическим зарядом, имеет сходное с электроном строение, и при этом, предположить, что скорость перемещения массы (квантовой области частицы) по ободу тора (v) одинакова для протона и электрона, то можно, на основе равенства спинов, определить радиус протона. Он будет меньше в 1836 раз, так как, протонная масса больше электронной во столько же раз. Конкретное значение радиуса протона:
rp= re /1836 = 2.44Ч 10-12/1836 = 1.3Ч 10-15 (м),
что сравнимо с величиной, даваемой эмпирической формулой для определения размеров ядра атома (rp » 1.4Ч10-15(м), где А — число протонов и нейтронов в ядре). С учетом того, что для атома водорода А = 1 (один протон), радиус протона будет равен приближенно 1.4Ч10-15 м. (То, что более массивная частица оказалась меньше размером чем более легкая не содержит парадокса. Если учесть, что энергия пропорциональна частоте, то в рамках данной концепции, с учетом связи массы и энергии по формуле Эйнштейна, получается, что в меньшем объеме – длина волны меньше – должна содержаться большая масса).
На этой же основе вполне естественно объясняется тот факт, что единица ядерного магнитного момента в 1836 раз меньше магнитного момента электрона. Действительно, т.к., формула для магнитного момента, в отличие от формулы момента импульса (спина), вместо массы содержит заряд (pe = 1/2Чevr), то при одинаковых у протона и электрона заряде и, как мы предполагаем, линейной скорости v, значения магнитных моментов будут определяться только величиной радиуса (хотя, надо заметить, что магнитный момент протона равен, примерно 3-м единицам ядерного магнитного момента).

Аргумент № 2

При движении заряженной частицы вокруг нее возникает магнитное поле, интенсивность которого прямо пропорциональна скорости ее движения. Есть основание предполагать, что при движении предлагаемой частицы магнитное поле сжимает ее, уменьшая, условно говоря, радиус тора. С другой стороны, если принять, что тор движется «плашмя», т.е., больший радиус тора перпендикулярен направлению движения (спин параллелен или антипараллелен вектору скорости), то квантовая область движется в пространстве по спирали второго порядка. Следовательно, увеличение поступательной скорости приводит к уменьшению радиуса тора и, соответственно, размаха вторичной спирали. Если учесть, что величина момента импульса постоянна, то при уменьшении радиуса, линейная скорость вращения тора должна пропорционально увеличиться. Иными словами, при увеличении скорости движения системы, увеличивается линейная скорость вращения, чтобы сохранилась неизменной величина момента импульса (спина) частицы.
В этом случае, наряду с уменьшением амплитуды винтовой линии, уменьшается ее шаг. Если спроецировать винтовую линию на плоскость, то получим синусоиду, длина волны которой будет уменьшаться пропорционально увеличению скорости поступательного движения.
Такую же зависимость длины волны от скорости, для частиц с массой, дает известная формула де-Бройля (l = h/mv).
Но в формулу де-Бройля входит не только скорость, но и масса частицы. При релятивистских скоростях длина волны может уменьшиться настолько, что станет сравнимой с размером квантовой области. Так как увеличение линейной скорости вращения (как и скорости движения) ограничено скоростью света, то чтобы реализовывать свое вращение, для сохранения величины момента импульса, сама квантовая область должна уменьшаться (вектора Е и Н сближаться). Есть основания предполагать, что уменьшение размеров квантовой области не что иное как увеличение массы частицы (или наоборот). Известно так же, что бомбардировка (зондирование) тяжелых частиц эффективно только электронами, разогнанными до релятивистских скоростей, и в свете выше сказанного, большей частью, из-за того, что электроны уменьшаются и становятся менее «рыхлыми» и сопоставимыми по размерам с бомбардируемыми частицами.
Последние рассуждения — это гипотеза на основе гипотезы, и они здесь затем, чтобы были видны следствия, к которым может привести подтверждение гипотезы об ассиметричном кванте. Есть так же соображения, на основе которых автор предлагает свое, реалистичное объяснение парадоксальной «самодифракции» электрона на мишени с двумя отверстиями, но связанные с получением такого вывода рассуждения не столь очевидны и требуют существенной проработки еще одного аспекта движения предлагаемого электрона-вихря, связанного со структурой виртуального электромагнитного кванта, всегда сопровождающего движущийся электрон (который способен излучаться при торможении электрона). Подобные соображения высказываются в работе [2]
Возможно, что автор, как неспециалист, допустил сильное упрощение некоторых моментов, но не смотря на это, уверен, что эти выкладки нельзя отнести в разряд курьезов и что случайных совпадений не бывает.
В очень интересной и основополагающей работе В. И. Елисеева [3] «Введение в методы теории функций пространственного комплексного переменного», в гл. 4: Физическая интерпретация комплексного пространства, на основе представленной им, вышеуказанной, математической теории, с учетом даваемых ею особенностей, приходит к выводу (помимо других, весьма интересных заключений), что вихрь может служить причиной образования заряда в пространстве — без точечного источника. Такой вывод он делает на основе анализа волнового уравнения, описывающего плоскую световую волну, распространяющуюся вдоль оси х и поляризованную так, что электрическое поле Е направлено по оси у. В результате он заключает: «В пространстве ix + jy имеем два вектора, имеющих начало в окрестностях e-туннеля. Вектора лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях так, что образуется крутящий момент» (с.137). И далее: «Таким образом, решением волнового уравнения является функция f (ix + jy) и решение принадлежит четырехмерному пространству, а не плоскости, как считалось до настоящего времени». (Т.е., представленная автором данной работы вихревая структура и криволинейная траектория однополярной волны и наличие продольной составляющей вектора напряженности электромагнитного поля, вполне допустимы.)

На основе данной гипотезы удается объяснить многие факты и явления.
  1. Рационально объясняется нераспадаемость электрона как частицы, состоящей из одноименного заряда.
  2. Естественно объясняется природа таких характеристик как спин и магнитный момент.
  3. Позволяет истолковать взаимосвязь между массой и энергией (веществом и полем) не только математически (E=mc2), но и структурно.
  5. Объясняет природу электрического заряда и его генетическую связь с полем.
  6. Наличие двух значений спина у электрона (спиралевидное вращение квантовой области по ободу тора с закруткой спирали по- или против часовой стрелки – в котором перейти от одного направления к другому можно лишь «вывернув наизнанку» тор.)
  7. Объясняет (по двум соображениям) невозможность движения электрона (позитрона) со скоростью, превышающей скорость света.
  8. Можно рассматривать другую интерпретацию волнового движения (волн материи), если представить себе вращающийся тор, движущийся с некоторой скоростью. При этом «заряженная» квантовая область будет описывать в пространстве что-то среднее между винтовой линией (направление спина параллельно направлению движения) и циклоидой (спин перпендикулярен направлению движения). Возможно, что таким образом формируются орбитали электронов в атомах, когда на траектории укладывается целое число длин волн.
Если модель окажется правомерной, то можно будет считать, что такие частицы с ненулевой массой покоя как электрон, мюон-, антипротон (и соответственно, их античастицы) являются, по существу, асимметричными квантами электромагнитного поля (вихрями) одного вида, но с разными значениями собственной энергии (массы).


Литература:
  1. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. 2-е изд., М. Мир, 1985, 520с.
  2. Демиденко В.Н. О спиральном фотоне и спиральной волне де-Бройля.// Физическая мысль России, М., №2, 1998
  3. Елисеев В.И. Введение в методы теории функций пространственного комплексного переменного. Сборник статей./ 4. Физическая интерпретация комплексного пространства. — НИАТ (город не указан), 1990, т.1000.
    (Есть обновленная электронная версия: http://www.maths.ru/index.htm)
Истодин К. Феномены самоприменимости. Электрон // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.10690, 15.09.2003

[Обсуждение на форуме «Наука»]

В начало документа
© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru