Является создание единой и неизменной картины мира на основе немногочисленных фундаментальных идей

Вид материала

Документы

Содержание А = е, получим, что значения двух нижних пределов в интегралах радиальных движений в (2.8) равны - е π 3. Краткий анализ полученного результата 4. Определение теоретического значения константы гравитационного взаимодействия

Подобный материал:

• А. Г. Формирование единой картины мира на основе фундаментального единого закона взаимодействия, 984.7kb.
• Целью предлагаемой программы является формирование единой картины мира на основе представлений, 515.54kb.
• В. А. Каверина «Картины мира» школьников. Итоги исследования. Исследование, 82.72kb.
• Программа дисциплины фтд. 01 Фразеология как отражение русской языковой картины мира, 176.79kb.
• Тема: Основные исторические этапы развития естествознания. Научные революции и картины, 99.52kb.
• Маркеры этноспецифической информации в составе фразеологизмов, 89.88kb.
• Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 36.26kb.
• 1. Физическое мироздание. Понятие научной картины мира, 86.6kb.
• Программа вступительных испытаний для абитуриентов, поступающих в колледж, 60.72kb.
• Концепция атомизма от Левкина и Демокрита до наших дней. Концепция эфира и ее трансформации, 22.99kb.

dφ ) =

0

2π - π 2π π

= е² /4πε₀ c (∫ exp φ dφ + 2∫ exp φ dφ +∫ dφ + 2 ∫ dφ ) = k ħ (k = 1,2,3…). (2.8)

- ∞ -∞ 0 0

Приняв протон точечным и положив поэтому значения нижних пределов в интегралах радиальных движений в (2.8) равными -∞, мы тем самым вносим неточность в определение времени и заведомо огрубляем будущий результат.

После интегрирования (2.8) и последующего преобразования с учётом (2.1) и известного соотношения ħ = h/2π получим уравнение для теоретического значения постоянной тонкой структуры α в первом приближении:

α = е²/2ε₀ сh = к /( exp 2π + 2exp (-π) + 4π) (2.9)

Для вычисления значения α необходимо определиться со значением к в (2.9). Изменение движения электрона, индуцированное обменным взаимодействием, сопровождается изменением полной энергии электрона. Из проведённого выше анализа процесса взаимодействия следует, что взаимодействующий с протоном электрон обладает зарядом е и массой 2m, эквивалентной двум единичным массам невозбуждённого взаимодействием электрона. С квазиквантовым удвоением массы электрона соответственно вдвое увеличивается и кинетическая энергия электрона. Примем, что такому изменению кинетической энергии электрона соответствует минимальное значение действия процесса, равное ħ. В связи с равенством изменений кинетической энергии электрона, зависящей от его массы и потенциальной энергии электрона, зависящей от его заряда (2.3), увеличению потенциальной энергии электрона вдвое будет соответствовать значение действия процесса, также равное ħ. Уравнение (2.9) получено на основании рассмотрения изменения только потенциальной энергии электрона. Так как суммарная величина действия S пропорциональна изменению полной энергии электрона, то для вычисления значения α , соответствующего значению S, необходимо в (2.9) положить, что к = 4.

Из (2.9), произведя вычисления, получим в первом приближении теоретическое значение α_т постоянной тонкой структуры:

α_т = 7,2973465∙10^-3.

Вычисленное значение α_т совпадает с экспериментальным значением постоянной тонкой структуры с погрешностью ≈ 5,8∙10^-7. Полученный результат можно было бы считать удовлетворительным, однако значение α_т не укладывается в доверительный интервал экспериментального значения α_э постоянной.

Ранее, при написании (2.8), предусматривалась вероятность уменьшения точности вычислений из-за принятого допущения о размере протона. Малая относительная погрешность (0,45∙10^-7) экспериментального значения α_э позволяет, приняв математическое ожидание высокоточного экспериментального значения за значение α_т постоянной, вычисляемое на основании (2.8), уточнить нижние пределы (-∞) в интегралах уравнения (2.8).

Используем для расчёта два последовательно уточнявшихся экспериментальных значения 1/ α_э :

1/ α_э = 137,03597 и 1/ α_э = 137,035963.

Значение нижнего предела, при котором обеспечивается равенство 1/α_т = 1/ α_э , будем искать в виде: -Аπ.

Проведённые вычисления дают два значения А:

А = 2,7253 и А = 2,7101.

Среднее значение А по результатам двух вычислений равно ≈ 2,718. Математическим ожиданием полученной на основании высокоточных опытных данных величины А является численное значение основания натуральных логарифмов е (2,718281828).

Положив А = е, получим, что значения двух нижних пределов в интегралах радиальных движений в (2.8) равны - е π, а последовательно повторив выкладки, получим уравнение для точного теоретического значения постоянной тонкой структуры:

α = е²/2ε₀ сh = 4 /( exp 2π+ 2 exp (-π) - 3 exp (-е π) + 4π). (2.10)

Проведя вычисления, из (2.10) получим:

1/α = 137,0359668.

Вычисленное теоретическое значение 1/α лежит в доверительных интервалах опытных значений постоянной.

Попутно отметим, что определение точного теоретического значения постоянной тонкой структуры частично решает проблему нахождения наиболее достоверных и взаимно согласованных значений фундаментальных физических постоянных на основе имеющихся аналитических зависимостей и экспериментальных данных, полученных с использованием различных измерительных средств и методик и независимых функциональных связей. Так как, например, постоянная тонкой структуры α входит в формулу для вычисления g_e-фактора (отношения спинового момента электрона к магнетону Бора) по законам квантовой электродинамики и независимо от этой теории в формулу квантового сопротивления Холла, то полученный результат позволяет уточнить значение величины R_H квантового сопротивления: R_H = h/e² = 1/2αε_оС.

3. КРАТКИЙ АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННОГО РЕЗУЛЬТАТА

Перепишем уравнение (2.8) с учётом уточнённых значений нижних пределов интегралов и определённого выше значения k и проанализируем его и допущения, принятые при его выводе:

е² ((exp 2π + 2 exp (-π) - 3 exp (-е π) + 4π))/ 4πε₀ c) = 4 ħ. (3.1)

Уравнение (3.1) выражает значение величины действия от момента начала кулоновского взаимодействия возникших при распаде нейтрона электрических зарядов протона и электрона до начала установившегося периодического обменного процесса взаимодействия зарядов в родившемся из нейтрона атоме водорода.

Взаимодействие электрических зарядов в атоме водорода осуществляется путём непрерывного обмена материей между заряженными частицами через особые точки частиц (перигелий и афелий). В соответствии с принятым допущением, за один период процесса через перигелий каждой из взаимодействующих частиц поглощается, а через афелий истекает масса, эквивалентная массе электронно-позитронной пары

Радиусы перигелия и афелия для конкретной пары взаимодействующих частиц в периодическом процессе взаимодействия остаются постоянными.

Перигелии и афелии частиц прецессируют, при этом перигелий и афелий электрона движутся по окружностям радиусов r_min и r_max, соответственно.

Значение величины действия не зависит от масс взаимодействующих противоположно заряженных частиц и значений радиусов перигелия и афелия, поэтому (3.1) носит общий характер и справедливо не только для процесса распада свободного нейтрона, но также и для случая рождения электронно-позитронной пары из вакуума. Периоды поглощения и испускания аннигиляционных фотонов у взаимодействующих частиц сдвинуты по фазе в противоположных направлениях. У электрона начало поглощения на полпериода опережает начало испускания, у протона, наоборот, фаза поглощения отстаёт на полпериода от начала фазы испускания, поэтому, в сравнении с массами тех же, но невзаимодействующих частиц, масса взаимодействующего электрона вдвое больше массы свободного электрона, а масса взаимодействующего протона меньше массы свободного протона на величину массы свободного электрона, и можно считать, что в процессе взаимодействия частицы постоянно находятся в возбуждённом состоянии.

Процесс, сопровождающий вращение со сдвигом во времени на величину полупериода непрерывно поглощающего материю перигелия и непрерывно испускающего материю афелия, разнесённых в пространстве на длину большой оси эллипса (эллипсоида) заряженной частицы, даёт наглядное представление о рождении электромагнитных волн.

Аналогичные электронным и протонным поглощающие материю перигелии и испускающие материю афелии должны быть в любых материальных объектах, взаимодействующих посредством обмена материей, независимо от пространственных масштабов этих объектов и временных масштабов обменных процессов.

В подтверждение единства закономерностей Природы заметим, что на снимках спиральных галактик отчётливо видны ядра в форме эллипсоидов вращения и исходящие из их “афелиев” и “перигелиев” спиралъные ветви. Следовательно, на границах ядер галактик существуют локальные области испускания и поглощения материи. Весьма знаменательно, что с рассмотренной моделью кулоновского взаимодействия частиц в атоме водорода согласуются снимки так называемых спиральных галактик с перемычками. В таких галактиках по одному из лучей перемычки происходит испускание звёздной материи ядром, по другому – поглощение. Снимки служат наглядной демонстрацией запечатлённого мгновения непрерывного процесса разделения электрических зарядов в космических масштабах, происходящего в результате “истечений” масс. Независимо от масштабов явления процесс разделения зарядов должен сопровождаться возникновением кулоновского взаимодействия.

При выводе уравнения (2.8) протон принимался точечной частицей со сверхплотной упаковкой материи. Использование высокоточного экспериментального значения α позволило уточнить соответствующие такому допущению нижние пределы (- ∞) в двух интегралах, что и отражено в уравнениях (2.10) и (3.1).

Уравнение (3.1) отличается от (2.8) наличием членов содержащих двойную экспоненциальную зависимость. Обычно “двойные ” экспоненты возникают в решениях задач о плотной упаковке тел, поэтому можно предположить, что величина r_min ∙ е ^{-е π} определяет радиус “рождения ” аннигиляционного фотона, а сфера такого радиуса является областью пространства с плотной упаковкой частиц.

Процесс β-распада свободного нейтрона n на протон p⁺, электрон e ^– и электронное антинейтрино ν̃_е происходит по схеме, представленной известным выражением (уравнением):

n → p⁺+ e ^– + ν̃_е. (3.2)

Возникшие при β-распаде нейтрона электрические заряды электрона и протона тотчас вступают в электромагнитное взаимодействие, при этом электрон, пройдя расстояние от r_min ∙ е ^{-е π} до r_min ∙ е ^{-2 π} , в зависимости от соотношения между собственной кинетической энергией и энергией взаимодействия с зарядом протона, или улетает, становясь свободной частицей или остаётся в зоне притяжения заряда протона. В последнем случае в фазовом промежутке от -2π до 0 происходит коррекция значений r_min и r_{max ,} а фазовый промежуток от 0 до 2π становится первым, с установившимися значениями r_min и r_max, периодом движения связанного электрона в образовавшемся атоме водорода, самого распространённого элемента в природе.

Так как все процессы, идущие с образованием нейтрино, относят к процессам слабого взаимодействия, то уравнение (3.2) является характерным, как уже отмечалось, первым из открытых, уравнением слабых взаимодействий. Можно предположить, что более подробное рассмотрение процесса протекающего в соответствии с (3.2) позволит установить и закономерности слабых взаимодействий.

Сопоставление выражений для постоянной тонкой структуры и энергии взаимодействия двух элементарных электрических зарядов позволяет сделать вывод, что безразмерная константа α выражает отношение энергий двух видов взаимодействий. Так как соотношение интенсивностей видов взаимодействий и значение α известны, то можно заключить, что в области совместного действия кулоновских и ядерных сил отношение энергий кулоновского и сильного взаимодействий численно равно значению постоянной тонкой структуры.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ КОНСТАНТЫ ГРАВИТАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Силовое гравитационное взаимодействие физических объектов с массами m₁ и m₂ определяется законом всемирного тяготения И.Ньютона, дающим выражение для силы F_ГР гравитационного притяжения масс в виде:

F_ГР = G ∙ m₁∙m₂ / r², (4.1)

где G – гравитационная постоянная;

r - расстояние между центрами масс.

Если материальная точка массой m₁ находится в центре однородного шарообразного тела массой m₂ и радиуса r, то сила взаимодействия между ними равна нулю. При перемещении массы m₁ внутри тела сила гравитационного взаимодействия между массами m₁ и m₂ пропорциональна расстоянию от центра шара до материальной точки и достигает максимума при нахождении материальной точки на удалении r от центра шара. Максимальное значение силы при этом определяется уравнением (4.1). Подобные зависимости имеют место и при кулоновском взаимодействии точечного электрического заряда с равномерно распределённым объёмным зарядом. Это настолько очевидно и элементарно, что не требует разъяснений. Тем не менее, физики, обнаружив экспериментально существование силового взаимодействия пропорционального расстоянию между частицами, презрев предостережение средневекового философа “не умножать сущностей без необходимости”, начинают считать, что они открыли новый вид сил – глюонные силы.

Потенциальная энергия Е_ГР гравитационного взаимодействия масс при нормировке на нуль в центре одной из масс определяется выражением:

E_ГР = G ∙ m₁∙m₂ / r. (4.2)

При обилии гипотез природа и механизм гравитации достоверно неизвестны. Искривление пространства гравитирующими массами – гипотеза, предложенная А.Эйнштейном для объяснения движений под действием сил тяготения, несмотря на её почти всеобщее признание, на наш взгляд [4], такая же иррациональная фантазия изощрённого ума, как и волны вероятности, предложенные М.Борном для объяснения движения электрона с квантово-механических позиций.

Наиболее достоверной из гипотез, объясняющих механизм тяготения, представляется гипотеза, предложенная в 1782г. немецким физиком Лесажем. Согласно гипотезе Лесажа, всю Вселенную заполняют бесчисленные “ультрамировые ” частицы, хаотически движущиеся с большой скоростью во всех направлениях. За счёт импульсов от ударов частиц и взаимного экранирования тел возникают силы, сближающие тела. Если испускание и поглощение ультрамировых частиц пропорционально массам взаимодействующих тел, то гипотеза Лесажа не только качественно, но и количественно соответствует закону всемирного тяготения сэра Исаака Ньютона.

Все предпринимаемые попытки современных физиков-экспериментаторов обнаружить гипотетический переносчик гравитационного взаимодействия (гравитон) и предсказанные Эйнштейном гравитационные волны оказываются безуспешными.

В отличие от других мировых констант для гравитационной постоянной G до настоящего времени не найдено никаких математических связей с другими постоянными. Что касается константы гравитационного взаимодействия, то физики пока не могут прийти к согласию ни в вопросе о порядке значения этой постоянной, ни о частицах, массы которых должны содержаться в формуле для вычисления значения константы.

В разделе 2 настоящей работы было получено уравнение для вычисления теоретического значения постоянной тонкой структуры α, выражающее закономерности кулоновского взаимодействия электрона и протона, возникающих в характерном процессе слабого взаимодействия – β-распаде свободного нейтрона с образованием атома самого распространённого в природе элемента - водорода.

Покажем, что в результате дальнейшего рассмотрения процесса β-распада нейтрона могут быть получены теоретическое значение константы гравитационного взаимодействия α _гр, взаимосвязь константы гравитационного взаимодействия с постоянной тонкой структуры α, теоретические значения относительных масс фундаментальных частиц и математическая связь гравитационной постоянной G с константой микромира – постоянной Планка h.

Проанализируем с учётом уравнения (3.2) и выводов раздела 3.1 качественные и количественные изменения в состоянии частиц, происходящие в процессе β-распада нейтрона.

Итак, в результате распада электрически нейтрального нейтрона возникают два единичных электрических заряда противоположных знаков. Отрицательный знак при этом оказывается связанным с родившимся электроном, а положительный с трансформировавшимся в протон нейтроном. Рождение пары электрических зарядов сопровождается возникновением кулоновского взаимодействия зарядов и изменением массы нейтрона. Согласно экспериментальным данным, относительная масса m_n свободного нейтрона равна 1838,683662(37), а относительная масса m_p свободного протона - 1836,152701(37). В соответствии с выводами раздела (3.1), масса протона, заряд которого вступил в обменное фотонное взаимодействие с зарядом электрона, меньше массы свободного протона на величину электронной массы, т.е. относительная масса взаимодействующего протона (m_p – m_e) равна 1835,152701(37). Разность между относительными массами свободного нейтрона и нейтрона, трансформировавшегося во взаимодействующий кулоновски протон, равна 3,530961. Согласно некоторым современным теориям все элементарные частицы являются порождением электронно-позитронного вакуума, и все мутации и взаимодействия частиц происходят на уровне вакуума посредством аннигиляционных фотонов, относительная электромагнитная масса которых традиционно принимается равной двум относительным электронным массам.

Вычисленная выше разность между относительными массами нейтрона и протона отличается от относительной массы двух аннигиляционных фотонов на 0,469039. Если принять, что разность относительных масс нейтрона и возбуждённого протона эквивалентна сумме фактических относительных масс двух аннигиляционных фотонов, то, разделив 3,530961 на 2, получим, что относительная масса аннигиляционного фотона равна 1,7654805. Возникает естественный вопрос, чем объясняется различие полученной относительной массы аннигиляционного фотона от традиционной, равное 0,2345195.

Электрически нейтральный аннигиляционный фотон возникает в результате аннигиляции электронно-позитронной пары. Опытами установлено, что перед аннигиляцией электронно-позитронная пара может образовывать т.н. позитроний – метастабильное связанное обменным кулоновским взаимодействием состояние, подобие водородного атома, в котором электрон движется вокруг позитрона. Более полувека назад теоретики указывали на возможность образования молекул из двух атомов позитрония (подобие молекул водорода) и соответственно ионов. Подтверждено ли это современными экспериментаторами мне не известно. Надо полагать, что подобно ионам водорода ионы позитрония могут быть как положительно, так и отрицательно заряженными.

Любое связанное состояние частиц вещества характеризуется энергией связи или т.н. дефектом массы. В соответствии с общепринятыми взглядами на образование связанных состояний дефект массы взаимодействующих частиц возникает вследствие того, что часть гравитационных масс частиц трансформируется в энергетически эквивалентные полевые массы обменных квантов. При проникновении в глубины строения материи обнаруживается резкое увеличение дефекта массы, который по значению становится сопоставимым с массами взаимодействующих частиц. Из закона сохранения материи следует, дефект массы связанного состояния двух частиц не может быть больше суммы гравитационных масс этих частиц. Поэтому вызывают, мягко говоря, недоумение, игнорирующие закон сохранения материи утверждения апологетов кварковой модели строения материи о дефекте массы связанного состояния кварков, в тысячи раз превышающем массу кварков.

Исходя из парадигмы единства Природы, можно считать, что строение вещества на всех уровнях его организации осуществляется единообразно, на основе единых принципов, и процессу рождения из распадающегося нейтрона простейшего из атомов, атома водорода на начальном этапе предшествует образование аналога молекулы водорода на более фундаментальном уровне – молекулы позитрония. Поэтому вычисленное выше и названное фактической относительной массой аннигиляционного фотона число (1,7654805) в действительности может представлять собой относительную массу позитрония, в котором дефект массы связанного состояния электрона и позитрона в относительных единицах измерения равен 0,2345195. При образовании отрицательно заряженного иона позитрония его относительная масса в первом приближении будет выражаться числом 2,76548. Так как масса этой частицы без учёта энергии связи равна трём единичным массам электрона, назовём отрицательно заряженный ион позитрония триэлоном. Ввиду метастабильности позитрония и для сохранения терминологического единства изложения разделов настоящей работы триэлон можно трактовать как электрон, поглотивший аннигиляционный фотон. В нулевом приближении масса m_тр этой частицы равна 3m_e.

Фундаментальным первичным актом при распаде нейтрона является рождение электронно-позитронной пары, которое определяет возникновение зарядов у родившихся электрона и протона. Как установлено опытами, электрический заряд протона обладает центральной симметрией. Так как и нейтрон, и протон имеют сферическуюформу, то наиболее вероятным местом рождения электронно-позитронной пары, а затем и триэлона, может быть особая точка шара – её центр. Электрический заряд элементарной частицы является характеристикой поля частицы, а не его массы. Другой характеристикой поля заряда частицы служит её спин. Спин выражает вращение поля заряда частицы.

Обладающие гравитационными массами и приобретающие электрические заряды возникающий протон и рождающийся внутри его триэлон незамедлительно вступают в кулоновское и гравитационное взаимодействие. Хотя и кулоновская сила между разноимёнными зарядами, и гравитационная сила являются силами притяжения, тем не менее, как свидетельствует опыт, по крайней мере, электрон под действием какой-то силы покидает протон. Объясняется это следующим. Вращающееся поле заряда протона (ось вращения проходит через центр протона и ориентирована направлением спина протона) увлекает во вращение заряд электрона (триэлона) и неразрывно с ним связанную массу электрона (триэлона). Следствием вращения гравитационных масс относительно абсолютного пространства является возникновение центробежных сил инерции. “Продолжительность жизни” свободных нейтронов исчисляется минутами, в течение которых существует “хрупкий баланс”между сжимающими и растягивающими силами. Распад нейтрона (процесс слабого взаимодействия) начинается при нарушении баланса сил, когда растягивающие силы становятся больше сжимающих. То, что нейтрон ”свободный”, не означает полное отсутствие внешнего окружения. Механизм процесса распада частиц запускается внешним воздействием их окружения.