Размещено на http://www.allbest.ru/

Структура физического вакуума в качестве фундамента общей физики

А.В.Рыков

Аннотация

вакуум физический энергия позитрон

Приведены три примера учёта структуры вакуума в Природе. Ближне действие отрицает пустоту между телами, излучающими-принимающими и взаимодействующими. Распространение света опирается на структуру «физического вакуума». Структура среды выводится на основании факта воздействия энергии гамма кванта на структуру среды и рождения массы электрона и позитрона. Гравитация и инерция определяется структурой среды. Отрицательная кинетическая энергия движения электронов в атомах не существует. Закон сохранения энергии при излучении атомов выполняется с учетом энергии структуры «физического вакуума». Законы сохранения дополнены законом сохранения массы, которая существует в двух доступных формах: сосредоточенной в микрочастицах и распределенной массы структуры «вакуума». Без структуры среды трудно понять многие известные физические явления, включая дуализм частиц и тонкое расщепление излучения атомов.

1.Распространение света в веществе и в вакууме

До сих пор в физике нет чёткого понимания процесса распространения света, как в веществе, так и в вакууме (в космосе). До ХХ века многие физики полагали, что свет может распространяться только с помощью эфира, несмотря на невероятную его «упругость», обеспечивающую огромную скорость распространения. Максвелл (1831-1879), Герц (1857-1894), Лоренц (1853-1928) были убеждёнными сторонниками эфира. Это убеждение позволило понять электромагнитную природу света и представить «механический» способ его распространения. Существуют уравнения Максвелла и вообще любого волнового явления. Самое простое - это уравнение:

, где

- поток магнитной индукции, - оператор Лапласа.(9)

В уравнении введена площадь s. Она необходима для соблюдения размерности:

.

В - плотность потока магнитной индукции в световой волне,

с=299792458 м/с - скорость света,

где - магнитная константа среды,

через s течёт ток смещения j,

Е - электрическая напряжённость в волне света.

Написав это волновое уравнение, можно только утверждать, что свет не может распространяться без токов смещения j. Токи смещения существуют только там, где есть связанные в некую структуру электрические заряды. Ток смещения соединяет напряженности Е и В (Н) в едином процессе распространения. Таким образом, свет при своём распространении «опирается» на электрические заряды любой среды. Инерционность зарядов при их смещении ограничивает скорость распространения света - заряды с инерцией (при наличии массы) не успевают мгновенно образовать ток смещения. В веществе всегда электрические заряды имеют массу. Поэтому скорость света в веществе меньше скорости света в вакууме, в котором электрические заряды имеют связь с распределенной между ними массой структуры вакуума. Эта масса не столь инерционна, как масса в реальном веществе, но инертность распределенной массы ограничивает скорость света до указанной выше величины.

Надобность в понятии эфира заметно уменьшилась по мере разработки и принятия математического представления теории гравитации Альберта Эйнштейна (1879-1955) и широкого использование математики при описании наблюдаемых явлений. В настоящее время принято во всех научных программах и учебниках, что изменение во времени электрической напряжённости Е прямо возбуждает изменение во времени магнитной напряжённости Н и обратно, минуя токи проводимости и смещения. Как следствие, для распространения света и вообще любых физических полей достаточно иметь пустое пространство или физический вакуум. Возникает «вечная» проблема ближне- или дальнедействия. Проблему разрешил Р.Фейнман (1918-1988) введением между взаимодействующими объектами «виртуальных» частиц, которые производят обмен импульсами или энергией за краткие промежутки времени. В разделе 2 приведен вывод структуры физического вакуума, которая может исполнять роль среды (прежнего эфира) для распространения света (ЭМВ). Представление способа распространения света, возможного только в среде, находит подтверждение в случае света в веществе. Структурный элемент среды в 37832 раз меньше радиуса атома водорода. Поэтому свет в веществе большую часть пути проходит между частицами вещества и только часть пути света в веществе «поддерживается» зарядами электронов и ядер, которые обладают заметными инертными свойствами. Инертность вещества снижает скорость распространения света. В итоге эффективная скорость света в веществе ниже скорости в среде. Это подтверждается на опыте, а также наблюдается в опыте Физо, когда обнаруживается «частичное увлечение эфира» при движении вещества. На самом деле увлекается сам свет элементами вещества. А среда остаётся неподвижной.

Нет ни одного физического опыта, подтверждающего постулат c=const. Есть интерпретация некоторых наблюдаемых явлений в космосе, которая имеет "двойной стандарт"

- отклонение луча света Солнцем. По ОТО это искривление пространства или замедление времени у поверхности. Но есть волновой принцип Гюйгенса (1629-1695), когда любая волна транслируется частицами и коэффициент преломления волны равен отношению скорости света вне влияния Солнца и вблизи его поверхности. Искривление пространства - математическое понятие, коэффициент преломления - физическое. Структура вакуума космоса, в которой только и может распространяться свет, понятие не математическое, а физическое.

Постулат c=const требует изменения времени. Так формула для длины волны света в зависимости от скорости и частоты излучения . Ясно, если с=const, то должна изменяться частота излучения. На тяжёлой звезде замедление времени приводит к изменению спектра её излучения и наблюдается "красное" смещение. Но если от гравитации зависит скорость света, то скорость света уменьшается и эффект "красного" смещения объясняется уменьшением скорости с_s. Вдали от действия гравитации скорость с_о>c_s и возникает "красное" смещение.

2.Структура среды вакуума и гравитация-инерция

Исаак Ньютон оформил или описал гравитацию и инерцию очень простыми формулами, следующими из законов движения планет Кеплера. Вот формулы Ньютона:

гравитация , инерция - .

Очевидно, что эти формулы, истинность которых практически не вызывает сомнений, никоим образом не дают представления об источнике гравитации и инерции. Это совершенно чётко понимал Ньютон. В настоящее время общепризнанной теорией гравитации (ОТО) является пространственно-временное представление Альберта Эйнштейна. Фактически в ОТО отсутствует сила гравитации, как это принято Ньютоном. Вместо силы введено гравитационное поле в форме, описываемое метрическим тензором, в котором гравитационное поле характеризуется десятью функциями. Эти функции определяют псевдориманово пространство с интервалом

.

Принято считать такое описание поля гравитации, и есть формула гравитации по ОТО, а инерция есть полный эквивалент гравитации. Описывается точно таким же пространственно-временным интервалом. Утверждать, что проблема гравитации и инерции разрешена с помощью геометрии чрезвычайно трудно. ОТО не обладает механизмом или природой гравитации-инерции. Это является основной причиной непрерывного поиска реального механизма этих природных сущностей.

В качестве источника гравитации и инерции предложен «физический вакуум» распространения света в пространстве, который с необходимостью должен обладать жёсткой структурой из электрических зарядов (+) и (-). Наиболее общие параметры структуры физического вакуума в первом приближении определяются из уравнений энергий:

(1)

Здесь h - константа Планка, v - частота гамма-кванта, е_о - элементарный заряд, Е - напряженность электрического поля физического вакуума, - деформация под влиянием энергии гамма-кванта. Энергия или работа в данном случае определяется произведением силы , действующей на заряд е_о со стороны напряжённости Е, на перемещение (путь) . Определим напряженность электрического поля, где N - неизвестный коэффициент:

(2)

- электрическая константа среды, r_е - расстояние между зарядами, которое на данный момент неизвестно. При прохождении волны гамма-кванта образуется деформация среды, которая является частью указанного расстояния, зависит от циклической частоты волны и времени прохождения расстояния между зарядами:

. (3)

Подставим напряженность из (2) и деформацию из (3) в (1):

. (4)

Можно предположить, что r/t_v =c - скорость света. Определим число N:

,

где - обратная величина магнитной проницаемости вакуума.

Неизвестное число N оказалось обратной величиной константы тонкой структуры б (альфа). Уравнение энергии фотона для частоты «красной границы» вакуума и потенциальной электрической энергии пары электрон - позитрон:

Дж. (7)

Частота гамма-кванта для «красной границы» рассчитывается по (7) и оказывается, что Гц. Из (7) находим размер структурного элемента среды, из (1, 2) предельную деформацию среды:

метра,

метра.

Задача состоит в том, чтобы на основе параметров среды попытаться создать модель действия сил гравитации и инерции. Для гравитации формула Ньютона с учётом среды выглядит так:

.(9)

Деформация среды создается первой массой в центре второй массы, а деформация среды создается второй массой в центре первой массы.

Формула (9) подразумевает, что гравитация характеризуется радиальной симметрией, при которой «поле» поляризации физического вакуума или «поле» деформации структуры вакуума имеет шарообразную форму в пространстве. Это означает, что если деформация связана с возникновением радиальных токов смещения, то итоговое магнитное поле этих токов равно нулю при пренебрежении формой материального тела. Коэффициент подчёркивает электрическую природу гравитации.

При центральном характере гравитации магнитная компонента этого тока компенсируется при сферическом суммировании и оказывается равным нулю. Этот факт объясняет много большую скорость распространения гравитации, чем скорость света. Максимально возможная сила инерции позволяет определить коэффициент упругости продольной деформации физического вакуума:

.

Ньютон. Это максимальная сила тяжести на поверхности минимальной «чёрной» дыры [29], масса которой кг,

предельное ускорение м/с².

Получим, что

[кг*м^-1*с^-2].

В этом случае скорость гравитации определяется выбором плотности физического вакуума, например,

[кг/м³].

Скорость гравитации

м/с.

Это в 398.082 раз больше скорости света.

Данная оценка исходит из нестрогого определения плотности среды. Например, масса электрона-позитрона может образовываться из области среды не , а из области с размером классического радиуса. В этом случае плотность будет

.

Тогда скорость продольных волн в среде

, что в 3576,055 раз превышает скорость света.

Вектор силы инерции , который определяется квадратом деформации электрической структуры физического вакуума и ускорением. Сама деформация зависит от массы и ускорения в упругой среде физического вакуума:

.

Естественно, что векторный характер инерции придает деформациям вакуума поперечное круговое магнитное поле от некомпенсированных токов смещения вдоль вектора ускорений, роднит инерцию с характером нарастания и спада реальных токов проводимости в самоиндукциях. Аналог инерции и магнитных явлений в самоиндукции служит дополнительным косвенным подтверждением электромагнитной природы инерции и гравитации.

Подтверждением аналитически полученной структуры физического вакуума может явиться обыкновенный конденсатор. Именно в диэлектрике конденсатора, а также в Лейденской банке, обнаруживаются токи смещения Максвелла. Токи смещения необходимы для понимания процессов заряда-разряда конденсатора, а также для его проводимости переменного тока в цепи. «Воздушный» конденсатор, помещённый в вакуум, демонстрирует наличие структуры зарядов физического вакуума как диэлектрика, в котором существуют заряды (+) и (-), способные к смещениям (деформациям расстояний между зарядами) и образованию токов этого смещения. Приведенное понимание не опровергается теоретическими представлениями в современной физике.

3. Излучение атома водорода как простейший случай излучений атомов

Нильс Бор (1885-1962) на основе классической физики обосновал строение атома водорода и первым открыл удивительное число б =137,035998. Его модель блестяще была подтверждена спектром излучения возбужденного состояния водорода. Бор исходил из уравнения кинетической и потенциальной энергии электрона на разрешенных орбитах электрона вокруг ядра атома. Уравнение:

,

Где

m=9.1093818872e-31 - кг, масса электрона,

е_о=1.60217646263e-19- Кулон, заряд электрона,

V_n - скорость движения по орбите номер n =1,2,3,4….- по порядку удаления орбиты от ядра,

r_n - радиус орбиты с номером n =1,2,3,4….-.

Последовали открытия величин скорости движения на конкретных орбитах:

,

c = 299792458 м/сек - скорость света в вакууме.

И радиус на конкретной орбите:

,

R_e= 2.8179403e-15 метра, - классический радиус заряда электрона.

Подстановка всех указанных зависимостей от числа n в общую энергию дает:

.

Исследование формулы полной энергии показало, что частота и энергия излучения зависит только от разности кинетической энергии движения электрона. Полная энергия и потенциальная энергия не определяют излучение водорода. Для убедительности ниже приведены обозначения переходов с орбиты на нижнюю орбиту, разности кинетических энергий и длины излучаемых волн.

Разность кинетической энергии:

.

Длина волны

.

Рассчитанные длины волн совпадают как с наблюдениями, так и с вычислениями в литературных данных. И только на переходе 2--->1 разность кинетической энергии совпадает с разностью потенциальной энергии электрона. Все остальные переходы определяют разность кинетической энергии движения электрона в излучении указанных длин волн.

Еще одно совпадение: имея скорость движения по орбитам, можно определить длину волны Де Бройля для электрона:

,

h = 6.6260687652e-34 Дж.сек - постоянная Планка.

Оказывается, что на одном цикле орбиты электрона вокруг ядра укладывается точно только одна длина волны Де Бройля.

Однако трудности модели начались после того, что было открыто тонкое расщепление строго определенных линий излучения на спектре атома водорода. В опыте Лэмба и Ризерфорда (1947 г) (оба американские ученые) обнаружено расщепление одной линии водорода при переходе

3--->2 на величину частоты -

Delta(v)=1,05777e+9 Гц на частоте излучения v =4.5692e+14 Гц.

Лэмб объяснил такое расщепление линий излучения некими флуктуациями вакуума. В настоящее время используют для теоретической оценки этого явления уравнение Дирака, релятивистскую зависимость массы электрона от скорости, наличие квантового спина у электрона, влияния на магнитный момент электрона со стороны электрического поля протона. Все эти попытки являются предельно сложными и не обеспечивающими точный результат. Нам кажется естественным обратиться к волне Де Бройля. До сих пор нет физического объяснения дуализма частиц вообще и волн Де Бройля в частности. В настоящее время продолжают считать волновые и корпускулярные свойства частиц неким мистическим свойством всех частиц: в одних опытах частица проявляет способность к дифракции и интерференции (волна!), в других выступает как материальная масса. Волна Де Бройля объединяет эти свойства в одно целое, без различий волны от массы (см. формулу!). Структура вакуума согласно идее автора образована в кристалл из зарядов (+) и (-). Естественно, что любая масса не может двигаться прямолинейно, так как прямолинейный путь пролегает через чередующиеся заряды (+) и (-). Поэтому, например , масса электрона может двигаться только по зарядам (-), а позитрон - только по зарядам (+), образуя винтообразную траекторию с шагом длины волны Де Бройля. Именно поэтому проявляется способность массы, двигающейся по винтовой траектории, к явлениям дифракции-интерференции.

Тонкое расщепление в линиях излучения атомов просто объясняется тем, что электрон на орбите не движется строго по круговой орбите, а это движение сочетается с винтовым движением вдоль орбиты, меняя немного расстояния электронов от ядра. Это изменение расстояния и приводит к «размытию» частотной линии излучения в пределах амплитуды волны Де Бройля. Оценка амплитуды траектории электрона на орбите при переходе

3--->2 дает величину delta(r)=1,676e-11 метра. Она выполнена на основании данных опыта Лэмба-Ризерфорда.

Таким образом, решается парадокс дуализма частиц. Второй парадокс имеет более серьёзную основу. Энергия излучения следует согласно приведенным в таблице данным из разности кинетической энергии. Причем, переход осуществляется с орбиты с меньшей энергией на орбиту с бОльшей энергией. Получается, что энергия гамма-кванта излучения возникает при одновременном увеличении кинетической энергии движения электрона. Нарушается закон сохранения энергии. В теоретической физике вынуждены обходить эту неприятную особенность тем, что кинетической энергии приписывают отрицательное значение. Вычитание из отрицательной энергии величины отрицательной энергии с бОльшей абсолютной величиной дает нужную положительную энергию излучения.

Но выход из этого парадокса также есть. Для этого нужно только признание существования светоносного вакуума, имеющего структуру из решётки зарядов (+) и (-), окружённых магнито-массовым континуумом. Эта структура вакуума обладает колоссальной внутренней энергией. При излучении атома вакуум как бы «одалживает» энергию для гамма-кванта и для увеличения кинетической энергии электрона по формуле

.

Наша Вселенная может быть замкнутой системой, что приводит к тому, что в этой системе ничего не возникает и не исчезает. Энергия вакуума обеспечивает излучение и изменение состояния атома одновременно, не изменяя своей энергии, - все остается в вакууме, и только меняет форму проявления своей энергии. Такое единство вещества и вакуума в Природе обеспечивает все законы сохранения: энергии, заряда, массы. Масса образуется в процессах магнито-массового континуума. Вакуум обеспечивает распространение света, существование вещества и излучения, гравитацию и инерцию.

Реальный нонсенс в физике относится к отрицанию в XX веке светоносной среды, изначально названной эфиром. Учет реальной структуры вакуума обеспечивает решение многих теоретических и практических проблем познания Мира.

Использованная литература

Карякин Н.И. и др. Краткий справочник по физике // Изд. «Высш. школа», М.:1964, с.574.

Бухбиндер И.Л. Теория струн и объединение фундаментальных взаимодействий // Томский государственный педагогический университет, том 7, № 7, Соросовский образовательный журнал , М.: 2001, с.7.

Сахаров А.Д. Взаимодействие электрона и позитрона при рождении пар // (ЖЭТФ. 1948. Т. 18, вып. 7. С. 631- 635)

М. ТЕЛЕГИН. Практическая гравистатика // «Наука и Техника», 6 мая 2004 года, р.16.

C. Caprini, S. Biller & P. G. Ferreira. Constraints on the Electrical Charge Asymmetry of the Universe, р.4, arXiv:hep-ph/0310066 v1 6 Oct 2003,

L.B. Okun. Fundamental units: physics and metrology // ITEP, Moscow, 117218, Russia, р.20, E-mail: okun@heron.itep.ru, arXiv:physics/0310069 v1 15 Oct 2003.

Reginald T. Cahill. Quantum Foam, Gravity And Gravitational Waves // Р.60, Arxiv:Physics/0312082 V1 12 Dec 2003

Alan B. Whiting. The Expansion Of Space: Free Particle Motion And The Cosmological Redshift //р.19, arXiv:astro-ph/0404095 v1 5 Apr 2004

А.K. T. Assis. On the unication of forces of nature // Annales de la Fondation Louis de Broglie, Volume 27 no 2, 2002, р.13.

Jean-Philippe Uzan, Institut d'Astrophysique de Paris, GReCO, CNRS-FRE 2435, 98 bis, Bd Arago, 75014 Paris, France. // The fundamental constants and their variation: observational status and theoretical motivations, р.56. arXiv:hep-ph/0205340 v1 30 May 2002

Jesse Thaler. Gravity and Unitarity // July 31, 2003, р.12.

Cliford M. Will. Department of Physics Washington University, St. Louis MO 63130. The сonfrontation between General Relativity and Experiment // р.103. arXiv:gr-qc/0103036 v1 12 Mar 2001

Yuriy K. Krasnov. Lecture 3. The model of the World of Vacuum // The Scientific Notes of the Research Division of K&S Computer Group, July, 2003, Volume Nє 8, р. 52.

S. Kopeikin1 and E. Fomalont. General relativistic model for experimental measurement of the speed of propagation of gravity by VLBI // Proceedings of the 6th European VLBI Network Symposium Ros, E., Porcas R.W., & Zensus, J.A. (eds.) June 25th-28th 2002, Bonn, Germany, р. 4, arXiv:gr-qc/0206022 v1 7 Jun 2002

John D. Anderson,_a Philip A. Laing,yb Eunice L. Lau,za Anthony S. Liu,xc Michael Martin Nieto,{d and Slava G. Turyshev_, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109. Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11// р.54. arXiv:gr-qc/0104064 v4 11 Apr 2002

Л.Б. Окунь, К.Г. Селиванов, В.Л. Телегди. Гравитация, фотоны, часы // УФН, т.169, №10, 1999, с.7.

Д.Ю. Ципенюк, В.А. Андреев. Структура расширенного пространства // Институт Общей физики РАН, с.10.

Ципенюк Д.Ю. Преобразование электромагнитного поля в гравитационное в модели расширенного пространства: предсказание и эксперимент // http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/081.pdf, с.10.

DaniЁel Boer , Jan-Willem van Holten. Exploring the QED vacuum with laser interferometers //arXiv:hep-ph/0204207 v1 17 Apr 2002

Siu Au Lee, William M. Fairbank, Jr. and Walter H. Toki. Measurement of the Magnetically-Induced QED Bireftingence of the vacuum and An Imprwed Laboratory Seatlch for Light Pseudoscalars // http://library.fnal.gov/archive/test-proposal/0000/fermilab-proposal-0877.shtml

E. B. Fomalont, S. M. Kopeikin. The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results // arXiv:astro-ph/0302294 v2 11 Jul 2003 , р.15.

Clifford M. Will. Propagation Speed of Gravity and the Relativistic Time Delay, arXiv:astro-ph/0301145 v2 6 Mar 2003 , р. 16.

Xiao-Gang Wen. Origin of Light // Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, р.4.

Э. УИТТЕКЕР. История теории эфира и электричества // Москва ¦ Ижевск, 2001, с.511.

Рубаков В.А. Лекция "Тёмная энергия и тёмная материя Вселенной", лекция в ФИАН,е, РАН, апрель 2005.

Рыков А.В. Среда и вещество Вселенной // РАН ИФЗ, М.; 2003, 100 стр.

Рыков А.В. Модель объединения взаимодействий в Природе // ОИФЗ РАН, М.; изд. второе, переработанное, 1999, 68 стр.

Малыкин Г.Б. Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения //УФН, т.170, № 12, декабрь 2000, 25 стр.

Рыков А.В. Гипотеза о природе гравитации // Письма в журнал «Физическая мысль России», М.; 2001, № 1, стр.59-63.

Размещено на Allbest.ru