Исследование размерностей физических величин

Размещено на http //www.allbest.ru/

Введение

Заряд кварка

Теория сильных взаимодействий (квантовая хромодинамика) построена на гипотезе о существовании дробных (кратных заряду электрона) электрических зарядов. Теория имеет мощное экспериментальное подтверждение кроме самого главного дробных зарядов не обнаружено.

Причина кроется в том, что мы фактически не знаем, что такое электрический заряд. У нас нет никакой, ни физической, ни геометрической модели электрического заряда.

Исследование размерностей физических величин выявило, что геометрической моделью заряда является струна (1-брана). Вот эту геометрическую модель мы и применим для выяснения физической сущности электрического заряда кварка.

1. Абсолютная система измерения физических величин

В основу построения абсолютной системы измерения физических величин положена формула

Где и - единицы измерения времени и расстояния в системе СИ.

Формула (1) является следствием более глубокой теории строения материи, рассмотрение которой выходит за рамки рассматриваемой проблемы заряда кварка.. Отметим лишь, что формула (3) отражает диалектическое единство и противоположность пространства и времени.

В абсолютной системе измерения физических величин можно все величины выразить либо в метрах, либо в секундах. Например, чтобы выразить все величины в метрах, надо в формулу равномерного движения

подставить размерности , . В результате получаем размерность скорости в абсолютной системе измерения физических величин

Подбирая физические формулы таким образом, чтобы в них входила лишь одна физическая величина неизвестной размерности, можно вычислить размерности всех физических величин в абсолютной системе единиц измерения.

Так, например, размерность имеют длина, частота, угловая скорость, градиент скорости, объемный расход, электрический заряд, поток электрического смещения, напряженность магнитного поля, абсолютная магнитная проницаемость, температура, и т.д.

Размерность имеют площадь, угловое ускорение, скорость, масса, удельный вес, динамическая вязкость, индуктивность, магнитная проводимость, и т.д.

Размерность имеют объем, ускорение, объемная плотность энергии, давление, кинематическая вязкость, напряженность гравитационного поля, Коэффициент диффузии, электрическое сопротивление, удельная теплоемкость, газовая постоянная, и т.д.

Размерность имеют импульс, поверхностное натяжение, плотность потока энергии, момент инерции, потенциал гравитационного поля, напряженность электрического поля, удельное электрическое сопротивление, магнитный поток, магнитный момент контура с током, удельное количество теплоты, и т.д.

Размерность имеют сила, постоянная планка, момент импульса, действие, электрическое напряжение, теплопроводность, и т.д.

Размерность имеют энергия, работа, момент силы, количество теплоты, и т.д.

Размерность имеет мощность.

Размерность имеет плоский и телесный угол.

Из формулы (3) следует, что , что позволяет вывести следующие соотношения



- физическая величина, имеющая размерность в абсолютной системе измерения физических величин.

Анализ абсолютной системы измерения физических величин показывает, что механическая сила, постоянная Планка, электрическое напряжение и энтропия имеют одинаковую размерность . Это означает, что законы механики, квантовой механики, электродинамики и термодинамики - инвариантны.

В известной притче о трех слепых мудрецах, изучающих слона, говорится, что один из них, имеющий доступ к ногам, утверждает, что слон - это четыре столба, другой, имеющий доступ к хоботу, утверждает, что слон - это толстый шланг, а третий, ухватившись за хвост - утверждает, что слон - это большой червяк. И только четвертый, зрячий мудрец, может объяснить им, что они изучают одного и того же слона. По аналогии, можно сказать, что до введения абсолютной системы измерения физических величин физики не догадывались, что механика, квантовая механика, электродинамика и термодинамика изучают одни и те же групповые законы пространственно - временных преобразований.

Инвариантность физических законов объясняется тем, что размерности физических величин образуют математическую группу. Можно показать, что размерности образуют операционные множества, в которых действуют процедуры умножения, а также выполняются условия замкнутости, имеются тождественный и обратный элементы, и они обладают свойством ассоциативности, то есть выполняются четыре обязательные для групп аксиомы. Теория групп призвана найти все логические следствия из этих аксиом. Теория групп - это наведение порядка в математическом языке.

Уравнения различных разделов физики могут принадлежать одной и той же группе, поэтому становится возможным вместо этих уравнений рассмотреть соответствующую им группу и распространить полученные законы на решение какой-либо частной задачи любого из разделов физики. Это экономит средства и открывает новые возможности физики.

2. Периодическая система кварков

В абсолютной системе измерения физических величин не оказалось пространств более 7 измерений, и это ограничение требует какого-то объяснения.

Все дело в том, что физика рассматривает либо закрытые (замкнутые системы), и тогда соблюдается закон сохранения энергии

~

либо рассматриваются открытые системы, и тогда физической величиной взаимодействия становится мощность

~

Если учесть физические величины нулевого числа измерений, то всего в группе получается 8 элементов. Поиск базовых строительных блоков, из которых состоит материя, привел к открытию восьмеричных групп адронов - тяжелых частиц, родственных протону и нейтрону, но распадающихся почти сразу после рождения. Физикам удалось объединить адроны в группы по восемь 2 в центре и 6 в вершинах правильных многоугольников.

Частицы из каждой восьмеричной группы, обладающие рядом общих свойств, располагаются на одном и том же месте в группе. Например, по горизонтали располагаются частицы примерно одинаковой массы, но отличающиеся зарядом. Такая классификация получила название восьмеричного пути и намекает на божественное происхождение числа 8 в ведической литературе. Выявленная нами физическая сущность восьмимерного пространства физических величин, характеризующего открытые системы, срывает покров таинственности с числа 8.

Группу образуют 7 цветов радуги. Нулевым или восьмым элементом цветов радуги будет белый или черный цвет (свет и тьма как диалектические противоположности). Группу образуют и 7 музыкальных нот, восьмым элементом группы становится тишина или какофония (одновременное звучание всех нот).

Известно, что Д.И.Менделеев считал, что периодическая система химических элементов должна начинаться с нулевого ряда и с нулевой группы, а не с первого ряда и с первой группы. В этом случае в начале таблицы находилось место для двух дополнительных элементов, которые он предложил назвать «ньютонием» и «коронием».

Известно также, что в периодической системе элементов существуют циклы. Количество химических элементов в цикле

Где - порядковый номер цикла.

Так как - это сумма ряда нечетных чисел

,

то для закрытых систем согласно (1.8) выражение не может быть больше семи , а значит, число циклов периодической системы не может быть больше четырех . Максимальное количество химических элементов, включая ньютоний и короний должно равняться



Если под номером 0 в первом цикле поместить ньютоний, а под номером 1 - короний, то под номером 3 окажется водород. Если вспомнить теперь, что номер в периодической системе соответствует элементарному заряду (1 = 3/3), то легко установить, что у ньютония заряд равен нулю, у корония - 1/3, а у элемента под вторым номером - 2/3. Таким образом, нам удалось установить место кварков в периодической системе. Кварки образуют собственную периодическую систему и продолжают таблицу Менделеева влево.

Исключив из таблицы кварки и присвоив водороду первый порядковый номер, получаем периодическую таблицу химических элементов в современном виде, в которой количество химических элементов не может быть больше, чем 120 - 2 = 118.

. В абсолютной системе измерения физических величин можно все величины выразить либо в единицах пространственной протяженности и получить абсолютную L-cистему, либо, используя (1.1), все величины выразить в единицах временной протяженности и получить абсолютную T-систему. Такой переход от L-системы к Т-системе и наоборот широко используется в теории суперструн. Там переход от одной из пяти теорий с циклическим измерением радиуса R ~L к другой c циклическим изменением радиуса 1/R ~ T приводит к идентичным законам физики. Получается единая теоретическая конструкция, дающая пять разных подходов для описания одной и той же физической реальности.

3. Размерность и физический смысл волновой функции

Свое знаменитое уравнение Шредингер не выводил, он его угадал



- масса частицы;

- мнимая единица;

- квантовая постоянная;

- энергия поля;

- шредингеровская волновая комплексная функция (амплитуда волн де Бройля).

Физический смысл волновой функции, вернее, квадрата ее модуля был установлен в соответствии с копенгагенской трактовкой, как плотность вероятности волновой функции. Вероятность обнаружить частицу в заданной точке в заданное время равна нулю, поэтому и говорят не о вероятности, а о плотности вероятности.

Здесь нет никакой натяжки. Ситуация вполне реальная, например, вероятность падения шара в выбранную на его поверхности точку равна нулю, но шар обязательно упадет в какую-либо точку.

Вероятность обнаружить частицу в заданном объеме пространства в момент времени в копенгаганской трактовке

Основоположникам статистической физики не приходило в голову представлять молекулу или атом в виде размытого облака по всему объему сосуда. Не очень их волновало и то, что в статистической физике пришлось распрощаться с понятием «траектория частицы». Случайность в микромире воспринималась Максвеллом, Больцманом и Гиббсом как вполне объективная закономерность. Ведь на самом деле траектории продолжали существовать.

Вполне закономерно поэтому, что против предложенной Борном статистической трактовки волновой функции выступали Шредингер, де Бройль, Эйнштейн и другие менее известные физики..

Суть проблемы сводилась к выяснению вопроса о том, действительно ли электрон и другие элементарные частицы являются неделимыми, и тогда волновая функция не имеет физического смысла, или электрон и другие элементарные частицы не являются первокирпичиками материи, а состоят из более мелких, действительно фундаментальных частиц. В этом случае волновая функция приобретала реальный физический смысл в механике - это амплитуда колебаний материальных частиц, а в электродинамике - амплитуда колебаний частиц, составляющих заряд электрона. Правда, в последнем случае требовалось каким- то образом объяснить, почему электрон не разлетается под действием сил кулоновского отталкивания.

Теперь мы можем определить размерность волновой функции в уравнении Шредингера (1). Первый член уравнения

и сомножитель имеют одинаковую размерность, поэтому, приняв , по формулам (1.3) … (1.6) получаем

Разделив обе части пропорции (3.3) на на имеем

Уравнение (3.1) при справедливо только при , откуда находим



Выполнив подобные вычисления для получим .

Применим формулы (1.3) … (1.6) для выяснения физического смысла уравнения Шредингера. Поведение микрочастицы (для определенности возьмем электрон в атоме) в свободном состоянии описывается вторым членом уравнения

Но в абсолютной системе измерения - это мощность. Есть все основания полагать, что это мощность, которой обмениваются электрическое и магнитное поле электрона, как осциллятора электромагнитных колебаний. Более того, колебания осуществляются с той самой частотой де Бройля.

Электрон в атоме в свободном состоянии - замкнутая система и энергией с внешней средой не обменивается.

Правый член в уравнении Шредингера

- мощность, с которой электрон в атоме взаимодействует с окружающей средой. При поглощении соответствующего кванта энергии из окружающего атом пространства, электрон переходит на более высокий энергетический уровень, а при излучении - на более низкий.

Наконец, первый член в уравнении Шредингера

- это тоже мощность. Это мощность, которой электрон обменивается с пространством нулевого числа измерений при слабых взаимодействиях.

Итак, вопреки утверждениям Борна, абсолютная система измерения физических величин позволила нам установить размерность волновой функции в абсолютной системе измерения физических величин. Но такую размерность имеют механические метры, электрические кулоны и термодинамическая температура. Значит, уравнения механики, квантовой механики, электродинамики и термодинамики - инвариантны.

Но почему копенгагенская интерпретация запрещает придавать волновой функции физический смысл? Все дело в том, что в уравнении (2) Борн приравнял к нулю квадрат модуля волновой функции в предположении, что размерность волновой функции равна и этим самым наложил запрет на наделение волновой функции какими- либо физическими свойствами.

На самом деле, как это следует из абсолютной системы измерения физических величин, волновую функцию можно выразить как через пространственные, так и через временные координаты и безразмерную величину имеет лишь произведение этих функций

Функция комплексно сопряжена с .

Правильный результат в копенгагенской интерпретации волновой функции в формуле (3.2) обеспечивается только в случае независимости пространства от времени . Требование независимости переменных - это требование теории вероятности. Второе условие, неявно накладываемое формулой (3.2) - условие неизменности размерности волновой функции.

Теория относительности выявила взаимозависимость пространства и времени, а это означает, что формулой (3.2) можно пользоваться только при скоростях движения систем, значительно меньших скорости света.

При наблюдении за объектом из трехмерного пространства (см. Рис.1) и квадрат выглядит квадратом с размерностью . Если начать разгонять квадрат параллельно его плоскости, то длина одной из сторон, согласно СТО, начнет сокращаться и при квадрат превратится в отрезок с размерностью . Этому соответствует точка на рисунке, а точке соответствует вся копенгагенская трактовка волновой функции, когда , а

Таким образом, борновское истолкование волновой функции есть лишь частный случай ее более широкого истолкования в переформулированной с точки зрения абсолютной системы измерения физических величин квантовой механики.

В 1928 году Дирак получил релятивистское уравнение

- 3 оператора компонент импульса (по );

- линейные операторы, действующие на волновую функцию;

- четырехкомпонентная комплексная волновая функция.

Геометрическая интерпретация решения уравнения Дирака приведена на рис.2.

Мы видим, что волновая функция обладает двумя степенями свободы, одна из которых соответствует положительным энергиям (электрон), а другая отрицательным (позитрон). Каждая из них имеет ещё по две степени свободы, связанные с проекцией спина на выделенное направление , условно часто обозначаемые словами «вверх» (антипозитрон) или «вниз» (антиэлектрон).

4. Квантовая теория относительности

Многочисленные попытки ввести в рамках специальной теории относительности фундаментальную длину, чтобы построить свободную от расходимостей теорию, показывают, что это неизбежно приводит к нарушению принципа причинности. Для того, чтобы совместить теорию относительности с квантовой механикой, нужно проквантовать само пространство и время.

Отправной точкой в построении квантовой теории относительности служит принцип неопределенностей Гейзенберга. Самый известный спор о принципе неопределенностей произошел на пятом Сольвеевском международном конгрессе ученых в 1927 году в Брюсселе. Спорили Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Спорили о том, вероятностна ли в основе своей Вселенная. По легенде, именно на этом конгрессе Эйнштейн произнес свое знаменитое «Бог в кости не играет»

Через два года после конгресса, основательно обдумав создавшееся положение, Эйнштейн, совместно с Подольским и Розеном, предлагает мысленный эксперимент, по его мнению, напрочь опровергающий реальность существования волновой функции, квадрат модуля которой, как известно, определяет вероятность нахождения электрона в точке x, y, z трехмерного пространства.

Суть эксперимента состоит в следующем. Пусть система состоит из двух электронов и пусть в какой-то момент времени электроны находятся на большом (известном) расстоянии друг от друга. Пусть также электроны обладают известным суммарным импульсом. Если измерить импульс первого электрона, то импульс второго электрона можно найти немедленно, ведь сумма импульсов известна. С другой стороны, если кто-нибудь измерил положение первого электрона, то мгновенно становится известным и положение второго. Это означает, что, наблюдая состояние первого электрона, мы можем мгновенно изменить волновую функцию так, что второй электрон станет занимать определенное положение и обладать определенным импульсом, несмотря на то, что мы к нему и близко не подходили.

Интересно, что подобный эксперимент был, в конце концов, проведен и показал, что все происходит именно так, как описал Эйнштейн, и что волновая функция изменяется практически мгновенно. Один из экспериментов проводился в 2008 году на фотонах, находящихся в определенном «спутанном состоянии». Ученые университета Женевы разделяли пары спутанных фотонов и отправляли их по оптическому волокну на два детектора, находящиеся в противоположных направлениях на расстоянии 9 километров от излучателя. Детекторы на входе и выходе определяли «цвета» фотонов (их волновые характеристики). Измерения повторялись неоднократно в течение 12 часов. Оказалось, что физические свойства фотонов менялись одинаково и синхронно. Если один фотон становился «красным», то второй - тоже. Не удалось засечь время запаздывания, но в пределах точности аппаратуры можно было утверждать, что волновая функция изменялась со скоростью, превосходящей скорость света не менее чем в 10000 раз. Обе частицы как бы следуют сигналу внешнего «регулировщика движения».

Ни одна физическая теория дать удовлетворительного объяснения результатов экспериментов не смогла. Ведь если в природе существуют явления, при которых скорость передачи взаимодействий бесконечно велика, то тела могут действовать друг на друга на расстоянии и при отсутствии материи между ними. Такое воздействие тел друг на друга в физике называют дальнодействием. Когда же тела действуют друг на друга с помощью материи, находящейся между ними, то их взаимодействие называется близкодействием.

У многих физиков нет привычки говорить «не знаю», когда проблема не решается доступными им средствами, поэтому неоднократно заявлялось, что парадокс Эйнштейна, Подольского и Розена разрешен, но всякий раз оказывалось, что это не так.

По существу проблема сводится все к тем же парадоксам Зенона и требует для своего разрешения принятия одного из двух постулатов либо пространство и время дискретны (позиция Бора), либо пространство и время непрерывны (позиция Эйнштейна). Ошибочность позиции Бора состоит в том, что признавая дискретность трехмерного пространства и времени, он допускает бесконечную скорость передачи взаимодействий в нем.

Для передачи воздействия одного тела на другое через промежуточную среду, необходимо некоторое время, так как любые процессы в материальной среде передаются от точки к точке с конечной и вполне определенной скоростью. В специальной теории относительности утверждается, что нет скорости передачи взаимодействий больше, чем м /с. Ошибочность позиции Эйнштейна состоит в том, что признавая непрерывность пространства и времени (пространство и время нулевого числа измерений), он ограничивает скорость передачи взаимодействий в нем.

Специальная теория относительности описывает лишь один частный случай из множества фазовых пространственно-временных преобразований. Наше трехмерное пространство, в котором происходит преобразование двумерного пространства в одномерное, не является абсолютной пустотой, именно поэтому м/c. Из-за различного соотношения пространства и времени в квантах материи, плотность пространства скачкообразно уменьшается при переходе к пространствам большего числа измерений. Забегая вперед скажем, что в пространстве четвертого числа измерений, например, все процессы протекают в раз быстрее, чем в нашем трехмерном пространстве.

Макс Планк предложил в качестве естественных единиц использовать единицы, построенные из фундаментальных констант

= 1,6м

кг

c

Легко убедиться, что размерности планковской длины, массы, и времени соответствуют размерностям абсолютной системы измерения физических величин. Хуже обстоит дело с численными значениями фундаментальных планковских величин. В области значений, достигнутых современной физикой, эти величины имеют порядок ~м, ~c. Можно предположить, что мы еще не достигли планковских значений длины и времени, но что делать с планковской массой? Ведь планковская масса - это масса обычной пылинки, состоящей из миллионов атомов, и поэтому она не может быть фундаментальной массой. На самом деле ситуация еще хуже. Мы установим, что гравитационная постоянная не такая уж фундаментальная, она есть производная от скорости света. Более того, так как скорость света имеет производную, отличную от нуля, то она тоже является величиной переменной, и быть фундаментальной константой никак не может. Но и это еще не все. Чтобы соблюдался закон сохранения энергии, вместе со скоростью света должна изменяться и постоянная Планка. Похоже на то, что в природе вообще нет ничего постоянного и правы релятивисты, утверждающие, что все относительно. Но это не так. Чтобы соблюдался закон сохранения энергии, скорость света и постоянная Планка должны изменяться так, чтобы

м ~

Так как нет силы, меньше, чем h, и нет скорости, больше чем с, (мы рассматриваем с с позиций наблюдателя, находящегося в трехмерном пространстве), то величина , принадлежащая пространству первого измерения, является той самой фундаментальной длиной, поисками которой квантовая механика занималась с момента своего появления

~

Итак, (4.1) дает нам минимальное значение физических величин пространства первого измерения. В теории многомерных пространств принцип неопределенностей Гейзенберга можно сформулировать следующим образом минимальное значение физических величин пространства пятого измерения равно постоянной Планка

 ~

Зная и , не составляет труда найти формулу для вычисления минимальных значений физических величин пространства любого числа измерений, такую, чтобы размерности физических величин соответствовали размерностям пространства

Принцип неопределенностей Гейзенберга является частным случаем формулы (4.3) при , и в одном из возможных вариантов может быть записан в виде

где и - неопределенности в определении координаты и скорости тела, имеющего массу .

Неопределенности никак не связаны с наблюдателем, они полностью определяются квантовыми свойствами пространства-времени. В квантовой теории относительности наблюдатель выведен из наблюдаемого пространства в пространство большей размерности и никак не может влиять на результаты измерений.

Причина, по которой специалист в области квантовой механики Р.Фейнман мог совершенно спокойно сказать, что квантовую механику не понимает никто, кроется в том, что основы квантовой механики были сформулированы не полностью.

Формула (4.3) - это формула общего члена геометрической прогрессии, образующей некоторое гипердействительное число. Отношение минимальных порций (квантов) двух соседних пространств есть величина постоянная

Справедливость (4.5) доказывается прямой подстановкой значений и в формулу (4.3)

При фазовых пространственно-временных преобразованиях изменяется размерность пространства. Процесс происходит с соблюдением закона сохранения материи, поэтому увеличение (уменьшение) количества пространства приводит к уменьшению (увеличению) количества времени в материи

Из (4.5) и (4.6) следует, что максимальная скорость протекания процессов в двух соседних пространствах отличается в число раз

Формула (4.7) не отменяет принципа относительности, физические процессы протекают одинаково в пространствах любой размерности. На основании (4.7) можно лишь утверждать, что в пространствах различной размерности процессы протекают с различной максимальной скоростью. Увеличение времени жизни элементарных частиц объясняется не только замедлением (увеличением масштаба) времени, но и сокращением масштаба пространства.

Значение максимальной скорости изменяется скачкообразно при изменении размерности пространства-времени. Постулат постоянства скорости света действует лишь в пространстве фиксированного числа измерений. Переходя к пространству большей размерности, мы принимаем за ноль скорость света пространства меньшей размерности.

Линейные размеры квантов абсолютных (не искривленных) пространств найдем, исходя из чисто геометрических соображений

По (4.8) получаем, что квант абсолютного одномерного пространства - это отрезок прямой длиной 7,37м; квант двумерного пространства - это квадрат со стороной 1,13м; квант трехмерного пространства - это куб со стороной 1,30м.

Линейные размеры квантов абсолютного пространства-времени связаны с соответствующими размерами времени соотношением

Из (4.9) следует, что минимально возможная продолжительность процессов в пространстве первого измерения составляет 2,45с; в пространстве второго измерения - 3,76с; а в пространстве третьего измерения - 4,34с

Радиус кванта замкнутого (равномерно искривленного) пространства согласно (3.6)

Число квантов в замкнутом пространстве



Из (4.3) и (4.11) следует, что энергия, связывающая кванты пространства-времени в единую физическую систему, равна

Эта же энергия выделяется при фазовых пространственно-временных преобразованиях . Формула энергии Эйнштейна есть частный случай формулы (4.12) при . По формуле Эйнштейна мы извлекаем энергию связи квантов двумерного пространства на атомных электростанциях. Но энергия связи есть и у квантов трехмерного пространства, или, как его сейчас называют, физического вакуума

Можно вычислить, что в одном кубическом метре трехмерного пространства сосредоточена энергия, эквивалентная энергии 1130 тонн тротила. Если мы научимся расщеплять кванты вакуума, то получим неисчерпаемый источник энергии. Помимо всего прочего, мы получим возможность не создавать большие запасы энергии на космических кораблях, а черпать ее прямо из космического пространства.

В теории многомерных пространств можно рассматривать дробные размерности пространства. Широкое применение дробных интегралов и производных сдерживается отсутствием их четкого физического истолкования, такого, например, как у обыкновенного интеграла и обыкновенной производной. физический квантовый волновой заряд

В классической геометрии нет промежуточных объектов между точкой () и отрезком прямой (), между отрезком прямой и квадратом () и так далее. В общем случае значение суммарной дробной размерности находится по формуле

Неподвижное двумерное пространство имеет размерность , это же пространство, движущееся со скоростью света, имеет размерность , а его суммарная дробная размерность при равна

1,83

Целые показатели размерности бывают только у неподвижных пространств. Это предельный идеальный случай, который мы можем представить себе только теоретически, ведь реальное пространство - время без движения не существует.

Зачастую дробные показатели размерности считают противоестественными. Такой взгляд стал возможным лишь из-за того, что показатели размерности в большинстве физических процессов мало отличаются от целых чисел ввиду малых скоростей движения реальных физических объектов.

Дробные степени в показателях размерностей возникают также при описании фрактальных (разномасштабных, подобных целому) сред. В фрактальной среде, в отличие от сплошной среды, случайно блуждающая частица удаляется от места старта медленнее, так как не все направления движения становятся для нее доступными. Замедление диффузии в фрактальных средах настолько существенно, что физические величины начинают изменяться медленнее первой производной и учесть этот эффект можно только в интегрально - дифференциальном уравнении, содержащем производную по времени дробного порядка

Числа, обратные бесконечно малым, есть числа бесконечно большие. Например, число, обратное , дает максимальное значение физических величин пространства минус первого измерения, то есть, времени

Так как образуют геометрическую прогрессию, то и числа должны образовывать геометрическую прогрессию. Кроме того, размерности должны соответствовать размерностям физических величин в абсолютной системе измерения. Всем этим требованиям удовлетворяет формула

Формула (4.3) описывает физические пространства отрицательной кривизны микромира, а формула (4.13) - пространства положительной кривизны Вселенной. Численные значения максимальных и минимальных значений физических величин приведены в табл.2.

, ( - это канторовские абсолютные конкретные (существующие в природе) упорядоченные множества. Это те самые множества, существование которых отрицается противниками теории множеств. Верхние индексы означают мощности множеств. , а также и - это канторовские абсолютные абстрактные множества.Кантор был уверен, что абсолютная бесконечность рано или поздно проявится в законах природы. Можно лишь констатировать, что он не ошибся.

Существование у физических и геометрических пространств минимальных и максимальных значений накладывает ограничения на применение обычной математики и логики. Если не учитывать ограничения, то 7 Ч 6 всегда равно 42. Заметим, что как у сомножителей, так и у их произведения размерность соответствует размерности материи, следовательно обычная математика работает с безразмерными точными числами от нуля до .

В геометрии Евклида у чисел появляется размерность м0, м1, м2 … , поэтому складывать можно только числа одинаковой размерности. В геометрии Лобачевского накладывается ограничение на минимальные, в геометрии Римана - на максимальные, а в геометрии теории многомерных пространств - как на минимальные, так и на максимальные значения чисел.

С учетом ограничений правильной следует считать запись

м3 м1Ч6м2 = 42м3)= 1,22м3

Мы обычно отбрасываем левые и правые части неравенств ввиду того, что чрезвычайно малы, а невообразимо велики. В квантовом микромире пренебрежение неопределенностями может привести к ошибкам. При устойчивых физических процессах и сходимости к определенному результату, неопределенности должны быть достаточно малыми, чтобы можно было использовать обычную логику и математику.

В неустойчивых процессах неопределенности должны приводить к полной «размытости» результата, что делает возможным применение традиционных вероятностных методов квантовой механики. Если процесс неустойчивый, то малая «размытость» приводит к неопределенности результата.

В любом случае следует остановиться, достигнувили .

Наличие неопределенностей делает возможным применение так называемой «целесообразной логики». Целесообразная логика не претендует на роль главной логической конструкции. Она определяет область применимости известных вариантов неклассической логики, таких как конструктивная, релевантная (уместная), многозначная и нечеткая логика. В этой логической системе высказывание А = В верно или неверно в зависимости от того, сколь велика разность А - В и препятствует ли это достижению цели.

В рамках целесообразной логики проблема осла, стоящего между двумя стогами сена, решается путем перехода к рассмотрению ансамбля ослов. Ослы располагаются не точно посредине, а в некотором пространстве между стогами. В этом случае ослы распределятся на две равные группы и пойдут по кратчайшему пути, одни направо, а другие налево. Такое поведение ослов целесообразно. Вопрос о том, куда пойдет каждый конкретный осел ставить нецелесообразно. В этом и состоит плата за переход к вероятностным методам вычислений.

В рамках классической логики осел останется на месте и умрет от голода. Такое поведение осла нецелесообразно. При применении целесообразной логики, как и при применении обычной логики, вычисления следует прекратить, достигнув или . Мы не имеем права переходить границы научного познания.

Следует обратить внимание на одно важное обстоятельство мы переходим к вероятностным вычислениям не из-за того, что достигли , а из-за того, что достигли предела точности наших приборов. Сторонники копенгагенской трактовки квантовой механики поторопились объявить, что физика вышла на минимальные значений физических величин, ограничивающих действие физических законов и применение обычной логики. В связи с этим неправильно считать, что электрон и другие элементарные частицы не обладают внутренней структурой. Возможно построение механических моделей электрона и элементарных частиц из строительных блоков одномерного пространства (струны длинойм) двумерного пространства (сферы площадью м2) и трехмерного пространства (кубики объемомм3 ).

Более того, у нас появляется возможность дать математическое определение и систематизировать некоторые физические величины, ранее такого определения не имевшие.

- материя ;

- эфир . В эфире взаимодействия либо не передаются (), либо передаются мгновенно (), лишены смысла понятия пространственной и временной протяженности, часть равна целому, начало совмещено с концом, бесконечно большое равно бесконечно малому. В эфире не соблюдается принцип причинности. Необычность физических свойств эфира привела к отказу от него в начале XX века;

- физический вакуум . Это трехмерное пространство без вещества и поля

Формула (4.13) расширяет действие принципа неопределенностей Гейзенберга на максимальное значение всех физических величин. Из (4.3) и (4.13) следует, что принцип неопределенностей Гейзенберга - это лишь частный случай неопределенностей значений физических величин пространства пятого измерения и должен записываться в виде

Если - число измерений движущегося пространства, то при М-теория дает теорию суперструн, при - специальную, а при - общую теорию относительности.

5. Мерцающие фотоны

Существующее в настоящее время многообразие элементарных частиц иногда сравнивают с зоопарком. Почему так? Потому, что подобно тому, как в зоопарке клетки животных расставлены в случайном порядке, так и элементарные частицы классифицируются самым произвольным образом. Не существует даже критерия, по которому можно было бы определить, является ли рассматриваемая частица действительно элементарной.

Частицы, обладающие массой покоя, построены из квантов двумерного пространства. Энергия, связывающая кванты двумерного пространства согласно (4.12) равна

,

откуда находим

то есть масса микрочастицы двумерного пространства равна площади ее сферы. На основании формулы (5.1) мы осуществили переход от системы СИ к абсолютной системе измерения физических величин по (1.1).

Из (5.1) следует также, что радиус действительно элементарной частицы, обладающей массой покоя равен

Так как масса элементарной частицы пространства второго измерения согласно табл.2 не может быть меньше, чем кг, то не существует элементарных частиц с радиусом менее

м

Если электрон действительно элементарная частица, то его радиус должен быть равен

м

По современным представлениям, радиус электрона значительно меньше, чем 2,69м, следовательно, электрон не является элементарной частицей, масса которой сосредоточена в сфере. Масса электрона сосредоточена на поверхности более мелких частиц, образующих электрон как физическую систему.

Частицы, не имеющие массы покоя, относятся к частицам пространства первого измерения. Для одномерного пространства по (4.12) имеем

откуда находим

Радиус фотонов гамма-излучения, возникающих при радиоактивных распадах ядер и при взаимодействиях элементарных частиц двумерного пространства равен по (5.3) 2м, а радиус фотонов ультрафиолетовых световых лучей равен 2м.

Исходя из квантовых представлений, можно схематично описать процесс излучения, распространения и поглощения фотонов элементарными частицами пространства второго измерения. При поглощении фотона совершается фазовое пространственно-временное преобразование по схеме

то есть одномерное пространство фотона (струна) превращается в двумерное пространство поглотившей его частицы (сферы), а высвободившаяся энергия может быть затрачена, например, на переход электрона на более высокий энергетический уровень. Энергии струны фотона ультрафиолетовых световых лучей соответствует масса кг.

При излучении фотона совершается обратное пространственно-временное преобразование. При излучении фотон рождается заново, при поглощении фотон уничтожается. Масса движущегося фотона не равна нулю и поэтому происходит искривление лучей света вблизи массивных тел.

При перемещении фотона совершается еще одно пространственно - временное преобразование

и

То есть, фотон перемещается скачками, как мерцающая или телепортирующаяся частица. В одной точке масса фотона превращается в энергию, а в другой точке из энергии образуется масса фотона. Энергия перемещается через пространство нулевого числа измерений мгновенно. Вернее будет сказать, что энергия поглощается в одной точке физического вакуума и тут же мгновенно высвобождается в другой точке пространства.

Схема распространения света в вакууме мерцающими фотонами приведена па рис.3. Сначала в точке О частицы фотона превращаются в энергию за некоторое время t. Одновременно с этим энергия мгновенно перемещается в точки А или Б. В это же самое время в точках А и Б происходит обратное преобразование энергии в образующие фотон частицы за то же самое время t.

Всегда можно подобрать расстояние АБ таким, что скорость света относительно источника излучения, приемника и среды будет равна c. Возможность изменять расстояние ОА и ОВ обеспечивается бесконечной скоростью передачи энергии.

Cкорость света в движущейся среде равна

Где c/ - скорость света в неподвижной среде;

- показатель преломления среды;

V - скорость среды относительно выделенной системы отсчета.

Приближение записано в первом порядке разложения по V и соответствует экспериментальным данным, полученным в опытах Физо.

Расстояние между точками мерцания находится из соотношения Де Бройля

, где

A вот на переизлучение затрачивается время

Откуда находим

Следовательно, скорость света в среде полностью определяется временем переизлучения фотонов и зависит в конечном счете от физических свойств среды. С помощью мерцающих фотонов можно объяснить отрицательный результат эксперимента Майкельсона. Отрицательный результат связан не с сокращением размеров установки в направлении движения, а с тем, что расстояние между источником излучения и мерцающими фотонами в направлении движения источника больше, чем расстояние между мерцающими фотонами в противоположном направлении. В вакууме

ОА =

ОВ =

Нетрудно видеть, что излучение фотонов производится в полном соответствии с баллистической теорией распространение света Ритца в выделенной системе отсчета. Оказавшись вне излучателя, фотон переизлучается и движется скачками в вакууме или среде со средней скоростью с или с/.

Любое перемещение установок в экспериментах Майкельсона, Физо, Саньяка и их подобным относительно выделенной системы отсчета вызывают доплеровский сдвиг частот. В опытах Майкельсона поступательного движения относительно выделенной системы отсчета (земной поверхности) не было, а вот угловое перемещение, связанное с суточным вращением Земли имело место и оно было зафиксировано в незначительных суточных флуктуациях доплеровских сдвигов частот.

С помощью наглядной модели распространения света нам удалось обосновать, а не просто постулировать постоянство скорости света

С помощью мерцающих фотонов также доказывается, что в знаменитом мысленном эксперименте Эйнштейна с лампочкой, зажигаемой в движущемся вагоне, свет одновременно достигает задней и передней стенок вагона, как с точки зрения наблюдателя, находящегося внутри вагона, так и с точки зрения наблюдателя, находящегося на платформе. Постоянство скорости света для наблюдателя внутри вагона вызвано особенностями распространения света мерцающими фотонами, а наблюдатель на платформе просто должен учесть, что свет, как и звук, движется с некоторой скоростью.

Мерцающие фотоны освобождают специальную теорию относительности от парадокса близнецов и не менее парадоксального принципа относительности одновременности пространственно разнесенных событий. Одновременно с этим мерцающие фотоны ограничивают область применимости специальной теории относительности двумерным пространством микромира.

Таким образом, в фотоне проявляются одновременно свойства частицы и волны (частота мерцаний). Для макротел, состоящих из множества микрочастиц понятие длины волны Де Бройля лишено физического смысла не из-за того, что масса большая, а из-за того, что центр масс макротела никаких колебаний вообще не совершает.

Наблюдаемое в экспериментах превышение нейтрино скорости света легко объясняется теорией. На переизлучение нейтрино затрачивается меньше времени, чем на переизлучение фотона, поэтому и движется он быстрее. То есть скорость движения фотонов и нейтрино зависит от их внутренней структуры, о которой мы пока очень мало знаем.

Для объяснения сущности электромагнитного взаимодействия хорошо подходит «пульсационная теория», появившаяся еще в 1856 году в трудах норвежца Бьеркнеса. Пульсирующие тела взаимодействуют через среду. Пульсации складываются в пространстве, заставляя тела либо притягиваться, либо отталкиваться в зависимости от фазы. Эффекты наблюдаются в экспериментах с пульсирующими резиновыми шарами или цилиндрами, или даже с камертонами. За демонстрацию подобных опытов Бьеркнес получил диплом международного жюри на Парижской электрической выставке.

6. Путаница с системами измерения физических единиц и заряд кварка

Для электрона в нашем трехмерном пространстве справедливо соотношение неопределенностей Гейзенберга

Чтобы перейти к одномерному пространству электрона, необходимо выполнить два пространственно-временных преобразования, то есть принять . Для соблюдения размерностей, величина должна оставаться физической величиной пространства второго измерения, поэтому вместо мы будем записывать (м/c).

Неравенство (6.1) обращается в тождество, когда ~, а поэтому

м

Заряд электрона равномерно распределен по струне радиуса , поэтому

Предполагают, что струна обладает огромной внутренней энергией. Мы можем вычислить эту энергию для одного метра струны по (4.12)

Дж

Такой энергией обладают 52 тонны вещества, если вещество превратить в энергию по формуле . Для сравнения во время американской атомной бомбардировки Хиросимы в энергию было преобразовано менее 10 граммов вещества.

Значение постоянного множителя в (6.3) найдем, подставив (6.2) в (6.3)

Чтобы избежать знака приближенного равенства, и получить жесткую теорию, следует в (6.4) вместо подставить

Где - теоретическая масса электрона. Дефект массы электрона

кг

Постоянный множитель в (6.5) для равномерно искривленных пространств Римана соответствует переходу из нашего трехмерного пространства в одномерное свернутое пространство микромира.

Наличие дефекта массы у электрона свидетельствует о его сложной структуре. Разумеется, в стандартной модели, рассматривающей электрон как точку, ни о каком дефекте массы не может быть и речи.

Согласно модели микромира, электрон должен постоянно совершать пространственно-временные переходы из пространства второго измерения, где он обладает массой, в пространство первого измерения, где он обладает зарядом и из пространства первого измерения в нулевое пространство и наоборот. Вероятно, переходы совершаются с большой частотой, определяемой формулой Луи Де Бройля, причем в процессе преобразований соблюдается равенство

Формула (6.6) раскрывает физический смысл фундаментальной квантовой длины, численно равной произведению радиуса электрона на его массу.

Согласно (4.12) энергия одномерного пространства электрона равна 79,4 Дж. Из этой энергии можно получить массу кг, что примерно в раз больше массы покоя электрона. Таким образом, энергия при увеличении скорости не возрастает до «дурной» бесконечности, но скорость света для электрона и любого другого тела, обладающего массой покоя недоступна.

Если в (6.6) подставить значение радиуса электрона из (5.10), то получим



Полученное выражение раскрывает физическую сущность перенормировки, применяемой в квантовых теориях. Если заряд электрона умножить на некоторую константу, а массу электрона разделить на такую же константу, то их произведение не изменится. Так как константы сокращаются, то им можно задавать любое значение, в том числе ноль или бесконечность.

Таким образом, электромагнитный радиус электрона, его заряд и масса - взаимосвязанные физические величины. Мы можем узнать все об электроне, если вычислим, хотя бы одну из этих величин. Многие теоретики пытались построить теорию электрона, но все теории оставались феноменологическими, так как заряд электрона и его масса устанавливались экспериментально, а о радиусе электрона вопрос даже не ставился, так как электрон считался точечной частицей.

Вычислим теоретически заряд электрона. Сначала выразим заряд электрона через фундаментальную квантовую длину

Степени типа 0,37 … называют аномальными, так как они отличаются от ожидаемых. Аномальные показатели степеней возникают при фазовых переходах второго рода. Например, намагниченность железного магнита уменьшается по мере его нагрева и становится равной нулю при 770єС (точка Кюри). Были все основания предполагать, что намагниченность изменяется пропорционально корню квадратному разности температур (показатель степени 0,5). Вместо этого намагниченность изменяется по закону с показателем 0,37… Было замечено, что в некоторых случаях аномальные показатели одинаковы и для других фазовых переходов второго рода. В 1972 году Кеннет Вильсон и Майкл Фишер вычислили точные значения аномальных показателей для различных фазовых переходов второго рода. Правда, для решения задачи они использовали самые мощные компьютеры того времени. Задача решалась методами последовательных приближений и поэтому причина появления аномальных показателей степеней так и осталась невыясненной.

Мы покажем, что причиной аномальных показателей является несогласованность систем единиц СГС с системой СИ, поэтому в системе СИ электрическая постоянная принадлежит пространству минус пятого измерения

~,

где - магнитная постоянная, а в системе Гаусса пространству нулевого числа измерений

~

Во многих случаях система Гаусса более удобна, но температура и оптические единицы в ней отсутствуют, а электрическая сила есть, и относится она, как и в системе СИ, к пространству пятого измерения. Уравнения, записанные в системе СГС применимы только для электродинамики. Закон Кулона, вопреки широко распространенному заблуждению, не инвариантен закону всемирного тяготения. Электрический заряд и масса - принадлежат пространствам разной размерности, поэтому закон всемирного тяготения описывает взаимодействие двух точек, а закон Кулона описывает взаимодействие двух параллельных линий (проводников тока), а не точечных зарядов.

Любые таблицы перевода единиц строят в предположении, что размерность их в L-системе одна и та же. Иначе пришлось бы указывать в них не один, а два переводных коэффициента - один для единицы, а другой для размерности в L-системе.

Но этого никогда не делают. Считают, что L- размерность как бы одна и та же, а изменились лишь числовые значения физических величин. Но это не так, и в этом главная причина появления аномальных показателей степеней размерностей.

Например, системе СИ произведение двух зарядов принадлежит пространству второго измерения

~,

а в системе СГС - пространству седьмого измерения

~

Таким образом, для перехода от системы СГС к системе СИ, необходимо выполнить пространственно-временной переход из пространства седьмого измерения к пространству второго измерения

Прологарифмировав (6.8) получаем

Формулу (6.7) мы теперь можем записать в виде



Постоянный множитель в геометрии Римана соответствует переходу из одномерного пространства микромира к нашему трехмерному пространству, а постоянный множитель , согласующий коэффициент системы СГС

~

с соответствующим коэффициентом системы СИ

~

равен

Окончательно формула (6.9) принимает вид

Кл

Мы получили значение заряда электрона, ровно в 3 раза превышающее его экспериментальное значение. Действительно, лишь величина

 Кл

совпадает с табличным значением заряда электрона с точностью до шестого знака.

В чем дело? Ответ дает квантовая хромодинамика. Согласно этой теории заряд электрона равен трем зарядам кварков. Но кварки экспериментально обнаружить не удалось. С другой стороны, по формуле (6.10) мы вычислили не сам заряд, а количество трехмерного пространства электрона. Значит, заряд электрона состоит из трех зарядов величиной кулона. Два заряжены отрицательно и один - положительно, что и дает в сумме значение табличного заряда электрона. Таким образом, заряд электрона фактически равен заряду кварка.

Это важный вывод теории многомерных пространств, во-первых, он подтверждает наличие структуры у электрона, а во-вторых, объясняет отрицательный результат попыток экспериментального обнаружения кварков.

Прототипом теории сильного взаимодействия послужила «экранная теория» взаимодействия, появившаяся впервые в трудах М.В.Ломоносова, а затем дважды переоткрытая Лесажем и В. Томсоном. Экранный механизм взаимодействия предполагает, что длина свободного пробега мелких частиц больше расстояния между телами, поэтому механизм непригоден для объяснения гравитации, когда расстояние между взаимодействующими телами составляет миллионы километров. Ядерное же взаимодействие имеет резко ограниченный радиус действия и проявляется на расстояниях метра.

Размещено на Allbest.ru

...