Реферат: Размеры гравитона и фотона или уравнения Вселенной

Размеры гравитона и фотона или уравнения Вселенной

Кравченко С.В.

С позиции сегодняшних знаний о Вселенной вряд ли стоит удивляться тому, что основные фундаментальные постоянные определяют её облик. Из анализа фундаментальных постоянных также известно, что незначительное изменение любой из них приводит к невозможности существования Вселенной в том виде в котором мы её знаем, т.е. подгонка констант сверхточна. Отсюда однозначно следует, что фундаментальные константы связаны между собой и они же определяют начальные и конечные значения параметров Вселенной. Дальнейшие

рассуждения в данной статье основаны на предыдущих статьях автора.

И так, прежде чем мы рассмотрим основные уравнения Вселенной, которые обеспечивают точную подгонку констант, обратимся к следующим данным:

Плотность атома водорода (средняя) – ρ = mА/VА = mР /2*π2*ао3 = 1,67*10-27/2*π2*

*(0,53*10-10)3 = 568 кг/м3.

Плотность электронного «облака» на первой боровской орбите:

ρ = ρе*(rе/ ао)3 = ρе*α3 = 0,8*106/1373 = 0,31 кг/м3, где ρе – плотность свободного электрона.

Оценочная плотность современного вакуума (материи) Вселенной составляет величину ρ = 10-26 кг/м3, поэтому ясно, что она состоит не из атомов и не из электронов, а из других элементарных частиц (ЭЧ). Вопрос, из каких?

Для выявления общих закономерностей, обеспечивающих основные параметры Вселенной обратимся к модели гравитона (он же ПВК, пространственно временной квант) планковских параметров.

И так, точка сингулярности (начальное состояние гравитона) характеризуется следующими данными:

mп = (ћ*c / G)0,5 = (1,054*10-34*3*108/6,67*10-11)0,5 = 2,18*10-8 кг;

rп = ћ/c*mп = (ћ*G/с3)0,5 = 1,61*10-35 м;

tп = rп /с = (ћ*G/с5)0,5 = 5,38*10-44 с;

ρп = mп /Vп = (3 /4π)*(с5/ ћ*G2) = 1,24*1096 кг/м3;

Еп = mп*с2 = (ћ*c5 / G)0,5 = 1,96*109 Дж;

Тп = Еп / k = 1,42*1032 К.

Для современного состояния параметры гравитона имеют такие значения:

Температура гравитона (Вселенной) – ТВС = 3К (экспериментально измерен- ный фон, так называемое реликтовое излучение), можно вычислить из выраже- ний: ТВС = Тп*(ρвс/ ρп)1/4 или ТВС = Тп*(rп / Rвс)1/2 (1)

Плотность гравитона (материи во Вселенной) - ρвс = (4*σ/3*с3)*(10*Твс)4 =

= (4*5,67*10-8 /3*27*1024)*(10*3)4 = 2,27*10-27 кг/м3.

Массу современного гравитона можно вычислить из выражения :

ρ = (3/4*π)*(m*с2/ ћ)2*(1/ G), (2)

т.е при ρгр = ρвс = 2,27*10-27 кг/м3 имеем:

mгр = [(4*π/3)*ρгр*G* ћ2/с4]1/2 = [(4*π/3)*2,27*10-27*6,67*10-11*(1,054*10-34)2/

/(3*108)4]1/2 = 0,93*10-69 кг. Кстати, в работе Логунова А.А. масса гравитона оценивается величиной < 3,6*10-69 кг.

Размер гравитона – Rгр = 3,8*1026 м. Определяется из соотношения:

mmax*rmin = mп*rп = mmin*rmax = mгр*Rвс, т.е. Rвс = mп*rп/ mгр = 2,18*10-8*1,61*10-35 / /0,93*10-69 = 3,8*1026 м.

Время жизни гравитона (Вселенной) - tвс = Rвс/с = 3,8*1026 /3*108 = 1,27*1019 с =

= 40 млрд.лет. По современным данным возраст Вселенной оценивается в 15 – 20 млрд. лет.

Соотношение между первоначальным гравитоном и современным –

n = mп / mгр = 2,18*10-8/0,93*10-69 = 2,3*1061 шт. Это означает, что первоначальный гравитон раздулся за счёт энергии эквивалентной 2,3*1061 шт гравитонов, втекающих в рождающуюся Вселенную.

Энергия, затраченная на расширение гравитона и эквивалентная масса Вселенной:

Евс = Мвс*с2 = n* Еп = 2,3*1061*1,96*109 = 4,5*1070 Дж;

Мвс = mп* n = 2,18*10-8*2,3*1061 = 5*1053 кг

Далее, обобщая формулу, определяющую плотность гравитона (2) находим, что она, в процессе его расширения, может быть записана также и следующим образом:

ρ = (3/4*π)*(mп*с2/ n*ћ)2*(1/ G) = ρп/ n2, (3)

Из выше изложенного следует, что сейчас мы имеем гравитон с линейным размером Rгр= Rвс=3,8*1026 м, а в начале рождения Вселенной (в точке сингулярности) его размер составлял величину rгр = rп = 1,61*10-35 м. Из этого же вытекает, что гравитационные волны в принципе существуют, но они не могут быть зарегистрированы приборами, так как в начале рождения Вселенной мы имеем величину длины волны λ = 2*π*rп, а сейчас λ = 2*π*Rвс, что и в том и в другом случае лежит фантастически далеко за нашими техническими возможностями.

Мы также полагаем, что в процессе расширения гравитона его материя не разрывается, т.е. пустоты отсутствуют. В противном случае требуется уточнение понятия «пустота».

Аналогично, в области ЭЧ мы не можем регистрировать, например, нейтрино, так как они имеют очень малую массу и соответственно большую длину волны (см. соотношение – m*r = const). Отсюда и их огромная проникающая способность (чем больше длина волны тем менее значительны помехи от какого-либо препятствия, в том числе и от регистрирующего прибора).

Характеристики гравитона, как частицы и волны, позволяют в принципе определить и все характеристики элементарных частиц. В этой части любопытно рассмотреть топологию составных ЭЧ, например, мезонов, барионов, фотонов,

представляемых в виде системы вихревых тороидов (бубликов). И так, мы полагаем, что любой тороидальный вихрь имеет две равноправные энергетические компоненты (два равноправных взаимноперпендикулярных потока энергии), а именно – кольцевой поток и поток в сечении тороида. Тогда, для обоснования свойств системы, хорошим аналогом является модель взаимодействия двух проводников с током. Известно, что проводники с током одного направления – притягиваются, а с токами противоположного направления – отталкиваются [1], рис. 1.



Рис. 1 Магнитные силовые линии двух параллельных проводов с равными

токами одинакового (а) и противоположного (б) направлений.

С этих позиций рассмотрим силовое взаимодействие между тороидами составных систем. Напомним также, что нами принимается следующее: осевое вращение тороида обуславливает напряжённость магнитного поля (компонента Н), а вращение в сечении тороида обуславливает напряжённость электрического поля (компонента Е, т.е. является аналогом заряда (q).

Рассмотрим схему взаимодействия двух колец тороида на примере простейшего атома водорода, рис. 2. На рисунке 2 обозначены: 1-2 –потоки Н; 3-4 –потоки Е (заряды «+» и «-»).



Рис. 2 Схема взаимодействия протона (р) и электрона (е) в атоме; А и В – тороидальные кольца; F2 и F4 – силы, действующие на кольцо В со стороны кольца А. Из выше изложенного следует:

1.Н потоки колец 1 и 2 – притягиваются (направлены в одну сторону);

2.Е потоки (заряды) колец 3 и 4 – притягиваются (направлены в одну сторону).

Общая результирующая сила – притяжение (сближение).

Следовательно, система протон (р) + электрон (е), т.е. атом максимально взаимно притягивающаяся друг к другу система, удерживающаяся в равновесии только благодаря соответствующей центробежной силе (теорема Ирншоу).

Схемы силового взаимодействия мезонов и барионов. Спины частиц даны после перенормировки, табл.1.

Таблица 1

Исходный спин, (S)

0

(мезоны)

1/2

1(фотон)

3/2

2(теорети-чески)

Перенормированный спин, (S)

- 1

(мезоны)

- 1/2

(барионы)

0

(фотон)

1/2

(барионы)

1

(мезоны)

Заряд, (q)

0; +1; -1

0; +1; -1

0

0; +1; -1

0; +1; -1


Мезоны (S = ± 1, q = ± 1, q = 0 )

а) Заряженные б) Нейтральные (q = 0)



а) Заряженные.

Н потоки – притягиваются; Е потоки – отталкиваются;

Результирующая сила – может быть притягивающей (сближающей)!

б) Нейтральные.

Н потоки – притягиваются; Е потоки – притягиваются.

Результирующая сила – притягивающая (сближающая).

Барионы (S = ± 1/2, q = ± 1, q = 0 )

а) Заряженные б) Нейтральные (q = 0)



а) Заряженные.

Н потоки (внутренние) – притягиваются; Е потоки – отталкиваются; Н поток (внешний) – отталкивается, но сжимает внутренние кольца (сила Fс).

Результирующая сила – может быть притягивающей (сближающей)!

б) Нейтральные.

Н потоки (внутренние) – притягиваются; Е потоки – притягиваются. Н поток (внешний) – отталкивается, но сжимает внутренние кольца (сила Fс).

Результирующая сила – притягивающая (сближающая)!

Гамма квант (S = 0, q = 0 )

(Аннигиляция частиц)

а) Заряженных б) Нейтральных (q = 0)



Представленное позволяет сделать следующие общие выводы:

1.Семейство ЭЧ может состоять только из 3-х классов, что и наблюдается в действительности (лептоны, мезоны, барионы).

2.В отличии от теории кварков (со специально введёнными дробными зарядами) может быть использована естественная система зарядов, а именно реально существующие заряды простых частиц –лептонов, имеющих заряды минус, ноль и плюс (следует особо подчеркнуть существование нулевого заряда у нейтрино).

3.Нейтральные барионы должны быть массивнее заряженных (внешний Н поток сжимает центральную часть составной частицы и она становится более плотной, т.е. более компактной и соответственно более массивной). В качестве иллюстрации того, что массы нейтральных барионов действительно тяжелее массы заряженных барионов приводим данные из [2, стр. 226].

Протон (p)

938

Нейтрон (n)

939,6

Сигма-плюс-гиперон (Σ+)

1189

Сигма-минус-гиперон (Σ –)

1197

Сигма-нуль-гиперон (Σ0)

1192

Кси-минус-гиперон (Ξ -)

1315

Кси-нуль-гиперон (Ξ0)

1321

По всей видимости масса сигма-минус-гиперон определена ошибочно, её значение должно быть как у сигма-плюс-гиперон.

4.Нейтральные мезоны также должны быть тяжелее заряженных.

Заряженный пион (π+; π –)

140

Нейтральный пион (π0)

135

Заряженный каон (К+; К-)

494

Нейтральный каон (К0)

498

D+- мезон

1868

D0 - мезон

1863

(Возможна ошибка данных или есть неучтённые факторы).

Однако, наиболее любопытным следствием предложенной модели ЭЧ является появление фотона при аннигиляции частиц и античастиц, т.е. при образовании пары со специфическими свойствами. Благодаря своей абсолютной нейтральности по спину и заряду (в отличии от заряженных и нейтральных ЭЧ, а также атомов) они практически не регистрируемы (в момент образования, хотя быстро распадаются под действием флуктуаций окружающей среды).

Образовавшаяся пара приводит к возникновению в окружающей среде (силовом поле) бегущей волны, т.е фотонов. Можно оценить размер образовавшейся пары, например, электрон + позитрон и её энергию связи. Размер такой пары должен быть порядка а = а0 /(mр/ mе) = 0,53*10-10/1833,2 =

= 2,9*10-14 м. Если мы запишем для энергии связи электрона в атоме водорода выражение – Есв = 7,21*10-10/r, то при подстановке известных значений размера элементарной частицы получим:

1) r = а0 = 0,531*10-10 м, Есв = 7,21*10-10/0,531*10-10 = 13,6 эВ;

2) r = rр = 2,1*10-16 м, Есв = 7,21*10-10/2,1*10-16 = 3,43 МэВ, если умножить на 2, то получим 6,86 МэВ – это средняя энергия связи одного нуклона в атоме (на самом деле энергия связи лежит в диапазоне от 7,4 до 8,75 МэВ, [2, стр.177]).

3) r = а = 2,9*10-14 м, Есв = 7,21*10-10/2,9*10-14 = 24862 эВ = 25 кэВ

4) r = rп = 1,61*10-35 м, Есв = 7,21*10-10/1,61*10-35 = 4,48*1019 МэВ, если умножить на 2/α, то получим 1,23*1022 МэВ – это планковская энергия (Еп = 1,96*109 Дж = 1,23*1022 МэВ).

Любопытны и такие числовые данные. Известно, что собственная энергия электрона и протона соответственно равны: Ее = mе*с2 = 0,51 МэВ, Ер = mр*с2 =

= 935 МэВ. В этом случае также можно составить простое соотношение, а именно, можно записать соотношение между возникновением ядерных сил и электромагнитных, т.е.: Ея = Еэм*(1/n*α), или в числовом выражении:

Ея = 0,51*(137/3)2 = 1064 МэВ, что также весьма близко к экспериментальным данным – 935 МэВ.

И так, для энергии связи электрона в атоме мы имеем коэффициент (α2/2) и соответственно получаем Есв = 0,51/(1372*2) = 13,6 эВ, для энергии связи приходящейся на один нуклон в атоме - коэффициент связи (α), так как

Есв = 935/137 = 6,82 МэВ, следовательно, максимально возможный коэффициент связи равен 2 (получается следующий ряд дополнительных коэффициентов: α2/2; α; и 2 или ещё более симметричный ряд - α/2; 1; 2/α. Соответственно – электромагнитная связь, ядерная связь и связь на уровне ПВК (Епвк = (Еп/2)*2 = Еп, т.е. связи сильнее, более тесной, чем планковская в природе не может быть).

Полученные приближённые соотношения говорят о том, что энергия связи достаточно хорошо выражается через электромагнитную постоянную и по всей видимости только ею и определяется.

Ещё раз вернёмся к начальным космологическим параметрам, если известное выражение для эффекта Казимира, Е = π2*h*с*S/720*r3

представить в предельном случае (т.е. принять, что r = rп), то мы получим следующий результат (Румянцев Е.Л. Эффект Казимира или проблема вакуума):

Е = π2*(2*π*ћ)*с*(4*π*r2) /720*r3 = 8*π4* ћ*с/720*r = 1,08*(ћ*с/r) = Еп!

Действующая сила при этом будет иметь значение:

/F/ = dF/dr = ћ*с/r2, т.е. мы опять таки приходим к понятию предельно возможной силы (Fпвк = G*(m/r)2 = e2/4*π*ε0*α*r2 = ћ*c/r2 = c4/G = 1,2*1044 Н).

Таким образом ПВК (гравитон) планковских параметров обязан существовать. Ясно также, что это существенно меняет подходы в решении задач Космологии и теории ЭЧ.

В заключении приведём несколько известных высказываний из монографии Мякишева Г.А. [3].

1.Микрообъекты не имеют никаких резко очерченных границ. Средняя плотность заряда в протоне плавно спадает от центра к периферии (стр. 17, 60). Так, при расчёте постоянной тонкой структуры взят треугольный закон распределения. 2.Нейтральный в целом нейтрон содержит внутри себя заряженные слои, в которых плотность заряда меняется сложным образом (стр. 60).

3.Радиус действия ядерных сил обратно пропорционален массе частицы – переносчика взаимодействия (стр. 77).

И так, главное, что следует из рассмотренного, опираясь на оценочные расчёты:

1.Свойства ЭЧ и Вселенной в целом могут быть рассмотрены в единой взаимосвя- зи при оценке с позиций ПВК планковских параметров. (Известна идея о план- ковских параметрах, например из теории струн, см. Брайан Грин. Элегантная вселенная, а также и других авторов).

2.Известная (измеряемая) температура Вселенной позволяет рассчитать текущую плотность материи, размер Вселенной и т.д.

3.Фотонное поле (электромагнитное поле, фотоны) – это порождение возмущений в окружающей среде при образовании системы связанных ЭЧ и анти ЭЧ, а также при схлопывании электронных орбит в атоме.

Литература

1.Попов В.С. Теоретическая электротехника. Под ред. Б.Я.Жуховицкого.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-544с.

2. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс физики: Учебное пособие.-Т.3. Квантовая физика. М.: Наука, 1983.-240 с.

3.Мякишев Г.Я. Элементарные частицы. М.: Наука, 1979. – 176 с.

Статьи автора:

1.К вопросу о пространственно – временных квантах и гравитации или как вычислить некоторые параметры нашей Вселенной.

2.К вопросу о размере электрона, об элементарных частицах или что

такое тороидально сжатое фотонное поле.

3. К вопросу о сингулярности или как определить предельный возраст Вселенной.

4.Атом, фотон, Вселенная или что такое сингулярный центр системы.

5. К вопросу о модели атома, интерференции электронов, коэффициенте связи или что такое физический вакуум.