Естественно-единая квантовая теория взаимодействий

From Традиция
Jump to navigation Jump to search

Есте́ственно-еди́ная ква́нтовая тео́рия взаимоде́йствий — самодостаточная теория фундаментальных взаимодействий, основанная на всеобщей константе взаимодействий[1]. Является базой для построения естественной Теории Всего. В настоящее время существенно отличается от Стандартной модели тем, что включает квантовую теорию тяготения. Кроме того в теории нет необходимости в бозоне Хиггса. На данном этапе в теории рассматриваются только те частицы, которые появляются в ней априорно.

Введение[edit | edit source]

Прежде чем представить вашему вниманию Естественно-Единую Квантовую Теорию Взаимодействий, стоит сделать шаг в прошлое, чтобы узнать некоторые истины, которые волнуют нас, а затем, вернуться в новое будущее, чтобы убедиться, что гармония является реальностью.

Все знают, что история квантовой теории начинается с квантовой гипотезы Макса Планка (23 апреля 1858, Киль — 4 октября 1947, Гёттинген), который ввел представление о квантах энергии и кванте действия (постоянная Планка — h) 14 декабря 1900. Однако, в пионерских работах Планка по теории теплового излучения не содержится в явном виде идея квантовой прерывности. Планк полагал, что формула с введённой им постоянной является всего лишь удачным математическим трюком для устранения ультрафиолетовой катастрофы, но не имеет физического смысла. Таким образом, постоянная Планка в сегодняшнем понимании лишь формально появилась в 1900 году.

Такая же ситуация имеет место для ещё более знаменитой квантовой константы — постоянной тонкой структуры (ПТС) — безразмерной величины, численное значение которой не зависит от выбранной системы единиц. В настоящий момент рекомендуется использовать следующее значение:[2] α = 7,297 352 569 3 ( 15 ) × 10 3 . \alpha=7{,}297\;352\;569\;3(15)\times 10^{-3}. В системе единиц СИ она может быть также определена как: (1) α = e 2   4 π ε 0 c = e 2 2 ε 0 h c , \begin{equation}\alpha=\frac{e^2}{\ 4 \pi \varepsilon_0 \hbar c}=\frac{e^2}{2 \varepsilon_0 h c}, \label{e0} \end{equation}


где   e \ e  — элементарный электрический заряд, = h / 2 π \hbar=h/2\pi  — постоянная Дирака (или приведённая постоянная Планка)   c \ c  — скорость света в вакууме, ε 0 \varepsilon_0  — электрическая постоянная.

ПТС была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом (5 декабря 1868, Кёнигсберг — 26 апреля 1951, Мюнхен) в качестве меры релятивистских поправок при описании атомных спектральных линий в рамках модели атома Нильса Бора (7 октября 1885 — 18 ноября 1962) в 1913.

Впоследствии, в квантовой электродинамике постоянная тонкой структуры получила значение константы взаимодействия, характеризующей силу взаимодействия между электрическими зарядами и фотонами.

Истинное же значение α \alpha гораздо глубже — в конечном счёте через неё выражаются константы всех фундаментальных взаимодействий. А в этом случае оказывается, что и история квантовой физики начинается гораздо раньше и связана она с неберущимся интегралом (1) 1 σ 2 π e 1 2 ( x σ ) 2 d x = 1. \begin{equation}\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^{2}}dx=1. \label{e1} \end{equation}


Впервые значение этого одномерного интеграла было вычислено в 1729 году Леонардом Эйлером (15 апреля 1707, Базель, Швейцария — 7 (18) сентября 1783, Санкт-Петербург, Российская империя) во время его работы в Петербургской Академии наук. Карл Фридрих Гаусс (30 апреля 1777, Брауншвейг — 23 февраля 1855, Гёттинген), чьим именем названа подинтегральная функция, ещё не родился. Эта функция снова была введена Гауссом в 1809 году как функция плотности нормального распределения (равенство (???) \eqref{e1} формально является утверждением существования некоторого объекта). Тем не менее казус состоит в том, что е в формуле (???) \eqref {e1} означает Эйлер. Поэтому логично считать в качестве года рождения квантовой физики 1729 год, поскольку именно тогда Леонард Эйлер сделал первый шаг к созданию Естественно-Единой Квантовой Теории Взаимодействий, идея которой существенно более первична нежели просто квантовая идея.

Гипераналитическая функция[edit | edit source]


Итак, два величайших математика, а впоследствии и многочисленные физики, не увидели ПТС в формуле (???) \eqref {e1} . Простейшая гипотеза состоит в том, что у них не было персональных ЭВМ и алгоритмов длинной арифметики. Это действительно принципиально важно, потому что интеграл неберущийся, а работать надо с подинтегральной функцией, которая появляется после тождественного преобразования интеграла: (1) 1 σ 2 π e 1 2 ( x σ ) 2 d x = 1 σ 2 π L 2 L 2 n = e 1 2 ( x n L σ ) 2 d x . \begin{equation} \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{\infty}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^{2}}dx=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\int_{-\frac{L}{2}}^{\frac{L}{2}}\sum_{n=-\infty}^{\infty}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x-nL}{\sigma})^{2}}dx. \label{e2} \end{equation}

Для тех кто любит объяснение смысла любого математического преобразования можно сказать, что в результате преобразования (???) \eqref {e2} бесконечное количество частей непрерывной исходной функции размещаются без разрыва на отрезке [-0.5,0.5]. Тем самым создаётся возможность выполнить известный математический фокус — превратить полученную суммарную функцию в ряд Фурье (Барон Жан Батист Жозеф Фурье (21 марта 1768, Осер, Франция — 16 мая 1830, Париж)).

Более существенной причиной отсутствия интереса к правой части возможно было предположение, что она не интереснее левой. На самом деле справа находится уже совершенно новый математический объект — гипераналитическая функция, конкретный пример которой назовём решётчатой функции[3] (РФ).

Таким образом, РФ[4] есть (1) R ( x ) = 1 σ 2 π n = e 1 2 ( x n L σ ) 2 . \begin{equation} \mathbb{R}(x)=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\sum_{n=-\infty}^{\infty}e^{-\frac{1}{2}(\frac{x-nL}{\sigma})^{2}}. \label{e3} \end{equation}

Рис. 1. График R ( x ) \mathbb{R}\left(x\right) .

Все расчёты проводились при значениях L=1 и σ \sigma = 0.4992619105929628.

Однако, очевидно, что гипераналитическая функция R ( x ) \mathbb{R}(x) не может быть разложена в ряд Фурье, так как она не интегрируется в элементарных функциях. В силу этого гипераналитическая функция не может быть разложена на чётную и нечётную функцию[5], в то время как произвольная аналитическая функция f может быть единственным образом представлена в виде суммы нечётной и чётной функций в интервале [a, b]:

f ( x a ) = g ( x a ) + h ( x a ) f(x-a)=g(x-a)+h(x-a) , где g ( x a ) = f ( x a ) f ( b x ) 2 g(x-a)=\frac{f(x-a)-f(b-x)}{2} , h ( x a ) = f ( x a ) + f ( b x ) 2 h(x-a)=\frac{f(x-a)+f(b-x)}{2} .

Благодаря этому R ( x ) \mathbb{R}(x) может быть разложена в бесконечный ряд по двум простейшим гипераналитическим функциям путём последовательных попыток разложения на чётную и нечётную функцию. Таким образом, гипераналитическая функция может быть формально разложена в как бы ряд Фурье самым простым способом, но в отличие от ортонормированного ряда Фурье полученный ряд таковым не является. Благодаря этому получаемое разложение демонстрирует необычные свойства, отсутствующие в ортонормированных пространствах[6].

Представляет интерес и второе свойство гипераналитических функций — высокая скорость сходимости коэффициентов разложения к нулю. Известно, что существует фундаментальная связь между аналитичностью функции и скоростью убывания её коэффициентов Фурье. Чем «лучше» функция, тем быстрее её коэффициенты стремятся к нулю, и наоборот. Степенное убывание коэффициентов Фурье присуще функциям класса C k C^{k} , а экспоненциальное — аналитическим функциям. Отсюда и следует возможность существования гипераналитических функций, для которых убывание коэффициентов Фурье по определению соответствует тетрации — следующему гипероператору после возведения в степень. Очевидно, что открытие гипераналитических функций — наиболее значительное событие в математике.

Теория всех взаимодействий[edit | edit source]

Энтони Гаррет Лиси,[7] обосновывая свой подход к разработке «Исключительно простой теории всего», сказал:

«Математика вселенной должна быть красивой. Удачное описание природы должно быть лаконичной, изящной, унифицированной математической структурой, соответствующей опыту.»

Действительно, его красивые иллюстрации в статье привлекли не меньшее внимание, чем сама статья.

Тем не менее, Википедия в статье «Тheory of everything» спрашивает:

«Является ли теория струн, теория суперструн, M-теория или какой-либо другой вариант на эту тему, шагом на пути к „Теория всего“ или просто путём слепых?»

Таким образом, здесь признаётся, что известные альтернативные теории сродни известной притчи о слепых, ощупывающих слона. Удачное описание природы должно быть прежде всего гармоничным — объединяющим многое и согласующим разногласное. Говоря другими словами, описание природы должно быть естественным и единственным.

Ключом к обещанной гармонии является решётчатая модель пространства-времени. Происхождение ПТС обусловлено периодичностью пространства-времени, выявляемой разложением по гипераналитическим функциям. Периодичность пространства-времени существенно различна: аппроксимация A ( x ) A\left(x\right) описывается симметричной функцией от x, а аппроксимация A ( t ) A\left(t\right) – антисимметричной от t. Определение α \alpha является общим для A ( x ) A\left(x\right) и A ( t ) A\left(t\right) и зависит от безразмерных параметров σ \sigma и τ \tau , которые получают равное значение, что обеспечивает постоянство их отношения (1) σ τ = 1. \begin{equation} \frac{\sigma}{\tau}=1. \end{equation}

Из этого следует, например, что в области применимости α \alpha скорость света c c является константой.

Поэтому принципиально важным является независимость полученных результатов от размеров решёток[8] L и T. Это означает, что при рассмотрении каждого взаимодействия имеется ввиду решётка со специфическими значениями параметров. Экспериментальное подтверждение этого продемонстрировал результат работы[9], заключающийся в том, что оптическая прозрачность одноатомного 2М-слоя графена зависит только от безразмерных величин: постоянной тонкой структуры и числа π \pi .

Полученные разложения гипераналитических функций по степеням α \alpha позволяют утверждать, что Естественно-Единая Квантовая Теория Взаимодействий существует, так как из функции e 1 2 ( x σ ) 2 e^{-\frac{1}{2}(\frac{x}{\sigma})^{2}} может быть извлечена информация о взаимодействиях.

Решётчатая модель пространства-времени позволяет выделить четыре взаимодействия из разложения РФ:

  • сильное магнитное взаимодействие (№ 1),
  • электромагнитное взаимодействие (№ 2),
  • интерференционное «электрослабое» взаимодействие (№ 3),
  • слабое взаимодействие (№ 4)

и три взаимодействия из разложения дискретной производной РФ:

  • электромагнитное взаимодействие (№ 2),
  • гравитационное взаимодействие (№ 5),
  • неизвестное взаимодействие (№ 6).

Взаимодействие № 1[edit | edit source]

Постоянный член разложения РФ в конечном виде равен 1. Поэтому целесообразно рассмотреть его значение относительно коэффициента второго члена. В этом случае обратное значение постоянного члена разложения будет иметь известное физическое значение[10] (1) q S q e = q N q p = 1 2 α , \begin{equation} \frac{q_{S}}{q_{e}}=\frac{q_{N}}{q_{p}}=\frac{1}{2\alpha}, \end{equation}

где q S q_{S} и  q N q_{N}  — заряды магнитного монополя Дирака, q e q_{e}  — заряд электрона и  q p q_{p}  — заряд позитрона. Из этого следует, что пространственная решётка образована монополями Дирака. Модель пространства такого рода впервые была описана в статье[11]. Так как в знаменателях стоят заряды частицы и античастицы, то можно ожидать, что в числителях также стоят заряды частицы и античастицы!

Используя уравнение (6) можно получить R m i n R m a x = 1 2 α ( σ ) 1 + 2 α ( σ ) . \frac{\mathbb{R}_{min}}{\mathbb{R}_{max}}=\frac{1-2\alpha\left(\sigma\right)}{1+2\alpha\left(\sigma\right)}. Таким образом, гипераналитическая функция объясняет барионную асимметрию Вселенной следующей связью между электрическими и магнитными зарядами: R m i n R m a x = q S / q e 1 q N / q p + 1 . \frac{\mathbb{R}_{min}}{\mathbb{R}_{max}}=\frac{{q_{S}}/{q_{e}}-1}{{q_{N}}/{q_{p}}+1}.

Предложенный кристалл пространства из магнитных монополей почти на 99% связан их магнитным взаимодействием. Благодаря этому то, что мы называем вакуум не имеет дисперсии.

Взаимодействие № 2[edit | edit source]

Решётчатая модель пространства-времени позволяет выделить два члена в разложениях R ( x ) \mathbb{R}(x) и R ( t ) \mathbb{R}(t) , пропорциональных α \alpha : ( R m a x + R m i n ) α c o s ( 2 π x ) (\mathbb{R}_{max}+\mathbb{R}_{min})\alpha cos\left(2\pi x\right) и α s i n ( 2 π t ) . -\alpha sin\left(2\pi t\right).

Так как постоянный член равный 1 был идентифицирован как стационарное магнитное поле магнитного монополя, то член пропорциональный ( R m a x + R m i n ) α c o s ( 2 π x ) (\mathbb{R}_{max}+\mathbb{R}_{min})\alpha cos\left(2\pi x\right) можно сопоставить с утверждением Максвелла, что электрический ток I \mathbf{I} и изменение электрической индукции E \mathbf E порождают вихревое магнитное поле H \mathbf{H} : r o t H I + E / t . rot \mathbf{H} \sim \mathbf{I} + \partial \mathbf E / \partial t. Соответственно, член пропорциональный α s i n ( 2 π x ) -\alpha sin\left(2\pi x\right) можно сопоставить с утверждением Максвелла, что изменение магнитной индукции H \mathbf H порождает вихревое электрическое поле E \mathbf{E} : r o t E H / t . rot \mathbf{E} \sim \partial \mathbf H / \partial t. Таким образом, почти двукратное различие в величине коэффициентов при c o s ( 2 π x ) cos\left(2\pi x\right) и s i n ( 2 π x ) sin\left(2\pi x\right) указывает на реальное существование тока смещения, понятия введенного Дж. К. Максвеллом при построении теории электромагнитного поля. Таким образом, теория предсказывает не только фотон (поперечную электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве), но и существование продольной электромагнитной волны, которая не может распространяться в пространстве. Причина, по которой она не может распространяться в пространстве, в том, что, согласно электродинамике, токи всегда должны быть замкнутыми, а при распространении продольных электромагнитных волн токи смещения становятся незамкнутыми, что недопустимо. Т.е. распространение продольных электромагнитных волн противоречит законам электродинамики. Поэтому продольные волны могут существовать только в замкнутом виде, в этом случае ток становится замкнутым. Это означает, что теория предсказывает существование частицы "точечного тока" I \mathbf{I} или элементарного магнитного момента. Существование магнитного момента у элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), обуславливает существование у них собственного механического момента — спина.

Но и это ещё не всё. Существует также сравнимая по величине с электрослабым взаимодействием часть частицы "точечного тока". Это видно из разложения R m a x + R m i n \mathbb{R}_{max}+\mathbb{R}_{min} по степеням α \alpha : R m a x + R m i n 2 = 4 k = 1 α 4 k . {\mathbb{R}_{max}+\mathbb{R}_{min}}-2=4 * \sum_{k=1}^{\infty} \alpha^{4^{k}}. Именно эта часть участвует в интерференционном электрослабом взаимодействии.

Однако, и это ещё не всё. Есть существенное различие между R ( x ) \mathbb{R}(x) и R ( t ) \mathbb{R}(t) . В первом случае каждый последующий член разложения получается простым вычитанием предыдущего, т.е. все члены независимы друг от друга. Во втором случае для определения значений коэффициентов a k a_{k} используется как минимум k + 1 k+1 уравнений с различными значениями l l : i = 0 k ( 1 ) i a i s i n ( 2 i + 1 2 l + 1 2 π 4 ) = R ( 1 4 ( 2 l + 1 ) ) , \sum_{i=0}^{k}\left(-1\right)^{i}a_{i}sin\left(\frac{2i+1}{2l+1}\frac{2\pi}{4}\right)=\mathbb{R}\left(\frac{1}{4\left(2l+1\right)}\right), поскольку особенность решения этой системы уравнений состоит в том, что даже если нужно найти решения для k k гармоник, то надо решать систему для k + 1 k+1 гармоник. Таким образом, взаимодействия №2, №5 и №6 являются зацепляющимися, т.е. необходимо вычислить амплитуду последующего взаимодействия заранее. Говоря другими словами, вихревое электрическое поле появится одновременно с гравитацией (взаимодействием №5), а гравитация вызывает в свою очередь взаимодействие №6 (антигравитацию) и т.д. Таким образом, только истинно нейтральные частицы — элементарные частицы или системы элементарных частиц, которые переходят в себя при зарядовом сопряжении, то есть являются античастицами для самих себя, могут двигаться со скоростью света, даже если их масса покоя не равна нулю.

Взаимодействие № 3[edit | edit source]

Зависимость величины слабых сил от расстояния имеет существенно отличающиеся участки. На начальном участке эта зависимость параллельна зависимости электромагнитных сил. Так как первая чётная разность содержит c o s ( 2 × 2 π x ) cos\left(2\times2\pi x\right) с удвоенным аргументом, то можно сказать, что этот член соответствует описанию интерференционного взаимодействия частиц точечного тока и нейтрино. Коэффициент при  c o s ( 2 × 2 π x ) cos\left(2\times2\pi x\right) равен 2 α 4 2\alpha^{4} . Предполагая, что двойка отражает существование двух состояний частиц "точечного тока" и нейтрино, её можно не учитывать при оценки интенсивности.

Ввиду увеличения частоты (по сравнению с предыдущим косинусом) значение интенсивности интерференционного электрослабого взаимодействия равно 2 α 4 = 4.01 × 10 9 \sqrt{2}\alpha^{4}=4.01\times10^{-9} . Это значение соответствует окончанию прямолинейного участка. Чётные разности с другими значениями коэффициентов и другими частотами повторяются регулярно для последующих поколений лептонов.

Важное значение для идентификации указанного взаимодействия имеет уникальное свойство примитивной гипераналитической функции V ( 2 i × 2 π x ) \overline{\mathbb{V}}(2i\times2\pi x) - несохранение чётности.

Взаимодействие № 4[edit | edit source]

Собственно слабому взаимодействию соответствуют c o s ( 3 × 2 π x ) cos\left(3\times2\pi x\right) и  c o s ( 2 π x ) cos\left(2\pi x\right) с коэффициентом 2 α 9 2\alpha^{9} . Предполагая, что двойка отражает существование двух состояний нейтрино, её можно не учитывать при оценки интенсивности. Ввиду увеличения частоты в три раза значение интенсивности интерференционного электрослабого взаимодействия должно быть умножено на  3 \sqrt{3} . Ввиду ненормированности W ( ( 2 i 1 ) × 2 π x ) \mathbb{W}\left((2i-1)\times2\pi x\right) коэффициент при ней должен быть поделен на её максимальное значение W m a x \mathbb{W}_{max} равное 1.5396 \cong1.5396 . В результате получаем значение 3 α 9 / W m a x = 6.60 × 10 20 \sqrt{3}\alpha^{9}/\mathbb{W}_{max}=6.60\times10^{-20} . Это значение соответствует окончанию криволинейного участка. Нечётные разности с другими значениями коэффициентов и другими частотами повторяются регулярно для последующих поколений лептонов, перекрывая весь диапазон совместно с взаимодействием № 3.

Важное значение для идентификации указанного взаимодействия имеет уникальное свойство примитивной гипераналитической функции W ( ( 2 i 1 ) × 2 π x ) \mathbb{W}\left((2i-1)\times2\pi x\right) — несохранение чётности.

Взаимодействия № 3 и № 4 связаны друг с другом набором из двух не ортогональных гипераналитических функций. Это означает, что взаимодействующие лептоны изначально описываются как смешанные состояния вне зависимости имеет нейтрино массу или нет. Таким образом, превращения нейтрино одного поколения в нейтрино другого поколения являются естественным квантовым феноменом.

Зависимость величины слабых сил от расстояния имеет участок, на котором скорость их уменьшения описывается именно коэффициентами разложения РФ. Значения нижних границ приведенные в нижеследующей таблице показывают, что лептоны четвёртого поколения не могут существовать поскольку ввиду различных скоростей уменьшения нижних границ каждого из взаимодействий № 3 и № 4, они в конечном счёте перекрывают друг друга в этом диапазоне.

Поколение Взаимодействие №3 Взаимодействие №4
1 2 α 4 \sqrt{2}\alpha^{4} 3 α 9 / W m a x \sqrt{3}\alpha^{9}/\mathbb{W}_{max}
2 4 α 16 \sqrt{4}\alpha^{16} 6 α 36 / W m a x \sqrt{6}\alpha^{36}/\mathbb{W}_{max}
3 8 α 64 \sqrt{8}\alpha^{64} 9 α 81 / W m a x \sqrt{9}\alpha^{81}/\mathbb{W}_{max}
4 16 α 256 \sqrt{16}\alpha^{256} 12 α 144 / W m a x \sqrt{12}\alpha^{144}/\mathbb{W}_{max}

Взаимодействие № 5[edit | edit source]

Так как первый коэффициент разложения дискретной производной РФ уже идентифицирован в качестве интенсивности электромагнитного взаимодействия, можно ожидать, что второй коэффициент имеет отношение к единственному оставшемуся взаимодействию — гравитационному. Для получения интенсивности гравитационного взаимодействия[12] второй коэффициент α 9 \alpha^{9} достаточно возвести в квадрат и умножить на  3 \sqrt{3} (для учёта другой частоты).

Получаемое значение менее чем на процент превышает константу гравитационного взаимодействия: G m p 2 c = 5.906 × 10 39 , G\frac{m_{p}^{2}}{\hslash c}=5.906\times10^{-39}, где G G - гравитационная постоянная, m p m_{p} - масса протона. Это расхождение даёт верхнюю оценку квантовой поправки, которая может быть внесена в закон тяготения.

Сначала покажем как будет выглядеть константа G G если вместо массы протона m p m_{p} ввести новую константу — присоединённую массу протона m p a m_{pa} . В этом случае значение G G будет иметь следующий вид: G = 3 α 18 c m p a 2 . G=\sqrt{3}\alpha^{18}\frac{\hbar c}{m_{pa}^{2}}.

Полученная формула раскрывает скрытый квантово-релятивистский статус самого закона тяготения. Дело в том, что произведение × c \hbar\times c , входящее в  α \alpha и  G G , сохраняется только при одновременном преобразовании c c \rightarrow\infty и  0 \hbar\rightarrow0 согласно принципу соответствия. Таким образом, говорить об одностороннем уточнении закона тяготения Ньютона оказывается в принципе неправильно.

На основе данных, приведённых в нижеследующей таблице (взяты из Википедии 07.03.2018), получаем: m p a = 1.68082 10 27 . m_{pa}=1.68082*10^{-27}. Таким образом, значение m p a m_{pa} всего на 9 электронных масс превышает массу протона m p m_{p} и может считаться достоверным.[13]

Параметр Значение
\hbar 1.054 571 800(13) × 10 34 \times 10^{-34} Дж   c
с 299 792 458 м/с
α \alpha 7.297 352 566 4(17) × 10 3 \times 10^{-3}
G G 6.674 08(31) × 10 11 \times10^{-11} м 3 м^{3}   с 2 с^{-2}   к г 1 кг^{-1}

В качестве примера оценки m p a m_{pa} можно считать, что эта величина включает массу протона m p m_{p} и массу электрона m е m_е . Кроме того необходимо включить массу нейтрона m n m_n с коэффициентом δ \delta  — долей нейтронов на один протон, которая составляет десятые для звёзд и единицы для планет. Также надо вычесть энергию связи связанных нуклонов, которая различна для звёзд и планет. Наконец, надо добавить кинетическую энергию на нуклон и другие возможные вклады. Кроме того на один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

Интересно отметить, что ещё в 1922 году чикагский физик Артур Лунн (Arthur C. Lunn) предположил[14], что ПТС каким-то образом связана с ядерным дефектом массы, а также рассмотрел её возможную связь с гравитацией посредством соотношения G m e 2 e 2 = α 17 2048 π 6 . \frac{G {m_e}^2}{e^2} = \frac{\alpha^{17}}{2048 \pi^6}.

Принципиальная особенность квантовой теории тяготения[edit | edit source]

Подставляя G G в закон Ньютона получаем: F 12 = 3 α 18 c M 1 m p a 1 M 2 m p a 2 r 12 2 r 12 r 12 , \vec{F}_{12}=\sqrt{3}\alpha^{18}\hbar c \frac{ \frac{M_1}{m_{pa1}} \frac{M_2}{m_{pa2}} } {r_{12}^2} \cdot \frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}}, где r 12 r_{12} - расстояние между телами 1 и 2, имеющими массы M 1 M_1 и M 2 M_2 . Таким образом, m p a 1 m_{pa1} и m p a 2 m_{pa2} являются поправками, которые переводят инертные массы в правильные гравитационные массы.

Соответственно, из существования кристалла из магнитных монополей можно тривиально объяснить суть гравитации. В отличие от Стандартной модели, где элементарные частицы являются базой для построения модели, в естественно-единой квантовой теории взаимодействий существуют только естественные частицы. Таковыми могут быть дефекты идеального кристалла пространства. В конечных кристаллах существует два типа дефектов - по Шоттки и Френкелю. Дефекты по Шоттки образуются непосредственно на поверхности кристалла пространства и будут рассмотрены в следующем параграфе. Дефекты по Френкелю образуются во всём объёме кристалла пространства и объясняют суть гравитации. Монополь может переместиться из узла решетки, оставляя там вакансию, в центр ячейки решётки. Таким образом, протон - это S монополь, расположенный в центре куба. Электрон - это ячейка без S монополя. Соответственно, антипротон - это N монополь, расположенный в центре куба, а позитрон - это ячейка без N монополя. Естественно, что все частицы имеют магнитную связь с пространством кристалла.

Таким образом, кристалл из монополей представляет собой двухфазную систему - собственно кристалл и дефекты. Такая среда характеризуется поверхностным натяжением — термодинамической характеристикой поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемой работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Однако, ввиду стабильности дефектов (протона и электрона) обратимость отсутствует. Поэтому в данном случае поверхностное натяжение теряет один из своих физических смыслов, а именно — энергетический (термодинамический: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры). Остаётся только силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз. В этом случае появляется ясный физический смысл понятия гравитации, т.е. рассмотрение её как силы, стремящейся сократить поверхность раздела до минимума при заданных объёмах фаз.

Взаимодействие № 6[edit | edit source]

Взаимодействие № 6 соответствует члену ( 1 ) 3 α ( 5 ) 2 s i n ( 10 π t ) \left(-1\right)^{3}\alpha^{(5)^{2}}sin\left(10\pi t\right) и может быть интерпретировано как взаимодействие отталкивания, причём существенно более слабое чем гравитационное.

Итак, на границе кристалла из магнитных монополей происходит образование дефектов по Шоттки. При этом S монополь и N монополь выходят одновременно непосредственно за поверхность кристалла пространства. Соответственно, внутри кристалла образуются электронно-позитронные диполи Δ e p \Delta_{ep} , которые мигрируют в глубь кристалла. В результате образования дефектов по Шоттки объём кристалла увеличивается. При этом диполи Δ e p \Delta_{ep} , перемещаясь к центру, выталкивают обычные дефекты в сторону поверхности кристалла пространства.

В этом случае появляется ясный физический смысл понятия расширения Вселенной — явления, состоящего в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной, выводимое через наблюдаемое с Земли космологическое красное смещение.

Следует также отметить, что известное образование электронно-позитронной пары на самом деле есть следствие развала диполя Δ e p \Delta_{ep} γ \gamma квантом. Таким образом, не существует преобразования энергии в материю.

Естественно-единая квантовая теория всего[edit | edit source]

Interaction Interaction Relation Diagram drawn by DOT cluster_friends Электро Магнитное Поле (фотон) EC Вакансия (электрон) M1 Биэлектромагнитное первое поколение (электрон, электронное нейтрино) EC->M1 E E EC->E 1/{r^2} SM Межузельный S монополь (протон) SM->M1 H H SM->H G Гравитационное U Неизвестное G->U 1/{r^2} M2 Биэлектромагнитное второе поколение (мюон, мюонное нейтрино) M1->M2 M2->M1 M3 Биэлектромагнитное третье поколение (таон, таонное нейтрино) M2->M3 M3->M2 E->G 1/{r^2}

Естественная теория всего состоит из следующих положений:

  • Естественные Взаимодействия
  • Естественное Пространство
  • Естественные Частицы

Естественное Пространство[edit | edit source]

Идеальный «кристалл пространства»[edit | edit source]

В данный момент проще ввести понятие естественного пространства, чем пытаться определить его через известные на сегодня математические пространства. Возможно, что в этом случае какая-то определённость будет утеряна. Естественное пространство будем рассматривать как идеальный «кристалл пространства». Безразмерный параметр σ \sigma равен отношению «радиуса» некоторого физического объекта, расположенного в каждой ячейке «кристалла пространства», к длине стороны ячейки L L . Кандидатом на роль физического объекта является магнитный монополь Дирака. Таким образом, монополь является элементом «кристалла пространства» и не может быть обнаружен экспериментально как изолированный физический объект.

Невозможность обнаружить монополь экспериментально как изолированный физический объект можно легко объяснить, если постулировать, что в «кристалле пространства» монополь неподвижен.

Идеальный «кристалл пространства» можно рассматривать как диэлектрический «магнито-ионный» кристалл, по которому могут распространяться фотоны. Однако, такие фотоны могут быть только коротко живущими (виртуальными), так как каждый монополь находится в основном состоянии. Так как A ( x ) A\left(x\right) описывается симметричной функцией от любой координаты, то можно сказать, что упорядоченные по степеням α \alpha члены A ( x ) A\left(x\right) имеют отношение к бозонам. Следует отметить, что это же упорядочение (при незначительном изменении величин коэффициентов) совпадает с разложением A ( x ) A\left(x\right) по сферическим гармоникам.

Большая Диффузия (голубая эпоха)[edit | edit source]

Идеальный «кристалл пространства» не имеет времени (другими словами не изменяется), поскольку он состоит только из бозонов, которые (в соответствии с определением бозонов) инвариантны относительно перестановок. Соответственно, в момент времени t = 0 t=0 при температуре T = 0 T=0 постоянная тонкой структуры α \alpha равна α ( 0.5 ) = 0.00719188 \alpha\left(0.5\right)=0.00719188 . Отсюда следует, что для получения реального «кристалла пространства» в него надо ввести фермионы. В отличие от Стандартной модели, где элементарные частицы являются базой для построения модели, в данной модели вводятся только те частицы, которые ей соответствуют. Таковыми могут быть дефекты идеального «кристалла пространства». В обычных кристаллах существует два типа дефектов - по Шоттки и Френкелю. В «кристалле пространства» дефекты по Шоттки не могут реализоваться поскольку нельзя признать реальной возможность, что монополь, покинувший свою исходную позицию в конце концов выйдет на поверхность «кристалла пространства». Поэтому реализуются только дефекты по Френкелю. Монополь может переместиться из узла решетки, оставляя там вакансию, в центр решётки. Таким образом, "электрон" - это отсутствие S монополя. Соответственно, "протон" - это S монополь, расположенный в центре куба. Естественно, что электрон и протон имеют сильную магнитную связь с пространством кристалла.

В классической механике понятие эффективной массы давно известно. Если определить энергию через импульс (1) E = p 2 2 m , \begin{equation}E=\frac{p^2}{2m},\end{equation}

то массу можно определить как (1) m = [ d 2 E d p 2 ] 1 . \begin{equation}m^{*} = \left[ {{d^2 E} \over {d p^2}} \right]^{-1}.\end{equation}

В Естественно-Единой Квантовой Теории Взаимодействий также есть понятие эффективная масса — величина, имеющая размерность массы и применяемая для удобного описания движения частицы в периодическом потенциале кристалла. Можно показать, что электроны (дырки в кристалле) и протоны (S монополи, расположенные в центре куба) реагируют на магнитное и электрическое поля так, как если бы они свободно двигались в вакууме, но с некой эффективной массой.

Скорость движения частицы в кристалле равна групповой скорости её волны и определяется формулой (1) v g = d ω d k = 1 d E d k . \begin{equation}v_{g}=\frac{d \omega}{dk} = \frac{1}{\hbar} \frac{dE}{dk}.\end{equation}

Здесь ω \omega — частота, k k — волновой вектор, E E — энергия электрона или протона. За время d t dt внешняя сила F F совершает работу по перемещению электрона или протона, равную (1) d E = v g d t F = F d E d k d t . \begin{equation}dE = v_{g} dt F = \frac{F}{\hbar}\frac{dE}{dk}dt.\end{equation}

Отсюда находим F = d k d t F = \hbar \frac{dk}{dt} . Дифференцируя v g v_{g} по времени, определим ускорение электрона или протона (1) a = d v g d t = 1 d 2 E d k 2 d k d t . \begin{equation}a = \frac{dv_{g}}{dt} = \frac{1}{\hbar} \frac{d^{2}E}{dk^{2}}\frac{dk}{dt}.\end{equation}

Подставив сюда d k d t \frac{dk}{dt} из формулы F = d k d t F = \hbar \frac{dk}{dt} , получим (1) a = 1 2 d 2 E d k 2 F . \begin{equation}a = \frac{1}{\hbar^{2}} \frac{d^{2}E}{dk^{2}}F.\end{equation}

Эта формула выражает второй закон Ньютона a = F m a = \frac{F}{m^{*}} . Здесь m m^{*} — эффективная масса. Сравнивая эти две формулы, получаем: (1) m = 2 [ d 2 E d k 2 ] 1 . \begin{equation}m^{*} = \hbar^2 \cdot \left[ {{d^2 E} \over {d k^2}} \right]^{-1}.\end{equation}

Для свободной частицы закон дисперсии квадратичен и, таким образом, эффективная масса является постоянной и равной массе покоя. В кристалле ситуация более сложна и закон дисперсии отличается от квадратичного. В этом случае использовать понятие массы можно только вблизи экстремумов кривой закона дисперсии, где эта функция может быть аппроксимирована параболой и, следовательно, эффективная масса не зависит от энергии.


Таким образом, в Естественно-Единой Квантовой Теории Взаимодействий нет необходимости в бозоне Ниггса, поскольку магнитное взаимодействие квазичастицы и кристалла пространства создаёт её массу.

В ядре атома ситуация более сложная и закон дисперсии отличается от квадратичного. В этом случае эффективная масса может быть меньше. Этот эффект известен как дефект массы.


В Стандартной Модели предполагается, что электрическое взаимодействие электрона и протона приводит к образованию атома водорода. В данной теории возможно сильное магнитное взаимодействие электрона и протона, приводящее к образованию нейтрона. Квантово-механическое описание такой системы существенно отличается от описания атома водорода. Во-первых, плотность распределения протона будет размазана по объёму нескольких ячеек. Во-вторых, плотность распределения электрона будет вписана в протон из-за сильного магнитного взаимодействия. Таким образом, можно говорить о внутреннем электроне в нейтроне. Исходя из структуры нейтрона можно предположить, что и ядро также представляет собой распределение электронов по распределению протонов.

Известно, что Ричард Фейнман объяснил электрические силы отталкивания между электронами обменом виртуальными фотонами. Поскольку размеры ядра очень малы, то можно предположить, что силы притяжения в ядре возникают в результате обмена виртуальными нейтрино между протонами и электронами.

Для образования дефектов требуются определенные затраты энергии (энергии активации процесса образования дефекта), однако оно сопровождается увеличением энтропии за счет возрастания степени разупорядоченности решетки, что вызывает уменьшение энергии Гиббса G = U + P V T S G = U + PV - TS , где U U — внутренняя энергия, P P — давление, V V — объём, T T — абсолютная температура, S S — энтропия. Следовательно, образование подобных дефектов оказывается энергетически выгодным и приводит к повышению стабильности кристалла. Отсюда следует, что тепловые дефекты являются равновесными и каждой температуре соответствует их определенная равновесная концентрация в кристалле.

Поскольку образование тепловых дефектов является процессом вероятностным, а вероятность термически активируемого флуктуационного перехода монополя из узла в междоузлие пропорциональна величине е х р ( E / k T ) ехр(—E/kT) , где E E — энергия активации процесса образования дефекта, k k — постоянная Больцмана и T T — абсолютная температура, то и равновесная концентрация данного дефекта при температуре T T будет пропорциональна этой величине.

Из приведенных уравнений следует, что равновесная концентрация дефектов по Френкелю является экспоненциальной функцией температуры и энергии активации. Возрастание температуры и соответственно уменьшение энергии активации приводят к увеличению равновесной концентрации дефектов.

Любые точечные дефекты обладают способностью к миграции (диффузии) в кристаллической решетке в результате тепловых флуктуаций. Например, монополь в междоузлии может переходить при соответствующем возбуждении в соседнее междоузлие, вакансии мигрируют за счет перемещения соседнего монополя в вакантный узел, т. е. путем последовательного обмена позициями между монополями и вакансиями (при таком так называемом вакансионном механизме диффузии перемещение вакансий в одном направлении эквивалентно перемещению монополей в другом).

Перемещение "электрона" происходит одновременно с перемещением монополя, которое описывается исходной наиболее высокочастотной парой со знаком минус, что означает исчезновение в будущем, а затем возникновение в прошлом в ячейке, которую занимал "электрон". Если этот процесс описывать в одномерном времени, то он будет тождественно равен нулю. Во введённом «правом-левом» времени перемещение монополя фиксируется изменением его поляризации. Соответственно, "электрон" испытывает вращение интерпретируемое как спин.

Предложенная модель пространства без затруднений решает проблему материи и антиматерии, а также правого и левого, поскольку процесс образования дефектов вблизи каждой вершины определяется типом вершинного монополя (N или S) и ориентацией координатных осей.

Реальный «кристалл пространства»[edit | edit source]

Существует два типа элементарных фермионов (сокращённо эльфов), соответствующих различным полярностям монополя. В результате эльф замещается не каким-либо одним из шести монополей, которые касаются граней эльфа, а каким-либо одним из двенадцати монополей, которые касаются рёбер эльфа. Таким образом, эльфы определённой полярности перемещаются только по «своим» шести направлениям «кристалла пространства», причём «близкие» пары эльфов с различными полярностями являются стабильными электромагнитными осцилляторами. В результате появления эльфа центры зарядов монополей в остальных ячейках смещаются от центра эльфа и распределение смещений по пространству представляет собой «эффективный» монополь противоположной полярности. В то же время (из-за нарушения баланса распределения магнитного заряда по ячейке) в каждой ячейке «приоткрываются» электрические заряды, которые в целом образуют распределённый электрический заряд определённой полярности. Соответственно, с «эффективным» монополем мог бы быть ассоциирован целочисленный спин. Тем не менее спин эльфа имеет полуцелое значение, так как процесс его возникновения и исчезновения происходит с «локальной частотой», которая в два раза меньше «групповой частоты» колебаний кристаллической решётки пространства. Кроме того сам эльф описывается антисимметричной функцией. Таким образом, эльф является гармоническим осциллятором, имеющим энергию E 0 = 3 2 ω 0 E_{0}=\frac{3}{2}\hbar\omega_{0} , где 1 2 ω 0 \frac{1}{2}\omega_{0} - «локальная частота» колебаний вдоль диагонали «кристалла пространства» и может взаимодействовать с каждым видом бозонов различным образом.

Рассмотрим взаимодействие приходящих из бесконечности фотонов с эльфом, имеющим средний импульс m u mu , где m m - «эффективная масса» эльфа и u u - средняя скорость эльфа. В результате упругого рассеивания фотонов на эльфе, он приобретает дополнительный квантованный импульс ( ν 0 ν s ) c , \frac{\hbar\left(\nu_{0}-\nu_{s}\right)}{c}, где ν 0 \nu_{0} и ν s \nu_{s} - частоты фотона до и после рассеяния. Тем не менее можно показать, что эльф обладает «статистической инерцией», т.е. свойством оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения несмотря на взаимодействие с попутными и встречными фотонами.

Пусть эльф двигается с относительной средней скоростью β = u c \beta=\frac{u}{c} . Рассечём сферу единичного радиуса плоскостью, отстоящей от её центра на расстоянии β \beta в направлении противоположном движению. В этом случае высоты каждой из частей сферы равны 1 β 1-\beta и 1 + β 1+\beta . В соответствии с преобразованием Пифагора \textit{преобразованием Пифагора} при изменении β \beta часть попутных фотонов становятся встречными или наоборот, так как значение радиуса секущего круга γ \gamma равно среднему геометрическому высот сферы, т.е. γ = ( 1 β ) ( 1 + β ) = 1 β 2 . \gamma=\sqrt{\left(1-\beta\right)\left(1+\beta\right)}=\sqrt{1-\beta^{2}}. Таким образом, эльф может постоянно двигаться со средним импульсом m u mu только тогда, когда «эффективная масса» эльфа зависит от его скорости u u следующим образом:

m ( u ) = m ( 0 ) 1 β 2 . m\left(u\right)=\frac{m\left(0\right)}{\sqrt{1-\beta^{2}}}.

Во введённом решётчатом пространстве-времени использование аппроксимаций A ( x ) A\left(x\right) и A ( t ) A\left(t\right) позволяет преобразовать уравнения Шредингера и Дирака в одно вещественное уравнение без производных. Исходя из описанных свойств эльфа можно предположить, что переход к «реальным» частицам в некотором смысле аналогичен построению периодической системы частиц, упорядоченной по количеству эльфов. Следует отметить, что при чётном количестве эльфов эта группа будет бозоном, а при нечётном фермионом. При объединении эльфов с различными полярностями монополей необходимо учитывать, что вдали от этой области эта группа эльфов может иметь дробный «эффективный» заряд. Например, одиночному эльфу можно сопоставить электрон или позитрон в зависимости от соответствующей полярности исходного монополя. Двум эльфам, классифицированным по двум полярностям исходного монополя и четырём диагоналям кубической решётки, можно сопоставить восемь типов глюонов. И т.д. до следующего лептона.

Большая Диффузия (красная эпоха)[edit | edit source]

Во время голубой эпохи Большая Диффузия создала существенно неравномерное распределение эльфов в реальном «кристалле пространства» и привела к тому, что принято идентифицировать как Большой Взрыв, но больше похоже на Большую Кавитацию. Когда первые эльфы достигли центра «кристалла пространства», их концентрация там начала быстро увеличиваться и привела к образованию фазовой пустоты - «кавитационного пузыря». По мере увеличения радиуса «кавитационного пузыря» он стал неустойчивым и, в конце концов, схлопнулся, образовав новое поколение эльфов. В результате этого (и, возможно, наряду с изменением условий на поверхности «кристалла пространства») гравитация в окрестности поверхности «кристалла пространства» стала существенно влиять на Большую Диффузию и изменила её направление настолько, что голубая эпоха сменилась красной эпохой, которая является свидетельством выхода эльфов из «кристалла пространства». Возможно, что нынешняя красная эпоха не является первой.

Современное значение α \alpha отличается от значения α 0.5 \alpha_{0.5} для идеального «кристалла пространства» при температуре T = 0 T=0 ввиду увеличения объёма V V и температуры T T в каждой локальной области реального «кристалла пространства». Отсюда плотность эльфов ρ \rho можно оценить с помощью формулы

ρ N V exp ( Δ E k T ) , \rho\approx\frac{N}{V}\exp\left(-\frac{\Delta E}{kT}\right), где N N — число монополей в «кристалле пространства», Δ E \Delta E — энергия, необходимая для образования одного эльфа, а k k — постоянная Больцмана.

Тонкая настройка Вселенной[edit | edit source]

Обнаруженная взаимосвязь квантовых взаимодействий обосновывает так называемую тонкую настройку Вселенной — концепцию в теоретической физике, согласно которой в основе Вселенной и ряда её составляющих лежат не произвольные, а строго определённые значения фундаментальных констант, входящих в физические законы. Так как константы взаимодействий стали зависимы друг от друга число взаимодействий можно уменьшить.

Примечания[edit | edit source]

  1. Автор статьи предлагает рассматривать её как новый тип статьи — статья - аксиома. Пожалуйста, выскажите Ваше мнение в Обсуждении.
  2. Рекомендованное CODATA значение постоянной тонкой структуры.
  3. Гипераналитичность пространства-времени, Александр Рыбников, 2018.
  4. Для выделения всех гипераналитических функций и образованных от них констант используется шрифт MATHEMATICAL DOUBLE-STRUCK CAPITAL.
  5. По определению отсутствие определённой чётности это несохранение чётности.
  6. Кроме упомянутого несохранения чётности следует также сказать о смешанности состояний.
  7. A. Garrett Lisi. An Exceptionally Simple Theory of Everything arXiv:0711.0770v1 [hep-th] 6 Nov 2007
  8. Это связано с тем, что нормальное распределение является бесконечно делимым распределением.
  9. R. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, T. J. Booth, T. Stauber, N. M. R. Peres, A. K. Geim. Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene. Science 320, 1308 (2008) DOI:10.1126/science.1156965
  10. P.A.M. Dirac, Quantized Singularities in the Electromagnetic Field, Proceedings of the Royal Society, A133 (1931) pp 60‒72.
  11. Пространство и Время с точки зрения функции Гаусса, Александр Рыбников, 2014
  12. Константа взаимодействия
  13. Более правильно сказать, что в данный момент точность m p a m_{pa} определяется точностью G G , а не наоборот.
  14. A. C. Lunn. «Atomic Constants and Dimensional Invariants» // Physical Review. — 1922.