Текст книги "Мир"

Представление о том, что мир состоит из фундаментальных частиц, имеет долгую историю. Впервые мысль о существовании мельчайших невидимых частиц, из которых состоят все окружающие предметы, была высказана за 400 лет до н. э. Автором этого заявления был греческий философ Демокрит. Он назвал эти частицы атомами, то есть неделимыми частицами. Главным достижением философии Демокрита считается развитие им учения об атоме – неделимой частице вещества, обладающей истинным бытием, не разрушающейся и не возникающей из ничего. Он описал мир как систему атомов в пустоте, отвергая бесконечную делимость материи, постулируя не только бесконечность числа атомов во Вселенной, но и бесконечность их форм (идей, είδος – «вид, облик», материалистическая категория, в противоположность идеалистическим идеям). Атомы согласно этой теории движутся в пустом пространстве (Великой пустоте, как говорил Демокрит) хаотично, сталкиваются и вследствие соответствия форм, размеров, положений и порядков либо сцепляются, либо разлетаются. Образовавшиеся соединения держатся вместе и таким образом производят возникновение сложных тел. (Какая прозорливость!!! Это за 400 лет до н. э.! Сейчас 2022 г., но и сейчас ещё люди не полностью знают о свойствах кванта.) Движение же – свойство, естественно присущее атомам. Тела – это комбинации атомов. Разнообразие тел обусловлено как различием слагающих их атомов, так и различием порядка сборки, как из одних и тех же букв слагаются разные слова. Только в начале XIX в. наука начала использовать представление об атомах, когда на этой основе удалось объяснить целый ряд химических явлений. В 30-е гг. XIX в. в теории электролиза, развитой М. Фарадеем, появилось понятие «иона» и было выполнено измерение элементарного заряда. Конец XIX в. ознаменовался открытием явления радиоактивности (А. Беккерель, 1896 г.), а также открытиями электронов (Дж. Томсон, 1897 г.) и б-частиц (Э. Резерфорд, 1899 г.). В 1905 г. в физике возникло представление о квантах электромагнитного поля (М. Планк, А. Эйнштейн). В 1911 г. было открыто атомное ядро (Э. Резерфорд) и окончательно было доказано, что атомы имеют сложное строение. В 1919 г. Резерфорд в продуктах расщепления ядер атомов ряда элементов обнаружил протоны. В 1932 г. Дж. Чедвик открыл нейтрон. Стало ясно, что ядра атомов, как и сами атомы, имеют сложное строение. Возникла протон-нейтронная теория строения ядер (Д. Иваненко и В. Гейзенберг). В том же 1932 г. в космических лучах был открыт позитрон (К. Андерсон). Позитрон – положительно заряженная частица, имеющая ту же массу и тот же (по модулю) заряд, что и электрон. Существование позитрона было предсказано П. Дираком в 1928 году. В эти годы были обнаружены и исследованы взаимные превращения протонов и нейтронов и стало ясно, что эти частицы также не являются неизменными элементарными «кирпичиками» природы. Японский физик-теоретик Хидэки Юкава в 1934 г., в возрасте двадцати семи лет, создал свою мезонную теорию и предсказал заряженные мезоны, а в 1938 г. вместе со своим учеником Сёити Сакатой (1911–1970), исходя из зарядовой независимости ядерных сил, предсказал существование нейтральных мезонов. В 1947 г. Сесил Ф. Пауэлл обнаружил частицу Ю с помощью ионизационной камеры, помещенной на больших высотах. Почти наверняка он не был знаком с работой Сакаты, но, похоже, ему была известна двухмезонная гипотеза, предложенная Робертом Е. Маршаком и Хансом А. Бете в 1947 г. В 1948 г. мезоны были искусственно получены в лаборатории Калифорнийского университета в Беркли. За эти работы Юкава в 1949 г., после открытия пи-мезонов американским учёным, первым среди японских ученых получил Нобелевскую премию. Пионы (то есть р-мезоны) по современным представлениям осуществляют взаимодействие между нуклонами в ядре. В последующие годы число вновь открываемых частиц стало быстро расти. Этому способствовали исследования космических лучей, развитие ускорительной техники и изучение ядерных реакций. В настоящее время известно около 400 субъядерных частиц, которые принято называть элементарными. Подавляющее большинство этих частиц являются нестабильными. Исключение составляют лишь фотон, электрон, (позитрон), протон и нейтрино. Все остальные частицы через определенные промежутки времени испытывают самопроизвольные превращения в другие частицы. Нестабильные элементарные частицы сильно отличаются друг от друга по временам жизни. Наиболее долгоживущей частицей является нейтрон. Время жизни нейтрона порядка 15 мин. Другие частицы «живут» гораздо меньшее время. Например, среднее время жизни м-мезона равно 2,2^10-6 с., нейтрального р-мезона – 0,87 · 10^-16 с. Многие массивные частицы – гипероны – имеют среднее время жизни порядка 10^-10 с. Существует несколько десятков частиц со временем жизни, превосходящим 10^-17 с. По масштабам микромира это значительное время. Такие частицы называют относительно стабильными. Большинство короткоживущих элементарных частиц имеют времена жизни порядка 10^-22—10^-23с. Способность к взаимным превращениям – это наиболее важное свойство всех элементарных частиц. Элементарные частицы способны рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться). Это относится также и к стабильным частицам с той только разницей, что превращения стабильных частиц происходят не самопроизвольно, а при взаимодействии с другими частицами. Примером может служить аннигиляция (то есть исчезновение) электрона и позитрона, сопровождающаяся рождением фотонов большой энергии. Может протекать и обратный процесс – рождение электронно-позитронной пары, например, при столкновении фотонов достаточно большой энергией с ядром атома, с протоном или с другим солидным для фотона препятствием. Такой опасный двойник, каким для электрона является позитрон, есть и у протона. Он называется антипротоном. Электрический заряд антипротона отрицателен. В настоящее время античастицы найдены у всех частиц. Античастицы противопоставляются частицам потому, что при встрече любой частицы со своей античастицей происходит их аннигиляция, то есть обе частицы исчезают, превращаясь в кванты излучения. Я замечу, что это происходит не всегда. Для аннигиляции необходимо создать определённые условия. Ведь не аннигилируют в протоне электроны и позитроны?! Не аннигилируют. Они прекрасно совмещаются, создав при этом самую устойчивую крупную частицу – протон. Так какая же из трёх стабильных частиц является элементарной? Нейтрино? Нет, нейтрино не имеет электрического заряда, а частица должна иметь заряд. Электрон? Возможно, но при столкновении электрона с позитроном происходит реакция аннигиляции, при которой электрон и позитрон распадаются на гамма кванты (фотоны). Остаётся одна кандидатура, удовлетворяющая всем требованиям элементарной частицы. Это ФОТОН.

Фотон

Фотон – самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов. Первым, исторически зафиксированным сообщением о фотоне как о частице, было описание фотона в труде великого учёного и мыслителя Египта Ибн ал-Хайсама «Книга об оптике» в 1021 г. Ибн ал-Хайсам (965—1039), известный в Европе под именем Алхазена, не был физиком и у него не было приборов для исследования света, но он был офтальмологом и исследовал самый совершенный световой прибор, созданный природой, – глаз животного и человека. В «Книге об оптике» учёный представил свет в виде потока мельчайших частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии». Заметьте, Ибн ал-Хайсам связывает в одно целое материальную частичку, из которых состоит свет, и её энергию. Это в 1021 г.! Какова сила и прозорливость мысли! Но этого никто не понял и не оценил. Очень низок был уровень развития общества и науки. Стремление понять физическую природу света было лейтмотивом всех исследований И. Ньютона. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет – это волны во всепроникающем эфире. Позже он отказался от этой идеи. Размышления привели Ньютона к представлению, что свет – это поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока они не встретят препятствия. Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения, и – правда, не без дополнительного предположения – закон преломления. Однако у Ньютона нашлись противники, которые никак не могли примирить теорию Ньютона и волновые свойства света. Это и Христиан Гюйгенс, и Томас Юнг, и др. Окончательно волновая природа света утвердилась трудами Джеймса-Клерка Максвелла. В 1900 г. теория, рассматривающая электромагнитное излучение как колебания электрического и магнитного полей выглядела законченной. Однако некоторые эксперименты, проведённые позже, в рамках этой теории объяснения не нашли. Макс Планк фактически признал, что осциллятор, колеблющийся с частотой ν, излучает свет дискретными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна частоте Е = hν. Полученную формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения абсолютно черного тела Планк доложил 19 декабря 1900 г. на заседании Берлинского физического общества. Этот день по праву называют днем рождения квантовой теории. Дальнейшие эксперименты показали, что эти световые кванты также обладают импульсом (но ведь импульса без массы не может быть! – Авт.). Поэтому оказалось возможным рассматривать их как колебания электромагнитного поля. Фотон изначально был назван Эйнштейном световым квантом (das Lichtquant). В 1917 г. Эйнштейн предположил, что квантование энергии – это свойство самого электромагнитного излучения. Признавая справедливость теории Максвелла, Эйнштейн указал, что многие аномальные в то время результаты экспериментов могут быть объяснены, если энергию световой волны локализовать в подобные частицам кванты, которые движутся независимо друг от друга, даже если волна непрерывно распространяется в пространстве. В 1909 и в 1916 гг. Эйнштейн показал, исходя из справедливости закона излучения абсолютно чёрного тела, что квант энергии должен также обладать импульсом р = һ/λ. Импульс фотона был обнаружен экспериментально Артуром Комптоном, за эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1927 г. Сейчас фотон представляется так. Фотон (от др. – греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») – это элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Современное название, которое фотон получил от греческого слова φῶς, «phōs» («свет»), было введено в 1926 г. химиком Гилбертом Н. Льюисом, опубликовавшим свою теорию, в которой он высказал своё мнение, что фотоны это «несоздаваемые и неуничтожимые частицы»[1] («Википедия»). (Вот когда! Только через 2300 лет люди узнали то, что Демокрит знал за 400 лет до н. э.) Считается, что фотон – это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света! Электрический заряд фотона также равен нулю. Справедливости ради стоит заметить, что хромодинамика наделяет фотон цветом (зарядом) в отличие от электродинамики. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая или левая поляризация электромагнитной волны. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны. В современной стандартной модели физики элементарных частиц существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной калибровочной симметрии в любой точке пространства – времени. Этой же симметрией определяются внутренние свойства фотона, такие как электрический заряд, масса (но частица же безмассовая! – Авт.) и спин. Считается, что виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами. Квантовая теория нам говорит, что фотон – это квант электромагнитной энергии волны света. Эйнштейном принято суждение, что фотоны не имеют массы покоя, что свет, как только зарождается, так и движется с постоянной скоростью и эта скорость является наивысшей скоростью Вселенной. Частота и длина волны светового излучения постоянны на всём протяжении его жизни. А как зарождается свет, откуда зарождается свет, какая сила двигает фотоны? Это в то время даже Эйнштейну не было известно. Что же мы имеем на самом деле? «Электрический заряд фотона также равен нулю». Этот пункт не соответствует современным данным. Уже известен заряд фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить заряд фотона, равна 5 × 10⁻⁵² Кл (или 3 × 10⁻³³ e). Уже подсчитана масса (количество материи) фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить массу фотона, m = 1,1 × 10⁻⁵² кг (6 × 10⁻¹⁷эВ/c² или 1 × 10⁻²²m_e), то есть в электроне 1 × 10²² фотонов [2]. «Первая из элементарных частиц, у которой стало известно ее строение, – это частица фотон, состоящая из двух квантов – кванта электрического потока (1.602 · 10^-19 Кл) и кванта магнитного потока 2.068 · 10^-15 Вб» (Алеманов С. Б. «Теория поля»). Здесь мы видим прямое указание на присутствие электрического и магнитного полей. Присутствие магнитного поля у фотонов признаётся и квантовой теорией, но квантовая теория объясняет наличие магнитного поля вращением «спин» электрического поля. Исходя из вышеизложенного, следует вывод, что самой элементарной частицей материи является фотон. Он является и элементарной частицей силового поля, и элементарной частицей вещества (похудение Солнца, давление света, фотоэффект). Назовём мы эту частицу КВАНТОМ. Если частицу рассматриваем в области энергии – это квант энергии, в области материи – квант материи. КВАНТ – мельчайшая частица мира. Это тот кирпичик, из которого состоят и энергетические поля, и вещественная материя. Он является одновременно и частицей энергии, и частицей материи.

Квант

Квант материи состоит из твёрдого неизменяемого ядра, которое покрывает пластичная (квантовая) оболочка. Все поля кванта – гравитационное, электрическое, магнитное – исходят из его ядра. Когда квант подвергается воздействию внешних сил – сдавливается, – происходит деформация (сжатие) его оболочки. Оболочка кванта при сжатии проявляет диэлектрические, димагнитные и дигравитационные качества. Чем больше сжата оболочка кванта, тем меньше квант реагирует на гравитацию, электричество, магнетизм. Вот почему не происходит аннигиляции вещества, с какой бы силой ни сжимали материю. Сжимаясь, кванты теряют часть своей потенциальной, электрической и магнитной энергии, то есть теряют способность реагировать на воздействие энергетических полей. Однако всё более приобретают внутренней энергии – упругости (как сжимаемый резиновый шарик). Упругость кванта – это его (механическая) внутренняя энергия. Чем больше сжимается квант, тем меньше в нём остаётся гравитационной, электрической и магнитной энергий. Квант превращается в упругую болванку. При обретении свободы в кванте происходят обратные процессы.

Построение элементарных частиц вещественной материи

Элементарными частицами вещественной материи являются Электроны и позитроны. Они состоят из квантов материи. В электроне только отрицательно заряженные кванты, а в позитроне – положительно заряженные кванты. «Как же так, – спросите вы, – ведь кванты одного электрического заряда должны отталкиваться друг от друга?!» Однако не отталкиваются, а накрепко сцепляются друг с другом, образуя все виды вещества, которые существуют во Вселенной. Проанализировав эту ситуацию, а также то, что электроны (позитроны) – частицы магнитонейтральные, я пришёл к выводу, что связаны кванты материи в электроне (позитроне) друг с другом магнитными полями разных знаков! Следовательно, элементарных частиц матери четыре вида. Два вида элементарных частиц, из которых компонуются электроны и два вида элементарных частиц, из которых компонуются позитроны. Как только набирается необходимое количество квантов (1 × 10²²ɣ), плотность и заряд образовавшейся частицы становится такой, что эта частица становится индивидуумом – элементарной частицей вещественной материи (электрон, позитрон). Но возникает и другой вопрос: почему же объединяются кванты только с одним электрическим зарядом? Очевидно, что у каждого вида электрического поля свои два вида магнетизма! Налицо взаимозависимость электричества и магнетизма. Для того, чтобы не было путаницы, я обозначил их разными типами знаков и присвоил им названия: ɣ^+С (северин); ɣ^+Ю (южак); элементарные частицы позитрона – ɣ^{-N –} (nordik); ɣ^—S– (sjujdik) – элементарные частицы электрона. Это только предположение из факта. Такое же как «спин», например. Паули даже не обосновал понятие «СПИН». Просто ввёл его для того, чтобы устранить несоответствие в анализе расчётов. И мы до сих пор пользуемся этим понятием. Но что же такое «спин» и откуда он берётся?

Спин

В 1924 г. Вольфганг Паули вводит в квантовую механику новую степень свободы, чтобы устранить имевшуюся несостоятельность в интерпретации наблюдаемых молекулярных спектров. Паули этот спин сам не наблюдал и ни в каких других опытах это явление не описывалось. Но Паули был мыслящий учёный и он пришёл к выводу, что существует ещё неизвестная степень свободы частиц. Этот вывод оказался правильным и определил дальнейшее развитие физики. Впоследствии выяснилось, что Спин, – это природное явление материи. Всё в природе стремится к равновесию. Если появились какое-то действие или материя, это сразу же вызывает противодействие этому явлению. Появление магнитного потока при соединении электрона и позитрона, например, побуждает действие окружающей материи к уничтожению этого несбалансированного магнитного потока. Тогда заряженные частицы, находящиеся вблизи потока, начинают вращаться перпендикулярно потоку. Вращаясь, они образуют магнитный поток противоположного направления. Эти частички вращаются с такой скоростью, при которой создаётся магнитный поток, равный по величине, но противоположный по направлению первоначальному потоку. А сами по себе без участия посторонних полей никакие частицы вращаться не будут. Явление вращения частиц с лёгкой руки Паули и приобрело название «СПИН». По этой причине электроны вокруг ядра не могут вращаться по орбитам с разными углами наклона к магнитному потоку ядра, каким до сих пор нам представляют на картинках атом. Не кулоновские силы, как предположил это Нильс Бор, а ядерные – магнитные – силы заставляют вращаться электроны вокруг ядра. Но в то время этого не знали и считали, что вращение частиц получается не в результате воздействия магнетизма на частицы, а магнетизм появляется в результате вращения заряженных частиц.

Следовательно, электроны образуют пояса, которые вращаются в одном направлении и расположены один над другим слоями. Но, возможно, что необходимо, чтобы электроны двигались с одинаковой линейной скоростью. Тогда эти находящиеся на разных расстояниях от ядра слои электронов должны вращаться с разными угловыми скоростями и, чтобы обеспечить такое вращение, природой определены разделительные двухэлектронные поясочки 1s; 2s…, которые, как шарикоподшипники, скользя между собой, разделяют вращающиеся с разными угловыми скоростями электронные слои. Несколько другое явление спин фотона. Эта единичная частица никак не может вращаться, но она имеет магнитное поле, проекция которого в любом направлении имеет одинаковый результат. О наличии этого магнитного поля и говорит нам спин фотона.

Вывод

1. Кванты материи – это элементарные частицы всей материи. Из них создаются и энергетические поля, и вещественная материя.

2. Электроны и позитроны – это элементарные частицы вещественной материи. Я полагаю, что чёткой конфигурации у них нет. Они могут быть и в виде нитей, как, например, в протонах, и в виде комочков или другой фигуры. Эти частицы могут приобретать такую форму, какая необходима для построения материи.

Чертежи и схемы

Рис. 1–1. Квант материи (+)

Рис. 1–2. Квант материи, вид А-А (вариант)

1. Ядро частицы. 2. Оболочка частицы (квантовое поле). 3. Магнитное поле (N) или (S). 4. Электрическое поле. 5. Гравитационное поле. 6. Силовые линии гравитационного поля.

Рис. 1–3. Квант материи (—)

1. Ядро частицы. 2. Оболочка ядра кванта (квантовое поле). 3. Электрическое поле. 4. Магнитное поле. 5. Гравитационное поле. 6. Силовые линии гравитационного поля.

Рис. 1–5. Ядро кванта (схема – вариант). 1. Источник магнетизма. 2. Источник электричества

Рис. 1–6. Фотон

Элементарные частицы вещества

(вариант 1)

Рис. 1–7

Элементарные частицы вещества

(вариант 2)

Рис. 1–8