б. котов, в. хмелёв

РОССИЯ, БИЙСК, 2003
Б. КОТОВ, В. ХМЕЛЁВ
КЛАССИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МЕХАНИКЕ
МИКРОМИРА В ПОПУЛЯРНОМ
ИЗЛОЖЕНИИ
THE CLASSIC APPROACHES To a MICROCOSM MECHANICS
In POPULAR statement of contents
ВВЕДЕНИЕ.
Суть классической механики взаимодействий в микромире.
Фундаментальная физика ХХ столетия развивалась в основном за
счёт осмысления квантовых свойств материи Вселенной, начиная от
открытия в 1900 году закона распределения энергии в спектре
излучения абсолютно чёрного тела (Планк) и разработки основ
квантовой теории великими физиками века (Планк, Бор, де Бройль,
Паули и Гейзенберг, Шрёдингер и Дирак), и, заканчивая
блистательными успехами Квантовой электродинамики (Глэшоу,
Вайнберг, Салам)и созданием полной теории Вселенной ( Клейн,
Шварц, Янг и другие ).
Однако, физика могла бы развиваться гораздо быстрее и иметь
существенно большее число практических приложений , если бы в
развитии квантовой теории могли принимать участие широкие слои
теоретиков и инженеров. Этому препятствует наличие у квантовой
логики существенного недостатка, а именно, принципиальное
отсутствие очевидности физического смысла взаимодействий частиц,
поэтому такой мощный научный инструмент, как интуиция
исследователя ,полностью исключён при разработке квантовых
методов исследования. Создатель квантовой теории Планк не смог
принять всей её причудливости, а Эйнштейн, получивший закон
излучения Планка теоретически путём рассмотрения квантовых
переходов
для
атомов,
находящихся
в
равновесии
с
излучением(1916г.), считал квантовую теорию столь абсурдной, что
до конца своих дней отрицал её идеи.
В результате абсолютное большинство технических приложений в прошедшем
ХХ веке и в начале нынешнего века базировались на результатах классической
физики, что и обеспечило все основные направления научно-технической
революции. Можно утверждать, что творили эту революцию, в основном,
инженеры.
С целью наделения формальной логики взаимодействий частиц в
микромире физическим смыслом, что обеспечило бы ускорение
развития науки и широкий выход её в практику, авторы считают
необходимым интерпретировать квантовые эффекты классическими
методами на основе анализа известных классической физике
волновых явлений, в которых происходит перераспределение потока
энергии волны в пространстве, таких, как индукция токов смещения
зарядом, движущимся с постоянной скоростью, интерференция и
дифракция волн , излучение энергии частицей, превысившей
величину местной скорости света,
при этом, необходимо и
достаточно, в дополнение к старинным классическим методам
физики девятнадцатого века, применение выводов закона излучения
Планка и Специальной и Общей теории относительности Эйнштейна,
которые можно считать условно первыми послеклассическими
результатами, поскольку
они завершили эпоху классической
физики.
В основу классической механики микромира положена спин –
осцилляторная модель физических взаимодействий, которая пригодна
для описания всех видов физических взаимодействий.
Основные физические принципы, использованные при построении и
анализе спин-осцилляторной модели взаимодействий:
*
взаимодействующие частицы в микромире являются
носителями и источниками энергии взаимодействий в виде
кинетической энергии
вращательного, поступательного и
орбитального движения . Энергетически превалирует вращательное
движение, так как величина окружной скорости частиц близка к
скорости света, другие виды движения вносят заметный вклад в
энергию частицы только при приближении к скорости света;
*
недопустимость нарушения закона сохранения энергии
при взаимодействии частиц даже на бесконечно малый промежуток времени;
*
переходы энергии одного вида в другой являются
универсальным механизмом реализации закона сохранения энергии;
*
все явления в микромире причинны.
Исходя из перечисленных принципов, авторами построена спиносцилляторная модель всех четырёх видов взаимодействий, представляющая
собой одну или несколько вращающихся частиц, в которых действующие
центробежные силы благодаря пьезоэффекту индуцируют определённый вид
заряда , в зависимости от природы частиц (нуклонный или электрический
заряд) за счёт энергии абсолютного движения вокруг своих осей, а энергия
относительного движения заряженных частиц превращается в потенциальную
энергию силовых полей
сильного и гравитационного взаимодействий.
Естественная прецессия осей частиц при свободном их вращении в силовых
полях, обуславливает флуктуации величины энергии связи вплоть до
критического значения, при котором нарушаются связи между частицами и
происходят распадные процессы.
Таково вкратце
взаимодействий.
существо
спин-осцилляторной
модели
физических
Рассмотрим явления, сопровождающие движение частиц, более подробно в
популярном изложении.
КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА МИКРОМИРА
Важнейшая характеристика движущейся частицы- собственный момент
количества вращательного движения – “спин”, в переводе с английского
означает “вертеться волчком”. Слово “волчок” наилучшим образом
отображает свойства вращающихся частиц, поэтому мы будем постоянно
обращаться к нему.
Представим себе два, вращающихся в одну сторону на небольшом расстоянии
друг от друга, волчка, представляющих собой модель пары квантовых частиц с
параллельными спинами, способных связываться друг с другом. В природе
такая ситуация соответствует ядру дейтерия, в котором имеются только две
частицы (протон и нейтрон), вращающиеся в одну сторону.
Для моделирования всех свойств квантовых частиц необходимо и достаточно,
чтобы материал наших волчков обладал хотя бы ничтожными, пусть в
миллиарды раз слабее , чем, например, у такого пьезоматериала, как кварц,
пьезохарактеристиками.
Наличие у материала пьезохарактеристик, отличных от нуля, означает, что
приложение к данному материалу внешних или внутренних сил вызывает
появление на поверхности частицы заряда, по своему характеру
соответствующего свойствам данного материала. У электрона и позитрона это
будет
отрицательный
или
положительный
электрический
заряд,
соответствующий пьезоэлектрическому эффекту, у нуклонов - нуклонный
заряд, соответствующий пьезонуклонному эффекту.
Вернёмся к нашим волчкам. Вращение обуславливает действие внутренних
центробежных сил в материале волчков, что, в свою очередь, благодаря
пьезоэффекту, вызывает появление одноимённых зарядов на поверхности
обоих волчков. Для объяснения физики возникающих далее явлений, нам
безразлично, какой это будет заряд , электрический или нуклонный.
В результате мы имеем два, заряженных одноимённым зарядом волчка,
вращающихся в одну сторону, причём, любые, произвольно выбранные точки
на поверхности обоих волчков осциллируют (сходятся и расходятся) друг
относительно друга.
Поскольку заряды одноимённые, то имеет место кулоновское отталкивание
волчков друг от друга по закону обратных квадратов расстояния (радиуса
взаимодействия) между волчками. Здесь сразу следует оговориться: закон
Кулона допускает неопределённости толкования, т.к. при неограниченном
уменьшении расстояния между волчками возникают бесконечные величины
сил и энергий взаимодействия, в связи с делением на величины, близкие к
нулю. В нашем случае это исключено, так как в соответствии с законом
сохранения энергии, величина энергии взаимодействия между зарядами не
может превышать величину потенциальной энергии силового поля
центробежных сил, которая , в свою очередь, не может превышать величину
кинетической энергии вращательного движения волчка. Последнюю
определить нетрудно: нам известна величина массы частицы и имеется
возможность вычислить величину окружной скорости частицы, так как в
связи с идентичностью однотипных частиц, можно утверждать, что все они
вращаются с максимально допустимой окружной скоростью, равной величине
местной скорости света .
Разумеется, что все вычисления следует производить с учётом
релятивистских соотношений, т. к. мы имеем дело со скоростями , близкими
к скорости света.
С уменьшением радиуса взаимодействия между нашими волчками,
кулоновская энергия будет увеличиваться до естественного предела,
равного величине кинетической энергии вращательного движения, после
чего, при дальнейшем сближении волчков, энергия взаимодействия будет
постоянной величиной , которую можно назвать энергией насыщения
взаимодействия.
Нетрудно определить величину радиуса насыщения взаимодействия,
приравняв величины кулоновской и кинетической энергии.
Как показал расчёт, величина радиуса насыщения электромагнитного
взаимодействия соответствует внутриядерным размерам и, следовательно,
внутри атомных ядер электромагнитные силы насыщенны, что и
подтверждается линейным характером на спаде кривой, характеризующей
зависимость величины удельной энергии связи , приходящейся на один
нуклон, от количества нуклонов в ядре в диапазоне от 80 до 250 нуклонов.
Поскольку заряды вращаются вокруг своих осей, они индуцируют
одноимённые магнитные или нуклонные поля, посредством которых и
производится силовое взаимодействие на расстоянии.
Характер этих полей на малых расстояниях от оси заряда соответствует
дипольным полям, а дипольные поля на малых расстояниях
взаимодействуют друг с другом по закону обратных кубов с постепенным
переходом характера взаимодействия, с ростом расстояния, к закону
обратных квадратов на больших расстояниях , так как напряжённость
дипольного поля вблизи диполя обратно пропорциональна кубу расстояния
от оси диполя.
Но строгая дипольность поля сохраняется только на
расстояниях,
соизмеримых с размерами диполя, поэтому и
происходит при
взаимодействии диполей постепенное изменение закона обратных кубов на
закон обратных квадратов.
Так как в ядрах размеры частиц соизмеримы с расстояниями между ними, то
можно утверждать, что взаимодействие между одноимёнными зарядами
носит дипольный обратнокубический характер.
Таким образом, энергия абсолютного движения частицы вокруг своей оси
переходит в энергию зарядового взаимодействия (электромагнитного или
нуклонного).
В случае взаимодействия частиц с параллельными спинами (как у наших
волчков),
энергия абсолютного движения переходит в энергию
отталкивания одноимённых зарядов по обратнокубическому закону на
малых расстояниях.
А если спины одноимённых зарядов антипараллельны (вращение в разные
стороны)?
В этом случае вращение зарядов индуцирует разноимённые магнитные
диполи, притягивающиеся друг к другу по тому же обратнокубическому
закону. В этом состоит физический смысл знаменитого принципа Паули,
запрещающего наличие в одной оболочке двух одинаковых частиц в одном и
том же состоянии.
Почему же не существует дейтрона с антипараллельными спинами?
Повидимому, только потому, что на радиусе дейтрона (4,8 Ферми) энергия
притяжения падает по обратнокубическому закону до величины (0,7 МэВ),
недостаточной для создания устойчивого связанного состояния. В зазоре
между вращающимися частицами величина относительной скорости
практически равна нулю, поэтому антипараллельная конфигурация не
создаёт дополнительного индукционного поля притяжения, однозначно
зависимого от величины относительной скорости движения частиц.
Теперь рассмотрим эффекты, вызываемые осцилляцией одноимённых
зарядов. Прежде всего следует заметить, что осцилляции вызываются
относительным движением зарядов и величина относительной скорости
встречного движения в зазоре между зарядами превышает местную
скорость света и, как показали расчёты, составляет 97% от величины
абсолютной скорости света в вакууме.
Превышение величины местной скорости света не может происходить без
последствий: кинетическая энергия, соответствующая этому превышению,
должна перейти в другой вид энергии, что и просходит с нашими волчками
– осцилляции зарядов индуцируют электромагнитное поле, в случае с
электрическими зарядами, и нуклонное поле, в случае с нуклонными
зарядами. Параметры этого поля легко определяются решениями уравнений
Максвелла.
Уравнения Максвелла полностью описывают любые индукционные
процессы, поэтому
для анализа взаимодействия волчков отпадает
необходимость разработки дополнительного математического аппарата.
Стандартные решения уравнений Максвелла для ближней зоны
свидетельствуют о том, что между осциллирующими зарядами действует
индукционное безизлучательное поле с величиной энергии притяжения,
обратно пропорциональной квадрату расстояния между зарядами, а в
ближней зоне за пределами зарядов величина энергии этого поля спадает
обратно пропорционально пятой степени расстояния.
Результирующая энергия взаимодействия волчков друг с другом изменяется
как величина разности между обратноквадратичной индукционной энергией
притяжения и обратнокубичной энергией зарядового отталкивания на
расстояниях, соизмеримых с размерами частиц, и величина этой разности
стремится к нулю (но не равна нулю) по мере превращения
обратнокубичного закона взаимодействия диполей в обратноквадратичный
закон. На очень больших макрорасстояниях и на очень малых
микрорасстояниях существуют радиусы, на которых энергия связи равна
нулю, при равенстве величин энергии притяжения и отталкивания.
Величина разности энергии притяжения и отталкивания проявляется на
внутриядерных расстояниях как
энергия связи ядер, а на больших
расстояниях – как гравитационгная энергия.
Результаты расчётов величины энергии взаимодействия на внутриядерных
радиусах дают пять энергетических уровней взаимодействия наших волчков,
соответствующих уровням энергии связи ядер дейтрона, тритона, гелия,
межоболочечных связей и энергии взаимодействия ускоренных частиц на
радиусах 1,7 Ферми, что прекрасно подтверждается опытными данными.
На радиусе около 0,67 Ферми величина энергии межнуклонной связи равна
нулю, а на меньших радиусах зарядовое отталкивание частиц преобладает
над их индукционным притяжением .
На больших расстояниях взаимодействия ( например, 1 микрометр- это
очень большое расстояние по ядерным масштабам) межнуклонное
взаимодействие проявляется как гравитационное взаимодействие в чистом
виде, на очень больших макрорасстояниях в тысячи и миллионы световых
лет расчёт показывает изменение величины гравитационной постоянной в
меньшую сторону, так как при равенстве величин энергии индукционного
притяжения и зарядового отталкивания, энергия взаимодействия становится
равной нулю.
Таким образом, настоящая модель показывает, что если возникновение
электрических и нуклонных зарядов является следствием абсолютного
движения частиц вокруг своих осей, то сильное и гравитационное
взаимодействия являются результатом относительного движения частиц.
А как вписывается в эту модель слабое взаимодействие, являющееся
распадным взаимодействием?
Оказывается, что спин-осцилляторная модель прекрасно описывает и
распадное взаимодействие, как результат неизбежной прецессии осей
вращения частиц, в силовом поле.
Все
взаимодействующие
частицы
прецессируют,
создавая
флуктуации величины энергии связи, и в результате возможно такое
их взаиморасположение, при котором превалируют силы
отталкивания и ядро распадается.
Теоретические оценки с этих позиций величин средней жизни
свободного нейтрона (16 минут) и тритона (17 лет), близки к
опытным данным .
Таким образом, единым источником всех известных взаимодействий
частиц в микромире является собственный момент количества
вращательного движения частиц – спин.
При антипараллельных спинах двух одноимённых зарядов
индуцируется энергия притяжения между двумя разноимёнными
магнитными
диполями,
образующимися
вследствие
разнонаправленного вращения зарядов . Следовательно, возможен
вариант
электрического
взаимодействия, при котором роль
электрона и позитрона выполняет одна и та же частица, имеющая
антипараллельные спины, т.е., вращающаяся в разные стороны.
Возможно, в этом и заключается единственное различие между
частицей и античастицей. Данная гипотеза может быть проверена на
простой модели взаимодействия двух нуклонов, представляющей
собой два близко расположенных гироскопа, вращающихся в одну
или в разные стороны. Результат взаимодействия может быть оценён
по наличию и ориентации прецессии рамок гироскопов при смене
направления вращения одного из роторов.
Наглядной макромоделью нуклона со всеми его свойствами является обычный
гироскоп. Привычные 400- Герцовые гироскопы развивают окружную скорость
в сотни метров в секунду, что в сочетании с гигантской, в ядерных масштабах,
массой ротора, обеспечивает величины энергии связи ротора гироскопа с
совокупностью частиц окружающего мира в сотни Джоулей. Ось ротора
гироскопа своими связями со всеми окружающими частицами закреплена в
пространстве. В этом заключается суть феномена удержания оси гироскопа в
пространстве, а также физический смысл так называемых “торсионных полей”,
интенсивно изучаемых в настоящее время, которые являются по своей сути
обычными нуклонными полями вращающихся масс, энергия взаимодействия
которых обуславливается величиной разности обратноквадратичных и
обратнокубичных
взаимодействий,
приведенных
выше.
В
случае
взаимодействий гироскопов, протяжённость дипольности индуцируемых полей
будет соизмерима с размерами их роторов.
. Расчёты величины энергии взаимодействия двух гироскопов показывают, что
гироскопы могут быть использованы для изучения сильного взаимодействия,
так как их энергия взаимодействия друг с другом составляет заметную величину
( порядка единиц Дж, на расстоянии 0,1м, с массой ротора 0,5 кг, при скорости
ротора 50м/с). При взаимодействии
двух таких гироскопов должна
обнаруживаться взаимная прецессия с угловыми скоростями порядка одного
радиана в секунду. Измерение величин угловых скоростей прецессии и её
направления может дать много информации о характере действия ядерных сил.
Наличие взаимной прецессии гироскопов явится подтверждением правильности
основополагающих принципов настоящей теории.
Классический количественный анализ движения электрических или нуклонных
зарядов выявляет физический смысл главного квантового числа Квантовой
теории как очередной номер ветви токов смещения, возникающих при
движении зарядов, и являющихся ответственными за взаимодействие, так как
заряды взаимодействуют друг с другом посредством токов смещения, и
наличие, например, безизлучательных орбит движения зарядов относительно
друг друга, только подтверждает, что избыточная энергия перетекает по
каналам токов смещения между зарядами. Величина энергии конкретной ветви
токов смещения обратно пропорциональна квадрату номера ветви.
Поскольку движущийся электрический или нуклонный заряд буквально
“обвешан” бесконечным количеством ветвей токов смещения, то
взаимодействие между двумя зарядами происходит в некотором объёме,
поэтому конкретные величины координат взаимодействия лишены смысла. В
этом и
состоит физический смысл знаменитого соотношения
неопределённостей Гейзенберга , которое помимо неопределённости
координаты и импульса, демонстрирует также действие золотого правила
механики (выигрываешь в силе – проигрываешь в расстоянии) при
взаимодействии частиц в микромире.
Анализ взаимодействия частиц посредством токов смещения, возникающих
при вращении частиц, выявил естественность туннельного эффекта. Выявление
прецессии осей вращения частиц в силовых полях объяснило загадочное
поведение фермионов в части флуктуации спинов, появления дополнительных
магнитных полей и др., так как все загадки фермионов объясняются тем, что ось
вращения частицы в силовых полях занимает положение, соответствующее
минимальной энергии системы, а прецессионное движение обеспечивает
индукцию дополнительных магнитных полей.
Переходя к рассмотрению загадочных процессов во Вселенной, можно
заключить, что в связи с тем, что энергия спина достигает 27 % от энергии
покоя частицы , то вполне возможно, что энергетический механизм
необъяснённых катаклизмов во Вселенной (излучение квазаров, сверхновых
звёзд) объясняется высвобождением энергии спина частью материи звезды,
достигшей нуклонной плотности.
Практическое управление спинами частиц с помощью сторонних полей
открывает соответствующие возможности использования энергии нуклонных
полей (антигравитация, энергия прецессии и др.), так как от ориентации спина
зависит величина энергии взаимодействия по закону квадрата синуса угла
взаимодействия.
ВЫВОДЫ:
1. Все известные взаимодействия в рамках спин-осцилляторной модели
могут быть обоснованы как переходы релятивистской кинетической энергии
взаимодействующих частиц в потенциальную энергию силовых полей, при
этом нуклонный и электрический заряд индуцируются за счёт энергии
абсолютного движения частиц вокруг своих осей, потенциальная энергия
притяжения сильного и гравитационного взаимодействий – за счёт энергии
относительного движения частиц , распадные процессы слабого
взаимодействия – за счёт кинетической энергии прецессионного движения осей
частиц.
2.
Исследование показало плодотворность классического подхода к
анализу квантовых явлений. Ясный физический смысл
классической
логики
обеспечил
при
этом
мощный
предсказательный потенциал теории, например, по оценочным
результатам проведенного исследования можно уверенно
предсказывать:
*Короткодействие ядерных сил и их насыщение.
*Флуктуации спинов частиц, как следствие их неизбежной
прецессии.
*Природу сильного и гравитационного взаимодействий, их связь.
*Естественность туннельного эффекта.
*Возможность практического использования энергии прецессии
частиц.Возможность управления гравитационными свойствами с
помощью управляемой прецессии спинов.
*Геометрические размеры, радиусы взаимодействия и величины
энергии взаимодействия частиц.
*Возможный энергетический механизм катаклизмов во Вселенной (взрывы
сверхновых звёзд, энергия квазаров) как высвобождение энергии спина при
достижении материей нуклонной плотности.
*Механику альфа- и бета- распада .
*Объяснение загадочного поведения фермионов.
*Наличие причинности и действие закона сохранения энергии во всех
явлениях микромира.
*Насыщение электромагнитного взаимодействия в ядерных масштабах.
*Существование и величину нуклонного заряда.
*Возможность исследования ядерных сил с помощью гироскопов.
Строгую теорию, содержащую обоснование всех приведенных выше положений, можно найти в
ИНТЕРНЕТЕ: «РОССИЯ, БИЙСК, 2003, Б. КОТОВ, В. ХМЕЛЁВ, КЛАССИЧЕСКИЕ
ПОДХОДЫ К МЕХАНИКЕ МИКРОМИРА»,
“THE CLASSIC APPROACHES To
a MICROCOSM MECHANICS”
Литература:
[1] В.А.Говорков., ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ,
Москва, «Энергия», 1968.
[2].Ю.М.Широков., ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА,
Москва, «НАУКА»,1980.
[3]. Л.А.Арцимович, С.Ю.Лукьянов.,
Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях,Москва, «НАУКА»,1978.
[4] - П.Девис , СУПЕРСИЛА, Москва, "Мир", 1989.
Об авторах: Котов Борис Степанович, 1937 г. рождения, военный инженер,
40 лет проработал в военно-космической промышленности, последние 8 лет
воглавлял исследовательскую фирму «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АЛТАЯ»
при ФЕДЕРАЛЬНОМ НАУЧНОМ ЦЕНТРЕ «АЛТАЙ», автор трёх десятков изобретений,
академик Академии медико-технических наук.
Хмелёв Владимир Николаевич, 1957 г. рождения, научный стаж свыше 20 лет, начальник
лаборатории исследовательской фирмы «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АЛТАЯ»
и декан ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА АЛТАЙСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА , автор ряда научных работ и изобретений в области ультразвуковых
технологий, кандидат технических наук.