ВЫЧИСЛЕНИЕ МАСС ПРОТОНА И ЭЛЕКТРОНА

ТОРИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ И «ТЕМНОЙ» МАТЕРИИ.
Лялин А.В.
[email protected]
Теоретически вычислены массы протона, электрона, нейтрона и «темной» материи..
Показано, что «Реликтовое» излучение происходит при образовании электронов.
Выясняется природа Постоянной Тонкой Структуры. Исправлена теория
фотоэффекта.
До
настоящего
времени
значение массы элементарной
частицы
определяется по результатам экспериментов. В предлагаемой статье
показано, что образующиеся в процессе превращения фотона в пару
элементарных частиц их массы (стабильные и не стабильные) вычисляются
теоретически.
В квантовой электродинамике электрическая и магнитная энергии,
заключенные в фотоне, полагаются равными. Фотон – нейтральная частица
со спином J  1 , имеет равные значения электрической и магнитной
характеристик E  H и, в нашем предположении, равные радиусы вращения
этих полей. (спин от англ. spin – вращаться).
Равенство произведений собственных параметров фотона
Hl  Er
(1)
где r  l - радиусы вращений электрического и магнитного полей, в процессе
образования стабильных частиц, когда характеристики и их радиусы
изменяются, имеет тот же вид.
Так как в движущемся веществе электрические и магнитные поля связаны
так, что Н  Е , то для приведения к виду (1) необходимо равенство:
r  l .
(2)

Здесь   - соотношение между скоростью движения образовавшегося
c
вещества и скоростью света.
Инерциальную массу стабильных вращений полей в одной частице будем
определять в зависимости от радиусов вращений равенством:
m0  2rlk ,
(3)
где k - коэффициент размерности в системе СГС равный k  1
г
.
см 2
Если вращающиеся поля обладают инерционными свойствами, то наряду с
поступательным движением, инерциальная масса этих полей характеризуется
и вращательным движением. Импульс p 0 стабильных вращений одной
частицы, направленный по касательной к траектории вращений, составляет с
импульсом p ее поступательного движения в точке измерения прямой угол.
Геометрия прямоугольника, на диагонали которого расположен импульс
p ф фотона, затраченный
на одну частицу, показывает равенство:
p ф  p cos   p 0 sin 
(4)
где  - угол между импульсом фотона и импульсом поступательного
движения.
Закон сохранения энергии-массы запишем в равенствах:
 ф  E и mф  m
Где
E
и
- полные энергия и масса образовавшейся частицы.
m
С применением (5) cos  

c
 и
1
2
c2
(5)

p 
2

и sin   1  2 . Далее введем обозначения
pф c
c
.
Теперь (4) принимает вид:
pф  p  p0
(6)
После умножения (6) на скорость света, видно, что энергия фотона на одну
частицу расходуется в двух формах:
 ф  pф c  cp  cp0
(7)
Предположим, что энергия cp содержит энергию поступательного
движения частицы и энергию стабилизации вращения, а энергия cp0
-
энергия вращающихся полей. Тогда произведение cp0 содержит энергию
вращающихся полей и энергию их стабилизации. Эти две формы энергии
характеризуют стабильную частицу с энергией покоя E0 без
поступательного движения:

E0  E0
Где

 E0 1 
(8)

- энергия вращающихся полей,
E0
E0 1 

- энергия их
стабилизации.
Выражение кинетической энергии K , следовательно, имеет вид:

K  cp  E 0 1 
 E
1
(9)
0
Таким образом, полная энергия частицы представляется в трех формах:
E  E0
Где
Eo 1   2   s

 E0 1 
-
 E
энергия
1
0
 s  u  K ,
вращающихся
полей,
(10)
E o (1  1   2 )   u -
-энергия (потенциальная) стабилизации их вращений в радиусах r и l , K кинетическая энергия поступательного движения стабильных вращений.
Количество энергии электромагнитного поля или его частей и форм будем
оценивать через функцию скорости от кинетической энергии:


 1

 1  Е0 
 1  К .


 1  2





 i  E0 
1
(11)
Для образования одной стабильной частицы вещества с энергией покоя E0
необходимо равенство энергии вращающихся полей и энергии стабилизации
их вращений, при котором процесс происходит в интервале скоростей
(   0;   0.866 ). В процессе превращения фотона в пару частиц выполняется
принцип наименьшего действия. Проинтегрируем в этом интервале функцию
Лагранжа:
 1

 1 1 





   К   u d  E 0  

d 

 E 0 1.5 arcsin   0.5
(12)
 2  E 0 0.055
(Вычисления проводятся с удовлетворяющей нас точностью значения
после запятой). Здесь E0 – энергия стабильных вращений в паре частиц. К –
энергия фотона с применением (11).
Электрическая часть от электромагнитной энергии (12) стабилизирует
вращения и определяет кинетическую энергию удаляющихся друг от друга
образовавшихся частиц, и равна:
e 

=
1   2  0.05 Е0 ,
(13)
где  2  0,101976 находится с применением (11) из равенства:
 1

0.055 Е 0  Е 0 
 1 .




Энергия
стабилизации
в
процессе
(14)
превращения
определяется
с
применением (11) от энергии электрической части
 1

0.05Е0  Е0 
 1 ,




(15)
где   0,30530378 , и имеет значение

Стабилизация
моментов
 u  E0 1 
  0.0477Е .
количества
движения
(16)
0
для
пары
частиц
оценивается соотношением   0,2984 , которое определяется от значения (16)
 1

 1




 u  0.0477 E0  E0 
(17)
Стабилизация каждого из четырех вращений оценивается соотношением:
1 

 0.0746 .
4
(18)
Четыре вращающихся поля определяют две стабильные массы. Для одного
вращающегося поля из уравнения:
m0r 
 ,
2
4
(19)
с подстановкой m0 из (3) и соотношения для радиусов (2), найдем радиус
вращения электрического поля:
r3

 0.1409  10 12 cм ,
4ck
(20)
где  - постоянная Планка – наименьшее действие в процессе.
Радиус вращения магнитного поля равен:
r
l
1
 1.8893  10 12 см .
(21)
Теперь стабильная масса (3) имеет значение:
m0  2rlk  1.6725  10 24 г ,
(22)
что равно массе покоя протона.
В системе двух протонов кинетическая энергия на один протон с энергией
покоя 938.2796Мэв равна:
К
e  u
2
 0.002393
E0
 0.002393  938.2796Мэв  2.2453Мэв.
2
(23),
что удовлетворительно совпадает с энергией связи в дейтроне на нейтрон.
Если стабилизации спинов на этом энергетическом уровне не происходит,
будем искать их стабилизацию на низшем уровне.
По принципу аддитивности энергии с одной частицей связано половина
энергии пары. Так, половина их электрической части равна:
1 
e
2
 0.025Е0
(24)
Здесь и далее Eo – энергия стабильных вращений полей одной частицы.
Проинтегрируем
энергию
(24)
по
(12)
на
интервале
скоростей
  0;   0.2198 , где верхний предел находится с применением (11) из
равенства
 1

0.025 Е 0  Е 0 
 1 .




(25)
В этих пределах интегрирование показывает энергию
 ' e  0.0000265Е0
Энергия стабилизации на этом уровне имеет значение:
(26)
 ' u  0.0000265E0 ,
(27)
для которой, с применением (11), найдем   0.00729 , что оценивает энергию
стабилизации вращающихся полей, как увидим далее, в электроне и равно
Постоянной Тонкой Структуры.
Параметры стабильной частицы будем определять от вращения по
магнитному радиусу:
m0l  2

2
4
(28)
Подставляя сюда (3) и (2), получим радиусы l и r :
l 3

 0.1409  10 12 см ,
4ck
r  l  1.0286 10 15 см .
(29)
Масса частицы имеет значение:
m0  2lrk  0.9109  10 27 г
(30)
.
что равно массе электрона.
Кинетическую энергию на один электрон с энергией покоя 0.511Мэв
найдем аналогично (23) равной:
 1

'
'
К   е   u  Eo 
 1 1 





  0.359 10
3
эв.
(31)
Такой энергии соответствует температура, определяемая равенством
К
3kT
,
2
(32)
где k - постоянная Больцмана.
Отсюда, температура излучения кинетической энергии электроном равна:
T
2К
 2.77  K ,
3k
(33)
что равно температуре «Реликтового» излучения.
Энергия стабилизации (27) для электрона имеет значение:
 u  0,0000265  E0  13.54эв
(34)
Превышение такой энергии дестабилизирует электрон в атоме водорода.
Здесь применялось соотношение собственных параметров (1), в котором
поле обратно пропорционально своему радиусу, что привело к равенству (2).
Модель, где поле пропорционально своему радиусу, дает те же значения
вычисляемых величин. Для проверки этого достаточно во всех уравнениях
радиусы
поменять
пространственная
местами.
модель.
Возможна
То
есть,
для
каждой
имеется
выбор
частицы
своя
интерпретаций
предложенных вычислений для последователей той или иной модели (сфер,
струн и др.)
Пусть на электрон действует продольная сила f║ в направлении его
движения, когда изменяется величина скорости.
d m0
 f║
dt 1   2
(35)
Выполняя дифференцирование, получим:
f║ 
m0
 
3

d
dt
(36)
Представим силу (36) следующим выражением:
f║ 
m 0 d
 f║  2  f   f║  2
dt
(37)
То есть, на электрон действует остаточная продольная сила f║  2 и сила f 
поперечная, направленная перпендикулярно скорости частицы:
f 
m 0 d

dt
(38)
Сила, направленная под прямым углом к скорости, создает движение массы
по окружности радиусом R . Ускорение равно  
2
c2 2
.

R
R
То есть, силу (38) можно записать равенством:
f 

m0 c 2  2 E 0 1 


R
R
 K ,
R
(39)
из которого видно, что работа этой силы, придает массе кинетическую
энергию вращения и порождает энергию стабилизации E0 1   вращения.
Если электрон из «бесконечности» приближается к протону, из выражения
(37) видно, что электрон не может упасть на протон при наличии поперечной
составляющей.
Из условия стабильного состояния электрона, когда энергия стабилизации
вихревых полей и энергия вихревых полей равны, определим соотношения:
1  2 
1
;
2
2 
3
4
(40)
Подставляя эти соотношения в (39), найдем энергию W вращения электрона
около протона, порожденную работой поперечной силы.

  K  32 E
W  E0 1 
0
(41)
Полная энергия системы протон-электрон определяется как сумма энергий
покоя этих частиц и энергии W :
En  Ee 
3
E e  E p  0,5109Мэв  0,766Мэв  938,3Мэв  939,577 Мэв
2
(42)
Что хорошо совпадает с энергией покоя нейтрона.
Наши вычисления значений величин чисто теоретические и нельзя
требовать полного совпадения с их значениями, полученными по
результатам экспериментов, не защищенных от воздействия гравитационных,
электромагнитных и каких-либо других помех.
Составим соотношение поперечной и остаточной продольной сил
равенством:
f
f
2

E0
(43)
p
и определим формы энергии, соответствующие работам каждой силы:
f   E0
;
f   2  p
(44)
Эти формы энергии мы получили при вычислении массы стабильной
частицы в процессе изменения фотона (7). Движущемуся прямолинейно до
процесса образования частицы, фотону соответствует продольная сила ( f  ).
Начало и окончание процесса характеризуется равенством:

f   ô   f  E0
 f

 2  p 
(45)
Рассмотрим систему нейтрона в «телескоп», принимая электрон,
вращающийся по орбите около протона, в качестве звезды, вращающейся
вокруг центра галактики. Мы способны регистрировать только массуэнергию звезды, ее кинетическую энергию вращения, массу-энергию центра
галактики и массу-энергию системы в целом. Количество энергии
стабилизации вращения приборами не регистрируется, но в определении
массы-энергии системы учитывается. В зависимости от количества звезд в
системе рассчитывается и количество этой невидимой «темной материи».
При фотоэффекте на свободном электроне вся энергия (  ô ) и импульс ( p ô )
фотона передаются электрону. Признанная теория на основании законов
сохранения энергии и импульса записывается так:
ô  K
pô  p
(46)
(47)
Умножив равенство (47) на скорость света и приравняв правые части
равенств, получим:
K  pc
(48)
Отсюда делается вывод о не соблюдении законов сохранения энергии и
импульса.
Предлагаемая теория показывает.
В начале процесса столкновения фотона с электроном имеем импульс ( p ô )
фотона и собственный импульс ( p 0 ) электрона. В окончании процесса импульс ( p ) поступательного движения электрона перпендикулярен к его
собственному импульсу. То есть, имеем абсолютное значение импульса
компонент ( p ) и ( p 0 ):
pô  p0  p 2  p02
(49)
Умножая обе части равенства на скорость света и вычитая энергию покоя
электрона ( p0 c  E0 ), получим:
pô c   ô  p 2 c 2  p02 c 2  p0 c  K
Из равенств (46) и (50) приходим к выводу: при фотоэффекте законы
сохранения энергии и импульса соблюдаются.
(50)
«Темная» материя.
Лялин А.В.
Предлагается теория инерционных вихревых полей, которые не
регистрируются имеющимися сегодня технологиями.
Массы стабильных частиц (протона, электрона) определены по двум
условиям: 1)Выполнение принципа наименьшего действия и 2)Равенство
энергии вихревых полей и энергии их стабилизации:

v 2 
v2

E0 1  1  2  E0 1  2

c 
c

где
E0 1 

v2
v 2 

,
-энергия
вихревых
полей,


E
1

1

  u -энергия
s
0
2 

c2
c


стабилизации вращения этих полей, E0 - энергия покоя стабильной частицы.
Рассмотрим теперь условия, где  u <  s и  u >  s .
Если энергия стабилизации меньше энергии вихревых полей, радиус их
вращения увеличивается по центробежному закону и инерция этих полей
становится не определимой (не наблюдаемой) из-за выравнивания их
плотности с плотностью среды. В достаточно плотной межзвездной среде
происходят частые образования нестабильных вихревых полей. Сумма их
кратковременных инерций является значительной для гравитационных
эффектов.
Пусть теперь энергия стабилизации больше энергии вихревых полей.
Очевидно, при таком условии протекает процесс вращающейся «черной»
дыры, которая является инерционной, но не наблюдаемой. Множество таких
«черных» дыр так же создают эффекты гравитации, последствия которых
наблюдаемы, на основании чего и делается вывод о существовании «темной»
материи.
Предложим пространственную модель для стабильной частицы. С
движущейся частицей связано магнитное поле H  E . Соотношение
собственных параметров для движущейся частицы составим в виде
H E
.

l
r
Откуда l  r . Где l - радиус вращения магнитного поля, r - радиус вращения
электрического поля. Так как магнитные и электрические поля ортогональны
друг к другу и радиусы их вращений различны по величине, будем
рассматривать пространственную модель как цилиндрическое кольцо (тор),
где магнитный радиус l – радиус поперечного сечения, электрический
радиус r – расстояние центра поперечного сечения от оси вращения. Такая
модель представляется как ток по круговому проводу, вокруг которого
вращается магнитное поле.
Инерциальную массу замкнутых друг на друга вращающихся полей
будем определять в зависимости от половины сечения тора по круговому
кольцу с шириной кольца 2l и средним радиусом r :
m0  2lrk
где k – коэффициент размерности в системе СГС равен k  1
(1)
г
.
см 2
Для протона момент импульса вихревого магнитного поля по
магнитному радиусу уравнивается наименьшим действием электрического
поля.
m0 clH 

E
2
(2)
Для электрона момент импульса вихревого электрического поля по
электрическому радиусу уравнивается наименьшим действием магнитного
поля:
m0 crE 

H
2
(3)
С подстановкой в (2) и (3) равенства (1) и значений  из соотношений
для радиусов и характеристик полей, вычисляются значения радиусов и
инерций вихревых полей. Так как значение  всегда меньше единицы, то
электрический
радиус
всегда
больше
магнитного.
Разместим в центре тора энергию стабилизации. Теперь представляется
модель галактики круговой симметрии с вращающимися вокруг ядра
звездами. Энергия стабилизации является не наблюдаемой – «темной».
Если читатель проинтегрирует и проделает расчеты от значения
кинетической энергии, равной K  0,0035E0 , то получит массу и энергию
бозона Хиггса и сделает вывод, что на БАКе с соответствующими
технологиями можно находить различные частицы по заказу.
К теории единого поля
Лялин А.В.
Показано, что существует только одно непрерывное поле –
электрическое, которое порождает два вида различных по своей природе
взаимодействий между двумя частицами: электромагнитное - по
собственным энергетическим потенциалам частиц и гравитационное – по
их эффективным сечениям в зависимости от внешних причин.
Современная физика требует от теории единого поля объединения четырех
известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий;
гравитационных, слабых ядерных, электромагнитных и сильных ядерных.
Нами теоретически вычислены массы протона и электрона, порожденных
от кванта электромагнитного поля – фотона. Нейтрон, как система,
образованная из этих двух частиц, следовательно, так же имеет
электромагнитную природу. И если слабое взаимодействие в системе
нейтрона относится к фундаментальным, то и взаимодействия в системах
атомов, молекул и др. следует так же отнести к фундаментальным. Поэтому
автор не дает взаимодействиям в системе нейтрона такого определения.
По теории Максвелла изменяющееся во времени электрическое поле
E порождает вихревое магнитное поле H , а изменяющееся магнитное поле
порождает
вихревое
электрическое
поле.
Обе
характеристики
E и H непрерывно изменяясь порождают друг друга в виде кванта (порции)
перешедшего в вихревое состояние поля. Если вихревое магнитное поле
является вихревым всегда, то, следовательно, существует только одно –
единое не изменяющееся во времени не вихревое непрерывное поле –
электрическое.
Только две стабильные элементарные частицы (протон, электрон)
образуются от фотона по причине существования только
двух его
H , к которым применяется принцип наименьшего
характеристик E и
действия. Системы только из этих двух стабильных частиц составляют
видимую материю.
Массы частиц мы определили в зависимости от радиусов вихревых
полей:
m0  2lrk
где k – коэффициент размерности в системе СГС равен k  1
(1)
г
.
см 2
Количество массы находится в зависимости от эффективного сечения –
половины сечения тора по круговому кольцу. (См. статья автора «Темная
материя»). Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия между
двумя частицами m и m , находящимися на расстоянии R друг от друга,
равна:
U G
mm
R
(2)
В зависимости от пространственных параметров имеем:
U G
k 2lr  k 2lr
R
(3)
(Сравнить – теория Лесажа.)
Так как произведение собственных параметров электрона определяет
наибольшую меру e 2 его способности (константу) к взаимодействию с
другой частицей, то, если гравитационное притяжение одной частицы к
другой зависит от внешних причин, можно предположить, что константа G в
законе Ньютона содержит параметры этих внешних причин.
Допустим, что за время существования Вселенной установилось
равновесие в порождении вихревых полей – материи и обратного перехода
вихревых полей в непрерывное поле. То есть, плотность энергии материи
наблюдаемой Вселенной в радиусе L равна плотности
энергии
непрерывного поля в этом же радиусе.
С применением (1) для сечения шара, по плотности энергии материи в
наблюдаемой
Вселенной,
при
экспериментальном
значении
8
3
1
2
G  6,67  10 см  г  сек , найдем:
3Mc 2 3c 2

 G , откуда L  1 10 28 см , M  3  10 56 г
3
4L
4L
(4)
где M – масса вихревых полей Вселенной. То есть, плотность энергии
материи в наблюдаемой Вселенной и плотность энергии непрерывного поля
(вакуума) численно равны значению константы G .
На основании проведенных рассуждений можно сделать вывод, что
существует только два вида взаимодействий между частицами: по их
собственным энергиям и по их эффективным сечениям в зависимости от
внешних сил. Взаимодействие по собственным энергиям действительно
является взаимным, так как собственная энергия одной частицы связана с
собственной энергией другой частицы и обратно. Взаимодействие по
эффективному сечению не взаимно, так как зависит от наличия внешних
причин.
Энергия стабилизации электрона оценивается соотношением 1  0,00729 и
равна:
 u  E0 0,0000265  13,6эв
(5)
Превышение величины этой энергии дестабилизирует электромагнитное
взаимодействие в системе протон – электрон атома водорода. Энергия
стабилизации протона оценивается соотношением  2  0,0746 .
 u  E0 0,00278  2,6Мэв
(6)
И если аналогично происходит дестабилизация сильных взаимодействий, то
получим порядок соотношения этих уровней энергий в расчете на единицу
энергии, известный из теорий фундаментальных взаимодействий:
1  1   22
1  1  12
 1,05  10 2
(7)
Отношение способности к взаимодействию протона по собственным
энергиям (сильных взаимодействий) к его взаимодействию по эффективным
сечениям (гравитационным) равно:
2m p c 2 r
Gm p m p
 6  10 40
(8)
( здесь принимается, что мера способности к взаимодействию для протона
определяется так же как и для электрона – по собственным параметрам).
Известно из экспериментов, что при распаде систем стабильных частиц
выделяются различные «элементарные» частицы. По нашим рассуждениям
эти частицы имеют нестабильные вихревые поля. (См. статью «Темная
материя»). Если энергия их стабилизации меньше энергии вихревых полей,
сечение этих полей увеличивается со временем при удалении от места
распада системы. С увеличением сечения – не стабильной массы растет
«сечение взаимодействия» с веществом и проникающая способность через
вещество уменьшается. Если энергия стабилизации больше энергии
вихревых полей, когда скорость удаления от места распада системы близка к
скорости света, сечение – не стабильная масса уменьшается и,
соответственно, уменьшается и «сечение взаимодействия» с веществом, но
проникающая способность увеличивается. Это доказано в экспериментах
Нобелевских лауреатов по физике за 2015г. «Масса нейтрино изменяется по
мере прохождения расстояния от Солнца до Земли». Проводятся
эксперименты и по флуктуации вакуума, в которых, как мы ожидаем, будут
получены вихревые поля – порции от электрического непрерывного поля.