О первичной материи вселенной

О первичной  материи  вселенной.

Автор:

  страница 

  Оглавление  1

  Введение.  2 

  1. Характеристики Вселена.  3

2. Частицы Вселена.  4

3. Взаимодействие частиц  Вселена.  6

4. Электрическое  и  магнитное  взаимодействие частиц.  10

5. Слабое  взаимодействие частиц.  14

6. Взаимодействие  нейтральных  частиц. Гравитация.  15

7. Короткое  взаимодействие  частиц. Ядерные  силы.  17

  Заключение.  20

  Введение.

  Элементарные частицы и поля являются пределом существующих  представлений о микроструктуре материи. Они характеризуются известными взаимодействиями:  электромагнитным, гравитационным, сильным и слабым.

  Требуется  определить следующий более глубокий уровень микроструктуры  материи, т. е. то, из чего состоят элементарные частицы, поля и их взаимодействия. Рассмотрим эту задачу.

  Каждый структурный уровень материи имеет свои характерные частицы и виды  взаимодействия.  Из сравнения,  например, элементарного и молекулярного структурных уровней материи видно, что последний  характеризуется большим  разнообразием своих частиц - молекул вещества, более крупными их размерами, большей сложностью и разнообразием их взаимодействий. Если это положение справедливо для всех структурных уровней материи, то из него можно сделать следующие выводы:

Материя окружающего нас мира имеет начальный уровень структуры, из которого в процессе развития он возник. Эта первоначальная структура материя - первоматерия должна состоять из более мелких частиц, разнообразие и взаимодействие которых должно быть наименьшим и наиболее простым, но достаточным для саморазвития материи.

  В соответствии с этим предположим, что первоматерия состоит из одинаковых абсолютно упругих точечных шариков - первичных  атомов  материи (памов), хаотически движущихся в пространстве и характеризующихся одним наиболее простым видом взаимодействия - взаимным отталкиванием при непосредственных столкновениях друг с другом. При этом количество сталкивающихся частиц, сумма их скоростей и квадратов скоростей остаются неизменными.  Это  свойство  лежит  в  основе  фундаментальных  законов  сохранения  материи,  импульса и  энергии.

  Движение первичных  атомов  материи при рассмотренном виде взаимодействия всегда будет поступательным, равномерным и прямолинейным.

  Из рассмотренных свойств памов следует, что первоматерия представляет собой газообразную субстанцию, состоящую из хаотически движущихся в пространстве и во времени первичных  атомов  материи. Отметим, что в полученной первоматерии можно выделить класс систем отсчёта, в которых атомы движутся прямолинейно и равномерно - класс инерциальных систем отсчёта.

  Идея  газообразной первоматерии в науке имеет  немало возражений.  Рассмотрим одно из возможных. Физики многих поколений занимались различными моделями эфира - некой упругой среды, передающей электромагнитные колебания, и пришли к выводу, что никакого материального эфира, в том числе и газообразного, нет. Видимо, это вето и является причиной, препятствующей серьёзному подходу к данной идее. Однако выход из этого противоречия есть.

  Первоматерия вне элементарных частиц глубоко разрежена, первоатомы практически не сталкиваются друг с другом, т. е. она  действительно не является упругой средой - эфиром. Из приведённого примера  ясно одно, что необходимо более глубоко изучить свойства газообразной субстанции, прежде чем окончатель­но признать или отвергнуть  её.

  Отличительное свойство первоматерии - её способность к саморазвитию. В частности, развитие заключается в образовании сложных частиц, состоящих из первоатомов,  свойства которых существенно отличаются от свойств составляющих их элементов. В газообразной субстанции возможно образование флук­туаций плотности, вихревых течений, стоков и истоков и других характерных для газов явлений, каждое из которых образуется совокуп­ностью движущихся памов и поэтому может рассматриваться как вторичная материальная частица материи.  Дальнейшая способность газообразной субстанции  к саморазвитию будет определяться устойчивостью вторичных частиц и их взаимодействием.  Очевидно, что вторичных частиц уже будет несколько видов и их взаимодействие будет более сложным, т. е. у газообразной субстанции есть задатки способности к саморазвитию.

  Предлагаемую  газообразную первоматерию  назовём Вселеном,  атомы  которого и будут первоатомами  материи.  Для его описания используем теорию течения идеального  газа.

Характеристики Вселена.

Рассмотрим характеристики Вселена в точке геометрического пространства    в момент времени  t.

  Концентрация атомов Вселена    -  количество  атомов  в  единице  объёма:

   

  dV - элемент объёма пространства.

  dNa - количество атомов Вселена в элементе dV,  должно быть достаточно велико, чтобы можно было определить средние величины.

  Плотность Вселена:

   

где  ma  - масса атома Вселена.

  Скорость течения Вселена 

         

  - скорость атома Вселена:

 

- элемент объёма в пространстве скоростей.

- функция распределения атомов Вселена по скоростям.  Плотность импульса Вселена  :

   

Плотность энергии Вселена 

   

Где 

2.  Частицы Вселена.

  Частицы Вселена - обособленные объёмы взаимосвязанных атомов Вселена.

  Рассмотрим характеристики частицы, связанной с истоком (стоком) атомов Вселена.

Мощность истока (стока)  Q:

 

S - замкнутая поверхность, окружающая источник.

- нормаль к элементу поверхности S, направленная наружу.

  - проекция вектора  скорости  течения  Вселена  на  нормаль.  Для источника с симметричным излучением:

 

  При приближении к источнику с ограниченной  скоростью течения плотность Вселена резко возрастает, а длина свободного пробега атома Вселена соответственно уменьшается.

Определим  элементарный объём Вселена - объём газа достаточно малый по размерам чтобы изменения характеристик в нём были незначительные, но достаточно большой по сравнению с длиной свободного пробега атома Вселена, чтобы рассматривать его как движущийся материальный объект. Вселен, как  нам уже известно, представляет собой глубоко разреженный газ, поэтому элементарные объёмы можно выделить только вблизи источников и в других газовых образованиях.

  Совокупность взаимосвязанных элементарных объёмов образует

  Объём частицы Вселена   

  Масса частицы:

 

    -  количество  атомов  Вселена  в  частице.

  Импульс  частицы:

 

скорость  частицы.

  Момент  импульса  частицы:

 

  Энергия  частицы:

 

  Поле  импульса  частицы:

 

-  составляющая  часть  вектора  скорости  течения  Вселена  перпендикулярная  нормали:

 

         

  3.  Взаимодействие  частиц  Вселена. 

  Частица  Вселена  является  газообразным  образованием.  Поэтому  сила    действующая  на неё  определяется  формулой:

           

S  -  поверхность  окружающая  частицу. 

ds  -  элемент  поверхности.

-  сумма \ интеграл\  по  всем  элементам  поверхности  S.

  -  плотность  сил  на  этой  поверхности.  Определяется  переносом 

количества  движения  через  единицу  площади : 

 

плотность  Вселена  на  поверхности. 

нормаль  к  ds,  направленная  наружу.

относительная скорость  атома  Вселена:

 

скорость  атома  Вселена.

-  скорость течения  Вселена

Получим:

 

где

 

  Отсюда следует  в  самом  общем виде:

формула  силы,  действующей  на  частицу  Вселена:

   

или

 

 

плотность  импульсного  поля  Вселена  на  поверхности  S:

формула  момента  сил,  действующего  на  частицу:

 

радиус – вектор  элемента  ds.

  Взаимодействие  двух  частиц.

  В  общем  случае  сила  воздействия  частицы  ‘b’ на  частицу ‘a’ может  быть  представлена в виде:

 

сила  воздействия  окружающего  импульсного  поля  Вселена  на  частицу ‘a’. 

сила  воздействия  собственного  импульсного  поля  частицы  “a”:

 

  Отсюда  следует  в самом  общем  виде:

  формула  силы  взаимодействия  двух  частиц  вселена:

   

часть  поверхности  частицы  “a”,  обращённая  к частице “b”.

плотность сил  этого  взаимодействия:

 

где

плотность  импульса  Вселена  на  поверхности  :

 

собственная  плотность  импульса  Вселена  \собственное  поле\ частицы  ‘a”. 

вклад  частицы  ‘b’ в  плотность  импульса. 

плотность Вселена  на поверхности  : 

 

собственная  плотность  Вселена  частицы  ‘a’.

 

начальная  \невозмущённая\  плотность  Вселена. 

возмущение  плотности  Вселена,  вызванное  частицей  “a”

вклад  частицы  ‘b’ в  плотность  Вселена.

  Формула  момента сил  взаимодействия  двух  частиц:

 

  Полученные  формулы  имеют  самый  общий  вид.

  Для  практического  их использования  примем  следующие приближения: 

  Отсюда  следует

формула  силы  взаимодействия  двух  частиц  Вселена в  данном  приближении:

 

где

 

 

 

 

 

 

   

4. Электрическое  и  магнитное  взаимодействие  частиц. 

  Сила  этого взаимодействия следует  при  определённых  условиях  из  формулы  .

где

радиус  -  вектор  из  точки  нахождения  частицы  ‘b’  в точку  нахождения  частицы  “a”.

  расстояние  между  точками  нахождения  частиц.

  мощность  истока  \ стока \  Вселена  частиц.

Формула  электрического  взаимодействия  частиц  Вселена:

 

  Из  формулы  видно,  что  частицы  одного  знака  Q  взаимно  отталкиваются,  а  разных  знаков  -  притягиваются.

С  другой  стороны,  экспериментально  установлено,  что  взаимодействие  электрических  зарядов  определяется  законом  Кулона.  Позже  было  доказано, что в основе  этого  закона  лежит  взаимодействие  элементарных  заряженных  частиц:

 

  электрические  заряды  элементарных  частиц.

  Их  знаки,  в  отличие  от  знаков  Q,  установлены  произвольно.

Из  сравнения  следует:

Формула  электрического  заряда  элементарной  частицы:

  .

Она  объясняет  физический  смысл  принятого  наукой  понятия 

« элементарный  электрический  заряд»  и  его  непонятную  размерность.

напряжённость  электрического  поля  частицы  “b”  в  точке  нахождения  частицы  “a”:

   

Формулы  магнитного  ввзаимодействия  частиц  Вселена.

 

где

 

скорости  движения  частиц.

скорости  вращения  полей  частиц.

В  частности,  отсюда  следует

Формула  магнитного  взаимодействия  движующихся  частиц  Вселена:

 

С  другой  стороны  в результате  обобщения  опыта  установлено,  что  это  взаимодействие  определяется  формулой  силы  Лоренца:

 

Где

 

C -  постоянная.  равная  скорости  света.

вектор  магнитной  индукции, создаваемой  движущейся элементарной  частицей  “b”  в  точке  нахождения  частицы  “a”:

 

вектор  напряжённости  магнитного  поля:

 

магнитная  постоянная:

Из  сравнения  формул  следует,  что  они  совпадают  при  условии:

 

  Последнее  следует  из  3-его  закона  Ньютона.

  Из  обобщённого опытного  подтверждения  формулы  электромагнитного  взаимодействия  частиц  Вселена  следует,  что  известные  элементарные  частицы:  электрон,  протон  и  другие  -  являются  частицами  Вселена. 

момент  сил  электромагнитного  взаимодействия  частиц  следует  из  формулы:

 

В частности:

 

  Отсюда  следует  известное  в физике  элементарных  частиц  положение:

в  установившемся  состоянии  механический  момент  частицы  может  иметь  только  две  (+,- ) ориентации  относительно  магнитного  поля.

5.  Слабое  взаимодействие  частиц.

  Сила  этого  взаимодействия  при  определённых  условиях  следуют  из  формулы  :

 

  где 

  -  Возмущение  плотности  Вселена  на  поверхности  частиц.

 

  слабое  взаимодействие  элементарных  частиц.

  Из  полученной  формулы  видно,  что  эти силы  очень  слабые  относительно  основных  электромагнитных  сил.

  Сила  слабого  взаимодействия  протонов:

   

  Силы  слабого  взаимодействия  протонов  и  электронов: 

 

  Сила  слабого взаимодействия  электронов: 

 

  6.  Слабое  взаимодействие  сложных  частиц,  гравитация.

Сложные  частицы  -  атомы,  молекулы  и  другие  образования,  состоящие  из  элементарных  частиц.

  Используя  полученные формулы,  рассмотрим  слабое взаимодействие  двух  сложных  частиц,  состоящих  из  протона  и  электрона,  например,  атомов  водорода: 

   

  сила  слабого воздействия  сложной  частицы  на  протон:

 

Сила  слабого воздействия  сложной  частицы  на  электрон:

  Отсюда  следует 

формула  силы  слабого  взаимодействия  двух  нейтральных  частиц. 

здесь 

    -  расстояние  между точками  нахождения  частиц.

  из  данной  формулы  следует,  что  между  сложными  \нейтральными\  частицами  действует  небольшая  постоянная  сила  притяжения.  возможно,  это и  есть  загадочная  сила  гравитации.  Её  основой  является слабое  взаимодействие  элементарных  частиц.

  Отсюда  и  закона  тяготения  Ньютона  следует:

Формула  гравитационной  постоянной:

 

гравитационная  постоянная.

масса  атома  водорода

Отсюда  можно  подсчитать:

  слабое  взаимодействие  частиц  с  античастицами.

Античастицы  отличаются  от частиц  знаками.  Так  для  антипротона  и антиэлектрона :

Отсюда  силы  этого взаимодействия  поменяют  своё  направление  на  противоположное,  в частности: 

 

  из  формулы  следует,  что  частицы  и  античастицы  взаимно  отталкиваются  -  между  ними  действуют  силы  антигравитации. 

Взаимодействие  античастиц.

  Между  нейтральными  античастицами, как  это  видно  из  формул,  действуют  силы  взаимного  притяжения – силы  гравитации.

  Из  полученных  формул  следует-

  Во вселенной  возможно  существование  антимиров, состоящих из  антивещества.

  Однако  вопрос  о существовании  антивещества  в  природе  остаётся  пока  открытым. 

7.  Короткое  взаимодействие  частиц  вселена,  ядерные  силы.

  Взаимодействие  частиц  на  коротких  расстояниях  друг  от друга,  сравнимых  с их  размерами,  характеризуется  короткими  силами:

 

где

   

 

короткое  электрическое  и  магнитное  взаимодействие  частиц.

  В  общем  случае  можно  представить:

 

Где

Коэффициенты  A, B  определяются  из  соответствующих  формул  коротких  сил.  Они  зависят  от  знака  зарядов  взаимодействующих  частиц. 

Формулы сил  короткого взаимодействия  элементарных  частиц.

Для  электрона  и протона:

 

Для  электрона  и  электрона:

 

Для электрона и  нейтрона:

 

Аналогично  получаются  формулы  для  всех  остальных  элементарных  частиц и  античастиц.

Взаимовоздействие  частиц  атомного  ядра. 

Ядерные силы.

Известно, что ядро  состоит  из  протонов  и нейтронов.

Взаимодействие  этих  частиц и определяет  ядерные силы.

Для  протона и протона:

 

Для  протона  и  нейтрона:

 

Для  нейтрона  и  нейтрона:

Совокупность  данных формул  определяет  устройство  ядра.

В пределах  ядра  между  элементарными  частицами  действуют  силы  притяжения.

  Заключение.

  Из  изложенного  выше  следует,  что Вселен  может  быть  первоматерией

нашего мира, а  частицы  Вселена  -  элементарными  частицами.

Последние,  возможно,  образуются  при  взаимодействии  вихревых  течений  Вселена.

Так  можно  предположить,  что  при  столкновении  двух  кольцевых  вихрей

образуются  две  частицы \ частица и  античастица\  ,  соединённые  между собой  вихревыми  трубками.

В  одну  частицу Вселен  втекает,  из другой  - вытекает.

Однако  это предположение  ещё  необходимо  теоретически  обосновать. 

  Формулы теории  относительности  возможно  получатся  при  повышении степени  приближения  формул.  В частности,  перед  формулой  силы  во втором  приближении  при  определённых  условиях  появляется  сомножитель:  .  Но  он  не  имеет  отношения  к  массам  взаимодействующих  частиц,  как  это принято  считать сейчас.

Окружающий  нас  мир  и  мы  сами  состоим  из  мельчающих  абсолютно  упругих  (наподобие биллиардных)  шариков,  движущихся  хаотически  в  пространстве  прямолинейно  и  равномерно.