Понятие времени и структура электрона (доклад, прочитанный в Политехническом Музее 30 января 2010 года) - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Доклад, прочитанный на XVI ежегодной богословской конференции православного... 1 49.02kb.
Реферат статьи «Понятие времени. Структура электрона и электромагнетизм» 1 54.58kb.
На период с 11 января 2010 года по 10 января 2013 года 8 1454.92kb.
По аксиологическому признаку можно выделить два типа мировоззрений. 1 73.11kb.
Понятие государственного строя, как известно, включает две составляющие... 2 312.56kb.
"Роль молодежи в современном обществе" среди населения Великого Новгорода... 1 353.52kb.
Вопросы к экзамену по дисциплине «Организация и планирование производства» 1 19.02kb.
Федеральным законом от 27 июля 2010 года n 227-фз (Российская газета... 1 271.51kb.
1. Понятие о точности, надежности, эффективности, производительности... 1 32.26kb.
Публичный доклад г. Суздаль, 2010 Общая характеристика учреждения 1 123.95kb.
Публичный доклад "Об образовательной и финансово-хозяйственной деятельности... 9 1119.28kb.
33. Организационная культура (ОК) и оп 4 1047.51kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Понятие времени и структура электрона (доклад, прочитанный в Политехническом Музее - страница №1/1





Понятие времени и структура электрона (доклад, прочитанный в Политехническом Музее 30 января 2010 года).

Несмотря на то, что экспериментально эфир не обнаружен, а теоретические модели эфира зашли в тупик, научная мысль упрямо возвращается к идее существования этой гипотетической среды. Наиболее простым, радикальным и согласованным с философской точки зрения вариантом концепции эфира является вихревая теория материи, наибольший расцвет и падение которой пришлись на вторую половину 19 века. Согласно вихревой теории материи, все мыслимое пространство заполнено некоторой однородной средой, и в этой среде существуют вихри, подобные водоворотам в воде (слайд 1, Презентация). Там, где есть эти вихри, имеется вещество; там, где нет вихрей, имеется вакуум. В этом состоит смысл основной словесной формулы вихревой теории материи:



То есть, в этой концепции нет качественной разницы между вакуумом и веществом; различие только количественное и оно состоит в том, что вакуум – это материя, находящаяся в покое, а вещество – та же самая материя, находящаяся в движении (слайд 2). На этом слайде изображен простейший вихрь во всезаполняющей среде – вихревое кольцо, и поле этого кольца, являющееся простейшим физически возможным решением уравнения Лапласа для потенциала скоростей жидкости. Хотя электрон еще не был открыт, наука стремилась объяснить явления электромагнетизма с помощью этого поля; эта задача не была решена.

В 20 веке были проведены эксперименты и выявлены свойства материи, которые можно трактовать как прямые доказательства справедливости этой концепции. Наиболее яркими, на мой взгляд, являются 2 группы экспериментов:


  1. эксперименты по взаимопревращению частиц и рождению частиц из вакуума;

  2. эксперименты по определению спина электрона.

Рассмотрим взаимопревращение частиц. Физики-экспериментаторы формулируют смысл этих экспериментов лаконично: «Все состоит из всего». Это и есть основной тезис вихревой теории материи.

Совершенно же прямым экспериментом, доказывающим ошибочность квантовых представлений, является измерение спина электрона. Объект размером не более (как считает современная физика), не может обладать таким большим собственным моментом импульса, равным . Единственным реальным решением является то, что размер электрона – не , а на несколько порядков больше. С позиций же вихревой теории материи этот факт объясняется абсолютно естественно: электрон как элементарный вихрь обладает моментом импульса. Этот момент импульса не должен быть таким «крохотным» как момент импульса объекта размером .

Мне идеи всезаполняющей среды пришли в молодые годы. Я пришел к убеждению, что в построениях вихревой теории материи должна существовать какая-то системная ошибка, или не учитываются какие-то добавки, найдя которые, можно построить согласованную и стройную теорию материи. Я считал, что «два-три года – и теория будет построена». Два года вылились в двадцать семь лет блужданий в темноте. Но я считаю, что нашел ошибки и неучтенные добавки в теории идеальной среды и они находятся не в области усложнения существующей теории; они лежат в области основных понятий и определений теории идеальной жидкости (слайд 3). Этих ошибок две:


  1. ошибочное представление о понятии «время»;

2) существование циркуляции поверхностных сил.

Эти две идеи развивались параллельно и как бы независимо, но в 2004 году они соединились, и было написано точное уравнение движения эфира. В течение последующих четырех лет были построены основные механические модели электромагнитных явлений.

Рассмотрим идею о происхождении понятия времени. Сущность гипотезы заключается в том, что фундаментальной величины «время» не существует. На самом деле величина «время» - это не аргумент движения, это функция более фундаментальных величин. Проанализируем существующее понятие времени. Наблюдая смену времен года, рост и старение организмов, можно прийти к выводу, что существует некоторая величина «время», с изменением которой происходят изменения в Природе. В данном случае это допустимо и здесь можно оперировать величиной «время». Следует определить это понятие времени как «макроскопическое время». Но это понятие «макроскопическое время» было автоматически перенесено на микроуровень.

Рассмотрим понятие времени, существующее в теоретической физике. Например: с течением времени значение величины в точке изменяется. Но каким образом до точки доходят эти изменения? Как могут происходить изменения без материальной передачи сигнала об этих изменениях, без переноса каких-то физических величин? Что течет, как течет, каков механизм этого течения? Возведение понятия «время» в ранг первичной, фундаментальной величины – это признание существования мистической, нематериальной величины «время», определяющей скорость течения процессов. На глубинном уровне должен существовать механизм «течения времени», наполняющий это выражение конкретным содержанием. Таким образом, существующее понятие «микроскопического времени» представляет собой результат некритического перенесения на микроуровень макроскопического понятия времени.

К идее о том, что время – это функция других, более фундаментальных величин, можно прийти другим путем, по аналогии. В науку вводились понятия из повседневного мышления, которые вначале представлялись самостоятельными. Но с развитием науки сущность этих понятий объяснялась, и они оказывались функциями более фундаментальных величин (слайд 4). Например, количество теплоты оказалось тепловой энергией: . Калории можно переводить в джоули. Температура (в идеальных моделях) – это величина, пропорциональная средней кинетической энергии теплового движения молекул: . Масса оказалась функцией энергии: . Массы элементарных частиц удобнее измерять не в граммах, а в электрон-вольтах. Следовательно, величины «количество теплоты», «температура», «масса» являются избыточными и их вообще можно исключить из уравнений; другой вопрос – целесообразно ли это. На бытовом уровне замена этих величин, по-видимому, не произойдет никогда: трудно представить себе, что Вы заходите в магазин и просите взвесить 180 петаджоулей картофеля; Вы скажете – два килограмма картошки. Таким образом, представления о величинах «количество теплоты», «температура», «масса» как о самостоятельных величинах, являются ошибочными стереотипами.

Оказывается, что таким же ошибочным стереотипом, избыточной величиной, функцией более фундаментальных величин является и категория «время». Первичной величины под названием «время» не существует, и величину «время» можно исключить из уравнений. Вопрос о целесообразности здесь не стоит: величину «время» не только можно убрать из уравнений, но и необходимо, так как ее сохранение является основной ошибкой при построении механики эфира. Однако, здесь вопрос значительно сложнее вследствие того, что время входит во все уравнения движения, и чтобы выразить эту величину в виде функции других величин, надо написать новые уравнения движения.

На основе отказа от аргументов «масса» и «время» предложена другая базовая система величин (слайд 5). Вместо системы «расстояние-масса-время», введенной Ньютоном, введена система «расстояние-энергия-импульс». Фундаментальными величинами являются энергия и импульс бесконечно малой частицы континуальной среды. Разработана модель идеальной сплошной среды, в которой величины энергии и импульса связаны линейной зависимостью:

, (1)

где - энергия и импульс точки среды;



- скорость частиц среды, измеряемая не в единицах , а в единицах .

Зависимость (1) совпадает с зависимостью между энергией и импульсом для кванта излучения, не имеющего массы покоя. Это означает, что предполагаемая среда так же, как и фотон, не имеет массы покоя.

Излагаемая теория дает ответ на вопрос, каким образом возникает вторичная величина «время». Так как, согласно излагаемой теории, изначальной величины «время» не существует, то следует построить реальный механизм, объясняющий, каким образом на микроуровне происходят процессы, которые на более высоких формах движения материи воспринимаются как наличие некоторой первичной, фундаментальной величины «время». В состоянии покоя среды, в вакууме, время не существует. Не течет время и в том случае, если в среде имеются вихри, но режим стационарен. Рассмотрим систему из двух взаимодействующих объектов и , находящихся (в покоящейся системе координат) на расстоянии . Если происходят изменения с объектом , то импульс этих возмущений идет от объекта к объекту и обратно со скоростью , определенной из (1). Таким образом, получаем элементарный промежуток времени для системы из двух взаимодействующих объектов:

(2)

Более фундаментальной величиной в этом определении является скорость . Промежуток времени - величина вторичная.

Написано точное уравнение движения среды на основе этой базовой системы (слайд 6). Действующим вектором в этом уравнении является не вектор скорости частиц, а некоторый вектор, обозначенный как вектор :

(3)

(Эйлер)

Для сравнения рядом записано уравнение Эйлера идеальной жидкости при отсутствии объемных сил. Это сравнение показывает, во-первых, что предлагаемое уравнение эфира (3) проще, чем уравнение Эйлера; это согласуется с тезисом о том, что описание более низкой формы движения материи – эфира должно быть проще описания реальных жидкостей. В противовес квантовой механике, в которой декларируется, что квантовомеханическое описание богаче классического, в излагаемой концепции мироздания утверждается, что при описании более низкой формы движения материи уравнения должны упрощаться. Во-вторых, в обоих уравнениях присутствуют похожие члены. Но имеется существенное отличие: в уравнении (3) отсутствует частная производная по времени. Однако уравнение справедливо и для стационарных, и для нестационарных режимов. В самом деле, аргументы движения – энергия и импульс неявно присутствуют в правой части уравнения вне зависимости от того, стационарен ли процесс или нестационарен.

Из уравнения (3) автоматически следует определение фундаментального для физики Ньютона понятия «масса» (слайд 7). Так как данная среда континуальна, то здесь следует говорить не о массе , а о плотности массы . В состоянии покоя среды, то есть, в вакууме, плотность массы равна нулю. Если в вакуум вносится энергия, то возникает плотность массы , связанная с плотностью энергии формулой Эйнштейна

. (4)

Масса же какого-либо объекта, например, вихря в этой среде, будет интегральной величиной:



. (5)

где - объем, в котором распространено движение от этого объекта.

С помощью уравнения (3) так же просто объясняется существование энергии взаимодействия объектов, например, вихрей в эфире. Если существуют два вихревых образования в эфире, то при наложении их полей в зоне взаимодействия происходит векторное сложение векторов , создаваемых каждым из источников, и образуется энергия взаимодействия

(6)

Если движение потенциально, то эта энергия представляет собой потенциальную энергию взаимодействия двух объектов.

Таким образом, синтезировано точное уравнение эфира, что выводит концепцию эфира из привлекательной философской гипотезы в разряд строгой научной теории. Дальнейшая работа состоит в анализе уравнения.

Однако, на основе только этого уравнения, без каких-то дополнительных гипотез невозможно объяснить явления электромагнетизма. Вектор всюду (кроме центра вихря) потенциален, а электромагнитные явления имеют вихревую природу. Этой гипотезой, последней каплей в построении теории электромагнетизма стало открытие так называемой «интегральной анизотропии», следствием которой является существование циркуляции поверхностных сил (слайд 8).

Термин «интегральная анизотропия» введен мной, однако впервые это явление описано Максвеллом. Оно заключается в том, что при наличии в жидкости вихревого движения среднее давление на торцы вихря меньше, чем среднее давление на боковые, периферийные стороны вихря. Как следствие этого явления, поступательная скорость тонкого вихревого кольца может быть представлена в виде функции циркуляции поверхностных сил. Это означает, что поверхностные силы нельзя представить в виде однозначной функции, равной градиенту некоторой величины. Для поступательной скорости тонкого вихревого кольца получено соотношение:

, (7)

где


. (8)

- соответственно радиус кольца, поступательная скорость кольца, плотность жидкости и циркуляция вокруг оси вихря.

Умножив числитель и знаменатель выражения (7) на , это соотношение можно записать в виде циркуляции поверхностной силы :



(9)

Следовательно, силы интегральной анизотропии несводимы к потенциальным силам гидродинамики и их учет требует введения некоторой добавки к уравнениям. Появляется добавка к теореме Ампера, выражающей скорость жидкости, создаваемую вихревым кольцом.



. (Ампер)

С учетом явления интегральной анизотропии теорема Ампера запишется так:



. (10)

Итак, всего две корректировки теории идеальной среды, на основе которой физика пыталась построить теорию эфира в 19 веке. Однако, следствия теории с учетом этих двух корректировок весьма многочисленны. Вот аннотация работы:

Введена гипотеза о том, что категория «время» представляет собой функцию более фундаментальных величин. Получено уравнение идеальной среды с использованием этого понятия. Исследованы свойства тонкого вихревого кольца с целью установления аналогии между электроном и вихревым кольцом. Результаты следующие.

1. Получено точное уравнение среды.

2. Объяснена физическая природа массы покоя.

3. Объяснена физическая сущность потенциальной энергии.

4. Объяснены основные явления электромагнетизма.

5. Получен аналог формулы де Бройля для вихревого кольца.

6. Получена формула для электрического заряда как инварианта движения кольца.

7. Получена формула для константы Планка как момента импульса вихря.

8. Объяснение силы Лоренца.

9. Объяснение природы спина электрона.

10. Получена формула Планка для излучения.

11. На уровне концепции решена задача распространения волн в идеальной среде.

Рассмотрим объяснение основных явлений электромагнетизма с помощью представленной модели вихревого кольца – электрона (слайд 9). Согласно излагаемой теории, поле электрона является простейшим, физически реализуемым решением уравнения Лапласа для потенциала вектора в эфире. Для вихревого кольца в эфире аналог теоремы Ампера с добавкой запишется следующим образом:

, (11)

Или в сокращенной форме:



(12)

Поле вихревого кольца состоит из двух составляющих: первый член в правой части - потенциальное поле диполей, распределенных по плоскости кольца; второе слагаемое – добавка, вызванная интегральной анизотропией, и обозначенная как вектор . Все явления электромагнетизма обусловлены существованием вектора . Для объяснения явлений электромагнетизма с помощью представленной модели электрона рассмотрим два режима, в которые может быть поставлено вихревое кольцо: а) стационарный; б) статический.

Постоянный ток (слайд 10). Пусть имеется замкнутый проводящий контур, в котором создано движение электронов – вихревых колец согласно представленной модели. Может быть доказана теорема о том, что суммарное поле, создаваемое потенциальным вектором , для замкнутого контура тока равно нулю. Поэтому суммарное поле, создаваемое в пространстве вокруг провода с током, образуется в результате суммирования векторов . Это и есть магнитное поле. Если имеются два проводника с одинаковым направлением токов, то энергия взаимодействия, вычисленная по соотношению (6), будет положительной, и проводники будут притягиваться; если направления токов противоположны, то проводники отталкиваются.

Электростатика (слайд 11). Пусть имеется заряженное проводящее тело (шар), то есть шар, в котором создан избыток вихревых колец. Кольца стремятся к поверхности шара, останавливаются и равномерно покрывают поверхность шара, создавая в окружающем шар пространстве некоторое поле. Шар, покрытый кольцами с таким полем, и есть заряженный шар. Существует теорема, согласно которой сфера, покрытая диполями, не создает в пространстве никакого поля; следовательно, поле вектора от разных вихревых колец полностью уничтожается, компенсируется. Остается поле вектора , видоизмененного в процессе заряжания, которое и создает все атрибуты «заряженного шара». Два шара, заряженные кольцами одного типа, будут отталкиваться; шары, заряженные кольцами противоположного типа, будут притягиваться.

Получен интеграл движения вихревого кольца, объясняющий физический смысл величины, которая в субстанциональной теории носит название «электрический заряд е». Этим инвариантом является поток вектора вихревого кольца, протекающий через бесконечную плоскость , перпендикулярную скорости кольца (см. слайд 9):

. (13)

Таким образом, получена величина, которую можно назвать «механический эквивалент электричества». С помощью этой величины «электромагнитные свойства» электрона, на макроуровне воспринимаемые как наличие некоторой «заряженной материи», объяснены механическим движением нейтральной, незаряженной среды.

Рассмотрим объяснение одной из основных проблем квантовой механики: экспериментов, которые квантовая механика интерпретирует как неопределенность положения электрона. Рассмотрим формулу (7), записав ее следующим образом:

(14)

Можно заметить некоторое структурное сходство соотношения (14) с формулой де Бройля. Когда в 1985 году я получил это соотношение, я понял, что когда у меня будет уравнение эфира, это соотношение превратится в формулу де Бройля, поэтому я саркастически называл его «формулой де Бройля – Афонина». Через 20 лет, в 2005 году, на основе уже имеющегося уравнения эфира (3) была получена формула:



, (15)

где - момент импульса среды, вращающейся вокруг круговой оси вихря. Если положить , , то получаем формулу де Бройля:



. (16)

Таким образом, загадочная формула, полученная де Бройлем формально и не получившая какой-либо внятной, реальной интерпретации, на самом деле является уравнением стационарного режима вихревого кольца в эфире. Поэтому с вашего позволения я буду называть соотношение (15) формулой де Бройля – Афонина (ДБА) уже без сарказма. Формула ДБА на единой основе объясняет множество экспериментов. В числе этих экспериментов – эксперименты, трактуемые как неопределенность положения электрона, которая в квантовой механике не получает объяснение, а вводится в виде некоторого необъяснимого «принципа неопределенности» (слайд 12). Электрон – не точечный объект, а вихревое кольцо. Столкновение вихревого кольца с другим микрообъектом происходит не в одной и той же точке, а в любой из точек окружности кольца, и это создает впечатление, что положение электрона неопределенно. Положение этой точки столкновения неизвестно, так как заранее неизвестно положение окружности. Однако, это положение не является случайным в смысле случайности как события, не зависящего от каких-либо скрытых причин. Если бы можно было заранее определить положение окружности, то можно было точно предсказать точку столкновения.

Для объяснения количественного соотношения рассмотрим формулу (15) для вихревого кольца, подставив в нее значение :

, (17)

Или


. (18)

Это равенство устанавливает нижнюю границу неопределенности положения электрона. Точка столкновения, то есть, точка, в которой электрон – вихревое кольцо может быть обнаружен, находится на расстоянии от центра кольца, то есть, от точки, в которой (по представлениям субстанциональной теории) находится электрон. Поэтому в лучшем случае координата электрона может быть определена с точностью до величины радиуса кольца. В реальных же измерениях вносится еще погрешность «измерительного прибора», которая делает равенство неравенством:



, (19)

что объясняет смысл экспериментов, интерпретируемых как неопределенность положения электрона. С увеличением импульса кольца неопределенность в измерении координаты уменьшается, так как уменьшается радиус кольца.

В излагаемой теории получено объяснение явления «спин электрона». Это еще не полная математическая теория спина (для создания полной теории нужно построить теорию атома), но реальное механическое объяснение некоторых свойств собственного момента импульса электрона, не получающих в квантовой механике никакого объяснения.

Проделаем следующий мысленный эксперимент. Предположим, что вихревое кольцо точкой окружности кольца скреплено с осью (слайд 13). В этом случае кольцо будет вращаться с постоянной угловой скоростью вокруг оси , то есть будет иметь относительно момент импульса. Оценим величину этого момента импульса. Полагая, что скорость имеет самая удаленная от оси точка , определим момент импульса как произведение массы кольца на радиус центра масс (точка ) и на скорость центра масс:



.

Подставляя значения , получим:



. (20)

Таким образом, оценочный расчет показывает, что такое вращение вихревого кольца с собственной скоростью обладает моментом импульса, равным экспериментально наблюдаемой величине спина электрона . Назовем этот собственный момент импульса кольца вторым инвариантом движения кольца.

Получает объяснение эксперимент Штерна – Герлаха, в котором было обнаружено, что проекция собственного момента импульса электрона на ось магнитного поля принимает лишь два значения: и . Это означает, что при включении магнитного поля вращающийся объект – электрон поворачивается в положение, параллельное магнитному полю, без прецессии (слайд 14). Этому явлению не может быть дано объяснение в рамках структуры электрона как некоторого «волчка». Изображена упрощенная схема эксперимента. До включения магнитного поля вихревое кольцо вращается по стационарной орбите вокруг ядра, поэтому существует орбитальный момент импульса . Так как кольцо всегда обращено одной и той же стороной к центру вращения, то при каждом обороте по орбите вихревое кольцо делает еще и оборот вокруг оси, лежащей в плоскости кольца. Вследствие этого и возникает собственный момент импульса (спин) . При включении магнитного поля , вектор начинает прецессировать вокруг оси магнитного поля. Вектор же поворачивается в положение , параллельное магнитному полю, без прецессии. Действительно, собственный момент импульса кольца возникает лишь вследствие сохранения ориентации плоскости ВК относительно траектории орбитального движения. «Чисто собственный» же момент импульса кольца равен нулю, так как сумма проекций элементарных моментов импульса кольца на любую ось вследствие замкнутости контура кольца равна нулю. Если нет орбитального движения кольца, то равен нулю и собственный момент импульса.

Излагаемая теория дает наглядную, механическую картину процесса излучения. Излучение происходит тогда, когда вихревое кольцо теряет кинетическую энергию:



.

Таким образом, первым условием излучения является торможение кольца. Вторым необходимым условием является поворот плоскости кольца при торможении, поэтому весь процесс можно определить как «несимметричное торможение».

Рассмотрим вихревое кольцо, движущееся со скоростью (слайд 15). На рисунке изображен вид сбоку на плоскость кольца. В момент времени кольцо встречается с преградой в точке и начинается процесс «несимметричного торможения». В процессе несимметричного торможения происходит поворот плоскости вихревого кольца вокруг оси, проходящей через точку , на угол . Точка , диаметрально противоположная точке , продолжает движение по прямой. В момент времени поворот заканчивается, и кольцо продолжает свободное движение, но с меньшей скоростью .

Запишем соотношение ДБА в следующей форме:



.

Умножим обе части этого равенства на дифференциал скорости и проинтегрируем от начальной скорости до конечной скорости . Получим:



. (21)

Подынтегральное выражение в правой части представляет собой удвоенный дифференциал угловой скорости поворота кольца вокруг точки :



.

Поэтому в правой части возможна замена переменной:



.

Получим:


. (22)

Соотношение (22) представляет собой формулу Планка для энергии излучения и полностью совпадает с экспериментально наблюдаемыми свойствами излучения. Угловая частота излучаемого кванта имеет смысл удвоенной разности угловых скоростей поворота вихревого кольца в начале и в конце акта излучения.



Изложенные факты позволяют высказать допущение, что найденное объяснение сущности времени является тем недостающим звеном, которое позволит соединить в единую гармоническую систему качественные, философские представления об эфире с математической теорией.


 Могут возразить, что простейшим решением уравнения Лапласа является потенциал Ньютона , однако, это решение в жидкости не является физически возможным решением, так как предполагает рождение материи из ничего в точках источников и исчезновение ее в ничто в точках стоков.