Файл: Гагин. Системный синтез. Линия жизни.doc

Она приобретает определённую область локализации, при взаимодействии с другим объектом. Вне взаимодействия, невозможно говорить об определенной координате микрочастицы, только о её локализации. Так же и микроявление, - вне взаимодействия, не обладает временной определённостью.

В процессе столкновения, когда частица связывается с другой, они образуют единую систему, хотя и короткоживущую. После столкновения, после освобождения от связи, распределение суммарного импульса между сталкивающимися час­тицами, неоднозначно.

В настоящее время открыто уже более ста (вместе с резонансами) элементарных частиц. Поэтому стали возникать сомнения в их элементарности. Каждая из сильно взаимодействующих частиц характеризуется тремя независимыми аддитивными квантовыми числами: зарядом Q, гиперзарядом Y и барионным зарядом В. Таким образом, появилась гипотеза, что все частицы построены из трёх (!) фундаментальных частиц – носителей определённых зарядов.

Первая модель на эту тему была предложена японским физиком С. Саката. Он считал фундаментальными частицами протон р, нейтрон n и Λ⁰ –гиперон. Но для сильных взаимодействий такая схема не подходит.

М. Гелл-Манн и Г. Цвейг ввели в рассмотрение гипотетические частицы, получившие название кварков. Идея названия принадлежит Гелл-Манну. Он, видимо, большой почитатель Дж. Джойса, позаимствовал его из романа «Пробуждение Финнегана» (или «Поминки Финнегена»). Напомним это место. Дублинский трактирщик возомнил себя королём Марком, персонажем средневековой легенды. Королю кажется, что его племянник Тристан украл у него жену, прекрасную Изольду. Марк преследует похитителя на корабле.

В небе, над парусами кричат чайки: « Три кварка для мистера Марка!». Короля мучают кошмары, а чайки всё повторяют: «Три кварка, три кварка, три кварка…». Может быть, Гелл-Манн остановился на кварках именно потому, что их было именно три, как и требовала его теория.

Г. Цвейг, в противовес, назвал эти частицы «тузами», но название не прижилось. Кварки понравились больше и прижились.

Этим частицам приписываются дробные квантовые числа (в частности электрический заряд, равный –1/3, -1/3 и +2/3). Схема кварков легко и просто объясняет, почему заряд протона (Р) единичный и положительный (+1), а у нейтрона (N) заряд нулевой. Из кварков конструируются и наблюдающиеся в природе синглеты, октеты и дециметы элементарных частиц.

Сами кварки называют по-разному: p-, n-, и λ- кварки. Или парком (р), нарком (n) и ларком (λ) – в духе Джойса. По классификации Гелл-Манна и Цвейга:

Р = ppn и N = pnn

Если сложим заряды, то получим:

для протона (+2/3) + (+2/3) + (-1/3) = +1

для нейтрона (+2/3) + ( -1/3) + (-1/3) = 0

Группа из 10 частиц в кварковой интерпретации имеет вид:

λλλ

pλλ nλλ

ppλ pnλ nnλ

ppp ppn pnn nnn

То есть здесь перебраны все возможные комбинации кварков. Если в этой пирамиде заменить триады обозначениями элементарных частиц, то получим:

Ώ-

Ξ⁰٭ Ξ-٭

Σ+٭ Σ⁰٭ Σ-٭

Δ++ Δ+ Δ⁰ Δ-

Знаками плюс и минус обозначены заряды, а звёздочки говорят о «возбуждённости» частицы.

Когда теория родилась, в 1963 г., то были известны «возбуждённые» частицы и резонаторы (Δ). А верхушка пирамиды, так называемый омега-минус-гиперон был неизвестен. Обнаружили его в 1964 г. и в 1969 М. Гелл-Манн стал нобелевским лауреатом.

Кроме кварков, теоретически, должны быть и антикварки. Поэтому полный спектр кварковых зарядов: +1/3, -1/3, +2/3 и –2/3.

Но, не будем вдаваться в подробности квантовой механики. Отметим лишь, что в физике элементарных частиц, положение напоминает ситуацию, которая сложилась в физике атома, после открытия в 1869 г. Д. И. Менделеевым периодического закона. Ведь его сущность прояснилась лишь через шесть десятков лет (после возникновения квантовой механики), а он позволил систематизировать известные к тому времени химические элементы и предсказать свойства ещё не открытых. В итоге, можно привести слова академика И. Е. Тамма:

«…пока поиски систематики частиц находятся примерно в такой же стадии, как поиски периодической системы элементов, когда ими начинал заниматься Менделеев. Направление это очень важное и очень нужное, но оно отнюдь не решит фундаментальной проблемы понимания всех законов микромира.Это понимание, очевидно, придёт, когда будет создана новая физическая теория…. Сейчас мы подходим к новому этапу познания фундаментальнейших законов строения природы, из которых, как частный случай общего, должны будут вытекать и квантовая теория, и теория относительности, и теория Ньютона… Нельзя предсказать, когда и как будет создана новая последовательная физическая теория… Но тот факт, что громадная армия экспериментаторов и теоретиков во всём мире работает на этом передовом для физики фронте, позволяет надеяться, что это время не за горами».

5.1.1.5. СКОЛЬКО ВЕСИТ ФОТОН?

«Догадка предшествует доказательству».

(Пуанкаре)

_{Фотон - квант электромагнитного поля, элементарная частица с нулевой /?/ массой покоя и спином, равным единице. Это, наиболее распространённая в Космосе частица. Встречается во всех видах излучения /рентгеновском, лазерных импульсах, даже, в радиоволнах./}

В 1964 г., американскими радиоастрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном, было обнаружено, что мировое пространство заполнено миллиметровыми радиоволнами, которые можно рассматривать, как холодный фотонный газ, при темпера­туре 2,7⁰К. Это излучение — реликтовое и возникло, на ранних стадиях развития Вселенной. Средняя плотность реликтовых фотонов - 500 штук на 1 см. куб., а протонов - 1 на 1 метр кубический. Во Вселенной, фотоны встречаются, в мил­лиард раз чаще, чем протоны, из которых построен окружающий нас мир.

Фотон, электрически нейтрален, его заряд равен нулю. Он, также, не имеет других зарядов, он истинно нейтрален и тождественен своей античастице. Масса покоя фотона равна нулю. Его движение невозможно, ни остановить, ни за­медлить.

А теперь, предположим, что у фотона, всё же есть, какая-то, масса покоя - конечная масса m. Исследуем эффекты, которые можно было бы наблюдать.

Как и у обычных частиц, скорость фотона, должна бы, зависеть от их энергии /т.е., от длины волны излучения/, и быть всегда меньше с. Наличие у фото­на конечной массы покоя, привело бы, к появлению конечного радиуса действия электромагнитных сил.

Действительно, если заряд испускает виртуальный фотон, то возникает неопределённость в энергии:

∆E = m_γc²

и, по соотношению неопределённостей, такой фотон может существовать лишь в течение времени:

Δt ≈ ћ/ΔE ≈ ћ/m_γc²

За это время, он пройдёт расстояние, не более:

λ_γ = Δtc ≈ ћ/m_γc

после чего он должен поглотиться другим зарядом.

Эффекты конечной массы покоя фотона, проявлялись бы, на расстояниях больших, или порядка λγ. Наблюдения над пульсарами, межпланетными и межгалак­тическими магнитными полями, позволили получить оценку:

λ_γ ≥ 10²² см. ≈ 10 тыс. световых лет,

или:

m_γ ≤ 3.10^-60 грамм.

Таков, теоретически, вес фотона, в состоянии покоя. Для сравнения, масса электрона:

m_e = 9,1.10^-28г.

Если масса фотона будет, по порядку величины, меньше 10^-66, то радиус действия электромагнитных сил, станет больше видимого радиуса Вселенной:

R_в = 2.10²⁸ см. = 20 млрд. световых лет

Такая малая масса, принципиально, не может быть обнаружена современной физикой.

Таким образом, можно предполагать, что у фотона, конечная масса нахо­дится в интервале:

10^-66≤mγ≤ 10^-60

А это, уже квазимир. Если предположить, что фотон - это квазичастица, сравнимая с монополем, по основным характеристикам, и отличается от него энергетическими характеристиками /векторно-тензорными величинами/ и нейтральностью, то принцип движения фотона в пространстве, может быть тот же, что и у электрона в проводнике: энергия передаётся по эстафете, от частицы к частице.В результате, эффект такой же, как будто эта частица, пролетела физически пространство, со скоростью:

с = 2,99792458.10¹⁰ см/сек.

Фактически, это передача по цепочке, по эстафете, энергии:

_{Е = ћω}

импульс:

_{Р = ћω/с}

где,

ћ = 1,0545887.10^-34 Дж.сек.

Например, максимум излучения Солнца, приходится на свет, с длиной вол­ны λ = 4,6.10⁵см., ^-чему соответствует круговая частота:

ω = 2πс/λ = 4,10¹⁵ Гц.

и энергия таких фотонов:

Е = ћω= 4,3.10^-19 Дж.

Можно ещё отметить, что за 1 сек., на 1 см² поверхности, падает огромнее число фотонов:

n = 3.10¹⁷

Энергию, которую несёт фотон, способен зарегистрировать даже человеческий глаз.

Исходя, из принципа распространения энергии фотона в пространстве, можно рассматривать и механику сложения скоростей источников света. Какой бы скоростью ни обладали они, скорость передачи энергии останется равной с – скорости света.

5.1.1.6.ЛОКАЛИЗАЦИЯ В КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ ПОЛЯ.

«Чем больше мы понимаем твёрдые законы природы, тем всё более невероятными становятся для нас чудеса».

( Ч. Дарвин)

Ещё в большей мере, противоречия проявляются в квантовой теории поля - теории элементарных частиц.

Теория поля, рассматривает элементарные частицы, как возникающие и ис­чезающие при взаимодействиях, а их совокупности - как системы с неопределённым числом частиц и, следовательно, с неограниченным числом степеней свободы. Поле представляется, как сложная колебательная /волновая/ система. Уравнения, описывающие изменения амплитуды поля в пространстве и времени, характеризуют специфику движения элементарных частиц данного вида, их массу и спин.

В квантовой теории, электромагнитное поле, представляется как «газ» фотонов. Каждый из них характеризуется определёнными значениями энергии, импульса, поляризации, спином, равным единице, и массой, равной нулю.

Для электромагнитного поля излучения имеет место соотношение неопре­делённостей:

ΔЕ.Δn ≈ Е

где Е - напряжённость поля, а n - число фотонов.

Чем определённее пространственно-временная картина поля, тем неопределённее, его энергетическая характеристика, и наоборот.

Соотношение неопределённостей, для поля, приводит к важному принципи­альному выводу. В электромагнитном поле, в котором фотоны отсутствуют, т. е. n = 0, напряжённости поля не равны нулю, а испытывают «нулевые колебания» - флуктуации (ΔΕ ≠ О).

Вакуум, в котором нет реальных частиц, не является пустотой. Если в нём движутся заряженные частицы, то на их движение должны влиять «нулевые», беспорядочные колебания напряжённостей поля, совершающиеся в этом вакууме.

Этот вывод квантовой электродинамики, экспериментально, подтвердился в 40-х годах 20 ст.

Абсолютно свободное поле, ни в чём, не проявляется. Оно обнаруживается, при взаимодействии с заряженными частицами, которые могут излучать и поглощать фотоны, изменяя энергию, соответствующей компоненты поля излучения.

Электромагнитное поле, связывающее заряженные частицы, тоже, может рассматриваться, как квантованное, но состоящее из «псевдофотонов». Т.е., не из реальных, а виртуальных, не проявившихся. Взаимодействие заряженных частиц происходит благодаря непрерывному обмену «псевдофотонами».

Каждая частица захватывает виртуальный фотон, который испускается другой заряженной частицей. Происходит непрерывный обмен фотонами между частицей и вакуумом поля.