Естественно-единая квантовая теория взаимодействий
Есте́ственно-еди́ная ква́нтовая тео́рия взаимоде́йствий — самодостаточная теория фундаментальных взаимодействий, основанная на всеобщей константе взаимодействий[1]. Является базой для построения естественной Теории Всего. В настоящее время существенно отличается от Стандартной модели тем, что включает квантовую теорию тяготения. Кроме того в теории нет необходимости в бозоне Хиггса. На данном этапе в теории рассматриваются только те частицы, которые появляются в ней априорно.
ВведениеПравить
Прежде чем представить вашему вниманию Естественно-Единую Квантовую Теорию Взаимодействий, стоит сделать шаг в прошлое, чтобы узнать некоторые истины, которые волнуют нас, а затем, вернуться в новое будущее, чтобы убедиться, что гармония является реальностью.
Все знают, что история квантовой теории начинается с квантовой гипотезы Макса Планка (23 апреля 1858, Киль — 4 октября 1947, Гёттинген), который ввел представление о квантах энергии и кванте действия (постоянная Планка — h) 14 декабря 1900. Однако, в пионерских работах Планка по теории теплового излучения не содержится в явном виде идея квантовой прерывности. Планк полагал, что формула с введённой им постоянной является всего лишь удачным математическим трюком для устранения ультрафиолетовой катастрофы, но не имеет физического смысла. Таким образом, постоянная Планка в сегодняшнем понимании лишь формально появилась в 1900 году.
Такая же ситуация имеет место для ещё более знаменитой квантовой константы — постоянной тонкой структуры (ПТС) — безразмерной величины, численное значение которой не зависит от выбранной системы единиц. В настоящий момент рекомендуется использовать следующее значение:[2]
где
ПТС была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом (5 декабря 1868, Кёнигсберг — 26 апреля 1951, Мюнхен) в качестве меры релятивистских поправок при описании атомных спектральных линий в рамках модели атома Нильса Бора (7 октября 1885 — 18 ноября 1962) в 1913.
Впоследствии, в квантовой электродинамике постоянная тонкой структуры получила значение константы взаимодействия, характеризующей силу взаимодействия между электрическими зарядами и фотонами.
Истинное же значение
Впервые значение этого одномерного интеграла было вычислено в 1729 году Леонардом Эйлером (15 апреля 1707, Базель, Швейцария — 7 (18) сентября 1783, Санкт-Петербург, Российская империя) во время его работы в Петербургской Академии наук. Карл Фридрих Гаусс (30 апреля 1777, Брауншвейг — 23 февраля 1855, Гёттинген), чьим именем названа подинтегральная функция, ещё не родился. Эта функция снова была введена Гауссом в 1809 году как функция плотности нормального распределения (равенство
Гипераналитическая функцияПравить
Итак, два величайших математика, а впоследствии и многочисленные физики, не увидели ПТС в формуле
Более существенной причиной отсутствия интереса к правой части возможно было предположение, что она не интереснее левой. На самом деле справа находится уже совершенно новый математический объект — гипераналитическая функция, конкретный пример которой назовём решётчатой функции[3] (РФ).
Таким образом, РФ[4] есть
Все расчёты проводились при значениях L=1 и
Однако, очевидно, что гипераналитическая функция
Благодаря этому
Представляет интерес и второе свойство гипераналитических функций — высокая скорость сходимости коэффициентов разложения к нулю. Известно, что существует фундаментальная связь между аналитичностью функции и скоростью убывания её коэффициентов Фурье. Чем «лучше» функция, тем быстрее её коэффициенты стремятся к нулю, и наоборот. Степенное убывание коэффициентов Фурье присуще функциям класса
Теория всех взаимодействийПравить
Энтони Гаррет Лиси,[7] обосновывая свой подход к разработке «Исключительно простой теории всего», сказал:
|
Действительно, его красивые иллюстрации в статье привлекли не меньшее внимание, чем сама статья.
Тем не менее, Википедия в статье «Тheory of everything» спрашивает:
|
Таким образом, здесь признаётся, что известные альтернативные теории сродни известной притчи о слепых, ощупывающих слона. Удачное описание природы должно быть прежде всего гармоничным — объединяющим многое и согласующим разногласное. Говоря другими словами, описание природы должно быть естественным и единственным.
Ключом к обещанной гармонии является решётчатая модель пространства-времени. Происхождение ПТС обусловлено периодичностью пространства-времени, выявляемой разложением по гипераналитическим функциям. Периодичность пространства-времени существенно различна: аппроксимация
Поэтому принципиально важным является независимость полученных результатов от размеров решёток[8] L и T. Это означает, что при рассмотрении каждого взаимодействия имеется ввиду решётка со специфическими значениями параметров. Экспериментальное подтверждение этого продемонстрировал результат работы[9], заключающийся в том, что оптическая
прозрачность одноатомного 2М-слоя графена зависит только от безразмерных величин: постоянной тонкой структуры и числа
Полученные разложения гипераналитических функций по степеням
Решётчатая модель пространства-времени позволяет выделить четыре взаимодействия из разложения РФ:
- сильное магнитное взаимодействие (№ 1),
- электромагнитное взаимодействие (№ 2),
- интерференционное «электрослабое» взаимодействие (№ 3),
- слабое взаимодействие (№ 4)
и три взаимодействия из разложения дискретной производной РФ:
- электромагнитное взаимодействие (№ 2),
- гравитационное взаимодействие (№ 5),
- неизвестное взаимодействие (№ 6).
Взаимодействие № 1Править
Постоянный член разложения РФ в конечном виде равен 1. Поэтому целесообразно
рассмотреть его значение относительно коэффициента второго члена. В этом случае обратное значение постоянного члена разложения будет иметь известное физическое значение[10]
Используя уравнение (6) можно получить
Предложенный кристалл пространства из магнитных монополей почти на 99% связан их магнитным взаимодействием. Благодаря этому то, что мы называем вакуум не имеет дисперсии.
Взаимодействие № 2Править
Решётчатая модель пространства-времени позволяет выделить два члена в разложениях
Так как постоянный член равный 1 был идентифицирован как стационарное магнитное поле магнитного монополя, то член пропорциональный
Но и это ещё не всё. Существует также сравнимая по величине с электрослабым взаимодействием часть частицы "точечного тока". Это видно из разложения
Однако, и это ещё не всё. Есть существенное различие между
Взаимодействие № 3Править
Зависимость величины слабых сил от расстояния имеет существенно отличающиеся участки. На начальном участке эта зависимость параллельна зависимости электромагнитных сил. Так как первая чётная разность содержит
Ввиду увеличения частоты (по сравнению с предыдущим косинусом) значение интенсивности интерференционного электрослабого взаимодействия равно
Важное значение для идентификации указанного взаимодействия имеет уникальное свойство примитивной гипераналитической функции
Взаимодействие № 4Править
Собственно слабому взаимодействию соответствуют
Важное значение для идентификации указанного взаимодействия имеет уникальное свойство примитивной гипераналитической функции
Взаимодействия № 3 и № 4 связаны друг с другом набором из двух не ортогональных гипераналитических функций. Это означает, что взаимодействующие лептоны изначально описываются как смешанные состояния вне зависимости имеет нейтрино массу или нет. Таким образом, превращения нейтрино одного поколения в нейтрино другого поколения являются естественным квантовым феноменом.
Зависимость величины слабых сил от расстояния имеет участок, на котором скорость их уменьшения описывается именно коэффициентами разложения РФ. Значения нижних границ приведенные в нижеследующей таблице показывают, что лептоны четвёртого поколения не могут существовать поскольку ввиду различных скоростей уменьшения нижних границ каждого из взаимодействий № 3 и № 4, они в конечном счёте перекрывают друг друга в этом диапазоне.
Поколение | Взаимодействие №3 | Взаимодействие №4 |
---|---|---|
1 | ||
2 | ||
3 | ||
4 |
Взаимодействие № 5Править
Так как первый коэффициент разложения дискретной производной РФ уже
идентифицирован в качестве интенсивности электромагнитного взаимодействия,
можно ожидать, что второй коэффициент имеет отношение к единственному
оставшемуся взаимодействию — гравитационному. Для получения интенсивности
гравитационного взаимодействия[12] второй коэффициент
Получаемое значение менее чем на процент превышает константу гравитационного взаимодействия:
Сначала покажем как будет выглядеть константа
Полученная формула раскрывает скрытый квантово-релятивистский статус самого закона тяготения. Дело в том, что произведение
На основе данных, приведённых в нижеследующей таблице (взяты из Википедии 07.03.2018), получаем:
Параметр | Значение |
---|---|
1.054 571 800(13) | |
299 792 458 м/с | |
7.297 352 566 4(17) | |
6.674 08(31) |
В качестве примера оценки
Интересно отметить, что ещё в 1922 году чикагский физик Артур Лунн (Arthur C. Lunn) предположил[14], что ПТС каким-то образом связана с ядерным дефектом массы, а также рассмотрел её возможную связь с гравитацией посредством соотношения
Принципиальная особенность квантовой теории тяготенияПравить
Подставляя
Соответственно, из существования кристалла из магнитных монополей можно тривиально объяснить суть гравитации. В отличие от Стандартной модели, где элементарные частицы являются базой для построения модели, в естественно-единой квантовой теории взаимодействий существуют только естественные частицы. Таковыми могут быть дефекты идеального кристалла пространства. В конечных кристаллах существует два типа дефектов - по Шоттки и Френкелю. Дефекты по Шоттки образуются непосредственно на поверхности кристалла пространства и будут рассмотрены в следующем параграфе. Дефекты по Френкелю образуются во всём объёме кристалла пространства и объясняют суть гравитации. Монополь может переместиться из узла решетки, оставляя там вакансию, в центр ячейки решётки. Таким образом, протон - это S монополь, расположенный в центре куба. Электрон - это ячейка без S монополя. Соответственно, антипротон - это N монополь, расположенный в центре куба, а позитрон - это ячейка без N монополя. Естественно, что все частицы имеют магнитную связь с пространством кристалла.
Таким образом, кристалл из монополей представляет собой двухфазную систему - собственно кристалл и дефекты. Такая среда характеризуется поверхностным натяжением — термодинамической характеристикой поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемой работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Однако, ввиду стабильности дефектов (протона и электрона) обратимость отсутствует. Поэтому в данном случае поверхностное натяжение теряет один из своих физических смыслов, а именно — энергетический (термодинамический: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры). Остаётся только силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз. В этом случае появляется ясный физический смысл понятия гравитации, т.е. рассмотрение её как силы, стремящейся сократить поверхность раздела до минимума при заданных объёмах фаз.
Взаимодействие № 6Править
Взаимодействие № 6 соответствует члену
Итак, на границе кристалла из магнитных монополей происходит образование дефектов по Шоттки. При этом S монополь и N монополь выходят одновременно непосредственно за поверхность кристалла пространства. Соответственно, внутри кристалла образуются электронно-позитронные диполи
В этом случае появляется ясный физический смысл понятия расширения Вселенной — явления, состоящего в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной, выводимое через наблюдаемое с Земли космологическое красное смещение.
Следует также отметить, что известное образование электронно-позитронной пары на самом деле есть следствие развала диполя
Естественно-единая квантовая теория всегоПравить
Естественная теория всего состоит из следующих положений:
- Естественные Взаимодействия
- Естественное Пространство
- Естественные Частицы
Естественное ПространствоПравить
Идеальный «кристалл пространства»Править
В данный момент проще ввести понятие естественного пространства, чем пытаться определить его через известные на сегодня математические пространства. Возможно, что в этом случае какая-то определённость будет утеряна. Естественное пространство будем рассматривать как идеальный «кристалл пространства».
Безразмерный параметр
Невозможность обнаружить монополь экспериментально как изолированный физический объект можно легко объяснить, если постулировать, что в «кристалле пространства» монополь неподвижен.
Идеальный «кристалл пространства» можно рассматривать как диэлектрический «магнито-ионный» кристалл, по которому могут распространяться фотоны. Однако, такие фотоны могут быть только коротко живущими (виртуальными), так как каждый монополь находится в основном состоянии.
Так как
Большая Диффузия (голубая эпоха)Править
Идеальный «кристалл пространства» не имеет времени (другими словами не изменяется), поскольку он состоит только из бозонов, которые (в соответствии с определением бозонов) инвариантны относительно перестановок. Соответственно, в момент времени
В классической механике понятие эффективной массы давно известно. Если определить энергию через импульс
Скорость движения частицы в кристалле равна групповой скорости её волны и определяется формулой
Таким образом, в Естественно-Единой Квантовой Теории Взаимодействий нет необходимости в бозоне Ниггса, поскольку магнитное взаимодействие квазичастицы и кристалла пространства создаёт её массу.
В ядре атома ситуация более сложная и закон дисперсии отличается от квадратичного. В этом случае эффективная масса может быть меньше. Этот эффект известен как дефект массы.
В Стандартной Модели предполагается, что электрическое взаимодействие электрона и протона приводит к образованию атома водорода. В данной теории возможно сильное магнитное взаимодействие электрона и протона, приводящее к образованию нейтрона. Квантово-механическое описание такой системы существенно отличается от описания атома водорода. Во-первых, плотность распределения протона будет размазана по объёму нескольких ячеек. Во-вторых, плотность распределения электрона будет вписана в протон из-за сильного магнитного взаимодействия. Таким образом, можно говорить о внутреннем электроне в нейтроне. Исходя из структуры нейтрона можно предположить, что и ядро также представляет собой распределение электронов по распределению протонов.
Известно, что Ричард Фейнман объяснил электрические силы отталкивания между электронами обменом виртуальными фотонами. Поскольку размеры ядра очень малы, то можно предположить, что силы притяжения в ядре возникают в результате обмена виртуальными нейтрино между протонами и электронами.
Для образования дефектов требуются определенные затраты энергии (энергии активации процесса образования дефекта), однако оно сопровождается увеличением энтропии за счет возрастания степени разупорядоченности решетки, что вызывает уменьшение энергии Гиббса
Поскольку образование тепловых дефектов является процессом вероятностным, а вероятность термически активируемого флуктуационного перехода монополя из узла в междоузлие пропорциональна величине
Из приведенных уравнений следует, что равновесная концентрация дефектов по Френкелю является экспоненциальной функцией температуры и энергии активации. Возрастание температуры и соответственно уменьшение энергии активации приводят к увеличению равновесной концентрации дефектов.
Любые точечные дефекты обладают способностью к миграции (диффузии) в кристаллической решетке в результате тепловых флуктуаций. Например, монополь в междоузлии может переходить при соответствующем возбуждении в соседнее междоузлие, вакансии мигрируют за счет перемещения соседнего монополя в вакантный узел, т. е. путем последовательного обмена позициями между монополями и вакансиями (при таком так называемом вакансионном механизме диффузии перемещение вакансий в одном направлении эквивалентно перемещению монополей в другом).
Перемещение "электрона" происходит одновременно с перемещением монополя, которое описывается исходной наиболее высокочастотной парой со знаком минус, что означает исчезновение в будущем, а затем возникновение в прошлом в ячейке, которую занимал "электрон". Если этот процесс описывать в одномерном времени, то он будет тождественно равен нулю. Во введённом «правом-левом» времени перемещение монополя фиксируется изменением его поляризации. Соответственно, "электрон" испытывает вращение интерпретируемое как спин.
Предложенная модель пространства без затруднений решает проблему материи и антиматерии, а также правого и левого, поскольку процесс образования дефектов вблизи каждой вершины определяется типом вершинного монополя (N или S) и ориентацией координатных осей.
Реальный «кристалл пространства»Править
Существует два типа элементарных фермионов (сокращённо эльфов), соответствующих различным полярностям монополя. В результате эльф замещается не каким-либо одним из шести монополей, которые касаются граней эльфа, а каким-либо одним из двенадцати монополей, которые касаются рёбер эльфа. Таким образом, эльфы определённой полярности перемещаются только по «своим» шести направлениям «кристалла пространства», причём «близкие» пары эльфов с различными полярностями являются стабильными электромагнитными осцилляторами.
В результате появления эльфа центры зарядов монополей в остальных ячейках смещаются от центра эльфа и распределение смещений по пространству представляет собой «эффективный» монополь противоположной полярности. В то же время (из-за нарушения баланса распределения магнитного заряда по ячейке) в каждой ячейке «приоткрываются» электрические заряды, которые в целом образуют распределённый электрический заряд определённой полярности. Соответственно, с «эффективным» монополем мог бы быть ассоциирован целочисленный спин. Тем не менее спин эльфа имеет полуцелое значение, так как процесс его возникновения и исчезновения происходит с «локальной частотой», которая в два раза меньше «групповой частоты» колебаний кристаллической решётки пространства. Кроме того сам эльф описывается антисимметричной функцией. Таким образом, эльф является гармоническим осциллятором, имеющим энергию
Рассмотрим взаимодействие приходящих из бесконечности фотонов с эльфом, имеющим средний импульс
Пусть эльф двигается с относительной средней скоростью
Во введённом решётчатом пространстве-времени использование аппроксимаций
Большая Диффузия (красная эпоха)Править
Во время голубой эпохи Большая Диффузия создала существенно неравномерное распределение эльфов в реальном «кристалле пространства» и привела к тому, что принято идентифицировать как Большой Взрыв, но больше похоже на Большую Кавитацию. Когда первые эльфы достигли центра «кристалла пространства», их концентрация там начала быстро увеличиваться и привела к образованию фазовой пустоты - «кавитационного пузыря». По мере увеличения радиуса «кавитационного пузыря» он стал неустойчивым и, в конце концов, схлопнулся, образовав новое поколение эльфов. В результате этого (и, возможно, наряду с изменением условий на поверхности «кристалла пространства») гравитация в окрестности поверхности «кристалла пространства» стала существенно влиять на Большую Диффузию и изменила её направление настолько, что голубая эпоха сменилась красной эпохой, которая является свидетельством выхода эльфов из «кристалла пространства». Возможно, что нынешняя красная эпоха не является первой.
Современное значение
Тонкая настройка ВселеннойПравить
Обнаруженная взаимосвязь квантовых взаимодействий обосновывает так называемую тонкую настройку Вселенной — концепцию в теоретической физике, согласно которой в основе Вселенной и ряда её составляющих лежат не произвольные, а строго определённые значения фундаментальных констант, входящих в физические законы. Так как константы взаимодействий стали зависимы друг от друга число взаимодействий можно уменьшить.
ПримечанияПравить
- ↑ Автор статьи предлагает рассматривать её как новый тип статьи — статья - аксиома. Пожалуйста, выскажите Ваше мнение в Обсуждении.
- ↑ Рекомендованное CODATA значение постоянной тонкой структуры.
- ↑ Гипераналитичность пространства-времени, Александр Рыбников, 2018.
- ↑ Для выделения всех гипераналитических функций и образованных от них констант используется шрифт MATHEMATICAL DOUBLE-STRUCK CAPITAL.
- ↑ По определению отсутствие определённой чётности это несохранение чётности.
- ↑ Кроме упомянутого несохранения чётности следует также сказать о смешанности состояний.
- ↑ A. Garrett Lisi. An Exceptionally Simple Theory of Everything arXiv:0711.0770v1 [hep-th] 6 Nov 2007
- ↑ Это связано с тем, что нормальное распределение является бесконечно делимым распределением.
- ↑ R. R. Nair, P. Blake, A. N. Grigorenko, K. S. Novoselov, T. J. Booth, T. Stauber, N. M. R. Peres, A. K. Geim. Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene. Science 320, 1308 (2008) DOI:10.1126/science.1156965
- ↑ P.A.M. Dirac, Quantized Singularities in the Electromagnetic Field, Proceedings of the Royal Society, A133 (1931) pp 60‒72.
- ↑ Пространство и Время с точки зрения функции Гаусса, Александр Рыбников, 2014
- ↑ Константа взаимодействия
- ↑
Более правильно сказать, что в данный момент точность
определяется точностью , а не наоборот. - ↑ A. C. Lunn. «Atomic Constants and Dimensional Invariants» // Physical Review. — 1922.