Физика элементарных частиц материи. Материя (Владимир Голощапов, 2016)

Я считаю, что многие ошибки физиков, как-то; расширяющаяся Вселенная, энтропия Вселенной, наличие параллельных миров и т. д. происходят ещё и от того, что нет чётких физических определений, Вселенной и компонентов, её составляющих. Вот одно из них «Вселе́нная фундаментальное понятие в астрономии. Это весь окружающий мир. На практике под Вселенной часто понимают часть материального мира, доступную изучением научно-естественными методами, называя её астрономической Вселенной или Метагалактикой». (Вик.) Однако, чем больше горизонт наших познаний о Вселенной, тем больше мы находим подтверждений, что Вселенная и за тем, меньшим пространством, который мы знали раньше, состоит из тех же космических тел и это вновь открытое пространство подчиняется тем же Общим Законам Вселенной. Сейчас исследовательская аппаратура размещена не только на земле, но и в околоземном пространстве, и даже в пространстве солнечной системы, а результат всё тот же; те же планеты, те же звёзды, те же галактики. В этой работе я постулирую свои определения характеристикам событиям и явлениям так, как я это представляю.

Пространство

Основной характеристикой Вселенной является «пространство». Слово «Пространство» происходит от слова странствовать. Странствовать значит путешествовать по разным странам. Странствовать, это преодолевать расстояния, быть в пути. Пространство же, это не только путь, но и та местность, которая прилегает к этому пути. Когда мы говорим, что фотон преодолевает большое пространство, мы как раз это и имеем в виду. Пространство не имеет ни формы, ни энергии. Это ПУСТОТА. Характеристикой пространства является его размерность. С точки зрения аналитической геометрии пространство трёхмерно. «Необходимо отметить, что с середины 19 века геометрия стала изучать многомерные пространства, а в 20 веке – и пространства дробных размерностей)». [Гущин Д.Д.] В любом случае пространство обозначает какой-то объём. Фиксированное пространство это часть бесконечного объёма, – Бесконечности. Расстояние это проекция части пространства на одну из осей, в которой находятся точки отрезка, соединяющего две точки. Бесконечность же, это бесконечное пространство во всех измерениях.

МИРОВОЕ ПРОСТРАНСТВО – МИР.

МИР – это бесконечное пространство во всех измерениях, это объективная реальность ни от чего не зависящая, существующая сама по себе. Мировое пространство – это безграниченная, бесконечная ПУСТОТА. По этой причине, я считаю, что некоторые заявления о существовании параллельных миров безосновательны.

Космос

Что такое Космос? Значение и толкование слова kosmos, определение термина Космос. а) Космос – (греч. kosmos – устройство, упорядоченность, красота). Космос – в древнегреческой философии, это Мир, как прекрасное, гармоническое целое, живой организм, наделенный Мировой душой и Мировым разумом. В стоицизме космос – "государство богов и людей". В древности Мир поддается восприятию, как Космос, лишь настолько, насколько он открывается как мир священный" [М.Элиаде]. Впервые мир был назван космосом Пифагором, который обратил внимание, на царящие в нем порядок и гармонию. Плутарх начинает свою "Естественную историю" с восхваления космоса. Космос – философская категория, фиксирующая представления о мире как об упорядоченной и структурно организованной целостности, подчиненной в своей динамике имманентной закономерности; базовое понятие метафизики. Основными характеристиками Космоса. являются: 1) оформленность как конфигурированная определенность облика; 2) дифференцированность, т. е. выделенность и конституированность составных частей; 3) структурность как иерархическая упорядоченность элементов; 4) наличие имманентного эволюционного потенциала, реализующегося, как правило, в динамике циклично-пульсационного характера; 5) закономерность или подчиненность внутренней мере как организационному и динамическому принципу (типа "нуса" или " логоса " в античной философии); что обусловливает такие характеристики как: 6) эстетическое совершенство Космоса, мыслимого в качестве прекрасного (ср. общеевропейскую семантику корня cosmetic), его гармоничность (характеристика Космоса как "прекраснейшей гармонии" у Гераклита, тезис Платона о том, что "Космос – прекраснейшая из возможных вещей" и т. п.). Данное свойство Космоса мыслится именно как результат пронизанности его внутренней мерой (закономерностью и порядком) и соответствием всех космических частей и проявлений данной мере. В архаической традиции Космос в этом контексте нередко мыслился в качестве сферического объёма: рассуждения о сфере как о наиболее равновесном, совершенном и самодостаточном из геометрических тел в элейской концепции бытия: идея "гармонии сфер" у Пифагора, семантическая структура "равного себе самому отовсюду" Спайроса как исходного состояния Космоса у Эмпедокла и др.; 7) познаваемость, понимаемая как рациональная экспликация имманентной "меры" (порядка, принципа) Космоса; 8) предсказуемость, допускающая моделирование возможных будущих состояний Космоса на основании постижения закономерностей его развития, что в субъективной оценке воспринято культурой как своего рода человекосоразмерность (уют) Космоса.

б) Космос – (греч. kosmos – Вселенная) представляется как Мир, как вся совокупность движущейся материи, включая Землю, Солнечную систему, нашу и все остальные галактики. В русской религиозной философии космос осмысливается как откровение божественной славы – вопреки мироотрицающим тенденциям, где он описывается как темное иррациональное единство жизненных стихий, бездушное и абсурдное, властвующее над людьми. М. Элиаде обратил внимание, что символизм древней мифологии свидетельствует то, что космос невозможно понять, игнорируя вертикальное измерение, которое ведет мысль к признанию высшего Творца: "Сама структура Космоса сохраняет воспоминание о Высшем небесном Существе". С развитием космонавтики, однако, под Космосом чаще стали понимать малую часть Вселенной, соседнюю с Землей, притом за вычетом самой Земли, “внеземное”; в этом случае как граница между Землей и Космосом, так и Космосом и остальной вселенной остается обычно неопределенной (Космология). Как видим определений Космоса много и все они довольно расплывчатые. Для того, чтобы не путать Космос с Вселенной предлагаю следующее определение —

КОСМОС ЭТО ПРОСТРАНСТВО МЕЖДУ ОТДЕЛЬНЫМИ КОСМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ.

Вселенная

Как мы увидим далее, за атмосферой, замыкающей вещественную часть космического тела, начинается квантовое энергетическое поле этого космического тела. Это поле состоит из квантов материи различной плотности, связанных между собой только своими гравитационными полями. Пространство вокруг космического тела, в котором расположены кванты материи, связанные друг с другом только гравитационными полями образует энергетическое поле материального (космического) тела. Радиус этого поля определяется наружным радиусом R₀ сферы гравитонов, окаймляющих квантовое энергетическое поле данного космического тела. См. закон распределения материи в пространстве. Количество материи, заключающееся в объёме этой сферы, и есть вся материя, из которой состоит данное космическое тело. Объём же, в котором заключена эта материя и есть объём данного космического тела. Слой гравитонов, окаймляющих любое космическое тело, это граница данного космического тела. За этой границей простирается «КОСМОС». Значит?! Вселенная состоит из Мирового пространства, космических тел и Космоса. Из всего фактического материала, имеющегося на данное время, получается, что физическую сущность Вселенной можно определить следующим образом:

«ВСЕЛЕННАЯ, ЭТО БЕСКОНЕЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО ВО ВСЕХ ИЗМЕРЕНИЯХ, В КОТОРОМ МАТЕРИЯ ОСУЩЕСТВЛЯЕТ СВОЁ БЫТИЕ».

Физическое поле

О наличии силового поля у космических тел задумывался гениальный И. Ньютон, когда он обнаружил общую закономерность зависимости движения небесных тел от их расположения относительно друг друга и массы каждого тела. Понятие «Физическое поле» появилось во времена основоположников электромагнетизма Фарадея и Максвелла. С помощью этого понятия учёные пытались объяснить, каким образом два тела взаимодействуют между собой, не имея физического контакта. Однако в XX веке на смену классического понятия поля пришло еще две концепции. Первая из них – подмена физического понятия поля математическим пространством (Эйнштейн, Фридман и др). Это так называемый путь геометризации физики, наиболее известным примером которого, является «Общая теория относительности». Вторая – модель обменного взаимодействия, воплощенная в квантовой теории Макса Планка). В этом случае, в связи с необходимостью получить дискретные характеристики частиц и процессов, вместо непрерывного поля используются виртуальные частицы – переносчики взаимодействия. В полевой физике во многом происходит возвращение к представлениям о поле в духе Фарадея-Максвелла, только на современном уровне. Для этого используется понятие «Полевая среда». Это созвучная понятию физического поля реальная сущность, подверженная собственной динамике, посредством которой и происходит взаимодействие удаленных объектов. Так взаимодействие частиц в полевой среде описывается полевым уравнением движения, а построенная на основе этой концепции полевая механика в качестве своих следствий содержит классическую механику, электродинамику, частично теорию относительности, квантовую и ядерную физику и немало других следствий. [Репченко О. Н. 2005–2012 Разработка: Intellect Design]. Поле – основа всех видов материи «По современным представлениям, квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее конкретных проявлений». Физическая энциклопедия. Квантовая теория поля «Принято считать, что масса элементарной частицы определяется полями, которые с ней связаны». Физический энциклопедический словарь. МАССА. Весомая (вещественная) материя или составляющие ее элементарные частицы представляют овеществленную форму полевой материи – возбужденные состояния поля. Таким образом, элементарные частицы – это те же самые поля, только возбужденные, т. е. любая элементарная частица – это поле, находящееся в возбужденном состоянии. «… разделение материи на две формы – поле и вещество – оказывается довольно условным.» Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337. «… элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля, …» [Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689]. С современной точки зрения частицы материи – это квантованные волновые образования, возбужденные состояния квантового поля, т. е. последовательное рассмотрение строения элементарных частиц надо проводить, исходя из анализа возмущений поля, представляющих возбужденные состояния. alemanow@mail.ru. Но, что приводит поле в возбуждённое состояние? Если поле стоит в основе образования материи, то, как образуется материя из поля? Ведь поле стремится к расширению?! Нет, во времена Фарадея под термином «физическое поле» понимали некоторого посредника, благодаря которому действие от одного тела передается к другому на расстоянии. То есть, изначально поле принимали как принадлежность материи. Два материальных тела взаимодействуют друг с другом, с помощью своих полей. У одного тела (рамка с током) есть электрическое поле, у другого – магнитное (магнит). Оно так и есть. Поле появляется там, где есть материя. Таким образом, мы можем определить, что

«
ФИЗИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЭТО ПРОСТРАНСТВО, В КОТОРОМ ПРОЯВЛЯЮТСЯ СИЛЫ МАТЕРИАЛЬНОГО ТЕЛА, ИМЕЮЩИЕ ТОТ ИЛИ ИНОЙ ХАРАКТЕР
» (гравитационные силы, магнитные силы, электрические силы).

Тогда, что такое «Материя»?

Материя

«В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени. Дело за наукой – определить истинную структуру мира». Высказался как-то В. И. Ленин. Давайте попробуем по возможности наших сил определить эту самую «истинную структуру мира». Для начала нам надо определиться, что же такое «материя», что включает в себя это понятие. Физика описывает материю как нечто, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) – представление, идущее от Исаака Ньютона (пространство – вместилище вещей, время – событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени – представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в общей теории относительности Эйнштейна. Материя имеет различные виды и различные свойства. Материя – составляющая Вселенной. Материя находится в постоянном движении, она, как соединяется, образуя уплотнения различной степени, космические тела различных размеров и различной плотности, так и разъединяется в виде взрывов и излучений. «Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления». [Вик]. Согласно ОТО Альбе6рта Эйнштейна, «любое тело уже только благодаря факту своего существования обладает энергией, которая пропорциональна массе покоя m₀, каждое тело имеет своё энергетическое поле». Об этом же говорит и следующее определение материи: – «Мате́рия (от лат. māteria «вещество») – фундаментальное физическое понятие, связанное с любыми объектами, существующими в природе, о которых можно судить благодаря ощущениям». [Вик]. А что такое ощущение? Ощущение это сигнал, получаемый нашим мозгом от энергетического воздействия на тот или иной рецептор нашего организма. Значит материя имеет своё энергетическое поле. Будем полагать, что словосочетание «любое тело» обозначает любое материальное тело. Это положение ОТО является фактом, не подлежащим сомнению, это аксиома. Материальное тело, это материя, имеющая ту или иную форму. Это может быть звезда, а может быть и электрон. И звезда, и электрон, и другие материальные тела имеют своё энергетическое поле. А что такое «энергетическое поле»? Откуда берётся энергетическое поле? А какая энергия в этом поле? Ведь есть гравитационное поле, есть электрическое поле, есть магнитное поле. Мы уже определили, что энергетическое поле это пространство, в котором материальное тело проявляет свои силы, имеющие то или иное происхождение (гравитация, электричество, магнетизм). Видимо, совокупность этих полей и имел в виду Эйнштейн, в выражении «энергетическое поле». Значит, говоря о материальном теле, нельзя говорить об одном его энергетическом поле, а надо говорить обо всех энергетических полях этого материального тела. Все энергетические поля материального тела, назовём энергетической оболочкой этого материального тела. Следовательно, любое материальное тело имеет свою энергетическую оболочку, и все тела; и звезды, и планеты, и молекулы, и атомы и те элементарные частички материи, из которых состоят эти материальные тела, есть не что иное, как материя. Получается, что

«МАТЕРИЯ, ЭТО ВСЁ ТО, ЧТО ИМЕЕТ СВОЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКУЮ ОБОЛОЧКУ».

Вот физическая суть материи. С помощью сил своей энергетической оболочки материя производит различные действия. Энергия это качественная и количественная характеристика действий материи или способности совершить эти действия. Гравитация, электрическая, магнитная энергия это характеристики сил объединяющих материю. Кинетическая энергия это характеристика движения материи. Материя и поле по сути два неразделимых понятия, по отдельности они существовать не могут. Одной из основных характеристик материи является масса тела. Масса тела – это характеристика, определяющая количество материи, содержащейся в этом теле. Я считаю, что при таком определении деление массы на пассивную, активную, инертную не имеет смысла. В этом пункте я не согласен с формулой Эйнштейна m=m₀/√1-v²/c². Артуром Комптон доказано, а опытами Вальтера Боте подтверждено, что количество материи в теле не зависит от скорости движения этого тела. При столкновении любых частиц, двигающихся с любой скоростью, закон сохранения импульса соблюдается. Эта формула Эйнштейна является результатом ошибочного решения, что свет это электромагнитные, нематериальные, волны. Сделаем небольшой обзор макро и микромира на предмет определения материальности космических тел. М. В. Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из корпускул – молекул, которые являются «собраниями» элементов – атомов. Космические тела; звёзды, планеты, кометы астероиды, космическая пыль и пр. Всё это, вещества, состоящие из молекул и атомов. Атомы состоят из ядра и электронов. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Все эти космические тела и частицы атома имеют свои энергетические поля, измерены их массы. Значит, они материальны. Следовательно, и элементарные частицы, из которых состоят все материальные тела, тоже материальны и должны иметь свои энергетические поля.

Время

В классической физике время – это непрерывная величина, априорная характеристика мира. «Время существует само по себе, отдельно от пространства и любых материальных объектов в мире. Время, как поток длительности, одинаково определяет ход всех процессов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени. Поэтому время в классической физике называется абсолютным. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью…».И. Ньютон. Я считаю, что Ньютон в определении времени несколько неточен. С тем, что Время существует отдельно от пространства я совершенно согласен, так как Пространство это характеристика Мира. «…время определяет ход всех процессов в мире» — пишет Ньютон. А если процессов нет? Тогда времени нечего определять. Значит время всё-таки не само по себе, а характеризует процессы, происходящие с материей, значит, время это одна из характеристик бытия материи. В качестве основы измерения используется некая, периодическая, последовательность событий, которая, признаётся «эталоном» промежутка времени. На этом основан принцип работы часов. Все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может. Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно. Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться. Каждому действительному числу может быть поставлен в соответствие момент времени, и, наоборот, каждому моменту времени может быть поставлено в соответствие действительное число.[Вик.] Таким образом, время образует континуум. Аналогично арифметизации (сопоставлению каждой точке числу) точек евклидового пространства, можно провести арифметизацию всех точек времени от настоящего неограниченно назад в прошлое и неограниченно вперед в будущее. Для измерения времени необходимо только одно число, то есть время одномерно. На ось времени нанизываются события. События это изменение состояния материи. Развитие событий можно измерять одним и тем же промежутком времени. Прежде всего, время характеризуется своей направленностью (см. «Стрела времени»). Однако, учёные поздних времён Хендрик Лоренс, Анри Пуанкаре, Альберт Эйнштейн, объединили время с ИСО и получили, что время в этих системах имеет начало и имеет конец, что скорость течения времени в разных системах отсчёта может быть разной. Также время существует в некоей системе отсчёта, которая может быть как неравномерная (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс) так и равномерная. Равномерная система отсчёта выбирается «по определению». В настоящее время таковой локально считается атомное время, а эталон секунды – 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Следует отметить, что это определение – не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами бытия материи, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики. Значит, одни события являются калибром других событий. Некоторые теории оперируют «мгновением», хрононом – мельчайшим, элементарным и недробимым «квантом времени» (~5,3×10⁻⁴⁴сек), что соответствует понятию «планковское время». [http://ru.wikipedia. org/wiki/%D0%92%D 1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F]. Свет за это время сдвигается на 1,6х10^-25Ȧ. Это такой промежуток времени, за который практически ничего не происходит. То есть эталоном времени является всё-таки событие. Следовательно, время это всё-таки плод человеческого творения.

ВРЕМЯ – ЭТО ОДНА ИЗ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ ОЧЕРЁДНОСТЬ, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ, ЦИКЛИЧНОСТЬ, СОБЫТИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ БЫТИЯ МАТЕРИИ.

Общие сведения

Элементарные частицы в точном значении этого термина – первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В понятии элементарные частицы в современной физике находит выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все известные свойства материального мира идея, зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его развитии. Со временем люди поняли, что открытые «элементарные частицы» вовсе не элементарные, но, не зная какие из всего этого скопа частиц являются элементарными, по-прежнему все частицы называли элементарными. Существование элементарных частиц физики обнаружили при изучении ядерных процессов, поэтому вплоть до середины XX века физика элементарных частиц была разделом ядерной физики. В настоящее время физика элементарных частиц и ядерная физика являются близкими, но самостоятельными разделами физики, объединенными общностью многих рассматриваемых проблем и применяемыми методами исследования. Главная задача физики элементарных частиц – это исследование природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц. Открытие элементарных частиц явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно было подготовлено всесторонними исследованиями оптических спектров атомов, изучением электрических явлений в жидкостях и газах, открытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности, свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи. В 60-70-е годы физики были совершенно сбиты с толку многочисленностью, разнообразием и необычностью вновь открытых субатомных частиц. Казалось, им не будет конца. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Являются ли эти элементарные частицы хаотическими и случайными осколками материи? Или, возможно, они таят в себе ключ к познанию структуры Вселенной? Развитие физики в последующие десятилетия показало, что в существовании такой структуры нет никаких сомнений. Понятие “Элементарные частицы" сформировалось в тесной связи с установлением дискретного характера строения вещества на микроскопическом уровне. Обнаружение на рубеже 19–20 вв. мельчайших носителей свойств вещества – молекул и атомов – и установление того факта, что молекулы построены из атомов, впервые позволило описать все известные вещества как комбинации конечного, хотя и большого, числа структурных составляющих – атомов. Выявление в дальнейшем наличия составных слагающих атомов – электронов и ядер, установление сложной природы ядер, оказавшихся построенными всего из двух типов частиц (протонов и нейтронов), существенно уменьшило количество дискретных элементов, формирующих свойства вещества, и дало основание предполагать, что цепочка составных частей материи завершается дискретными бесструктурными образованиями – элементарными частицами

История открытия «элементарных частиц»

Классификация

По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса: 1. бозоны – частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны). 2. фермионы – частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино); Спин это характеристика, отражающая внутреннее состояние элементарной частицы. По видам взаимодействий. Элементарные частицы делятся на следующие группы: Составные частицы. адроны – частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны – адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами; барионы – адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, – протон и нейтрон. Фундаментальные (бесструктурные) частицы. Лептоны – фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов. Кварки – дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии. Калибровочные бозоны – частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия: фотон – частица, переносящая электромагнитное взаимодействие; восемь глюонов – частиц, переносящих сильное взаимодействие; три промежуточных векторных бозона W⁺, W⁻ и Z⁰, переносящие слабое взаимодействие; гравитон – гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц. Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны – это кванты разных типов взаимодействий. Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально. Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. Однако, когда в 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что по крайней мере адроны обладают внутренними степенями свободы, то есть не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков. Таким образом, физики продвинулись ещё немного вглубь строения вещества: самыми элементарными, точечными частями вещества сейчас считаются лептоны и кварки?. Для них (вместе с калибровочными бозонами) применяется термин «фундаментальные частицы». Стандартная модель элементарных частиц включает в себя 12 ароматов фермионов, соответствующие им античастицы, а также калибровочные бозоны (фотон, глюоны, W– и Z-бозоны), которые переносят взаимодействия между частицами, и не обнаруженный на данный момент бозон Хиггса, отвечающий за наличие массы у частиц. Однако Стандартная модель в значительной степени рассматривается скорее как теория временная, а не действительно фундаментальная, поскольку она не включает в себя гравитацию и содержит несколько десятков свободных параметров (массы частиц и т. д.), значения которых не вытекают непосредственно из теории. Возможно, существуют элементарные частицы, которые не описываются Стандартной моделью – например, такие, как гравитон (частица, переносящая гравитационные силы) или суперсимметричные партнёры обычных частиц. Фермионы. 12 ароматов фермионов разделяются на 3 семейства (поколения) по 4 частицы в каждом. Шесть из них – кварки. Другие шесть – лептоны, три из которых являются нейтрино, а оставшиеся три несут единичный отрицательный заряд: электрон, мюон и тау-лептон.

Поколения частиц

Также существуют 12 фермионных античастиц, соответствующих вышеуказанным двенадцати частицам. Кварки и антикварки никогда не были обнаружены в свободном состоянии – это объясняется явлением конфайнмента. На основании симметрии между лептонами и кварками, проявляемой в электромагнитном взаимодействии, выдвигаются гипотезы о том, что эти частицы состоят из более фундаментальных частиц преонов. Строение и поведение элементарных частиц изучается физикой элементарных частиц.

Фермионные античастицы

Как видно из приведённого перечня, элементарных частиц множество. При делении или бомбардировке ядро атома распадается на нуклоны(составляющие ядра), перечень которых мы Вам поведали раньше. Здесь описания ещё ряда частиц, но эти частицы виртуальные. Не распадаются только электроны (позитроны), нейтрино и фотоны. Так может быть какая-то из этих частиц, которые не распадаются, и есть та самая элементарная частица, из которых состоит вся материя? Какая же из них самая элементарная? Вольфганг Паули “изобрел” частицу «нейтрино» для того, чтобы объяснить, куда девается часть энергии, выделяемая при радиоактивном распаде ядер с испусканием электронов. Такой распад называют бета-распадом. Масса нейтрино измерена. Массы покоя электронных нейтрино составляет примерно 6 ● 10^-32грамма. Так может быть нейтрино это и есть то, из чего состоит материя? Может быть нейтрино – элементарная частица материи? Однако нет. Мы знаем, что атом состоит из заряженных частиц, нейтрино же не имеет электрического заряда. Значит, нейтрино не может быть элементарной частицей материи. Электрон (позитрон) слишком массивен. На место частицы, из которой состоит материя, остаётся одна кандидатура, – фотон. Согласно Википедии Фотон – частица, переносящая электромагнитное взаимодействие. Итак, фотон это элементарная частица; но частица чего, – материи или поля?

Фотон (Рис. 8)

Фотон – самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов Первым, исторически зафиксированным сообщением о фотоне как о частице, было описание фотона в труде великого учёного и мыслителя Египта Ибн ал – Хайсама «Книга об оптике» в 1021 г. Ибн ал-Хайсам (965 – 1039), известный в Европе под именем Алхазена, не был физиком, и у него не было приборов для исследования света, но он был офтальмологом и исследовал самый совершенный световой прибор созданный природой – глаз животного и человека. В «Книге об оптике» учёный представил световой луч в виде потока мельчайших частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии». Заметьте, Ибн ал Хайсам связывает в одно целое материальную частичку, из которых состоит свет, и её энергию. Это в 1021 году! Какова сила и прозорливость мысли!!! Стремление понять физическую природу света было лейтмотивом всех исследований И. Ньютона. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет – это волны во всепроникающем эфире. Позже он отказался от этой идеи. Размышления привели Ньютона к представлению, что свет – это поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока они не встретят препятствия. Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения, и, правда, не без дополнительного предположения, закон преломления. У Ньютона нашлись противники, которые никак не могли примирить теорию Ньютона и волновые свойства света. Это и Христиан Гюйгенс и Томас Юнг и др. Окончательно волновая природа света утвердилась трудами Джеймса-Клерка Максвелла. В 1900 году волновая теория Максвелла, рассматривающая электро- магнитное излучение как колебания электрического и магнитного полей выглядела законченной. Однако некоторые эксперименты, проведённые позже, в рамках этой теории объяснения не нашли. Макс Планк фактически признал, что осциллятор, колеблющийся с частотой ν, излучает свет дискретными порциями (квантами), энергия которых пропорциональна частоте Е=hν. Полученную формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения абсолютно черного тела Планк доложил 19 декабря 1900 на заседании Берлинского физического общества. Этот день по праву называют днем рождения квантовой теории. Дальнейшие эксперименты показали, что эти световые кванты также обладают импульсом, (Но импульса без массы не может быть!) поэтому оказалось возможным рассматривать их как элементарные частицы электромагнитного поля. Фотон изначально был назван Альбертом Эйнштейном «световым квантом» (нем. das Lichtquant). В 1905 году Эйнштейн предположил, что квантование энергии – свойство самого электромагнитного излучения. Признавая справедливость теории Максвелла, Эйнштейн указал, что многие аномальные в то время результаты экспериментов могут быть объяснены, если энергию световой волны локализовать в подобные частицам кванты, которые движутся независимо друг от друга, даже если волна непрерывно распространяется в пространстве. Но всякие сгустки поля выравнивают свои характеристики до уровня характеристик основного поля. Поле собирается только вокруг материи (см. разд. материя). В 1909 и 1916 годах, Эйнштейн показал, исходя из справедливости закона излучения абсолютно чёрного тела, что квант энергии должен также обладать импульсом р=һ/λ. Импульс фотона был обнаружен экспериментально Артуром Комптоном, за эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1927 году. Сейчас фотон представляется так. Фото́н (от др. – греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») это элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Современное название, которое фотон получил от греческого слова φῶς, «phōs» («свет»), было введено в 1926 химиком Гилбертом Н. Льюисом, опубликовавшим свою теорию, в которой он высказал своё мнение, что фотоны это «несоздаваемые и неуничтожимые частицы». [Вик. http: ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A 4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD]. Считается, что фотон это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Справедливости ради стоит заметить, что хромодинамика наделяет фотон цветом (зарядом) в отличие от электродинамики. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая или левая поляризация электромагнитной волны. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны. В современной Стандартной модели физики элементарных частиц существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной калибровочной симметрии в любой точке пространства-времени. Этой же симметрией определяются внутренние свойства фотона, такие как электрический заряд, масса? (но частица же безмассовая!) и спин. Считается, что виртуальные фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами. Фотон это квант электромагнитной энергии волны света. Эйнштейном принято суждение, что фотоны не имеют массы покоя, что свет, как только зарождается, так и движется с постоянной скоростью и эта скорость является наивысшей скоростью Вселенной. Частота и длина волны светового излучения постоянны на всём протяжении его жизни. А как зарождается свет, откуда зарождается свет, какая сила двигает фотоны? Этого Эйнштейну не было известно. Что же мы имеем на самом деле. «Электрический заряд фотона также равен нулю». Этот пункт уже не соответствует современным данным. Уже известен заряд фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить заряд фотона равна 5×10⁻⁵²Кл (или 3×10⁻³³e). Уже подсчитана масса (количество материи) фотона. Наибольшая точность, с которой удалось измерить массу фотона, m=1,1×10⁻⁵²кг. (6×10⁻¹⁷эВ/c²или 1×10⁻²²m_e) то есть в электроне 10²²фотонов. [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE% D0%BD «Первая из элементарных частиц, у которой стало известно ее строение, – это частица фотон, состоящая из двух квантов – кванта электрического потока (1.602·10^-19 Кл) и кванта магнитного потока 2.068· 10^-15 Вб.» (Алеманов С.Б. «Теория поля»). Здесь мы видим прямое указание на присутствие электрического и магнитного поля. Присутствие магнитного поля у фотонов признаётся и квантовой теорией, но квантовая теория объясняет наличие магнитного поля вращением «спин» электрического поля. В 1924 году Вольфган Паули вводит в квантовую механику новую степень свободы, чтобы устранить имевшуюся несостоятельность в интерпретации наблюдаемых молекулярных спектров. Паули этот спин сам не наблюдал и ни в каких других опытах это явление не описывалось. Но Паули был мыслящий учёный и он пришёл к выводу, что существует ещё не известная степень свободы частиц. Этот вывод оказался правильным и определил дальнейшее развитие физики.

Строение атомов и принцип Паули

Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. Количество электронов в отдельном атоме равно количеству протонов. Так как электроны являются фермионами, принцип Паули запрещает им принимать одинаковые квантовые состояния. В итоге, все электроны не могут быть в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией (для невозбуждённого атома), а заполняют последовательно квантовые состояния с наименьшей суммарной энергией (при этом не стоит забывать, что электроны неразличимы друг от друга(?), и поэтому нельзя сказать, в каком именно квантовом состоянии находится конкретный электрон). Примером может служить невозбуждённый атом лития (Li), у которого два электрона находятся на 1s-орбитали (самой низкой по энергии), при этом у них отличаются собственные моменты импульса, и третий электрон не может занимать 1s-орбиталь, так как будет нарушен запрет Паули. Поэтому третий электрон занимает 2s-орбиталь (следующая, низшая по энергии, орбиталь после 1s). Эта степень свободы была в 1925 г. идентифицирована Г. Уленбеком и С. Гаудсмитом как спин электрона. Спин (от англ. spin – вращаться, вертеться.), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. (При введении понятия «Спин» предполагалось, что электрон можно рассматривать как «вращающийся волчок», а его Спин – как характеристику такого вращения, – отсюда название «Спин».) Спин называется также собственный момент количества движения атомного ядра (и иногда атома); в этом случае Спин определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике) Спин элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих обусловленных их движением системы. Спин измеряется в единицах Планка постоянной ћ и равен Jћ, где J – характерное для каждого сорта частиц целое (в т. ч. нулевое) или полуцелое положительное число, называемое спиновым квантовым числом (обычно его называют просто Спин). Соответственно говорят, что частица обладает целым или полуцелым Спин. Например, Спин электрона, протона, нейтрона, нейтрино, так же как и их античастиц, в единицах ћ равен ¹/₂, Спин и К-мезонов – 0, Спин фотона равен 1. Хотя у фотона (как и у нейтрино) нельзя измерить собственный момент количества движения, т. к. нет системы отсчёта, в которой фотон покоится, однако в квантовой электродинамике доказывается, что полный момент фотона в произвольной системе отсчёта не может быть меньше 1; это даёт основание приписать фотону Спин 1. Наличие у нейтрино Спин ¹/₂ вытекает, например, из закона сохранения момента количества движения в процессе бета-распада. Проекция Спин на любое фиксированное направление z в пространстве может принимать значения J, J – 1, …, – J. Т. о., частица со Спин J может находиться в 2J + 1 спиновых состояниях (при J = ¹/₂ – в двух состояниях), что эквивалентно наличию у неё дополнительной внутренней степени свободы. Квадрат вектора Спин, согласно квантовой механике, равен ћ²J(J+1). Спин частиц однозначно связан с характером статистики, которой подчиняются эти частицы. Как показал Паули (1940), из квантовой теории поля следует, что все частицы с целым Спин подчиняются Бозе – Эйнштейна статистике (являются бозонами), с полуцелым Спин – Ферми – Дирака статистике (являются фермионами). Для фермионов, например электронов, справедлив принцип Паули, для бозонов он не имеет силы. В математический аппарат нерелятивистской квантовой механики Спин был последовательно введён Паули, при этом описание Спин носило феноменологический характер. В действительности Спин частицы это релятивистский эффект (что было доказано П. Дираком). Спин это изобретение квантовой теории для объяснения наличия магнитного потока в атоме и различных частицах.[Вик. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D0%BD].А существует ли вращение элементарных частиц? Давайте рассмотрим такой простейший опыт. В «Оптике» есть закон отражения света. Он гласит, что падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к границе двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения. Ели бы луч света состоял из вращающихся в различные стороны квантов, то при контакте с отражающей поверхностью эти кванты разлетались бы в разные стороны и луч света превратился бы в пузырь света. Если бы луч света состоял из квантов, вращающихся в противоположные стороны перпендикулярные направлению их движения, то после контакта с отражающей поверхностью луч света бы раздвоился на два луча. Но ни того ни другого не происходит. Свет отражается по закону отражения, демонстрируя этим, что луч света состоит из невращающихся частичек (квантов), обладающих упругостью, но не обладающих вращением. Таким образом, всеми признаётся, что фотон обладает электрическим и магнитным монополями. Эксперименты Комптона показали, что энергия и импульс в элементарных процессах сохраняются всегда. Его расчёты изменения частоты падающего фотона в комптоновском рассеянии выполняются с точностью до 11 знаков. Одним из экспериментов, подтверждающим квантование поглощения света, стал опыт Вальтера Боте, проведённый им в 1925 году. В этом опыте тонкая металлическая фольга облучалась рентгеновским излучением (фотонами) низкой интенсивности. При этом фольга сама становилась источником слабого вторичного излучения. Исходя из классических волновых представлений, это излучение должно распределяться в пространстве равномерно во всех направлениях. В этом случае два счётчика, находившиеся слева и справа от фольги, должны были фиксировать его одновременно. Однако результат опыта оказался прямо противоположным: излучение фиксировалось либо правым, либо левым счётчиком и никогда обоими одновременно. Следовательно, поглощение и отражение идёт отдельными квантами. Опыт, таким образом, подтвердил исходное положение фотонной теории излучения, и стал, тем самым, ещё одним экспериментальным доказательством квантовых свойств излучения. [http://ru.wikipedia.org/wiki/% D0%91%D0 % BE%D1%82%D0%B5,%D0D0%B0%D0%46BB%D1%8%D1%82%D0%B5%D1%80].Опыт подтвердил: 1. материалистическую природу квантов материи. 2.Отсутствие у фотонов вращения.

Фотоны, как и всё сущее, обладает массой. Масса это мера энергии материи, если m=0, то какой бы ни была скорость движения этого нематериального фотона, энергия его будет равна нулю. Однако такого нет. Любой фотон обладает энергией. Александр Григорьевич Столетов провел (1888-90) цикл работ по изучению внешнего фотоэффекта, открытого в 1887 Генрихом Герцем. Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте. Явление фотоэффекта доказывает, что фотон обладает механической энергией. Значит, масса фотона не может быть равна нулю, а масса это признак, мера и свойство материи. Луч света отклоняется в гравитационном поле, значит, составляющие его фотоны имеют своё гравитационное поле, реагирующее на гравитацию. Гравитационное поле, как и любое другое поле это неотъемлемая принадлежность материи, это орудие действия материи. Наличие гравитационного поля у фотонов говорит о том, что фотоны, из которых состоит луч света, материальны. Поэтому-то до сих пор, не смотря на отчаянные многолетние старания учёных, не открыли гравитационных волн. Потоки излучений – вот гравитационные волны. В книге Пьера Лапласа “Изложение систем мира”, вышедшей в 1795 году изложено глубокое убеждение учёного в том, что тяготение действует на свет точно так же, как и на другие тела. Таким образом, уже П. Лаплас был убеждён в материальности фотона. Что фотоны материальные частицы доказывает и то, что свет создаёт давление на препятствия. Это свойство называется эффектом давления света. Оно было предсказано Максвеллом, а экспериментально доказано Петром Николаевичем Лебедевым. В 1899 году П. Н. Лебедев при помощи опытов подтвердил теоретическое предсказание Максвелла о давлении света на твердые тела, а в 1907 году – и на газы. За последнее столетие длительность года увеличилась на одну миллисекунду. Это является доказательством того, что солнечное излучение отодвигает землю от Солнца (увеличивает размеры орбиты). Энергия системы, излучающей фотон, уменьшается на величину Е=m_фс². Аналогично, энергия системы, поглощающей фотоны увеличивается на соответствующую величину. Из фотонов образуются все нуклоны и ядра и атомы и вообще вся материя. Об этом говорит процесс образования из фотонов электронно-позитронных пар § 3 Главы 2 учебника П.Е. Колпакова «Основы ядерной физики». А так как при этом фотоны образуют частицы, разные по знаку, но одинаковые по количеству материи в них содержащейся (массе), можно предположить, что и фотоны, имеющие разные знаки, имеют одинаковые массы. Но здесь мы сталкиваемся с одним парадоксом. Электрон состоит из квантов имеющих одинаковые электрические знаки. Следовательно, они должны отталкиваться друг от друга. Но не отталкиваются же! Если мала сила отталкивания, а преобладает сила гравитации, то, как в электроне, так и в позитроне находились бы кванты с разными знаками, и между ними не было бы разницы. Много времени я бился над решением этой загадки. Вдруг 27 мая 2016 г. меня как молниея ударила мысль. «А, если у одинаково электрически заряженных квантов, разнополюсные магнитные поля?» Читаю в ВИКИПЕДИИ о свойствах электрона: «Все электроны считаются одинаковыми по своим внутренним физическим свойствам» Это значит, что электрон является магнитным биполем! Вот она разгадка!!! То есть, в электроне имеются в равных количествах как кванты с южным, так и кванты с северным магнитными полюсами. В электроне только отрицательно заряженные кванты, а в позитроне – положительно заряженные кванты, но связаны они друг с другом магнитными полями разных знаков!!!. Как только набирается необходимое количество квантов (1х10²²ɣ), плотность и заряд образовавшейся частицы становится такой, что эта частица становится индивидуумом – элементарной частицей вещественной материи. Эта частица уже не вступает в реакции с квантами, и ведёт себя соответствующим элементарной частице образом. Но, если соединены кванты с разными магнитными полюсами, образуется магнитный поток. В этот магнитный поток попадают свободные кванты Согласно закона о взаимодействии магнитного потока и заряженной частицы, частица в этом магнитном потоке начинает вращаться. А это значит, что внутреннее вращение электрона (спин) имеет место. Фотоны – вот они, те кирпичики, из которых состоят все частицы и весь Мир. Всё очевидно, но почему-то все твердят на старый лад, что фотон это частица электромагнитного поля?! Вот как описывает, процесс образования элементарных частиц, например, доктор ф-м наук Я.А. Смородинский в работе «Законы и парадоксы элементарных частиц». «Если протон «осветить» пучком фотонов большой энергии, то при столкновении протона Р с фотоном γ может родиться новая частица – положительно заряженный пион (или π⁺ – мезон), а протон превратится в нейтрон N. Такую реакцию записывают в виде: γ + P →π⁺ + N. Похоже, что протон состоит из нейтрона и пиона. Однако при таком же столкновении может родиться нейтральный пион, а протон останется протоном: γ + P →π⁰ + Р. Эта реакция скорее указывает на то, что протон состоит из самого себя и нейтрального пиона. Мы говорим «самого себя» (хотя это и звучит глупо), так как протон в конце реакции остаётся совершенно таким же каким он был вначале, – частицы тождественны. Теперь всё напоминает сказку о неразменном рубле, который, сколько его ни трать, остаётся рублём. …. Сделав энергию фотона ещё больше,…мы обнаружим ещё более удивительные реакции: P + γ →Р + Р +^-Р. … Материальность фотонов полностью подтверждаются опытами Нобелевских лауреатов 2012 г. «Два независимо разработанных метода имеют много общего. Дэвид Вайнленд заключал в «ловушку» заряженные атомы (ионы), управляя ими и измерял их параметры с помощью света, то есть фотонов. Серж Арош пошел в обратном направлении: измеряемыми в ловушке оказались фотоны (частицы света), которые оказались там при прохождении сквозь нее атомов» http://www.bash.ru/index.php?Option =comconte nt&view=article&id=1036:-qq-&catid=64:2012-08-22-07-02-13&Itemid=. Фотоны это материальные частицы, имеющие наименьшие «калибровочные» характеристики, то есть, фотоны это элементарные частицы материи. Мы, всё-таки, пришли к тому пониманию, что фотон это материальная частица. И это не просто материальная частица, опыты показали, что фотон – это неделимая, т. е. элементарная, частица материи. Фотон это элементарная частица материи. Чтоб у нас не возникало путаницы, назовём элементарную частицу материи, из которой состоят космические тела «квантом материи». Излучение это исторжение материальным телом из себя своих квантов материи, а фотон это движущийся вне материального тела квант материи. Итак, мы выяснили, что же представляет собой материальная частица – фотон. Фотон это частичка, обладающая массой. Масса определяет количество материи этой элементарной частицы. Кроме того, что фотон имеет гравитационное поле, фотон проявляет и электрические свойства. Значит, у него имеется и такое поле. В природе имеются электрические заряды двух видов: – положительные и отрицательные; и кванты материи, как самые маленькие носители свойств материи, делятся на положительно заряженные и отрицательно заряженные кванты материи Рис 8. Фотон, также имеет и магнитное поле. Получается, что фотон это, всё-таки материальная частица. Фотон – это движущийся вне материального тела квант материи, имеющий массу 1,1×10⁻⁵² кг. Основу этой частицы составляет твёрдое ядро (об этом свидетельствует явление фотоэффекта и наличие такого космического тела как «чёрная дыра»). Он имеет гравитационное поле, электрическое поле (заряд фотона равен 5×10⁻⁵²Кл или 3×10⁻³³e) и магнитное поле. Британцы определили, что заряд магнитного монополя равен 5B/А. (магнетонам Бора на ангстрем), 2.068· 10 ^-15Вб определяет «Полевая физика». Это можно записать в виде такой энергетической картинки Е_ф=U+C+B+mc²:2. Здесь U – энергия гравитационного поля, C – энергия электрического поля, B – энергия магнитного поля, mc²:2 – «массовая» кинетическая энергия фотона.

Конец ознакомительного фрагмента.