close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Некоторые противоречия в современной космологии и обшей физике

код для вставкиСкачать
В статье в сжатом виде рассмотрены некоторые противоречия современной космологии, которые несомненно сопряжены с противоречиями в общей физике, квантовой механике и физике элементарных частиц. Показана возможность их устранения на основе признания
УДК 52.
НЕКОРОРЫЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ В СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ И ОБЩЕЙ
ФИЗИКЕ
П. Д. Шпаков
В статье в сжатом виде указаны отдельные противоречия в области физики, которые следует
тщательно проанализировать. Показаны возможные пути устранения этих противоречий .
Начнём исследование источников противоречий, с космологи, где эти противоречия особенно
контрастны. Сейчас господствует теория Большого Взрыва (БВ) и концепция стабильности мировых констант (СМК). Рядом с ними стоит концепция энергии вакуума, энергия пространства
(ЭП), правда, с неопределёнными физическими параметрами.
БВ подтверждается его сторонниками на основе наблюдаемого сдвига спектров в красную область, в зависимости от расстояния до объектов наблюдения в космосе, а скорость разбегания галактик объясняется на основе эффекта Доплера. Стабильность констант за космологическое время тоже подтверждена наблюдениями, [1]. Но теория БВ и СМК принципиально не совместимы по
указанным ниже основаниям. Если существует явная ЭП (фона), то она обязательно взаимодействует тем или иным способом с наблюдаемой материей и может объяснить СМК. Есть веские
предпосылки искать величину ЭП на основе явлений её взаимодействия с наблюдаемой материей
и еще заманчивее – увидеть её в величинах физических констант, с помощью которых описывается это взаимодействие.
Начнём с исследования природы и величины скорости света (СС). Скорость всякого волнового
процесса в среде определяется физическими свойствами среды, в которой он распространяется. У кого-то есть возражения? Полагаю, возражений нет. Следовательно, и «пустое пространство»
не пустое, а явный физический объект с явно наблюдаемыми физическими параметрами, величины которых проявляются в СС, их всего лишь предстоит согласовать с её величиной. Эти параметры естественно должны быть как-то связаны с ЭП. Наличие энергии в пространстве подтверждается и так называемыми нулевыми колебаниями, нулевыми энергиями, [7]. Немыслимо существование частиц, не связанных со средой, с энергией фона, с ЭП.
Следующий вывод: так как наблюдется постоянство СС во Вселенной вне области сильных
гравитационных полей, то пространство по большим масштабам следует признать физической системой, находящейся в состоянии термодинамического равновесия (ТДР). Такое заключение о
пространстве, как явной физической среде подтверждается и тем, что скорость волновых процессов в нём не зависит от скорости источника этих волн, как и скорость звука в воздухе не зависит
от скорости источника звука. В природе наблюдается только эффект зависимости наблюдаемой
частоты от относительной скорости между приёмников и излучателем. Так как мы понимаем ЭП
как явную энергию с явными свойствами, предлагаем её рассматривать в рамках классической
термодинамики при вычислении СС. Для вычисления скорости звука принимается условие, что
изменения давления P происходит без учёта отвода тепла. Этому условию соответствует соотношение PV γ = cоnst, где V – объём, а γ – постоянная, определяющая соотношение теплоёмкостей
газов, γ = ср/сv , ср– теплоёмкость при постоянном давлении, сv – теплоёмкость при постоянном
объёме. На основании этих соображений Лапласом выведено уравнение, связывающее скорость
звука сз с величинами γ, P и ρ, где ρ – плотность :
сз2 = γP/ρ (1).
Умножая числитель и знаменатель правой части (1) на V, получим γP V = γNkT и ρV = Nm– массу
газа, произведя сокращение, получим: сз = ( γkT/m)0,5. Для удобства дальнейшего анализа перейдем на шкалу энергий, и, помня, что E = (3/2) kT и γ =5/3 для одноатомных сред, носители энергии
которых не имеют внутренних степеней свободы, получим: сз = ( 10/9· E/m)0,5. Для скорости света эта формула примет вид:
с = ( 10/9·R∞hc /mpt )0,5 (2)
Все рассуждения о скорости звука взяты автором из [2 ].
Анализ величин всех констант показывает, что наблюдаемой величине скорости света соответствует величина энергии Е = R∞hc – Ридберг , и термодинамическая масса Планка m pt (термин автора). Эта масса связана с энергией Ридберга по форме: R∞hc = 0,5 mpt v2; v – среднеквадратичная
скорость. Отношение квадрата этой скорости к квадрату скорости света, звуковой скорости, в термодинамике равно 1,8, поэтому R∞hc = 0,9 mpt с2. Кажущаяся подгонка в формуле для скорости
1
1
света в выборе величины энергии Ридберга как ЭП устраняется, например, на основе установления
величины постоянной тонкой структуры и принципа ТДР пространства: R∞hc = 0,5 mе (vе)2. Отношение vе /с = α, α – постоянная тонкой структуры, mе – масса электрона, vе – скорость электрона
по условиям ТДР.
Массу mе можно вычислить из анализа размерности квадрата заряда как произведение энергии на длину: e2 = E L = hνL = ħ2πνL, но 2πνL имеет размерность некоторой скости v. Поэтому
можем записать e2 = ħv. Если эта скорость соответствует скорости частицы в состоянии ТДР с
пространством, тогда есть возможность вычислить массу этой частицы m = 2 R∞hc ħ2/e4 = mе.
Иной вариант вычисления массы mе = (2 R∞hc/с2 )( α -1)2. Но раскрывая природу α = vе/c, опять получим R∞hc = 0,5 mе (vе) 2. Теперь решается опрос и с соотношением констант e2 = α ħc . Выше мы
имели e2 = ħv, это же мы получим, если в предыдущее соотношение подставим значение α. Уяснение физической природы констант проясняет сознание и запрещает бессознательное использовать как равенство e2 = α ħc, так и величину α в явлениях, далеко отстоящих от массы электрона.
Квадрат заряда, как сказано выше, имеет размерность произведения энергии на длину, фактически е2 = 2 R∞hc ао, где ао – радиус Бора. Используя логику обменных процессов для электродинамики по Фейнману, в котором элементарный обменный импульс в нашем варианте рэ = R∞hc/с ,
и сила взаимодействия зависит от количества этих импульсов – от расстояния r между частицами,
тогда закон Кулона в квантовой форме приобретает вид: сила F = 2 R∞hc ао,n1 n2/r2, n1, n2 – числа
элементарных «зарядов» в каждом из заряженных тела, r – расстояние между заряженными телами. Этот вариант изложен в [3]; он выгодно отличается от варианта Фейнмана, во-первых, тем, что
обменный импульс приобретает связь с конкретной наблюдаемой величиной R∞hc , а не с виртуальным фотоном; во-вторых, тем, что в варианте Фейнмана не учитывается ответная реакция частицы на удар виртуального фотона. Учёт ответной реакции зависит от масс взаимодействующих
частиц, поэтому вариант Фейнмана применим только для частиц с равными массами, [3].
Рассмотрение физической природы радиуса Бора покажет нам ещё раз правомерность выбора энергии Ридберга в качестве ЭП на том основании, что мы в данном случае введём в круг объектов рассмотрения постоянную Планка h в варианте уравнения де Бройля, определяющего длину
волны частицы λ = h/mv. Из условий ТДР R∞hc = 0,5 mе v2 вычислим величину v и вставим в уравнение де Бройля для определения длины волны электрона. Эти вычисления нам покажут: λ = 2πао.
Это знают все физики, но странным образом не видят в этом факте проявления ЭП. Уравнению де
Бройля соответствует и длине волны частицы с массой, равной mpt . В данном случае скорость
частицы равна скорости света, поэтому длина волны этой частицы λ = h/mpt c · 0,9 = R-1∞, она равна обратной величине постой Ридберга, имеющего размерность обратной длины.
Масса-энергия протона также согласуется с ЭП; она представляет собой квадратично сжатый исходный квант R∞hc. : (λ∞ /(2π))/ (λ с,р// 2π )0,5 = 1,00008, здесь λ∞ = R-1∞, – длина волны Ридберга, λ с,р – длина волны Комптона протона, λ с,р = h/mp c . Эта трансформация ЭП в элементарные
частицы происходит в сильных гравитационных полях, [8]. Величина ЭП также позволяет согласовать время жизни свободного нейтрона с размерами пространства, где сосредоточена его энергия.
В [4, 11] показано, что поглощение свободным нейтроном ЭП приводит к его распаду, при
котором среднее время жизни нейтрона согласуется со средним радиусом нейтрона. Такая трактовка явления распада нейтрона расходится с существующими теориями, но существенно укрепляет позицию автора о всеобщем влиянии ЭП на все физические явления, начиная от колебаний
поверхности Солнца [9], до величин масс элементарных частиц. Чтобы не быть голословным в
таком важном заявлении, приведём вычисление, показывающие согласование времени жизни
нейтрона τβ с предполагаемым радиусом частицы, поглощающим эту энергию. Распад нейтронов
во времени соответствует закону: N = N0 е - λt , N - количество ещё не распавшихся нейтронов (n) в
момент t, N0 - количество n в момент t = 0, λ - постоянная, характеризующая скорость распада.
Выше принято считать распределение частиц по энергиям, являющихся носителями ЭП, соответствующим распределению Максвелла и удовлетворяющим требованиям статистической механики.
Эти условия показывают, что в малых объёмах пространства плотность энергии не является постоянной, из-за этого взаимодействие частиц носителей энергии пространства с элементарными
частицами носит флюктуационный характер, [12]. Поэтому выход частиц распада тоже будет
иметь некоторый статистический характер по времени выхода и по энергии частиц, продуктов
распада, что подтверждается наблюдениями. Однако среднестатистические параметры явления
распада должны соответствовать принятым уровням энергии и времени жизни. Так как нам изве2
2
стен уровень ЭП и время поглощения этой энергии τβ некоторой сферой, то можно вычислить радиус этой сферы. Если радиус сферы не будет значительно выходить за пределы принятых выше
размеров, то принятая автором гипотеза может стать предметом научного анализа.
Распад нейтрона принято описывать схемой: n → p + e- + mν + E -, здесь mν обозначает
массу антинейтрино. Разность масс mn – mp = 1,293332 МэВ. Эта энергия в нейтроне находится в
подбаръерном состоянии. Вычитая из этой массы массу электрона mе , получим энергию распада
E- = 0,78233 МэВ, которую необходимо затратить для преодоления барьера.
Величина поглощённой энергии Е- = Е0 τβ S , где Е0 это поток ЭФП на единицу площади в секунду и площадь S = 4π r2. Энергия, поглощаемая нейтроном Е - = E0 τβ 4π r2. Время жизни свободного нейтрона τβ = 881,6 с, [10]. При величине ЭП R∞hc = 2,179872325 ∙10-18 Дж на один носитель это
соответствует удельному потоку энергии Е0 = 6,960458307∙1012 Дж с-1 м-2. ( Этот полок энергии
можно вычислить путём перехода на шкалу температур Е0=(3/2)kT , Е0 = σT 4, где σ,T – постоянная СтефаБольцмана
и
температура,
соответственно).
Энергия для распада нейтрона равна
E- = 0,78233 МэВ =1,25338277∙10-13 Дж. Эту энергию получает нейтрон для высвобождения электрона из подбаръерного состояния при взаимодействии с ЭП. Согласно принятым условиям и
предположению о непрерывности потока энергии,
радиус поглощающей сферы
r = (E- / E0 τ β 4π)1/2 = 1,274∙10-15 м. При вычислении энергии β+ – и α-распадов, рассмотренных в
[4] , средний радиус частиц принимался равным 1, 2∙10-15 м. Но это значение радиуса соответствует условиям «упаковки» частиц без пустот.
Как показывает анализ соотношений энергий связи и разностей масс при β-–распадах, эта
разность между исходными и дочерними ядрами всегда равна энергии распада нейтрона, [11], следовательно, помимо прочих условий ЭП принимает участие и в явлениях распада ядер. Время
жизни нейтронов в ядрах отличается от τβ потому, что внутринние потоки энергии в ядрах определяются их структурами и не соответствуют потокам вне зоны ядер. Эти результаты показывают,
что как бы не была фантастична гипотеза автора по распаду n с современной точки зрения, но она
может стать предметом научного обсуждения: автор использовал для этого расчёта только данные
многочисленных экспериментов и не внёс для согласования величин радиусов экзотических частиц и взаимодействий.
Эти два факта: связь массы протона с ЭП и согласование времени жизни свободного нейтрона с
его средним радиусом очень огорчат сторонников кварковой структуры частиц. Напрашивается
вывод, что кварковая теория частиц может быть не состоятельна, а структуры протонов и
нейтронов проще, чем предлагается в кварковом варианте. В [11], глава V, также показана возможность согласование масс нескольких десятков мезонов и гиперонов на основе четырех инвариантов без использования гипотезы кварков.
Таким образом, наблюдаемое постоянство констант во времени, [1], и их явная связь с
энергией среды, ЭП, показывает, что расширения пространства и БВ не было! И это очевидно
из следующих соображений. В термодинамике есть уравнение, связывающее давление P, объём V
и энергию U:
PV = (2/3)U,
(3).
2
Давление Р = (2/3)ρ(mv /2), ρ – удельная плотность носителей энергии среды, при уменьшении
которой согласно (2) должна уменьшится удельная плотность энергии и, следовательно, уменьшится скорость света, так как энергия среды определяет величину её скорости. В противном случае с течением времени поменялась бы вся Вселенная, все константы и даже у нас на Земле за два
миллиарда лет, но ничего этого не наблюдается, [5]. По какому закону не менялось бы соотношение величин в (3): по степенному, логарифмическому, или иному другому, увеличение объема –
расширение Вселенной неизбежно привело бы к изменению величин мировых констант.
При наличии ЭП в пространстве ему присуще изотропность в широком смысле, в том числе,
появление частиц электронов и протонов только соответствующих величине этой энергии.
Принятие идеи наличия ЭП, как видим, соответствует СМК во Вселенной, а идею БВ может отнести в мир научных фантазий. Представление о константах, никаким образом не связанных между
собой и пустом пространстве анти-логично, противоречит наблюдаемым данным. Если бы каждая
константа была вещью в себе, не имела бы причинно-следственной связи с другими константами,
то не соблюдался бы закон сохранения энергии при переходе одного вида взаимодействия в другой вид. Связи констант рассмотрены в статье Л. Б. Окуня, [6]. Однако там не исследовалась природа скорости света и не сделан вывод о фундаментальных свойствах ЭП и вообще – не высказано
3
3
предположение о её наличии в пространстве. В той статье рассмотрена формальная численная
связь констант и отсутствует логика, поясняющая эти связи.
Применение классической термодинамики для целей анализа свойств Вселенной и системы
констант, как видим, даёт весьма убедительный результат. Коэффициенты 5/3 , 1,8 и другие, взятые из классической термодинамики, дают впечатляющее совпадение с наблюдаемыми данными.
Свет – своеобразный звук, а величины всех констант – свидетель ТДР и наличия энергии в пространстве. Гравитационные волны не спасают теорию, на основе которой они объясняются, их
проще и естественнее интерпретировать как колебание плотности ЭП в пространстве и времени.
Объяснению сдвигу спектров в красную область следует искать иное толкование и не сводить
только к эффекту Доплера и расширению пространства.
Судьбоносный эксперимент Майкельсона интерпретирован ошибочно: в замкнутой инерциальной системе не действует закон Доплера. В установке отдельные части прибора не двигались одна относительно другой. При постановке этого эксперимента предполагалось, что Земля
движется относительно неподвижного эфира, а частицы представлялись в виде мельчайших круглых булыжников. Но такое предположение неизбежно приводит к выводу о невозможности длительного движения из-за эффекта трения со средой. Все движения во Вселенной давно бы замерли. Фактически же частицы являются волновыми объектами; они движутся не через среду, а в
среде, как волновые объекты среды. Это показано, например, при вычислении длины волны электрона. Всякая частица проявляет волновые свойства из-за взаимодействия с ЭП.
Когда среда движется относительно материальных частиц, или наоборот – частицы ускоряются относительно среды, возникают ускорения частиц, из-за того, что их физические поля, имеющие протяженность в пространстве, распределены в среде, в пространстве, наполненном энергией. На этом основании можно считать гравитационное поле как движение ЭП к центру гравитации. Такое понимание гравитации подтверждается теми фактами, что скорость падения не зависит от массы падающих тел, а также искривлением лучей света в этом поле и гравитационным
красным смещением спектров, возникающим из-за того, что волновой процесс движется навстречу потоку. В сильных гравитационных полях происходит превращение этой энергии в элементарные частицы, что подтверждается наблюдениями [8].
Если материальная система инерциальна, не испытывает ускорений, то она движется синхронно со средой (невесомость). Пассажиры воздушного шара не чувствуют ветра, несущего их шар.
Инерционность – квантовое явление, при изменении скорости, согласно уравнению де Бройля,
происходит изменение длины волны частиц, что ведёт к изменению массы-энергии частицы [3]. В
системах, подвергаемых ускорениям, сдвиг частот наблюдается, наблюдается он и в гравитационном поле нашей планеты. По звёздной аберрация можно установить относительное движение и
вращение Земли в пространстве.
Цитированная литература
1. Варшалович Д. А., Левашов С. А., Потехин А. Ю., Проверка неизменности фундаментальных
констант за космологическое время, УФН, Т.163, № 7,1993.
2. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, Т. 3-4, «МИР», Москва,
1977, с. 397.
3. Шпаков П. Д., Скорость света – ключ к разгадке тайн Вселенной, Интернет.
4. Шпаков П. Д., Природа ядерных сил противоречит теории нейтронных звёзд, Интернет.
5. Петров Ю. В., Естественный ядерный реактор Окло, УФН, Т. 123, № 11,1977, с. 485.
6. Окунь Л. Б., Фундаментальные константы физики, УФН, Т. 161, № 9, 1991.
7. Ципенюк Ю.М., Нулевая энергия и нулевые колебания: как они обнаруживаются
экспериментально, УФН, Т. 182, №8, 2012.
8. Шпаков П. Д., О физических явлениях, порождающих избыток позитронов в пространстве,
(Интерпретация результатов экспериментов AMS-02 и «РАДИОАСТРОН»), Интернет.
9. Шпаков П. Д., О физической природе колебаний поверхности Солнца, Интернет.
10. Письма в ЖЭТФ, Т. 25, вып. 3, 2012 , с. 248-252.
11. Шпаков П. Д., О физическом пространстве, Санкт-Петербург, 2008, с. 109-110.
12. Радушкевич Л. В., Курс статистической физики, издание второе, «ПРОСВЕЩЕНИЕ», Москва,
1966, Глава II, § 10.
4
4
Значения мировых констант, используемых при вычислениях, по данным на 2010 год
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Скорость света с = 2,997 924 58 · 1010 cм/с.
Постоянная Планка ħ = 1,054 571 800 · 10 -27 эрг · с.
Постоянная тонкой структур α-1 = 137,035 999
Квадрат элементарного заряда е2 = 2,307 077513 · 10 -19 эрг · см.
Энергия Ридберга R∞hc = 2,179 872325 · 10-11 эрг.
Масса электрона me = 9,109 383 56 · 10-28 г.
Масса протона mp = 1, 672 621898 · 10 -24 г.
Радиус бора ао = 0,529 177 210 · 10-8 см.
Средний радиус нейтрона, согласующийся с временем его распада, rn = 1, 27 · 10-13 cм.
Термодинамическая масса Планка mpt = 2, 694 92 7 85 · 10 -32 г.
Примечание: константы по пунктам 9 и 10 введены автором.
5
5
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа