Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Кванты действия и фотоны формируются проективными прямыми, выделенными из связок прямых, входящих в состав частиц материи: выделенная из связки прямая преобразуется либо в квант действия, либо в фотон.

Цель работы.

Цель работы – выявить объект, из которого образуются и кванты действия, и фотоны: этим единым объектом являются аффинно-проективные прямые (R_AР¹).

Содержание работы.

В первом разделе изложены основы проективной модели строения частиц материи.

Во втором разделе описан механизм образования квантов действия.

В третьем разделе описан механизм образования и структура фотона.

Постановка проблемы

Квант действия введен в теоретическую физику в 1900 году, однако до настоящего времени физическая природа кванта действия остается неизвестной. Необходимо получить ответы на следующие 5 вопросов:

1. почему частицы материи действуют друг на друга дискретными порциями?

2. почему эти порции – кванты действия – имеют одинаковую величину?

3. почему кванты действия имеют размерность момента количества движения?

4. почему величина кванта действия в 2 раза превышает спин частиц материи?

5. почему кванты действия проявляются в виде квантов энергии и импульса?

Столь же неясной остается структура фотона: «Какие элементы фотона отвечают за корпускулярные, а какие – за волновые свойства?». Иными словами: «Каким образом фотон порождает электромагнитную волну, и какие элементы структуры фотона определяют длину и частоту этой волны?».

Данная работа является прямым продолжением работ [1,2,3].

I. Проективная модель пространства-времени и частиц материи

1. Внутреннее и физическое пространства.

Предлагаемая модель исходит из гипотезы, что наряду с пространством-временем, существует внутреннее пространство, и это пространство является более фундаментальным. Все свойства пространства-времени обусловлены свойствами внутреннего пространства: пространство-время представляет собой числовое (арифметическое) описание математической структуры внутреннего пространства.

Внутреннее пространство имеет структуру 3-мерного вещественного аффинно-проективного пространства (R_AР³). Данное R_AР³-пространство описывается однородными аффинными координатами – четверками чисел, определенными с точностью до пропорциональности: четверки чисел, отличающиеся на один и тот же (не равный нулю) множитель, соответствуют одной и той же точке R_AР³-пространства.

Каждая такая четверка чисел описывает точку внутреннего R_AР³-пространства. Исключая из свойств данной четверки чисел свойство однородности, получим точки пространства-времени: пространство-время представляет собой множество тех же самых величин, которые описывают внутреннее пространство, с одним добавлением: пропорциональные величины соответствуют разным точкам пространства-времени.

Примечание. Свойство однородности проявляется в способности частиц материи пропорционально изменять пространственные и временную координаты, т.е. совершать инерциальное движение: наличие инерциального движения указывает, что частицы материи – это объекты внутреннего пространства (скоростей).

Пространство-время – это множество значений координат, описывающих внутреннее R_AР³-пространство, у которых сохранено только свойство аффинности.

Данное понимание природы пространства-времени объясняет, почему пространство-время имеет 4 измерения и является аффинным: оба эти свойства непосредственно следуют из определения пространства-времени.

Метрические свойства пространства-время возникли, когда в R_AР³-пространстве образовалась инвариантная S²-сфера: уравнение данной сферы равносильно уравнению, которое в 4-мерном аффинном пространстве задает псевдоевклидову метрику [1,2,3].

Необратимость времени обусловлена наличием в R_AР³-пространстве выделенной бесконечно удаленной плоскости х⁰ = 0: эта плоскость является недостижимой, поэтому частицы материи не способны пересечь ее и оказаться в области х⁰ ≤ 0 [1,2,3].

2. Строение частиц материи.

Все частицы материи устроены по единому плану: каждая частица обладает жестким керном в виде замкнутой поверхности, а также содержит связку R_AР¹-прямых, центр которой совмещен с центром данной поверхности.

Примечание. Керн и связка принадлежат внутреннему R_AР¹-пространству: керн и связка объединяются в частицу материи, когда керн оказывается в центре связки.

Из данной модели строения частиц материи вытекает существование 2-х классов частиц материи: обычной и темной. Причина в том, что имеется 2 класса замкнутых поверхностей: односторонние и двусторонние. Частицы обычной материи образованы на основе замкнутых односторонних поверхностей, а частицы темной материи – на основе замкнутых двусторонних поверхностей.

Отличие данных 2-х типов поверхностей состоит в том, что односторонние поверхности изменяют ориентацию и направление кручения пересекающих эти поверхности прямых, тогда как двусторонние поверхности – не изменяют.

В частицах обычной материи изменение ориентации и направления кручения имеет место, поэтому все R_AР¹-прямые приобретают по отношению к керну одинаковую ориентацию и одинаковое направление кручения: либо от керна, либо на керн.

Связки R_AР¹-прямых, ориентированных в одном направлении, формируют электрические заряды 2-х знаков: если все прямые связки ориентированы от керна, образуются (+) заряды, а если на керн – (-) заряды.

Примечание. Ориентированные R_AР¹-прямые находятся в состоянии вращения, за счет которого керны частиц обмениваются отрезками прямых, – данный обмен обуславливает электромагнитное взаимодействие [1,2,3].

Одинаково направленные моменты кручения составляющих связку R_AР¹-прямых порождают моменты количества движения, ориентированные во всех пространственных направлениях: множество всех таких моментов образует спин частицы [1,2,3].

Единичным эталоном для измерения спинового момента является момент, создаваемый крутящим моментом всей R_AР¹-прямой. В каждом направлении спиновый момент создается крутящим моментом одной половинки R_AР¹-прямой, поэтому проекция спина на каждое направление равна половине данного эталона, т.е. s = 1/2.

Двусторонние поверхности не инвертируют направления вращения и кручения: вокруг кернов частиц темной материи не образуется одноименное вращение и кручение связок R_AР¹-прямых, поэтому данные частицы не обладают ни зарядом, ни спином.

Вместе с тем, и односторонние, и двусторонние керны натягивают связки прямых: это натяжение придает частицам массу, – именно по этой причине частицы темной материи, как и частицы обычной материи, обладают массой [1,2,3].

Таким образом, проективная модель строения материи дает единое объяснение происхождению всех 3-х величин, которыми обладают частицы материи: масса, заряд и спин создаются натяжением, вращением и кручением связок R_AР¹-прямых.

II. Происхождение квантов действия

Квант действия образуется, когда одна из R_АP¹-прямых связки в составе частицы материи выделяется из связки и концы 2-х половинок этой прямой приходят в контакт друг с другом. В результате, моменты количества движения 2-х половинок R_АP¹-прямой (ориентированные навстречу друг другу) уничтожают друг друга: эти моменты аннигилируют и из них формируется новый физический объект – квант действия.

Данное понимание природы кванта действия объясняет, почему его размерность совпадает с размерностью момента количества движения и устанавливает величину кванта действия: поскольку квант действия формируется из 2-х спиновых моментов, величина кванта действия ℏ = s + s = 1/2 + 1/2 = 1.

В пространстве-времени квант действия проявляется в виде объекта, занимающего некоторую область в плоскости, образованной осью времени и пространственной осью, вдоль которой осуществляется данное действие. Эта область имеет вид параллелограмма со сторонами Δt ~ Δх⁰ и Δх ~ Δх¹. Распределение кванта действия вдоль временной стороны параллелограмма представляет собой «линейную плотность» ρ₀ ~ ℏ/Δt, а вдоль пространственной стороны – ρ₁ ~ ℏ/Δх¹.

Первая из указанных величин имеет размерность энергии ρ₀ ~ ℏ/Δt ~ ΔЕ, а вторая – размерность импульса ρ₁ ~ ℏ/Δх¹ ~ Δр. На основании этого можно сделать вывод, что объект, в который преобразуется квант действия в физическом пространстве-времени, является комбинацией энергии и импульса. Данная комбинация – это 4-вектор энергии-импульса (ΔЕ, Δр), поэтому релятивистски инвариантным выражением кванта действия является скалярное произведение ковариантного вектора энергии-импульса и контравариантного вектора пространства-времени:

ℏ ~ (ΔЕ, Δр)*(Δх⁰, Δхⁱ) ~ ΔЕ*Δt + Δр*Δх.

Примечание. Знак «+» получается, поскольку один из векторов является ковариантным, а другой контравариантным.

Данное понимание природы кванта действия позволяет простейшим путем получить соотношения неопределенностей [2].

Примечание. Квант действия – это скаляр, образованный из двух 4-векторов: вектора пространства-времени и вектора энергии-импульса. Точнее, вектор энергии-импульса получается в результате распределения кванта действия вдоль координат 4-вектора пространства-времени.

III. Фотоны – это свернутые в спирали R_АP¹-прямые

При поглощении фотонов, они преобразуются в кванты действия. Это позволяет предположить, что фотоны также образуются из R_АP¹-прямых. Однако, встает вопрос: «Если фотоны – это R_АP¹-прямые, то каким образом достигается стабильность фотона?».

Ответ состоит в том, что при образовании фотона, оторванные от керна концы R_АP¹-прямой не успевают прийти в контакт друг с другом (в этом случае образовался бы квант действия), а попадают на инвариантную S²-сферу внутреннего пространства, после чего обе половинки прямой наматываются на сферу в виде сферической спирали.

Параметры этой спирали определяют волновые свойства фотона, т.е. свойства сопряженной с фотоном электромагнитной волны:

1. спираль располагается на сфере, поверхность которой расширяется во всех направлениях со скоростью света: это определяет скорость распространения электромагнитной волны, равную скорости света (с),

2. спираль характеризуется шагом (а): величина этого шага определяет величину волнового вектора k = а, соответственно, определяются длина и частота связанной с фотоном электромагнитной волны: λ ~ 2π/а, ν ~ с/λ ~ са/2π,

3) спин фотона создается сложением крутящих моментов 2-х половинок R_АP¹-прямой, поэтому имеет величину s = 1/2 + 1/2 = 1.

При поглощении фотона, спиновые моменты 2-х половинок R_АP¹-прямой аннигилируют, что приводит к возникновению кванта действия и его преобразованию в кванты энергии и импульса, которые характеризуют корпускулярные свойства фотона.

Примечание Фотоны не обладают жестким керном, и их энергия и импульс имеют совершенно иную природу, чем у частиц материи.

Заключение.

Стандартная модель оставляет открытым вопрос: «Каким образом частицы, взаимодействуя друг с другом, «отмеряют» одинаковые по величине кванты действия, посредством которых осуществляют данное взаимодействие?». Проективная модель строения материи дает следующий ответ: «Кванты действия образуются в результате выделения R_АP¹-прямых из связок в составе частиц материи: каждая связка содержит бесконечное число таких прямых и все прямые являются одинаковыми».

Аналогичным образом, Стандартная модель считает фотон точечной частицей, что заведомо не позволяет понять происхождение корпускулярно-волновых свойств фотона.

В данной работе предпринята попытка выявить физический смысл кванта действия и понять структуру фотона. Предлагается модель, в которой оба эти объекта порождаются одним и одним и тем же элементом – R_АP¹-прямыми внутреннего пространства, выделенными из связок в составе частиц материи.

Отличие между квантами действия и фотонами состоит в том, что в случае квантов действия происходит немедленная аннигиляция крутящих моментов 2-х половинок выделенной прямой, а в случае фотонов эти половинки образуют спираль, намотанную на неподвижную S²-сферу внутреннего пространства.

Итак, ответ на поставленный в заглавие вопрос заключается в следующем: «Кванты действия и фотоны образуются из R_АP¹-прямых, выделенных из связок прямых в составе частиц материи».

Выводы.

1. Кванты действия образуются в результате аннигиляции крутящих моментов 2-х половинок R_АP¹-прямых.

2. Фотоны образуются в результате спиралевидного наматывания R_АP¹-прямых на инвариантную сферу внутреннего R_АP³-пространства.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Проективное миропознание // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28296, 22.01.2023

2. В.А. Шашлов, О природе электромагнитного поля // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28327, 08.02.2023

3. В.А. Шашлов, Единая природа массы, заряда, спина, квантов действия и квантов света // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28347, 22.02.2023

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]