| | Произведение «Строение Вселенных» (страница 1 из 7) | Предисловие: Все, изложенное в статье - только мысли и представления автора, базирующиеся на данных современной науки и не претендующие на истину в последней инстанции. Текст рассчитан на читателя, хотя бы немного знакомого с постулатами квантовой физики.
Чтобы понять, как устроена Вселенная нужно перейти от миллиардов огромных солнц и галактик, разбросанных на гигантские расстояния, к микроскопическим атомам и частицам из которых состоит весь окружающий нас Мир в том числе и мы с вами.
Наша Вселенная - это одномоментный слой, подвергшихся коллапсу (декогеренции) "комплексных амплитуд вероятностей" волновых функций физического вакуума на поверхности расширяющегося пузыря Пространства. Декогеренции соответствует возникновение запутанности между конкретным квантовым объектом и окружением. Т.е. "материальная" реальность возникает в момент «взаимодействие» квантовой системы с наблюдателем. Т.к. ни в прошлом, ни в будущем наблюдателя нет, то и реальность там отсутствует. Имеется ввиду "наблюдатель" из нашего момента Вселенной. И если в прошлом или будущем есть "наблюдатели из других миров", то там так же возможно существование Вселенных недоступных нашему восприятию. Возможно они и есть та тёмная материя и энергия. Так как все эти Вселенные состоят из сдвинутых во времени слоёв единого "нашего" Пространства.
Рассмотрим некоторые физические понятия в интерпретации автора:
Время - мера продолжительности происходящих в Пространстве процессов. Понятие, помогающее воспринимать причинно следственные изменения реальности, как непрерывную цепь событий. Мы существуем в "миге" между прошлым - (отпечатками череды прошлых "мигов" в нашей памяти) и будущим, которое еще не существует, но предопределено изменениями на квантовом уровне при взаимодействии всех частиц, составляющих нашу реальность. Или, исходя из теории корпускулярно-волнового дуализма, где материя: и вещество, и поля описываются, и как волны, и как корпускулы, момент "сейчас" - это непостижимо краткий миг в котором во всей Вселенной уже произошли все причинные взаимодействия (включая "последнее"), но еще не наступило "ближайшее" следственное изменение, т.е. мгновенный слепок совокупности всех взаимодействующих между собой волн реальности. Минимальный (планковский) сдвиг (расширение) пространства на 1,616 х10 в - 35 степени метра за 5,4 х 10 в -44 степени секунды , при котором происходит минимальное изменение в структуре материи - это Квант Пространства - Времени. Хотя теория относительности и позволяет математически возвращаться назад во времени, но второй закон термодинамики - рост энтропии, и принцип причинности запрещают этот процесс. При возрастании искривления пространства,трактуемого, как увеличение гравитации, возникает процесс "спагетизации", удлиняющий материальные объекты при одновременном возрастании их массы за счёт увеличения площади взаимодействия с полями Хиггинса. Это и некоторые другие изменения в вещественной материи, являющейся по сути квантами поля Пространства - времени оказывает сопротивление квантовым процессам между частицами, увеличивая время взаимодействия. Примерно как замедляется поток фотонов в плотной среде. При максимально искривлённом - сжатом Пространстве любое движение материи не возможно, а следовательно наступает стазис, и понятие времени, как меры длительности событий, перестаёт быть применимым.
Пространство - область в которой определяется положение физических тел, состоящих из волновых колебаний ткани Пространства. В Пространстве происходит движение, этих волновых объектов, воспринимаемых нами, как физические материальные тела. Их геометрическое перемещение и механическое взаимодействие. Само по себе Пространство - это объем, занимаемый Физическим вакуумом, состоящим из виртуальных частиц, в пределах которого происходит осуществление слабых, сильны, электро-магнитных, глюонных и гравитационных взаимодействий всей существующей материи. Пространство пронизано полями Хигса, движение в которых сообщает материальным частицам массу. Так как расширение Пространства не обладает обратной симметрией, то и обращение вспять происходящих во времени изменений материи практически не осуществимо. Инфляция пространства в начальный момент рождения Вселенной, при возникновении частиц и античастиц с последующей их аннигиляцией, позволила сместить равновесие в пользу положительной материи из которой наш Мир и сформировался.
Частицы - это "рябь" поля физического вакуума, вызванная флуктуациями. Их энергетическая поляризация, способствующей рождению материальных частиц из виртуальных.
Материя - кванты полей Пространства. Материальное вещество формируется из частиц Пространства при участии бозонов, переносящих взаимодействие. Эти частицы - протоны и нейтроны, состоящие из кварков и нейтрино, склеенных глюонами, а так же электроны. Этот набор называют первым поколением, есть ещё второе и третье, тоже состоящие из кварков, но уже других и вместо электрона там мюон и тау-лептон. Материальные частицы, возникая из виртуальных, энергетически обедняют структуру окружающего Физического вакуума. В низко энергетическую область устремляются другие виртуальные частицы создавая видимость гравитационного притяжения. Этот процесс хорошо иллюстрирует опыт Казимира с двумя притягивающимися друг к другу металлическими пластинами в вакууме Так как эффект гравитационного воздействия приписывается так же и "тёмной материи", но других её проявлений не наблюдается, то предполагают, что ускоренное расширение Пространства под влиянием массы "тёмной" материи и "тёмной" энергии, вызывают заполняющие Вселенную поля ещё не открытых четырёх бозонов Хиггса.
Чем плотнее частицы материи соединяются вместе, тем сильнее энергетически "обедняется" эта область вакуума и тем меньше в ней происходит изменений и взаимодействий, время как бы "замедляется", а "гравитация" растёт. Подобное явление наблюдается при приближении к центру чёрной дыры, где формируется Сингулярность. При плотности материи 10 в 94 степени никакие события в ней невозможны.
Физический вакуум - в квантовой теории определяется как наинизшее энергетическое состояние, в котором отсутствуют все реальные частицы, но есть виртуальные частицы и поля. Небытие как отсутствие и частиц, и поля невозможно. В вакууме происходят физические процессы с участием уже не реальных, а короткоживущих (виртуальных) квантов поля. В вакууме равны нулю только средние значения физических величин: напряженности полей, числа электронов и т.д. Сами же эти величины непрерывно флуктуируют (колеблются) около средних значений. Причиной флуктуаций является квантово-механическое соотношение неопределенностей, описанных Гейзенбергом. Наличие квантовых флуктуаций в вакууме приводит к тому, что вакуум больше не является пустым пространством, каким он был в классической теории. Например, в квантовой электродинамике вакуум "мигает" появляющимися полями, "кипит" рождающимися на короткое время электрон-позитронными парами. Такие поля и частицы принято называть виртуальными. Такое состояние вовсе не обязательно соответствует пустоте: поле в низшем состоянии может быть, например, полем квазичастиц в твёрдом теле или даже в ядре атома, где плотность чрезвычайно высока.
"Если ядро атома увеличить до размеров апельсина, то электронное облако будет находится от ядра на расстоянии нескольких км. Пустота между ядром и электроном и есть физический вакуум, который на много более пустой,чем космический. Его представляют в виде пены, пузырьки которой заполнены виртуальными частицами с отрицательной энергией. Вакуумная пена виртуальных частиц - "кипящее море Дирака" обладает огромной плотностью. Один кубический сантиметр весит 10 в степени 93 граммов. Эту гигантскую цифру легче прочувствовать, если представить, что в одном кубическом микроне спрессованы десятки триллионов Метагалактик! Бесконечно большая плотность физического вакуума порождает бесконечно сильное гравитационное поле, которое так искривляет пространство, что энергия вакуума оказывается как бы закупоренной в ячейках «пены». Поэтому мы и не можем обнаружить ее никаким прибором — вакуум выглядит для нас пустым. В сравнении с гигантской плотностью вакуума теперь уже обычная наша материя выглядит бесконечно разреженной, почти пустой!"
Свойство квантового вакуума радикально отличаются от свойств пустого пространства. Не исключено, что наша Вселенная (а возможно, и множество других вселенных) порождена из физического вакуума в результате спонтанного нарушения его симметрии.
С современной точки зрения, самое симметричное состояние материи – это физический вакуум. Случайно образовавшаяся из физического вакуума часть менее симметричной фазы материи будет иметь меньшую симметрию и более низкую энергию, в связи с чем, она неизбежно станет разрастаться. Высвобождающаяся энергия используется в процессах рождения частиц. Не исключено, что Вселенная возникла в результате рождения частиц из физического вакуума при поляризации его гравитационным полем, которое порождается этими же частицами («самосогласованная модель Вселенной»). Если это так, то физический вакуум является объединяющим началом и источником существования бесконечного множества всевозможных миров. Речь идет о Физическом вакууме, вещественном, материальном и, не исключено, что существуют другие миры с различным вакуумом (принцип неисчерпаемости материи), и, может быть, наш мир один из них.
Темная материя и Темная энергия - это, возможно, проявление гипотетических частиц супер симметричных фермионам и бозонам. Возможно наша Вселенная находится внутри сингулярности Титанической Черной Дыры. Таким образом - наш Мир - лишь "туман", "испарившихся" из Физического вакуума виртуальных частиц, ставших в результате энергетической поляризации реальными частицами. Или просто "пар" внутри "плотной" субстанции Физического вакуума с отрицательной энергией "по ту сторону" энергетической "ямы" виртуальных частиц.
Чёрные дыры, искривляя и затягивая на себя пространство, "пожирают" состоящие из самого пространством материальные объекты. Пространство Физического вакуума, закрученное в плоскости горизонта событий до практически световых скоростей, приобретает центробежный импульс, направленный прочь от Чёрной дыры и выбрасывается прочь, образуя гало из тёмной материи. Энергия "убегания" пространства - является Тёмной энергией, расширяющей нашу Вселенную.
Когда окружающее Чёрную дыру пространство полностью утратит материальные частицы, начнётся её "голод". И тогда Чёрная дыра продолжит поглощать уже саму себя, коллапсируя в Сингулярность. В этот момент на месте Чёрной дыры происходит "разрыв" Пространства нашей Вселенной, который мгновенно запечатывается втянутой в себя Тёмной материей. "Провалившаяся" в "никуда" Сингулярности взрывается, выбрасывая всю накопленную энергию, и за счёт инфляции создаёт Пространство Новой Вселенной.
Гравитация. При поляризации физического вакуума из виртуальных частиц рождаются материальные частицы, являющиеся волновыми функциями полей Пространства. Вокруг них энергетический уровень вакуума понижается, образуя как бы "пустоту", и расширяющееся Пространство, стремится заполнить эту пустоту, сближая "плавающие" на его "поверхности" материальные объекты между собой. Это движение материи вместе с самим Пространством частью которого она является, воспринимается нами, как гравитационное взаимодействие. 
КАК УСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ?
Изучением устройства микроскопических кирпичиков Мироздания - элементарных частиц занимается квантовая физика. В основе квантовой физики лежит корпускулярно-волновой дуализм. Корпускулярно-волновой дуализм – свойство любой микрочастицы обнаруживать признаки частицы (корпускулы) и волны. Наиболее ярко корпускулярно-волновой дуализм материи проявляется у элементарных частиц. Электрон, протон, нейтрон, фотон в одних условиях ведут себя как хорошо локализованные в пространстве материальные объекты (частицы), двигающиеся с определёнными энергиями и импульсами по классическим траекториям, а в других – как волны, что проявляется в их способности к интерференции и дифракции. Вещество и поля в волновой интерпретации имеют бесконечную протяженность. Как магнитное поле - есть бесконечное протяжение магнита в пространстве. Элементарные частицы с полуцелым спином (спин - собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого) относятся к частицам вещества - фермионам. Пример: кварки, лептоны. Элементарные частицы с целым спином относятся к бозонам - фотон, глюон, бозон Хиггса.
Итак имеем материю и воздействующие силы. Отделим вещество от сил взаимодействия. Все элементарные частицы делятся на "кирпичики" вещества - ФЕРМИОНЫ и переносчики взаимодействия - БОЗОНЫ. Эти классы частиц сильно отличаются друг от друга, одним из самых ярких отличий является отсутствие принципа запрета Паули у бозонов. Грубо говоря, в одной точке пространства может быть не более одного фермиона, но сколько угодно бозонов. Пока что известно всего шесть элементарных бозонов:
ФОТОН - не обладает электрическим зарядом, он передает электромагнитное взаимодействие — то самое, которое связывает атомы в молекулы.
ГЛЮОН - передает сильное взаимодействие и обладает своим видом заряда. Именно сильное взаимодействие отвечает за ядерные силы, скрепляющие протоны и нейтроны в ядрах. Глюоны − частицы со спином J = 1 и нулевой массой переносят сильное цветное взаимодействие между кварками. В отличии от фотонов глюоны сами участвуют в сильных взаимодействиях. Глюон обладают этой способностью так как он несет в себе цвет и антицвет, тем самым взаимодействуя с самим собой. При испускании или поглощении глюона кварки изменяют свой цвет. При этом остальные квантовые числа кварка и его аромат не изменяются. Взаимодействие глюонов и кварков ответственно за удержание кварков внутри адрона. Особенности этого взаимодействия таковы, что величина (константа) сильного взаимодействия растет с увеличением расстояния между кварками.
W+, W- и Z0 означает, что бозоны заряжены соответственно положительно, отрицательно и нейтрально (не заряжены). Они отвечают за так называемое слабое взаимодействие, которое умеет превращать одни частицы в другие. Самый простой пример слабого взаимодействия — распад нейтрона: один из кварков, составляющих нейтрон, излучает W-бозон и превращается в другой кварк, а W-бозон распадается на электрон и нейтрино.
Бозон Хигса - отвечает за инертную массу элементарных частиц — именно массу, ответственную за эффекты инерции, а не притяжения.
Элементарных фермионов гораздо больше, чем элементарных бозонов. Их делят на два класса: ЛЕПТОНЫ и КВАРКИ. Они отличаются тем, что кварки участвуют в сильном взаимодействии, а лептоны — нет. Лептоны бывают трех поколений, в каждом поколении два лептона — один заряженный и один нейтральный. Первое поколение: электрон и электронное нейтрино, второе — мюон и мюонное нейтрино, третье — тау-лептон и тау-нейтрино.
ЛЕПТОНЫ очень похожи друг на друга, мюоны и тау-лептоны (так же как и электроны) могут образовывать атомы, заменяя на орбиталях электроны. Главное их отличие — в массе: мюон в 207 раз тяжелее электрона, а тау-лептон в 17 раз тяжелее мюона. С нейтрино должна быть похожая история, но их массы настолько малы, что до сих пор не измерены. Эти массы точно ненулевые, доказательство этого факта было отмечено Нобелевской премией в 2015 году.
Мюон и тау-лептон нестабильны: время жизни мюона примерно 0,2 миллисекунды (что на самом деле довольно долго), тау-лептон распадается примерно в 17 раз быстрее. Особенности нейтрино состоят в том, что они участвуют только в слабом взаимодействии, из-за этого их очень трудно засечь. Также они могут произвольно менять свой сорт. К примеру, электронное нейтрино может внезапно превратиться в мюонное, или наоборот. В отличие от бозонов, у лептонов существуют античастицы. Таким образом, всего лептонов не 6, а 12.
КВАРКИ забавно называются: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный. И они очень странно себя ведут. Существует три поколения кварков, по два кварка в каждом, и точно так же у них у всех существуют античастицы. Кварки участвуют как в электромагнитном и слабом взаимодействиях, так и в сильном. Фермионы, участвующие в сильном взаимодействии, называются АДРОНАМИ. Таким образом, адроны — это частицы, состоящие из кварков. Кварки любят образовываться в частицы из трех и двух кварков, но никогда не появляются по одному. В этом и заключается их странность. Частицы из трех кварков называют БАРИОНАМИ, а из двух — МЕЗОНАМИ.
Это происходит из-за особенностей сильного взаимодействия, которое удерживает кварки в адронах. Сильное взаимодействие очень интересно: вместо одного заряда, как в электромагнитном, у сильного их бывает три. И оказывается, что существуют только нейтральные частицы, "нейтральные" не по электрическому заряду, а в смысле «заряда» (сорта) кварка — «красный», «зеленый», «синий», а также с приставками «анти-». В этом смысле протон нейтральный («белый»). Нейтральной частица может быть, только если в ней есть либо три разных заряда одного знака, либо два одинаковых заряда разного знака. Из-за этой особенности (и для удобства) заряды начали называть красным, зеленым и синим, а соответствующие отрицательные заряды — антикрасным, антизеленым и антисиним. Получается, что если взять красный, зеленый и синий, мы получим белый, то есть нейтральный; если взять красный и антикрасный, мы тоже получим белый. Это легко запоминается, но стоит подчеркнуть, что это не имеет никакого отношения к цветам, к которым мы привыкли в жизни. Это просто красивая и удобная аналогия со смешиванием. В Стандартной модели каждый кварк может быть любого из трех цветов, а антикварк — любого из трех «антицветов». Получается, что ни один из кварков не может быть непосредственно зарегистрирован, ведь свободно существовать могут только бесцветные частицы, а кварки «раскрашены». Эта особенность их поведения называется КОНФАЙМЕНТОМ, что с английского дословно переводится как «заточение».
Кварки не могут существовать свободно. Но что если просто взять мезон, состоящий из двух кварков, и разорвать его на две части? Не получим ли мы два кварка? (На самом деле нет.) Представьте, что мезон очень сильно растягивают. В отличие от электромагнитного, сильное взаимодействие тем сильнее до определенного предела, чем взаимодействующие частицы дальше друг от друга. Это похоже на пружину: чем сильнее ее растягивать, тем сильнее она будет сжиматься и тем больше у нее будет энергии. Чтобы сильнее стягивать кварки, сильное взаимодействие создает новые глюоны. И чем дальше мы их растягиваем, тем больше глюонов создается. Но в какой-то момент энергия этих созданных глюонов становится настолько большой, что выгоднее становится создать новую пару кварк-антикварк, чем продолжать плодить глюоны. Много глюонов исчезает, вместо них появляются кварк и антикварк. В момент появления кварк-антикварковой пары из четырех кварков создаются два мезона, каждый из которых бесцветен.
Недавние экспериментальные показывают, что при определенных условиях (нагреве до двух триллионов градусов) кварки могут покидать адроны. Более того, это состояние материи существовало практически сразу после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную. Только после сильного охлаждения кварки связались в адроны.
Пофантазируем:
Если представить Физический вакуум, занимающий Пространство Вселенной, как "воду", то реальные частицы, возникая при поляризации вакуума (поляризация - это воздействие на вакуум внешнего поля, за счёт энергии которого возможно рождение реальных частиц), разряжают плотность вакуума и, как пузырьки "воздуха", всплывают, выталкиваемые им. "Слипаясь", они формируют атомы вещества, которые своим движением еще более поляризуют и разрежают физический вакуум вокруг себя. Занять эту разряженную область, устремляются более плотные слои физического вакуума, увлекая за собой и все присутствующие в нем "пузырьки" вещества, демонстрируя эффект "гравитационного" притяжения.
Физический смысл гравитационной постоянной - это сила "давления" воздействующая на материю со стороны физического вакуума, стремящегося занять области "пониженного" давления, прилегающие к границам вещества.
Движущаяся сквозь физический вакуум реальная частица обладает возможностью квантовой телепортации. Происходящей посредством мгновенного занятия физическим вакуумом точки ее нахождения и в следствии этого сдвигания слоя физического вакуума, возникновения идентичного "пузыря" - частицы в другой точке пространства. Дальние взаимодействия между запутанными частицами (образовавшимися в одном "пузырьке"), вызваны состоянием их внутреннего физического вакуума". При переносе в пространстве он, как "гироскоп" сохраняет память о моменте своего квантового состояния до переноса. Такое "перемещение" может происходить со скоростью близкой к скорости колебания самого физического вакуума т.е. - электромагнитной волны.
Отбросив все теоретические нагромождения и груз математических доказательств, упростив изложение до максимально популярной формы, представим себе, как устроено Мироздание, состоящее из бесконечного множества Вселенных на примере одной из них.
1. Ткань расширяющегося Пространства Вселенной, она же ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ, состоит из струн и мембран, сцепленных между собою в десяти и более измерениях. Каждая такая "струна" является кластером скопления галактик МИКРО Вселенной - микроскопических размеров по сравнению с нашей. Пространство между струнами - пустоты планковской длины - "войды" физического вакуума микро Вселенной заполнены "плотным" физическим вакуумом, для которого наша Вселенная - бесконечно разряженное образование.
"Войды" микро пространства не дают струнам нашего Пространства "слипаться" , играя роль АНТИГРАВИТАЦИИ, тем самым расширяют и разряжают ткань нашего Пространства.
2. Колебание ткани пространства гравитационо поляризует виртуальные фотоны, вызывая их направленное движение - ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.
3. Столкновение двух волн - фотонов порождает стоячую волну - ЭЛЕКТРОН и
|
| |
