Здравствуйте, друзья!
В продолжении основной статьи, хочу сегодня показать, каким образом все частицы, из которых состоит материя, а так же фотоны могут двигаться в пространстве со скоростью света. При этом будет проведена параллель со специальной теорией относительности.
Итак, основная идея в том, что все частицы, будь это фотон, электрон, нейтрино или кварк - все они перемещаются в пространстве со скоростью света всегда и постоянно, и следовательно не могут находиться в состоянии покоя.
Но почему же мы не наблюдаем этого движения со световой скоростью?
Представим некую частицу слегка изогнутой по форме. Дуга изгиба этой частицы будет соответствовать спирально винтовому пути, по которому частица будет перемещаться, она будет являться как бы направляющей.
На рисунке схематично показаны треки различных частиц и график распределения продольных и поперечных скоростей.
Следует обратить внимание, что частица, у которой энергетическая форма изогнута больше, не сможет априори двигаться по вытянутым траекториям. На графике видно, что модуль полной скорости является постоянной величиной для всех частиц (отмечена синей стрелкой). По горизонтальной оси отложены измеряемые значения скорости частицы или макроскопических объектов относительно Абсолютной системы отсчета (Vизм). Например, согласно представлениям автора, солнечная система движется относительно нее со скоростью порядка 370 км/сек и связана с дипольной анизотропией реликтового излучения. По вертикальной оси отложены значения поперечной составляющей скорости частицы, зависящие от угловой скорости и радиуса трека частицы R. Для массивных частиц на графике этой скорости соответствует стрелочка с большим углом спиральности, близкому к 90 градусам. Для фотона этот угол очень мал, поэтому полная скорость фотона равна предельной скорости распространения, попросту скорости света.
Квадрат длины вектора полной скорости частиц, как точечных объектов, равен сумме квадратов продольной и поперечной скоростей:
V² =Vω² + Vизм²
Продольная скорость (V изм) это скорость, которую мы можем измерять. Важным фактором, который определяет ход времени является угловая скорость ω. Из графика видно, что если мы будем ускорять или замедлять объекты, которые движутся на малых скоростях, то при небольших изменениях это не сильно скажется на изменении значения ωR, другими словами, все процессы будут нерелятивистсткими и проходить по классическим представлениям Ньютона. Далее рассмотрим изменение хода часов, в зависимости от скорости частиц.
Как известно, современным эталоном хода времени являются атомные часы, а временные интервалы по сути зависят от того, сколько оборотов совершают электроны в атомах. Если мы увеличим скорость атомных часов, поместив их на ракету, то согласно графика, мы уменьшим значение ωR. При неизменности радиуса трека R, угловая скорость должна стать меньше. Это в свою очередь повлияет на количество оборотов электрона в атомных часах. Другими словами, с увеличением скорости, наши часы будут идти медленнее. Это изменение будет определяться следующим соотношением:
Нетрудно заметить, что при устремлении материальных объектов к скорости света, угловая скорость ω устремится к нулю, другими словами, ход времени замедлится, как это и предсказывает Специальная теория относительности.
Следует отметить, что в статье рассмотрен идеальный случай движения по спирали. На самом деле траектория массивных частиц может напоминать запутанную спираль, а треки фотонов могут иметь вид трохоиды или промежуточные варианты между трохоидой и спиралью. Я думаю, что ввиду закона сохранения движения, эти расчеты можно применять и в таких случаях.
Еще хотелось бы акцентировать внимание на важный момент. Поскольку изгиб частицы связан с локализованной в ней энергией, подобно энергии согнутой пружины, то значение этой энергии у массивных частиц больше. Этот факт напрямую связан с возникновением массы покоя у частиц по формуле E=mc². Можно рассмотреть появления различия масс на примере электрона и протона.
Допустим, электрон и протон движутся с одинаковой скоростью в пространстве. Соответственно для них значения Vω= ωR будет одинаковым. Но, сами значения ω и R могут быть разными. Как известно, у протона масса гораздо больше, чем у электрона, значит эквивалентная энергетическая форма протона изогнута больше. Этот изгиб должен сказаться на спиральности трека протона. Из этого следует, что у протона R будет меньше, чем у электрона, а угловая скорость ω, соответственно выше. Наверняка, многим известно, что у всех микрочастиц есть волновое свойство, которая называется волной де Бройля. И что характерно, чем больше масса частицы, тем меньше значение длины волны де Бройля. Согласно формуле, при равных скоростных условиях, длина волны де Бройля для протона будет меньше во столько же раз, во сколько масса протона больше массы электрона. Ну и из геометрии строения атома понятно, что радиус кривизны траектории электрона вокруг ядра больше, чем у протона. К слову сказать, из-за теплового движения протон тоже описывает в пространстве некую спиралеподобную траекторию.
Подводя итог, следует отметить, что такие физические свойства, как масса, скорость распространения в пространстве и ход времени зависит от энергетической формы частицы. Модуль полной или касательной скорости любых частиц в пространстве близка к скорости света. Благодаря этой зависимости, безмассовые или маломассивные частицы не могут двигаться с малыми скоростями (фотоны, нейтрино).
Спасибо за прочтение, на вежливые вопросы стараюсь отвечать!
Михаил Н. Бровкин 10 июля 2020 г.
Отдельная благодарность за материальную поддержку канала!