ГЛАВА ПЕРВАЯ
"В каком собственно пространстве мы живём?"
Многие известные учёные «натыкались» на идею, что наше пространство может быть какой-нибудь «решёткой».
Хочу сразу предупредить, что в этой книге мы НЕ БУДЕМ обсуждать идею «газо-подобного» пространства («эфира»).
В начале 20-го века было очень убедительно доказано, что такого рода идеи совершенно несостоятельны. Для меня наиболее убедительным был аргумент, что в газо-подобных полях нельзя установить недиссипативных статических взаимодействий на сколько-нибудь значительных расстояниях. Если даже предположить, что гравитация имеет «обменный характер», то и в этом случае в газо-подобных средах она не сможет поддерживаться из-за диссипации на частицах среды – особенно на расстояниях в световые годы…
Ну собственно поэтому физики тех времён так единодушно перешли к «абсолютно пустому» вакууму – чтобы он не мешал летать их «обменным частицам» (:0).
К идее что «вакуум» может и не быть «абсолютной пустотой» в 20-м веке пожалуй первым пришёл Поль Дирак. Точнее он был первым из тех кто обладал достаточным авторитетом, чтобы высказать эту идею и не пойти после этого работать дворником… К тому же к этому моменту у него уже была репутация «эксцентричного» учёного и «нашего шалуна» как-то простили…
Его «квантовое поле» (в работе 1927 года) уже не содержало «просто частиц» - частицы уже были «возбуждёнными состояниями» квантового поля.
Известное уравнение Дирака для электрона движущегося в квантовом поле (1928) допускало решения с «отрицательными энергиями». Поначалу эти решения просто отбрасывались как «физически бессмысленные» (счастливое было время – кто-то ещё вспоминал про смысл (:0)). Но позднее Дирак предположил, что электроны с отрицательной энергией «где-то» существуют. И к всеобщему удивлению через пару лет были открыты «позитроны» (1932).
Оставалось только объяснить откуда они берутся.
Ага, значит (все?) частицы это всего-лишь состояния… чего? Вакуума?
Одним из следствий уравнения Дирака была возможность для электрона излучить фотон и перейти в состояние с отрицательной энергией. Для того чтобы исключить такой переход Дирак вынужден был предположить что «вакуум» состоит из «ячеек» уже заполненных электронами с отрицательной энергией. То есть обычно электрон не имеет возможности так плохо поступить. Но в некоторых специальных случаях он всё-же может «выбить» позитрон и встать на его место. То есть потенциально возможно существование и «незаполненных» слотов…
Но дальше этого у Дирака дело не пошло.
Кто-то из физиков более позднего времени доказал, что «квантовое поле» Дирака рассматривало только электрическую составляющую всех возможных взаимодействий частиц – а значит и не могло дать корректного описания очень многих процессов. По этому поводу было забыто и само исходное предположение Дирака о «непустом вакууме со слотами».
Ну ладно, придётся разбираться самостоятельно (:0).
Предположим, что наше «пространство» («вакуум») состоит из дискретных «слотов», то есть наше пространство НЕ континнуальное а «сетчатое».
И давайте для простоты называть эти узлы сети «планкеонами».
Разумеется планкеон это НЕ ещё одна из множества «обменных частиц» - это что-то гораздо более фундаментальное. Почти как Z-бозон (шучу!).
Макс Планк (в 1900) доказал, что все процессы подчиняющиеся законам Термодинамики, НЕ должны описываться «континнуальными» уравнениями. Он предложил «полу-эмпирическую» формулу энергетического спектра «чёрного тела», которая базировалась на понятии «кванта энергии» - дискретной порции энергии которая должна быть излучена по принципу «всё или ничего».
Излучаемые порции энергии должны быть кратны постоянной Планка:
h = 6,626 * 10^-34 [J*sec]
Размерность постоянной Планка не совсем энергия, а энергия-на-время – то есть работа. Это работа по излучению «кванта» из… из чего?
Можем ли мы использовать полученные Планком результаты термодинамического исследования излучения «чёрного тела» - прямо к «решётке вакуума»? И таким образом попытаться определить размеры «квантовой ячейки» («планкеона»)? Скорее всего не напрямую, потому что это будет зависеть от того что считать «чёрным телом» на этом структурном уровне.
Естественно предположить, что излучение происходит со скоростью света:
c = 299 792 458 [m/sec] ≈ 3*10^8 [m/sec].
И остаётся прикинуть сколько узлов решётки может участвовать в излучении одного Планковского кванта энергии (что бы он из себя не представлял).
По формуле Планка:
E = h*ω = (h*c) / λ
Где λ это длина волны излучённой энергии.
Этой формулы пока не достаточно для определения размеров узла решётки, потому что формула сама по себе не содержит ограничений на энергию излучённой частицы… Нужны ещё какие-то ограничения на допустимые частоты…
Попробуем ввести дополнительные ограничения из-каких-нибудь «практических» соображений.
Самые жёсткие γ-лучи имеют длину волны около 0,01 [nm] = 0,1 [Å]- и это пока ещё размеры орбиты электрона в атоме.
Энергия таких лучей (гамма-фотонов) оценивается в 124000 [eV] ≈ 0,1 [MeV] – эту величину мы потом используем для преобразований энергии в длину волны.
“Низко-энергетические” ядерные реакции (типа Хиросимы) идут с энергией порядка 10 [MeV] – что даёт нам длину волны порядка 0,1[Å]/100 = 10^-3[Å].
“Высоко-энергетические” ядерные реакции (в фазотронах) идут с энергией порядка 1000[MeV] = 1 [GeV], что даёт нам длину волны порядка 10^-5[Å].
Последние исследования на Теватроне и БАК (LHC) идут с энергиями порядка 100 [GeV] – и поскольку они всё ещё выдают какие-то новые преобразования частиц – естественно предположить что и это ещё не уровень самой решётки (узлов, планкеонов)…
То есть 10^-7[Å] – даже ещё не «верхняя оценка» размеров волн от планкеона.
Давайте для надёжности пересчитаем эту величину другим способом (по размерности электрон-вольта):
1 [eV]=1,6*10^-19[J]
1 [MeV] = 1,6*10^-13[J]
1 [GeV] = 1,6*10^-10[J]
100 [GeV] = 1,6*10^-8[J]
λ = (h*c)/E = (6,6*10^-34 * 3*10^8)/ 1,6*10^-8[J] =
≈ 10^-17 [m] = 10^-7[Å]
Хочу напомнить, что пока мы определяли только верхнюю границу длины волны, которую можно было-бы излучить «непосредственно планкеоном» - но между длиной волны и размерами излучателя может быть разница в несколько порядков…
Особенно при такой скорости излучения…
Но мы не можем просто «взять и поделить» (на скорость света). Кстати, в первой книге я именно так и сделал (:0).
Это была бы чисто математическая операция не имеющая особого физического смысла. Как-бы предположить, что в длине волны должно укладываться именно © источников… С чего-бы?
Для сравнения методов, можно было-бы предложить аналогию из газовой акустики, где считается что устойчивая стоячая волна не может образоваться если излучатель не имеет размеров хотя-бы в четверть длины волны. Но это тоже перебор, только в другую сторону – всё-таки у нас кристалл, а не газ…
Средняя из этих аналогий – по длине свободного пробега в жидкостях – даёт разницу между длиной волны и размерами источника аж до 10^-5. Не исключено…
В одной «очень современной» теории про «глюоны» размеры «кварков» оцениваются как «меньше чем» 10^-19 [m] = 10^-9[Å].
Вот эту цифру скорее всего и можно взять в качестве верхней границы оценки размеров планкеона…
--- <> ---
Ну ладно, а после Дирака всё-таки кто-нибудь высказывал предположения что «вакуум» не совсем пустой?
Просматривая некоторые работы, которые могли бы близко подойти к такой идее, я нашёл статьи Карло Ровелли по «Замкнутой Квантовой Гравитации» (LQG).
Он «немножко критикует» Квантовую Теорию Поля (QFT) за то что в ней квантово-механические процессы происходят «на фоне» квантового поля (то есть отдельно от него - не совсем так как было у Дирака). И в то же время частицам в QFT разрешено самостоятельно порождать какие-то «структуры» в квантовом поле. Он определяет такое состояние QFT как «нездоровый дуализм», который приводит к противоречиям QFT и Общей Теории Относительности (GR).
Ровелли предлагает рассматривать «компоненты пространства-времени» в QFT как результат квантовых операций над QFT-частицами – то есть процессы в частицах будут как-бы «порождать пространство-время». И это, по его мнению, может привести к счастливому объединению QFT и GR.
Основной целью своей новой теории (LQG) он объявляет «QFT без статического фона пространства-времени» (вот интересно как-бы к этому отнёсся Энштейн, услышав что его теория теперь «вторична»). Теперь всё это является уже следствием квантовых процессов (с частицами) – они «поднимают» квантовую волну в квантовом поле (?) и эта волна состоит из (не очень мне понятных) «круговых нормировок» (loop gauges) - «круговых состояний» квантового поля вокруг квантовых процессов.
Физический смысл я сюда прицеплю позже, а пока рассмотрим обещанный в предисловии «апофеоз» нормировок предложенный Янгом и Миллсом.
Ровелли, как оказалось, был совсем не первый с подобного рода (гнусными) предложениями. Всего-то 50 лет до него Янг и Миллс, оказывается, примерно так-же порезвились со своими «нормировочными полями», правда не по столь глобальному поводу как объединение QFT и GR.
В отличие от Ровелли, их нормировочные поля (loop gauges) имели «конечные нормы», потому что были дискретными – а Ровелли себе этого позволить не мог, потому что как-бы он тогда из них вывел GR? Пришлось-бы применять Ли-группы – а там сплошные неопределённости…
Некоторое конечное число «круговых нормировок» дискретного поля частицы («спинового поля») у Янга-Миллса составляли орто-нормальный базис состояний частицы в Гильбертовом пространстве состояний.
Проще говоря, разрешённые состояния частицы определялись конечным числом состояний окружающих её калибровочных «спинорных полей». Но эти «спинорные поля», в свою очередь, не были независимыми. Они возникали как результат «калибровочной процедуры» (иногда «gauge» переводится как «измерительная процедура» в Фарадеевском смысле, то есть взаимо-воздействие) – результат взаимодействия между частицей и сгенерированным ей (и возможно другими частицами) полем…
Уф… Миллс и Ровелли «чистые математики» и никогда не пошевельнут пальцем чтобы подложить под свои построения хоть какую-то наглядную картину. Ну что-ж, попробуем сделать это за них.
Предположим (вместе с Дираком), что их «поля» это какие-либо состояния физического вакуума.
Ура – наконец-то всё становится на свои места (и мозги тоже).
Частицы и ближайшие к ним узлы вакуума оказывается (по Янгу-Миллсу-Ровелли) обязаны составлять физическое ЕДИНСТВО.
Частица в квантовых процессах «генерирует» в вакууме (спинорном поле, сеточном пространстве – как не назови) – затухающую «замкнутую»(«loop») волну. Кстати, в следующей главе даже у этой «замкнутости» появится физический смысл.
Хотя ведь на английском loop может означать ещё и «обратную связь», обратное воздействие…
И наоборот – следующее состояние в которое может перейти частица будет определятсясостоянием этой loop-волны (в вакууме).
Шутка юмора в том, что Дирак говорил, что электрические свойства частиц являются «возбуждёнными состояниями» окружающего её вакуума – а Янг-Миллс-Ровелли замахнулись уже на самое святое – на гравитационные и пространственно-временные её свойства. И как ни странно и у Дирака и у Миллса всё выглядит очень похоже на правду (:0).
То есть вообще все (!) свойства частиц являются «возбуждёнными состояниями» вакуума?!
Ну ваще…
Хым-м-м.. а может никаких «частиц» на самом деле и нету, а есть только «возбуждённые» состояния вакуума?
--- <> ---
Наши (так и тянет сказать «бесстрашные») русские специалисты в области ТТТ (Шипицын – Живодёров – Горбич [3]) пришли к аналогичной идее как мне кажется совершенно без всякого влияния со стороны Дирака и Янга-Миллса (:0).
У них в распоряжении была Теория Твёрдого Тела (ТТТ) – зачем им какие-то Янг и тем более Миллс?
Они предположили, что «вакуум», как единое целое, можно считать чем-то вроде «кристалло-подобной» структуры.
А различные виды «дефектов» этой кристаллической структуры можно считать тем, что традиционно называется «ядерными частицами».
На первый взгляд эта идея кажется слишком дерзкой.
Но если «приглядется» - она ничем не противоречит идеям Дирака-Янга-Миллса и даже помогает устранить некоторые их проблемы.
Взгляните с близкого расстояния на ваш плоский монитор. Вы разглядели там «сеточное поле»? Попробуйте слегка нажать на экран – заметили как от вашего пальца расходятся какие-то статические волны? (На мониторах с очень мелким зерном эффект трудно обнаружить). Я вас поздравляю – вы обнаружили простейшую модель гравитационного поля…
А теперь представьте что Поле Вакуума имеет какое-то постоянное внутреннее давление (сжатие) между плакеонами…
Мне не очень хочется начинать дискуссию о природе этого сжатия – вполне подойдёт какой-нибудь «космогонический» процесс, например внутренняя тенденция всех планкеонов к расширению. Если эта гипотеза кажется вам скучной – вообразите что «Big Bang» всё-таки был – кто-то очень большой чем-то шарахнул по тому «сверх-дисплею» на экране которого мы все и живём (возможно что благодаря этому удару все частицы и образовались)(:0). Шучу конечно…
ПРОДОЛЖЕНИЕ в СЛЕДУЮЩЕЙ ПУБЛИКАЦИИ...
или скачайте полный текст книги: https://cloud.mail.ru/public/uQou/GRwfgNQRp
