В биологии часто встречаются случаи, когда непосредственно синего пигмента на крыле, к примеру, бабочки нет, но мы явно видим синий окрас этого крыла. Почему? Можно пойти со стороны абстрактной математики, предлагая лишь веру в корректность теории и формулу, которая даст правильный расчёт длины волны и, соответственно, цвета. А можно посмотреть в микроскоп, увидеть весьма замысловатую структуру поверхности крыльев, что поможет понять, что часть света (которая не может пройти в дырочки из-за своих размеров) отсекается, часть как-то преломляется, давая то, что мы наблюдаем. И уже потом у нас получатся формулы. Но теперь будет физическое понимание происходящих процессов. С точки зрения результата для конкретного наблюдения оба подхода равнозначны. Но вот с точки зрения технологий, понимания и интереса к происходящему второй подход гораздо интереснее и лучше.
От истории науки к новой модели
Современная теория элементарных частиц может основываться на квантовой хромодинамике, которая даёт сложнейшие расчёты для определения магнитного момента частиц и его распределения по телу протонов и нейтронов. Но она совершенно не даёт возможности взглянуть внутрь, понять, почему формулы работают, как в примере с крыльями бабочки. А есть другой подход, который я предложил в недавно опубликованной научной статье. Если вспомнить про историю развития науки, можно обратить внимание на вихри Декарта, на принципы построения электромагнетизма у Максвелла, вихревую модель атома Лорда Кельвина и многие другие труды. Они давали наглядные описания всем наблюдаемым явлениям, даже если напрямую глазом их было увидеть нельзя. Так и тут. Если взять мою работу о сведении электромагнетизма к гидродинамике, а также экспериментальные данные о распределении заряда внутри протонов и нейтронов, можно прийти к гипотезе о том, что нуклоны состоят из пары вложенных вихрей (почти как у Кельвина). И такой подход неожиданно даёт очень занятные результаты.
Двойная спираль материи: Ядро и мантия
Мы десятилетия знали из экспериментов по рассеянию электронов, что у протона и нейтрона неоднородная внутренняя структура. Есть крошечное, сверхплотное ядро (всего ~0.25 фм), и есть большая, размазанная мантия (~1.3 фм). Стандартная модель приписывает это кваркам, но картина остаётся абстрактной.
Вихревая модель предлагает потрясающе наглядную альтернативу: протон - это два вложенных друг в друга тороидальных вихря, вращающихся вокруг одной оси. Представьте два бублика разного размера, вложенных один в другой. Маленький, быстрый бублик — это ядро. Большой, более медленный — мантия.
И вот первый триумф модели: она естественным и элегантным образом объединяет электрический заряд и магнитный момент частицы, чего не делала ни одна наглядная модель до сих пор.
Заряд оказывается интенсивностью вращения вихря, его циркуляцией.
Магнитный момент становится полным аналогом вращательного момента из классической физики.
Два свойства, которые в стандартном изложении кажутся разрозненными, здесь оказываются двумя сторонами одной медали - вихревого движения.
Смертельный удар по аномалиям: Магнитная загадка решена
Главный тест любой теории - её способность объяснять «аномалии». Для протона и нейтрона это их аномальные магнитные моменты. Значения (2.79 для протона и -1.91 для нейтрона) десятилетиями были головной болью физиков.
Вихревая модель не просто объясняет их - она с математической строгостью предсказывает их с высокой точностью! Расчёты показывают, что компактное ядро вносит огромный вклад в магнитный момент, а мантия - небольшой. Отношение их вкладов равно отношению их радиусов (~5.2), что идеально совпадает с экспериментальными данными. Модель не подгонялась - она естественным образом выдала правильный ответ, что является признаком её глубины и состоятельности.
Это не просто совпадение. Это признак того, что мы на верном пути к наглядному пониманию того, что раньше требовало многолетнего изучения квантовой хромодинамики.
Наука будущего: Перспективы, которые захватывают дух
Чем же так революционна эта модель? Она открывает двери в новую эру - эру наглядной, интуитивной и привлекательной науки.
Образовательная революция: Представьте, что студенты на первом курсе могут не зубрить формулы, а увидеть протон. Создать его 3D-модель, симуляцию, понаблюдать за его динамикой. Эта модель - мощнейший мост между классической интуицией и квантовой реальностью. Она может привлечь в физику тысячи новых умов, которые раньше пугались её абстрактности.
Новые эксперименты: Модель - не просто философская концепция. Она даёт чёткие предсказания для проверки! Например, она предсказывает, что распределение намагниченности внутри протона неоднородно. Современные эксперименты с поляризованными пучками электронов (например, в JLab, ЦЕРНе) могут это проверить в ближайшие годы. Мы можем буквально «нащупать» эти вихри!
Поиск новых истин: Модель можно расширить и на другие частицы - мезоны, гипероны. Что, если вся таблица адронов - это просто разные конфигурации вихрей? Это открывает невероятный простор для теоретических поисков и классификации.
Заключение: Приглашение к открытию
Эта работа - не призыв отказаться от Стандартной модели. Это смелое заявление: у нас может быть несколько языков для описания реальности. Один - язык кварков и глюонов, который невероятно точен и фундаментален. Другой - язык вихрей и течений, невероятно наглядный и интуитивный.
Она показывает, что поиск истины - это не только сложные уравнения на доске. Это также искусство находить глубокие и красивые аналогии в мире вокруг нас. Это доказательство того, что наука может быть по-настоящему захватывающей, вдохновляющей и понятной.
Так давайте же заглянем внутрь протона вместе. Возможно, именно эта вихревая модель станет тем маяком, который приведёт к новым великим открытиям и приведёт в науку новое поколение великих учёных.
Как вы думаете? Может ли наглядность стать новым языком фундаментальной науки?
Обсуждаемая статья находится здесь: https://zenodo.org/records/16934346