Фрактальная структура субатомных частиц ифотона

Квантовая физика [41], на которой базируется численное моделирование явлений микромира, отказывает в форме и не в состоянии объяснить структуру субатомных частиц, что делает ее неполной, а представление процессов вероятностным. Так, введение квантовой физикой понятия спина субатомных частиц имеет сугубо квантовый характер и не имеет классического аналога. Однако автором получен положительный результат (см. Введение, п. 5) — установлена форма электрона в виде фрактальной структуры [1, 4, 5, 33] при исследовании постоянной тонкой структуры [41]. Одна из величайших тайн физики, указанная Р. Фейнманом в [14], раскрыта автором в [33], а именно, установлен алгоритм вычисления числа α^-1 = 137,03597, которое представлено (см. п.2.2, (2.1)) в виде:

Для понимания заметим (см. Введение, п. 5), в атомной физике полагали, что постоянная α показывает, как сильно, элементарная частица взаимодействует с себе подобной. Исходя из такого понимания, она характеризует только силу электростатического отталкивания двух электронов. Однако определенно можно сформулиро-

вать, что фундаментальная постоянная α является безразмерной величиной, характеризующей силу электростатического взаимодействия двух элементарных частиц. В пп. 2.3, 3.3 показано, что постоянная α описывает тонкую структуру пространства, которая образуется в результате перехода кинетической энергии фотона в потенциальную энергию, или по-другому можно сказать, что структура пространства образуется комбинациями элементарных составляющих коллапсированных фотонов.

Нам уже известно из п. 2.2, что в (4.1) π — число, равное 3,14...; множитель 2 (перед 1n2) определяет число взаимодействующих частиц; показатель степени 2 указывает, что константа α представляет собой квадрат эле -ментарного заряда в естественных единицах: заряда электрона, скорости света, постоянной Планка (см. Введение, п. 5).

Проблема распознавания образа электрона тесно связана с отождествлением формы и поиском инвариантных отношений. Поэтому число 3π в данном соотношении представляет собой величину поверхности полу-шара единичного радиуса. Исходя из этого, форма электрона представляет собой полушар. Соотношение (4.1) получено с учетом фрактальной размерности частиц и неклассического представления производной. Повторим (см. п. 2.2), что неклассическое, или, вернее, фрактальное представление производной [35, 38] состоит в вычислении предела отношения:

(4.2)

по некоторому множеству (объекту) зарядов, «стягивающихся» к точке z, где Ф(z) — составляющая функции Ф(Е); D(z) — локальная фрактальная размерность объекта; z — значение заряда. Из определения производной видно, что она характеризует плотность составляющей функции Ф(Е) во всем объеме заряженного объекта.

Как оказалось, во фрактальной геометрии речь идет также о новой интерпретации уже в основном известного формализма современных математических теорий, таких как теории функций и функционального анализа [36 — 39]. Поэтому при отображении верхнего полукруга (каким представляется электрон на плоскости, что определяет спин, равный 1/2; здесь для сравнения заметим, что спин фотона равен 1, ибо восьмерка эквивалентна кругу) на область с разрезом полуоси окружности, автором выявлена функция конформного отображения l/Г(z), где Г(z) — гамма - функция со значением аргумента z = 1/3. Это значение аргумента определено как компонента силового поля единичного заряда на прямой взаимодействия. Область с разрезом полуоси получается за счет взаимодействия двух подобных частиц. Поэтому решение задачи о взаимодействии двух электронов сводится к задаче конформного отображения. При этом впервые становится понятным физический смысл окружности отображения, как формы замкнутых силовых линий магнитного поля, возникающего вследствие изменения состояния электрона.

Следовательно, искомая потенциальная функция найдена как -lnГ(z). Изменение потенциала электрона за счет взаимодействия, исходя из свойств производной в ее неклассическом представлении (4.2), можно записать

в выражении (4.1) как -1nГ(1/3)/(2^.10,00049), где множитель 2 найден при помощи понятия дельта-функции [34] при определении производной как предельного значения. Здесь учтено, что взаимодействующие электроны (см. рис. 2.2) обладают также пространственной структурой (размерность Е = 3) и имеют локальную размерность с учетом протяженности соприкосновения двух частиц. Эту локальную размерность определим, представив в виде ряда взаимодействующих пар объемных частиц [61]:

3 • 3 +1 + (10 • 10 + 1) 10,00048966214 = 10,00049,

где 0,000004848137 - значение 1 радианах [62].

Как известно [1, 3], понятие фрактала связано с шероховатой поверхностью рассматриваемых физических объектов. Исходя из описания взаимодействия двух электронов (4.1), установлено, что форма электрона представляет собой полушар и показана на рис. 4.1. Установленная форма электрона является наилучшим приближением к действительно шероховатой поверхности частицы. Как, например, планета Земля отождествляется с формой шара, хотя в реальности она имеет много отличий от сферической формы. При этом следует учитывать, что субатомные частицы — не точки и не твердые полушарики, они обладают внутренней структурой, которую следует рассматривать как электромагнитные волновые сгустки, несущие электрический заряд.

Установленная форма электрона позволяет представить фрактальные конструкции протона и нейтрона. Мы уже знаем, что нынешняя физика не в состоянии объяс -нить структуру субатомных частиц [63] и построить точную количественную теорию магнитных моментов нуклонов [49], так как магнитные моменты протона и нейтрона определяются структурной формой кварков (см. рис. 4.1). Структурное представление противоречит вероятностным формам изображения материи.

Электрон не имеет различий во внутренней структуре, его заряд отрицательный и выражается в натуральных единицах как -1. Это подтверждено экспериментально (см. п. 3.3): электрон является фундаментальной частицей и не имеет составляющих заряда.

Рис. 4.1. Фрактальная структура субатомных частиц и фотона

(масштаб изображения частиц не соблюден)

В свою очередь, геометрия нуклонов следующая. Кварк протона зарядом (-1/3) представляет собой тончайший слой, разделяющий частицу на две равные части — кварки зарядом (+2/3). Поэтому глобальный заряд протона равен q = +1. Два кварка нейтрона зарядом (-1/3) имеют форму сферического двуугольника со значением внутреннего угла π/4, а между ними расположен локальный заряд (кварк) ( + 2/3). Отсюда видно, что глобальный заряд нейтрона равен нулю.

Как известно [14], магнитный момент — это число, характеризующее отклик частицы на внешнее магнитное поле. Исходя из представлений фрактальной физики, магнитное поле частицы возникает вследствие поляриза -ции структуры пространства (см. п. 3.3).

Магнитные моменты определены с помощью следующих соотношений:

М_р = Г(1/3) + Г(2/3)/12,0944 = 2,79, (4.4)

где М_р - магнитный момент протона.

M_n = Г(2/3) + 2Г(1/3)/9,2146 = 1,93, (4.5)

где М_n — магнитный момент нейтрона. Выражение магнитного момента электрона представлено как

М_е = Г(1) + 0 = 1,00.

(4.6)

Магнитный момент протона М_р и магнитный момент нейтрона М_n выражены в новых ядерных магнетонах β_я = 1,010 • 10^-26 А • м². Магнитный момент электрона выражен в новой атомной единице магнитного момента β_е = 1,855 • 10^-23 А • м². Г(z) — гамма - функция. Показано выше, что l/Г(z) есть отображение верхнего полукруга (каким представляется электрон на плоскости) на область с разрезом полуоси единичной окружности. В (4.4) и (4.5) значения Г(1/3) = 2,6789, Г(2/3) = 1,3541 [62]. Числа 12,0944 и 9,2146 представляют собой соответственно локальные фрактальные размерности протона и нейтрона (см. п. 2.2, (2.3)). Напомним (см. п. 2.2), что локальная фрактальная размерность характеризует квазиобъем субатомных частиц с учетом протяженности соприкосновения общих элементов (зарядов), образующих их формы. Более подробное исследование спина и магнитных моментов субатомных частиц представлено в п. 4.3.

Теперь вкратце рассмотрим фрактальную структуру фотона (см. рис. 4.1) и его спин. Установленная форма фотона в виде объемной восьмерки подтверждается как геометрическими представлениями, так и следующими экспериментами.

Во-первых, для сравнения со спином субатомных частиц заметим, что установленная форма фотона по-

казывает корректное понимание целочисленной величины 1 как квантового числа спинового момента частицы света, ибо проекция фотона на плоскости есть целый круг вследствие эквивалентности восьмерки и круга.

Во-вторых, фотоны, обладающие соответствующей энергией, взаимодействуя с атомным полем, превращаются в электронные и позитронные пары и следы их движения могут быть наблюдаемы. Поэтому приходим к выводу, что фотон есть комбинация двух мод электромагнитного колебания, фаза которых в каждой части противоположна, и представляет собой стоячую волну. Для определенности заметим, что фотон в реальности имеет еще небольшую «несущую» — третью составляющую, что видно из его формы, показанной на рис. 4.1. Подтверждение предлагаемой структуры фотона вытекает также из анализа эффекта Комптона (см. Введение, п. 8). Напомним: там же введен термин «мода» вместо термина «гармоника». Эффект Комптона является не простым взаимодействием частиц, а процессом выделения подавленной моды с помощью колебательной системы — рассеивателя. Поэтому частоту фотона в общем

можем представить как арифметическое значение

Вспомнив закон сохранения электрического заряда, приходим к выводу, что составляющие фотона противоположно заряжены, хотя сам фотон в целом электронейтрален.

Вот что пишет историк науки [60]: «Давление света — коллективный эффект, создаваемый огромной совокупностью фотонов; он одинаково удовлетворительно объясняется как квантовой теорией излучения, так и теорией электромагнитного поля Максвелла. Поэтому наиболее убедительным подтверждением теории Эйнштейна мог быть какой-либо эффект, вызванный проявлением импульса отдельного фотона.

Такой эффект открыт в 1923 г. американским физиком А. Комптоном. При изучении рассеяния рентгеновских лучей на различных веществах он обнаружил, что

часть рассеянного излучения характеризуется длиной волны, отличной от длины волны падающего излучения. На рис. 4.2 (нумерация рисунка изменена — В.Ш.) показаны результаты двух серий измерений Комптона, полученные с использованием щелей разной ширины. Несмотря на некоторые различия в правых и левых графиках на их основе можно выявить следующие закономерности обнаруженного явления. В спектре рассеянного излучения, кроме линии с длиной волны первичного излучения молибдена (несмещенная компонента), присутствует линия с иной, большей длиной волны (смещенная компонента). При этом разность длин волн этих компонент растет с увеличением угла рассеяния. Проводя опыты с рассеивателями другой природы, Комптон установил, что общие закономерности эффекта не зависят от того, на каком материале происходит рассеяние».

Чтобы увидеть некорректное объяснение и «подгонку» под желаемые положения теории относительности, приведем известные результаты экспериментальных спектров рассеяния рентгеновских лучей [64], показанные на рис. 4.3. Все спектры даны для разных рассеивателей, однако угол рассеяния один и тот же для всех материалов — около 135°. Спектры представлены в порядке, отвечающем переходу от легких к более тяжелым элементам периодической таблицы. На рисунке даны обозначения: 1 — несмещенная линия; 2 — смещенная линия спектров. Из рисунка видно, как постепенно увеличивается интенсивность несмещенной линии и в то же время падает интенсивность смещенной линии спектров.

Далее следует заметить из представленных на рис. 4.2 и 4.3 результатов, что первичный спектр Комптона является не гармоническим колебанием, а содержит вторую моду (с большей длиной волны), хотя и ограниченную диафрагмами (щелями) опытной установки. Наличие второй моды колебаний в первичном спектре вы-

Рис. 4.2. Результаты экспериментов Комптона

зывается формой фотона (см. ранее), что определило открытие» несуществующего явления природы и «позволило» подтвердить положения теории Эйнштейна.

Рис. 4.3. Экспериментальные спектры рассеяния рентгеновских лучей различными материалами

Из теории колебаний известно, что выделение второй моды зависит как от угла рассеяния, так и от колебательной системы — рассеивателя, что подтвердил эксперимент по рассеянию рентгеновских лучей на разных материалах.

Установление фрактальной структуры фотона привело к изменению представления об электрической природе, где носителем электромагнитного взаимодействия является электронейтральный фотон (квант), составляющие которого противоположно заряжены. Это позволяет раскрыть природу электрической проводимости. При этом фотоны являются как инициаторами возбуждения электронов атома, так и энергетическими носителями этого возбуждения. Электроны в проводнике не перемещаются, а остаются связанными со своими атомами.

Возникновение фотона (кванта) обусловлено взаимодействием возбужденных электронов с вихревой структурой пространства атома (см. далее п. 4.2). Фотон «набегает» на электрон, возникающее в результате сложное движение можно описать, просто складывая за -ряды обеих частиц. Этот процесс создания электрической проводимости можно представить как процесс образования уединенных волн, совсем недавно получивших название солитонов, несущих в данном случае отрицательный (для р-полупроводников положительный) электрический заряд. Такая модель проводимости применена для описания явления сверхпроводимости (см. п. 6.1), в результате чего стало возможным синтезировать очень высокотемпературные сверхпроводящие соединения с критической температурой 373 К и выше [16].