Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение полю.

2. Какая частица является структурной единицей поля?

3. Приведите формулу М. Планка для расчета энергии кванта.

4. Какие виды полей известны сегодня?

5. Охарактеризуйте гравитационное поле.

6. Приведите выражение закона всемирного тяготения.

7. Как называется теоретически предсказанный квант гравитационной энергии?

8. Где мы можем почувствовать действие гравитационного поля?

9. Опишите электромагнитное поле, приведите пример наглядного действия электромагнитного поля.

10. Что такое «видимая часть спектра»?

11. Что такое фотон?

12. Дайте характеристику «сильному взаимодействию», назовите его квант.

13. Дайте характеристику «слабому взаимодействию» и назовите его квант.

14. Что такое единая теория поля? Кто ее автор?

15. В чем основная идея единой теории поля. Какие успехи достигнуты сегодня?

Лекция 11: «Концепция вакуума»

Вакуум – вид материи, структурная основа нашей Вселенной, состоящая из плотно расположенных друг к другу частиц: фермионов вакуума, обладающих минимальной массой и минимальной энергией.

Иначе говоря, вакуум материален.

Все известные науке структурные элементы материи: атомы, ионы и молекулы расположены в вакууме. Если из стакана с водой в безвоздушном пространстве извлечь все молекулы воды, то в нем останется вакуум.

Именно вакуум, та основа атмосферы Земли, в которой перемещаются газы: кислород, азот, углекислый газ и т.д.

Важнейшими свойствами вакуума являются переизлучение энергии, формирование и утилизация элементарных частиц.

Переизлучение энергии – одно из важнейших свойств вакуума Вселенной, обеспечивающее передачу энергии между телами с постоянной скоростью (скорость света в вакууме 300000 км/с).

Одновременно с передачей энергии осуществляется энергообмен и между структурными элементами пространства Вселенной (фермионами вакуума), обеспечивая тем самым стабильность ее структуры.

Рассмотрим этот процесс на простом примере. Солнце испускает потоки энергии в направлении Земли.

Рассмотрим судьбу одного кванта, летящего к нам от нашего светила. Непосредственно от Солнца он поглощается ближайшим к нему фермионом вакуума. Эта энергия используется частицей для обратимых позитивных преобразований своей структуры, после чего, этот квант ею переизлучается к следующей по направлению частице (фермиону вакуума).

Так этот процесс переизлучения энергии от одной частицы к другой продолжается пока квант энергии не достигнет тела, способного его на долго поглотить или переизлучить в новом направлении: обычно такое тело гораздо массивнее фермиона вакуума. Это может быть атом, молекула, микрокристаллик, состоящий из группы частиц, ну и конечно, более крупные тела, такие, как планета Земля, иные небесные объекты: планеты, кометы, астероиды, облака космической пыли.

Основная часть энергии Солнца теряется, но достаточно большой поток света достигает Земли.

Постоянство скорости света (300000 км/с) объясняется структурой самих фермионов вакуума нашей части Вселенной, позволяющей им переизлучать кванты света друг другу только с данной скоростью.

Формирование элементарных частиц.

Более сложным, является свойство вакуума создавать элементарные частицы. Представьте себе, участок вакуума во Вселенной. Пока он ничем не отличается от любого другого участка космического пространства. Но вот, рядом с ним проходит поток заряженных частиц, например, протонов ( ). Вспомним А.Эйнштейна ( ): если есть масса, значит, есть энергия. Эта энергия передается фермионам вакуума по направлению прохождения потока. Еще один поток частиц, пусть тоже протонов движется недалеко от первого участка в обратном направлении. Он тоже снабжает энергией группу фермионов вакуума нашего участка. После прохождения этих потоков частиц возникла часть космического пространства, фермионы вакуума которого по краям обогащены энергией, активно двигаются, а средняя часть участка наоборот состоит из частиц обедненных энергией. Ведь они, не получая энергии из вне, противостояли более активным частицам, снижая амплитуду их колебаний и удерживая, тем самым, данный участок вакуума от разрыва, разрушения.

В качестве примера, возьмите кусок тряпки и тяните его в разные стороны, пытаясь разорвать. При этом крайние участки ткани получат дополнительную энергию от ваших рук, в то время, как срединная часть наоборот эту энергию теряет, удерживая кусок ткани от разрушения.

Ясно, что обедненный энергией участок вакуума энергетически мало соответствует окружающему пространству. Немедленно, его фермионы вакуума начинают восполнять недостаток энергии за счет интенсивного поглощения различных потоков космических частиц, небесных тел, звездных систем и даже галактик. Все зависит от размеров объекта. Но ясно, что во Вселенной они гигантских размеров.

Громадные массы, движущиеся по спирали (в соответствии с принципом минимума энергии при движении по спирали массы меньше мешают друг другу, реже сталкиваются, т.е. теряют меньше энергии) в центр этого участка образуют за счет взаимного трения светящийся ореол вокруг центра. Этот ореол называется квазар, а рассматриваемый нами объект космоса – «черная дыра».

В центре каждой из известных науке галактик обязательно обнаруживается массивная черная дыра. Являясь центром тяготения галактики, черные дыры активно накапливают недостающую энергию.

Но вот, наступает момент, когда все фермионы вакуума черной дыры насытились энергией. Поле тяготения дыры уже с трудом сдерживает накопившуюся, резко возросшую активность частиц. Наступает момент гигантского выброса массы и значит громадного выброса энергии.

Активные фермионы вакуума, преодолев, благодаря накопленной ими энергии, поле тяготения своего исходного небесного тела («черной дыры»), получив свободу, на субсветовой скорости (около 290000 км/с) помчались в пространство, излучая на пути большое количество энергии. Ведь их масса очень мала, а энергия велика. Это неравновесное состояние очень скоро станет соответствовать известному равновесному уравнению А. Эйнштейна ( , ведь излишек энергии быстро расходуется.

Активные, свободнолетящие фермионы вакуума, чтобы не путать их с обычными, получили название «виртуальные частицы». А излучаемая ими энергия, впервые предсказанная известным американским ученым Хиггсом, получила название «энергия Хиггса». Соответственно, кванты этой энергии названы «бозоны Хиггса».

Попытки ее экспериментального обнаружения систематически предпринимаются с использованием суперсовременного, гигантского ускорителя элементарных частиц «адронного коллайдера».

Виртуальные частицы по мере своего продвижения в пространстве, теряют избыточную энергию, их самостоятельное существование становится энергетически не выгодным. У них возникает два варианта: полное разрушение или объединение с себе подобными, с целью создания более крупной, а значит более устойчивой частицы. Оба варианта имеют место быть.

Из объединения виртуальных частиц возникают большие по размеру и массе элементарные частицы: электроны ( ) и протоны ( ).

Конечно, они более устойчивы в данной внешней среде. Но и они, продвигаясь все дальше от эпицентра, вынуждены постепенно увеличивать свою массу: часть электронов объединяется с частью протонов, создавая гораздо более тяжелые частицы – нейтроны( ).

В свою очередь, нейтроны объединяются с протонами, создавая уже ядра атомов (см. концепцию строения ядра). Ядра атомов присоединяют свободные электроны, формируя атомы относительно легких элементов: водород, гелий.

Так вакуумом осуществляется функция формирования элементарных частиц, вплоть до атомов и их ядер.

Функция утилизации элементарных частиц.

Во Вселенной функции создания всегда идут рука об руку с функциями разрушения. Иначе возникнет переизбыток нефункциональных элементов, создающих хаос, что для Вселенной энергетически не выгодно.

Так, элементарные частицы, израсходовавшие свою энергию, необходимую для существования в данных условиях внешней среды, не сумевшие объединиться, чтобы увеличить свою массу и прийти в соответствие с внешней средой, уничтожаются ее энергетическим воздействием.

Аналогично, например, астероид в космическом пространстве: если он не располагает достаточной энергией, чтобы противостоять полю тяготения ближайшей планеты, т.е.существовать самостоятельно не может, будет уничтожен в результате падения на ее поверхность.