§ 5. Многомерные пространства микромира

Существующее в настоящее время многообразие элементарных частиц иногда сравнивают с зоопарком. Почему так? Потому, что подобно тому, как в зоопарке клетки животных расставлены в случайном порядке, так и элементарные частицы классифицируются самым произвольным образом. Не существует даже критерия, по которому можно было бы определить, является ли рассматриваемая частица действительно элементарной.

Частицы, обладающие массой покоя, построены из квантов двумерного пространства. Энергия, связывающая кванты двумерного пространства согласно (4.12) равна

,

откуда находим:

(5.1)

то есть масса микрочастицы двумерного пространства равна площади ее сферы. На основании формулы (5.1) мы осуществили переход от системы СИ к абсолютной системе измерения физических величин по (1.2). Кроме того, формула (5.1) позволяет дать определение понятию «масса»: масса – это количество двумерного пространства. Особо отметим, что в определении не делается различия между «инертной», (входящей во второй закон Ньютона) и «тяжелой», (входящей в закон всемирного тяготения) массой. Последнее обстоятельство обязывает нас вывести закон всемирного тяготения из второго закона Ньютона, что мы и сделаем в § 6.

Из (5.1) следует также, что радиус действительно элементарной частицы, обладающей массой покоя равен

(5.2)

Так как масса элементарной частицы пространства второго измерения согласно табл.2 не может быть меньше, чем кг, то не существует элементарных частиц с радиусом менее

м

Если электрон действительно элементарная частица, то его радиус должен быть равен:

м

По современным представлениям, радиус электрона значительно меньше, чем 2,69м, следовательно, электрон не является элементарной частицей, масса которой сосредоточена в сфере. Масса электрона сосредоточена на поверхности более мелких частиц, образующих электрон как физическую систему.

Частицы, не имеющие массы покоя, относятся к частицам пространства первого измерения. Для одномерного пространства по (4.12) имеем:

откуда находим:

(5.3)

Радиус фотонов гамма-излучения, возникающих при радиоактивных распадах ядер и при взаимодействиях элементарных частиц двумерного пространства равен по (5.3) 2м, а радиус фотонов ультрафиолетовых световых лучей равен 2м.

Исходя из квантовых представлений, можно схематично описать процесс излучения, распространения и поглощения фотонов элементарными частицами пространства второго измерения. При поглощении фотона совершается фазовое пространственно-временное преобразование по схеме:

то есть одномерное пространство фотона (струна) превращается в двумерное пространство поглотившей его частицы (сферы), а высвободившаяся энергия может быть затрачена, например, на переход электрона на более высокий энергетический уровень. Энергии струны фотона ультрафиолетовых световых лучей соответствует масса кг.

При излучении фотона совершается обратное пространственно-временное преобразование. При излучении фотон рождается заново, при поглощении фотон уничтожается. Масса движущегося фотона не равна нулю и поэтому происходит искривление лучей света вблизи массивных тел.

Для объяснения электромагнитного взаимодействия хорошо подходит «пульсационная теория», появившаяся еще в 1856 году в трудах норвежца Бьеркнеса. Пульсирующие тела взаимодействуют через среду. Пульсации складываются в пространстве, заставляя тела либо притягиваться, либо отталкиваться в зависимости от фазы. Эффекты наблюдаются в экспериментах с пульсирующими резиновыми шарами или цилиндрами, или даже с камертонами. За демонстрацию подобных опытов Бьеркнес получил диплом международного жюри на Парижской электрической выставке.

Электрический заряд в абсолютной системе измерения физических величин относится к пространству первого измерения. Как и фотон, электрический заряд не имеет массы, но возможно фазовое пространственно-временное преобразование по схеме , в результате которого электрический заряд превращается в электрический ток согласно (3.12):

(5.4)

Электрический ток, как и масса, принадлежит пространству второго измерения. Следовательно, электрический ток равномерно распределен по поверхности сферы, причем величина тока пропорциональна площади этой сферы. Мы говорим «пропорциональна», так как единицы электричества вводились достаточно произвольно и никак не связывались с единицами измерения массы.

Формула (5.4) описывает процесс образования шаровой молнии. Известно, что электрический разряд всегда пробивает в среде пути для своего прохождения. Толщина канала линейной молнии в природных условиях достигает 20 см, а длительность разряда достигает 1мс. Если во время прохождения разряда все пробитые пути окажутся перекрытыми, а пробить новые у заряда не осталось энергии, то электрический ток распределяется равномерно по поверхности сферы. Вероятность образования шаровой молнии не такая уж низкая, если учесть, что длина пробитых каналов достигает 10км, а в атмосфере во время грозы происходят резкие колебания.

Какой бы ни была природа энергии шаровой молнии, взрывается она в нашем обычном трехмерном пространстве, поэтому при энергетическом расчете можно использовать принцип подобия:

(5.5)

Где: - радиус двумерного пространства площадью 1м², = 1/2= 0,282м;

- радиус шаровой молнии;

- массовая плотность энергии двумерного пространства, Дж/кг;

- массовая плотность энергии шаровой молнии.

(5.6)

Где; - массовая плотность энергии тротила, Дж/кг;

- постоянный безразмерный коэффициент, численно равный скорости света. Согласует скорости протекания процессов в двух соседних пространствах.

Из (5.5) находим:

м,

то есть, шаровая молния радиусом 2,27м несет в себе заряд, эквивалентный энергии 1кг тротила. Среднестатистическая шаровая молния имеет радиус 14см. Еще раз воспользуемся принципом подобия:

(5.7)

Где: - энергия шаровой молнии радиусом 2,27м, Дж;

- энергия среднестатистической шаровой молнии;

- радиус среднестатистической шаровой молнии.

Из (5.7) находим:

Дж

Энергии среднестатистической шаровой молнии соответствует энергия 3,8 граммов тротила.

Шаровая молния – это элементарная частица двумерного пространства, реально наблюдаемая в нашем трехмерном пространстве. Маленькие шаровые молнии, возможно, удастся получить в лабораторных условиях. Нужно только успеть перекрыть канал линейного разряда за время его прохождения. Возможно, если между электродами поместить быстро вращающийся диэлектрик, то некоторые разряды не будут успевать проскочить через пробитый в диэлектрике канал и свернутся, пусть в маленькие, но реально наблюдаемые шаровые молнии.

Шаровые молнии – опасные для изучения объекты. Если материя и сознание – диалектические противоположности, то шаровая молния должна обладать, пусть и примитивным, двумерным сознанием. Наличием сознания можно было бы объяснить странное поведение шаровых молний. Впрочем, М-теория не занимается проблемами сознания.

Теперь мы можем вернуться к проблеме вычисления электромагнитного радиуса электрона. Для электрона в нашем трехмерном пространстве справедливо соотношение неопределенностей Гейзенберга

(5.8)

Чтобы перейти к одномерному пространству электрона, необходимо выполнить два пространственно-временных преобразования, то есть принять . Для соблюдения размерностей, величина должна оставаться физической величиной пространства второго измерения, поэтому вместо мы будем записывать (м/c).

Неравенство (5.8) обращается в тождество, когда ~, а поэтому

м (5.9)

Заряд электрона равномерно распределен по струне радиуса , поэтому

(5.10)

Предполагают, что струна обладает огромной внутренней энергией. Мы можем вычислить эту энергию для одного метра струны по (4.12):

Дж

Такой энергией обладают 52 тонны вещества, если вещество превратить в энергию по формуле . Для сравнения: во время американской атомной бомбардировки Хиросимы в энергию было преобразовано менее 10 граммов вещества.

Значение постоянного множителя в (5.10) найдем, подставив (5.9) в (5.10):

(5.11)

Чтобы избежать знака приближенного равенства, и получить жесткую теорию, следует в (5.11) вместо подставить :

(5.12)

Где: - теоретическая масса электрона. Дефект массы электрона

кг

Постоянный множитель в (5.12) для равномерно искривленных пространств Римана соответствует переходу из нашего трехмерного пространства в одномерное пространство микромира.

Наличие дефекта массы у электрона свидетельствует о его сложной структуре. Разумеется, в стандартной модели, рассматривающей электрон как точку, ни о каком дефекте массы не может быть и речи.

Согласно модели микромира (левая часть рис.2), электрон должен постоянно совершать пространственно-временные переходы из пространства второго измерения, где он обладает массой, в пространство первого измерения, где он обладает зарядом. Вероятно, переходы совершаются с большой частотой, определяемой формулой Луи Де Бройля, причем в процессе преобразований соблюдается равенство

(5.13)

Формула (5.13) раскрывает физический смысл фундаментальной квантовой длины, численно равной произведению радиуса электрона на его массу.

Согласно (4.12) энергия одномерного пространства электрона равна 79,4 Дж. Из этой энергии можно получить массу кг, что примерно в раз больше массы покоя электрона. Таким образом, масса при увеличении скорости не возрастает до «дурной» бесконечности, но скорость света для электрона и любого другого тела, обладающего массой покоя недоступна.

Если в (5.12) подставить значение радиуса электрона из (5.10), то получим:

Полученное выражение раскрывает физическую сущность перенормировки, применяемой в квантовых теориях. Если заряд электрона умножить на некоторую константу, а массу электрона разделить на такую же константу, то их произведение не изменится. Так как константы сокращаются, то им можно задавать любое значение, в том числе ноль или бесконечность.

Таким образом, электромагнитный радиус электрона, его заряд и масса – взаимосвязанные физические величины. Мы можем узнать все об электроне, если вычислим, хотя бы одну из этих величин. Многие теоретики пытались построить теорию электрона, но все теории оставались феноменологическими, так как заряд электрона и его масса устанавливались экспериментально, а о радиусе электрона вопрос даже не ставился, так как электрон считался точечной частицей.

Вычислим теоретически заряд электрона. Сначала выразим заряд электрона через фундаментальную квантовую длину:

Степени типа 0,37 … называют аномальными, так как они отличаются от ожидаемых. Аномальные показатели степеней возникают при фазовых переходах второго рода. Например, намагниченность железного магнита уменьшается по мере его нагрева и становится равной нулю при 770ºС (точка Кюри). Были все основания предполагать, что намагниченность изменяется пропорционально корню квадратному разности температур (показатель степени 0,5). Вместо этого намагниченность изменяется по закону с показателем 0,37… Было замечено, что в некоторых случаях аномальные показатели одинаковы и для других фазовых переходов второго рода. В 1972 году Кеннет Вильсон и Майкл Фишер вычислили точные значения аномальных показателей для различных фазовых переходов второго рода. Правда, для решения задачи они использовали самые мощные компьютеры того времени. Задача решалась методами последовательных приближений и поэтому причина появления аномальных показателей степеней так и осталась невыясненной.

Мы покажем, что причиной аномальных показателей является наличие в физике двух независимых величин измерения электричества, это электрический заряд и магнитная постоянная , поэтому в системе СИ электрическая постоянная принадлежит пространству минус пятого измерения

~

а в системе Гаусса пространству нулевого числа измерений:

~

Во многих случаях система Гаусса более удобна, но температура и оптические единицы в ней отсутствуют, а электрическая сила есть, и относится она, как и в системе СИ, к пространству пятого измерения. Уравнения, записанные в системе СГС применимы только для электродинамики. Закон Кулона, вопреки широко распространенному заблуждению, не инвариантен закону всемирного тяготения. Электрический заряд и масса – принадлежат пространствам разной размерности, поэтому закон всемирного тяготения описывает взаимодействие двух точек, а закон Кулона описывает взаимодействие двух параллельных линий (проводников тока), а не точечных зарядов.

В системе СИ произведение двух зарядов принадлежит пространству второго измерения:

~,

а в системе СГС – пространству седьмого измерения:

~

Таким образом, для перехода от системы СГС к системе СИ, необходимо выполнить пространственно-временной переход из пространства седьмого измерения к пространству второго измерения:

(5.14)

Прологарифмировав (5.14) получаем:

Формулу (5.13) мы теперь можем записать в виде:

(5.15)

Постоянный множитель в геометрии Римана соответствует переходу из одномерного пространства микромира к нашему трехмерному простраеству, а постоянный множитель , согласующий коэффициент системы СГС

~

с соответствующим коэффициентом системы СИ

~

равен:

Окончательно формула (5.15) принимает вид:

(5.16)

Появление коэффициента 3 в знаменателе формулы (5.16) вероятно связано с тем, что заряд электрона не является минимальным зарядом. Минимальным зарядом обладают кварки, заряд которых в 3 раза меньше заряда электрона. Все попытки экспериментаторов «вытащить» кварки из тех частиц, в которых они предположительно находятся, закончились неудачей. Лишь после того, как 1973 году было установлено, что все силы, действующие между частицами, уменьшаются с ростом энергии, была создана теория кварков и глюонов, получившая название квантовой хромодинамики, признанная правильной теорией сильных взаимодействий.

Следует отметить, что «экранная теория» сильного взаимодействия появилась первой в трудах М.В.Ломоносова и затем ее дважды переоткрыли Лесаж и В.Томсон. Экранный механизм взаимодействия предполагает, что длина свободного пробега мелких частиц больше расстояния между телами, поэтому механизм непригоден для объяснения гравитации, когда расстояния между взаимодействующими телами составляет миллионы километров. Ядерное же взаимодействие проявляется на расстояниях порядка метра и имеет резко выраженный радиус действия.

Термодинамика всегда занимала в физике особое положение. В самом начале ее связывало с остальной физикой только первое начало термодинамики. Главное понятие термодинамики – энтропия. Для разъяснения физического смысла понятия энтропия Максвеллу, Больцману и Гиббсу потребовалось около 50 лет.

В конце XIX века Больцман оказался единственным крупным ученым, отрицавшим ставшую модной, теорию тепловой смерти Вселенной. На надгробии Больцмана высечена формула:

(5.17)

где: - энтропия;

k – постоянный коэффициент;

- вероятность нахождения термодинамической системы в описываемом состоянии.

С помощью своей формулы Больцман доказывал, что во Вселенной могут проходить процессы, препятствующие росту энтропии. К сожалению, вероятность таких процессов ничтожно мала. По Больцману, может случиться так, что все молекулы воздуха соберутся в одном углу комнаты, а несчастный наблюдатель в другом углу комнаты, задохнется от удушья. Чтобы такое произошло, может не хватить жизни не только самого наблюдателя, но и времени существования самой Вселенной.

Больцман оказался прав в другом, тепловая смерть Вселенной не угрожает, но совершенно по иной причине. В § 7 мы покажем, что трехмерная Вселенная – это открытая система, поэтому второе начало термодинамики к ней неприменимо, а уменьшение энтропии во вселенских масштабах происходит в черных дырах.

Сам Больцман никогда не интересовался численным значением постоянного коэффициента, который, по его мнению, должен быть универсальной величиной, зависящей только от единиц измерения. Однако, если заменить на , то постоянный коэффициент в (5.17) становится равным постоянной Больцмана, имеет размерность пространства пятого измерения и является квантом термодинамической силы:

н~

Исходя из инвариантности законов термодинамики и квантовой механики, мы имеем право записать:

, (5.18)

где: F – квантовая сила:

W – вероятность нахождения квантовой системы в описываемом состоянии.

Из (5.17) и (5.18) следует, что

Окончательно получаем:

град.

Таким образом, квант температуры равен 1,54 градуса. Мы не можем достигнуть абсолютного нуля температуры, мы можем лишь приблизиться к нему на величину . Подобно тому, как лишены физического смысла расстояния, меньше фундаментальной квантовой длины, так лишены физического смысла температуры, меньше кванта температуры.

Считается, что теория информации – это чисто математическая теория, а сходство

информационной энтропии и термодинамической энтропии – формальное. Теория

многомерных пространств наполняет физическим смыслом теорию информации.

Мы имеем полное право говорить о квантах информации, информационной силе и энергии.

Не следует только абсолютизировать теорию информации, полагая, что в мире нет ничего, кроме информации. Механика Ньютона, квантовая механика, электродинамика, термодинамика, теория относительности и теория информации описывают одну и ту же физическую реальность. Они не исключают друг друга, а взаимно дополняют одна другую, помогая глубже понять окружающий мир во всем его многообразии.

следующая страница>