В.М. Антонов

3.4. Постулат о низшем уровне физического вакуума

 

 

Аннотация

 

 

Для построения теории гравитации принимается следующий постулат: в природе существуют хаотично движущиеся частицы (гравитоны), расстояния между которыми много больше их размеров, обладающие массой много меньшей массы частиц, составляющих элементарную частицу, и взаимодействующие между собой и с элементарными частицами только по классическому закону абсолютно упругих соударений при их непосредственном контакте, т.е. без промежуточных силовых полей.

Вводится понятие покоя точки относительно гравитонного газа.  В соответствии с идеей, высказанной в §3.2, и приведенным постулатом создаётся алгоритм построения деформированного распределения гравитонов по скоростям при их взаимодействии с телом. Приводятся результаты решения задачи на ЭВМ в виде таблицы и в виде кривых.

 

--   Оглавление  --

 

Элементарным частицам, из которых состоит наблюдаемая материя, присуще особого рода внутреннее (собственное) движение, не связанное с перемещением частицы в пространстве. Характеристикой этого движения является спин и масса частицы.

Если элементарная частица не обладает структурой, то внутренним движением ее может быть только вращение, поверхностную аналогию которого можно увидеть во вращении макроскопического тела.

Если элементарная частица обладает структурой, то спин и масса частицы должны характеризовать движение частиц, составляющих элементарную частицу, относительно центра масс самой частицы. Это движение может быть вращательным, колебательным или иметь более сложный характер. Поскольку спин и масса известных элементарных частиц остаются постоянными, разумно приписать каждого рода частицам, составляющим элементарную частицу, некоторую статистически постоянную скорость .

Принимая во внимание экспериментальные данные, говорящие о существовании определенной структуры нуклонов, в дальнейшем мы будем предполагать, что элементарные частицы обладают структурой, независимо от того обнаружена экспериментально структура конкретных частиц или еще не обнаружена.

Заметим, что принятие структурности элементарных частиц не противоречит квантовой механике, так как квантовая механика не отвергает структурность элементарных частиц, а игнорирует ее при рассмотрении взаимодействий.

Для построения теории тяготения примем следующий постулат: существуют хаотично движущиеся частицы (гравитоны), расстояние между которыми много больше их размеров и масса много меньше массы частиц, составляющих элементарную частицу, и взаимодействующих между собой и с элементарными частицами только по классическому закону абсолютно упругих соударений при их непосредственном контакте, т.е. без промежуточных силовых полей.

  В словах «взаимодействующих между собой и с элементарными частицами только по классическому закону» содержится утверждение о том, что при взаимодействиях, в которых участвуют гравитоны, не работают эффекты специальной теории относительности и квантовой механики. Поскольку справедливость указанных теорий не проверена для взаимодействий, в которых участвуют гравитоны, то очевидно, что постулат не противоречит наблюдениям и эксперименту.

Совокупность движущихся гравитонов назовем гравитонным газом. Характер взаимодействия гравитонов идентичен характеру взаимодействия частиц идеального газа: в обоих случаях расстояния между частицами много больше размеров частиц; для гравитонов отсутствует взаимодействие через промежуточные поля, для частиц идеального газа такие взаимодействия не учитываются. Следовательно, скорости гравитонов распределены по закону Максвелла относительно гравитонного газа.

Будем считать, что точка покоится относительно гравитонного газа, если при отсутствии близких масс распределения по скоростям гравитонов, проходящих через точку, одинаковы для совокупностей гравитонов, приходящих с каждого направления.

На тело, покоящееся относительно гравитонного газа, действуют одинаковые силы с любого направления.

Будем рассматривать гравитационное взаимодействие между двумя материальными объектами М1 и М2, покоящимися относительно гравитонного газа. Вектор скорости гравитона, вступающего во взаимодействие с одним из объектов, можно разложить на две составляющие: параллельную линии М1М2 и перпендикулярную к ней. Очевидно, взаимодействия на объект гравитонов, обусловленные составляющей скорости, перпендикулярной к оси М1М2, будут взаимно уничтожаться. О составляющих скоростей, параллельных оси М1М2 этого сказать нельзя, так как возможно существование некоторого влияния  самих тел М1 и М2 на те гравитоны, которые претерпели взаимодействие с элементарными частицами тел.

Считая, для простоты, что расстояние между телами М1 и М2 много больше размеров самих тел, мы можем учитывать действие только тех гравитонов, которые движутся параллельно оси М1М2. Таким образом, задача сводится к следующему.

В пространстве, где расположены материальные объекты М1 и М2, имеются гравитоны, движущиеся в двух противоположных направлениях:   М1М2  и  М2М1. При отсутствии в точках М1 и М2 материальных объектов гравитоны, движущиеся в этих направлениях, имеют некоторое распределение по скоростям.

Так как, по предположению, точки М1 и М2 покоятся относительно гравитонного газа, то в каждой из них кривые распределения скоростей гравитонов, движущихся в положительном (+) и отрицательном (-) направлениях, симметричны относительно оси ординат.

Выясним, изменяется ли форма кривой распределения скоростей гравитонов в точке М1 после их соударений с элементарными частицами тела М2, и, если да, то от каких факторов будет зависеть вид распределения.

При введении постулата мы не накладывали никаких ограничений на форму гравитонов и элементарных частиц. Удар тел произвольной формы отличается от удара двух шаров тем, что в первом случае наряду с перераспределением между телами энергии поступательного движения может происходить переход энергии поступательного движения  в энергию вращения тел и наоборот.

 При каждом акте соударения частицы ее внутренняя энергия меняется: то она приобретает внутреннюю дополнительную энергию, то теряет ее. Статистически же, т.е. на больших отрезках времени по сравнению со средним временем между двумя соударениями, внутренняя энергия частицы остается неизменной (для элементарных частиц это утверждение является опытным фактом: спин и масса частицы постоянны).

Отсюда следует, что при исследовании эффектов от большого числа соударений частицы с гравитонами мы можем не учитывать изменение ее внутренней энергии при каждом акте соударения.

Приведенные замечания справедливы и для взаимодействий гравитонов с составляющими элементарной частицы. Следовательно, рассмотрение удара частиц произвольной формы мы можем заменить рассмотрением удара абсолютно гладких частиц сферической формы.

Кроме того, мы вправе рассматривать только прямые удары. Полученные выводы будут справедливы для непрямых ударов, так как отклонение удара от прямого по эффекту будет равносильно уменьшению скорости составляющей элементарной частицы и гравитона.

Будем решать упрощенную задачу в одном измерении. Пусть гравитоны распределены по скоростям по некоторому закону . При взаимодействии с элементарными частицами гравитон может приобретать дополнительную энергию, отбирая ее от внутренней энергии элементарной частицы, или терять энергию, передавая ее во внутреннюю энергию частицы.

Внутренняя энергия частицы при этом может претерпевать колебания, оставаясь в среднем постоянной на промежутках времени, много больших промежутка между двумя последовательными соударениями с гравитонами.

Совокупность гравитонов в результате таких взаимодействий также обладает постоянной в среднем энергией.

При решении задачи мы будем исходить из законов сохранения энергии в отдельности как совокупности гравитонов, так и внутренней энергии элементарных частиц на промежутках времени, значительно превосходящих промежуток времени между двумя последовательными взаимодействиями частицы с гравитонами.

Будем исходить также из закона сохранения числа гравитонов на любых отрезках времени.

Взаимодействие гравитона с элементарной частицей будем рассматривать на уровне взаимодействия гравитона с частицами, составляющими элементарную частицу (свойство быть бесструктурным мы оставляем только за гравитоном).

В соответствии с принятым ранее постулатом будем рассматривать взаимодействие гравитона и составляющей элементарной частицы как соударение абсолютно упругих и абсолютно гладких шаров по классическому закону при их непосредственном контакте, т.е. без промежуточных силовых полей.

При этом составляющим элементарной частицы припишем некоторую среднюю скорость движения, равную .

В результате взаимодействия гравитон, обладавший скоростью    приобретет  скорость , равную

 ,                       (1)

            где  mг u mэ – массы гравитона и составляющей элементарной частицы.

            Предполагаем, что масса гравитона много меньше массы составляющей элементарной частицы: mг << mэ

            Тогда вместо равенства (1) можно написать

 

 Uг=-Vг +2Vэ                                                   (2)

 

Ниже для трех интервалов изменения скорости гравитона построена таблица, в которой показаны новые интервалы изменения скорости гравитонов, получающиеся при взаимодействии с составляющими элементарной частицы в соответствии с равенством (2). В таблице указаны также знаки изменения энергии гравитонов, знаки изменения скорости, знаки произведения VΔV и новый интервал изменения скоростей гравитонов в предположении, что средняя скорость внутреннего движения составляющих элементарной частицы сравнима со скоростью света (принято VС):

 

 

 

 

Интервал скоростей гравитонов

Преобразованный интервал скоростей гравитонов

Преобразованный интервал скоростей гравитонов при V≈ С

Знак ΔЕ

ЗнакΔV

Знак

VΔV

-3C<V<0

2 Vэ<V<3C+2Vэ

2C<V<5C

+

+

-

0<V< Vэ

Vэ <V<2Vэ

C<V<2C

+

+

+

Vэ<V<3C

2Vэ – 3C<V<Vэ

-C<V<C

-

-

-

 

 В таблице принято, что в исходном распределении гравитонов по скоростям скорости меняются в пределах

                                                                   -3С< V< 3C.

В соответствии с симметрией распределения скоростей относительно скорости V=0 кроме указанных в таблице трех интервалов существуют симметричные им: 0<V<3C; - <V<0; -3С <V<- , для которых преобразованные интервалы будут симметричны интервалам, указанным в таблице.

            Преобразование интервала скоростей гравитонов в результате их взаимодействия с составляющими элементарной частицы, указанное в первой строке таблицы, приводит к росту числа гравитонов, обладающих высокими энергиями.

Соответствии с законами сохранения энергии гравитонов и числа гравитонов в распределении должно возникнуть компенсирующее изменение. Это должно привести к уменьшению числа гравитонов, обладающих средними скоростями и увеличению числа гравитонов, обладающих малыми скоростями. Характер изменения распределения схематически продемонстрирован на рис.1 (как следует из приведенных выше рассуждений, вследствие взаимодействия гравитонного газа с элементарной частицей экстремум плотности распределения гравитонов по скоростям смещается в сторону малых скоростей: кривая 1- распределение гравитонов до взаимодействия с элементарными частицами; 2 – распределение гравитонов после их взаимодействия с элементарными частицами).

 

Рис.1

 

Из сохранения энергии гравитонов следует:

Или                                                                                                                                      (3)

 

   Последнее равенство определенно выполнимо, так как слева число отрицательных произведений ViΔVi приблизительно в три раза превосходит число аналогичных положительных произведений (см. таблицу).

            Итак, мы пришли к важному выводу: при взаимодействии гравитонов с элементарными частицами распределение гравитонов по скоростям «расползается», т.е. увеличивается число гравитонов, обладающих высокими скоротями, и число гравитонов, обладающих низкими скоростями, за счет числа гравитонов, обладающих средними скоростями.

            Мы приняли, что средняя скорость внутреннего движения составляющих элементарной частицы сравнима со скоростью света, и положили: Vэ=с. Однако этот шаг не является обязательным для дальнейшего изложения природы гравитации, т.е. равенство Vэ=с  не следует считать постулатом.

            Из второго столбца таблицы нетрудно заметить, что при изменении величины средней скорости внутреннего движения составляющих элементарной частицы будет изменяться степень деформации распределения гравитонов. При больших деформация распределения больше, при малых – меньше.

            В будущем следует поискать условия, в которых могут реализоваться различные  по величине значения скоростей .