Солитонная модель Материи

• Изъяны абстрактно-формальной парадигмы познания
• Парадокс в теоретической физике
•   Обоснование наличия Предматерии
•   Солитонная модель Материи
•     «Фотоны» и «нейтрино» – одиночные волны-импульсы
•     Сущность «массы» и «тяготения»
•     Сущность «заряда», «электрополя» и электромагнетизма»
•     Сущность «кварков» и барионов
• Сущностная космология
• Сопоставление сущностных и абстрактных единиц измерения
•   Научная значимость открытия
•   Практическая значимость открытия
• Методика верификации модели
• Список литературы

Следует отметить, что условия образования, функционирования и взаимодействия в различных средах (в том числе в твердом веществе) одиночных стоячих волн как физических объектов (именуемых "солитонами") хорошо изучены и предпринимались попытки применения этих объектов к описанию "элементарных частиц". Однако такие модели не получили ни законченного оформления, ни всеобщего признания научным сообществом по следующим причинам:

Во-первых, не была обоснована среда, в которой существуют "солитоны-частицы", как они возникли и что собой представляют в сущностном аспекте.

Во-вторых, не устанавливались связи между солитонами-частицами и полями (гравитационным, электромагнитным, сильными и слабыми взаимодействиями) – поля, в лучшем случае, рассматривались как существующие до появления солитонов-частиц.

В-третьих, не была обоснована сущность описываемых формулами объектов, а рассматривались абстрактно-математические формализмы, то есть, производилось исключительно оперирование математическими соотношениями и все "доказательства" представления элементарных частиц в виде солитонов сводились к оперированию математическими формулами.

Так, было выяснено, что для описания "элементарных частиц" как нельзя лучше подходят абстрактно-математические модели одиночных волн–солитонов, в особенности нелинейные уравнения Шредингера и sin-Гордона. В предлагаемой модели этот результат также определяет смысл уравнений Шредингера – это уравнения динамики одиночных трехмерных стоячих волн – солитонов, каковыми и являются "элементарные частицы", как будет показано ниже. Ранее уравнения Шредингера считались просто удачно подобранной формулой для описания поведения "элементарных частиц".

Представляет интерес процесс возникновения первых солитонов в элементах Предматерии. Исходя из того, что солитоны — это энергетические образования, они могли образоваться, по аналогии с процессами в мире Материи, как выделения энергии при структурировании Предматерии в кристаллообразную форму. Поскольку "наш мир" - Материя — это исключительно волновые (энергетические) образования в элементах Предматерии, то понять сущность субстанции, из которой состоит Предматерия (её "материал", внутреннюю структуру, образование свойств упругости, плотности и связей между элементами, причины низкого волнового сопротивления) в настоящее время представляется невозможным.

Тем не менее, весьма вероятные предположения о процессах образования первых солитонов, их форме и размерах возможно, исходя из знаний о свойствах известных науке "элементарных частиц".

Предварительно нужно отметить, что солитоны, образующиеся в элементах Предматерии, будучи колебательными процессами, сами оказывают влияние на элементы Предматерии – вызывают в них (и в покое, и в движении) колебательные процессы, поскольку элементы Предматерии, как осцилляторы, способны откликаться на внешние воздействия.

Рассмотрим качества, которыми обладают единичные солитоны, и как эти качества позволяют солитонам взаимодействовать и порождать так называемые "поля".

Во-первых, каждый солитон в момент своего "рождения" обладает определённой энергией колебательного процесса.

Во-вторых, солитон, как колебательный процесс, находящийся в элементах Предматерии, деформирует (активирует) в некотором объёме пространства элементы Предматерии. Эти деформации (сжатие) элементов Предматерии вызывают увеличение жесткости элементов Предматерии и увеличение волновой проводимости для солитонов, поэтому солитоны вынуждены перемещаться в направлении снижения волнового сопротивления.

Этот процесс сближения двух солитонов в направлении снижения волнового сопротивления нужно, несомненно, интерпретировать как "притяжение", а поле деформаций пространства Предматерии, несомненно, следует интерпретировать как "поле тяготения".

В-третьих, из-за плотной упаковки элементов Предматерии не представляется возможным увеличивать их размеры (и тем самым снижать упругие свойства элементов и увеличивать волновое сопротивление), поэтому предположить существование явления "отталкивания" в гравитационном взаимодействии ("антигравитация") было бы ненаучным.

Образование и свойства замкнутых стоячих волн в элементах Предматерии проиллюстрированы на примере "рождения пары электрон – позитрон" при приближении фотона к любой "тяжелой частице" или ядру атома, который, являясь модулем из нескольких солитонов, вызывают деформацию конфигурации элементов Предматерии - Рис.4.

При достижении фотоном (с энергией не менее удвоенной полной энергии электрона) границы сферы, где напряжения деформации сдвига в элементах Предматерии равны напряжениям их резонанса (собственная частота), в элементах Предматерии возбуждаются две замкнутые стоячие волны с колебаниями, имеющими фазовый сдвиг на 180⁰ - электрон и позитрон. В частице-солитоне возникают свободные колебания, а необходимая энергия поступает из фотона в начальный момент образования солитонов.

Рис.4. Графическая модель, демонстрирующая процесс преобразования поперечной волны в элементах Предматерии (фотона) в замкнутые стоячие волны–солитоны с колебаниями, имеющими фазовый сдвиг на 180⁰ («рождение пары электрон - позитрон в поле ядра атома»).
А - Поперечная волна в элементах Предматерии (фотон) движется к замкнутой стоячей волне-солитону в элементах Предматерии (частица-осциллятор с большой внутренней энергией – нейтрон, протон или ядро атома), которая вызвала существенные деформации элементов Предматерии.
Б – Фотон достиг границы сферы, внутри которой напряжения деформации сдвига в элементах Предматерии превышают напряжения, при которых происходит резонанс между собственной частотой элементов Предматерии и частотой поперечной волны в субстанции материи (фотона).
В - Поперечная волна в элементах Предматерии (фотон) превращается в две замкнутые стоячие волны с колебаниями, имеющими фазовый сдвиг на 180⁰ - электрон и позитрон.

Этот процесс при детальном описании:

1. первая полуволна фотона, достигая границы резонансной поверхности (дисперсия среды, необходимая для возникновения стоячих волн), запускает резонансный колебательный процесс, передний фронт которого, двигаясь только по этой резонансной поверхности (при резонансе волновое сопротивление минимально), огибает "тяжелую частицу" или ядро атома и настигает задний фронт резонансного процесса в момент окончания прохождения первой полуволны фотона – образуется первая замкнутая стоячая волна;
2. вторая полуволна фотона аналогичным образом запускает процесс образования второй замкнутой стоячей волны, причем фазовый сдвиг между колебаниями в стоячих волнах составляет 180⁰ – это следует из фазового сдвига между полуволнами фотона;
3. если энергия фотона точно равняется удвоенной полной энергии электрона, то образовавшиеся стоячие волны, оставаясь на месте образования, взаимодействуют между собой и снова превращаются в разомкнутый колебательный процесс – это явление именуется «аннигиляция пары»;
4. если энергия фотона больше удвоенной полной энергии электрона, то образовавшиеся стоячие волны получают импульс поступательного движения и разбегаются в пространстве.

Какая из двух образовавшихся замкнутых стоячих волн-"частиц" будет именоваться "электроном", а какая "позитроном", зависит от фазового сдвига их колебаний с уже существующими "электронами" и "позитронами": "частица" относится к той категории частиц, с которыми у неё нулевой фазовый сдвиг.

Таким образом, электрон и позитрон являются замкнутыми стоячими волнами (солитонами) с минимально возможной энергией устойчивого функционирования и частотой колебательного процесса, определяемой как собственная частота колебаний элементов Предматерии - графическая модель солитона–электрона (позитрона) приведена на Рис.5.

Рис.5. Графическая модель электронов и позитронов. Различие между солитонами состоит в сдвиге фаз колебания на 180⁰

Солитоны стабильны потому, что при резонансе волновое сопротивление внутри тороидальной поверхности стремится к нулю, в то время как сопротивление на внешней поверхности существенно больше и энергия не может распространяться за пределы солитона.

Квадрат энергии осциллятора, именуемый в квантовой механике "вероятностью нахождения частицы в некоторой точке пространства", на самом деле является характеристикой ширины резонансной кривой колебательной системы солитона – осциллятора: чем больше квадрат амплитуды, тем острее кривая резонанса.

При исследовании солитонов был обнаружен эффект "резонансной синхронизации" по частоте и фазе – из этого явления следует, что образующиеся пары электрон-позитрон могут "подстраиваться" под фазу уже существующих электронов и позитронов.

Если частицы – солитоны или бегущие волны имеют идентичные параметры по частоте и фазе, то между ними возникает так называемое "связанное состояние", когда изменение параметров в одной из них передаётся по элементам Предматерии в виде сферических волн и воспринимается другой.

Сами бегущие волны могли рождаться при образовании структуры Предматерии, когда из первичной бесструктурной Предматерии образовалась монокристаллическая структура. В этом процессе элементы Предматерии находились в колебательном состоянии и порождали бегущие волны, которые, в свою очередь, взаимодействуя, порождали стоячие волны – солитоны.

Такой процесс рождения пары электрон-позитрон наблюдается и при столкновении двух высокоэнергетичных гамма-квантов – фотонов высокой энергии.. Сущность этого процесса заключается в том, что каждая бегущая волна (фотон) образует вокруг себя область возбуждённых элементов Предматерии (дисперсную среду для волновых процессов) – именно такие условия, какие необходимы для образования стоячих волн и которые создаются в окрестностях "тяжелых частиц".

Наблюдаемый процесс рождения частиц-античастиц парами, как и их парная "аннигиляция", объясняет "закон сохранения зарядов" при взаимодействиях.

Такое парное рождение частиц-античастиц является убедительным доказательством в достоверности гипотезы о происхождении солитонов как процесса преобразования бегущих поперечных волн-фотонов в стоячие волны-солитоны.

Наблюдаемое преобладание "вещества" над "антивеществом" в окрестностях ничтожно малого (в масштабах Вселенной) известного науке пространства не дает оснований полагать, что такое соотношение существует везде во Вселенной. Исходя из модели, "частицы" и "античастицы" образуются попарно и различаются между собой лишь фазовым сдвигом колебаний, поэтому полная симметрия между "веществом" и "антивеществом" позволяет предположить их равномерное (опять-таки, в масштабах Вселенной) распространение.

В случае, если экспериментально будет доказано преобладание "вещества" над "антивеществом" в масштабах всей Вселенной, следует принять во внимание гипотезу о том, что элементы Предматерии могут обладать внутренним вращательным движением – спином. Ориентация спина элементов Предматерии могла предопределять преобладание образования частиц "вещества" (как модулей из нескольких солитонов) над "античастицами". По этой же причине свойства вещества и антивещества могут различаться.

Таким образом, предлагаемая модель Предматерии позволяет воссоздать реальную картину возникновения и развития структурной организации Предматерии и всех её проявлений - от уровня упруго-инерционных элементов (структура монокристалла), возникновения в них уединенных структурно устойчивых бегущих волн и стоячих волн-солитонов, и до появления сложно организованных уровней организации в виде "составных частиц", атомных ядер и атомов – взамен того, что изложено в противоречащей физическим закономерностям и принципам причинности модели "Большого Взрыва".

Согласно модели, Предматерия представляет собой трехмерную структуру – систему из одинаковых взаимосвязанных элементов-резонаторов. Обладая плотностью и жесткостью, элементы Предматерии по своей сущности являются физической системой, способной совершать колебания максимальной амплитуды (резонировать) при воздействии внешней силы определенной частоты и формы, при этом геометрические размеры резонаторов изменяются, вызывая деформации смежных с осцилляторами резонаторов.

Для понимания сущности солитонов и параметров их взаимодействия с элементами Предматерии, рассмотрим упрощенный способ расчёта взаимодействия солитонов и элементов Предматерии как осцилляторов-резонаторов. Точные решения можно получить при адаптации уравнения Шредингера к рассмотрению указанных процессов.

Деформации резонаторов, перешедших в состояние осцилляции зависят от энергии, запасенной в них. Потенциальная энергия:

E = ½ kA², (23)

где k – жесткость элементов резонатора;

A – амплитуда колебаний элементов резонатора; при этом деформации элементов пропорциональны амплитуде колебаний.

Кинетическая энергия:

E = ½ ρVω²A², (24)

где ρ – плотность элементов резонатора;

V – объем элементов резонатора;

ω – циклическая частота колебаний.

ω = 2πf, (25)

где f – частота колебаний осциллятора.

f = c/λ, (26)

где c – скорость распространения волн в материале резонаторов;

λ – длина волны колебаний осциллятора.

Очевидно, что соотношения 23 и 24 для определения потенциальной и кинетической энергий справедливы для любого осциллятора, в том числе и для трёхмерного осциллятора тора-солитона.

Подставляя в (24) выражения из (25) и (26), получим:

E = ½ ρ V c² A²/λ² = (ρ V A²/λ² ) * c² = m c², (27)

где m = ρ V A²/λ² параметр, характеризующий:

1. количество запасенной в осцилляторах энергии – это динамический параметр осцилляторов и мера инерционности стоячих волн - солитонов, т.е. неподатливости внешним воздействиям – это "инерционная масса" солитонов - "частиц";
2. возможную величину деформаций элементов Предматерии, создаваемых осциллятором в окружающем пространстве, то есть, возможную величину силы взаимодействия с другими осцилляторами – это статический параметр осциллятора, мера его способности создавать "поле тяготения", это "тяготеющая масса" солитонов - "частиц".

Равенство инерционной и тяготеющей масс следует из равенства кинетической и потенциальной энергий осциллятора.

Ускоряя солитон - осциллятор (прибавляя ему энергию), мы заставляем его не только увеличивать частоту колебаний (E_кол = ½ ka² = 1/2mω²a²), но и увеличивать массу (m=E/c²).

Также понятно, что абстракция "корпускулярно - волновой дуализм" - как проявление солитонами (стоячими волнами) либо свойств протяженных волновых объектов, либо свойств локализованных в точке объектов ("частиц") при различных условиях и масштабах исследования возникла именно из-за непонимания сущности частиц как волновых образований.

Главный вывод из солитонной модели Материи:

Материя является энергией – энергетическими колебательными процессами.

Таким образом, предлагаемая модель демонстрирует:

• "масса", на самом деле, является мерой энергии волновых проявлений стоячих волн-солитонов и появляется непосредственно в момент возникновения этих волн в элементах Предматерии;
• никакие фантазийные сущности, вроде "бозонов Гиббса" и "поля бозонов Гиббса" не нужны для объяснения сущности "массы" и причин её появления;
• "гравитационное поле" представляет собой поле деформаций (активизации) элементов Предматерии, и деформации эти вызваны волновыми процессами - солитонами и модулями из солитонов, то есть "масса" порождает "гравитацию";
• "гравитационное поле" непрерывное, может прирастать (при рождении солитонов) и убывать (при аннигиляции частиц) на дискретную величину, поскольку порождается дискретными частями – солитонами;
• фантазийная абстракция вроде "деформация пространства-времени" для объяснения гравитации более не нужна;
• "время" - не сущность, не "четвёртая координата пространства-времени", а только абстракция, которая характеризует длительность процессов и/или интервал между различными процессами в Материи;
• "гравитационная постоянная", на самом деле, является мерой влияния солитонов-частиц на деформацию (активацию) элементов Предматерии, от которой зависит величина и сила притяжения;
• все расчётные соотношения для вычисления гравитационных взаимодействий на расстояниях, значительно превышающих размеры частиц-солитонов, сохраняются без изменений, а "гравитационное поле" можно рассчитывать как деформации в упругой среде с помощью тензорного исчисления;
• для определения гравитационных взаимодействий на расстояниях, сопоставимых с размерами частиц-солитонов (при образовании солитонами модулей - бозонов, в ядрах атомов и т.п.) следует использовать имитационное моделирование взаимодействия волновых процессов.

Из закона тяготения можно определить силу сопротивления деформациям элементов Предматерии, которую необходимо преодолевать солитонам (модулям из солитонов) при порождении "гравитационного поля".

Сила притяжения между двумя электронами-солитонами зависит от трех параметров:

1. от полной энергии каждого из солитонов зависимость прямо пропорциональная – чем больше полная энергия солитонов, тем больше создаваемые ими деформации (возбуждение элементов Предматерии), тем сильнее притяжение;
2. от силы связей между элементами Предматерии зависимость обратно пропорциональная: чем больше сила связей, тем слабее будет притяжение, так как солитону-электрону труднее создать большие напряжения в элементах высокой жесткости, которые и определяют "градиент напряженности" "гравитационного поля", под воздействием которого солитоны сближаются;
3. от расстояния между солитонами зависимость обратно пропорциональная – чем больше диаметр сферы, внутри которой солитон создает напряжения деформаций, тем слабее притяжение.

То есть, F_T= E_е * E_е /r^{2 .} σ, (28)

где E - полная энергия солитона-электрона;

r – радиус сферы, на поверхности которой определяется сила притяжения;

σ – сила связей между элементами Предматерии.

При покоящихся частицах E_e = m_e * с²

Откуда σ = (E_e)² / F_T * r² (29)

Сила притяжения между двумя электронами определим по формуле:

F_T= G * m_e² / r² = 6,6720 * 10^-11 * (9,10938291 * 10^-31)² = 55,367 * 10^-72 Н (30)

где F_T– сила притяжения между двумя электронами;

G – гравитационная постоянная;

m_e– масса электрона;

E_e – полная энергия электрона;

r – расстояние между электронами, равное 1м;

с – скорость света.

Поэтому:

σ = c⁴/4 * π * G = (2,99792458 * 10⁸)⁴ / 6,6720 * 10^-11 = 12,1067 * 10⁴³ кг м / сек² = 1,21067 * 10⁴⁴ Н (31)

Формулу 28 можно использовать для определения "гравитационного взаимодействия" между любыми "частицами" и физическими телами при известных их полных энергиях, что удобно для вычислений при перемещениях тел с релятивистскими скоростями.

F_T= E₁* E₂ /r² * σ = 0,82599 * 10^-44 * E₁ * E₂ / r² (32)

где E₁и E₂ – полные энергии взаимодействующих тел.

Большая сила связей между элементами Предматерии свидетельствует о том, что они являются (по "земным" меркам) слабо деформируемой субстанцией.

Фотоны и нейтрино также порождают деформации (активизацию) элементов Предматерии, однако пространство этих деформаций бегущее, существует только в пределах размера этих импульсов, но может взаимодействовать с постоянным полем деформаций от частиц–солитонов: этот эффект наблюдается как "искривление траектории движения фотонов вблизи тяготеющих масс". Такой же эффект должен наблюдаться и при движении нейтрино – продольные волны тоже вынуждены перемещаться по траектории с наименьшим волновым сопротивлением.

В модели Материи "тяготение" - это явление сближения (притяжения) волновых образований в элементах Предматерии (стоячих и бегущих волн), вызванное уменьшением волнового сопротивления в пространстве между волновыми образованиями вследствие увеличения внутренних напряжений в упругих элементах Предматерии под влиянием колебаний "частиц" - солитонов - Рис.6

Рис.6. Графическая модель тяготения, демонстрирующая деформацию элементов.
Предматерии при возникновении в части элементов устойчивого колебательного процесса - замкнутых стоячих волн-солитонов (частиц-осцилляторов). Элементы в состоянии осцилляции вызывают явление "деформации пространства".

То есть, "гравитационное поле" является вторичным явлением по отношению к возникновению волновых процессов в элементах Предматерии, и появляется исключительно вследствие влияния колебательных процессов (стоячих и бегущих волн) на упругие свойства элементов Предматерии.

Именно в этом отличие от ранее предложенных гипотезах о том, что сначала появлялось гравитационное поле, затем появлялись некие "безмассовые частицы", а массой их "наделяли" "бозоны Хиггса".

Такая гипотеза выглядела математически как бы обоснованной, однако объяснить сущностную сторону этих процессов и явлений подобная гипотеза не в состоянии: ни что такое гравитация, ни что такое "тяготеющая масса", ни откуда взялись "бозоны Хиггса", чудесным образом "наделяющие массой" все остальные частицы.

Явление "тяготения" проявляется от всех волновых процессов в элементах Предматерии, причем от замкнутых стоячих волн ("частиц"-солитонов) образуется "поле тяготения" с формой, подобной форме солитонов, но которое уже на достаточно близком расстоянии от "частиц" можно считать сферическим. В обоих случаях "поле тяготения" перемещается вместе с порождающей их "частицей" и вызывает взаимодействие между "частицами" (их взаимное притяжение): под влиянием увеличившихся напряжений в упругих элементах Предматерии и уменьшения волновых сопротивлений скорость распространения волн увеличивается и волны-частицы устремляются в сторону её увеличения, то есть, друг к другу.

Упругие элементы Предматерии нельзя рассматривать как бесструктурные, даже в связи с отсутствием информации об их материале и устройстве, поскольку они характеризуются параметрами "плотность", "жесткость" и "добротность" - как рассеяние энергии при взаимодействии внутренних структур элементов. Рассеяние энергии должно быть чрезвычайно малым – иначе осцилляции в элементах затухали бы быстро и продолжительность функционирования осцилляторов-солитонов была бы небольшой, чего в действительности не наблюдается.

Явления рассеяния энергии в элементах Предматерии, в связи с ее малостью (следовательно, высокой добротностью резонаторов) могут быть обнаружены только в наблюдениях космических масштабов. Например, "красное космологическое смещение" излучения отдаленных галактик, трактуемое как все увеличивающаяся скорость их разбегания при увеличении расстояния до наблюдателя, можно интерпретировать как уменьшение частоты колебаний фотонов за счет рассеяния энергии в резонаторах – элементах Предматерии.

То есть, в предлагаемой модели принимается, что Материя – это совокупность волновых процессов в элементах Предматерии: бегущих и уединённых частицеподобных волн – солитонов и образованных из них модулей различного уровня сложности, а также "полей" - электромагнитного и гравитационного, которые являются исключительно порождениями частицеподобных волновых проявлений Материи.