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

В предлагаемой солитонной модели Материи предполагается, что из одиночных солитонов тороидальной формы с высокой энергией могут образовываться модули - "составные частицы". В настоящее время в связанном в "составных частицах" состоянии солитоны высоких энергий именуют "кварками".

Устойчивостью обладают не все составные частицы, а только такие, в которых солитоны – "кварки" имеют строго определенный уровень энергии (задаваемой свойствами Предматерии), а само построение "составной частицы" имеет строго определенную структурную организацию.

Солитоны высоких энергий образуются в среде с большими деформациями и напряжениями в элементах Предматерии. Для среды такого рода характерно (при высокой добротности резонаторов – элементов Предматерии и большом уровне возбуждающего воздействия) наличие колебаний с одинаковой частотой, но с различными амплитудами – это зависит от начальных условий возбуждения колебаний. Это явление следует учитывать при составлении моделей "составных частиц" и определении условий их стабильности.

Последовательность процесса образования составных частиц (модулей из одиночных солитонов) в вербальном изложении:

1. солитоны высоких энергий образовывались в момент структурирования Предматерии, а также при существенном приращении энергии одиночных низкоэнергетичных солитонов (электронов, позитронов или их иных высокоэнергетичных состояний - мюонов, таонов) - они "превращаются" в сверхвысокоэнергетичные солитоны – "предкварки";
2. сверхвысокоэнергетичные "предкварки" вызывают дополнительные деформации элементов Предматерии (усиливают "поле тяготения"), способствуя взаимному сближению "предкварков";
3. одновременно сферические волны, распространяющиеся от "предкварков" ("электрополе"), участвуют в процессе регулирования расстояний между "предкварками" - в зависимости от сдвига фаз колебаний ("знака заряда") - это может быть сближение или удаление;
4. одновременно вращательное движение стоячей волны внутри солитонов ("спин" - свободный гироскоп) участвует в процессе поворота и ориентации солитонов-"предкварков" в пространстве и в наибольшей степени определяет пространственную структуру будущего модуля из солитонов – "кварков";
5. из "предкварков" образуется устойчивая структура ("составная частица"): одиночные солитоны переходят в связанное состояние (внутри модулей они уже "кварки") исключительно силами "тяготения" и "электромагнетизма".

В литературе приведены сведения о том, что нейтроны и протоны имеют вид двояковогнутой линзы - и эта конфигурация является подтверждением правильности предложенной структурной организации протонов и нейтронов. Двояковогнутость получается вследствие того, что солитоны-кварки (расположенные по краям центрального солитона-кварка) имеют заряды одного знака, они сильнее отталкиваются периферическими частями, нежели центральной частью, где это отталкивание компенсируется центральным солитоном-кварком с иным зарядом.

Графическое изображение структурной организации "составных частиц" (протонов и нейтронов) приведены на Рис.7.

Рис.7. Структурная организация нейтронов и протонов из солитонов-"кварков"
1 - солитон-"кварк" с зарядом +2/3 (u-кварк)
2 - солитон-"кварк" с зарядом -1/3 (d-кварк)

И такая структурная организация демонстрирует, что для объяснения сил, удерживающих кварки в протонах, нейтронах и иных многокварковых частицах, не требуется привлечения абстракции "ядерные силы", якобы имеющих характер "обменных взаимодействий" с привлечением абстракции "глюоны". Ведь на расстояниях размеров протонов и нейтронов (около 10^-15м) и энергиях, сосредоточенных в этих солитонах-кварках, они создают большие напряжения деформаций элементов Предматерии (снижая тем самым их волновое сопротивление), то солитонам невозможно покинуть это ограниченное пространство. Именно по этой причине не удаётся выделить "свободный кварк". Как только протоны или нейтроны тем или иным способом получают дополнительную энергию, происходит нарушение их структурной организации, образуются комбинации нестабильных образований из различного числа кварков. Временно могут образовываться пары, тройки, квартеты (возможно и более) из кварков, которые физики, не понимая сущности кварков и сил, приводящих к образованию таких короткоживущих структур, относят к "элементарным частицам". По настоящему "элементарными" являются исключительно солитоны – как с низкой энергией (электроны и позитроны), так и высокоэнергетичные солитоны-кварки. Все остальные так называемые "элементарные частицы" - всего лишь временные образования из солитонов высоких энергий, "выбитые" бомбардировками из структур протонов и нейтронов. Очевидно, что непонимание физиками сущности солитонов-кварков и сил, приводящих к построению из них различных модулей, приводит к продолжению сверхзатратных экспериментов на сверхдорогих установках (ускорителях) опытов – бомбардировок, когда некий объект разрушают, а потом по осколкам пытаются понять структуру и состав исходного объекта. Предлагаемая солитонная модель структурно-функциональной организации "элементарных частиц" позволит осуществлять основной объём их изучения на имитационных моделях, а на ускорителях проводить только идентификацию теоретических моделей или уточнение параметров исходных данных для моделирования. А это существенно ускорит прогресс в изучении основ Мироздания, позволит значительно сократить затраты и время на получение новых научных знаний.

При рассмотрении процессов образования протонов и нейтронов следует учитывать электростатическое взаимодействие зарядов у "кварков":

• у протона высокоэнергетичный солитон ("d-кварк" с энергией 4,8 МэВ) с отрицательным зарядом, расположенный в центре модуля, удерживает расположенные по бокам два солитона со значительно более низкой энергией ("u-кварки" с энергией 2,3 МэВ) с положительным зарядом;
• у нейтрона солитон со значительно более низкой энергией ("u-кварк" с энергией 2,3 МэВ) с положительным зарядом, расположенный в центре модуля, удерживает два расположенные по бокам высокоэнергетичных солитона ("d-кварки" с энергией 4,8 МэВ).

Заряды "кварков" по величине и знаку также различаются. Так, "d-кварки" с энергией 4,8МэВ обладают отрицательным зарядом в 1/3 от заряда электрона, а "u-кварки" с энергией 2,3МэВ обладают положительным зарядом в 2/3 от заряда электрона. Такая обратнопропорциональная зависимость величины заряда от энергии солитона-кварка может быть обусловлена тем, что с увеличением энергии размер (и излучающая сферические волны поверхность) солитонов-кварков уменьшается.

Очевидно, что параметры элементов Предматерии предопределили то, что заряд "кварков", как частота сферических волн, не может уменьшаться на произвольную величину, поэтому заряд "кварков" имеет строго треть (d-"кварк") или две трети (u-"кварк") от заряда электрона.

В будущих исследованиях будет выяснено – чем отличаются два основных вида "кварков", составляющих стабильные протоны и нейтроны, от "кварков" во множестве нестабильных частиц. Очевидно, что различия определяются энергией солитонов-"кварков", частотой испускаемых сферических волн (зарядом) и структурной организацией всевозможных "резонансов".

Изложенная выше вербальная модель образования нейтронов и протонов, а также количественные параметры вступающих во взаимодействие солитонов-кварков, позволят построить имитационные модели указанных частиц-модулей и различных "резонансов". На моделях станет возможным понять и механизмы образования модулей из солитонов различной сложности, и сущность абстракций – характеристик "кварков" типа "очарование", "цвет" и т.п.

Стабильность протона и нестабильность нейтрона указывает на то, что пространственная структурная организация их различна и её можно определить путем имитационного моделирования – все исходные данные для этого имеются.

Другие "составные частицы" представляют собой нестабильные модули из трех ("барионы"), четырёх ("резонансы") или двух ("мезоны") солитонов – "кварков".

При образовании модуля из отдельных солитонов, происходит увеличение напряжений в элементах Предматерии, занимаемого модулем, то есть, часть энергии исходных "предкварков" аккумулируется в элементах Предматерии, что воспринимается как "дефект массы" тяжёлой частицы – модуля из солитонов-"кварков".

Таким образом, "ядерные силы" - это совместное влияние "сил тяготения" и "электромагнитных сил" (по существу – деформационные и волновые процессы), которые на незначительных расстояниях между "предкварками" имеют существенную величину и образуют структуру "составных частиц". А "сильное" и "слабое" взаимодействия представляют собой процессы образования и распада замкнутых стоячих волн ("частиц") и модулей из нескольких частиц.

То, что естественным образом возникшие в Предматерии стоячие волны - солитоны имеют два типа связи между собой (по изменению деформаций – "тяготение" - и по взаимодействию сферических волн - "электромагнитное поле"), а также обладают свойствами свободного гироскопа, предопределило комплексное свойство их совокупности – самоорганизацию – как свойство образовывать все более усложнённые модули без всякого внешнего "организующего начала" ("творца"). В мировоззренческом плане это наиболее важный вывод из сделанного открытия.

Приписываемые "кваркам" и модулям из кварков абстрактно-формальные параметры (типа "лептонный и барионный заряды", "цвет", "шарм", "странность", "прелесть" и т.п.) на самом деле являются параметрами, характеризующими структурно-функциональную организацию солитонов в модулях - "составных частицах".

Для определения критериев устойчивости "составных частиц" можно воспользоваться имитационным моделированием при различных параметрах входящих в "составные частицы" солитонов – "кварков" и различной структурной их организацией.

"Увеличение массы" при увеличении скорости движения "частиц" наблюдается потому, что прибавляемая для ускорения "частиц" энергия включается в колебательный процесс в солитоне–частице (или их совокупности) и увеличивает деформации элементов Предматерии, воспринимаемое как "усиление поля тяготения" – "увеличение тяготеющей массы".

"Увеличение времени жизни" нестабильных состояний солитона (мюоны, таоны) или модулей из солитонов (нестабильные "составные частицы") при движении их с релятивистскими скоростями происходят не за счет "замедления времени", а потому, что процессы распада нестабильных состояний в этом случае происходят с меньшей скоростью, поскольку, как следует из логики функционирования солитона, при увеличении его внутренней энергии увеличиваются и деформации среды вокруг солитона (уменьшается волновое сопротивление среды), что способствует меньшей скорости удаления излишков энергии.

"Сокращение длины" и "увеличение времени жизни" тел при движении с околосветовыми скоростями обусловлено взаимодействием всех частиц-солитонов двигающегося тела с элементами Предматерии. Поскольку время воспроизведения солитонов в элементах сопоставимо со скоростью их перемещения по элементам, то элементы Предматерии выступают в роли "линии задержки", увеличивающие время жизни и сокращающие длину солитонов и модулей из солитонов.

Из знания сущности солитонов (тороидальная форма свободных солитонов, сложная пространственная система модулей из солитонов) следует, что для определения "сил тяготения" и "сил электромагнитного взаимодействия" на расстояниях, сопоставимых с размерами самих "частиц", формулы для расчета сил тяготения, электростатического притяжения зарядов и магнетизма уже непригодны – правильные решения следует искать с помощью имитационных моделей, используя в качестве основы, соответственно, формулы для расчета деформаций в упругих средах ("тяготение") и интерференции волн ("электрополе").

Понятна причина эффекта "квантования уровней энергии электронов" в атомах: солитон–электрон может прирастать энергией только кратной минимальному действию (h). При этом дополнительная энергия встраивается в основной тор-солитон, увеличивая его диаметр – электрон "переходит на другую орбиту".

Стабилизация такого увеличенного электрона происходит под влиянием взаимодействия с ядром – свободный (несвязанный с ядром) электрон не может находиться с таким дополнительным прибавлением энергии и "избавляется" от неё путем испускания излишков энергии в виде фотона.

Разрушение модулей из торов-кварков могут происходить вследствие внешнего воздействия со значительной энергией ("бомбардировка частиц или ядер атомов"), при котором отдельные торы-кварки просто выбиваются из положения устойчивого состояния в модуле.

Отсутствие заряда у нейтрона объясняется тем, что пространственная структура образующих его солитонов-кварков такова, что в процессе интерференции волн, исходящих от каждого из трех солитонов-кварков (два с отрицательным зарядом и один с положительным) в окрестностях нейтрона, получается нулевая амплитуда результирующих колебаний сферических волн.

Пространственная структурная организация нейтрона является также причиной нестабильности свободных нейтронов – это связано с тем, что находящемуся в центральной части нейтрона u-кварку с энергией 2,3МэВ и положительным зарядом приходится удерживать два d-кварка с энергией 4,8МэВ с отрицательным зарядом.

По неясным пока причинам (её можно выявить в процессе имитационного моделирования нейтрона, но предположение изложено ниже) происходит сближение одного из u-кварков с d-кварком. При взаимодействии кварк-солитон с отрицательным зарядом (d-кварк) теряет часть своей энергии (в виде одного электрона и одного антинейтрино), изменяет фазу колебаний на противоположную (становится положительно заряженным u-кварком) и происходит структурная перестройка расположения кварков:

• второй солитон-кварк отрицательным зарядом (d-кварк) перемещается в среднюю часть модуля;
• образовавшийся солитон-кварк с положительным зарядом (u-кварк) и солитон-кварк из центральной части нейтрона (u-кварк) располагаются по бокам – образуется структура протона.

В графическом виде превращение нейтрона в протон изображено на Рис.8.

Рис.8. Графическое отображение преобразования свободного нейтрона в протон с высвободжением электрона и антинейтрино

Предлагаемая модель структурной организации протонов и нейтронов позволит осуществить имитационное моделирование и ядер элементов для изучения причин их стабильности и нестабильности. Очевидно, что в ядрах стабильных элементов структурная организация (взаимное расположение протонов и нейтронов) такова, что предотвращает процесс распада свободного нейтрона и самого ядра.

О причинах нестабильности свободного нейтрона можно высказать следующие предположения:

1. удержание солитоном с низкой энергией (u-кварк), расположенным в центре нейтрона, двух высокоэнергетичных солитонов (d-кварки) изначально делает такую структуру неустойчивой, поэтому разрушить её возможно как внешним воздействием, так и под влиянием внутренних процессов;
2. поскольку нейтрон сохраняет устойчивость в свободном состоянии в течение некоторого времени (по последним данным 877,75±0,28 секунды или 14 минут 38 секунд) и распадается без внешнего воздействия то, следовательно, причиной распада являются причины внутренние.

Правдоподобной гипотезой внутренней причины распада нейтрона может быть следующая: два высокоэнергетичных солитона-кварка (d-кварки) с отрицательным зарядом, расположенных по сторонам от кварка с низкой энергией и положительным зарядом (u-кварк), постепенно, за 14 минут 38 секунд, отбирают энергию (через элементы Предматерии) у последнего, и u-кварк теряет способность балансировать на одинаковом расстоянии от d-кварков.

Затем положительно заряженный солитон-кварк (u-кварк) и один из отрицательно заряженных солитонов-кварков (d-кварк) сближаются, вступают во взаимодействие, при котором отрицательно заряженный солитон-кварк изменяет фазу внутренней стоячей волны. При этом вылетает низкоэнергетичный солитон-электрон и импульс продольной волны – антинейтрино, а высокоэнергетичные солитоны-кварки перестраиваются в стабильную структуру протона.

У протонов пространственная структурная организация позволяет протону быть стабильным, а единичный положительный заряд протона объясняется тем, что в процессе интерференции волн, исходящих от каждого из трех солитонов-кварков (два с положительным зарядом и один с отрицательным) частота результирующих колебаний получается единичной как у положительного заряда.

Несомненно, что каждый из солитонов-кварков в пространственной структуре протонов и нейтронов (а также в структуре большого разнообразия нестабильных образований, видов которых исчисляется сотнями) обладает определенным набором свойств, которые, вследствие непонимания физической сущности солитонов-кварков, получили экзотические наименования в виде "цвета", "шарма", "красоты", "верхний", "нижний" и т.п.

Эти абстракции хороши для первичной классификации и систематизации свойств структурных элементов составных частиц, но полное раскрытие сущности абстракций станет возможным только в процессе моделирования структурно – функциональной организации протонов, нейтронов и иных нестабильных частиц, их образования и распада.

Широко используемые в настоящее время схематические изображения взаимопревращения частиц в виде "диаграмм Фейнмана" с привлечением фантастических абстракций типа "виртуальные частицы", якобы "выбиваемые из вакуума", становятся ненужными, поскольку им на смену придут сущностные модели образования солитонов и модулей солитонов, их взаимодействия и преобразования нестабильных образований в стабильные и наоборот - при различных внешних воздействиях или в результате нестабильности их структурно-функционального устройства.

Задача такого моделирования математически достаточно сложная и трудоемкая, однако она позволит теоретической физике подняться на более высокий уровень познания Материи и ее проявлений – к сущностно-детерминированным моделям.

Сущность «заряда», «электрополя» и электромагнетизма» Сущностная космология