In English

 

Сильная гравитация

 

Из проекта Викизнание

Си́льная гравита́ция — фундаментальное гравитационное взаимодействие на уровне элементарных частиц, одна из составляющих сильного взаимодействия в физике согласно гравитационной модели сильного взаимодействия. Предполагается, что сильная гравитация совместно с электромагнитными силами ответственна за возникновение и целостность вещества элементарных частиц, атомных ядер, а также участвует во взаимодействиях между электронами и ядрами в атомах и молекулах. Для описания сильной гравитации используются уравнения Лоренц-инвариантной теории гравитации.

Оглавление

  • 1 История
  • 2 Применения
    • 2.1 Адроны
    • 2.2 Электрон
    • 2.3 Взаимодействие нуклонов в атомном ядре
    • 2.4 Межатомное взаимодействие
  • 3 Ссылки
  • 4 См. также

История

После открытия электрона в 1897 г., протона в 1919 г., нейтрона в 1932 г. и их композиций в виде атомных ядер, атомов и молекул возникла необходимость описания сил, действующих между частицами и скрепляющих их вещество. В большинстве случаев поведение электрона и протона, помещённых во внешнее электромагнитное поле, удовлетворительно описывается электромагнитными силами. Это привело к стандартной электромагнитной модели атома. Что касается взаимодействия нуклонов в атомных ядрах, то здесь первоначально была принята гипотеза японского физика Х. Юкавы о связи между частицами посредством мезонов, главным образом пионами. Затем в рамках кварковой теории все адроны стали мыслиться состоящими из кварков.

Однако идея о том, что фундаментальные взаимодействия между одним набором элементарных частиц должны возникать с помощью действия какого-то другого набора элементарных частиц, принадлежит атомистической теории, но противоречит теории бесконечной вложенности материи. Действительно, реакции между элементарными частицами подчиняются законам сохранения энергии, импульса и электрического заряда; вещество, энергия-импульс и заряд одних частиц переходит в соответствующие величины других частиц, но это ещё не означает, что переносчиком и причиной взаимодействий являются снова сами элементарные частицы. Взаимодействие нуклонов между собой посредством пионов плохо согласуется с кварками и глюонами, призванными описать целостность адронов, вследствие проблемы ненаблюдаемости кварков в свободном состоянии и неясности трансформации сил между кварками внутри каждого из нуклонов в сильное взаимодействие между различными нуклонами в атомном ядре. Не спасает положения и введение виртуальных частиц с их экзотическими свойствами (малое время жизни, одновременное рождение частиц и античастиц и т.д.). Так, абстрактное объяснение электромагнитного взаимодействия двух зарядов с помощью виртуальных фотонов как квантов поля до сих пор остаётся утверждением, не подкреплённым конкретной моделью процесса взаимодействия.

Среди попыток объяснения сильного взаимодействия в связи с гравитацией имеется гипотеза о том, что в модели адронных мешков адроны представляют собой микровселенные де Ситтера, в которых заключены кварки. Радиус адронов, соответствующий радиусам данных микровселенных, связывается с постоянной сильной гравитации и соответствующей космологической постоянной. [1] Для объяснения свойств адронов в предположении сильного гравитационного взаимодействия описываются аналогии между адронами и чёрными дырами типа Керра — Ньюмена. [2] [3] [4] [5]

В 1999 г. Сергей Федосин, опираясь на подобие уровней материи, SPФ-симметрию и теорию гравитации Лесажа, согласно которым чёрные дыры не допускаются, постулировал существование сильной гравитации как фундаментальной силы на атомном уровне, [6] и нашёл значение постоянной сильной гравитации ~\Gamma= 1{,}514 \cdot 10^{29}м3•с–2•кг–1.

Применения

Адроны

Равенство между энергией покоя протона и его полной энергией, в силу теоремы вириала приблизительно равной половине потенциальной энергии поля сильной гравитации, позволяет оценить радиус протона ~R_p:

m_p c^2 = \frac{ k \Gamma {m_p}^2}{ 2 R_p },

R_p = \frac{ k \Gamma m_p}{2 c^2 }=0,87 \cdot 10^{-15}м,

здесь ~ m_p – масса протона, ~ c – скорость света, ~ k – коэффициент, зависящий от распределения вещества, в случае однородной плотности вещества протона ~ k=0,6. Согласно самосогласованной модели, [7] [8] для протона ~ k=0,62.

Полученное значение ~R_p совпадает с экспериментально находимыми размерами протона и нейтрона, [9] подтверждая справедливость идеи сильной гравитации. Одновременно приведенное равенство предполагает объяснение сущности энергии покоя тел как энергии, связанной с сильной гравитацией нуклонов вещества тел. Согласно принципу эквивалентности массы и энергии, энергия покоя нуклона пропорциональна его массе. С другой стороны, полная энергия нуклона включает в себя энергию поля сильной гравитации, пропорциональную квадрату массы, и внутреннюю энергию вещества нуклона, пропорциональную массе вещества как в выражении для кинетической энергии. В результате полная энергия пропорциональна только массе, как и энергия покоя.

На сравнении максимального момента импульса поля сильной гравитации и момента импульса протона при однородном распределении вещества основана другая оценка радиуса протона: [10]

R_p = \frac{ 5 \Gamma m_p}{21 c^2 }=0,67 \cdot 10^{-15}м.

В качестве модели возникновения сильной гравитации используется модернизированная теория гравитации Лесажа, становящаяся универсальной при учёте теории бесконечной вложенности материи. [11] [12]

На звёздном масштабном уровне материи аналогом нуклонов являются нейтронные звёзды, целостность которых поддерживается силой обычной гравитации и силой давления в веществе, происходящей от отталкивания нуклонов друг от друга. Подобно этому в веществе нуклонов также происходит компенсация сильной гравитации и внутренней силы давления (смотри субстанциональная модель нейтрона и субстанциональная модель протона). В такой картине для устойчивости нуклонов и описания их свойств не требуются кварки, необходимые в стандартной квантовой хромодинамике. В то же время в модели кварковых квазичастиц кварки рассматриваются не как реальные частицы внутри адронов, а как квазичастицы, составные элементы вещества адронов, несущие массу, заряд и магнитный момент. Это обеспечивает наблюдаемую симметрию свойств адронов. В свою очередь сами кварки могут быть сведены к комбинациям двух адронных фаз вещества. [13] Анализ реджевских семейств адронов показывает также, что они могут быть объяснены с учётом квантования спина и состояния вещества частиц, удерживаемого полем сильной гравитации.

Электрон

Сильная гравитация существенным образом влияет на построение модели электрона, приводя к субстанциональной модели этой частицы. В частности, заряд электрона настолько большой, что сильная гравитация не способна удержать вещество электрона против кулоновской электрической силы расталкивания зарядов. Поэтому стабильность электрона в атоме возможна лишь в виде рассеянного электронного облака (диска) и за счёт сил притяжения к ядру от сильной гравитации и заряда ядра. Другой факт – квантование уровней энергии и величины орбитального момента импульса электрона в атоме, объясняется из того условия, что поток кинетической энергии движения вещества электрона вокруг ядра равняется сумме потоков энергии от сильной гравитации и от электромагнитного поля. [13] Это приводит к стационарным состояниям электрона в атоме, в которых он не излучает. Для атома водорода также обнаруживается, что магнитная энергия ядра в магнитном поле электрона равняется энергии спина ядра в поле кручения сильной гравитации электрона в случае предельного вращения ядра. [7]

Взаимодействие нуклонов в атомном ядре

Опыты с рассеянием нуклонов друг на друге позволяют оценить эффективный потенциал сильного взаимодействия, действующего между этими частицами. [14] По мере уменьшения расстояния сила взаимодействия быстро растёт. Для описания этой силы используется гравитационная модель сильного взаимодействия, в которой ядерные силы являются суммой притяжения от сильной гравитации, отталкивания спинов нуклонов за счёт поля кручения сильной гравитации, а также от действия электромагнитных сил. На малых расстояниях преобладает сила отталкивания спинов, обратно пропорциональная четвёртой, а затем и пятой степени расстояния. На больших расстояниях имеет место притяжение нуклонов, в основном от сильной гравитации. При расстояниях, близких к радиусу нуклона, между нейтроном и протоном осуществляется равновесное состояние, дающее дейтрон как простейшее атомное ядро с двумя нуклонами. [13] Учёт сильной гравитации позволяет построить модели простейших ядер и их геометрическую конфигурацию, а также объяснить зависимость удельной энергии связи атомных ядер от их атомного числа за счёт эффекта насыщения энергии сильной гравитации и роста электрической энергии отталкивания протонов.

Странные частицы

В квантовой хромодинамике предполагается, что большое время жизни, присущее некоторым адронам, связано с присутствием в них странных кварков. Однако модели странных частиц могут быть построены аналогично моделям атомных ядер, за счёт соединения между собой нуклонов и мезонов под действием сильной гравитации. [7] Состав некоторых странных адронов описывается в модели кварковых квазичастиц.

Межатомное взаимодействие

Взаимодействие атомов приводит к образованию молекул, а также простых и молекулярных веществ. В отличие от нуклонов в атомных ядрах, при взаимодействии атомов сильная гравитация действует как между ядрами всех атомов, так и между электронами, дополняя электромагнитные силы. При этом электронные диски, охватывающие атомные ядра, благодаря быстрому вращению в них заряженного и ориентированного магнитным полем вещества имеют возможность экранировать гравитационные силы между ядрами, уменьшая их до уровня электрических сил. Равновесие атомов в молекулах и в веществах получается тогда при балансе гравитационных и электромагнитных сил. При увеличении расстояния между атомами между ними возникает так называемое ван-дер-ваальсовское взаимодействие, в виде быстро уменьшающегося с расстоянием притяжения. Оценка с помощью теории гравитации Лесажа даёт радиус действия сильной гравитации в веществе земной плотности порядка 0,7 м. [13]

Ссылки

1.      Salam, A., and Strathdee, J. Confinement Through Tensor Gauge Fields. Physical Review D, 1978, Vol.18, Issue 12, P. 4596-4609.

2.      Sivaram, C. and Sinha, K.P. Strong gravity, black holes, and hadrons. Physical Review D, 1977, Vol. 16, Issue 6, P. 1975-1978.

3.      Recami, E. and Castorina, P. On Quark Confinement: Hadrons as «Strong Black- Holes». Letters Nuovo Cimento, 1976, Vol. 15, No 10, P. 347-350.

4.      Pavsic, M. (1978). Unified Theory Of Strong And Gravitational Interactions. Nuovo Cimento B, Vol. 48, P. 205-253.

5.      Oldershaw R. L. Hadrons as Kerr-Newman Black Holes. arXiv:astro-ph/0701006v4, 30 Dec 2006.

6.      Федосин С. Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик, Пермь: Стиль-МГ, 1999, ISBN 5-8131-0012-1, 544 стр., Табл.66, Ил.93, Библ. 377 назв.

7.      Комментарии к книге: Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи. Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289 назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.

8.      Fedosin S.G. The radius of the proton in the self-consistent model. Hadronic Journal, 2012, Vol. 35, No. 4, P. 349 – 363; статья на русском языке: Радиус протона в самосогласованной модели.

9.      Хофштадтер Р. Структура ядер и нуклонов. УФН, 1963, Т. 81, вып. 1, стр. 190.

  1. Федосин С.Г. Современные проблемы физики. В поисках новых принципов, М: Эдиториал УРСС, 2002, ISBN 5-8360-0435-8, 192 стр., Ил.26, Библ. 50 назв.
  2. Fedosin S.G. Model of Gravitational Interaction in the Concept of Gravitons. // Journal of Vectorial Relativity, Vol. 4, No. 1, March 2009, P.1-24; статья на русском языке: Модель гравитационного взаимодействия в концепции гравитонов.
  3. Fedosin S.G. The graviton field as the source of mass and gravitational force in the modernized Le Sage’s model. Physical Science International Journal, ISSN: 2348-0130, Vol. 8, Issue 4, P. 1-18 (2015). http://dx.doi.org/10.9734/PSIJ/2015/22197 ; статья на русском языке: Поле гравитонов как источник гравитационной силы и массы в модернизированной модели Лесажа.
  4. Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи. Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289 назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.
  5. Ishii N., Aoki S., Hatsuda T. The Nuclear Force from Lattice QCD. – arXiv: nucl-th / 0611096 v1, 28 Nov 2006.

 

См. также

Внешние ссылки

 

Фундаментальные взаимодействия

Сильное взаимодействие • Электромагнитное взаимодействие • Слабое взаимодействие • Гравитация

 

Теории гравитации

Стандартные теории гравитации

Альтернативные теории гравитации

Квантовые теории гравитации

Единые теории поля

Классическая физика

  • Теория тяготения Ньютона

Релятивистская физика

Принципы

  • Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции
  • Принцип Маха
  • Геометродинамика [2]

Классические

Релятивистские

  • Каноническая квантовая гравитация [12]
  • Петлевая квантовая гравитация [13]
  • Полуклассическая гравитация [14]
  • Причинная динамическая триангуляция [15]
  • Евклидова квантовая гравитация [16]
  • Уравнение УилераДеВитта [17]
  • Индуцированная гравитация [18]
  • Некоммутативная геометрия [19]

Многомерные

  • Общая теория относительности в многомерном пространстве [20]
  • Теория Калуцы — Клейна [21]

Струнные

  • Теория струн [22]
  • Теория суперструн [23]
  • М-теория [24]

Прочие

 

 Источник: http://sergf.ru/stg.htm

       На список страниц