КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И КОСМОЛОГИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Современная теория возникновения Вселенной основывается на представлениях о гипотетической Сингулярности и «Большом взрыве». Физический смысл и математическая модель этих состояний и процессов не имеют научного подтверждения и опираются на видимую динамичную картину Вселенной, которая интерпретируется как процесс возникновения материи из абстрактной «точки» в процессе «Большого взрыва».

Исследовательские данные, полученные с помощью космических телескопов «Хаббл», «Чандра», «Джеймс Уэбб» и др. углубляют представления об истоках возникновения Вселенной и одновременно дают информацию для новых гипотез трактовки феномена «Большого взрыва».  

Эвристическая гипотеза.

Причинно-следственная связь «Сингулярность»-«Большой взрыв» предоставляет возможность вероятностного предположения, что космологическая Сингулярность существовала не только как «точка», вне пространства и времени, но и как динамичная субстанция в пространстве (если Сингулярность существовала, то она должна была где-то определяться), которая имманентными свойствами обуславливала и поддерживала процессы, определившие феномен «Большого взрыва» - возникновение колоссальной энергии материальной Вселенной.

Логика причинно-следственной связи определяет равнозначность энергетического потенциала между возникшей материей в результате «Большого взрыва» с внутренней энергией Сингулярности, обусловившей данное космическое событие, что следует из закона сохранения энергии. При таком подходе энергия Сингулярности до процесса образования материальной Вселенной могла проявляться в виде «виртуальной» массы, создавая градиент деформации пространства в условной области радиуса Rᵧ от Сингулярности. Суперпозиция Сингулярности и Деформации пространства определила вероятность возникновения условий, которые задали направление физических процессов для появления материи.

Следствие из эвристической гипотезы.

Осмысливая Сингулярность как «Большую Черную дыру» и следуя гипотезе С. Хокинга, можно предположить, что Сингулярности было свойственно излучение, но не в виде «испарения» с поверхности «Черной дыры», а посредством генерирования фотонов высоких энергий. Градиент деформации вакуума в условной сферической области радиуса Rᵧ, порождал гравитационную приливную силу, которая обеспечивала процесс возникновения электрон-позитронной пары из излучаемых Сингулярностью первичных фотонов (аналогия процессу образования электрон-позитронной пары, когда фотон проходит вблизи ядра атома). С накоплением электронов и позитронов возрастало их взаимодействие, определяя процесс аннигиляции, а также образование виртуальных диполей – составных частиц – позитроний. Внутри сферы Rᵧ проявилась «космическая фабрика» по производству элементарных корпускул материи: вторичных фотонов, электронов, позитронов и составного позитрония.

КВАНТЫ И КОСМОЛОГИЯ

Гипотеза строения протона по Стандартной модели определяет, что протон состоит из трех дробных электрических зарядов, связанных между собой переносчиком внутриядерных взаимодействий глюонами, стабилизирующих систему из трех тел (научная обоснованность и теоретические результаты Стандартной модели общеприняты. Вместе с тем нет запрета на альтернативную версию образования протона).

Альтернативная версия.

Альтернативная версия строения протона, как кирпичика будущей организованной материи, аналогична в пространственном представлении Стандартной модели, но использует в качестве составных частей для его образования первичные корпускулы «космической фабрики» - стабильные элементарные частицы электрон и позитрон, взаимодействующие между собой электромагнитными квантами.

(Дополнительным аргументом существования разных подходов познания тайн возникновения Вселенной служит гипотеза возникновения и развития «квантовой теории струн». Теория струн переворачивает страницу стандартного описания Вселенной, заменяя все частицы материи и силы всего одним элементом: крошечными вибрирующими струнами, которые закручиваются и поворачиваются сложными способами, но при измерении выглядят как частицы.)

Следуя альтернативной версии в сфере радиуса Rᵧ образовывалось равное количество электронов и позитронов из первичных фотонов от Сингулярности – принцип симметрии непогрешим.

В условиях возрастающей плотности образующихся частиц стал возможен процесс, при котором позитроний связывал дополнительный свободный позитрон через электрон. Динамический процесс образования триплета в виде комбинации из трех элементарных частиц в соотношении: два позитрона и один электрон образовал посредством электромагнитной связи новую стабильную частицу – протон. 

(Как можно проверить гипотезу? Провести эксперимент в квантовом масштабе: бомбардировать позитроний позитронами).

Параллельно шел процесс образования «нейтронов», структуру которых представить следующим образом (видно, что нейтрон тождественен антинейтрону):

Нейтроны были востребованы в эволюции материи для создания новых «степеней свободы» при объединении составных корпускул (протон) с помощью электронов и позитронов в новые энергетические структуры (дейтерий, тритий и т.д.). Участие в ядерных взаимодействиях стабилизирует структуру нейтрона, однако в свободном состоянии нейтроны имеют короткое время жизни. Распад нейтрона можно обозначить следующим образом: протон, электрон, электронное антинейтрино.

Предложенную геометрическую топологию для протона и нейтрона можно оценить из экспериментальных результатов Р. Хофштадтера, показывающих распределение заряда в структуре протона и нейтрона. (Выводы Р. Хофштадтера: при увеличении энергии электронов в структуре протонов начинали проявляться рассеивающие центры — рассеяние шло на них, а не на протоне как на целом (глубоко-неупругое рассеяние). Таким образом, протон имеет плотное «ядро», окружённое облаком из пи-мезонов — так называемой «мезонной шубой»).

Радиальное распределение плотности заряда протона (слева) и нейтрона (справа)

Альтернативная версия предлагает иное объяснение полученным экспериментальным данным. При увеличении энергии электронов рассеяние вначале проявлялось на протоне как целом (глубоко-неупругое рассеяние) за счет воздействия положительных зарядов двух позитронов, образующих «позитронную шубу», но впоследствии, проникая через «шубу», электроны пучка рассеивались «ядром» протона – составным электроном.

В обоснование альтернативной версии следует отметить, что собственный магнитный момент протона (следуя релятивистской теории) должен равняться ядерному магнетону. В действительности он равен μр = 2.79 μя. Указанное несовпадение можно объяснить влиянием связи составных частиц протона, которое не учтено в расчетах.

Природа квантового мира вероятностна. Параллельно проходил процесс образования антипротона из позитрония за счет связывания электрона через позитрон. Аннигиляция образующихся субстанций-антиподов должна была препятствовать появлению стабильной материи (или антиматерии). Вероятностные процессы в природе многоплановы. Одновременно с аннигиляцией происходили процессы усложнения корпускулярных связей. Протон за счет «осаждения» (захвата) свободного электрона образовывал нейтральный атом водорода. Нейтральность атома препятствовала процессам аннигиляции, так как нейтральный атом не мог участвовать в кулоновском взаимодействии частиц.

Вместе с тем, и это следует отметить, аналогично образовывался атом антиводорода – антипротон захватывал позитрон. Но Вселенная не изобилует антипротонами и антиводородом. В чем причина? Физика обеих процессов определяется электрическими полями позитрона и электрона. Принято считать (будем следовать этому правилу), что силовые линии электрического поля «выходят» из положительного заряда и заканчиваются на отрицательном заряде. В протоне два позитрона связывают электрон, удваивая силу кулоновского взаимодействия. В антипротоне ситуация обратная – силовые линии позитрона «раздваиваются» между двумя электронами, уменьшая силу кулоновского взаимодействия. По этой причине антипротон в свободном состоянии нестабилен, испытывая влияние от любых взаимодействий. Т.е. физические свойства протона и антипротона не идентичны.    Этот вывод нарушает принцип CPT-симметрии для инверсии зарядового сопряжения и предполагает невозможность существования антиВселенной, которая должна была бы появиться, если гипотетически осуществить инверсию материи на антиматерию.

Таким образом, мир - материальная субстанция. Образование антиматерии спонтанно и локально происходит в силу симметрии законов природы, но из-за имманентных свойств элементарных частиц не образует стабильных составных состояний антиматерии.

Опираясь на приведенные рассуждения, можно объяснить почему антиматерии в природе меньше, чем материи. Она связана в стабильном протоне. Для примера, образовалось равное количество электронов и позитронов (принцип симметрии) -100; для образования протона необходимо 100 позитронов и 50 электронов; получилось 50 протонов и осталось 50 свободных электронов, которые захватывает протон; результат – 50 атомов водорода.

Накопление атомов водорода в пространстве Rᵧ определяло процесс гравитационного объединения и формирования обособленных конгломераций – протоматерии из водородного облака. Внутри таких конгломераций, находящихся в поле гравитации от Сингулярности, образовывались локальные «термоядерные фабрики» - звезды. Такой процесс подтверждается данными космического телескопа «Джеймс Уэбб» (существование объектов, не коррелирующих с теоретическим возрастом Вселенной. К примеру, существование сверхмассивной «черной дыры» LID-568).

На основании «эвристической гипотезы» можно сделать несколько выводов:

— Проблема горизонта. Почему космос везде одинаков? Потому что образованию Вселенной предшествовал длительный по космическим меркам период накопления материи в сфере Rᵧ от Сингулярности. Плотность энергии материи возрастала и достигла состояния, при котором превысила потенциальную энергию деформации вакуума, что вызвало Вселенское событию – «Большой взрыв», который подтверждается проявлением равномерного микроволнового излучения.

— Проблема плоскости. Почему пространство кажется геометрически ровным, а не искривлённым? В результате «Большого взрыва» Сингулярность, создававшая первоначальную деформацию пространства, перестала существовать. Кривизна пространства-времени стала локальной.

— Проблема антиматерии. Электромагнитные процессы формирования элементарных частиц антиматерии не обеспечивают в силу имманентных свойств заряда, условия стабильности составных частиц, в частности антипротона.

— Проблема «Большого взрыва». Возрастание энергии материальной составляющей и уменьшение энергии Сингулярности за счет излучения приблизило и определило фазовый переход исчезновения гравитационного радиуса Rᵧ, что проявилось ускоренным расширением пространства.

К ВОПРОСУ О «ТЕМНОЙ МАТЕРИИ»

Приведенный процесс космологического образования Вселенной требует ответа на вопрос: существуют ли указанная субстанция – темная материя и как они связана с материальным миром?

В качестве одного из возможных подходов можно было бы рассмотреть идею физика-теоретика Р. Гупта (Оттавский университет (Канада). Предложенная им модель опирается на теорему Э. Нётер, которая обосновала, что нарушение трансляционной симметрии пространства или симметрии относительно переноса во времени может приводить к нарушению законов сохранения. Например, расширение Вселенной нарушает симметрию относительно переноса во времени, что приводит к уменьшению энергии света, растягиваемого расширяющимся космосом. Таким образом, 1) силы природы уменьшаются вследствие расширения и увеличения возраста Вселенной и 2) фотоны света теряют энергию, двигаясь через пространство. По расчетам Р. Гупта возраст Вселенной почти в два раза больше ныне принятого значения.

К этому можно добавить экспериментальную информацию об определении скорости расширения Вселенной с момента Большого взрыва, которая основывается на величине постоянной Хаббла. Измерение постоянной Хаббла разными методами приводит к систематически разным результатам.  

Теоретические выводы настоящей статьи хорошо коррелируют с предположениями, сформулированными Р. Гупта. Возраст Вселенной следует определять не от момента «Большого взрыва» а от процесса «накопления материи» в поле деформации Сингулярности, которое происходило космически длительный период до «Большого взрыва».