Читать онлайн «Теория физического вакуума в популярном изложении». Страница 11

Рис. 18. Вращение половины длины окружности вокруг оси, проходящей через диаметр, заметает в пространстве двумерную сферу. Поверхность сферы представляет собой двумерное искривленное пространство.

Рис. 19. Перекрученная бумажная лента в пределе, когда ее ширина стремится к нулю, превращается в закрученную линию.

А как можно представить закрученное пространство? Пусть мы имеем бумажную ленту (см. рис. 19). Закрепим один конец ленты, а другой будем поворачивать. В результате получим скрученную ленту. Устремим ширину ленты к нулю, тогда в пределе мы получим скрученную линию. Единичный вектор, присоединенный к какой-нибудь точке этой линии, будет вращаться по мере передвижения вектора вдоль линии. Если теперь взять закрученную полуокружность на рис.18 и начать вращать ее вокруг диаметра, то мы получим сферу, поверхность которой будет не только искривлена, но и закручена. Траектории частиц, принадлежащие такой поверхности, будут соответствовать движению в некотором силовом поле с учетом вращения вокруг собственной оси (т.е. с учетом «классического» спина). Это был пример двумерного по трансляционным координатам искривленного и закрученного пространства, в то время как пространство теории физического вакуума по трансляционным координатам четырехмерно.

Если рассматривать одни лишь трансляционные координаты, то в специальной теории относительности, в теории Эйнштейна и общерелятивистской электродинамике доступное наблюдателю пространство событий находится внутри и на поверхности светового конуса будущего (см. рис 20).

После создания модели электрон-позитронного вакуума, Дирак предложил рассматривать позитрон как электрон, который движется вспять по времени, т.е. в прошлое. Впоследствии все античастицы стали рассматривать как соответствующие им частицы, движущиеся вспять по времени. Поэтому в квантовой теории поля на микроуровне пространство событий включает в себя (дополнительно к конусу будущего) конус прошлого.

В теории физического вакуума допустимыми оказываются все области пространства событий (см. рис. 20). Этот вывод следует из двух теоретических следствий новой теории.

Рис. 20. Различные области пространства событий. I - пространство специальной и общей теории относительности, I + II - то же квантовой теории поля; I + II + III - теории физического вакуума.

Рис. 21. Триплетный характер решений уравнений физического вакуума. Скорости решений. V1 - брадионного, с - люксонного; V2 - тахионного.

Во-первых, решения уравнений вакуума носят триплетный характер. Каждое решение описывает один и тот же объект, но этот объект может проявить себя либо как брадион - частица, которая движется со скоростью меньше скорости света, либо как люксон - частица, которая движется со скоростью света, либо как тахион - частица, которая движется со сверхсветовыми скоростями (см. рис. 21).

Из специальной теории относительности известно, что тахионы обладают мнимой энергией и, следовательно, мнимой массой: m = iЕc2. Известна так же теорема, согласно которой системы, состоящие из совокупности положительных и мнимых масс, могут иметь отрицательную массу.

Во-вторых, закон сохранения энергии при рождении из вакуума положительных масс требует одновременного рождения масс отрицательных. Отрицательные массы порождают отрицательные энергии: Е = - mc2, a отрицательные энергии соответствуют частицам, которые движутся вспять по времени (внутри и на поверхности конуса прошлого).

Рассмотрим теперь свойства пространства Вайценбека-Вейля, структурой которого обладает множество относительных координат конформных систем отсчета (см. рис. 14). Такое пространство имеет 15 координат. Пять дополнительных координат включают в себя:

а) четыре специальных конформных координаты, описывающих композицию инверсии, трансляции и повторной инверсии;

б) пятая координата соответствует конформным растяжениям.

Замечательным свойством пространства Вайценбека-Вейля оказывается равноправие бесконечно удаленной точки со всеми остальными точками пространства. Отсюда следует важный для физики вывод - рождение каких-либо объектов из вакуума является существенно нелокальным процессом, поскольку в нем участвуют бесконечно удаленные точки пространства.

На этот вопрос современная физика отвечает так. Из вакуума рождаются пары частиц, причем каждая пара представляет собой частицу и античастицу, например, электрон и позитрон. В теории физического вакуума рождение тонкой материи начинается с уровня первичного вакуума. Происходит расслоение первичного вакуума по спину (см. рис. 16), в результате чего появляются правые и левые первичные торсионные поля. Эти поля покрывают все пространство и выступают как своего рода катализаторы, вызывая рождение грубой материи с вакуумного уровня. Поскольку первоначальная энергия вакуума равна нулю, то происходит одновременное рождение правой материи с положительной массой m+ и левой материи с отрицательной массой m-. Поэтому глобально всегда выполняется закон сохранения масс:

m+ + m- = 0.

Полный спектр частиц, рождаемых в теории вакуума, изображен на рис. 22.

Рис. 22. Классы частиц, рождаемых из физического вакуума: а) с положительной массой покоя m + ; б) с отрицательной массой покоя m- ; в) с положительной массой движения m + 0 ; г) с отрицательной массой движения m- 0 ; д) с мнимой массой im+ ; е) с мнимой массой im-.

На плоскости Е/с - р (энергия-импульс), принятой в специальной теории относительности, изображены шесть классов частиц, рождаемых из физического вакуума.

1. Частицы с положительной массой покоя и положительной энергией (правая материя)

m+ > 0, E > 0.

Примером таких частиц являются электроны, протоны, нейтроны и т.д.

2. Частицы с отрицательной массой покоя и отрицательной энергией (левая материя)

m - < 0, E < 0.

К левой материи относятся античастицы - позитроны, антипротоны и т.д.

3. Частицы с нулевой массой покоя и положительной энергией (правая материя)

m+ = 0, E > 0.

Такой частицей является фотон.

4. Частицы с нулевой массой покоя и отрицательной энергией (левая материя)

m - = 0, E < 0.

Эта частица должна рождаться из вакуума одновременно с фотоном.

5. Частицы с мнимой массой покоя и мнимой энергией, имеющей положительный знак перед мнимой единицей (правая материя)

m+ = im, E = ie.

Один из видов торсионного поля - тахион.

6. Частицы с мнимой массой покоя и мнимой энергией, имеющей отрицательный знак перед мнимой единицей (левая материя)

m - = -im, E = -ie.

Торсионное поле, сопровождающее рождение тахиона (частица 5) из вакуума - антитахион.

Российский физик Я.П. Терлецкий предложил называть частицы с положительной массой и положительной энергией позитонами, а если эти величины отрицательны - негатонами. Поскольку первоначальная энергия, импульс, масса, заряд, спин и другие физические характеристики вакуума равны нулю, то законы сохранения требуют, чтобы частицы рождались из вакуума не парами, а квадригами (квадриги Терлецкого). Например, при рождении из вакуума таких основных частиц как протоны и электроны (обозначим их как +1p+ и е- ), одновременно должны рождаться негатонные протон-электронные пары ( -1p- и е+) или

0 = +1p+ и е- + -1p- и е+

В таких процессах рождения соблюдаются сразу шесть законов сохранения: массы, заряда, спина, барионного числа (слева внизу у буквы), лептонного числа (обозначения не введены) и четности.