К расчёту структуры электромагнитного поля фотонов в рамках теории неточечных частиц А. И. Лаптухов Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения. - презентация

1 К расчёту структуры электромагнитного поля фотонов в рамках теории неточечных частиц А. И. Лаптухов Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Троицк (Московская обл.) Россия e- mail:

2 ВВЕДЕНИЕ. Явление фотоэффекта указывает на компактность фотонов. Фотон следует отличать от электромагнитной волны, так как компактный фотон, рождённый в малой области, распространяется в каком- нибудь одном направлении, а волна во всех трёх. Уравнения состояния электромагнитного поля фотона и волны (так называемые «материальные» уравнения) должны быть, по-видимому, разными: нелинейные для фотона и линейные для волны. Получим нелинейные уравнения для описания динамики электромагнитного поля, исходя только из фундаментальных законов сохранения.

3 Анализ закона сохранения электрического заряда. (1) Рассмотрим вектор D такой, что (2) (3) Здесь H-любой вектор, с- ск. света. Уравнения (2)+(3) - это первая пара уравнений Максвелла в среде. В единой теории поля среда – это поле и поле – это среда. и j – решения фундаментального уравнения (1)

4 Что такое магнитный заряд и почему в природе нет магнитных монополей? Проведём анализ (1) иным способом: (4)  (1) (5) «Решение» (5): E-любой вектор

5 Электродинамика фотона: =0, j=0, m =0, j m =0, Найдём связь полей E и H с индукциями D и B, исходя из закона сохранения энергии. Пусть W e = W e (D, B) – пока произвольная скалярная функция от двух векторных величин, тогда для фотона, W e = W e (D, B) Уравнения состояния поля в подобном виде получены в [Компанеец, 1975] с термодинамической точки зрения. При этом W e следует считать той частью плотности свободной энергии, которая зависит от D и B.

6 Требование существования закона сохранения энергии в любых условиях оказалось очень содержательным, так как из одного скалярного уравнения получено два векторных соотношения. Чтобы лучше прояснить связь новых уравнений динамики электромагнитного поля с уравнениями Максвелла вместо магнитной индукции B и электрического поля E введём новые величины B 0 и E 0 по формулам: Тогда подставляя (12) в (7) с учётом (1) получим: Поразительная симметрия!

7 Из полученной системы уравнений в случае =0, j=0, m =0, j m =0 следует закон сохранения импульса для поля: Для любой скалярной функции W e =W e (D,B)= W e (D 2,B 2,(DB)) легко убедиться, что тензор T ik e =T ki e –симметричный. Значит, справедлив закон сохранения момента импульса с плотностью M e =[R,U e ], R (x, y, z)=(x 1, x 2 x 3 ).

8 В классической электродинамике с W e = (D 2 +B 2 )/(8 ) между плотностью потока энергии Q e и плотностью импульса U e существует простая связь: Q e =c 2 U e или [EH]=[DB]. В теории неточечных частиц [1], исходя из условия существования закона сохранения импульса, показано, что простые связи Q=c 2 U и [EH]=[DB] имеет место всегда. Это позволяет нам найти конкретные виды возможных функций W e =W e (D,B)= W e (D 2,B 2,(DB)). Z 1 D 2, Z 2 B 2, Z 3 (DB). Из Q=c 2 U [EH]=[DB] Граничные условия для этого уравнения: F(Z 1 =0,Z 2 =0,Z 3 =0)=0 и F< при Z i

9 ФУНКЦИИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Не исключено, что решение F 1 соответствует электромагнитной волне, F 2 - протону(?), F 3 - фотону, F 4 -нейтрино(?), F 5 – электрону(?). Решения F 1 и F 5 впервые получены в работе [Лаптухов Известия ВУЗов. Физика. 1993], а остальные в [Лаптухов, 2007]. Полная энергия фотона связана с модулем его импульса формулой =c. Для решения F 3 справедлива формула W e =cU e в каждой точке пространства, поэтому состояние поля в виде F 3 –соответствует, по-видимому, фотону – компактному в пространстве сгустку электромагнитного поля без зарядов и токов.

10 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ФОТОНА компактного сгустка электромагнитной энергии W e =(D 2 B 2 -(DB) 2 ) 1/2 /(4 )=cmod(U e )

11 Одно из точных решений фотонного типа Если для элементарного фотона его энергия = hc/, где h – постоянная Планка, то в пределе b 0 A (2hc) 1/2 /. В точном решении функция f может быть произвольной от своего аргумента, но такой, чтобы величины W e и были бы конечными. E x =B y, E y =-B x, E z =0, H z =0, H x =-D y, H y =D x, e=(0,0,1)

12 E x =B y, E y =-B x (как и в плоской волне) D E, H B. За единицу длины принято 1. Возможны решения вида F(z-ct)=-F(ct-z)

13 E x =B y, E y =-B x (как и в плоской волне) D E, H B. За единицу длины принято 1. Возможны решения вида F(z-ct)=+F(ct-z)

14 Недоплеровский механизм красного смещения галактических фотонов 1 +e 2 +e+ w (Томсоновское рассеяние) В ТНЧ есть и фотоны, и волны H=c( 0 - )/( 0 L )= /c = см -3 = г/см 3, или n= атомам водорода в см 3 H максимальна в пределе L 0 и убывает с ростом L : dH/dL

15 Выводы 1. Уравнения нелинейной электродинамики получены только из фундаментальных законов сохранения электрического заряда, энергии и импульса. В предельном случае точечных частиц они совпадают с уравнениями Максвелла. 2. В классической электродинамике электрическое и магнитное поле образуют единое электромагнитное поле. В новой электродинамике не только поля, но и порождающие эти поля заряды тоже единые, взаимосвязанные, электромагнитные. Было бы странно, нелогично, если было бы иначе: поля едины (взаимосвязаны), а источники полей (заряды) разные, независящие друг от друга.

16 3. Впервые получены точные частные решения новых нелинейных уравнений динамики электромагнитного поля без зарядов и токов для компактных сгустков поля - фотонов, которые переносят энергию ограниченного в пространстве поля со скоростью света С. Структура фотонов может быть разной (нет универсальности). 4. Недоплеровский механизм красного смещения галактических фотонов на основе рассеяния Томсона согласуется с данными наблюдений и не требует ускоренного расширения галактик.

17 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Троицк (Московская обл.) Россия e- mail: Теория неточечных частиц, магнитного заряда без монополя и ядерных сил Лаптухов А.И.

18 Необходимость новой физической теории. «Новая физическая теория, которую мы все так ждём – писал академик И.Е. Тамм - должна быть безупречно последовательной и логичной» [1, с.474, 452].. Но в современной теории используют аппарат, предполагающий точечный характер частиц [2, с. 901]. Поэтому в такой теории возникают бесконечности. Отсюда и использование приёма «перенормировки», который Р. Фейнман называл «дурацким приёмом» [3, с.113], а П.А.М. Дирак бессмысленным с точки зрения математики. «В математике величину отбрасывают только в том случае, если она оказывается бесконечно малой, а не из-за того, что она бесконечно велика и от неё хотят избавиться!» [4, с.40]. П.А.М. Дирак: «…основные уравнения неверны. Их нужно существенно изменить, с тем, чтобы в теории вообще не возникали бесконечности…. Это условие потребует каких-то очень серьёзных изменений» [4, c.41]. В.К. Гейзенберг: «развитие теоретической физики частиц с самого начала ведётся неверно. Так как кварки не наблюдаемы и им приписываются большие массы, то «представляется весьма затруднительной любая попытка придать сколько-нибудь определённый смысл утверждению «протон состоит из трёх кварков», поскольку в этом случае утрачен определённый смысл и выражения «состоять из» и слова «кварк» [7, c.674].

19 При учёте зарядов и токов имеем:

20

21 Основное электродинамическое тождество

22 Qb=c2UbQb=c2Ub

23

24 Уравнения будут иметь искомый вид законов сохранения: если потенциалы j удовлетворяют уравнениям:

25 Рассмотрим условие Q=c 2 U, Q Q e +Q b +Q M +Q, U U e +U b +U M +U Ф, уравнение для W e Из определений L (9.6) и M (9.7) легко видеть, что равенство M=LV/c 2 возможно, если W e, I и m зависят от n и u только в комбинации n 2 -u 2 /c 2 q 2.

26

27 ВЫВОД НЕРЕЛЯТИВИСТСКОГО УРАВНЕНИЯ ШРЁДИНГЕРА. В общем случае rotP 0 0, поэтому полученное выше уравнение (10.4) является более общим (полным), чем уравнение Шрёдингера, которое описывает лишь частные решения.

28 УРАВНЕНИЕ ВМОРОЖЕННОСТИ. Рассмотрим уравнение динамики (движения) неточечной частицы. Вычислим ротор от этого уравнения. Тогда с учётом уравнений ( , ) получим: q/ t+(V )q=0, q(t=0,R)=R новый закон сохранения:

29 Уравнение для потенциала гравитационного поля 1 (4 ) 1/2 можно записать в виде : Свойство потенциала такого поля mod(Ф)

30 О структуре неточечных частиц в приближении сферической симметрии. Без учёта магнитного заряда такие решения невозможны.

31 Анализ свойств магнитных сил F H на основе простой аналитической модели

32 Рис. 1. Рис. 2. Рис.1. Численный расчёт [27] самосогласованной системы уравнений (4)-(12) для сферически симметричной частицы с зарядом Q=2 и уравнения состояния поля F=((D 2 +g)(B 2 +g)) 1/2 -g. Рис. 2. Зависимость P=e +4 b m (кривая 1) и e в единицах e 2 /а от (R/a) для простой модели n(R)=Za/( (R 2 +a 2 ) 2 Z=+1, b=e(h/(m e c)) 2, a=h/(m e c), где h - постоянная Планка. F=-n P

33 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ. ЗАМЕЧАНИЯ. 1. Состояние современной фундаментальной физической теории не является вполне удовлетворительным ни с теоретической, ни с экспериментальной точки зрения. 2. Теория гипотетических точечных частиц не может быть в принципе «безупречно последовательной и логичной». 3. Вскрыто и устранено внутреннее противоречие уравнений Максвелла (а именно: существование заряда с равной нулю плотностью во всём пространстве: divB 0?!?), их несовершенство, из-за которого они, как известно[2, с.391], неприменимы для описания электромагнитных процессов на малых пространственно- временных масштабах (внутри объёма «элементарных» частиц, атомных ядер и, отчасти, атомов).

34 4. Анализ закона сохранения электрического заряда позволил установить: 1) природу магнитного заряда, его связь с электрическим зарядом; 2) объяснить, почему в окружающем нас мире нет магнитных монополей; 3) вывести (не предположить!) уравнения динамики электромагнитного поля, из которых в частном случае пренебрежимо малых размеров «элементарных» частиц следуют классические уравнения Максвелла для точечных частиц. При этом законы сохранения энергии и её потока (или импульса) использовался для установления уравнений состояния электромагнитного поля и для вывода уравнений динамики (движения) неточечных частиц.

35 5. Для сохраняющихся величин с плотностями m2 b 2 * *n, m3 b 3 * * *n, … законы сохранения энергии и импульса получить нельзя и поэтому эти величины, в отличие от m b *n, не имеют глубокого физического смысла.

36 6. Магнитные силы магнитного заряда являются короткодействующими потому, что интегральная величина магнитного заряда любой частицы равна нулю. Ядерные силы обусловлены магнитными силами магнитного заряда. Потенциал этих сил (в простейшем случае) пропорционален плотности магнитного заряда и имеет типичный для ядерных сил вид. Магнитные силы магнитного заряда удерживают электрический заряд любой частицы в компактном объёме.

37 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ