ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА ПРОТОНА И НОВЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ВВЕДЕНИЕ
Протон был открыт в начале 20-х г.г. в экспериментах с альфа-частицами. В опытах по рассеянию на протонах электронов и гамма-квантов были получены достоверные доказательства существования некой внутренней структуры у этой частицы. В 1970 г. в Стенфордском центре линейного ускорителя (СЛАК) удалось в эксперименте получить прямое свидетельство того, что протон действительно обладает внутренней структурой [1]. Однако, конкретная внутренняя структура протона остается не раскрытой. Гипотеза кварков, как фундаментальной основы элементарных частиц, также не привела к установлению конкретной внутренней структуры протона. Как отмечается в [1]: “ Кварковая модель была предложена для объяснения многообразия адронов. Она ничего не говорит явным образом о внутреннем строении какой-либо из этих частиц. ” До сих пор отсутствует понимание, на каких принципах строится механизм формирования структуры протона. Из-за этого не находит объяснения природа его массы, равная 1836,1526675(39) электронным массам. Масса протона определена экспериментально. Теории массы протона и аналитического соотношения для расчета его массы нет. Из всех тяжелых частиц протон является единственной устойчивой частицей. Протон является основой всех сложных вещественных образований Вселенной. Мир своим существованием обязан протону, однако уровень знаний о нем не соответствует его роли в мироздании. Для того, чтобы распутать такой клубок проблем, сопровождающих протон, необходимо раскрыть конкретную внутреннюю структуру и создать теорию его внутренней структуры. Физика уже подошла вплотную к такому рубежу, когда необходимо давать ответ на вопрос: “ какова конкретная внутренняя структура частиц и что для них Природа использовала в качестве строительного материала?” Есть все основания полагать, что теория внутренней структуры протона откроет доступ к новым способам получения энергии. Освоение энергии протона может стать важнейшим фактором в решении энергетической проблемы. Решению этой задачи посвящена эта статья.
ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА ПРОТОНА
В работах [2 –5] предприняты шаги в направлении создания теории внутренней структуры элементарных частиц. Получено соотношение, отражающее закон формирования структуры элементарной частицы:
(1)
где: n= 2,3,...; me - масса электрона и позитрона; j=1 для нейтральных частиц; j=0 для частиц, имеющих заряд.
Из формулы видно, что закон структурогенеза вещества имеет бинарный характер. Бинарность сохраняется на каждом шаге структуризации вещества. Бинарность в законах структурогенеза отражает то, что в формировании вещественных образований участвуют зарядово-сопряженные частицы. Формула отражает динамику структурогенеза, по которой происходит формирование структуры вещественных образований.
Соотношения для энергий описываются следующими математическими формулами [2 – 5]:
(2)
(3)
Формула (2) применима для определения энергии нейтральных частиц, формула (3) применима для определения энергии заряженых частиц. Каждая из формул (2) и (3) отображает определенный дискретный ряд энергетических уровней, которым соответствует последовательность вещественных образований в динамике структурогенеза. Формулы (2) и (3) показывают, что энергия, участвующая в образовании вещества, разделяется на две составляющие. Первая составляющая представляет собой суммарную энергию покоя вещественных образований, участвующих в формировании новой частицы. Так, для нейтральных вещественных образований, она имеет вид:
(4)
Вторая составляющая представлена слагаемыми, которые задают величину энергии связи:
(5)
Соотношения (2) и (3) отражают дискретный характер внутренней энергии элементарных частиц.
В [5] показано, что внутренняя структура протона представляет собой фрактальную конструкцию.
Фрактал, выявленный в струтуре элементарных частиц, отражает детерминированный процесс структурогенеза. Для фрактала протона характерно чередование симметричных и асимметричных ветвей древовидной структуры.Открытие конкретного вида фрактала, отражающего закономерность структурогенеза протона, позволяет получить количественные характеристики элементарных частиц расчетным путем. В [5] получены количественные характеристики фрактальных структур элементарных частиц и найдено математическое описание фрактала протона. Математическое соотношение для элементарной ячейки фрактала протона имеет вид:
На основе формулы для элементарной ячейки фрактала получено обобщенное математическое соотношение, описывающее завершенные фрактальные конструкции внутренней структуры элементарных частиц. Это математическое соотношение имеет вид:
,
где: k = 0 для ядер, k =1 для атомов, k = –1 для нейтральных частиц.
Из приведенного выше соотношения, при n =11, получаем формулу, описывающую фрактал протона:
. (6)
Формула для фрактала водорода будет иметь вид:
.
Рассматривая закономерность структурогенеза протона, можно увидеть проявление самоподобия в его внутренней структуре на различных шагах структурогенеза.На каждом шаге формирования структуры частицы прослеживается единый алгоритм формообразования, приводящий к своеобразной топологии протона. Фрактал протона описывается следующей топологической формулой [2]:
Pp =2(2(2(2(2(2(2(2(2(2+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1)+1 (7)
Графическое изображение топологической формулы протона представляет собой древовидную фрактальную конструкцию. Процесс формирования протона реализуется в результате последовательных актов энергонасыщения вакуума [2,3,4]. Внутренняя структура протона образуется системой последовательных вложений, основанной на едином алгоритме. На каждом шаге структурогенеза протона фрактальная субструктура повторяет фрактал предыдущего шага структуризации. Исследование фрактала протона показывает, что внутренняя структура протона имеет ярко выраженную квантованность и иерархию внутренего строения. В этой иерархии каждая подсистема создана по одному и тому же образу: каждая большая часть структуры в точности повторяет малую часть структуры. Таким образом, проявляется пространственная упорядоченность при формировании внутренней структуры протона. Согласно формулам (4), (6), (7) существует иерархический дискретный ряд внутренних уровней энергии протона. Исходя из закона сохранения энергии, видно, что для внутренней струтуры протона свойственна иерархия характерных частот. В результате, наряду с пространственной упорядоченностью, которая проявляется в фрактальной структуре протона, существует и временная упорядоченность, которая проявляется в кратных характерных частотах иерархических уровней подсистем внутренней структуры. Для внутренней струтуры протона каждая часть высшего порядка строится посредством объединения двух структур низшего порядка. Это приводит к особой сетке характерных внутренних частот, построенной по принципу УДВОЕНИЯ периода. Это наглядно демонстрирует топологическая формула протона (7). Если описывать динамику структурогенеза протона и топологическую формулу протона на языке алгоритмов, то для этого подходит рекурсивный алгоритм [9]. Рекурсия копирует малое в большом и большое в малом, сохраняя единый принцип построения структуры протона. Формулы структурогенеза элементарных частиц и топологическая формула протона позволили получить теоретическим расчетом фундаментальную константу mp/me, что указывает на экспериментальное подтверждение теории [5,7,8,10]. Кроме того, эти формулы позволили выявить механизм, ответственный за устойчивость протона, что открывает путь к новым способам получения энергии. Это будет показано ниже.