Физическая сущность сильного ядерного и электромагнитного взаимодействий протонов

Взаимодействие любых материальных структур - частиц вещества и силовых полей может осуществляться только в том случае, если ими создаются градиенты давлений в эфире. Тогда тело, попавшее в неравномерно распределенное поле давлений, созданное другим телом, начинает испытывать воздействие этого тела через этот градиент давлений.

Рис. 6.3. Взаимодействие двух цилиндрических газовых вихрей:

а – вращающихся в противоположных направлениях; б – вращающихся в одном направлении

Если два параллельных вращающихся цилиндра расположены вблизи друг друга, то взаимодействие цилиндров будет определяться их направлениями вращения относительно друг друга (рис. 6.3.) Если между цилиндрами провести плоскость симметрии, то легко видеть, что цилиндры своим вращением должны загонять газ из свободного пространства в область между поверхностью цилиндра и этой плоскостью. Учитывая, что газ обладает плотностью и, следовательно, инерционностью, для того чтобы он двигался ускоренно в этом промежутке, его нужно сжать. Это приведет к тому, что плотность газа в промежутке между цилиндром и плоскостью симметрии окажется выше плотности газа в свободном пространстве, это повысит его температуру и давление, поскольку из уравнения состояния газа следует, что

RT

P = ——, (6.28)

V

где R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура; V – молярный объем. Поскольку объем сокращается, а температура растет, то за счет этого давление газа в промежутке между цилиндром и плоскостью симметрии будет увеличиваться. Относительное приращение давления составит:

Δ T Δ V

Δ P ₁= P (—— + ——). (6.29)

T V

Однако за счет градиента скоростей давление в том же промежутке будет снижаться на величину

ρv ²

Δ P ₂ = ——, (6.30)

где v – скорость движения стенки цилиндра. Следовательно, в промежутке между цилиндром и плоскостью симметрии изменение давления определится разностью

Δ P = Δ P ₁ – Δ P ₂. (6.31)

Величина ΔP в этом случае будет отрицательная, тем более что в градиентном течении температура всегда снижается. Следовательно, цилиндры, вращающиеся в одном направлении, будут стремиться друг к другу.

На эти цилиндры или на цилиндрические газовые вихри, кроме того, действуют лобовые силы, связанные с внешними потоками газа, которые они сами создают в окружающей среде. Это заставит их вращаться друг вокруг друга. Ускорение, которое они приобретут, зависит от скорости потоков, площади и массы.

Если цилиндры будут вращаться в противоположные стороны, то в промежутке между ними градиентного течения уже не будет, а будет просто ускоренное течение газа. В этом случаеΔ P ₂ = 0 и остается только приращение давления Δ P ₁, цилиндры будут отталкиваться друг от друга.

Притяжению или отталкиванию цилиндров будут способствовать также градиенты скоростей на сторонах, противоположных плоскости симметрии. Однако в связи с тем, что скорости потоков, а значит, и градиенты скоростей здесь слабее, чем со стороны плоскости симметрии, влияние изменения давления в этой области будет существенно слабее, чем в области между цилиндром и плоскостью симметрии.

Представляет интерес рассмотреть случай трех цилиндров, вращающихся в одну сторону, из которых два находятся вблизи друг друга, а третий – в небольшом отдалении (рис. 6.4). Поскольку оба первых цилиндра создают во внешнем пространстве общий поток, то третий цилиндр будет к ним притягиваться, но затем он будет их обкатывать до тех пор, пока не окажется в углублении между цилиндрами, которое и является для него реальной потенциальной ямой. Если сил, связанных с вязкостью, окажется недостаточно для выхода из этого углубления, то третий цилиндр здесь и останется.

Рис. 6.4. Взаимодействие трех вращающихся цилиндров.

Во всех случаях источником энергии для движения потоков газа являются сами вихри. Рассматриваемая плоскость – плоскость симметрии, расположенная между вихрями. И в том, и в другом случае каждый вихрь загоняет газ из внешнего пространства в промежуток между вихрями, сжимая его и придавая потоку дополнительную энергию. Но в первом случае градиент скорости потока между вихрями велик, а во втором случае мал, и поэтому взаимодействие вихрей с потоками газа и тем самым друг с другом существенно различаются.

На основе изложенного может быть рассмотрен механизм действия сильного ядерного (рис.6.5 и 6.6) и электромагнитного взаимодействия.

Рис. 6.5. Взаимодействие частиц вещества через градиенты давлений:

а – в случае близкого контакта (сильное ядерное взаимодействие); б – в случае дистанционного (электромагнитного) взаимодействия.

Рис. 6.6. Зависимость энергии взаимодействия между нуклонами (протон-протонное и протон-нейтронное взаимодействия) от расстояния между ними при антипараллельных спинах

Обычно для подобных расчетов используются уравнения Бернулли. Однако в них предполагается только взаимный обмен энергией давления и энергией поступательного движения газа при постоянстве их суммы. Поэтому эти уравнения оказываются непригодными для расчета указанных случаев. Общая газодинамическая задача расчета взаимодействий вихрей с учетом изменения температуры, вязкости и давлений бывает достаточно сложной. Тем не менее определенные соображения здесь можно привести.

В первом случае при отсутствии градиента скоростей давление газа между вихрями повышается за счет его сжатия, поскольку газ из свободного пространства загоняется в относительно узкий просвет между цилиндрами. Повышение давления приведет к отталкиванию вихрей друг от друга.

Во втором случае газ точно так же загоняется из свободного пространства в тот же просвет, что хорошо видно из рисунка, но здесь возникает большой градиент скорости, в результате которого давление в газе падает существенно больше, чем повышается за счет сжатия газа. Это происходит, в частности, потому, что в градиентном потоке газа температура снижается по закону

Δ Т = – Δ u ²/ 2 c_P (6.32)

где Δ u – перепад скорости, c_P - теплоемкость газа при постоянном давлении.

Если же вихри находятся на очень близком расстоянии, например в пределах пограничного слоя, то основную разность давлений создаст разность скоростей в межвихревой зоне, которая составит 2 v _в и тогда падение давления будет равно

Δ P» – 2 ρv _в², (6.33)

а сила прижатия вихрей друг к другу составит

Δ F = S Δ P. (6.34)

Энергия взаимодействия вихрей

W = Δ PV, (6.35)

где V –объем межвихревого пространства.

На основании изложенного можно определить снижение давления эфира в межнуклонном пространстве атомных ядер (сильное ядерное взаимодействие).

В соответствии с выражением (5.101) для взаимодействия вихрей, находящихся на близком расстоянии друг от друга, т.е. в зоне большого значения градиента скоростей, имеем

Δ P _я» – 0,5 ρ э v_p ². (6.36)

Здесь v_p – скорость движения эфира на поверхности протона.

Если не учитывать сжатие эфира в межнуклонном пространстве, то, подставив численные значения, получим:

Δ P _я» – 0,5·8,85·10 ^{– 12} 1,6²· 10⁴² = 1,13·10³¹ Па.

С учетом сжатия эфира эта величина должна быть несколько больше.

Как известно, энергия связей нуклонов в ядре дейтерия составляет

2,27 МэВ или, что то же самое, 3,6·10 ^{– 13} Дж. В альфа-частице энергия связей, приходящаяся на один нуклон, составляет 7,6 Мэв, но на одну

поверхность сопряжения приходится всего 3,8 МэВ, или 6·10 ^{– 13} Дж.

На рис. 6.6 показана зависимость энергии и соответственно сил между нуклонами.

Имея в виду, что радиус нуклона в ядре составляет несколько большую, чем ранее принятая величина, за счет деформации нуклона из-за прижатия нуклонов друг к другу, примем радиус 1,2·10 ^{– 15} м и площадь сечения 4,5·10 ^{– 30} м² при величине межнуклонного промежутка δ = 0,1ф = 10 ^{– 16} м имеем падение давления в межнуклонном промежутке для первого случая

w _св. 3,6·10 ^{– 13}

Δ P _я = ——— = —————— = 8·10³² Па, (6.37)

S _н δ 4,5·10 ^{– 30} ·10 ^{– 16}

а во втором случае

w_св. 3,8·10 ^{– 13}

Δ P _я = ——— = —————— = 8,4·10³² Па. (6.38)

S н δ 4,5·10 ^{– 30} ·10 ^{– 16}

Таким образом, расчеты, проведенные по формуле (6.38) находятся в хорошем соответствии с опытными данными и в неплохом соответствии

с величиной давления в свободном эфире, составляющем 1,3·10³⁶ Па.

Это уменьшение давления в межнуклонном промежутке компенсируется увеличением плотности эфира в межнуклонном слое и составляет всего лишь малую долю давления эфира в свободном пространстве, а именно для первого случая

δP _я = 8·10³² / 1,3·10³⁶ = 6,15 ·10 ^{– 4} = 0,0615%.

Для второго случая

δP _я = 8,4·10³² / 1,3·10³⁶ = 6,46 ·10 ^{– 4} = 0,0646%.

В результате взаимодействия двух одинаковых вихрей через общую газовую среду внешнее давление будет прижимать их друг к другу, причем это будет происходить тем сильнее, чем меньше окажется величина промежутка между ними, поскольку градиент скорости будет при этом возрастать. Сближение будет происходить до той величины, пока не вступят в действие вторичные факторы, препятствующие дальнейшему снижению давления, например, соизмеримость промежутка с длиной свободного пробега молекул и пр.

Если же протоны находятся на расстоянии, превышающем хотя бы несколько радиусов протона, то они попадают в зону пониженного градиента скоростей (электромагнитные взаимодействия). В этом случае разности давлений, создающие силы на поверхности протонов, будут определяться выражением (5.110)

Δ P _эм = – 2 ρ _ээ v_{p 1} v_{p 2}. (6.39)

В соответствии с законом Био-Савара тороидальное движение, создаваемое одним из протонов в свободном эфире, убывает пропорционально кубу расстояния. Если второй протон попал в это поле скоростей, то на него начинает действовать со стороны потока эфира момент сил, разворачивающий его в направлении, антипараллельном потоку сил (рис. 6.7). Это происходит вследствие того, что только такое положение оказывается устойчивым, поскольку по всей периферии второго протона устанавливается максимум градиента скоростей и, как следствие, минимум давления эфира.

Однако если поток, омывающий второй протон, не чисто ламинарный, а винтовой, т.е. в нем помимо тороидального присутствует еще и кольцевое движение эфира, созданное тем же протоном, то после разворота на поверхности второго протона устанавливается градиент кольцевой скорости, пониженный со стороны первого протона и повышенный с противоположной стороны. Протоны будут отталкиваться, в чем и проявляется сущность электромагнитного взаимодействия. Если бы один из них имел ориентацию винтового движения, т.е. ориентацию кольцевого движения относительно тороидального противоположную, то между тороидами создался бы повышенный градиент скорости потока, давление эфира между ними было бы пониженным и они стали бы притягиваться (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Дистанционное (электромагнитное) взаимодействие тороидальных винтовых вихрей: а – при нахождении их в общей плоскости;

б – при соосном положении; в – в общем случае

Поскольку скорость кольцевого движения убывает пропорционально квадрату расстояния:

bГ _к

v _к = ——, (6.40)

4π r ²

где b - толщина тороида; Г _к – циркуляция кольцевого движения по экватору тороида, то и сила, действующая на притяжение и отталкивание тороидов, будет пропорциональна произведению толщин и циркуляций обоих тороидов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между их центрами:

b ₁ Г _к1 b ₂ Г _к2

F _к = —————, (6.41)

4π r ²

что соответствует закону Кулона.

Сопоставляя взаимодействие тороидальных вихревых винтовых колец с поведением заряженных частиц, можно сделать следующие заключения.

1.Поскольку ориентация частиц определяется тороидальным движением, то магнитный момент частиц отождествляется с тороидальным движением эфира на ее поверхности и определяется как

произведение величин плотности эфира в окружающем пространстве ρ э, скорости света с, скорости тороидального движения на экваторе поверхности протона v т и объема протона V_p:

μ _p = kπρ э сv тS _p r _p = k ’ ρ э сv т V_p,

2. Электрический заряд есть проявление кольцевого движения эфирных потоков на поверхности протона. Величина электрического заряда частицы представляет собой циркуляцию плотности эфира на поверхности пограничного слоя и составляет

q, Кл = r э v _ко S_p, кг/с, (6.42)

3. Поскольку факт притяжения или отталкивания определяется ориентацией кольцевого вращения относительно тороидального, то полярность заряда следует отождествлять с ориентацией кольцевого движения относительно тороидального (т.е. со знаком винтового движения).

4. Поскольку сильное ядерное взаимодействие в ядре атома происходит между нуклонами, соприкасающимися своими пограничными слоями, то физической сущностью сильного ядерного взаимодействия следует считать прижатие нуклонов друг другу внешним давлением эфира вследствие падения давления эфира в межнуклонном пограничном слое в результате значительного градиента скоростей в пределах этого пограничного слоя.

5. Сущностью электромагнитного взаимодействия протонов является

взаимное изменение давлений эфира на поверхностях нуклонов, производимое ими дистанционно.

6. Сильное ядерное и электромагнитное взаимодействия в своей основе имеют общий эфиродинамический механизм и различаются лишь величиной возникающих на поверхностях нуклонов снижений давления эфира вследствие различий в градиентах скоростей эфирных потоков в пространстве между нуклонами.