Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума



Скачать 158.98 Kb.
Дата26.07.2014
Размер158.98 Kb.
ТипДокументы
Расщепление нуль−энергии вакуума

Уравнение состояния и энергетика вакуума



author


В современной физике как квантовой, так и классической вакуум нашей Вселенной рассматривается как физически активная материальная среда. И это позволяет говорить об уравнении состояния и энергетике вакуума

Выбор уравнения состояния вакуума.


Очевидно, что проблема нуль−энергии вакуума (vacuum zero–point energy [1,2]) это преж-де всего проблема правильного выбора его уравнения состояния, которым, как и всякая физически активная материальная среда, вакуум должен обладать.
В квантовом подходе принятие любого уравнения состояния определяется выбором той или иной базовой модели микроструктуры вакуума. Сюда входит:


  • Выбор микрочастиц, формирующих вакуум.

  • Выбор физического взаимодействия между микрочастицами.


В классическом подходе (макроподходе) микроструктура физического вакуума остается за кадром и на первый план выступает взаимодействие вакуума с материальными объ-ектами, которые в нем находятся. Последнее проявляется в наличии у этих объектов соот-ветствующих зарядов: электрического, гравитационного и других [3].
Заряды декларируют участие объектов в соответствующем взаимодействии. При этом от вакуума, как и от любой другой физически активной вмещающей среды, в свою очередь, требуется способность реагировать на эти заряды. И только в этом случае можно гово-рить об активности вакуума по отношению к электромагнитному, гравитационному и другим взаимодействиям.
Формально, в рамках нелинейной неравновесной термодинамики [3], можно ввести заря-ды или квазизаряды для любых микро и макровзаимодействий и значит говорить об ак-тивности вакуума по отношению к ним. Однако, несмотря на все это многообразие взаи-модействий, вероятнее всего за этим скрывается одна и та же материальная первопри-чина, проявляющая себя по–разному в разных ситуациях.
Обычно, во многих абстрагированных квантовых математических моделях, различие су-ществующих взаимодействий загоняется в идею о существовании разных вакуумов. Но, можно ожидать, что в действительности это всего лишь различные состояния одного и того же физического вакуума, выраженные на языке математического формализма соот-ветствующей модели. И хорошо, если эта модель описывает нечто реальное.
Нарушенная энергодоминантность вакуума.

В общем случае, понятие нуль–энергии физического вакуума (нулевого уровня энергии) однозначно определяется выбором уравнения состояния, описывающего активность ва-куума по отношению к исследуемому взаимодействию. В квантовой теории гравитации, в качестве некоторого приближения, рассматривается уравнение состояния гравитацион-ного вакуума, определяемое космологическим Λ–членом в уравнениях Эйнштейна [4].
Подобное уравнение состояния описывает материальную среду с нарушенной энергодо-минантностью. В этой среде допускается существование отрицательной энергии [10] и допускается полная компенсация положительной энергии обычной материи отрицатель-ной энергией гравитационного поля [11].
Такая ситуация характерна для сред состоящих из квазичастиц типа планкеонов [9], ко-торые гравитационно взаимодействуют между собой по квазиньютоновскому закону [4]. При этом макроскопическая (усредненная) плотность энергии подобной среды (грави-тационного вакуума) оказывается нулевой и значит имеет смысл говорить о нуль-энер-гии или о вырождении нулевого уровня энергии среды.
Интересно, что еще Дж. А. Уилер предвидел возможность существования аналогичной ма-териальной среды и соответствующего механизма взаимной компенсации положитель-ной и отрицательной энергий. Так в [11, с.112] он пишет: “Несмотря на всю мистику, с ко-торой сопряжен такой процесс компенсации, должен быть сделан следующий вывод: ин-дивидуальные компоненты вакуумной энергии аномально велики, однако, коллективно скомпенсированные, они оказываются вполне нормальными”.
Уравнение состояния вакуума.
Вероятнее всего, упомянутое уравнение состояния единственное при котором можно во-обще говорить об нуль–энергии вакуума. В макроподходе, где классические уравнения Эйнштейна работают традиционно, уравнение состояния материи с нарушенной энерго-доминантностью (вакуума) следует непосредственно из определения тензора плотности энергии−импульса идеальной жидкости,
, ,
где  4–плотность энергии жидкости, р – давление, – метрический тензор, – по-ле 4–скоростей среды, а µ₀(p) – собственно уравнение состояния.
Чтобы задать нарушенную энергодоминантность, вполне достаточно ограничиться экст-ремальным уравнением состояния, записанным в форме:
, , κ,σ=0,1,2,3. (1)
В общем случае, вывод любого уравнения состояния ̶ это нелегкий труд, опирающийся как на современные экспериментальные и наблюдательные данные, так и на хорошо ус-тоявшиеся общефизические принципы типа уравнений баланса (законов сохранения) энергии и заряда.
Тем не менее, для моделирования материального континуума с вырожденным нулевым уровнем энергии (нуль–уровнем), выбор уравнения состояния (1), однозначен, так как это предельный случай. Поэтому, в рамках феноменологического подхода при трактовке вакуума как макросреды, обладающей усредненной нулевой энергией (нуль–энергией), естественным является воспользоваться именно этим уравнением.
За жизнеспособность используемого уравнения состояния, кроме его применения в кван-товой гравитации, говорит и тот факт, что космологическая модель нашей Вселенной [4], построенная на его основе (инфляционная, с глобальной эллиптической геометрией и топологией RP³), достаточно хорошо согласуется с современными астрофизическими дан-ными.
Использование уравнения состояния вакуума.
Само по себе уравнение состояния вакуума не самоцель. В конечном итоге необходимо заставить его работать в конкретной физической модели. Схема этого довольно проста. Космологический вакуум, являясь неотъемлемой частью нашей Вселенной, должен обла-дать как локальными, так и глобальными свойствами. Поэтому, если все делать коррек-тно, то, в первую очередь, надо задействовать рассмотренное уравнение состояния для построения оптимальной космологической модели нашей Вселенной. И только затем, на фоне гравитационного вакуума такой модели, учитывая его геометрию и топологию, не-обходимо формулировать и решать исследуемую физическую проблему.
Такова последовательная и корректная схема математического моделирования любого физического явления. При этом очевидно, что, в конечном итоге, уравнение состояния обязательно проявит себя через геометрию и топологию базовой космологической мо-дели. В данном случае это модель [4], которая, как уже отмечалось, хорошо согласуется с современными астрофизическими данными. И именно она используется при физико–математическом моделировании взаимодействия любой системы заряженных частиц с космологическим вакуумом.
Использование уравнения состояния (1) приводит к модели космологического вакуума с эллиптической геометрией и соответствующей топологией RP³. Причем, как целое, такая космологическая модель имеет нулевые физические макрохарактеристики (энергию, импульс, электрический заряд). В такой модели Вселенная является замкнутой нуль–сис-темой [4,6,7]. В свою очередь, учет полученных глобальных свойств вакуума, с которым взаимодействует электрического заряд, приводит к существенным поправкам при описа-нии такого взаимодействия, особенно для сверхсильных полей.
Расщепление нуль-энергии вакуума.
Предложенный выше подход позволяет корректно учесть как влияние космологического вакуума на рассматриваемое физическое взаимодействие, так и обратное влияние пос-леднего на вакуум. Для электромагнитного взаимодействия это, в значительной мере, сводится к учету сильной поляризации (расщепления) физического вакуума, находящи-мися в нем зарядами.
Поляризация вакуума позволяет говорить о “голом” и о “наблюдаемом” электрическом заряде и о том, что относительная диэлектрическая проницаемость вакуума ε ≠ 1 (в Си). Отметим, что первые расчеты поляризации вакуума внешним электромагнитным полем были выполненны еще в 30-х годах. Имеются в виду нелинейные поправки Гейзенберга–Эйлера к уравнениям Максвелла и поправки Юлинга к закону Кулона [19].
С учетом активности космологического вакуума, относительная диэлектрическая прони-цаемость ε>1 и не совпадает с классической ε≡1, когда поляризация вакуума не учи-тывается. При этом новое значение ε определяется через квантовую постоянную тонкой структуры α (или постоянную Планка h) формулой [5]:
ε=2π(D–1)/(αD²), D=3π/4, ε≈210, (2)
где величина D=const и определяется выбором глобальной топологии RP³ космологичес-кого вакуума.
В рамках модели (2), голый заряд Q и голая масса m исследуемой материальной системы связанны с ее наблюдаемым зарядом Q₀ и массой m₀ формулами из [5]:
Q=εQ₀D/(D–1), m=m₀D/(D–1). (3)
При этом взаимодействие заряженной системы (микро или макро) с космологическим ва-куумом оказывается существенно зависящим от величины создаваемого ею поля. И, если при слабых полях допустимо использование уравнений Максвелла–Лоренца, не учитыва-ющих взаимодействия заряда с вакуумом, то в сверхсильном электрическом поле поряд-ка 10²⁰ в/см этого делать уже нельзя [5,13].
В сверхсильном электрическом поле, создаваемом как макро, так и микрообъектами при достаточно большой концентрации заряженных частиц одного знака (например, электро-нов), за счет сильной поляризации вакуума происходит расщепление вырожденного нуле-вого уровня энергии вакуума на два энергетических подуровня обладающих энергией E>0 и E<0, соответствено. В этом случае, вся взаимодействующая система (заряд+поле+ вакуум) переходит в новое фазовое состояние на энергетический уровень с энергией свя-зи Es=E, E<0.
Фазовый переход формирует новое вакуумно–связанное состояние заряженной системы при котором между одноименными зарядами (электроны или протоны) возникают ко-роткодействующие силы притяжения, превосходящие по величине кулоновские силы от-талкивания. Т. е., фактически, заряженная система в новом состоянии является отдельной фазой с энергией связи Es<0.
В качестве примера физических систем, находящихся в вышеупомянутом фазовом состоя-нии, можно привести хорошо известные атомные ядра (протоны+нейтроны). Система протоны+нейтроны, достигнув соответствующих значений своих размеров, массы и заря-да, переходит в вакуумно–связанное состояние с энергией связи Es<0, в котором и фор-мируются атомные ядра.
Что касается введенного в физике полуэмпирически поля ядерных сил, то оно есть не что иное как вакуумно–связанная часть квази-кулоновского взаимодействия “голых” прото- нов. И именно она формирует топологически квантованный микрообъект, названный протонным кластером или, что то же, атомным ядром.
Среди макрообъектов новое физическое состояние реализуется в достаточно известных, но недостаточно изученных, шаровых молниях. Шаровая молния – это электронный клас-тер с топологически квантованным электрическим полем. Она состоит из электронного ядра (core of electrons) и полевой оболочки вокруг него. При этом вакуумно–связанная часть поля электронов, хотя и обладает большой отрицательной энергией связи Es, все же не гарантирует стабильности шаровой молнии из–за интенсивного движения электронов в ее ядре.

По аналогии с ядерным кластером, вещество которого можно трактовать как ядерную жидкость, электронную компоненту ядра шаровой молнии в некотором приближении можно рассматривать как электронную жидкость или электронный газ, находящиеся в потенциальной яме глубиной Es. Однако, и в том и в другом случае происходит формиро-вание топологически квантованного объекта с соответствующим ядром и сверхсильным электрическим полем вокруг него, обладающим глобальной топологией RP³ вместо R³ для слабого поля.
Топологическое квантование полевых структур.
Полученные результаты являются следствием моделирования космологического вакуума идеальной жидкостью с нарушенной энергодоминантностью. При этом используемые для описания взаимодействия электрического заряда с вакуумом квазимаксвелловские урав-нения, в конечном итоге, реализуются через геометрию и топологию возникающих прос-транственно ограниченных полевых структур с геометрией и топологией базовой космо-логической модели, на фоне которой они формируются.
Все это позволяет говорить о топологическом квантовании полевых структур в вакууме в сверхсильных полях. Здесь под топологическим квантованием понимается то, что возни-кающие в вакууме материальные структуры вакуум+заряд+поле с необходимостью моде-лируются пространственно−временными многообразиями Робертсона–Уокера с тополо-гией RP³ и римановой кривизной k 3–мерного пространства равной [4]:
k=e/R₀, e=+1, 0где R₀ – радиус кривизны.
То, что рассмотренные топологически–квантованные объекты существуют реально не вызывает сомнений. Выше уже приводились примеры подобных физических структур. Это атомные ядра (протонные кластеры) – микрообъекты и хорошо известные шаровые молнии (электронные кластеры)–макрообъекты. То же можно утверждать и в отношении любой элементарной частицы (электрона, протона и других.).
Так, для протона напряженность электрического поля на поверхности достигает 10²⁰ в/см. При этом расщепление 0–уровня энергии вакуума составляет , где – мас-са покоя протона. Сама же система протон+поле+вакуум образует топологически кванто-ванную полевую структуру с римановой кривизной k из (4). При этом её радиус кривизны R₀≡Rᵤ, где Rᵤ радиус Вселенной [4]. То есть, элементарные частицы в таком подходе выс-тупают как объекты типа Вселенной (микровселенные) [14,15,16,17,18].
Среди макрообъектов, как уже отмечалось, аналогами топологически квантованных по-левых структур являются шаровые молнии. Каждая из них имеет электронное ядро и ореол вокруг него из электрического поля с измененной топологией (RP³). Ядро состоит из вакуумно–связанных электронов (электронный газ в потенциальной яме) движение которых приводит к его квазистабильности. При этом величина расщепления вырож-денного 0–уровня энергии вакуума определяется глубиной потенциальной ямы или суммарной энергией связи электронов в ядре шаровой молнии.
Отметим, что выбор уравнения состояния идеальной жидкости с нарушенной доминант-ностью энергии для моделирования физической активности космологического вакуума и, полученное на его основе расщепление нуль–уровня энергии вакуума, ни в коей мере не приводят к нарушению общефизических законов сохранения энергии и заряда. Более то-го, они полностью согласуются с релятивистскими интегральными законами сохранения энергии–импульса и заряда. Причем последниe учитывают как нелинейность взаимо-действия сверхсильного поля с вакуумом, так и глобальную структуру нашей Вселенной.
Литература
1. Puthoff H. E. Source of vacuum electromagnetic zero–point energy. ― Phys. Rev. A 40, 4957

(1989).


2. Puthoff H. E. Zero–point energy. ― Fusion Facts, 3, #3, p.1, September 1991.

3. Буераков В.А. Континуальная теория нелинейной термодинамики. ― Докл. АН УССР,

сер.А, 1982, №9, с.52–55.

4. Буераков В.А. Некоторые проблемы теории гравитации и космологии. ― Львов, 1988,

48с. (Препринт Ан УССР, ИППММ, №11–88).

5. Буераков В.А. Взаимодействие заряда с физическим вакуумом. Нелинейные эффекты.

― 1998, bvank.chat.ru, www.bvank.net/ru/.

6. Фомин П. И. Гравитационная неустойчивость вакуума и космологическая проблема.

― Доклады АН УССР. Сер.А, 1975, с.831–835.

7. Грищук Л. П., Петров А. Н. Замкнутый мир и гравитационное поле. ― Письма в АЖ, 1986,



12, №6, с.429–433.

8. Buerakov B.A. UFOs as objects of study by terrestrial physics. RIAP Bulletin, 1994, Vol.1, #1,

pp.2–6.

9. Станюкович К.П. Энергетика и спектр масс планкеона и гравитационного вакуума. ―



”Горение и взрыв в космосе и на Земле”. М., 1980.

10. Bondi H. Negative mass in general relativity. ― Rev. Mod. Phys., 29, 423 [MR 19, 314], 1957.

11. Уилер Дж. А. Предвидение Эйштейна. ― М.: Мир, 1970, Сборн., с.112.

12. Davtyan O. K. Теория гравитационно–инерциального поля Вселенной. ― Ann. Phys.

(DDR) 1978, 35, #2, pp.116-121 (анг.).

13. Мигдал А.Б. Поляризация вакуума в сильных полях и пионная конденсация. ― УФН,

т.123, Вып.3, с.369, 1977.

14. Recami E. Элементарные частицы как микровселенные. ― Ist. naz. fis. nucl. [Rept], 1981,

#AE3, 23 pp., ill(анг).

15. Реками Э. Теория относительности и ее обобщения. ― Астрофизика, кванты и теория

относительности. – М.: Мир, 1982, с.53–128.

16. Battey–Pratt E.P., Racey T.J. Геометрическя модель фундаментальных частиц. ― Int. J.

Theor. Phys., 1980, 19, #6, 437–475 (анг).

17. Бронников К. А., Мельников В. Н., Шикин Г. И. Несингулярная полевая модель частицы.

― Изв. Вуз. Физика., №11, 1978, с.68.

18. Italiano A.,... Спектры масс тяжелых мезонов – методами общей теории

относительности. ― Ist. naz. fis. nucl. [Rept], 1984, #AE6, 9pp., ill (анг).

19. Гриб А. А., Мамаев С. Г., Мостепаненко В. М. Вакуумные квантовые эффекты в сильных



полях. М.: 1988, с.288.


Похожие:

Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconСтруктура вакуума и метрический тензор общей теории относительности
Описаны свойства вакуума, свойства элементарных частиц, из которых он состоит. Определены свойства этих частиц. Обоснована формула...
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума icon1. Научные и философские проблемы вакуума Проявление свойств физического вакуума в экспериментах
Чтобы понять Природу нужно научиться слышать, что говорит тишина и видеть, что содержит пустота
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума icon«Темная материя»: уравнение, получение, свойства
Целью данной работы является: вывод аналитического уравнения измененного состояния вакуума, запись реакций, вызывающих образование...
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconТрение космических аппаратов о флуктуации вакуума (Одно из следствий динамического эффекта Казимира) Алеманов Сергей Борисович
«Причиной эффекта Казимира являются энергетические колебания физического вакуума из-за постоянного рождения и исчезновения в нём...
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconСпособ использования массы-энергии вакуума, присоединённой к нуклидам в процессе движения предельно прост

Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconНелинейные эффекты в физическом вакууме
Физическая активность и энергетика вакуума нашей Вселенной стоит на повестке дня. Некоторые теоре-тические и экспериментальные аспекты...
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconАльтернативные источники энергии Солнечная энергетика
Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов....
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconОстрова в океане темной энергии
Вселенная — мир галактик и вакуума. Недавние исследования показали, что галактики и все тела природы погружены в неведомую ранее...
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconФизический обзор e объем 48, нумер 2 август 1993 Извлечение энергии и теплоты от вакуума
Специальных исследований в Остине, 4030 Западе Переулка Braker, Набор 300, Остин, Техас 78759-5329 (Полученный 22 марта 1993)
Расщепление нуль−энергии вакуума Уравнение состояния и энергетика вакуума iconОткрытие природы Гравитации
Плотность физ вакуума, оптическая плотность вокруг гравитационной массы больше, чем в космосе, поэтому происходит искривление лучей...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org