Постоянная тонкой структуры что это
Физики уточнили величину «волшебного числа», управляющего Вселенной
Парижская команда исследователей провела наиболее точное на сегодня измерение постоянной тонкой структуры, отобрав у нас надежду на существование в природе неизвестного взаимодействия
Постоянную тонкой структуры ввели в 1916 году для количественной оценки промежутков между двумя линиями в спектре цветов, испускаемых определёнными атомами. На фото плотно расположенные частоты видны через резонатор Фабри — Перо
Среди фундаментальных констант наибольшей известностью пользуется скорость света с. Однако её числовое значение ничего не говорит нам о природе – оно зависит от единиц измерения, будь то метры в секунду или мили в час. А у постоянной тонкой структуры, наоборот, размерности нет. Это чистое число, потрясающе сильно влияющее на Вселенную. Ричард Фейнман писал, что это «волшебное число, найденное нами без какого-либо понимания». Поль Дирак считал происхождение этого числа «наиболее фундаментальной из нерешённых задач физики».
По величине постоянная тонкой структуры, обозначаемая греческой буквой α, очень близка к дроби 1/137. Она часто встречается в уравнениях, описывающих поведение света и материи. «В архитектуре, например, часто встречается золотое сечение», — сказал Эрик Корнелл, физик из Колорадского университета и Национального института стандартов и технологий, нобелевский лауреат. «А в физике материи низких энергий – атомов, молекул, химии, биологии – постоянно встречается соотношение размеров большего к меньшему. И эти соотношения часто оказываются степенями постоянной тонкой структуры».
Постоянная повсеместна, поскольку она описывает силу электромагнитного взаимодействия, действующего на заряженные частицы – электроны и протоны. «В повседневном мире мы сталкиваемся либо с гравитацией, либо с электромагнетизмом. Поэтому альфа так важна», — сказал Холгер Мюллер, физик из Калифорнийского университета в Беркли. 1/137 – это немного, и влияние электромагнетизма слабое. В результате заряженные частицы формируют преимущественно пустые атомы, в которых электроны движутся по удалённым орбитам и легко с них срываются. Это приводит к формированию химических связей. С другой стороны, постоянная достаточно велика – если бы она была ближе к 1/138, в звёздах не создавался бы углерод, и знакомая нам жизнь не смогла бы появиться.
Физики почти сто лет были одержимы желанием выяснить, почему значение альфы оказалось именно таким. Но сегодня они практически охладели к этому вопросу, и признают, что значение фундаментальных постоянных может быть случайным, определяясь броском космических игральных костей при рождении Вселенной. Теперь у них появилась новая цель.
Физики хотят как можно более точно измерить значение постоянной тонкой структуры. Поскольку она встречается везде, её точное значение позволяет им проверить свою теорию взаимосвязи элементарных частиц. А именно, великолепный набор уравнений, известный под названием Стандартной модели физики частиц. Любые расхождения в точно измеренных значениях, связанных друг с другом, могли бы указывать на существование новых частиц или неучтённых стандартными уравнениями эффектов. Корнелл называет такие точные измерения третьим способом экспериментального раскрытия фундаментальных принципов работы Вселенной – после ускорителей частиц и телескопов.
В декабре 2020 команда из четырёх физиков под руководством Саиды Гелати-Халифы из парижской лаборатории Кастлер-Броссел опубликовала в журнале Nature новую работу с самым точным на сегодняшний день измерением величины постоянной тонкой структуры. Команда получила значение постоянной вплоть до 11 знака: α = 1/137,035999206.
С погрешностью всего в 81 триллионную новое значение стало в три раза более точным, чем предыдущее, проведённое в 2018 году главным конкурентом команды — группой Мюллера в Беркли. До Мюллера Гелати-Халифа получала самое точное на тот момент значение в 2011. О новом значении, полученном их соперниками, Мюллер сказал: «В три раза – это серьёзно. Можно без особого стеснения назвать это отличным достижением».
Саида Гелати-Халифа в своей парижской лаборатории
Гелати-Халифа улучшает свой эксперимент уже 22 года. Она измеряет постоянную тонкой структуры путём измерения величины отклонения атомов рубидия при поглощении ими фотона. Мюллер делает то же самое с атомами цезия. Скорость отклонения характеризует массу атомов рубидия – в простой формуле постоянной тонкой структуры это самый сложный для измерения член. «Узким местом всегда служит наименее точно измеренная величина, поэтому любое улучшение в этой области ведёт к уточнению постоянной тонкой структуры», — пояснил Мюллер.
Начали парижские экспериментаторы с того, что охладили атомы рубидия почти до абсолютного нуля, а потом бросили их в вакуумную камеру. Пока облако атомов опускалось, исследователи при помощи лазерных импульсов приводили их в квантовую суперпозицию из двух состояний – столкнувшихся с фотоном, и не столкнувшихся. Две вероятные версии каждого атома перемещались по отдельным траекториям, пока новые импульсы лазера не свели обратно половинки суперпозиции. Чем больше атом отклонялся при столкновении с фотоном, тем сильнее он отличался по фазе от другой своей версии, с фотоном не столкнувшейся. Исследователи измеряли эту разницу, высчитывая скорость отклонения. «Из скорости отклонения мы получаем массу атома, а масса атома напрямую определяет постоянную тонкой структуры », — сказала Гелати-Халифа.
В таких точных экспериментах имеет значение каждая мелочь. В первой таблице новой работы приведён «бюджет ошибок» – 16 источников возможных погрешностей и неточностей, влияющих на итоговый результат. Сюда входят гравитация и сила Кориолиса из-за вращения Земли – оба эти значения были тщательно подсчитаны и учтены при измерениях. Наибольший вклад в бюджет ошибок вносят недостатки лазера, который учёные постоянно улучшают уже много лет.
Тяжелее всего Гелати-Халифе понять, в какой момент нужно остановиться и опубликовать результаты. Они с командой остановились 17 февраля 2020 года – когда коронавирус набирал обороты во Франции. На вопрос, похоже ли принятие решения учёным о том, когда нужно публиковать работу, на мысли художника о том, когда считать картину законченной, Гелати-Халифа ответила: «Именно, именно, именно».
Неожиданностью стало то, что результат её измерений отличается от результата Мюллера от 2018 года в десятой позиции после запятой – это отличие больше, чем погрешность обоих измерений. Это значит, что, за исключением фундаментальных различий рубидия и цезия, в одном или обоих измерениях может содержаться неучтённая ошибка. Измерение парижской группы более точное, поэтому пока что у него есть преимущество, однако обе команды улучшат свои экспериментальные установки и попробуют снова.
Хотя два этих измерения и отличаются, они близки к значению альфы, полученному из точных измерений g-фактора электрона – постоянной, связанной с его магнитным моментом, по сути, крутящим моментом, который он испытывает в магнитном поле. «Постоянную тонкой структуры можно связать с g-фактором посредством огромного набора формул, — сказал Корнелл. — И если бы в уравнениях Стандартной модели не хватало бы каких-нибудь физических эффектов, мы бы получали неправильные ответы».
Но на самом деле все измерения прекрасно совпадают, что по большей части отметает некоторые предположения о существовании новых частиц. Совпадение наилучших измерений g-фактора и измерения, проведённого Мюллером в 2018 году, приветствовали как величайший триумф Стандартной модели. Новый результат Гелати-Халифы ещё лучше соответствует ожидаемому. «Это самое лучшее совпадение теории с экспериментом», — сказала она.
И всё же они с Мюллером настроены на дальнейшие улучшения экспериментов. Команда из Беркли переключилась на новый лазер с более широким лучом (благодаря которому получится равномернее обстреливать облако атомов цезия). Парижская команда планирует заменить вакуумную камеру, и провести иные усовершенствования.
Каким человеком надо быть, чтобы тратить так много сил на такой скромный результат? Гелати-Халифа назвала три свойства: «Нужно быть скрупулёзным, пылким и честным с самим собой». Мюллер сказал: «Думаю, что всё это очень интересно. Лично я обожаю строить новенькие блестящие механизмы. И применять их к каким-то важным вещам». Он отметил, что никто не может в одиночку построить коллайдер высоких энергий типа европейского Большого адронного коллайдера. Однако при сборке сверхточного инструмента «можно проводить измерения, важные для фундаментальной физики, работая всего втроём-вчетвером».
Постоянная тонкой структуры
Настоящим сообщаю всем интересующимся и заинтересованным гражданам всех стран и народов, что решена фундаментальная проблема физики, проблема постоянной тонкой структуры. Выяснен физический смысл постоянной тонкой структуры. Найдена определяющая формула для постоянной тонкой структуры.
Следует сразу же сказать, что несколько предыдущих подготовленных статей с аналогичным сообщением об открытии и с детальными выкладками в обоснование и доказательство этого открытия были отправлены физическому сообществу России в различные физические и астрономические институты и в редакции научных журналов. Статьи были предоставлены в научный физический журнал УФН в 2013 и в 2016 годах, но были отклонены под единообразными надуманными несерьёзными предлогами. Аналогичная участь постигла эти статьи и при отправке их в редакции журналов ПЖЭТФ, ЖЭТФ, Доклады АН, Вестник МГУ (серия 3, Физика и Астрономия).
Все эти редакции устроены по принципу междусобойчиков: только свои, «чужих» не пускать. Письма, направленные в адрес РАН на имя трёх президентов остались без ответа. Были также направлены письма в Министерство образования и науки РФ, с просьбой дать объективную, непредвзятую оценку научной значимости и состоятельности «Теории Природы» и её мирового уровня научных открытий. Об этих ответах-отписках мы поговорим и скажем несколько слов позже. Предварительно скажем только, что ответы были отрицательные.
Займёмся сейчас делом по существу. Поговорим о постоянной тонкой структуре (ПТС, FSC) и о решении проблемы ПТС, представленном в рамках «Теории Природы» Юсупова Роберта. Формат настоящей статьи для «Прозария» не позволяет использовать математические формулы, поэтому объяснение будет даваться в основном на словах. Для более детального, серьёзного и основательного знакомства (с формулами и доказательствами) следует обратиться к статьям автора по «Теории Природы» [1>. Решение проблемы ПТС дано, представлено в нескольких статьях по ТП, например, можно посмотреть статью № 60 «Об основах физики» или статью № 62 «Теория Природы в определениях и формулах» из списка моих статей, размещённых на сайте vixra.org [1]. Проблемы (а их более 30), решённые в рамках «Теории Природы», представлены в виде списка и пояснений в моей ранней статье «Сообщение о научном открытии» [2].
==================
Немного истории.
Вот что говорится о постоянной тонкой структуры в русской Википедии:
«Постоя;нная то;нкой структу;ры … является фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия. Она была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в качестве меры релятивистских поправок при описании атомных спектральных линий в рамках модели атома Бора, то есть характеризует так называемую тонкую структуру спектральных линий. Поэтому иногда она также называется постоянной Зоммерфельда.
Она определяет размер очень малого изменения величины (расщепления) энергетических уровней атома и, следовательно, образования тонкой структуры — набора узких и близких частот в его спектральных линиях, пропорционального (квадрату ПТС – прим. ЮРА). Расщепление происходит за счёт квантового эффекта — взаимодействия двух электронов атома в результате обмена между ними виртуальными (ненаблюдаемыми) фотонами, которое происходит с изменением энергии.
Постоянная тонкой структуры (ПТС) — это безразмерная величина, образованная комбинацией фундаментальных констант. Её численное значение не зависит от выбранной системы единиц». [3].
В теории современной физики принято ПТС обозначать строчной (маленькой) греческой буквой «альфа».
Согласно информации сайта nist.gov значение ПТС равно:
7.297 352 5664*10^<-3>=0,007 297 352 5664 [4].
А вот широко известное высказывание о ПТС ещё одного выдающегося физика-теоретика XX века Вольфганга Паули: «Когда я умру, первым делом посчитаю спросить у дьявола, – каков смысл постоянной тонкой структуры?»
Авторы Берклеевского курса физики пишут “мы не располагаем теорией, которая предсказывала бы величину этой постоянной” [7].
ПТС появляется в соотношении, связывающем физические величины: постоянную Планка, элементарный заряд и скорость света. В этой связи английский физик-теоретик, Поль Дирак писал: «… неизвестно, почему это выражение имеет именно такое, а не иное значение. Физики выдвигали по этому поводу различные идеи, однако общепринятого объяснения до сих пор нет» [8].
==================
Автор изначально не ставил себе задачу найти решение проблемы ПТС. Вообще-то говоря, проблема ПТС звучит так: объяснить физический смысл постоянной тонкой структуры и по возможности найти определяющие формулы для ПТС. Автор ставил перед собой более «скромную», простую задачу: найти, отыскать натуральные единицы природы: длину, массу, время. Для этого естественно первоначально выдвигалась гипотеза (научная гипотеза!) о существовании в природе таких единиц.
Автор «Теории Природы» и настоящей статьи всецело придерживается единственно верного и правильного диалектико-материалистического взгляда на окружающую природу, который выработан единственно научной философией, – марксистско-ленинской философией и её первой частью диалектическим материализмом. Моё мировоззрение – диалектико-материалистическое. Мой метод познания и исследования природы всецело диалектико-материалистический метод, разработанный К. Марксом в середине XIX века. Только что озвученное было основой, фундаментом, стержнем, стартовой позицией и единственной и ведущей позицией автора на всём долгом пути исследования основ природы и мироздания. Автор ставил себе целью отыскать конкретное проявления (явление, представление) материи в природе. Эти цели были достигнуты.
Попутно был решен целый ряд фундаментальных мировоззренческих проблем основ физики и космологии, в том числе проблема ПТС. Результаты исследований автора представлены в его «Теории Природы»[1], которая является по сути дела новой материалистической физикой и космологией. Успехи и достижения «Теории Природы» впечатляют даже самого автора. Достигнут новый высочайший уровень в познании человеком природы и её законов. Достигнуто более углублённое понимание природы и действующих в ней законов. Материя поставлена во главу угла в физике и космологии. Материя введена в лоно физики в качестве основной физической величины.
Физика выведена из долгого, затяжного, векового, системного кризиса, порождённого отступничеством от материалистической линии и переходом под эгиду, «под флаг» «физического» идеализма. Эта вековая дружба, приверженность партии физиков «физическому» идеализму дорого обошлась самой физике: физика перестала быть наукой. Отстранённость, отдалённость, даже крайняя и неприкрытая враждебность всей партии физиков к материализму, диалектическому материализму, к материи, как основе мироздания, природы, к материи, как сущности природы и её субстанции, сыграли злую шутку над самими физиками и завели физику в болото глубокого системообразующего кризиса. Выхода из этого кризиса в рамках приверженности философии идеализма нет.
Только решительный разрыв физики с философией «физического» идеализма и решительный переход на позиции диалектического материализма позволил современной физике, как это показано в «Теории природы», выйти из этого кризиса и вернуться в строй наук о природе.
К реальному отыскания натуральных единиц природы (массы, длины и времени), привело составление системы трёх уравнений связи. В уравнениях связи использовались три неизвестных коэффициента связи между натуральными единицами природы (искомыми) и единицами СИ (известными, заданными). Вопрос отыскания натуральных единиц природы сводился поэтому к вопросу отысканию этих коэффициентов связи. Предстояло определить эти коэффициенты связи.
Одно уравнение представляло собой, по сути дела, определение (согласно определяющей формуле) фундаментальной физической величины (ФФВ) максимальной скорости в природе (это аналог скорости света в вакууме для современной физики).
Второе уравнение, аналогично, представляло собой определение (согласно определяющей формуле) фундаментальной физической величины (ФФВ) гравитационной величины Вселенной (это аналог гравитационной постоянной Ньютона в теории современной физики, ТСФ).
В основе определяющих формул лежали натуральные единицы природы (массы, длины, времени), которые предстояло отыскать. Первые два уравнения были вполне очевидны. При переходе к единицам СИ мы получали в правой части определяющих формул (уравнений) известные числовые значения для скорости света и гравитационной постоянной Ньютона. Этим две ФФВ были задействованы в уравнениях связи.
Для третьего уравнения оставались ещё две ФФВ, – это элементарный заряд в природе (заряд электрона) и постоянная тонкой структуры. Третьим определяющим равенством (тождеством), приводящим к уравнению с неизвестными коэффициентами связи стало определение элементарного импульса. Как известно из физики физическая величина импульс (I) есть произведение массы тела, частицы на его (её) скорость: I=m*v. В случае скорости света это выражение примет вид: I=m*c.
Но максимальная скорость в природе (она называется в теории современной физики (ТСФ) скоростью света в вакууме) определяется как отношение натуральных единиц (они же будут и минимальными величинами) природы длины и времени: c=l/t. С учётом этого соотношения формула элементарного импульса запишется так: I=m*l/t. Это будет определяющая формула элементарного импульса для некоторой неизвестной пока материальной частицы. Эта материальная частица будет натуральным эталоном натуральных единиц длины (l), массы (m) и времени (t). При переходе к СИ мы получим некоторое выражение из коэффициентов связи.
Возникнет вопрос: «Чему это выражение должно равняться»? Автор выдвинул гипотезу, что это должна быть безразмерностная величина постоянная тонкой структуры, вернее обратная величина ПТС. Дальнейшие рассуждения показали правильность этого предположения автора.
Но вместе с этим предположением (гипотезой о ПТС) и даже несколько раньше, автор должен был сделать ещё одно поистине вселенское фундаментальное сопутствующее и предшествующее открытие. Это предшествующее открытие состояло в том, что элементарный импульс I=m*l/t эталонной материальной частицы природы должен быть безразмерностной единицей в системе натуральных единиц природы: массы (m), длины (l) и времени (t).
Отсюда сразу же следует вывод о том, что физические величины натуральные единицы природы: длина (l), масса (m) и время (t) должны быть зависимыми между собой (в совокупности) физическими величинами и формула этой зависимости следующая: m*l/t=1, где справа стоит безразмерностная единица.
Каждое из этих открытий:
1) элементарный импульс есть безразмерностная единица,
2) элементарный импульсу в природе есть импульс минимальной материальной частицы в природе (крупицы материи),
3) крупица материи является природным материальным эталонным «носителем» физических величин натуральных единиц массы, длины и времени (m, l, t),
4) натуральные единицы природы массы длины и времени (m, l, t), как физические величины, являются зависимыми в совокупности ФВ и их зависимость задаётся, определяется формулой m*l/t=1,
5) постоянная тонкой структуры есть безразмерностная физическая величина, определяемая очень простым физическим выражением: альфа=1 s/(1 m * 1 kg) (см. рисунок)
стоит нобелевской премии по моему скромному мнению. Это, как говорится, и ёжику понятно!
Это физическое выражение (альфа=1 s/(1 m * 1 kg)) показывает, что ПТС не является фундаментальной физической величиной (ФФВ), то есть истинной природной величиной, как, например, максимальная скорость в природе (скорость света в вакууме) или гравитационная величина Вселенной (гравитационная постоянная Ньютона) или элементарный заряд в природе (заряд электрона). ПТС является физической величиной определяющей взаимосвязь трёх единиц СИ: длины (1 метр), массы (1 килограмм) и времени (1 секунда).
Значение ПТС обусловлено нашим случайным выбором единиц измерения СИ. ПТС – это рукотворная физическая величина, но не ФФВ. В Природе ПТС нет. Физический смысл ПТС обусловлен и полностью определяется её определяющей формулой альфа=1 s/(1 m * 1 kg).
Вот, пожалуй, и весь рассказ о постоянной тонкой структуры, решение проблемы которой было найдено Юсуповым Робертом, вашим покорным слугой, в далёком 2013 году!
Но партия современных российских физиков, физическая элита, физическая власть до сих пор не признаёт это достижение, этот успех, наряду с другими не менее выдающимися достижениями в физике и космологии, представленными в непризнанной «Теории Природы»[1] автора.
==================
31 марта 2018 года
С уважением.
Роберт Юсупов, свободный исследователь, диалектический материалист, коммунист.
Физическая сущность постоянной тонкой структуры
Вера в свою исключительность и непогрешимость
трансформировала квантовую физику из науки в
мифотворчество.
В данной статье представлена интерпретация постоянной тонкой структуры на основе вскрытия физической сущности таких понятий как электрический заряд, постоянная Планка и фотон. Приводятся аргументы, показывающие, что постоянная тонкой структуры это типовой параметр фотона, являющийся функцией его длины волны.
Введение. Исследования астрофизиков 1 последнего времени поставили под сомнение фундаментальность и постоянство одной из важнейших констант — постоянной тонкой структуры α ≈1/137, играющей чрезвычайно важную роль в современной физике. Если бы такой факт был подтвержден, то это имело бы самые серьезные последствия для фундаментальной физики, ведь постоянная тонкой структуры «завязана» на скорость света в вакууме, которая тогда тоже должна меняться со временем, что входит в противоречие с теорией Эйнштейна [3].
Именно этот факт, разрушающий убеждение в необходимости квантово-релятивистской концепции, доминирующей в настоящее время в физике, заставляет искать доказательства [4, 5], что постоянная тонкой структуры «альфа» действительно постоянна. В качестве аргументации используется не только физические, но и другие, в частности, математические [6, 7], божественные [8, 9], нумерологические [10] и пр. методы [5], как бы подтверждающие универсальность и фундаментальность постоянной тонкой структуры, при этом, не утруждая себя согласованием с экспериментом.
В настоящее время “постоянная тонкой структуры является одним из двадцати «внешних параметров» стандартной модели в физике элементарных частиц.”[5]. Ее значимость для современной теоретической физики достаточно убедительно определена в работе [11]:
Названная фундаментальная постоянная микромира: α ≈ 1/137 была введена в физику в 20-е годы Арнольдом Зоммерфельдом для описания энергетических подуровней, обнаруженных экспериментально в спектрах излучения атомов. С тех пор были выявлены и множество других проявлений того же самого постоянного отношения в разнообразных явлениях, связанных с взаимодействиями элементарных частиц. Ведущие физики того времени постепенно осознали значение этого числа, как в мире элементарных частиц, так и в целом – в устройстве нашего мироздания. С этой точки зрения достаточно сказать только, что все основные свойства и характеристики объектов микромира: размеры электронных орбит в атомах, энергии связи (как между элементарными частицами, так и атомами), и тем самым, все физические и химические свойства вещества, определяются величиной этой константы. В дальнейшем, используя названную постоянную, удалось разработать и весьма результативную формальную теорию – современную квантовую электродинамику (КЭД), с фантастической точностью описывающую квантовое электромагнитное взаимодействие.
Из вышесказанного можно судить обо всей важности задачи выяснения физического смысла и причинного механизма возникновения этой постоянной, что является открытым вопросом в физике с тех пор, как она была обнаружена. На языке теоретиков, решение данной задачи означает: назвать ту исходную концепцию возникновения названной константы, исходя из которой, последовательными выкладками можно прийти к экспериментально установленному её значению.
Постоянная тонкой структуры (ПТС) — это безразмерная величина, и её численное значение не зависит от выбранной системы единиц.
В системе единиц СИ она может быть определена как:
α = e 2 /ℏc 4πε0 = e 2 /2ε0hc, (1)
В системе единиц СГСЭ единица электрического заряда определена таким образом, что электрическая постоянная равна единице. Тогда ПТС определяется как:
В настоящее время рекомендуется использовать следующее значение[5]:
α =7,2973525376(50)×10 −3 = 1/137,035999679(94).
Указанное выше (1) представление содержит в себе ряд ошибок, игнорируемых сторонниками квантово-релятивистской концепции, устранение которых и является ключом решения проблемы ПТС. Для понимания данной проблемы рассмотрим составляющие формулы (1) с точки зрения их физической сущности и понятий, развиваемых в рамках эфиродинамической концепции – парадигмы физики XXI века [12].
Параметр e — элементарный электрический заряд. Исходя из теории водородоподобного атома Бора, Зоммерфельд определяет орбиту электрона двумя условиями [13]: “одно классическое и одно квантовое. Классическое условие требует установления равновесия между внешней силой и силой инерции. Последней будет здесь центробежная сила … В качестве единственной внешней силы действует кулоновское притяжение. … Квантовым условием является условие, накладываемое на момент количества движения ротатора.”
Благодаря двум приведенным условиям Зоммерфельд определяет две величины: а – радиус орбиты и ω – угловую скорость вращающегося электрона, где v = a ω – линейная скорость.
Далее, введя величину α = v1/c, где vl — скорость электрона водородного атома на первом боровском круге, с — скорость света, Зоммерфельд получает формулу для ПТС [13]:
Таким образом, согласно Зоммерфельду е в формуле ПТС это электрический заряд электрона. Для квантово-релятивистской концепции физики величина электрического заряда электрона и его сущность неизвестны. А величина элементарного электрического заряда [14], используемая для вычисления ПТС, бездоказательно и фривольно присвоенная электрону, является грубейшей ошибкой теоретической физики ХХ столетия [15]. В работе [15] также было показано, что рекомендованная величина элементарного электрического заряда соответствует удвоенному заряду фотона, предположительно ультрафиолетового диапазона излучения.
Параметр с — скорость света. Это абстрактный параметр релятивистской физики не имеющий ни определения, ни физической сущности [16]. В настоящее время величина скорости света рекомендована, как скорость фотона длиной волны λ = 3,39 мкм [17].
Таким образом, выше приведенный анализ составляющих формулы ПТС позволяет сделать однозначный вывод: ПТС определяется параметрами элементарной частицы фотона.
Тогда в системе СИ с учетом выше изложенного формула (1) может быть представлена следующим образом:
где αф – ПТС фотона, eф – электрический заряд фотона,vф – скорость фотона, hф — “постоянная Планка” фотона конкретной длины волны.
Дадим оценку величины ПТС фотона αф ультрафиолетового диапазона излучения, для которого известны значения (рекомендованные) eф, hф. Значение скорости vф оценим следующим образом.
λ = 1 / RH (1/1 2 — 1/2 2 ),
Подставляя значения ν и λ =121,568435 нм в выражение vф = ν ·λ, получим скорость фотонов для вычисленной длины волны уровня 1S атома водорода:
Учитывая также, что электрический заряд фотона, скорость фотона и “постоянная Планка” это нелинейные функции от длины фотона, то ПТС это не фундаментальная постоянная, а также нелинейная функция от длины фотона. Экспериментальным доказательством этому утверждению является работа [21], в которой приводятся результаты прецизионного измерения постоянной 2e/h
с помощью нестационарного эффекта Джозефсона [22]. Как видно, постоянная Джожефсона (2e/h) является составной частью формулы ПТС (1). Поэтому результаты прецизионных измерений 2e/h могут служить основанием для доказательства выше указанного утверждения.
Согласно данным работы [21] в пределах точности 2·10
6 измеренная величина 2e/h не зависит от материала и типа переходов. По результатам приведенным в Таблице 1 [21] можно сделать следующий вывод: постоянная Джозефсона для испытуемых образцов меняется в пределах от 483,596 до 483,5987 мГц/мкВ. Минимальное значение соответствует образцу Sn-Sn, максимальное — Nb –Ta.
Из выше приведенного анализа формулы ПТС несложно показать, что постоянная Джозефсона также является параметром фотона и является функцией его длины волны. Недостатком работы [21] является отсутствие привязки измеренных параметров к длине волны фотона. Этот недостаток устраняется путем обращения к таблицам Гротиана [23], которые показывают, что для атомов Sn линия максимальной интенсивности спектра соответствует длине волны 186,033 нм, Ta – 242,763 нм, Nb – 259,2191 нм. Поэтому значение постоянной Джозефсона для образцов, содержащих атомы Sn — 483,596 мГц/мкВ с большой вероятностью принадлежит фотону с λ = 186,033 нм, а 483,5987 мГц/мкВ предположительно фотону образца, содержащего атом Nb (имеет интенсивность больше, чем атом Ta (λ = 242,763 нм)) с λ = 259,2191 нм.
С учетом постоянной Джозефсона формула ПТС (1) может быть представлена в следующем виде:
где Кдж = 2e/h – постоянная Джозефсона.
Оценим ПТС для фотонов, генерируемых образцами содержащими атомы Sn и Nb соответственно:
Полученные значения α (λ) показывают зависимость ПТС от длины волны фотона. Большее значение ПТС принадлежит фотону большей длины волны, что означает, что наибольшее значение функции α (λ) принадлежит фотонам инфракрасного диапазона, а наименьшее — гамма-фотонам.
Оценим длину волны для ПТС, полученную на основе рекомендованных значений. Ее значение находится посередине между выше определенными из выше указанного эксперимента. При линейной интерполяции функции α (λ) с полученными данными длина волны фотона с рекомендованными параметрами будет равна λ = 225 нм. Таким образом, можно предполагать, что рекомендованные значения электрического заряда, постоянной Планка и ПТС принадлежат фотону длиной волны 225 нм, что соответствует ультрафиолетовому диапазону (от 10 до 400 нм).
Физическая сущность ПТС. Исторически первой интерпретацией ПТС было именно отношение скоростей: скорости электрона на первой круговой орбите в боровской модели атома к скорости света. Это отношение возникло в работах Зоммерфельда по определению величины тонкого расщепления водородоподобных спектральных линий. Но впоследствии исследователи перешли к трактовке ПТС как к отношению двух энергий [5].
Далее исследователи предпочли боровской модели атома волновое описание движения электрона и вместе с этим отказались от понятия скорости электрона на первой круговой орбите [24].
Физический смысл постоянной тонкой структуры радикально изменился после создания квантовой электродинамики. В этой теории электрически заряженные частицы взаимодействуют благодаря обмену виртуальными фотонами. Постоянная тонкой структуры там возникает как безразмерный параметр, характеризующий интенсивность этого взаимодействия [25].
Квантовая электродинамика не позволяет чисто теоретически найти конкретное значение «силы» электромагнитного взаимодействия. Однако его можно установить, вычислив какую-либо физически наблюдаемую величину, зависящую от α, и затем сравнив этот результат с экспериментом. Именно это и сделали Габриэльс с соавторами [25]. Они воспользовались расчетами внутреннего (спинового) магнитного момента электрона в четвертом порядке теории возмущений.
Как известно, магнитный момент электрона пропорционален произведению его спина на магнетон Бора. Коэфициент пропорциональности принято обозначать латинской буквой g.
В конечном счете, эксперимент дал значение g/2 = 1,00115965218085, причем возможная ошибка не превышает 0,76 триллионных. Это значение g-фактора позволило вычислить и величину альфа, которая оказалось равной 1/137,035999710 с погрешностью порядка 0,7 миллиардных (десятикратное улучшение по сравнению с предшествующими результатами).
Таким образом, прослеживается путь интерпретации физической сущности ПТС как от некоторого параметра электрона, обусловленного его движением по орбите, до параметра, характеризующего интенсивность взаимодействия фантомов (виртуальных фотонов) и, соответствующая подгонка ПТС под рекомендованное значение, не имеющей конкретной привязки к длине волны фотона. Очевидна тупиковая ситуация в решении проблемы физической сущности ПТС.
Исходя из выше изложенной концепции представления ПТС, как совокупности параметров фотона, рассмотрим физическую сущность ПТС на основе вскрытия физической сущности ее составляющих: электрического заряда и постоянной Планка, на основе методологии эфиродинамики.
Физическая сущность постоянной Планка рассмотрена в работе [18]: постоянная Планка это коэффициент пропорциональности, устанавливающий взаимосвязь между собственным гироскопическим моментом фотона и отношением частот вращения (по круговой траектории и собственной), имеющий характер квазипостоянной во всей области существования фотона.
где М = mλ r 2 γ λ ωγ λ — собственный гироскопический момент фотона, ωγ λ – собственная частота вращения фотона вокруг оси, ω λ — круговая частота вращения фотона, mλ – масса фотона, rγ λ — радиус тела фотона.
Физическая сущность электрического заряда рассмотрена в работе [26]: электрический заряд это величина пропорциональная корню квадратному из массы потока эфира ρ распределенном на сечении S, длиной r, движущемуся со скоростью u.
где k = 1 / 4πε0 – коэффициент пропорциональности.
Согласно эфиродинамической концепции фотон это [27]: элементарная частица, представляющая собой замкнутый тороидальный вихрь уплотненного эфира с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым движением внутри него, осуществляющая поступательно-циклоидальное движение (по винтовой траектории), обусловленное гироскопическими моментами собственного вращения и вращения по круговой траектории и предназначенная для переноса энергии.
Исходя из структуры фотона, как тороидального вихревого тела, движущегося по винтовой траектории, электрический заряд фотона может быть представлен следующим образом:
Выражение (6) представляет собственный электрический заряд фотона без учета движения по круговой траектории. Из физической сущности электрического заряда фотона следует пропорциональность величины электрического заряда фотона его объему (Vγ λ). Аналогично, полный электрический заряд фотона с учетом движения по круговой траектории будет пропорционален объему (Vλ), который сформирует фотон, движущийся по круговой траектории.
где L — параметр структуры фотона, равный отношению радиуса сечения к внешнему радиусу тела фотона.
Подставляя выражения для постоянной Планка (5) и полного электрического заряда фотона (7) в формулу (3) получим:
αλ =16π 3 R 2 λ / λrγ λL 4 . (8)
Выражение (8) раскрывает физическую сущность ПТС: это безразмерный параметр, пропорциональный произведению отношений радиуса круговой орбиты к собственному радиусу (R λ /rγ λ), радиуса круговой орбиты к длине волны (Rλ / λ) и собственного радиуса к радиусу сечения тела фотона (rγ0)в четвертой степени (1/L 4 = (rγλ /rγ0) 4 ).
Выражения (8) определяет ПТС как функцию длины волны фотона, радиуса круговой орбиты и структурных параметров тела фотона.
ПТС является только параметром фотона, так как только фотон характеризуется сложным винтовым движением в пространстве, что и отражено в сущности ПТС.
Важным следствием физической сущности ПТС является характеристика структуры фотона.
Выводы. Ни классическая, ни квантовая физики, ни КЭД оказались не способными решить проблему физической сущности ПТС вследствие неразработанности представлений о физической сущности электрического заряда, постоянной Планка и фотона, как элементарной частицы. Решение этой проблемы оказалось возможным на основе эфиродинамической концепции – парадигмы физики ХХI века.
ПТС это безразмерный параметр, определяемый только геометрическими характеристиками движения фотона и его структуры.
Понятие фотон представляет собой семейство (множество) элементарных частиц, каждый из которых характеризуется совокупностью параметров, присущих только данной частице. Вместе с тем, эта совокупность параметров является функцией длины волны фотона. ПТС, как параметр фотона, также является функцией от длины волны фотона. В диапазоне существования фотона (от инфракрасного до гамма диапазона) эта функция убывающая, т. е. наибольшие значения ПТС принадлежат инфракрасному, наименьшие — гамма диапазону. Рекомендованное значение ПТС принадлежит ультрафиолетовому диапазону, ориентировочно фотону с λ = 225 нм.
Физическая сущность ПТС, обусловленная геометрическими параметрами движения и структуры тела фотона, которые являются функциями его длины волны, показывает, что универсальность и фундаментальность ПТС это миф, “втолковываемый научной общественности, направленный на укрепление убеждения о необходимости квантовой механики”.
Литературы:
2 комментария
Браво.
Эфиродинамика рулит.
Правильно выбранная концепция ведёт к правильным результатам.
Уважаемый автор!
Ну, очень мелко.
Пожалуйста, впечатайте в браузер
Гипераналитическая функция.