Как устроено пространство событий теории физического вакуума.

Пространство событий со структурой геометрии Вайценбека. Модель закрученного пространства. Триплетный характер решений уравнений вакуума. Брадион, люксон и тахион. Мнимая и отрицательная масса. Свойства пространства Вайценбека-Вейля.

Рассмотрим сначала пространство событий теории физического вакуума со структурой геометрии Вайценбека. Это пространство образует множество относительных координат произвольно ускоренных (с учетом вращения) систем отсчета, и его использование в физике приводит к объединению вращательной и общей относительности.

Пространство имеет десять измерений, которые образуют четыре трансляционных координаты х, у, z, x₀ = ct и шесть вращательных: ф₁, ф₂, ф₃, ₁, ₂, ₃. Почему десять координат? Ответ простой – произвольно ускоренная система отсчета, образованная четырьмя ортогональными векторами, имеет десять степеней свободы и, следовательно, должна описываться десятью координатами.

Пространство событий теории физического вакуума не только искривлено и закручено. Что такое кривизна пространства? Представим себе половину длины окружности и проведем через концы этой кривой ось вращения. Заставим кривую вращаться (см. рис. 18). В результате кривая будет заметать двумерную поверхность, образующую сферу. Поверхность сферы представляет собой двумерное искривленное пространство. Если провести на поверхности сферы параллельные линии – меридианы, то они пересекутся на полюсах. Напомним, что в плоских геометриях, например, в геометрии Евклида, параллельные линии не пересекаются, сколькобы мы их не продолжали.

Рис. 18. Вращение половины длины окружности вокруг оси, проходящей через диаметр, заметает в пространстве двумерную сферу. Поверхность сферы представляет собой двумерное искривленное пространство.

Рис. 19. Перекрученная бумажная лента в пределе, когдаее ширина стремится к нулю, превращается в закрученную линию.

А как можно представить закрученное пространство? Пусть мы имеем бумажную ленту (см. рис. 19). Закрепим один конец ленты, а другой будем поворачивать. В результате получим скрученную ленту. Устремим ширину ленты к нулю, тогда в пределе мы получим скрученную линию. Единичный вектор, присоединенный к какой-нибудь точке этой линии, будет вращаться по мере передвижения вектора вдоль линии. Если теперь взять закрученную полуокружность на рис.18 и начать вращать ее вокруг диаметра, то мы получим сферу, поверхность которой будет не только искривлена, но и закручена. Траектории частиц, принадлежащие такой поверхности, будут соответствовать движению в некотором силовом поле с учетом вращения вокруг собственной оси (т.е. с учетом «классического» спина). Это был пример двумерного по трансляционным координатам искривленного и закрученного пространства, в то время как пространство теории физического вакуума по трансляционным координатам четырехмерно.

Если рассматривать одни лишь трансляционные координаты, то в специальной теории относительности, в теории Эйнштейна и общерелятивистской электродинамике доступное наблюдателю пространство событий находится внутри и на поверхности светового конуса будущего (см. рис 20).

После создания модели электрон-позитронного вакуума, Дирак предложил рассматривать позитрон как электрон, который движется вспять по времени, т.е. в прошлое. Впоследствии все античастицы стали рассматривать как соответствующие им частицы, движущиеся вспять по времени. Поэтому в квантовой теории поля на микроуровне пространство событий включает в себя (дополнительно к конусу будущего) конус прошлого.

В теории физического вакуума допустимыми оказываются все области пространства событий (см. рис. 20). Этот вывод следует из двух теоретических следствий новой теории.

Рис. 20. Различные области пространства событий. I – пространство специальной и общей теории относительности,I + II –то же квантовой теории поля;I+ II + III –теории физического вакуума.

Рис. 21. Триплетный характер решений уравнений физического вакуума. Скорости решений.V₁ – брадионного, с – люксонного;V₂–тахионного.

Во-первых, решения уравнений вакуума носят триплетный (одновременно-тройной) характер. Каждое решение описывает один и тот же объект, но этот объект может проявить себя либо как брадион – частица, которая движется со скоростью меньше скорости света, либо как люксон – частица, которая движется со скоростью света, либо как тахион – частица, которая движется со сверхсветовыми скоростями (см. рис. 21).

Из специальной теории относительности известно, что тахионы обладают мнимой энергией и, следовательно, мнимой массой: m = iЕc². Известна так же теорема, согласно которой системы, состоящие из совокупности положительных и мнимых масс, могут иметь отрицательную массу.

Во-вторых, закон сохранения энергии при рождении из вакуума положительных масс требует одновременного рождения масс отрицательных. Отрицательные массы порождают отрицательные энергии: Е = - mc², a отрицательные энергии соответствуют частицам, которые движутся вспять по времени (внутри и на поверхности конуса прошлого).

Рассмотрим теперь свойства пространства Вайценбека-Вейля, структурой которого обладает множество относительных координат конформных систем отсчета (см. рис. 14). Такое пространство имеет 15 координат. Пять дополнительных координат включают в себя:

а) четыре специальных конформных координаты, описывающих композицию инверсии, трансляции и повторной инверсии;

б) пятая координата соответствует конформным растяжениям.

Замечательным свойством пространства Вайценбека-Вейля оказывается равноправие бесконечно удаленной точки со всеми остальными точками пространства. Отсюда следует важный для физики вывод – рождение каких-либо объектов из вакуума является существенно нелокальным процессом, поскольку в нем участвуют бесконечно удаленные точки пространства.

5. Что рождается из физического вакуума?

Рождение материи в теории физического вакуума. Полный спектр частиц, рождаемых из вакуума. "Левая" и "правая" материя. Позитоны и негатоны. Квадриги Терлецкого. Всеобщий закон сохранения.

На этот вопрос современная физика отвечает так. Из вакуума рождаются пары частиц, причем каждая пара представляет собой частицу и античастицу, например, электрон и позитрон. В теории физического вакуума рождение тонкой материи начинается с уровня первичного вакуума. Происходит расслоение первичного вакуума по спину (см. рис. 16), в результате чего появляются правые и левые первичные торсионные поля. Эти поля покрывают все пространство и выступают как своего рода катализаторы, вызывая рождение грубой материи с вакуумного уровня. Поскольку первоначальная энергия вакуума равна нулю, то происходит одновременное рождение правой материи с положительной массой m⁺ и левой материи с отрицательной массой m^-. Поэтому глобально всегда выполняется закон сохранения масс:

m⁺ + m^- = 0.

Полный спектр частиц, рождаемых в теории вакуума, изображен на рис. 22.

Рис. 22. Классы частиц, рождаемых из физического вакуума: а) с положительной массой покоя m ⁺ ; б) с отрицательной массой покоя m^- ; в) с положительной массой движения m ^{+ 0} ; г) с отрицательной массой движения m ^{– 0} ; д) с мнимой массой i^; е) с мнимой массой i ^-.

На плоскости Е/с - р (энергия-импульс), принятой в специальной теории относительности, изображены шесть классов частиц, рождаемых из физического вакуума.

1. Частицы с положительной массой покоя и положительной энергией (правая материя)

m⁺ > 0, E > 0.

Примером таких частиц являются электроны, протоны, нейтроны и т.д.

2. Частицы с отрицательной массой покоя и отрицательной энергией (левая материя)

m ^– < 0, E < 0.

К левой материи относятся античастицы – позитроны, антипротоны и т.д.

3. Частицы с нулевой массой покоя и положительной энергией (правая материя)

m⁺ = 0, E > 0.

Такой частицей является фотон.

4. Частицы с нулевой массой покоя и отрицательной энергией (левая материя)

m ^– = 0, E < 0.

Эта частица должна рождаться из вакуума одновременно с фотоном.

5. Частицы с мнимой массой покоя и мнимой энергией, имеющей положительный знак перед мнимой единицей (правая материя)

m⁺ = i, E = i.

Один из видов торсионного поля – тахион.

6. Частицы с мнимой массой покоя и мнимой энергией, имеющей отрицательный знак перед мнимой единицей (левая материя)

m ^- = -i, E = -i.

Торсионное поле, сопровождающее рождение тахиона (частица 5) из вакуума – антитахион.

Российский физик Я.П. Терлецкий предложил называть частицы с положительной массой и положительной энергией позитонами, а если эти величины отрицательны – негатонами. Поскольку первоначальная энергия, импульс, масса, заряд, спин и другие физические характеристики вакуума равны нулю, то законы сохранения требуют, чтобы частицы рождались из вакуума не парами, а квадригами (квадриги Терлецкого). Например, при рождении из вакуума таких основных частиц как протоны и электроны (обозначим их как ₊₁p⁺ и е^- ), одновременно должны рождаться негатонные протон-электронные пары ( _-1p_- и е₊) или

0 = ₊₁p⁺ и е^- + _-1p_- и е₊

В таких процессах рождения соблюдаются сразу шесть законов сохранения: массы, заряда, спина, барионного числа (слева внизу у буквы), лептонного числа (обозначения не введены) и четности.

Наблюдаемое во Вселенной отсутствие скопления отрицательных масс объясняется тем, что отрицательные массы взаимно отталкиваются, образуя равномерный фон плотностью

р^- = -10^-30 г/см³.

Эта плотность настолько ничтожна, что почти не влияет на лабораторные эксперименты. Зато в масштабах галактик ее влияние может быть существенным.