Загадки физики

Аннотация. Предлагаемая статья представляет новый взгляд на формирование магнитного поля, окружающего постоянный магнит из ферромагнетиков. Высказано предположение о форме и структуре источника образования этого поля и зависимости от неё двупольной структуры поля. Даны логически обоснованные объяснения процесса возникновения энергии магнитного поля и показан механизм её движения вдоль силовых линий магнитного толя.

Актуальность. Природа магнитного поля вызывает множество вопросов, поэтому привлекала пристальное внимание исследователей прошлого и продолжает привлекать внимание современных физиков. Основной загадкой этой субстанции является вопрос существования единичного магнитного заряда магнитного монополя. Классическая электродинамика по нему дает однозначный отрицательный ответ. В квантовой теории поля его присутствие вполне возможное [7]. А вот теория Всеобщего объединения без этой частицы вообще не может существовать [20].Такое парадоксальное значение этой неуловимой для физики частицы вызывает её активные поиски в природных условиях и в лабораториях. Однако, несмотря на неоднократные попытки обнаружить магнитный монополь, он ещё не найден. Поэтому вопрос о его существовании до сих пор актуален. В данной статье предложена гипотеза по решению этого вопроса.

Целью статьи является новый подход к форме объяснения существования магнитного монополя.

Научная новизна. Обоснована зависимость вектора магнитного поля постоянного магнита от вектора источника его образования. Раскрыто влияние формы источника на дипольное состояние этого поля.

Введение

Способность постоянных магнитов притягивать железные предметы была известна ещё древним грекам, а китайские мореплаватели уже в XI веке, использовали прибор с магнитной стрелкой для определения сторон света. Из этого явления был сделан вывод о том, что Земля обладает магнитным полем. Помещенная в это поле магнитная стрелка указывает определенное направление магнитного поля Земли. В результате было принято называть конец стрелки, указывающим на северный полюс Земли северным, а противоположный конец стрелки южным.

Было установлено, что магнитное поле создается движущимися электрическим зарядами и токами заряженных частиц. Постоянные магниты также окружены магнитными полями. Их магнитные поля создаются электрическими микротоками, циркулирующими внутри атомов и молекул.

Общепринято считать магнитное поле особым видом материи, силовой характеристикой которого является вектор магнитной индукции B. Магнитное поле воздействует на движущиеся заряды силой Лоренца. Вместе с электрическим полем, они образуют электромагнитное поле.

Современная теория магнетизма опирается на длительный период накопления знаний об особенности магнитов. Начальная стадия развития этой теории проходила в XIX веке, Выдающиеся физики того времени Ампер и Фарадей обнаружили значительное сходство между электрическими и магнитными полями. Они взаимодействуют между собой и образуют электромагнитное поле. Но у них также имеется большое различие. Электрическое поле образуют электрические заряды, несущие противоположные заряды. Эти заряды фактически существуют в природе и достоверно установлены в ходе экспериментов. Магнитные же заряды по отдельности никто и никогда не наблюдал в природе. В лабораторных условиях, несмотря на многочисленные попытки ученых, создать тело с одиночным магнитным зарядом не увенчались успехом.

Проведенные в последствие теоретические изыскания поставили под сомнение существование одиночных магнитных зарядов. Одним из них является закон Гаусса, который не допускает существования магнитных монополей [27].. Согласно этому закону, магнитные поля образуются диполями. Силовые линии этих полей замыкаются и проходят сквозь окружающую их поверхность в двух противоположных направлениях. В результате их суммарное поле равно нулю.

Однако не все физики были согласны с такой трактовкой проблемы существования единичных магнитных зарядов. Теоретические разработки видных ученых показали допустимость с позиции классической электродинамики существование частиц с одним магнитным полюсом. Особенно значимой в решение этой проблемы являются работы Поля Дирака [14]. Согласно теории этого физика магнитный монополь может существовать, но при условии, что его заряд должен быть равен 137 зарядам электрона. По гипотезе советского физика Александра Полякова для успешной разработки теории Великого объединения необходимым условием должно быть существование магнитного монополя с массой в пределах 1016 масс протона [22]. Да и квантовая теория поля подразумевает для своего развития необходимость существования единичных магнитных зарядов. Сторонники этих теорий, ведут активные поиски магнитного монополя. Их пытались найти в лабораторных условиях, по аннигиляции, в недрах звезд, в космических лучах, магнитных рудах, на дне океанов. Но до сих пор, ни в одном из проведенных экспериментов не удалось достоверно обнаружить мифический магнитный монополь.

В заключение можно отметить следующее. Природа магнетизма в настоящее время ещё до конца не изучена. В ней много «белых пятен», хотя здесь поднят взаимоувязанный теоретический пласт, но он не имеет глубоких корней. В данной статье сделана попытка в теоретическом плане получить логически обоснованные ответы о частице, которая отсутствует и в тоже время вроде бы реально существует. Исследования проводились с помощью смоделированной системы, базирующиеся на принципах единства формы образования материи и пространства.

Методика моделирования

Методика моделирования основывается на теории Большого Взрыва. Согласно этой теории у материи и у пространства одна природа формирования. Обе образовались из единой субстанции энергии, В инфляционный период в процессе формирования Вселенной они разъединились, но постоянно и непрерывно взаимодействуют между собой. Материя не может существовать без пространства, а пространство без материи. Все физические процессы, явления и закономерности окружающего мира являются результатом взаимодействия этих констант. Поэтому физический мир (R) можно представить следующей формулой:

В смоделированной системе материя и пространство были разделены на неделимые частицы и обозначены следующим образом: g – сгусток энергии материи – гравитон, p – сгусток энергии пространства – простон.

Пространство в системе представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов.

Материя в системе представлена совокупностями гравитонов, размещенных определенным образом в силовых нитях. Способы этих размещений определяют многообразие физического мира.

Энергия в системе является формой взаимосвязи материи с пространством. В ней она представлена в виде энергии материи (Em) и энергии пространства (Ep). Они взаимно переходят друг в друга и служат основой для формирования различных видов энергии и способов их перехода одного вида в другой.

Результаты исследований

Как известно, электрон это материальный носитель отрицательного электрического заряда и является бесструктурной частицей. С позиции базовых принципов смоделированной системы электрон имеет внутреннюю структуру и вот почему. Если электрон имеет точечный заряд, то энергия его электрического поля должна быть бесконечной, а, следовательно, и его масса должна быть тоже бесконечной. Но его масса достоверно установлена и составляет 9,1 10 -31кг. Электрон состоит из одних отрицательно заряженных простонов, поэтому его нельзя разделить на части. У него сферическая форма. Он имеет вход и выход, через которые его пронизывают силовые нити, когда он движется по ним. Простоны расположены внутри электрона таким образом, что в результате их воздействия на проходящие сквозь электрон силовые нити степень их сжатия изменяется. На входе она выше, чем на выходе, то есть при движении электрона по силовым нитям, они расширяются. При расширении силовых нитей выделяется энергия, которая была затрачена на их сжатие. А энергия это сила, которая порождает спин, а следовательно магнитный момент электрона. В атоме электрон находится в связанном состоянии, поэтому имеют спины с противоположным направлением. На рисунке (Рис.1.a) представлено вращение спина по часовой стрелке, а на (Рис.1.b) вращение спина против часовой стрелки.

Рис.1 Схема внутренней структуры электрона и схема ориентации электронов под действием внешнего магнитного поля – S – силовая нить; T – вход в электрон; Q – выход из электрона; e – электрон

Вещества, помещенные во внешнее магнитное поле, проявляют способность намагничиваться в разной степени. В соответствии с этой способностью они подразделяются на следующие виды магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

К диамагнетикам относятся вещества, которые в отсутствии внешнего магнитного поля немагнитны. При внесении диамагнетиков в магнитное поле у каждого их атома появляется магнитный момент, направленный навстречу полю. В результате внешнее магнитное поле ослабляется. У атомов парамагнетиков в отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов в электронных облаках имеет различные направления (Рис.1.c). При внесении парамагнетиков в магнитное поле значительная часть магнитных моментов электронов ориентируется по направлению внешнего поля (Рис.1d). В результате внешнее магнитное поле усиливается, но очень слабо. Ферромагнетики это те же парамагнетики, только с большей магнитной проницаемостью. Особенно высокая степень усиления напряженности внешнего магнитного поля происходит, если в качестве ферромагнетика используется железо. В рамках смоделированной системы этот феномен можно объяснить следующим образом.

У ферромагнетиков имеются зоны, где преобладают электроны с магнитными моментами одинакового направления. Их называют доменами. При внесении таких ферромагнетиков во внешнее магнитное поле, домены ориентируются в направлении действия этого поля. Чем больше таких зон, тем большее своим сонаправленным движением они создают магнитное поле, которое в значительной степени усиливает внешнее магнитное поле.

Электронная формула атома железа [Ar] 3d6 4s2. У него четыре неспаренных электрона, Атом железа это постоянный «маленький «магнит. При движении неспаренные электроны приобретают магнитные моменты, которые перемещаются в одном направлении, под действием магнитного поля Земли, наведенного его жидким ядром, состоящего в основном из железа.

Согласно базовым принципам смоделированной системы предполагается, что энергия, выделяющаяся при движении неспаренных электронов доменов, образует магнитное поле вокруг постоянных магнитов в отсутствии внешнего магнитного поля (Рис.2.а). Поле векторное и обладает энергией, а, следовательно, и массой. Напряженность поля варьирует в зависимости от местоположения. Наиболее высокие потенциалы напряженности проявляются у полюсов и ослабевают по мере удаленности от них.

Домены, синхронизированные в движении в одном направлении, разделяются друг от друга так называемыми «стенками», которые образуют спаренные электроны, вращающие вокруг атомных ядер (Рис.2 b). Домены, состоят из электронов, имеющих вход и выход, потому образованное ими магнитное поле также имеет соответствующую ориентацию. Электроны в доменах все время находятся в движении. Энергия, выделяющаяся при этом, непрерывно поступает в магнитное поле постоянного магнита. Энергия, как известно одна из форм материи. Это организованный поток у него есть источник и ему присуща структура распространения.

Как показали лабораторные исследования, потоки энергии распространяются по замкнутым кривым, которые называются магнитными силовыми линиями. Линии входят и выходят в образец постоянного магнита. Точка, где они выходят, носит название северный полюс, а точка, где они входят, носит название южный полюс (Рис.2.а).

Рис.2 Схема магнитного поля вокруг постоянного магнита

N – северный полюс S —южный полюс f – силовые линии магнитного поля e – электрон.

В рамках смоделированной системы предполагается, что потоки энергии, движущие вдоль силовых линий магнитного поля, распространяются по силовым нитям пространства и сжимают их направлении своего движения. Поэтому максимальное их сжатие будет происходить на полюсах постоянного магнита (Рис.3). Потому что, именно в этих точках магнитного поля потоки энергии будут достигать максимального значения.

Теперь относительно основной загадки постоянного магнита. Почему деление образца постоянного магнита, даже до одного атома, не дает положительных результатов в получении единичного заряда магнита магнитного монополя? С позиции смоделированной системы это можно объяснить следующим образом.

Источником образования магнитного поля является движущийся по силовым нитям электрон. Электрон имеет вход и выход. Эти точки являются его своеобразными полюсами.. Чтобы получить магнитный монополь необходимо разделить электрон, как создателя магнитного поля на две части, то есть отделить вход от выхода. Но, если у электрона не будет выхода, то выделяющаяся внутри него энергия разрушит его. Из этого положения истекает вывод. Одиночных магнитных зарядов в природе не существует.

Что же касается притяжения и отталкивания полюсов постоянных магнитов, то эти процессы происходят по следующим сценариям. Поток энергии, движущийся по силовым нитям, выходит из северного полюса магнита и входит в его южный полюс (Рис.3. а). Энергия это векторная сила, которая имеет определенное направление. При сближении противоположных полюсов магнита (Рис.3 b) вектор силы исходящего потока энергии из северного полюса и вектор энергии потока, входящего в южный полюс имеют одинаковое направление. Векторы складываются, объединяются в единый вектор силы, действующий в направлении сближения образцов постоянного магнита. При их полном контакте образуется один постоянный магнит с двумя полюсами. В случае сближения одноименных полюсов магнита (Рис.3.с) вектор силы исходящего потока энергии из северного полюса одного магнита и вектор силы исходящего потока энергии из северного полюса другого магнита имеют противоположное направление, то есть действуют друг против друга. Точки приложения этих сил находятся за пределами полюсов магнита. При попытке их механического сближения возникает сила, препятствующая этому действию. Наподобие силы, не дающей сжать пружину.

Рис.3. Схема образования магнитного поля постоянного магнита и схема взаимодействия его полюсов N – северный полюс S – южный полюс f – магнитная силовая линия u – силовая нить w – поток энергии

Заключение

Источником образования магнитного поля, окружающего постоянный магнит из ферромагнетиков являются неспаренные электроны, обращающиеся вокруг ядер атомов железа. Согласно базовым принципам предлагаемой гипотезы, электроны имеют определенную форму и внутреннюю структуру. У них есть вход и выход. При движении по силовым нитям пространства они расширяют их. При этом выделяется энергия, которая формирует магнитное поле вокруг постоянного магнита. Поле векторное, дипольное, имеет, как и её источник, вход и выход. Они носят название полюсов. Для получения единичного магнитного заряда необходимо разделить источник получения магнитного поля, то есть отделить вход от выхода у электрона. Но в этом случае накопившаяся внутри энергия разрушит электрон. С позиции смоделированной системы ответ по этому вопросу однозначный. Магнитный монополь в природе отсутствует.

Аннотация. В статье рассматриваются проблемы образования масс микроскопических и сверхмассивных черных дыр. Обосновывается это отсутствием внятного объяснения способов их формирования. Исследования проводились с использованием смоделированной системы. Это дало возможность раскрыть механизм образования их масс и обосновать центральное местоположение в галактиках сверхмассивных черных дыр

Актуальность. Несмотря на столь длительный период изучения с привлечением ведущих физиков теоретиков, черные дыры до сих пор содержат много неясностей и вопросов. И одним из главных из них является механизм образования этих загадочных объектов природы [19]. Получение логически обоснованных ответов, по этому вопросу является актуальным для современной физики

Цель. Дать логически обоснованные объяснения механизма образования различной массы черных дыр.

Научная новизна. На основании базисных принципов смоделированной системы представлены механизмы формирования черных дыр в результате взаимодействия материи с пространством

Введение

Возможность существования экзотического состояния материи в виде черных дыр следует из общей теории относительности. Многие ученые [18] ставили под сомнение реальность их существования, Но в 2019 году была опубликована фотография, на которой изображена тень черной дыры в галактике М87,. Изображение, полученное в результате наблюдений, является доказательством реальности их существования.

Черные дыры отделяются от остального пространства определенной поверхностью, которая называется горизонтом событий. Через эту поверхность вещество и излучение свободно падают в черную дыру, а назад они выйти не могут, потому что, даже свет не может преодолеть притяжения её сильного гравитационного поля, Область не возврата ограниченная горизонтом событий носит название сингулярности. Это внутренняя часть черной дыры, где сосредоточена её масса.

Гравитация черной дыры считается такой сильной [28], что все материальные объекты, оказавшиеся в зоне её влияния, разрываются и поглощаются ею. Частицы материи, достигающие горизонта событий, падают в неё. В результате вокруг черной дыры формируется аккреционный диск. Падающие в неё частицы движутся с около световой скоростью. В диске они теряют угловой момент и вследствие трения между соседними слоями, выделяется энергия, Одна её часть идет на увеличение скорости движения газа, а другая излучается в виде тепла.

В настоящее время у ученых нет никаких сомнений в существовании с различной массой черных дыр (таблица). Приведенные в таблице данные взяты из Википедии.

Так, в ходе астрономических наблюдений достоверно установлено, что в центрах многих галактик расположены черные дары массами в миллионы и миллиарды солнечных масс. Расчетами, проведенными индийским физиком Чандрасекаром [31] доказано, что если начальная масса звезды составляет более 3- х масс солнца, то она в конце жизни коллапсирует в черную дыру. Также, теоретически считается допустимым возможность существование микроскопических черных дыр, ограниченных планковской массой [13]. В тоже время следует отметить, что механизм их формирования содержит много неясностей и вопросов. Особенно это касается образования микроскопических и сверхмассивных черных дыр [30]. И для их решения выдвигаются различные гипотезы и предположения.

В данной статье представлено объяснение механизма образования спектра черных дыр на основе смоделированной системы взаимодействия материи с пространством, базирующейся на следующих принципах.

Методика моделирования

Методика представлена в статье «Таинства постоянного магнита».

Результаты моделирования

В настоящее время в научном мире доминирует теория рождения Вселенной в результате Большого Взрыва [25]. Считается, что после него началось поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной.

Первой после Большого Взрыва считается Планковская эпоха с температурой 1032 K и плотностью около 105 г/см3. Через 10—35 секунды после наступления Планковской эпохи наступила эра инфляционной эпохи. В этот период Вселенная увеличилась в 1050 раз. Затем наступила кварковая эпоха. Температура в этот период развития Вселенной составляла более 1012К. В это время Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой. За ней наступила эпоха адронов и лептонов. Температура Вселенной опустилась ниже1012К и кварк-глюонная плазма охладилась до величин, при которых кварки группировались и образовывали адроны. В этот же период начали образовываться лептоны. Дальнейшее снижение плотности излучения привело к образованию атомов водорода и гелия. Эпоха эта называется фотонной. К её концу температура Вселенной опустилась до 35000 К и она стала прозрачной для прохождения фотонов.

Рабочая гипотеза моделирования основана на базисных принципах теории Большого Взрыва. Согласно этой теории у материи и у пространства одна природа формирования. Обе образовались из единой субстанции энергии, В инфляционный период в процессе формирования Вселенной они разъединились, но постоянно и непрерывно взаимодействуют между собой. Материя не может существовать без пространства, а пространство без материи. Поэтому все физические процессы, явления и закономерности окружающего мира являются результатом взаимодействия этих констант. Рассмотрим поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной, исходя из этих принципов.

Начальный отсчет. В начале Взрыва (10—43—1035 сек.) излучения энергий были обособлены и не взаимодействовали между собой, Температура энергии материи составляла 1032К, а энергии пространства 0 К. В этот период и образовались сгустки энергии материи (гравитоны) и сгустки энергии пространства (простоны). В течение 1035 – 10—30 секунды отдельные простоны группировались (объединялись) в «силовые нити», а другие остались «свободными». Часть гравитонов тоже объединялись (сливались) в сверхмассивные сгустки (частицы), но большая часть оставалась в «свободном» состоянии.