Пора пролить свет на «тёмную материю»
Дата: 22/11/2016
Тема: Атомная наука


Борис Мордвинов,  к.ф.-м.н.,  старший научный сотрудник РФЯЦ-ВНИИТФ

Настоящее обращение к читателю является продолжением моего предыдущего письма в редакцию журнала «Атомная стратегия», написанного в отпуске и, неожиданно для меня, опубликованного в его июльском номере: «Холодный, но не синтез». Статьей это письмо назвать нельзя, хотя бы потому, что для статьи оно не «причёсано». Главное,  чтобы читатели заинтересовались проблемой, а затем «процесс пойдет».



В 1922 году астрономы, исследуя движение звёзд в нашей Галактике, пришли к выводу, что значительная часть вещества в галактике невидима; так в их работах, впервые  появился термин «тёмная материя». С тех прошло почти столетие, а что собой представляют частицы тёмной материи (ЧТМ), до сих пор неясно. Относительная масса всех ЧТМ во вселенной может достигать 90¸99 %! То есть, наблюдаемая нами, светящаяся часть материи во вселенной ничтожно мала ~ 1¸10 %. Если доля скрытой массы столь велика (» 99%), значит, что она, скорее всего, состоит из широко известных науке частиц — нуклонов и электронов, связанных в атомы, но, по каким-то причинам, не видимые в оптическом диапазоне. Логично предположить, что в темной материи нуклоны и электроны собираются в «сверхплотные кластеры», не имеющие дискретных электронных уровней. Вернемся к теме июльского номера журнала, где мы выяснили, что в изолированных D-кластерах диаметром сто микрон Øкл. = 2λn , возникают коллективные силы притяжения, вследствие когерентного обмена виртуальными бозонными парами . Это — разновидность электрослабого взаимодействия, на которое физики до сих пор не обращали внимания. Оно, действительно, очень слабое в плане парного взаимодействия между дейтонами: ~ 10-14 eV. Но в плане когерентного взаимодействия, интенсивность  n-взаимодействия возрастает пропорционально квадрату числа ядер  между дейтонами D-кластера, который начнет сжиматься, преодолевая противодавление электронов. При этом выделяется тепло, которое регистрировали Флейшман и Понс[1] при электролизе тяжеловодного оксида дейтерия. Катод был сделан из палладия. Электролиз высвобождал атомы дейтерия, которые  интенсивно впитывались палладиевым катодом. Выделение тепла из этого сосуда в сотни раз превышало, энергию, затраченную на электролиз. Но положительный эффект опыта сильно зависит от реальной структуры, пористого палладия. Это и обусловило слабую воспроизводимость эффекта от опыта к опыту, что, разумеется, отпугнуло академическую науку. Вместо того, чтобы разобраться в деле по существу, Флейшмана и Понса причислили к фальсификаторам науки. «Холодным синтезом» продолжали заниматься только отдельные энтузиасты.

Автор данной рукописи в это время (1986)  активно занимался разработкой закрытого варианта изотропной модели Фридмана с «нестандартной», линейной зависимостью радиуса кривизны пространства a от времени эволюции вселенной t: « a(t) = c t ». В рамках новой космологической модели удалось построить иерархическую структуру вселенной. Её постоянная структурная эволюция (от простого к сложному) заменила не оправдавшую себя, по нашему мнению, модель Большого взрыва (Big Bang) аббата Леметра. В начале 2001 года, вскоре после размещения рукописи [1] в сети инета, автор пришел к выводу, что помимо основных уровней иерархии (нуклоны, кометы, звезды, галактики и т.д.) должны существовать промежуточные структурные уровни. Элементы одного из них по своим параметрам оказались близкими к стабильным D-кластерам предельной плотности.

Постараемся объяснить в рамках ОТО Эйнштейна, как возникают эти «кластеры». Математическое моделирование вселенной осуществляется с помощью, как закрытой, так и открытой модели Фридмана. Воспользуемся простыми соображениями размерности, выделив три физических  закона, применимых ко всем формам материи во вселенной. Это,  релятивизм, гравитация и квантовые законы, а также, соответствующий им, известный  набор из трех констант с взаимно независимыми размерностями: {cGћ}. Вместо них можно ввести фундаментальные планковские эталоны длины r0, времени t0 и массы m0:

            (1)

По своему смыслу набор фундаментальных величин {r0t0m0} является  характеристикой физических параметров материи на данном этапе ее эволюционного развития. А именно, основная часть материи во вселенной постоянно находится в областях пространства, имеющих чрезвычайно малые размеры r0 ~ 10-33 см, где в течение короткого интервала времени t0 концентрируется масса  m0, эквивалентная  массе ~10 20 нуклонов. Кратковременное искривление пространства здесь достигает предельного значения — радиус кривизны пространства сравним с размерами объекта. Это —  локальный, предельно короткий и сильный всплеск кривизны, которому присвоим известный термин — планкеон. Математическое моделирование с помощью полиномов Гегенбауэра, показало, что планкеон возникает в результате фокусировки сходящейся сферической сходящейся элементарной волны кривизны с планковской длиной ~ r0. В простейшем виде волновое уравнение, полученное из соотношений общей теории относительности в пространстве постоянной кривизны, имеет вид:

        (2)

Здесь:  — амплитуда волны кривизны; функция  представляет собой плотность волнового источника. Она отлична от нуля только вблизи фокусировки волны, когда её амплитуда становится сравнимой с единицей. Именно в этом интервале времени ~ t0 проявляется макроскопическая масса в форме короткоживущего планкеона. Та самая элементарная частица, которую до сих пор ищут теоретики. Мы пока получили ее основные физические параметры (размер, массу и время жизни), как говорится, «на кончике пера», из простых соображений размерности. Амплитуда расходящейся волны кривизны быстро падает, а плотность источника обращается в нуль. В рамках открытой модели Фридмана все элементарные волны кривизны, рано или поздно, пройдут стадию фокусировки, и масса во вселенной обратится в нуль. Закрытая  модель, имеет конечный радиус кривизны a(t). В настоящее время a(tnow) = R = c/H, где H »2.46×10-18 сек-1 — известная космологическая константа Хаббла. Волна кривизны, пройдя «экватор» закрытой вселенной, может сфокусироваться на другом плюсе пространства, породив там новый элемент планковской массы ~ m0. Необходимо только, чтобы радиус кривизны пространства линейно зависел от мирового времени. Это согласуется с многолетними исследованиями автора по проблемам новой космологической модели (смотри на сайте [1]). В цитируемом источнике показано, что, будучи выражены в планковских единицах, средний радиус кривизны, время жизни и масса вселенной численно равны одному и тому же числу N = 7.557×1060, который назовем фундаментальным параметром микроструктуры. В каждый момент мирового времени t вселенная содержит N планкеонов с массой m0. Именно в них сосредоточена основная масса вселенной. После короткого интервала времени dtf планкеон, как представитель массы, прекращает свое материальное существование, и на протяжении очень большого интервала времени T > H-1 двигается в виде бесплотной волны кривизны. Эта волна сначала расходится, а затем, по прохождению экватора вселенной, начинается этап ее схождения к противоположному  полюсу пространства.

Но необходимо учесть, что пространство на обратном пути волны усеяно короткоживущими сверхплотными планкеонами, на которых происходит рассеивание волны. Оказывается, что вселенная представляет собой гигантскую трехмерную решетку, среднее расстояние между узлами которой составляет . Удобно вести рассмотрение в системе планковских единиц. При переходе к обычным единицам (г, см, сек), величину длины , например, следует умножить на r0, и получим: l0 = 6.2×107 см = 620 км. Процесс рассеяния на узлах этой решетки вызывает дифракционные явления в области фокусировки волны. При этом угол дифракции для волны, имеющей длину волны l » r0 равен:  Ему соответствует ширина основного дифракционного максимума, отклонение от идеальной фокусировки: 

.                                                            (3)

Вследствие дифракции, вторичные фокусировки группируются в сравнительно обширных областях порядка размеров нуклона ~ 10-13 см, что на 20 порядков больше планковских. В рукописи [1] показано, что масса нуклона

.                                                      (4)

Таким образом, исходя из простых соображений размерности, нам удалось определить массу основной элементарной частицы во вселенной — нуклона. Для этого нам не потребовалось, вопреки Оккаму, вводить сущность без необходимости — скалярное поле Хиггса, и ловить бозон его же имени, без всякой надежды реально получить массу нуклона и других частиц. А нам достаточно гравитации, которая по Эйнштейну, закручивают пространственно-временной континуум до состояния закрытой модели. Там распространяются элементарные волны кривизны, которые при фокусировке на одном из полюсов пространства преобразуются в массивные короткоживущие объекты — планкеоны. Они образуют гигантскую пространственную решетку во вселенной. Дифракция на ней порождает из планкеонов  структуры, которые соответствуют нуклонам: смотри формулы  (3) и (4).

Если к тому же учесть, что реальная решетка во вселенной трехмерна, получим для нуклона не один, а три дифракционных максимума, что соответствует трем кваркам нуклона. Тогда становится понятной загадочная проблема конфайнмента  (явление в физике элементарных частиц, состоящее в невозможности получения кварков в свободном состоянии). Конфайнмент просто отражает трехмерный характер дифракционной решетки, порождающей, нуклоны во вселенной. Разделить кварки также невозможно, как отделить друг от друга три измерения пространства.

Плодотворность предлагаемого подхода несомненна. Прежде всего, нам удалось вскрыть механизм возникновения массы элементарных частиц в рамках закрытой модели Фридмана. Частично он напоминает идею спонтанного нарушения симметрии в, так называемой,  «стандартной» калибровочной модели элементарных частиц. Теоретики, работающие со стандартной моделью, откровенно пишут: «стандартная модель не является теорией всего, так как не описывает, в частности, тёмную материю и не включает в себя гравитацию». А вот мы не только включаем в теорию гравитацию, но даже ставим её в основу Единой теории как единое и универсальное взаимодействие для всех, без исключения, форм материи. Масса частиц проявляется в момент фокусировки сходящейся элементарной волны кривизны, когда, действительно происходит нарушение симметрии. Перед фокусировкой волна была всюду локально плоской, а при фокусировке превратилась в компактный  планкеон. Вследствие 3D-дифракции этот планкеон распределяется по пространству в форме одной или нескольких групп из трех кварков, два из которых одинаковы. Также одинаковы два направления поляризации в плоскости волны. Третий вектор поляризации направлен по нормали к плоскости волны. В результате нейтрон, как известно, имеет структуру ddu  (даун-даун-ап кварки), а протон  uud (ап-ап-даун кварки). Вследствие локальной изотропии вселенной, напрашивается ап-даун-симметрия элементарной структуры, но, по отдельности, её нет как у протона, так и у нейтрона. Однако, в сферически-сходящейся волне кривизны все три пространственных направления равноправны. Поэтому после фокусировки неизбежно должна возникнуть ап-даун-симметричная конструкция. Это — дейтон. Только он (ядро атома дейтерия) имеет  ап-даун-симметричную структуру: uuu-ddd(ап-ап-ап–даун-даун-даун). Следовательно, именно из дейтерия должна состоять большая часть материи в ап-даун-симметричной вселенной. Он, скорее всего, находится в форме сверхплотных D-кластеров, о которых упоминается в самом начале нашей рукописи. Эти D-кластеры настолько плотные, что у них отсутствуют, наблюдаемые астрофизиками, дискретные электронные уровни, свойственные свободным атомам дейтерия.

Дейтерий уплотняется, преодолевая сопротивление электронов. Оценим сопротивление электронов, рассматривая их, как квантовые ферми-частицы. Квантовые свойства электрона, характеризуются его комптоновской длиной волны и соответствующим объёмом:

.                                   (5)

Здесь мы специально вели коэффициент k > 1 перед величиной lc , предусматривая возможность не плотной упаковки электронов в D-кластере. В объеме  плотность электронов равна:  . Здесь ne – это число электронов в одном кубическом сантиметре. Умножив на  mec2, получим плотность энергии на см3, т.е., давление электронов:

                                           (6)

Таковы силы холодного ферми-отталкивания, когда каждый атом дейтерия сжат почти до комптоновского объема электрона. В D-кластере они должны компенсироваться силами притяжения между дейтонами.  Для оценки энергии n-взаимодействия между дейтонами введем n-заряд en по аналогии с электрическим: .

По квантовой теории взаимодействие между элементарными частицами возникает вследствие обмена бозонными виртуальными парами. Виртуальная пара кварк-антикварк обсуживает сильное взаимодействие между нуклонами, обменная пара электрон-позитрон проявляет себя в виде лэмбовского сдвига атомных уровней, а обмен нейтрино-антинейтринными парами обеспечивает, на наш взгляд, сжатие дейтерия в  D-кластере. И «виновато» в этом ядро дейтерия — дейтон, точнее, специфическая структура нейтрона, слабо связанного с протоном дейтона. Об этом уже было написано в нашем предыдущем опусе «холодный, но не синтез». Приравнивая силы холодного ферми-отталкивания  и силы n-притяжения, получим следующую формулу для стабильного D-кластера: 

                                      (7)

Здесь коэффициент k отражает то обстоятельство, что расстояние между электронами в стабильном D-кластере может быть больше, чем комптоновская длина волны электрона.

Из стабильных D-кластеров, или ЧТМ, складываются темные (без видимых звезд) ячейки Эйнасто[2], раскинувшиеся на сотни Мпс (мегапарсек). Они состоят из холодных галактик, звезд и комет, а кометы из ЧТМ.  Параметры иерархии приведены в Таблице 1 рукописи [1]. Пограничные области ячеек, которые вращаются в произвольных направлениях, активно взаимодействуют друг с другом. При столкновении двух ЧТМ происходит интенсивная термоядерная вспышка с энергией ~ 1 кг ВВ (из 0.1 мг дейтерия). До столкновения холодные звезды имеют массу ~ 1036 г (по Таблице 1), а после столкновения в светящихся звездах типа нашего Солнца остается менее одного процента от прежнего состава. Реликтовые ЧТМ, не подвергшиеся столкновению, в заметном количестве блуждают по нашей солнечной системе, зачастую попадая на Землю. Не исключено, что именно они служат причиной шаровой молнии. Проходя на большой скорости (порядка 30¸40 км/сек), они образуют в воздухе ионизационный след. Пробивающая этот след грозовая молния, может догнать и ударить в ЧТМ, после чего пересыщенный тяжелым водородом объект загорится либо химически, либо даже термоядерным путем. Большое число реликтовых ЧТМ вращается возле массивного Солнца. Их загадочные яркие термоядерные вспышки удалось в последнее время зафиксировать астрофизикам в период спокойного Солнца. Вот сколько загадок может решить простая космологическая модель при правильном к ней подходе.

Тепловая энергия, выделяющаяся при создании стабильного D-кластера, по нашим оценкам, эквивалентна взрыву примерно одного грамма тротила. Такой взрыв может разрушить относительно хрупкую лабораторную установку. Возможно, что именно это произошло в лаборатории китайских физиков экспериментаторов. Согласно записям, они ушли на ночь, оставив установку по электролизу тяжеловодного раствора включенной, а утром обнаружили её разрушенной. Возможно, что структура палладиевого катода оказалось столь удачной, что в его микрополости диаметром »100 микрон за ночь по капиллярам просочились необходимые ~ 10 20 атомов дейтерия. В результате произошел взрыв, а получившийся, возможно, маленький и серый, стабильный D-кластер затерялся на полу лаборатории. Его можно обнаружить, если в темноте облучать возможное место падения ультрафиолетом или мягким рентгеном. Окружающая сверхплотный керн D-кластера мощная оболочка, содержащая ~ 10 12 электронов (выдавленных наружу тесно сжатыми дейтонами), начнет флуоресцировать, облегчив поиски затерявшегося на полу стабильного D-кластера.

Мы не будем утомлять читателя проведенными автором расчетами, в силу общепринятой специфики научно-популярных журналов. Пока же предложим научной общественности редакцию лабораторного опыта, в котором можно проверить факт существования сил n-притяжения. Опыт кропотливый, требующий умения работать с микро-мишенями (Æ » 0.1 мм) в форме шариков из тяжелой воды (лучше, в виде льда). Суть опыта изображена на последующих рисунках. 

 

Рис. 1. Frel = Fn/(mboll×g)) — относительная сила n-взаимодействия между двумя шариками из D2O диаметром по сто микрон каждый.

Как показывает верхний график, сила n-взаимодействия сравнивается с весом каждого из шариков mboll×g , когда они сближаются на расстояние 1 мм. Измерив силу притяжения шариков и скорость их сближения, можно будет уточнить параметры n-взаимодействия.

Опыт с D-шариками может стать шагом к решению проблем тёмной материи.       

 

 

 

Литература

1 Мордвинов Б.П. ОТО Эйнштейна как Единая теория поля, рукопись

ВНИИТФ, 2000. http://mgena/chat.ru/bob/index.html



[1] Американские физико-химики

[2] Эйнасто — известный эстонский астрофизик советских времен.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7149