Физические принципы нового источника энергии.

РЕЗЮМЕ. Предлагается новый тип источника энергии, работа которого осуществляется путем циклического изменения нуклонного состава ядер рабочего вещества. Рабочий цикл составлен из 2-х процессов бета-распада, имеющих противоположные знаки: одна половина цикла – это естественный, а другая половина – обратный бета-распад. Высокое сечение обратного бета-распада достигается благодаря использованию нейтрино, скорость которых совпадает со скоростью нуклонов в ядрах. Вырабатываемая источником энергия получается за счет энергии, которая выделяется в ядрах рабочего вещества в результате взаимодействия анапольного момента нейтрино и магнитного момента кварков.

____________

Как явствует из резюме, работа предлагаемого источника энергии основана на использовании ядерных реакций, которые протекают в результате превращений элементарных частиц материи. Соответственно, для понимания механизма работы данного источника необходимо уточнить строение элементарных частиц. С этой целью, введем 2 постулата.

Постулат №1. Фундаментальное («внутреннее») пространство элементарных частиц материи наделено структурой вещественно-комплексного, аффинно-проективного (RCAP) пространства.

Постулат №2. Элементарные частицы образованы из 2-х объектов RCAP-пространства: пучка проективных прямых и замкнутой неориентированной поверхности, расположенной в центре пучка.

Обоснование введенных постулатов и основные следствия приведены в приложении 1.

Здесь рассмотрим структуру частиц, которые используются для создания рабочего цикла предлагаемого источника энергии: электроны и позитроны, нейтрино и антинейтрино, протоны и нейтроны. Данные частицы образуются, когда в центре пучка находится одна из 3-х наиболее простых замкнутых неориентированных поверхностей: односторонняя сфера (сфера с отождествленными диаметральными точками), односторонний тор (бутылка Клейна), поверхность Боя (односторонний трилистник).

1. Электроны и позитроны.

Данные частицы характеризуются тем, что в центре пучка проективных прямых находится односторонняя сфера. Благодаря свойствам односторонней сферы, составляющие пучок прямые обладают одной и той же ориентацией: все прямые ориентированы либо в направлении на сферу, либо в направлении от сферы. Первый случай соответствует электронам, а второй – позитронам.

Таким образом, электроны и позитроны различаются лишь ориентацией составляющих пучок прямых, тогда как центральные части этих частиц тождественны друг другу.

Ориентированные проективные прямые выполняют функцию электрических силовых линий. Пучок ориентированных прямых, заполняющих полный телесный угол, соответствует элементарному электрическому заряду и порождает электрическое поле частицы.

2. Нейтрино и антинейтрино.

Данные частицы характеризуются тем, что в центре пучка проективных прямых находится односторонний тор. Благодаря свойствам одностороннего тора, связанный с ним пучок прямых является суперпозицией 2-х пучков, имеющих противоположную ориентацию. Вследствие этого пучок прямых является неориентированным, а частицы электрически нейтральными.

Вместе с тем, на поверхности тора силовые линии обладают определенной ориентацией: у нейтрино силовые линии образованы отрезками прямых, имеющих положительную ориентацию, а у антинейтрино – отрицательную. Соответственно, нейтрино и антинейтрино обладают анапольным магнитным моментом и различаются знаком этого момента.

Поскольку тор является не двусторонним, а односторонним, анапольный момент данных частиц является не полярным, а аксиальным вектором.

3. Протоны и нейтроны.

Данные частицы построены на основе поверхности Боя. Это односторонняя поверхность, содержащая 3 равноправных элемента (лепестка). Протон и нейтрон различаются способом распределения пучка силовых линий по лепесткам поверхности Боя: у протонов это распределение имеет вид (+2/3,+2/3,-1/3), а у нейтронов – (+2/3,-1/3,-1/3). Лепесток, связанный с пучком величиной (+2/3), соответствует u-кварку, а лепесток, с которым связан пучок величиной (-1/3), соответствует d-кварку.

Таким образом, различие протона и нейтрона заключается в количестве и ориентации силовых линий, связанных с одним лепестком поверхности Боя. Соответственно, преобразование данных частиц друг в друга осуществляется путем изменения ориентации и количества силовых линий всего лишь на одном лепестке. Суть механизма работы предлагаемого источника энергии и заключается в том, чтобы осуществлять циклическое «перематывание» силовых линий на лепестках поверхностей Боя, на основе которых образованы нуклоны ядер рабочего вещества, и каждый рабочий цикл сопровождался положительным выходом энергии.

«Перематывание» силовых линий, в результате которого нейтрон превращается в протон, а протон в нейтрон, осуществляется с помощью реакций бета-распада. Для образования замкнутого рабочего цикла используются естественный и обратный бета-распады, имеющие противоположные знаки.

Основная трудность заключается в том, что сечение обратного бета-распада имеет чрезвычайно малую величину. Однако этот факт установлен для нейтрино, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, тогда как в данном источнике будут использоваться нерелятивистские нейтрино, скорость которых будет совпадать со скоростью нуклонов в ядрах (~ 1/4 скорости света). Для таких нейтрино реализуются 2 физических эффекта, за счет которых сечение может существенно возрасти.

Первый эффект – это взаимодействие анапольного магнитного момента нейтрино с неоднородным магнитным полем нейтрона, которое образовано в результате суперпозиции магнитных полей, создаваемых магнитными моментами 3-х лепестков. В результате данного взаимодействия, анапольный момент нейтрино ориентируется в направлении на лепесток с зарядом (-1/3). Тем самым, увеличивается вероятность, что отверстие нейтрино совпадет с вершиной данного лепестка и нейтрино «наденется» на лепесток. Это будет означать выполнение условия для реализации второго эффекта.

Второй эффект – это взаимодействие магнитных моментов нейтрино и данного лепестка. Благодаря согласованию геометрических форм и размеров нейтрино и лепестка (нейтрино – тор, лепесток – цилиндр, внутренний диаметр тора может совпадать с диаметром цилиндра с очень высокой точностью), магнитные моменты нейтрино и лепестка лежат на одной прямой и параллельны друг другу. Вследствие этого магнитные моменты притягиваются, и происходит дальнейшее совмещение магнитных моментов нейтрино и лепестка. Оценки показывают, что при максимальном совмещении данных моментов, энергия взаимодействия превысит 1 Мэв. Этой энергии достаточно для рождения пары электрон-позитрон, и тем самым, для осуществления рабочего цикла данного источника.

Благодаря первому эффекту увеличивается вероятность, что нейтрино будет взаимодействовать с данным лепестком, а благодаря второму эффекту это взаимодействие реально осуществляется. Совместная реализация этих эффектов приводит к тому, что сечение взаимодействия может достичь площади сечения нейтрона, – этого вполне достаточно для практических применений.

Рассмотрим совмещение пучков силовых линий нейтрино и отрицательного заряженного лепестка нейтрона более подробно. В процессе совмещения неориентированный пучок силовых линий нейтрино «расщепляется» на 2 пучка с противоположной ориентацией. Пучок положительно ориентированных силовых линий (на поверхности нейтрино располагаются силовые линии именно положительной ориентации, и именно они приходят в непосредственный контакт с силовыми линиями данного лепестка) компенсирует отрицательно ориентированный пучок данного лепестка величиной (-1/3), а оставшаяся (+2/3) часть пучка соединяется с лепестком. В результате заряд лепестка становится равным +2/3, и нейтрон преобразуется в протон. Одновременно, пучок отрицательно ориентированных силовых линий, образовавшийся при «расщеплении» пучка силовых линий нейтрино, соединяется с односторонней сферой и образуется электрон.

В итоге, совокупность данных процессов описывается реакцией обратного (точнее – индуцированного или вынужденного) бета-минус-распада:

n + ν → р + е (1)

Подчеркну, что данная реакция осуществляется не за счет кинетической энергии нейтрино, а за счет энергии взаимодействия магнитных моментов нейтрино и лепестка нейтрона. Часть этой энергии расходуется на образование электрона, а другая часть – на преобразование данного ядра в ядро-изобару.

Рабочее вещество выбирается таким образом, чтобы ядра находились вблизи границы протонной нестабильности: в этом случае ядро-изобара будет испытывать естественный бета-плюс-распад:

р → n + (е+) + ν (2)

Совокупность реакций (1) и (2) образует рабочий цикл предлагаемого источника энергии. Единственное дополнительное требование заключается в том, чтобы период естественного бета-плюс-распада ядра-изобары был относительно небольшим.

В результате осуществления рабочего цикла, ядра рабочего вещества возвратятся в исходное состояние, и родится пара электрон-позитрон. Множество всех электрон-позитронных пар, которые будут рождаться в ядрах рабочего вещества, и составят энергетический выход данного источника.

Поскольку количество ядер рабочего вещества и частота следования циклов могут быть сделаны очень большими, мощность источника также может быть чрезвычайно большой. Это означает, что область применения данного источника энергии практически не ограничена.

Наибольшую сложность в реализации данного источника энергии представляет создание источника нерелятивистских нейтрино. Принципиальная возможность создания такого источника следует из того, что масса нейтрино не равна нулю. В общих чертах понятен и механизм, посредством которого будет осуществляться генерация нейтрино: это резонансная перекачка энергии электромагнитных волн, частота которых равна массе нейтрино (или превышает эту величину в 2 раза). Масса нейтрино остается неизвестной, однако, с большой вероятностью она лежит в террагерцовом диапазоне.

Соответственно, начальная стадия создания предлагаемого источника энергии включает 2 пункта:

1. осуществить сканирование террагерцового диапазона с целью обнаружить частоту, на которой имеет место генерация нейтрино,

2. подтвердить эффект увеличения сечения взаимодействия нейтрино с нуклонами при совпадении скорости нейтрино со скоростью нуклонов.

Первый пункт целесообразно осуществить независимо от программы создания нового источника энергии, т.к. эти эксперименты позволят решить важную научную проблему: измерить массу нейтрино.

После того, как указанные пункты будут выполнены, можно будет приступить к практическому созданию предлагаемого источника энергии.

Приложение 1.

Физический смысл Постулата №1 состоит в утверждении, что в материальном мире существует субстанция, математическим представлением которой является RCAP-пространство.

Основным аргументом в пользу данного Постулата является то, что RCAP-пространство удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к субстанции:

1. RCAP-пространство содержит не только элементы 3-мерного действительного многообразия, но и элементы, выходящие за пределы этого многообразия,

2. RCAP-пространство содержит не только конечные, но и бесконечно удаленные элементы,

3. множество всех элементов: действительных и мнимых, конечных и бесконечных, является линейным, что отражает однородность субстанции.

Если Постулат №1 соответствует действительности, то частицы материи, как элементы субстанции, можно рассматривать также как объекты RCAP-пространства.

Постулат №2 утверждает, что элементарные частицы образованы из одномерных и двумерных замкнутых объектов RCAP-пространства, причем среди двумерных объектов используются только неориентируемые поверхности (это необходимо, чтобы частицы обладали электрическим зарядом). Более того, абсолютное большинство известных частиц построено на основе 3-х самых простых поверхностей, - это односторонняя сфера, односторонний тор и поверхность Боя.

Покажем, что Постулат №2 полностью определяет спектр элементарных частиц.

1. Тип поверхности в центре пучка проективных прямых определяет тип частицы:

а) заряженные лептоны построены на основе односторонней сферы,

б) нейтральные лептоны построены на основе одностороннего тора,

в) адроны построены на основе поверхности Боя.

2. Наличие в природе частиц и античастиц обусловлено тем, что прямые пучка могут обладать двумя различными ориентациями, которые определяют знак электрического заряда,

3. Наличие в природе 3-х разных семейств обусловлено тем, что в мнимой области RCAP-пространства проективные прямые могут проходить по трем разным путям, каждый из которых порождает соответствующий класс прямых. Пучки, составленные из прямых, принадлежащих каждому из этих классов, образуют частицы одного из 3-х семейств.

Односторонняя сфера и односторонний тор не содержат каких-либо структурных элементов, поэтому могут быть связаны с пучком одним-единственным способом. Это означает, что построенные на основе данных поверхностей частицы могут отличаться лишь ориентацией пучка прямых, а также принадлежностью прямых к одному из 3-х классов, определяющих распределение данных частиц по трем семействам. Таким образом, построенные на основе односторонней сферы и одностороннего тора частицы могут иметь всего лишь 2 х 3 = 6 разновидностей. Соответственно, должно существовать всего 6 видов заряженных лептонов и 6 видов нейтральных лептонов, что подтверждается экспериментом.

Богатый спектр адронов объясняется тем, что пучок прямых может распределяться по лепесткам поверхности Боя несколькими способами. В частности, на каждый лепесток может приходиться не только 1/3, но также 2/3 части пучка (вследствие двусвязности поверхности Боя), поэтому электрический заряд лепестка может составлять либо 1/3, либо 2/3 элементарного заряда.

Кроме того, пучок может распределиться либо по всем трем лепесткам, – в этом случае возникают барионы, либо только по двум лепесткам, – в этом случае возникают мезоны.

Наконец, составляющие пучок прямые могут быть не только ориентированными, но и неориентированными. Образованные такими пучками адроны могут быть либо электрически нейтральными (если сумма зарядов лепестков равна нулю), либо обладать удвоенным элементарным зарядом (если один из 2-х пучков, составляющих неориентированный пучок, изменит ориентацию).

Все возможные сочетания указанных свойств пучков силовых линий и способов их распределения по лепесткам поверхности Боя и создают наблюдаемый спектр адронов.

Одновременно находит объяснение кварковая структура адронов. Сочетание кварков в адронах не может быть произвольным: все сочетания, которые соответствуют реальным частицам, получаются в результате распределения по лепесткам поверхности Боя полного пучка ориентированных или неориентированных прямых, принадлежащих любому из 3-х классов. Именно в этом заключается физический смысл формулы Гелл-Манна-Нишиджимы: один и тот же пучок определяет и электрический заряд адрона, и сочетание кварковых ароматов в данном адроне.

Данная модель объясняет физическую природу кварков. Каждый кварк представляет собой лепесток поверхности Боя вместе с 1/3 или 2/3 частью полного пучка силовых линий. Первый случай соответствует нижним кваркам, а второй – верхним. Поскольку составляющие пучок прямые могут принадлежать любому из 3-х классов прямых RCAP-пространства, может существовать всего 2 х 3 = 6 различных видов (ароматов) кварков.

Указанная природа кварков объясняет отсутствие «свободных» кварков. Причина состоит в том, что лепестки являются неотъемлемыми частями поверхности Боя и не могут существовать отдельно от поверхности. Вместе с тем, данная модель делает излишним введение взаимодействия, которое удерживает кварки внутри адронов: лепестки поверхности Боя не могут ни слиться, ни разъединиться, несмотря на наличие между ними электростатического взаимодействия.

Предлагаемая модель элементарных частиц предсказывает существование еще одного класса частиц: это частицы, построенные на основе следующей по сложности замкнутой неориентированной поверхности, – поверхности Штейнера. Данная поверхность содержит 6 одинаковых структурных элементов, поэтому минимальный электрический заряд каждого элемента составляет 1/6 элементарного заряда, а количество таких элементов в одной частице может быть равным не только 2 и 3, но также 4, 5 и 6. Вероятно, экзотические адроны относятся к данному классу частиц, и именно стабильные частицы, принадлежащие этому классу, образуют темную материю.

Еще одним аргументом в пользу справедливости Постулатов №1 и №2 является то, что предлагаемая модель частиц материи объединяет концепции вещества и поля: замкнутая поверхность в центре пучка соответствует «вещественной» компоненте, а пучок проективных прямых - «полевой».

Данная модель способна объяснить не только спектр элементарных частиц, но и существование всех полей, посредством которых частицы взаимодействуют. В частности, электромагнитное и гравитационное взаимодействия отражают разные свойства пучков силовых линий, посредством которых каждая пара частиц соединена друг с другом.

Более того, находит объяснение природа взаимодействия, которое наделяет частицы массой: это взаимодействие пучка прямых с бесконечно удаленными объектами и абсолютом RCAP-пространства.

В рамках данной картины находит объяснение не только спектр элементарных частиц материи и дается единое описание всех взаимодействий, но также выявляется природа пространства-времени. Согласно предлагаемой точке зрения, пространство-время – это арифметическая (числовая) модель субстанции, построенная с помощью аффинных координатных систем.

Поскольку субстанция – это RCAP-пространство, то фундаментальные свойства пространства-времени (размерность, аффинность, ориентированность пространства и направленность времени, нарушение СР-симметрии, закон инерции) могут быть выведены из свойств RCAP-пространства.

Что касается метрических свойств пространства-времени, то они определяются видом абсолюта RCAP-пространства. Текущая стадия эволюции Вселенной характеризуется тем, что абсолют имеет вид однополостного гиперболоида. Согласно теории проективного мероопределения, это означает, что в пространстве-времени реализуется псевдоевклидова метрика. Именно изменение вида абсолюта явилось причиной Большого Взрыва.

Описанный источник энергии может реализоваться в отдельных типах космических объектов и обуславливать высокое выделение энергии в данных объектах. В частности, данный источник может иметь место в земном ядре, что способно объяснить наличие постоянного потока тепла от ядра к поверхности, а также увеличение массы и радиуса Земли.

Дополнительные детали физической картины мироздания, в основе которой лежит субстанция в виде RCAP-пространства, можно найти в работе автора «Космомикрофизика в комплексном проективном пространстве» на сайте Института Исследования Времени http://www.chronos.msu.ru

Приложение 2.

Отличительной особенностью предлагаемого источника энергии является то, что рабочий цикл образован из самых мельчайших элементов, какие существуют в природе, а именно – из элементарных частиц материи. Рабочий цикл данного источника энергии осуществляется благодаря переходам нуклонов из одного зарядового состояния в другое, а сами переходы происходят вследствие присоединения к лепесткам нуклонов пучков силовых линий нейтрино.

Таким образом, данный источник энергии можно рассматривать как самый миниатюрный из всех возможных электрогенераторов, в котором функцию «статора» выполняют лепестки нуклонов (кварки), а функцию «ротора» – нейтрино или антинейтрино.

В предлагаемом источнике может использоваться также «зеркальный» рабочий цикл, в котором ядра рабочего вещества находятся вблизи границы нейтронной нестабильности, а возбуждение ядер осуществляется потоком антинейтрино. Наиболее эффективными, вероятно, окажутся источники энергии, в которых прямой и «зеркальный» циклы будут совмещены.

Принципиально возможна еще одна модификация данного источника энергии, когда нейтрино, получаемое на второй стадии цикла, будет использоваться для возбуждения ядер рабочего вещества на первой стадии цикла. В этом случае рабочий цикл будет замкнутым не только по нуклонной, но и по (незаряженной) лептонной компоненте: цикл окажется самоподдерживающимся, и внешний источник нерелятивистских нейтрино (антинейтрино) будет необходим лишь для запуска рабочего цикла.

В заключение еще раз подчеркну, что вырабатываемая данным источником энергия извлекается не из резервуара неизвестной физической природы, а получается в результате «овеществления» магнитной энергии взаимодействия нейтрино и кварков. В обычных условиях эта энергия не проявляется, поскольку магнитные моменты данных частиц располагаются в разных точках RCAP-пространства и не взаимодействуют друг с другом. Однако в предлагаемом источнике достигается практически полное совмещение магнитных моментов данных частиц, благодаря чему энергия взаимодействия становится достаточно большой, чтобы преобразоваться в энергию электрон-позитронных пар. В дальнейшем энергия электрон-позитронных пар может быть преобразована в любой другой вид энергии.