Энергия и движение квантовых систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭНЕРГИЯ И ДВИЖЕНИЕ КВАНТОВЫХ СИСТЕМ

М.В. Парменов,

E-mail: mvparmenov@yandex.ru

Введение

В рамках данной статьи предлагается рассматривать материю и энергию в качестве единой субстанции, которая может находиться в пространстве как в бесформенном, так и в квантовом состоянии.

При этом предполагается, что в квантовом состоянии субстанция может находиться как в виде простейших квантов - квантов поля, так и виде сложных квантовых систем.

Анализ поведения в пространстве такой отдельно взятой квантовой системы при влиянии на нее различных внешних факторов и проводится в последующих разделах статьи.

Бесформенное состояние субстанции

Предполагается, что, находясь в бесформенном состоянии, субстанция не имеет определенной пространственной конфигурации и полностью заполняет любой произвольно выбранный объем пространства. Иными словами, можно сказать, что все пространство заполнено субстанцией, которая находится в бесформенном состоянии и все события, которые происходят в пространстве, происходят на фоне данной субстанции.

Квантовое состояние субстанции - квант поля

Предполагается, что в квантовом состоянии, в отличие от бесформенного, субстанция распределена в пространстве в виде отдельных порций или квантов и при этом, наделяя кванты теми или иными функциональными возможностями каждому из них можно подобрать определенную аналоговую модель.

В частности, далее речь пойдет о простейшем кванте или кванте поля, в качестве аналоговой структурной модели которого выбрана спираль. В полном варианте статьи (сокр. ПВС) приводятся аргументы, позволяющие считать, что в процессе своего возникновения квант этого вида приходит во вращение относительно собственной оси симметрии.

С учетом этих обстоятельств одно из направлений в пространстве совпадающее с осью симметрии кванта можно уже рассматривать, как отдельно выбранное направление пространства (сокр. ОВНП) в котором, как будет показано далее, происходит взаимодействие кванта поля с элементами квантовой системы.

Считается, что совокупность квантов поля хаотичным образом распределенных в пространстве образует на фоне бесформенного состояния субстанции квантовое поле.

При этом предполагается, что плотность распределения квантов в поле столь высока, что в данном месте пространства всегда можно подобрать квант, направление ориентации которого (ОВНП) с высокой степенью вероятности совпадет с любым произвольно заданным направлением.

В свою очередь, приняв форму кванта в виде спирали, можно задать его положение в пространстве относительно оси симметрии и далее рассматривать это положение в качестве разрешенного уровня положения кванта в пространстве. Допустим в таком случае, что квант поля имеет не один, а целый набор разрешенных уровней на каждом из которых он имеет возможность находиться.

Последующие рассуждения, строятся на том предположении, что все разрешенные уровни положения кванта в пространстве являются заполненными. Таким образом, квант поля можно уже рассматривать, как многоуровневую структуру, количество элементов (спиралей) которой будет соответствовать количеству разрешенных уровней.

Проекция структуры кванта на плоскость перпендикулярную оси симметрии кванта в этом случае будет выглядеть, как дифракционная решетка, состоящая из целого ряда концентрических окружностей или колец различного диаметра.

В этой структуре уровень, расположенный в середине целого ряда принимается в качестве базового и ему присваивается индекс N. Какой-либо другой уровень лежащий выше базового обозначается индексом (N+n), соответственно уровень лежащий ниже базового обозначается индексом (N-n), где n может принимать значения от 1 до N. Следовательно, с учетом базового и нулевого уровня общее количество разрешенных уровней в кванте будет определяться числом (2N+1). При этом в ПВС показано, что на базовом уровне может находиться два элемента кванта, и таким образом общее количество элементов в кванте будет соответствовать числу (2N+2).

(Расчеты, выполненные в ПВС показали, что число N составляет величину порядка 10¹⁵, поэтому с высокой степенью приближения количество элементов кванта можно считать равным числу 2N).

Оболочное состояние субстанции

Допустим, что при определенных условиях в отдельных локальных областях пространства субстанция может принимать форму оболочки, у которой на фоне бесформенного состояния субстанции выделяется лишь полупроницаемая поверхность. Таким образом, речь может идти о третьем - промежуточному состоянию субстанции, рассматриваемом далее в качестве кванта оболочного вида. материя энергия квантовое пространство

Квантовая система

Исходя из вышеизложенного, предполагается, что квантовая система возникает в результате объединения кванта оболочного вида с квантом поля и процесс этого объединения происходит следующим образом: все элементы кванта поля переходят на базовый уровень и парами равномерно распределяются по оболочке.

Если теперь аналоговую модель данной квантовой системы представить в виде оболочки-матрицы сферической формы, которая объединяет в единое целое N-е количество ячеек, то по рассмотренной выше схеме в каждую ячейку попадает пара элементов исходного кванта поля, занимающих базовый уровень. При этом считается, что один из элементов в ячейке сориентирован в ОВНП направленным к центру симметрии квантовой системы, а второй в прямо противоположном направлении.

Предполагается, что элементы ячеек встраиваются в пространство между внешним и внутренним слоями оболочки, расстояние между которыми в этом случае должна соответствовать длине кванта поля.

Далее будем считать, что квантовая система, у которой все элементы ячеек находятся на базовом уровне и сориентированы по осям, проходящим через ее центр, находится в симметричном состоянии.

Симметричное взаимодействие

Допустим, что элементы в ячейках квантовой системы способны взаимодействовать с окружающими их квантами поля. Причем с наиболее высокой степенью вероятности, взаимодействие между элементами системы и элементами кванта поля происходит в том случае, когда они находятся на одном и том же уровне и сориентированы в одном и том же направлении.

Таким образом, можно считать, что при симметричном состоянии системы взаимодействие между элементами ячеек и элементами квантов поля должно происходить на базовом уровне. Что касается направлений взаимодействия, то исходя из ориентации элементов в ячейках системы, взаимодействие должно происходить либо в ОВНП направленных к центру симметрии квантовой системы, либо в противоположных направлениях.

Если теперь предположить, что в процессе взаимодействия с квантами поля ячейки системы начинают перемещаться по вращающемуся кванту, увлекая за собой оболочку, то при периодической смене направлений взаимодействия его результатом будет периодически повторяющийся процесс сжатия-расширения оболочки.

В ПВС показано, что смена направлений взаимодействия элементов ячеек с квантами поля, как при сжатии, так и при расширении оболочки происходит в том случае, когда ее внутренней слой достигает определенного предельного положения относительно центра симметрии оболочки.

В таком случае, задав предельные значения положения внутреннего слоя оболочки в пространстве до и после сжатия значениями некоторого начального и конечного радиус-вектора амплитуду колебания оболочки можно вычислить, как разницу этих значений.

При этом в ПВС показано, что формально значением конечного радиус-вектора по отношению к начальному значению можно пренебречь, что позволяет амплитуду колебания оболочки в первом приближении принять равной значению начального радиус-вектора.

Поскольку в рассматриваемом случае элементы квантовой системы и элементы квантов поля взаимодействуют на базовом уровне, то все параметры, характеризующие данную систему, также будут считаться базовыми.

Так к базовому параметру, обозначаемому величиной С, можно отнести и скорость перемещения элементов ячейки оболочки по базовому уровню кванта поля, при этом базовая частота колебания оболочки будет вычисляться следующим образом:

(1)

Отличительной чертой симметричного взаимодействия является равенство скоростей перемещения ячеек оболочки по базовому уровню кванта поля в различных ОВНП. В результате равенства скоростей базовая амплитуда колебания оболочки также будет иметь одно и то же значение во всех рассматриваемых ОВНП. Таким образом, при симметричном взаимодействии квантовая система, совершая периодические колебания, сохраняет неизменным положение своего центра симметрии в пространстве.

Дифракционные решетки квантовой системы

В развитие модели квантовой системы предполагается, что после возникновения оболочки-матрицы, каждая ее ячейка дополнительно поглощает квант поля из окружающего систему пространства. При этом кванты поля попадают на внутреннюю поверхность оболочки и переходят в "плоское" состояние, в результате чего на данной поверхности возникают "проекции квантов", имеющие вид дифракционных решеток.

Каждая решетка, состоит из целого ряда равноудаленных друг от друга концентрических окружностей или колец, точное количество которых определятся целым числом (2N+1).

Предполагается, что в каждой квантовой системе дифракционные решетки распределяются в окрестности ячейки таким образом, что базовая площадь внутренней поверхности оболочки в начальном состоянии (до сжатия оболочки в процессе колебания) соответствует суммарной площади всех дифракционных решеток находящихся на ее поверхности. Необходимо также отметить, что в процессе периодического сжатии-расширении оболочки параметры решетки остаются неизменными, таким образом, при сжатии квантовой системы решетки просто перекрывают друг друга.

Виртуальный процесс дифракции

Допустим, что на рассмотренной выше дифракционной решетке происходит процесс дифракции, в частности процесс распространение волны из центра решетки к ее периферии, который можно представить следующим образом. Последовательно огибая кольца решетки, волна распространяется из центра к ее периферии. При этом в интервале между кольцами решетки, имеющими четные номера, процесс периодически повторяется.

В таком случае расстояние между кольцами с четными номерами, начиная с нулевого можно рассматривать в качестве шага дифракционной решетки, обозначив его значением , а фрагмент решетки заключенный между кольцами с этими номерами считать модулем решетки. Поскольку точное количества дифракционных колец решетки составляет величину (2N+1) количество ее модулей будет соответствовать числу N.

Таким образом, общую площадь решетки, обозначаемую величиной можно вычислить следующим образом:

(2)

где: - шаг дифракционной решетки (см),

N ^- количество модулей дифракционной решетки (ед.).

Допустим теперь, что волна в процессе дифракции дошла до модуля с индексом n, в этом случае площадь решетки , которую перекрыла волна, будет определяться следующим уравнением:

(3)

где: n - индекс модуля, до которого дошел процесс дифракции (ед).

Процесс дифракция оболочки и его влияние на параметры квантовой системы

Поскольку считается, что базовая площадь внутренней поверхности оболочки в начальном состоянии соответствует суммарной площади всех дифракционных решеток находящихся на ее поверхности, то данную площадь с использованием уравнения (2) можно вычислить следующим образом:

(4)

где: N ^- количество дифракционных решеток на внутренней поверхности оболочки (ед.).

Предполагается, что после образования квантовой системы вся площадь внутренней поверхности оболочки находится в свободном состоянии, то есть обладает способностью в процессе колебания оболочки сокращаться, а затем возвращаться в исходное состояние.

Далее предполагается, что в процессе приложения к рассматриваемой системе внешнего воздействия (например, в процессе "нанесения удара" по квантовой системе) из центра дифракционных решеток начинает происходить процесс дифракции внутренней поверхности оболочки по принципу распространения волны. При этом считается, что та часть поверхности оболочки, которая распространилась по дифракционным решеткам перешла в связанное состояние и потеряла возможность участвовать в процессе расширения - сжатия оболочки.

Следовательно, в результате процесса дифракции сокращается базовая свободная площадь оболочки на некоторую величину вычисляемую по аналогии с уравнением (4) и с использованием уравнения (3) следующим образом:

(5)

где: n - индекс модуля до которого дошел процесс дифракции (ед.)

Необходимо отметить, что уравнение (5) будет справедливо лишь в том случае, когда на распространения волны накладывается ряд ограничений, рассмотренных в ПВС.

В свою очередь за счет сокращения базовой свободной площади внутренней поверхности оболочки, должно изменяться и значение ее начального радиус-вектора от базового значения до некоторого нового значения R определяемого следующим уравнением:

(6)

Поскольку изменение начального радиус-вектора означает изменение амплитуды колебания оболочки, то соответствующим образом с учетом уравнения (1) должна изменяться и частота колебания квантовой системы от базового значения до некоторого нового значения определяемого следующим уравнением:

(7)

Подставляя в данное уравнение значения площадей и определяемых уравнениями (4) и (5) и проведя соответствующие преобразования, уравнение (7) можно получить в следующем виде:

(8).

Взаимодействие с нарушенной симметрией

Предполагается, что в процессе приложения к квантовой системе внешнего воздействия наряду с процессом дифракции параллельно может протекать процесс, в результате которого элементы в ячейках переходят на уровни отличные от базового, где и происходит их взаимодействие с квантами поля.

В частности, в ячейках, лежащих на оси, вдоль которой было приложено внешнее воздействии, элементы начинают взаимодействовать с квантами поля следующим образом. В направлении, совпадающем с направлением внешнего воздействия на уровне, расположенном выше базового, то есть на уровне с индексом (N+ n). В направлении противоположном направлению внешнего воздействия на уровне, расположенном ниже базового, то есть на уровне с индексом (N- n). И в том и другом случае n в зависимости от силы и времени воздействия может принимать значения от 1 до (N-1). (Схема взаимодействия элементов ячеек квантовой системы с квантами поля во всех остальных ОВНП после приложения к системе внешнего воздействия, а также предельный случай, когда n принимает значение N рассматривается в ПВС).

Если теперь вспомнить, что структурная модель кванта представляет собой многоуровневую вращающуюся спираль, шаг которой при переходе от уровня к уровню изменяется в зависимости от положения уровня по отношению к базовому, то скорость перемещения элемента ячейки на уровне (N+ n) будет выше базовой скорости С на величину Сn/N и соответственно на уровне (N- n) на величину Сn/N ниже.

В этом случае после приложения к системе внешнего воздействия уравнения, определяющие амплитуду колебания системы или оболочки в соответствующих направлениях можно выразить следующим образом:

(9)

(10)

где - новое значения начального радиуса-вектора оболочки (см),

Д R - отклонение амплитуды колебания оболочки от нового значения начального радиуса-вектора при нарушении симметрии взаимодействия (см),

- новый полупериод колебания квантовой системы (сек).

Вычитая уравнение (9) из уравнения (10) можно получить уравнение следующего вида:

(11)

Анализ уравнения (11) позволяет прийти к выводу о том, что при нарушении симметрии взаимодействия за период колебания происходит смещение центра симметрии квантовой системы в пространстве на величину в направлении приложенного внешнего воздействия.

Разделив величину на величину можно получить уравнение скорости движения центра симметрии квантовой системы в пространстве после приложенного к ней внешнего воздействия - уравнение (12) и выразить отношение чисел n к N, как отношение скорости движения к базовой скорости С - уравнение (13).

(12)

(13).

Полагая, что процесс дифракции оболочки и процесс перестройки уровней в рассматриваемых ячейках квантовой системы протекают синхронно, используя соотношение (13), уравнение (8) можно получить в следующим виде:

(14).

Структурная энергия квантовой системы

Если рассматривать единую субстанцию в качестве энергии, то надо полагать, что и производная от этой субстанции квантовая система с ее сложной структурой также должна содержать в себе определенное количество энергии.

В таком случае назовем энергию, из которой собственно и состоит квантовая система, структурной и обозначим ее величиной Еz. Будем также считать величину структурной энергии каждой конкретной квантовой системы постоянной величиной.

Приобретенная энергия квантовой системы

В ПВС идет дальнейшее развитие модели квантовой системы таким образом, что квантовая система получает возможность, как в процессе своего возникновения, так и в процессе сокращения своей свободной поверхности в результате внешнего воздействия поглощать или приобретать энергию из окружающего ее пространства. При этом приобретенная энергия накапливается в ячейках квантовой системы, и ее количество ставится в прямую пропорциональную зависимость от геометрических размеров системы, то есть фактически от амплитуды, а значит и от частоты колебания системы.

При таком подходе, выбрав одну из квантовых систем в качестве стандартной и обозначив порцию энергии, приобретенную ячейкой данной системы величиной , приобретенную энергию любой другой произвольно выбранной квантовой системы можно вычислить следующим образом:

(15)

где - порция энергии, приобретенная ячейкой стандартной квантовой системы (эрг),

- общее количество ячеек в квантовой системе (ед.),

- частота колебания стандартной квантовой системы (сек^-1),

- частота колебания произвольно выбранной квантовой системы (сек^-1).

В свою очередь отделяя в правой части уравнения (15) параметры, которые при переходе от одной системы к другой, независимо от внешних условий остаются неизмененными, можно получить значение некоторой постоянной Н:

(16)

где Н - постоянная имеющая размерность (эрг • сек).

Из уравнения (16) следует, что наиболее целесообразно в качестве стандартной квантовой системы выбрать систему, частота колебания которой численно соответствует числу N (порядка 10¹⁵). В этом случае численное значение постоянной Н будет соответствовать величине порции энергии приобретенной ячейкой стандартной квантовой системы в процессе ее образования.

Рассматривая данную порцию энергии в качестве эталонной можно вычислить приобретенную энергию любой другой квантовой системы формально используя для этого значение постоянной.

Поскольку частоту колебания произвольно выбранной квантовой системы в общем виде можно выразить, используя уравнение (14), то с учетом значения постоянной Н уравнение (15) приобретет следующий вид:

(17)

где: - приобретенная энергия произвольной выбранной квантовой системы с нарушенной симметрией взаимодействия (эрг),

- базовая частота колебания произвольно выбранной квантовой системы (сек^-1).

Соответственно в случае симметричного взаимодействия, когда скорость перемещения центра симметрии квантовой системы в уравнении (17) будет равна нулю уравнение, определяющее базовую приобретенную энергию данной системы , будет иметь следующий вид:

(18)

Надо полагать, что в любом случае полная энергия системы будет определяться суммой структурной и приобретенной энергий. Однако при расчете разницы между полной энергией системы с нарушенной симметрией взаимодействия и полной энергией системы с симметричным взаимодействием структурная энергия сокращается. Таким образом, изменение полной энергии при переходе системы из одного состояния в другое будет вычисляться следующим образом:

(19)

Заменив в уравнении (19) отношение х ² / С ² отношением n² / N², и внеся в уравнение (19) некоторые уточнения, появляется возможность получить конечное значение изменения полной энергии квантовой системы даже в том случае, когда процесс дифракции протекает на последнем модуле с индексом N.

Дополнительный раздел в качестве заключения

Если распространить поведение квантовых систем на поведение элементарных частиц, то существует возможность показать, что движущиеся материальные объекты, обладающие значительной массой (например, планеты), изменяют частотные характеристики квантов окружающего их квантового поля таким образом, что предельная скорость движения отдельных частиц (например, фотонов), в окрестности данных объектов становится практически инвариантной. При этом сохраняются такие явления, как частичное увлечение света прозрачным веществом незначительной массы, движущимся относительно этих объектов и аберрация света.

Кроме того, если фотон рассматривать в качестве квантовой системы в состав которой входит лишь две ячейки, расположенные на одной оси и в каждой ячейке находится лишь один элемент кванта поля, занимающий верхний предельный уровень, то цепочки, состоящие из N-го количества фотонов (с частотой колебания фотона порядка 10¹⁵) можно рассматривать в качестве эквивалента стандартной квантовой системы, а энергию отдельного фотона данной системы в качестве эталонной.

Можно также отметить, что с каждой квантовой системой (элементарной частицей) возможно, связан ротор энергии. Причем частота фазового изменения ротора (изменение ориентации ротора в пространстве) зависима от частоты колебания квантовой системы (элементарной частицы) таким образом, что при перемещении системы в пространстве на отрезке пути равном длине "волны материи" происходит полное фазовое изменение ротора. Вывод данного уравнения приводится в ПВС.

Размещено на Allbest.ru