Тайные знания в физике

                ГЛАВА 1
                ЭВОЛЮЦИЯ  ГАЛАКТИК

Галактики – системы из ядра и связанных с ним звёзд. Существование галактик состоит из испускания звёзд и поглощения звёзд. Ядро состоит из нейтронов, аналогично нейтронной звезде, но значительно больших размеров – при массе 10^12 масс Солнца (10^42 кг) и плотности нейтронного вещества  10^17 кг/м^3 радиус ядра составляет около 140 000 км (у нейтронной звезды- около 20 км). Ядро вращается вокруг своей оси. С поверхности ядра периодически испускаются, переходя в состояние гамма-квантов, порции нейтронного вещества массой от 0,1 до 100 масс Солнца; чаще всего это происходит вблизи экватора ядра (в галактической плоскости), где скорость от вращения на поверхности наибольшая. Эта порция движется в виде гамма-квантов очень короткой длины волны в компактном объёме в течение времени t1 со скоростью света с, пролетая расстояние сt1. После этого гамма-кванты переходят в состояние элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов), образуя атомные структуры; при этом скорость движения данной порции материи снижается в 3^2=9 раз (V=3,33*10^7 м/с), часть фотонов излучается в пространство- происходит вспышка новой звезды. Если порция была слишком большой, то нормальный процесс рождения звезды нарушается: гамма-кванты переходят только в нейтроны, формируя нейтронную звезду, в пространство излучается очень много «лишних» фотонов - происходит вспышка сверхновой звезды. После рождения звезды на неё начинает действовать гравитация ядра, создающая ускорение а=-GM/с^2*t1^2  (ускорение противоположно направленно скорости, G-гравитационная постоянная, М-масса ядра).
Напишем уравнение для движения звезды:
 сt1+Vt2-GMt2^2/2с^2*t1^2 =R    (1)               
где t2- время от момента рождения звезды, R-расстояние от звезды до ядра. Рассмотрим «судьбу» звезды   после   её   рождения   на   примере   Солнца.    В   этом   случае    R = 10 кпк = 3*10^20 м,  t= 4 млрд лет= 1,2*10^17 с  (что следует из радиоизотопных измерений, применяемых  в  абсолютной геохронологии). Подставляя эти данные в уравнение (1), находим  t1 = 10^12 с = 32 000 лет, откуда сt1= 3*10^20 м = 10 кпк. Значит, после рождения звезды на неё действует ускорение со стороны ядра  а=7,3*10^-10 м/с2.  По мере удаления звезды от ядра ускорение ослабевает (при удалении от R1 до R2 эффективное среднее ускорение будет GM/R1R2). Если за начало движения звезды с ускорением принять её расстояние от ядра в момент рождения 10 кпк, то вычислим через какое время звезда окажется на расстоянии от ядра 15 кпк (на границе видимой части Галактики), то есть  пройдёт путь  s= 5 кпк= 1,5*10^20 м (эффективное ускорение будет а= 4,87*10^-10 м/с2). Это время вычисляется из формулы Vt-at2/2 = s        (2)               
Вычисления дают 2 значения t: 4,649*10^12 с =147 300 лет и 1,369*10^17 с= 4,338*10^9 лет  (звезда будет дважды на этом расстоянии от ядра – при удалении и при возвращении к ядру). Конечно, при расчёте возвращения звезды эффективное ускорение будет на 2 порядка меньшее, но на значение квадратного корня из дискриминанта и, соответственно, большего значения неизвестного  в уравнении (2) это практически не влияет.
Рассчитаем, на какое максимальное расстояние удаляется звезда от ядра:
               Rmax =Vto –ato2/2          (3)               
где  to =t/2 – время достижения звездой максимального удаления от ядра, t – большее значение неизвестного в уравнении (2), а = 7,3*10^-12 м/с2 – эффективное ускорение при удалении звезды от 10  кпк  до  1  Мпк.   Учитывая   V–ato =0,  получаем   Rмах = at/8.   Вычисления   дают  Rmax=1,71*10^22м=554 кпк. При удалении звезды  до расстояния 500 кпк эффективное ускорение будет а=14,6*10^-12 м/с2, что даёт Rmax=1108 кпк. Среднее геометрическое, наиболее близкое к истине, значение Rmax =784 кпк (максимальное удаление звезды от ядра 794 кпк).  Ближайшая к нам  галактика Туманность Андромеды находится на расстоянии 700 кпк. Это значит, что в пределах Местной группы галактик звёзды имеют некоторую возможность переходить из поля гравитации одного ядра в поле гравитации другого ядра, то есть могут обобществляться.
После максимального удаления звезда начинает возвращаться к ядру галактики, достигает скорости света  с , переходит в порцию гамма-квантов очень короткой длины волны компактного объёма (здесь ускорение исчезает) и потом сливается с ядром. Из данных абсолютной геохронологии ( t =4 млрд лет ) мы видим, что Солнце возвращается к ядру Галактики. Рассчитаем время до слияния Солнца с ядром Галактики, точнее до перехода Солнца в порцию гамма-квантов
               V + at = c           (4)               
где V =3,33*10^7 м/с – скорость Солнца к ядру в настоящее время (равная скорости звезды от ядра в момент рождения, но противоположно направленная, так как рождение звёзд происходит на том же расстоянии от ядра), с – скорость света, а= 1,46*10^-4 м/с2 – эффективное ускорение при приближении звезды к ядру от R1=10кпк   =3*10^20 м до R2 = 0,05 пк = 1,5*10^15 м. Вычислим:
                t= 1,83*10^12 с = 58 000 лет.               
Проверим наши вычисления и рассчитаем расстояние, которое пролетит Солнце за это время при данной начальной скорости и данном ускорении: s= Vt+at2/2=30,54*10^19 м = 10 кпк – Солнце достигнет ядра. Теперь понятно, почему так трудно найти разумную жизнь на других планетах – развитая цивилизация возникает незадолго до гибели звезды, но и то не на всех её планетах.
Если какая-то «галактика» ядра не имеет (например, Магелланово Облако – неправильная Ir-галактика), то данное образование не является галактикой, а представляет собой совокупность звёзд , находящихся на расстояниях близких к максимальному удалению от ядра. Видимое движение звёзд от ядра и к ядру по спиральным ветвям является следствием вращения ядра галактики и говорит о том, что испускание звёзд ядром происходило через относительно короткие промежутки времени на протяжении определённого периода существования ядра (период испускания звёзд ядром и период поглощения звёзд ядром). Эллиптические Е-галактики находятся в конце периода поглощения звёзд. Ядра движутся друг относительно друга, что иногда приводит к их столкновениям -  происходит большой взрыв с выделением гигантского количества энергии на протяжении относительно большого периода времени, что мы видим на примере квазаров. Взрыв при столкновении двух ядер галактик приводит к нарушению нормального движения звёзд, что ведёт к расположению большого числа звёзд в относительно небольшом объёме пространства, в результате чего взаимная гравитация этих звёзд приводит к их общему слиянию – образуется новое ядро галактики.

                ГЛАВА 2          
КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ
(глава из «Фотонная теория элементарных частиц» - ФТЭЧ)

Рассмотрим излучение с  ;/2 > ;о/2  от далёких источников – квазаров. Некоторые из фотонов в каждом луче будут поглощаться веществом межгалактической среды,  которое представлено в основном атомами водорода (протон и связанный с ним электрон) и имеет плотность ; = 1;10^-28 кг/м^3 .  Пренебрегая   массой  электрона, получаем,  что в 1 м^3  пространства    содержится ;/mф = 0,0625 протона (точнее в 16 м^3 содержатся 1 протон и 1 электрон). В прямоугольном параллелепипеде, две противоположные грани которого имеют площадь по 1 м^2 и   перпендикулярны потоку фотонов (лучам), а расстояние между ними равно   1 мегапарсек   (1 Мпк = 3,086 ;10^22 м ),  содержится N= 0,0625;3,086;10^22 =1,85;10^21 протонов (и столько же электронов).
Сумма площадей проекций этих протонов и электронов (точнее, сумма площадей орбит, составляющих их фотонов) на грань в 1 м^2 определяется суммой площадей проекций электронов (площадь проекции протона в r^2(e)/3r(pk)^2 >10^5 раз меньше площади проекции электрона, поэтому площадью проекции протона мы пренебрегаем). Сумма площадей проекций всех электронов в этом параллелепипеде S= N;r(e)^2= 2,22;10^–4 м^2 (так как плотность вещества очень мала, то проекции электронов не прикрывают друг друга).  Значит, если плотность потока лучей одинакова на площади грани в 1 м^2 , то вероятность того, что данный луч встретит в данном параллелепипеде одну из находящихся в нём элементарных частиц   (при  этом   поглотится   один   фотон  из  данного  луча),  составляет Р = S/1= 2,22;10^–4. Следовательно, в каждом луче в среднем поглощается каждый из  1/Р= 4504,5 фотонов (2 фотона из 9009). Значит, если в одном луче в данный параллелепипед за 1 с  влетает  ;(1)  фотонов,  то  вылетит из него в этом луче за 1с  ;(2)= (1–2,22;10^–4) ;(1) фотонов. Такое уменьшение частоты интерпретируется как увеличение длины волны – «красное смещение». С точки зрения эффекта Доплера это соответствует удалению источника излучения со скоростью V, которая находится из (1–2,22;10^–4);(1)= (1–V/с);(1). Отсюда V= 6,65;10^4 м/c= 66,5 км/с, что находится   в   пределах   принимаемых   значений   постоянной   Хаббла  Н= 50 – 100 км/с;Мпк. Поэтому, расширения Вселенной не происходит. После поглощения этих фотонов через некоторое время происходит их излучение, но, вследствие хаотичности движения атомов водорода в межгалактическом пространстве, равновероятно во всех направлениях, это формирует изотропное излучение одинаковой интенсивности во времени – реликтовое излучение.

               
ГЛАВА 3
КОЛЕБАНИЯ ЭНТРОПИИ

Если бы во Вселенной существовало только одно тело, и оно не имело бы внутренней структуры, то для этого тела понятия времени не существовало бы, так как никаких изменений бы не происходило.
Для любого реального тела, которое не взаимодействует с другими телами, то есть сохраняет постоянную скорость в инерциальной системе отсчёта, понятие времени существует, потому что любое реальное тело имеет внутреннюю структуру, вследствие чего в реальном теле происходят постоянные изменения. В этом проявляется второй закон термодинамики.
Во Вселенной такими реальными телами, обладающими внутренней структурой и практически не взаимодействующими с другими подобными телами, являются галактики. Согласно принципу Больцмана энтропия прямо пропорциональна натуральному логарифму термодинамической вероятности, то есть числу возможных перестановок элементов, составляющих систему. Такими первичными структурными элементами, составляющими галактики, являются фотоны. (смотри: Сухих И.Н. «Фотонная теория элементарных частиц» - ФТЭЧ, http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st3326.pdf )
Рассчитаем число таких перестановок в галактике и время для осуществления их всех. Существует 2 вида фотонов, каждый фотон обладает 10 степенями свободы (ФТЭЧ). Для расчета числа фотонов в галактике необходимо массу галактики (приблизительно равную 2*10^12 масс Солнца) разделить на массу фотона m(ф) (ФТЭЧ). Число перестановок = 2*10*число фотонов в галактике.
Расстояние между соседними перестановками равно пределу перехода движения фотона из прямолинейного в круговое - ;е (ФТЭЧ). Для расчета времени осуществления фотонами галактики всех перестановок необходимо число перестановок умножить на расстояние между соседними перестановками и разделить на скорость света. Получим –


        2*10*2*10^12*2*10^31*1,21*10^-12
Т=  -------------------------------------------= 6,6*10^57 секунд = 2,1*10^50 лет
       4,848*10^-35*3*10^8
Это время является периодом колебания энтропии. За этот период происходит жизнь галактики от возникновения до разрушения, существование хаоса и новое возникновение галактики из хаоса. (Разумеется, все эти процессы происходят с галактикой за весь этот период при условии исключения случайного столкновения галактик.)
При существовании галактики энтропия повышается (действует второй закон термодинамики). При существовании хаоса энтропия понижается. Колебания энтропии происходят с самым большим существующим в природе периодом.

                ГЛАВА 4                ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
               
В «Фотонная теории элементарных частиц - ФТЭЧ» содержится описание соединения протонов и нейтронов в ядре и детальное описание строения протона и нейтрона. Рассмотрим здесь более подробно строение атомных ядер.
Общий принцип строения атомных ядер заключается в стремлении уменьшить ядерный магнитный момент и независимо от этого в стремлении «закрыть» протоны (сделать так, чтобы каждое боковое кольцо каждого протона было соединено с боковым кольцом нейтрона). Нейтроны могут соединяться друг с  другом и  с протонами.  Протоны соединяться друг с другом не могут.
Элемент тяжёлых ядер, имеющий минимальный магнитный момент, состоит из 10 протонов и 14 нейтронов. Его магнитный момент (2,79*10–1,91*14)µя= 1,16µя (µя – ядерный магнетон).
Атомное ядро, состоящее из 10 элементов, имело бы магнитный момент 11,6µя, и было бы необходимо ещё 6 нейтронов для снижения магнитного момента до (11,6–6*1,91)µя= 0,14µя, тогда атомное ядро имело бы относительную атомную массу М=246. Но в атомном ядре, состоящем из 10 элементов, требуется 30 нейтронов для «закрытия» протонов на поверхности ядра, что привело бы к магнитному моменту ядра (0,14–24*1,91)µя = -45,7µя, тогда атомное ядро имело бы массу М=270. В обоих случаях (и при большом числе «незакрытых» протонов, и при большом абсолютном значении ядерного магнитного момента) атомное ядро было бы крайне нестабильным, и такие варианты атомного ядра не существуют. В действительности существует средний вариант, когда абсолютное значение магнитного момента ядра частично понижено и часть протонов «закрыта». Действительно, атомное ядро химического элемента с порядковым номером 100 (Фермий) имеет массу М=257 (в нём имеется 13 «незакрытых» протонов), но и оно нестабильно (период полураспада 94 суток).
При поглощении  квантов определённой частоты атомным ядром отрицательная электрическая часть (смотри вышеназванные подразделы «Фотонной теории элементарных частиц») одного из поверхностных нейтронов может «перелетать» на боковое кольцо одного из поверхностных  (предпочтительно «незакрытого») протонов  ядра, при этом нейтрон превращается в протон, а протон превращается в нейтрон – в этом проявляется ядерный квадрупольный резонанс.
При поглощении квантов другой определённой частоты один из поверхностных нейтронов может целиком «перелетать» и соединяться с одним из поверхностных протонов данного ядра - в этом проявляется ядерный магнитный резонанс.
При наличии избытка нейтронов над протонами в лёгких ядрах (особенно в сочетании с наличием свободных нейтронов) может происходить слияние лёгких ядер разного вида (в том числе ядер  разных изотопов одного и того же химического элемента) – ядерный синтез. Но для протекания данного процесса также необходимо, чтобы ядра хотя бы одного вида были полностью лишены электронов (чтобы атомы были полностью ионизированы) – тогда ядра свободно могут сближаться друг с другом. Проще всего все электроны удалить у атомов водорода (там имеется всего один электрон). (Не надо путать этот процесс с образованием иона гидроксония Н3О+ в кислых растворах. Нам необходимы свободные ядра атомов водорода).
У дейтерия и трития имеется избыток нейтронов, к тому же тритий радиоактивен. Для начала реакции ядерного синтеза остаётся только их полностью ионизировать, предварительно выделив отдельные атомы из молекулы. Поэтому реакцию ядерного синтеза проще всего осуществлять между дейтерием и тритием.
Для ионизации атома водорода необходима энергия 2,18*10^-18 Дж (13,6 эВ), что соответствует (после деления на константу Больцмана) температуре 157971 кельвин или напряжённости внешнего электрического поля (равной таковой внутри атома водорода) 2,68*10^11 В/м. Для разделения молекулы водорода на 2 отдельных атома необходима энергия 4,7 эВ (в 2,89 раза меньшая) , что соответствует температуре 54593 кельвин или напряжённости внешнего электрического поля 0,927*10^11 В/м. Таким образом, всего для начала реакции ядерного синтеза необходима энергия больше  2,9339*10^-18 Дж (18,3 эВ) на каждый атом водорода, что соответствует температуре 212564 кельвин или напряжённости внешнего электрического поля 3,607*10^11 В/м.
Комбинируя сочетание высокой температуры и большой напряжённости внешнего электрического поля, можно в разной степени уменьшить значение каждого из этих показателей, необходимых для начала реакции. Если при температуре выше критической реакция ядерного синтеза носит неуправляемый характер, то при менее высокой температуре можно регулировать напряжённость внешнего электрического поля для управления реакцией. Если изначально иметь температуру в 2-4 раза меньше критического уровня, то увеличив напряжённость внешнего электрического поля больше 50-75% от критического уровня, можно начать реакцию, а уменьшив напряжённость внешнего электрического поля, можно прекратить реакцию. Но при этом надо внимательно следить, чтобы температура во время реакции не поднялась до критического уровня и реакция не стала неуправляемой. В этом состоит принцип работы управляемого реактора ядерного синтеза.

                ГЛАВА 5
ГЕОСИНКЛИНАЛЬ   КАК  ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ  ПРОЯВЛЕНИЕ
ПРИЧИНЫ  СУЩЕСТВОВАНИЯ  МАГНИТНОГО  ПОЛЯ  ЗЕМЛИ

Причиной  магнитного  поля  является  электрический  ток.  Наличие  у  Земли  магнитного поля  говорит  о  том,  что  внутри  Земли  есть  электрический  ток.  Где?  Согласно  существующим  представлениям -  во  внешней части  ядра  Земли,  которое считается жидким.  Все  другие  части  литосферы  ( земная  кора,  мантия,  внутренняя  часть  ядра  Земли )  считаются  твёрдыми.  Мантия  считается  твёрдой  из-за  большого  давления,  оказываемого  на  неё  корой.  Внешняя часть  ядра  испытывает  давление  на  несколько  порядков  большее.  Почему  же  ей  быть  жидкой?  Не  существует  расчётов  для вычисления  характеристик  тока  во внешней  части ядра  и  математической  связи  его  с  напряжённостью  магнитного  поля  на  поверхности  Земли.  Таким  образом,  существующие  представления  о  причине  существования  магнитного  поля  Земли мы  считаем  ложными.
Электрический  ток  в  Земле  течёт  в  определённых  «туннелях»  в  астеносфере.  Рассчитаем  напряжённость магнитного  поля  у  поверхности  Земли,  исходя  из характеристик  данного  электрического  тока.  Астеносфера -  относительно  «рыхлый»  слой  верхней  части  мантии,  он  начинается  на  глубине ;100 км  и  заканчивается на глубине ;300 км,  его  толщина d;200 км= 2*10^5 м.  С  движением  вещества  в  астеносфере  связано  движение  тектонических  плит  и  дрейф  материков.  Движение  вещества  происходит по определённым  туннелям,  проявлением  которого  на  поверхности  земной  коры  являются  геосинклинали.  Ширина  туннеля  соответствует  длине геосинклинали  ( от  десятков  до  сотен  км ),  толщина -  толщине  астеносферы.  Рассмотрим  движение  вещества  в  туннеле  шириной  s=200 км=2*10^5 м.  Ось  этого  движения  находится  на  глубине  середины  толщины  астеносферы  R=200 км= 2*10^5 м.  Скорость  движения  вещества  в  туннелях  соответствует  скорости  дрейфа  материков  V= 4см/год= 1,27*10^-9 м/с.   Соотношение  химических  элементов  в  данном  веществе  такое  же,  как  в  Земле  в  целом:  железо  34,6%,  кислород  29,5%,  кремний  15,2%,  магний  12,7%.  Таким  образом,  железо  и  магний вместе  составляют  около  половины  количества  вещества  ( числа  атомов ).  Атомы  железа  и  магния  способны  ионизироваться,  но,  так   как    это         не   плазма,   ионизирован  только  1  из  10000  атомов  железа  и  магния  ( коэффициент  ионизации  k=10-4 ).  При  ионизации  атом железа  или  магния  приобретает  ( в  соответствии  с  наиболее  присущей  им  степенью  окисления  +2 )   электрический   заряд  2e ,   где  e=1,6*10^-19 Кл -  элементарный электрический  заряд.  Исходя  из  соотношения  химических элементов,  найдём  среднюю молярную  ( атомную )  массу  вещества  в  туннеле  астеносферы  М=34 г/моль=3,4 *10^-2 кг/моль.  Плотность  вещества  астеносферы  Р=3,3*10^3 кг/м^3.  Магнитное  поле  Земли  создаётся  вследствие  движения  ионизированных  атомов  железа  и  магния  при  движении  вещества  в  туннелях  астеносферы.  Напряжённость  магнитного  поля  у  поверхности   Земли  Н=I/2;R,  где  ;=3,14,  I– сила  тока  в  туннеле.   Сила  тока – это  электрический  заряд,  проходящий  через  поперечное  сечение  проводника  ( туннеля )  за  1 с,  т.е.  суммарный  заряд  всех  ионизированных  атомов  железа  и  магния  в  туннеле  астеносферы  объёмом  sdV.  Этот  заряд  q=2eN(A);*0,5*k,  где   N(A)=6,02*10^23 моль^-1 - постоянная  Авогадро,   ;=РsdV/М - число  молей  всех  атомов  в  данном  объёме.  Тогда  выражение  для  Н  приобретает  вид  Н=2eN(A)РsdV*0,5*k/2;RМ.  Подставляя  вышеуказанные  значения  ( в  системе  СИ )  для  данных  величин,  вычисляем  значение  напряжённости  магнитного  поля  у  поверхности  Земли  Н= 37,79 А/м.  Это  значение  находится  в  интервале  экспериментальных  значений  от  33,4 А/м  ( у  геомагнитного  экватора )  до  55,8 А/м  ( у  геомагнитных  полюсов ).
Туннели  астеносферы  имеют  различную  ширину  и  направление ( перпендикулярное               
длине  соответствующей  геосинклинали ),  но  преимущественно направлены  вдоль  географических  широт.  В  течение  длительного  времени  ( в  геологическом  масштабе )  направление  туннелей  астеносферы  может  изменяться,  что  приводит  к  смещению  геомагнитных  полюсов,  изменению  направления  движения  тектонических  плит  и  материков.