Мир вокруг нас - "Этэрнус" (лучшие книги без регистрации TXT) 📗
Наглядно, на рис. 210 видно, что если бы нарушения симметрии не было (в виде откалывания грани, т. е. электрона), вместо нейтрона образовалась бы частица с зарядом –1 и спином 1/2, по структуре — соответствующая антипротону.
Рис. 210
Но отрицательный заряд этой частицы — был унесён отколовшейся гранью, электроном, оставив частицу нейтральной (т. е. вместо антипротона — образовался нейтрон). (Примечание: при этом нарушении симметрии, речь идёт не о распаде антипротона до нейтрона, а об отсутствии образования антипротона, и распаде предшествующей «плоской» частицы, при поднятии). Благодаря этому, т. е. нарушению симметрии — и существует окружающий Мир в виде атомов, молекул и т. д. (иначе, вещество и антивещество — проаннигилировали бы друг с другом в излучение).
Далее: Выгода нарушения симметрии (= откалывания грани) — очевидна из геометрии. Но почему при Большом Взрыве, такое нарушение симметрии произошло везде одинаково, т. е. только у правых, а не левых «плоских» частиц («виртуальных», т. к. реальные — появляются уже при распаде (высвобождении энергии) инфлатона). Данный процесс (т. е. откалывание грани всегда в одном и том же месте, с образованием e–) — можно представить как спонтанное нарушение симметрии:
Понятие спонтанного нарушения симметрии, и различные примеры таких нарушений — известны ещё на неклассическом этапе: В частности, это понятие — было использовано в теории электрослабых взаимодействий, где спонтанное нарушение симметрии, осуществляемое посредством механизма Хиггса — ведёт к безмассовости фотонов, и придаёт массу остальным частицам. (Можно сказать, при низких энергиях, более энерговыгодно — существование одного безмассового бозона, фотона, нежели существование всех четырёх бозонов объединённого электромагнитного и слабого взаимодействия, в безмассовом состоянии, т. о. при температуре ниже критической, происходит нарушение симметрии, в сторону фотона).
Из более простых примеров спонтанного нарушения симметрии — можно привести явление возникновения намагниченности при остывании изначально расплавленного железа, ниже критической точки. Намагниченность, при этом — появляется в одном из множества возможных, случайных направлений, и т. о. первоначальная симметрия между всеми направлениями (т. е. равноправие направлений) — нарушается спонтанно. Иными словами, выбор определённого направления — происходит самопроизвольно и случайно (а затем распространяется между соседними атомами, образуя значительный участок намагниченности (домен)). (Т. о. видим пример цепной реакции спонтанного нарушения симметрии (вернее, первоначально спонтанное нарушение — вызывает, далее, индуцированное нарушение симметрии у соседних атомов, — появление у них намагниченности в том направлении, которое первоначально было выбрано случайно)).
Ещё пример: в живых организмах на планете Земля — используются почти исключительно L-аминокислоты, вместо D-аминокислот (являющихся, по структурному скелету из атомов, их зеркальными отражениями). Выбор между L- и D-аминокислотами — можно считать произошедшим случайно [44], но энергетически выгодно использование только одного типа аминокислот, а не двух сразу.
Возвращаясь к геометрии вакуума, и нарушению симметрии в нём (в т. ч. вещества и антивещества), видим, что правой и левой «плоским» частицам (рис. 205) — всё равно, какую из будущих граней откалывать, при поднятии. Т. о. выбор между гранями (а также между правой и левой «плоскими» частицами), для нарушения симметрии — может быть случайным (= спонтанным нарушением симметрии).
Но как только первая частица — выбирает отколоть определённую грань (и распадается с образованием будущих нейтрона и электрона), окружающие «плоские» частицы (и геометрия вакуума), начинают распадаться точно так же, и симметрия нарушается во всём объёме поля инфлатона, т. е. не менее чем в границах всего окружающего Мира. (Примечание: размер наблюдаемой области Вселенной = окружающего Мира, в конце стадии инфляции — составляет около двух метров в поперечнике [45]). Происходит цепная реакция спонтанного нарушения симметрии, наглядно — заключающаяся в поднятии из «плоского» состояния, с образованием (будущего) вещества, без образования антивещества.
Итак, в целом, причина отсутствия антивещества в окружающем Мире — может быть представлена как переход первоначальной геометрии вакуума к состоянию с нарушенной симметрией (выгода которого — очевидна из геометрии (упрощённо — из того, что образующиеся частицы (в конечном итоге, протон и нейтрон) — геометрически подходят друг к другу, и плотно соединяются, без дырок)). Но сам выбор между антивеществом и веществом в конечном состоянии — мог быть случаен, т. е. мог произойти по механизму спонтанного нарушения симметрии.
Фазовые переходы вакуума
Понятие фазовых переходов — первоначально возникло в связи с понятием сред (твёрдой, жидкой и газообразной). На неклассическом этапе, понятие фазовых переходов было применено также и к вакууму, но не как к среде (вакуум — рассматривается как нижнее энергетическое состояние всех полей): при этом, фазовыми переходами считаются все последовательные разделения взаимодействий (в т. ч. в стадию инфляции). На постнеклассическом этапе, вакуум — представляется как среда (в современном состоянии — с кристаллической структурой), т. о. понятие фазовых переходов можно применить к вакууму как среде:
При этом очевидно, что вакуум, как и, в общем, любая среда — мог существовать, ранее — не в кристаллическом (= упорядоченном), а в жидком (= полухаотичном (упрощённо)), и даже в газообразном (= полностью хаотичном) состоянии (а также мог иметь кристаллическую решётку, отличающуюся от теперешней). (Косвенно, о возможности фазовых переходов вакуума — может также свидетельствовать отсутствие (необразование) частиц 4-го поколения в современном вакууме: если энергия образования дислокаций 4-го порядка — оказывается превышающей необходимую для фазового перехода вакуума, то вместо них, и частиц 4-го поколения соответственно — образуется лишь участок (пузырёк) новой фазы, переходящий затем в обычную и дислокации лишь 3-го порядка).
Рассмотрим поднятие (и распад поля Великого объединения), на предмет возможной связи с фазовым переходом между состояниями вакуума (двумя кристаллическими, с разным типом решётки, либо жидкой фазой и кристаллической):
Почему первоначальное вещество устремилось к поднятию, вместо того, чтобы существовать в плоском состоянии? Естественно, что плоское состояние — не могло быть изначально неустойчивым (иначе бы оно не образовалось, и не существовало бы ранее). Поднятие из плоского состояния — стало возможным и выгодным, лишь после того, как первоначальная среда (и геометрия вакуума, соответствующая «плоским» частицам), потеряла устойчивость (по некоторой причине, в т. ч. в результате снижения концентрации энергии ниже критического уровня).
Эта неустойчивость — действительно, может быть представлена как начало фазового перехода среды, от кристаллической решётки, соответствующей плоским частицам, к решётке, образующейся в результате поднятия (либо как часть процесса перехода от жидкого — к твёрдому состоянию, — т. е. кристаллизации вакуума). В обоих процессах, происходит нарушение симметрии: при переходе между решётками — симметрия нарушается в процессе поднятия, а при переходе от жидкой фазы к твёрдой — т. к. появляются выделенные направления, понижающие симметрию от сферической до той или иной симметрии кристаллической решётки, всегда имеющей меньшее число плоскостей (осей) симметрии, чем в целом, сферически симметричные, жидкость / газ.
Тип кристаллической решётки вакуума — уже рассматривался ранее, — в виде самой простой из кристаллических решёток (плотноупакованной, где вокруг каждой вакуумной частицы — располагается по 12 других вакуумных частиц). Из геометрических свойств этой решётки — следует невозможность существования «плоских» элементарных частиц в ней (т. е. она не может быть первоначальной решёткой, соответствующей «плоским» частицам), см. рис. 211. На рис. видно, и уже рассматривалось ранее, что в плоскости (на срезе) плотноупакованной кристаллической решётки вакуума — могут существовать треугольники, ориентированные только одним определённым образом (только вверх или только вниз), поэтому частицы в кристаллическом вакууме (протоны, нейтроны, мезоны и т. п.) — обретают объёмное строение, т. е. в виде граней, наклонённых по отношению друг к другу. Однако, чтобы соответствовать такому строению, кристаллическая решётка вакуума — должна обладать уже симметрией не 6-го (на срезе) или 3-го (в целом) порядка (как у плотноупакованной), а 5-го порядка, что можно видеть на примере строения атомных ядер, см. рис. 212. Симметрия 5-го порядка, до недавнего времени — считалась строго запрещённой для кристаллов, но оказалась свойственна т. н. квазипериодическим кристаллам (= квазикристаллам), изучение которых, только начинается, но само их существование — уже стало общепризнанным (о чём говорит в т. ч. Нобелевская премия по химии за 2011 год, за открытие квазикристаллов). Итак, из строения ядер (и сложных элементарных частиц), следует квазикристаллическое строение вакуума.
