ВСТУП
Протон був відкритий на початку 20-х р.р. в експериментах з альфа-частками. У дослідах з розсіювання на протонах електронів і гамма-квантів були отримані достовірні докази існування якоїсь внутрішньої структури в цієї частки. У 1970 р. в Стенфордському центрі лінійного прискорювача (Слак) вдалося в експерименті отримати пряме свідчення того, що протон дійсно володіє внутрішньою структурою [1]. Проте, конкретна внутрішня структура протона залишається не розкритою. Гіпотеза кварків, як фундаментальної основи елементарних частинок, також не привела до встановлення конкретної внутрішньої структури протона. Як зазначається в [1]: "Кваркова модель була запропонована для пояснення різноманіття адронів. Вона нічого не говорить явно про внутрішню будову будь-якої з цих частинок. "До цих пір відсутнє розуміння, на яких принципах будується механізм формування структури протона. Через це не знаходить пояснення природа його маси, що дорівнює +1836,1526675 (39) електронним масам. Маса протона визначена експериментально. Теорії маси протона і аналітичного співвідношення для розрахунку його маси немає. З усіх важких частинок протон є єдиною стійкою часткою. Протон є основою всіх складних речовинних утворень Всесвіту. Світ своїм існуванням зобов'язаний протона, проте рівень знань про нього не відповідає його ролі в світобудові. Для того, щоб розплутати такий клубок проблем, які супроводжують протон, необхідно розкрити конкретну внутрішню структуру і створити теорію його внутрішньої структури. Фізика вже підійшла впритул до такого рубежу, коли необхідно давати відповідь на питання: "яка конкретна внутрішня структура часток і що для них Природа використовувала в якості будівельного матеріалу?" Є всі підстави вважати, що теорія внутрішньої структури протона відкриє доступ до нових способів отримання енергії . Освоєння енергії протона може стати найважливішим фактором у вирішенні енергетичної проблеми. Вирішенню цього завдання присвячена ця стаття.
1. ВНУТРІШНЯ СТРУКТУРА ПРОТОНА
У роботах [2 -5] зроблені кроки в напрямку створення теорії внутрішньої структури елементарних частинок. Отримано співвідношення, що відбиває закон формування структури елементарної частинки:
(1)
де: n = 2,3 ,...; me - маса електрона і позитрона; j = 1 для нейтральних частинок; j = 0 для частинок, що мають заряд.
З формули видно, що закон структурогенеза речовини має бінарний характер. Бінарне зберігається на кожному кроці структуризації речовини. Бінарність в законах структурогенеза відображає те, що у формуванні речовинних утворень беруть участь зарядово-зв'язані частки. Формула відображає динаміку структурогенеза, за якою відбувається формування структури речовинних утворень.
Співвідношення для енергій описуються наступними математичними формулами [2 - 5]:
(2)
(3)
Формула (2) застосовна для визначення енергії нейтральних частинок, формула (3) застосовна для визначення енергії заряджених частинок. Кожна з формул (2) та (3) відображає певний дискретний ряд енергетичних рівнів, яких відповідає послідовність речовинних утворень в динаміці структурогенеза. Формули (2) та (3) показують, що енергія, що бере участь в утворенні речовини, поділяється на дві складові. Перша складова являє собою сумарну енергію спокою речовинних утворень, які беруть участь у формуванні нової частинки. Так, для нейтральних речовинних утворень, вона має вигляд:
(4)
Друга складова представлена складовими, що задають величину енергії зв'язку:
(5)
Співвідношення (2) та (3) відображають дискретний характер внутрішньої енергії елементарних частинок.
В [5] показано, що внутрішня структура протона представляє собою фрактальну конструкцію.
Фрактал, виявлений в струтуре елементарних частинок, відображає детермінований процес структурогенеза. Для фрактала протона характерне чергування симетричних і асиметричних гілок деревоподібної структури.Откритіе конкретного виду фрактала, що відображає закономірність структурогенеза протона, дозволяє отримати кількісні характеристики елементарних частинок розрахунковим шляхом. В [5] отримані кількісні характеристики фрактальних структур елементарних частинок і знайдено математичний опис фрактала протона. Математичне співвідношення для елементарної комірки фрактала протона має вигляд:
На основі формули для елементарної комірки фрактала отримано узагальнене математичне співвідношення, яке описує завершені фрактальні конструкції внутрішньої структури елементарних частинок. Це математичне співвідношення має вигляд:
,
де: k = 0 для ядер, k = 1 для атомів, k = -1 для нейтральних частинок.
З наведеного вище співвідношення, при n = 11, отримуємо формулу, що описує фрактал протона:
. (6)
Формула для фрактала водню буде мати вигляд:
.
Розглядаючи закономірність структурогенеза протона, можна побачити прояв самоподібності в його внутрішній структурі на різних етапах структурогенеза.На кожному кроці формування структури частки простежується єдиний алгоритм формоутворення, що призводить до своєрідної топології протона. Фрактал протона описується наступною топологічної формулою [2]:
Pp = 2 (2 (2 (2 (2 (2 (2 (2 (2 (2 +1) +1) +1) +1) +1) +1) +1) +1) +1) +1 (7)
Графічне зображення топологічної формули протона представляє собою деревоподібну фрактальну конструкцію. Процес формування протона реалізується в результаті послідовних актів енергонасичених вакууму [2,3,4]. Внутрішня структура протона утворюється системою послідовних вкладень, заснованої на єдиному алгоритмі. На кожному кроці структурогенеза протона фрактальна субструктура повторює фрактал попереднього кроку структуризації. Дослідження фрактала протона показує, що внутрішня структура протона має яскраво виражену квантованность та ієрархію внутренего будови. У цій ієрархії кожна підсистема створена з одного й того ж образу: кожна велика частина структури в точності повторює малу частину структури. Таким чином, проявляється просторова впорядкованість при формуванні внутрішньої структури протона. Відповідно до формул (4), (6), (7) існує ієрархічний дискретний ряд внутрішніх рівнів енергії протона. Виходячи із закону збереження енергії, видно, що для внутрішньої струтуре протона властива ієрархія характерних частот. У результаті, поряд з просторовою упорядкованістю, яка проявляється в фрактальної структурі протона, існує і тимчасова впорядкованість, яка проявляється в кратних характерних частотах ієрархічних рівнів підсистем внутрішньої структури. Для внутрішньої струтуре протона кожна частина вищого порядку будується за допомогою об'єднання двох структур нижчого порядку. Це призводить до особливої сітці характерних внутрішніх частот, побудованої за принципом Подвоєння періоду. Це наочно демонструє топологічна формула протона (7). Якщо описувати динаміку структурогенеза протона і топологічну формулу протона на мові алгоритмів, то для цього підходить рекурсивний алгоритм [9]. Рекурсія копіює мале у великому і велике в малому, зберігаючи єдиний принцип побудови структури протона. Формули структурогенеза елементарних частинок і топологічна формула протона дозволили отримати теоретичним розрахунком фундаментальну константу mp / me, що вказує на експериментальне підтвердження теорії [5,7,8,10]. Крім того, ці формули дозволили виявити механізм, відповідальний за стійкість протона, що відкриває шлях до нових способів отримання енергії. Це буде показано нижче.
2. ЕНЕРГІЯ ВАКУУМУ І ЕНЕРГІЯ ПРОТОНА
У квантовій теорії доведено, що мінімально можлива енергія елементарного осцилятора не може бути менше 0,5 hν [6]. Ці половинки при широкому діапазоні хвиль ставлять дуже високий рівень енергії вакууму. Це, так звана, нульова енергія електромагнітних коливань. Експериментально енергія вакууму спостерігається в ефекті Лемба-Різерфорда і в ефекті Казиміра. Щільність енергії вакууму визначається співвідношенням [6]:
,
де: h - постійна Планка, a - коефіцієнт, ν - частота.
Звідси випливає, що енергія вакууму може бути дуже великою. За словами Р. Фейнмана і Дж.Уілера, енергетичний потенціал вакууму настільки величезний, що "у вакуумі, укладеному в обсязі звичайної електричної лампочки, енергії така велика кількість, що її вистачило б, щоб скип'ятити всі океани на Землі". Однак, внаслідок високої симетрії вакууму, безпосередній доступ до цієї енергії досить скрутний. У результаті, перебуваючи, по суті, серед океану енергії, людство змушене користуватися тільки традиційними способами її отримання, заснованими на спалюванні природних енергоносіїв. Тим не менш, при порушенні симетрії вакууму доступ до океану енергії можливий.
Сучасні способи отримання енергії можна схематично представити так:
С + О2 → СО2 + 0,0046 MeV,
235U → 0,85 MeV / нуклон + ядерні відходи,
D + T → 4He + 17,6 MeV.
Якщо проаналізувати ці способи отримання енергії, то можна побачити, що кінцевим продуктом в ланцюзі енергетичних перетворень є речовина. Причому, це кінцеве речовина стає, як правило, більш небезпечним для біосфери, ніж вихідний енергоносій. Світ вже звикся з думкою, що для отримання енергії потрібно впливати на речовину і на кінцевій стадії також одержувати речовину. Це відноситься і до енергетики, заснованої на спалюванні природного палива, і до атомної енергетики, і до термоядерного синтезу. При цьому вартість одержуваної енергії залишається високою, а відходи є дуже небезпечними для біосфери. Для таких способів отримання енергії підходить формулювання: "речовина на початку енергопреобразованій - речовина в кінці енергопреобразованій". Завдання полягає в тому, щоб знайти нові способи одержання енергії, вільні від недостакі традиційної схеми. Нова схема енергопреобразованій повинна виглядати так: "речовина на початку енергопреобразованій - енергія в кінці". Тоді на кінцевій стадії енергопреобразованій не буде з'являтися небезпечне для біосфери речовина. Це можливо лише у випадку, якщо в схемі енергопреобразованій відсутні реакції синтезу, а замість них реалізуються реакції деструктуризації речовини. Таке можливе в середовищі енергонасичених вакууму, де відбувається порушення його симетрії. У результаті реалізується не прямий доступ до енергії вакууму, а здійснюється обмін енергії вакууму на енергію, що міститься в речовині. Перетворення речовини в енергію дозволить значно збільшити кількість одержуваної енергії і зробити процес отримання енергії екологічно чистим. Нову схему енергопреобразованій можна реалізувати за наявності високого рівня енергії збудження вакууму і впливом цієї енергією на речовину. У якості "палива" для цієї мети ідеально підходить протон.
У другій половині 20-го століття теоретична фізика прийшла до висновку про можливість розпаду протона [6,11]. Розпад протона представляє собою дуже привабливу явище для мети отримання вакуумної енергії. Підтвердимо це конкретними розрахунками. В [3,7,8,10] знайдені фізичні константи hu, tu, lu, α, π, пов'язані з вакууму. Ці константи дозволили отримати математичним розрахунком масу протона [5]. Формули для маси протона, із застосуванням універсальних суперконстант вакууму hu, tu, lu, α, π, безпосередньо випливають з співвідношень (1) - (7), що описують внутрішню структуру цієї частки, і мають вигляд:
Відзначимо, що з наведених вище формул, безпосередньо випливає найважливіша фундаментальна фізична константа mp / me [5,8,10]. У формули маси протона входить доданок, яке являє собою енергію зв'язку. Ця енергія задає ступінь стійкості частинки. У нас з'явилася можливість обчислити її значення. Формула для визначення енергії зв'язку протона має вигляд [5]:
(8)
Значення енергії зв'язку, обчислене за цією формулою, дорівнює 107,74 МеВ (≈ 108 МеВ) і становить близько 11,5% від енергії спокою протона. Таким чином, визначена найважливіша характеристика протона, знання якої є ключовим моментом для реалізації нового способу отримання енергії. Якщо протону повідомити додаткову енергію, таку, щоб вона перевищувала енергію зв'язку (≈ 108 MeV), то він стає нестійким і розпадається на легкі частинки, що мають дуже малий час життя. Це можливо при певному рівні енергонасичених вакууму в локальній зоні простору, де знаходиться протон. На цьому заснований новий спосіб отримання енергії.
Основний етап енергопреобразованій в новому способі отримання енергії можна представити так:
p + + 108 MeV → 938 MeV
Тут замість реакції синтезу речовини реалізується енергонасичені протона, що призводить до його деструктуризації. На рис.1 показана повна схема енергопреобразованій в новому способі отримання енергії.
Витрата електроліту ≈ 1 грам на 2500 кВт ∙ год.
Виділення О2 ≈ 0,7 літра на 2500 кВт ∙ год.
Рис.1. Схема енергопреобразованій в новому способі отримання енергії.
Розрахунки показують, що енергія зв'язку дорівнює 107,74 МеВ, являє собою набір дискретних рівнів енергії і містить 10 складових:
107,74 МеВ = 54,9 +20,35 +13,35 +8,23 +4,84 +2,84 +1,62 +0,87 +0,48 +0,26 (Мев).
Відповідно, енергетичне вплив на протон має здійснюватися квантами енергії і повинно відповідати наведеній вище 10-ти крокової сітці енергетичних рівнів. Оскільки всі елементарні частинки, на які розпадається протон, є нестійкими, то така схема не призводить до залишкових речовини на кінцевій стадії енергопреобразованій [12, 13]. Це робить спосіб екологічно чистим. Іншою перевагою нового способу є безпрецедентно високий енергетичний вихід. Як видно з формул для маси протона і з співвідношення (8), питома енергія більш ніж в 1000 разів перевищує можливості атомної енергетики і в десятки разів перевищує можливості термоядерного синтезу, залишаючись при цьому екологічно чистим способом. У цьому способі здійснюється вплив на ядра атомів водню. Вплив здійснюється в локальній зоні простору при енергонасичених вакууму в середовищі електропровідної рідини. Спосіб дозволяє отримувати теплову та електричну енергію. Розрахунки показують, що енергетичний виграш становить величину: К = 4,8 - 8,6. Видатковим матеріалом є електроліт. Витрата електроліту становить ≈ 1 грам на 2500 кВт ∙ год енергії. При використанні електроліту на водній основі буде утворюватися залишкове речовина - кисень. Для генератора потужністю 100 кВт виділення О2 становить дуже незначну кількість ≈ 0,25 м3 на рік.
Викладений вище підхід може знайти застосування для утилізації різних відходів виробництва у промисловості та енергетиці. Вплив на речовину з метою його деструктуризації може стати універсальним і ефективним інструментом забезпечення екологічної безпеки виробництва і перетворення відходів виробництва в теплову енергію. Це принципово змінює погляд на існуючі види і класи енергоносіїв і дозволить розглядати навіть небезпечні відходи як потенційні енергоносії.
ЛІТЕРАТУРА
М. Жакоб, П. Ландшофф. Внутрішня структура протона. УФН, т. 133, вип. 3, 1981.2. Н. В. Косінов Еманація речовини вакуумом і закони структурогенеза. Фізичний вакуум і природа, N1, 1999.
Н. В. Косінов Фізичний вакуум і гравітація. Фізичний вакуум і природа, N4, 2000.4. Н. В. Косінов. Бездротова передача енергії. Ідея. N2, 1994, с.221 -227.
Н. В. Косінов. Походження протона. Фізичний вакуум і природа, N3, 2000.6. Я. Б. Зельдович. Теорія вакууму, бути може, вирішує проблему космології. УФН, т. 133, вип. 3, 1981.
7. N. Kosinov. "Five Fundamental Constants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas ". Physical Vacuum and Nature, N4, (2000).
8. NVKosinov, ZNKosinova. "Tie of Gravitational Constant G and Planck Constant h". 51st International Astronautical Congress 2-6 Oct. 2000/Rio de Janeiro, Brazil.
А.В. Анісімов. Інформатика. Творчість. Рекурсія. К., Наукова думка, 1988.10. Н.В. Косінов. "П'ять універсальних фізичних констант, що лежать в основі усіх фундаментальних констант, законів і формул фізики". Шоста Міжнародна конференція "Сучасні проблеми природознавства". Програма і тези. С-Петербург, серпень, 2000 р.
11. А. Д. Сахаров. Порушення СР-інваріантності. З-симетрія і баріонна асиметрія Всесвіту. Листи до: рис, т.5, 1967, с.33-35.
12. Н. В. Косінов, В.І. Гарбарук. Вакуумне походження електрона. Фізичний вакуум і природа, N1, 1999.