Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Модель візуалізації структури атома (1) у формі асиметричного розташованого в тривимірному просторі (5) вихорового тіла, яке містить елементарні частки у вигляді електронів (2), кварків (6, 7) та нуклонів (3, 4), розташованих з можливістю обертання навколо своїх локальних осей (8, 9, 29) у складі вихорових оболонок (10, 11, 12, 26, 27), кожна з яких розподілена навколо відповідної центральної осі (15, 19), яка відрізняється тим, що кожна елементарна частка (EЧj) містить вісь прецесії (14, 18, 28), яка разом з локальною віссю (8, 9, 29) EЧj (2, 3, 6) та центральною віссю (15, 19) вихорової оболонки (10, 11) утворюють систему гіро-осей (CгOji) (15_14_8, 19_18_9) і-ої вихорової оболонки (10, 11) для забезпечення комплексного руху EЧj (2, 3, 4).

2. Модель візуалізації структури атома за п. 1, яка відрізняється тим, що кожна елементарна частка (2, 3, 4, 6, 7) виконана у формі циклонічної структури (ЦС), що включає в себе вихорові оболонки(10, 11, 12, 26, 27) таким чином, що ЦС ядра (1) включає в себе нуклонну вихорову оболонку (11, 12), ЦС нуклона (3, 4) включає в себе кваркову вихорову оболонку (26, 27), ЦС кварка (6, 7) включає в себе преонну вихорову оболонку (32) і так до ЦС субатомної елементарної частки рівня і-n, яка включає в себе вихорову оболонку, утворену нульовою точкою (НТ) в відповідності до рекурсивного співвідношення виду:

 

де Vі - вектор швидкості переміщення навколо центра вихорової оболонки;  - математичний оператор обертання з частотою  комплексного аргумента j; е = 2,71828... ірраціональне число - основа натурального логарифма, j = (-1)1/2 - уявна одиниця.

3. Модель візуалізації структури атома за п. 1, яка відрізняється тим, що кожна елементарна частка (ЕЧ) (2, 3, 4, 6, 7) встановлена з можливістю виконання прецесійних (17) та нутаційних (44, 45, 46) гідродинамічних коливань з частотою , які зумовлюють квантовий характер перехідних процесів в атомних системах та визначаються із співвідношення

де  - момент інерції ЕЧ відносно осі прецесії,  - момент інерції ЕЧ відносно локальної осі,  - кутова швидкість обертання ЕЧ навколо локальної осі, Fr - релятивістська інерційна сила, що діє на ЕЧ, R - відстань від центра мас ЕЧ до локальної осі,  - кут нахилу локальної осі (8, 9, 29) відносно осі прецесії (14, 18, 28).

4. Модель візуалізації структури атома за п. 1, яка відрізняється тим, що на кожну елементарну частку (2, 3, 4, 6, 7) з масою спокою т0 в межах відповідної вихорової оболонки (10, 11, 12, 26, 27) діють релятивістські інерційні сили (РІС) Fr, що визначаються як

 ,

де  - вектор швидкості переміщення елементарної частки вздовж вихорової оболонки,  - вектор швидкості кругового руху елементарної частки, rj - радіус траєкторії кругового руху; с - швидкість світла у вакуумі.

5. Модель візуалізації структури атома за п. 1, яка відрізняється тим, що на кожен нуклон (3, 4) відповідної вихорової оболонки (11, 12) атомного ядра (21) діє інерційна сила Коріоліса Fg, що проявляється як сила гравітації, причому

,

де mp - маса спокою протона; с - швидкість світла у вакуумі; p - кутова швидкість прецесії нуклона (3, 4).

6. Модель візуалізації структури атома за п. 1, яка відрізняється тим, що елементарні частки обмінюються енергією між собою та з атомами зовнішнього середовища через фізичний вакуум з вихоровими диполями (37), що складаються з пари елементарних часток (38, 39), які мають протилежні електричні заряди та обертаються навколо центра (58), розташованого між негативно зарядженою елементарною часткою (39) та позитивно зарядженою елементарною часткою (38).

Текст

Пропонована модель відноситься до наочного приладдя, а більш точніше - до учбової моделі, реалізованої на матеріальних носіях для унаочнення знань в області ядерної фізики і базується на відомій концепції Резерфорда-Бора-Гейзенберга. Вона дозволяє учням та студентам уявити тонку структуру атомного ядра і наглядно пояснити цілий ряд явищ, відомих з фізики - природу ядерних сил, квантовий характер процесів та "заборонені" рівні оболонок. Використання пропонованої моделі в якості наочного приладдя підвищує засвоюваність лекційного матеріалу при вивченні курсу "Атомна фізика" учнями старших класів та студентами вищих учбових закладів. Відомі моделі візуалізації структури атома. В першій четверті 20-го століття (1911р) Ернстом Резерфордом та його учнями Гейгером та Марсденом було встановлено, що атом не є неподільною одиницею речовини, а складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженої електронної оболонки [П.С.Кудрявцев "Курс історії фізики", М. Просвещение, 1982р. с.353355]. В результаті проведених експериментів Резерфорд запропонував розглядати атом як планетарну систему, що складається з ядра та електронів, які рухаються певними орбітами навколо ядра аналогічно планетам нашої Сонячної системи. Така планетарна модель не пояснює стабільності атомної структури з точки зору класичної механіки та класичної електродинаміки. Для пояснення явища стабільності атомної структури в 1913р Нільс Бор сформулював основоположний постулат: - атом (і всяка атомна система) може знаходитися не у всіх можливих станах, а тільки в деяких вибраних (квантових) станах. В цих станах атом не випромінює енергію, тому такі стани називають стаціонарними [див. там же – с.353-365]. Що відбувається з атомною системою в процесі переходу від одного стаціонарного стану до іншого модель атома Бора відповіді не дає. У 1923-1924 роках Луї де Бройль висунув та розвинув теорію про хвильові властивості речовини, яка пояснювала двояку природу світла, коли в одних умовах (інтерференції та дифракції) світло проявляє свою хвильову природу електромагнітного поля, а в інших умовах (фотоефекту) світло веде себе як мікрочастка речовини. Луї де Бройль використав свою теорію хвиль речовини для наглядного тлумачення вищезгаданого постулата квантування Бора, але не міг пояснити, чому хвиля-електрон не випромінює енергію в навколишнє середовище. У 1925р Уленбек та Гаудсміт ввели поняття про момент кількості обертового руху електрона на основі експериментів Штерна, Герлаха, Ейнштейна, де Гааза та Барнета. Суть цієї моделі полягає в тому, що електрон, як частка атомної системи, має власний або внутрішній механічний момент кількості руху, який викликається обертанням електрона навколо самого себе (навколо локальної осі електрона) неначе дзига. Цей власний момент кількості обертового руху стали називати спіном (від англ. - to spin вертітися, як веретено). У 1927р Гейзенберг сформулював принцип невизначеності, згідно з яким в природі об'єктивно не існує станів субатомних часток з точно визначеними їх координатами та властивостями (імпульсами). З цієї точки зору електронна оболонка навколо ядра в моделі атома являє собою "розсіяну" в тривимірному просторі мікрокосму хмаринку, що охоплює ядро атома, а розташування електронів в таких оболонках можна визначити тільки з відповідною ймовірністю. В 1932р Дж.Чедвіком було відкрито, що ядро атома не є суцільною речовиною, а складається з окремих елементарних часток - протонів та нейтронів, які отримали назву нуклонів. Як і електрони, протони та нейтрони також мають відповідний спін, що підтверджує наявність їх обертання навколо своєї локальної осі. В 1964р фізиками Мелл-Ганном та незалежно від нього Цвейгом була запропонована модель, в якій нуклони (протони та нейтрони) складаються з більш фундаментальних часток, які за пропозицією МеллГанна були названі кварками [див., наприклад, Окунь Л.Б. a b g ... Z (Элементарное введение в физику элементарных частиц) - М. Наука. 1985р. с.37]. Розрізняють шість видів кварків, які позначають латинськими буквами u, d, s, c, b, t. Згідно сучасної кваркової моделі протон складається з двох u-кварків та одного d-кварка. Нейтрон складається з одного u-кварка та двох d-кварків. Таким чином, загальновідома модель атома являє собою планетарну систему з розподіленим у тривимірному просторі ядром та електронними оболонками. Електронні оболонки та ядро скріплюються за рахунок електричних полів. Ядро атома складається з нуклонів, об'єднаних між собою ядерними силами, фізична природа яких досі невідома. Нуклони в свою чергу складаються з кварків, які ніколи не покидають меж нуклонів - явище, що отримало спеціальну назву - конфайнмент (від англ. confinement - одиночне ув'язнення). В учбовій літературі згадуються також преони - найдрібніші елементарні частки, з яких складаються кварки, електрони та інші "неелементарні" частки [див. Д.В.Сивухін "Общий курс физики. Т.5, 4.2, Атомная физика" с. 399, М. МФТИ, 1987р.]. Недоліком такої моделі є її функціональна неповнота, яка не дозволяє пояснити принцип будови та фундаментальні властивості матерії - гравітацію, інерцію та дуалізм де Бройля. В такій моделі відсутня інформація про просторову структуру та фізичну природу взаємодії складових частин атомного ядра. Найбільш близькою до пропонованої є модель атома у формі асиметричного пульсуючого куле-вихорового організму-тіла (о-т), розташованого в просторі, що складене з силових ліній о-т нуклонів (протонів та нейтронів), скріплене взаємодіючими о-т гравітонами, об'єднаними в вихорову трубку, вісь якої проходить через центр о-т та закінчується на протилежних поверхнях кулі вихоровими горловинами: передньою (лицьовою) та задньою (донною) з одностороннім право- або лівонаправленим обертанням навколо осі вихорової трубки, що створює гіроскопічний ефект і фіксує положення плоті його тіла в просторі при поступальному переміщенні в об'ємі останнього, і циклонічним (спіралевидним) рухом в той бік, в який розвернута вісь передньої вихорової горловини [див. патент РФ №2004134047 "Модель атома", МКл. G09B2/06, дата публікації 05.10.2006р, заявка №2004134047/06]. Недоліком цієї моделі є її недостатня логічна стрункість, невизначеність місця кварків в структурі нуклонів та використання гіпотетичних часток - гравітонів, які експериментально не виявлені. Крім того, відома модель частково враховує вплив гіроскопічних ефектів на атомному рівні, а тому не здатна пояснити фізичну природу гравітації, квантовий характер процесів, наявність "заборонених" рівнів оболонок та явище стабільності структури атома, атомного ядра та його складових. Метою пропонованої моделі є врахування законів гіродинаміки на рівні атомних структур в релятивістських умовах руху елементарних часток - складових атома та атомного ядра для наглядного пояснення принципів будови матерії на субатомному рівні на базі тривимірної фізичної моделі. З цією метою модель для візуалізації структури атома у формі асиметричного, розташованого в тривимірному просторі вихорового тіла, що містить елементарні частки у вигляді електронів, кварків та нуклонів, розташованих з можливістю обертання навколо своїх локальних осей у складі вихорових оболонок, кожна з яких розподілена навколо відповідної центральної осі, згідно пропозиції, удосконалена таким чином, що кожна елементарна частка містить вісь прецесії, яка разом з локальною віссю та центральною віссю вихорової оболонки утворюють систему гіро-осей (СгО) для забезпечення комплексного руху елементарної частки. У пропонованій моделі, згідно пропозиції, кожна елементарна частка виконана у формі циклонічної структури (ЦС), що включає в себе вихорові оболонки (ВО) таким чином, що ЦС ядра включає в себе нуклонну вихорову оболонку, ЦС нуклона включає в себе кваркову вихорову оболонку, ЦС кварка включає в себе преонну вихорову оболонку і так до ЦС субатомної елементарної частки рівня і-n, яка включає в себе вихорову оболонку, утворену Нульовою Точкою (НТ) в відповідності до рекурсивного співвідношення виду: ЦСі Ê СгОі-1; N ЦСі U BO i-1, j ; j=1 СгОі = СгОі-1 ´ V i ; ЦСі-n -1 Ê HT ´ e jwkt ; iwkt = 1 - математичний оператор де Vі - вектор швидкості переміщення навколо центру вихорової оболонки; e обертання з частотою wk комплексного аргумента j; e=2.71828... ірраціональне число – основа натурального логарифма, j=(-1)1/2 - уявна одиниця. У пропонованій моделі, згідно пропозиції, кожна елементарна частка (ЕЧ) встановлена з можливістю виконання прецесійних та нутаційних гіродинамічних коливань з частотою W , які зумовлюють квантовий характер перехідних процесів в атомних системах та визначаються із співвідношення I ^ W 2 cos a - I W w + RFr = 0, I - момент інерції ЕЧ відносно локальної осі, w - кутова де I ^ - момент інерції ЕЧ відносно осі прецесії, швидкість обертання ЕЧ навколо локальної осі, Fr - релятивістська інерційна сила, що діє на ЕЧ, R -відстань від центру мас ЕЧ до локальної осі, a - кут нахилу локальної осі відносно осі прецесії. У пропонованій моделі згідно пропозиції на кожну елементарну частку з масою спокою m0 в межах відповідної вихорової оболонки діють релятивістські інерційні сили (РІС) Fr, що визначаються як -1/ 2 ï ì ü ï 2 Fr = n 2 m0 íæ 1 - (V i + n j ) / c 2 ö ç ÷ ý / rj j ø ïè ï î þ де V i - вектор швидкості переміщення елементарної частки вздовж вихоровій оболонки, n j - вектор швидкості кругового руху елементарної частки, rj - радіус траєкторії кругового руху; с - швидкість світла у вакуумі. У пропонованій моделі, згідно пропозиції, на кожен нуклон відповідної вихорової оболонки атомного ядра діє інерційна сила Коріоліса Fg, що проявляється як сила гравітації, причому Fg = (2 / 3 )2 mp cWp де mр - маса спокою протона; с - швидкість світла у вакуумі; W p - кутова швидкість прецесії нуклона. Крім того, у пропонованій моделі, згідно пропозиції, елементарні частки обмінюються енергією між собою та з атомами зовнішнього середовища через фізичний вакуум з вихоровими диполями, що складаються з пари елементарних часток, які мають протилежні електричні заряди та обертаються навколо центру, розташованого між негативно зарядженою елементарною часткою та позитивно зарядженою елементарною часткою. Між суттю пропонованої моделі та досягнутою метою існує безпосередній причинно-наслідковий зв'язок. Загальновідомо, що хімічні речовини складаються з атомів; атоми складаються з електронів та нуклонів, які утворюють просторову структуру у вигляді вихорової субстанції оболонок. Використовуючи метод індукції можна стверджувати, що всі просторові структури на субатомному рівні мають аналогічну повторювану структуру, яка обумовлюється одним і тим же чинником. Інакше кажучи, матерія мікрокосму побудована на основі вложеної структурної рекурсії, коли структура складової частини системи повторює структуру тієї системи, куди вона входить - від атомного ядра і аж до рівня фізичного вакууму. Відомо також, що при складному обертовопрецесійному рухові матеріального тіла виникає прискорення Коріоліса, орієнтація якого є перпендикулярною до векторів лінійної та кутової швидкостей, а напрям вектора прискорення визначається відомим правилом М. Жуковського [Н.Е.Жуковский. "Кинематика, Статика, Динамика точки" Москва, ОборонГиз, 1939р. - с 67,68]. Під дією прискорення Коріоліса в атомі виникають інерційні сили, які в класичній механіці отримали назву сил Коріоліса. Ці сили на макро-рівні викликають специфічні гіродинамічні ефекти, наприклад, прецесію та нутації полюсів планети Земля, які частково вивчаються в рамках теорії симетричного гіроскопа. Оскільки складові частки атома мають відповідну масу спокою, то в процесі їх руху з субсвітловими швидкостями в межах відповідних вихорових оболонок виникають релятивістські інерційні сили та сили Коріоліса у відповідності до спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Ці релятивістські сили тим більші, чим ближче швидкість елементарних часток наближається до швидкості світла. Тому в пропонованй моделі ці релятивістські сили та закони гіродинаміки враховані в фізичній моделі поруч з принципом невизначеності Гейзенберга з метою наглядного пояснення учням та студентам природи стабільності атомних систем та квантового характеру процесів в атомних системах. На Фіг.1 зображена модель хімічного елемента водню, що пояснює принцип візуалізації внутрішньої будови атому. На Фіг.2 зображена конструкція вихорової оболонки з системою гіро-осей. На Фіг.3 зображена нуклонна вихорова оболонка. На Фіг.4 зображена конструкція циклонічної структури протона. На Фіг.5 зображена кваркова вихорова оболонка. На Фіг.6 зображено конструкція циклонічної структури кварка. На Фіг.7 зображена просторова структура вихорового диполя. На Фіг.8 зображені прецесійні та нутаційні гіродинамічні коливання локальної осі елементарної частки. На Фіг.9 показано типовий вигляд вихорової оболонки в стаціонарному стані. На Фіг.10 зображено процес квантового переходу. На Фіг.11 зображено схема, що пояснює принцип продукування релятивістських інерційних сил. На Фіг.12 зображено процес розпаду вихорового диполя на позитрон та електрон під дією гамма-кванту. На Фіг.13 зображено процес розпаду вихорового диполя на фотони під дією гамма-кванту. Принцип візуалізації структури атома показаний на Фіг.1 на прикладі моделі хімічного елемента водню у формі асиметричного тіла 1, виконаного з прозорого пластика, що складається з одного елемента 2, що імітує електрон, одного елемента 3, що імітує протон, та одного елемента 4, що імітує нейтрон. Модель атома водню розташована в тривимірному просторі 5. В подальшому, для скорочення опису, всі назви складових елементів моделі, що імітують відповідні елементарні частки атома, носять назви цих елементарних часток. Крім електронів 2, протонів 3 та нейтронів 4, атом 1 містить субелементарні частки у вигляді кварків 6, 7 у складі протона 3 та нейтрона 4 (див. також Фіг.4). Електрон 2 містить локальну вісь 8, навколо якої він має можливість обертатися. Нуклони (протон 3 та нейтрон 4) мають локальні осі 9 обертання. Електрон 2 знаходиться в атомі 1 в межах електронної вихорової оболонки 10, яка на Фіг.1 показана фрагментарно. Протон 3 та нейтрон 4 розташований у межах відповідних нуклонних вихорових оболонок 11, 12. Вихорові оболонки 10, 11, 12 розподілені навколо центру 13 тіла атома 1. На Фіг.2 окремо показано конструкцію електронної вихорової оболонки 10, в межах якої розташований електрон 2. Зовнішня форма електрона 2 на Фіг.2 вибрана у формі кульки. Характерною відмінністю пропонованої моделі є наявність осі прецесії 14 у електрона 2. Вихорова оболонка 10 містить центральну вісь 15, яка разом з локальною віссю 8 обертання та віссю прецесії 14 електрона 2 утворюють систему гіро-осей 15_14_8 вихорової оболонки 10. Приставка "гіро" у цьому випадку підкреслює той факт, що всі перераховані вище осі (15_14_8) забезпечують обертово-прецесійний рух елементарної частки 2 (електрона) в межах вихорової оболонки 10. При цьому вісь прецесії 14 електрона 2 знаходиться на відстані А від центральної осі 15 вихорової оболонки 10. Локальна вісь 8 електрона 2 розташована на відстані R від осі прецесії 14, а зовнішня поверхня електрона 2 розташована на відстані г від локальної осі 8. Електрон 2 містить точки b,d полюсів аналогічно тому, як планета Земля має Північний та Південний полюси. Ці точки b,d в пропонованій моделі мають назву полюсних точок, які належать локальній осі 8 і одночасно розташовані на поверхні електрона 2. Конструкція вихорової оболонки 10 виконана із прозорого пластику тороїдальної пустотілої форми, всередині якої встановлено кулеподібну пластикову імітацію електрона 2, що кріпиться в точці d до поверхні вихорової оболонки. Електрон 2 встановлено з можливістю обертання навколо осей 8 та 14. Вихорова оболонка 10 встановлена на осі 15 з можливістю обертання навколо неї на опорі 16. На поверхні вихорової оболонки 10 розташована крива 17 траєкторії руху полюсної точки b електрона 2. На Фіг.3 показана конструкція нуклонної вихорової оболонки 11, яка містить протон 3 у формі краплі або дзигоподібного тіла. У відповідності до запропонованої моделі протон 3 на Фіг.3 містить додаткову вісь прецесії 18 протона 3. Вихорова оболонка 11 розподілена навколо центральної осі 19, яка разом з локальною віссю 9 протона та з віссю прецесії 19 протона 3 утворює систему гіро-осей 19_18_9 вихорової оболонки 11 для забезпечення комплексного руху протона 9 в межах нуклонної вихорової оболонки 11. При цьому вісь прецесії 18 знаходиться на відстані А' від центральної осі 19 вихорової оболонки 11. Локальна вісь 9 протона 3 розташована на відстані R' від осі прецесії 18, а зовнішня поверхня протона 3 розташована на відстані r' від локальної осі 9 протона 3. Протон містить також полюсні точки b,d, які належать локальній осі 9 і розташовані на полюсах поверхні протона 3. Система гіро-осей 19_18_9 нуклонної оболонки 11 на Фіг.3 є аналогом системи гіро-осей 15_14_8 електронної оболонки 10 на фіг.2. Конструкція вихорової оболонки 11 виконана із прозорого пластику тороїдальної пустотілої форми, всередині якого встановлено краплевидну пластикову імітацію протона 3, що кріпиться в точці d до поверхні вихорової оболонки 11. Протон 3 встановлено з можливістю обертання навколо осей 9 та 18. Вихорова оболонка 11 встановлена на осі 19 з можливістю обертання навколо неї на опорі 20. На поверхні вихорової оболонки 11 розташована крива 17 траєкторії руху полюсної точки b протона 3. Аналогічну конструкцію має вихорова оболонка 12 нейтрона 4. При цьому радіус вихорової оболонки 12 (відстань А" від центральної осі вихорової оболонки 19 до осі прецесії 18) є дещо більшим від радіуса А' вихорової оболонки 11 протона на фіг.3. Група вихорових оболонок 11,12 утворюють разом на Фіг.1 вихорово-оболонкову циклонічну структуру (ЦС) ядра 21 шляхом нанизування їх на вихорову трубку 22, що надає поверхні ядра 21 форми ускладненого тороїда з внутрішньою вихоровою трубкою 22, що пронизує тіло ядра 21 і утворює в ньому верхню та нижню вихорові горловини 23. Модель ядра 21 набирається шляхом нанизування вихорових оболонок 11, 12 (показаних на Фіг.3) разом з вихоровою трубкою 22 на центральну вісь 24 ядра, яка розташована на опорі 25. Модель ядра атома 21 встановлено на опорі 25 з можливістю обертання навколо осі 24. У відповідності до принципу невизначеності Гейзенберга положення атома 1 в просторі 5 може бути довільним, тому поняття "нижня горловина", "верхня горловина" є цілком відносними, а поросторове положення атома 1 можна вказати тільки з деякою мірою ймовірності. У відповідності до пропонованої моделі другою характерною особливістю атома 1 є типовий характер циклонічної структури (ЦС) усіх елементарних часток 2,3,4,6,7- складових атома. На Фіг.4 показана конструкція протона 3 у формі краплі, яка складається з групи кваркових вихорових оболонок 26, 27. Вихорова оболонка 26 містить один (нижній) d-кварк 6. Вихорові оболонки 27 містять два верхніх u-кварки 7. Кожен кварк 6,7 має вісь 28 прецесії та локальну вісь 29. Вихорові оболонки 26, 27 нанизані на вихорову трубку 30, що пронизує наскрізь циклонічну структуру протона 3. Локальна вісь 9 протона встановлена 3 на опорі 31 та забезпечує обертання конструкції протона 3 навколо локальної осі 9. На Фіг.5 показана конструкція окремої кваркової вихорової оболонки 26 з d-кварком 6. Роль центральної осі для вихорової оболонки 26 відіграє локальна вісь 9 елементарної частки вищого рівня - в даному випадку протона 3. Вісь прецесії 28, локальна вісь 29 кварка 6 та центральна вісь 9 вихорової оболонки 26 утворюють систему гіро-осей 9_28_29. В результаті система гіро-осей 9_28_29 вихорової оболонки 26 на Фіг.4 та Фіг.5 нижчого рівня - кварка 6 (7) є продовженням аналогічної по своїй структурі системи гіро-осей 19_18_9 вихорової оболоки 11 вищого рівня - протона 3 на Фіг.3. Конструкція вихорової оболонки 26 на Фіг.5 виконана із прозорого пластику тороїдальної пустотілої форми, всередині якого встановлено краплевидну пластикову імітацію кварка 6 з осями 28, 29, що кріпиться в відповідній полюсній точці d до поверхні вихорової оболонки 26. Кварк 6 встановлено з можливістю обертання навколо осей 28 та 29 одночасно. Вихорова оболонка 26 встановлена на осі 9 з можливістю обертання навколо неї на опорі 31. На поверхні вихорової оболонки 26 розташована крива 17 траєкторії руху полюсної точки b кварка 6. Аналогічну конструкцію має вихорова оболонка 27 u-кварка 7, яка виконана в два рази більшою за вихорову оболонку кварка 6. Імітація нейтрона 4 на Фіг.1 має конструкцію, аналогічну конструкції протона на Фіг.4. Нейтрон 4 має таку ж циклонічну структуру, що і конструкція протона на Фіг.4, але одна вихорова оболонка 27 (середня) містить один dкварк 6, який на фіг.4 позначений позицією 7(6). На фіг.6 показана в збільшеному масштабі конструкція циклонічної структури кварка 6, що повторює структуру протона 3 на Фіг.4. Конструкція кварка 6 на Фіг.6 містить вихорові оболонки 32. В межах відповідної оболонки 32 розташовані елементарні частки 33 нижчого рівня преони. Кожен преон 33 містить вісь прецесії 34 та локальну вісь 35. Локальна вісь 29 кварка відіграє функцію центральної осі вихорових оболонок 32. Вісь прецесії 34, локальна вісь 35 преона разом з центральною віссю 29 вихорової оболонки 32 кварка 6 утворюють систему гіро-осей 29_34_35 преонної вихорової оболонки 32. Наявність осі прецесії 28 кварка 6 на Фіг.6 дозволяє відхилятися його локальній осі 29 в просторі на відповідну кутову величину тілесного кута a , в результаті чого кварк 6 разом з вихоровими оболонками 32 та локальною віссю 29 отримує можливість коливатися, а кваркова вихорова оболонка 26 на фіг.6 по величині є дещо більшою за найбільшу преонну вихорову оболонку 32' за рахунок наявності явища прецесії його локальної осі 29. При цьому крайні положення локальної осі кварка 6 показані на Фіг.6 як 29 та 29'. Конструкція циклонічної структури кварка на Фіг.6 виконана із прозорого пластика каплевидної пустотілої форми, всередині якої встановлені тороїдальні моделі преонних вихорових оболонок 32 нанизані на локальну вісь 29, яка закріплена в опорі 36. Всередині кожної преонної оболонки 32 встановлено краплеподібну пластикову імітацію преона 33, що кріпиться до поверхні вихорової оболонки 32. Конструкція кварка 6 встановлено з можливістю обертання навколо осі 28 на опорі 36. Таким чином, просторові утворення елементарних часток на субатомному рівні мають у пропонованій моделі повторювану циклонічну структуру. Таку повторюваність можна розглядати як вкладену структурну рекурсію, коли структура вищого рівня - (ядра) повторюється в структурі його складової частини (нуклона) і навпаки. Така вкладеність структур на атомному рівні є універсальним принципом та простягується від структури атомного ядра, аж до рівня фізичного вакууму. Для демонстрації універсального принципу вкладеності вихорових структур на фіг.7 зображено конструкцію вихорового диполя (ВД) 37. Вихоровий диполь 37 містить один електро-негативно заряджений елемент 38 та один електро-позитивно заряджений елемент 39, розташовані на однаковій відстані від центральної осі 40 вихорового диполя 37. ВД 37 пронизує наскрізь вихорова трубка 41. Така структура ВД 37 має високу стабільність, що суттєво відрізняє його властивості від відомої структури позитронія, у якого електрон рухається навколо позитрона, що розташований в центрі такої субатомної структури. Конструкція вихорового диполя 37 виконана із прозорого пластика у формі пустотілої кулі, всередині якої розташований пластиковий аналог вихорової трубки 41. Всередині ВД 37 в спільній вихоровій оболонці розміщені кульки 38 та 39, що імітують електрично заряджені елементарні частки. Вихоровий диполь 37 встановлено з можливістю обертання навколо осі 40. Центральна вісь 40 закріплена в штативі 42. Повторювану структуру гіро-осей "локальна вісь - вісь прецесії -центральна вісь" у пропонованій моделі прийнято називати "системою гіро-осей" (СгО) відповідної вихорової оболонки. Таку закономірність будови елементарних часток для студентів вищих учбових закладів можна записати за допомогою рекурсивного співвідношення наступного виду: ЦС і Ê СгОі-1 - циклонічна структура вищого рівня включає щонайменше одну СгО вихорової оболонки нижчого рівня; N ЦСі U BO i-1 j , j=1 - ЦС вищого рівня і утворена об'єднанням групи із N вихорових оболонок, в межах яких рухаються елементарні частки нижчого рівня і-1. СгОі = СгОі -1 ´ V i ; - СгО вищого рівня утворена шляхом переміщення СгО нижчого рівня з субсвітловою швидкістю V i ; ЦСі-n-1 найнижчого рівня і-n-1 по аналогії утворюється обертанням елементів, які мають мінімально можливі розміри в тривимірному просторі 5. В математиці існує добре відомий об'єкт з мінімальними розмірами - точка, яка являє собою одиничний елемент фізичного нуль-вимірного простору, тому в пропонованій моделі найдрібніший об'єкт мікрокосму названо "Нульовою Точкою". Таким чином, за допомогою пропонованої моделі учням середньої школи можна наглядно пояснити, що будова матерії на рівні мікрокосму основана на принципі російської іграшки матрьошки, але з тією різницею, що всередині чергової внутрішньої матрьошки розташовано декілька її менших сестричок-матрьошок, які виконують "хоровод" навколо системи гіро-осей. При цьому всередині "найменшої" матрьошки знаходиться Нульова Точка, що не стоїть на місці, як математична точка, а обертається сама навколо себе. Модель функціонує наступним чином. Запропонована модель використовується на заключному етапі вивчення розділу "Атомна Фізика" навчальної програми. При поясненні студентам та учням будови атома на основі запропонованої моделі слід підкреслити, що елементарні частки 2, 3, 4, 6, 7 рухаються в межах відповідних оболонок 10, 11, 12, 26, 27 згідно відомого принципу невизначеності Гейзенберга, який проголошує, що в тривимірному просторі є справедливим наступне співвідношення: Dr * DR = DT * DE = DT * Dr * F ³ h, (1) Dr -зміна координат елементарної частки; DR - зміна величини імпульсу руху елементарної частки; DT де проміжок часу руху елементарної частки; DE - зміна енергії елементарної частки; F- інерційна сила, що діє на елементарну частку; h=6.62*10-27 [ерг]*[сек.] - постійна планка. В зв'язку з цим елементарні частки в процесі руху в складі атома утворюють в тривимірному просторі 5 "розмазану" вихороподібну оболонку-субстанцію. При цьому об'єктивно існує детермінована ймовірність розташування елементарної частки 2, 3, 4, 6, 7 у відповідній вихоровій оболонці 10, 11, 12, 26, 27. Ймовірність розташування елементарної частки 2, 3, 4, 6, 7 задається мірою р, яка визначається законом розподілу ймовірностей розташування елементарної частки в тривимірному просторі 5. В результаті цього об'єктивного факту кожна елементарна частка 2, 3, 4, 6, 7 може знаходитися в якій завгодно точці простору 5 з відповідною ймовірністю рe(x,y,z) ¹ 0, але ймовірність pво(x,y,z) розташування елементарної частки в центральній області відповідної вихорової оболонки 10, 11, 12, 26, 27 є максимальною і набагато більшою pе(x,y,z), тобто рво(x,y,z) >> рe(x,y,z). Ця ймовірність рво(x,y,z) центральної частини вихорової оболонки створює математичне очікування траєкторії руху відповідної елементарної частки 2, 3, 4, 6, 7 у відповіднй вихоровій оболонці 10, 11, 12, 26, 27. В відповідності до цього фундаментального принципу електрон 2 утворює електронну вихорову оболонку 10, протон 3 в межах ядра 21 утворює розподілену в тривимірному просторі 5 нуклонну вихорову оболонку 11, нейтрон 4 утворює нуклонну вихорову оболонку 12, а вихорові оболонки 11 та 12 в сукупності утворюють циклонічну структуру (ЦС) ядра 21. В процесі комплексного обертово-прецесійно-нутаційного руху протон 3 утворює елементарну гіродинамічну систему (ЕГС) нуклонної оболонки 11, що представлена на Фіг.3, яка функціонує завдяки наявності системи гіроосей 19_18_9 та забезпечує обертання протона З навколо своєї локальної осі 9 з одночасним переміщенням протона 3 по замкнутій траєкторії навколо центральної осі 19 вихорової оболонки 11 з одночасною прецесією локальної осі 9 навколо осі прецесії 18 протона 3. Наявність осі прецесії 18 (14, 28) відповідної елементарної частки – 3 протона), 2 (електрона), 6 (кварка) в запропонованій моделі не є суб'єктивним припущенням, а пояснюється об'єктивними закономірностями обертового руху матеріальних тіл. Так в відповідності до законів гіродинаміки краплевидний протон 3 в межах вихорової оболонки 11 поводить себе, як тіло симетричного гіроскопу (дзиги), що обертається навколо своєї локальної осі 9. Для підтвердження цього факту конструкцію циклонічної структури протона 3, виконану у відповідності до Фіг.4, необхідно встановити на горизонтальній гладкій поверхні (стола) і розкрутити навколо локальної осі 9, як дзигу. При цьому локальна вісь 9 не стоїть строго вертикально, а коливається навколо осі прецесії 18. Цей об'єктивний факт дає можливість точно описати особливості комплексного руху протона 3 в математичних термінах. Кінцевий вигляд рівняння, яке зв'язує частоту w обертання протона 3 навколо локальної осі 9 і кутову швидкість W прецесії навколо осі прецесії 18 приведений нижче: I ^ W 2 cos a - I Ww + R' F = 0 (2) I - момент інерції протона 3 відносно локальної де I ^ - момент інерції протона 3 відносно осі прецесії 18; осі 9; F - інерційна сила, що діє на протон 3; R' - відстань від центру мас с протона 3 до локальної осі 9; a - кут нахилу локальної осі 9 відносно осі прецесії 18 на Фіг.3. В умовах приведеного вище експерименту роль I є характеристикою, яка відображає інерційної сили F у виразі (2) відіграє сила тяжіння. Момент інерції I ^ , властивість матеріального тіла (елементарної частки) підтримувати постійний рівномірний обертовий рух навколо відповідної локальної осі 8, 9 або 29. Кожна елементарна частка обертається навколо відповідної локальної осі з імовірністю, рівною одиниці, бо вона має відповідний запас енергії обертання, що визначається її спіном. Тому вираз (2) є справедливим для усіх видів елементарних часток 2, 3, 4, 6, 7, а відповідна елементарна частка може мати безліч моментів інерції. Квадратне рівняння (2) має два рішення відносно кутової швидкості прецесії W . При цьому менше по величині значенння кутової швидкості W p прецесії визначається як: 1/ 2 ì 2 ö ü æ ï ï W p = íI w - ç æ I w ö - 4R' FI ^ cos a ÷ ý /(2FI ^ cos ÷ ÷ ï çç è ø ï ø þ è î (3) Вираз (3) визначає кутову швидкість W p прецесійного руху локальної осі 9 по конусній поверхні 43 навколо осі прецесії 18 на Фіг.3. Аналогічно вираховується значення кутової швидкості W p для решти елементарних часток у складі атома 1. Рух локальної осі 9 протона 3 на Фіг.3 з кутовою швидкістю W p навколо осі прецесії 18 накладається на поступальний рух протона з субсвітловою швидкістю V навколо центральної осі 19 вихорової оболонки 11, в результаті чого полюсна точка b протона 3 описує в тривимірному просторі 5 прецесійну траєкторію 17 гіродинамічних коливань локальної осі 9 протона 3 на Фіг.3. На Фіг.3, та на фігурах 8 і 9 показано форму гіродинамічних коливань 17 в стаціонарному стані вихорової оболонки 11 протона 3. Характерною особливістю пропонованої моделі на Фіг.3 є те, що в стаціонарному (не збудженому) стані за один оберт протона 3 навколо центральної осі 19 кількість прецесійних коливань 17 відповідає цілому числу. Для прикладу на Фігурах 3,8,9 показано вісім прецесійних циклоїдальних коливань 17. Більше по величині значення W n вираховується як: 1/ 2 ü ì 2 ö æ ï ï ö ï ï ÷ çæ Wn = íI w + çç I w÷ - 4R' FI ^ cos a ÷ ý / (2FI ^ cos a) ÷ ç ÷ çè ø ï ï ø è ï ï þ î (4) і визначає додаткову (вищу) кутову швидкість руху локальної осі 9 протона 3 навколо осі прецесії 18. В результаті цього виникають так звані нутації, тобто відносно невеликі "кивання" локальної осі 9 протона в напрямку до його осі прецесії 18 та від неї, в результаті чого локальна вісь 9 протона рухається неначе по хвилеподібній поверхні просторового конуса 43 на Фіг.3. Проміжне положення локальної осі протона 3 в процесі прецесійного руху показано на Фіг.3 позицією 9'. Аналогічно вираховується значення кутової швидкості W n для решти елементарних часток у складі атома 1. На Фіг.8 показані можливі форми нутаційних коливань траєкторії руху полюсної точки b елементарної частки - циклоїдальні нутаційні коливання 44, петлевидні нутаційні коливання 45 та хвилевидні нутаційні коливання 46, що накладуються на прецесійні коливання 17 локальної осі 9 протона 3. Такі форми (44, 45, 46) нутаційних коливань відомі з курсу теорії симетричного гіроскопа. Таким чином, локальні осі елементарних часток виконують нутаційний рух, в результаті чого виникає явище резонансу, яке визначає квантовий характер процесів в атомних системах та наявність заборонених рівнів. З точки зору гіродинамічної моделі руху протона 3, що описується рівнянням (2), такий складний рух елементарної частки (протона 3) призводить до того, що кількість нутаційних коливань у стаціонарному стані вихорової оболонки 11 вкладається в одне прецесійне коливання ціле число разів, тобто: (5) W n = NW p де N=1,2, 3 ...- ціле число. Нестабільний стан вихорової оболонки 11 виникає під дією зовнішніх чинників, в результаті чого число нутаційних коливань не є кратним цілому числу, що викликає появу гіродинамічних сил, які примушують відповідну елементарну частку переходити на інший рівень балансу нутаційних та прецесійних коливань. Аналогічні гіродинамічні процеси відбуваються у всіх інших вихорових оболонках 10, 12, 26, 27, 32. На Фіг.9 показано вигляд вихорової оболонки 11 в стаціонарному стані (змодельований на компьютері без врахування нутаційних коливань), якщо дивитися в напрямку стрілки В на Фіг.3. В цьому стаціонарному стані полюсна точка b протона 3 рухається вздовж циклоїдальної траєкторії 17 прецесійних коливань, а поверхня рухомого протона 3 утворює зовнішню верхню поверхню 47, внутрішню верхню поверхню 48, внутрішню нижню поверхню 49 та зовнішню нижню поверхню 50 вихорової оболонки 11. Виходячи з принципу невизначеності Гейзенберга елементарна частка 3 (протон) існує в кожній точці вихорової оболонки 11 одночасно з відповідною ймовірністю рво. Точніше - протон 3 в процесі руху з субсвітловою швидкістю "розтягується", неначе комета, вздовж вихорової оболонки 11 так, що її "головна частина" доганяє "хвостову частину" протона 3, утворюючи просторову форму вихорової оболонки в стаціонарному стані на Фіг.9. Аналогічно рухається електрон 2 в електронній оболонці 10. Електрон 2 на Фіг.2 виконує обертання навколо своєї локальної осі 8 з одночасною прецесією навколо осі прецесії 14 і в процесі руху навколо центральної осі 15 породжує прецесійні гіродинамічні коливання 17 локальної осі 8. В стаціонарному стані за один оберт електрона 2 навколо центральної осі 15 виконується мінімально два прецесійних коливання 17, що відповідає першому квантовому числу. При цьому квантовий характер процесів в вихорових оболонках обумовлюється наявністю прецесійних коливань 17, нутаційних коливань 44... 46 та явища "розтягування" елементарної частки вздовж вихорової оболоки, яке безпосередньо випливає з принципу невизначеності Гейзенберга. Запропонована модель дає можливість наглядно пояснити перехідні процеси у вихорових оболонках, які відбуваються між двома квантовими станами. Для вивчення процесу переходу вихорової оболонки протона 3 із одного квантового стану в інший було проведено імітаційне моделювання на комп'ютері руху полюсної точки b протона 3 в вихоровій оболонці 11, результати якого показані на Фіг.10. Під дією на вихорову оболонку 11 кванта енергії 51 в деякий момент часу t (див. Фіг.9) в вихоровій оболонці 11 виникають перехідні гіродинамічні процеси, які розгладяються в рамках теорії симетричного гіроскопа. Результатом такої події можуть бути два наслідки, один з яких показано на Фіг.10. В одному випадку, при величині енергії кванта 51, недостатній для зміни умов прецесійного руху локальної осі 9, енергія кванта 51 тратиться на зміну форми нутацій, наприклад, на збільшення амплітуди нутаційних коливань 44 на Фіг.8. Стаціонарний стан прецесійних коливань 17 осі 9 протона 3 в вихоровій оболонці 11 при цьому не змінюється. Такий стаціонарний стан показано на Фіг.10 потовщеною пунктирною кривою 17. При достатній величині енергії кванта 51 в точці F на Фіг.10 параметри чергового збудженого перецесійного коливання 52 осі 9 протона 3 між точками F і G змінюються, що проявляється, наприклад, у зміні форми нутаційних коливань з циклоїдальної 44 на хвилевидну 46 (див. фіг.8). Тому в точці G на фіг.10 протон 3, що виконує збуджене прецесійне коливання 52, зіштовхується зі своєю "хвостовою частиною", яка формує попереднє стаціонарне коливання 17, так як "хвостова частина" протона 3 все ще існує в тій же точці G у відповідності до принципу невизначеності Гейзенберга. В результаті цього збуджене прецесійне коливання 52 "відскакує" від стаціонарного прецесійного коливання 17 (точніше -"головна частина" протона 3 відскакує від "хвостової частини" самого себе, як плоский камінь відскакує від поверхні води, коли його кинути під гострим кутом до поверхні). Чергове зіткнення збудженого прецесійного коливання 52 з попереднім стаціонарним коливанням 17 відбувається багаторазово в точках J аж до моменту часу t1 коли в точці К збуджене прецесійне коливання 52 зіткнеться зі своєю хвостовою частиною, тому що хвостова частина збудженого гіродинамічного прецесійного коливання протона 3 продовжує існувати в точці К в момент часу t1 згідно теорії Гейзенберга. За проміжок часу t1 елементарна частка 3 виконує один повний оберт навколо центральної осі 19 вихорові оболонки 11 (яка на Фіг.10 показана набагато тоншою, щоб не загромаджувати рисунок). Виконуючи наступний оберт навколо центральної осі 19 протон 3 наштовхується на самого себе багаторазово в точках L. В подальшому процес зіткнення елементарної частки самої з собою відбувається багаторазово до моменту, коли зіштовхування головної частини елементарної частки 3 (протона) зі своєю хвостовою частиною припиняється. Розрахунки свідчать, що такий процес зіштовхування є асимптотичним, в результаті чого наступним стаціонарним станом є прецесійна гіродинамічна хвиля 53 з десяти прецесійних коливань, що показана на Фіг.10 потовщеною суцільною лінією і відповідає квантовому числу 10. Аналогічно проходять перехідні гіродинамічні процеси в вихоровій оболонці 11 при зменшенні енергії елементарної частки 3. Таким же чином можна наглядно пояснити наявність заборонених рівнів решти елементарних часток. Отже, запропонована модель дає чітку та наглядну відповідь на питання, що відбувається у вихорових оболонках атомних систем між стаціонарними квантовими станами. На основі запропонованої моделі можна вияснити, як кожна елементарна частка в складі відповідної вихорової оболонки продукує релятивістські інерційні сили (РІС), що проявляються на субатомному рівні у вигляді ядерних та глюонних сил. Для пояснення явища прояву РІС на Фіг.11 показано фрагмент наклонної вихорової оболонки 11, що містить один протон 3. Протон 3 прецесує по замкнутій орбіті 54 навколо осі прецесії 18 в межах вихорової оболонки 11 зі швидкістю прецесії n . Проміжні положення протона 3 в процесі прецесійного руху показані на Фіг.11 пунктирною лінією як позиції 3', 3", 3'". У відповідності до принципу невизначеності Гейзенберга результатом прецесійного руху протона 3 є прецесійна оболонка 55, яка за розмірами є дещо більшою за розміри самого протона 3 через наявність прецесії локальної осі 9 протона, як це було показано на прикладі кварка на Фіг.6. Одночасно з прецесією навколо осі прецесії 18 протон 3 рухається поступально в напрямку стрілки D у вихоровій оболонці 11 зі швидкістю V по траєкторії 56. Результуюча швидкість руху протона 3 в різних точках оболонки 55 визначається векторною сумою V + n швидкості поступального та прецесійного рухів протона 3. Оскільки протон 3 рухається щонайменше з двома субсвітовими швидкостями одночасно, то на нього діють закони релятивістської механіки А. Ейнштейна (навіть при швидкостях, що дорівнюють одній десятій швидкості світла с). Зокрема, маса протона mр залежить від результуючої швидкості V+ n руху протона 3 наступним чином: 2 2 2 2 m v = m 0 / æ1 - (V + n ) / c ö = m 0 æ 1 - (V + n ) / c ö ç ÷ ç ÷ è ø è ø - 1/ 2 (6) n є векторними величинами. Оскільки V та n є векторними величинами, де m0 - маса спокою протона, а V та то їх квадрат суми ( V + n )2 в виразі (6) залежить від кута g між цими векторами, який визначається миттєвим місцезнаходженням протона 3 в межах прецесійної оболонки 55 на Фіг.11. В результаті цього релятивістська (R) маса протона в положенні 3' визначається як ( ) -1/ 2 m v1 = m0 1 - (V + n ) / c 2 , R - маса протона в положенні 3" визначається як 2 ( ) -1/ 2 m v 2 = m 0 1 - (V + n ) / c 2 , а R - маса протона в положеннях 3 та 3'" визначається як 2 ( ) -1/ 2 2 æ ö m v 3 = m v 4 = m0 ç 1 - V 2 + n 2 / c 2 ÷ , è ø причому m v1 > m v3 > m v2, величини V та n є скалярами, а в результаті - величина m v є функцією кута g . Оскільки протон 3 рухається замкнутою прецесійною траєкторією 54, то на нього діють відповідні відцентрові інерційні сили, що залежать від R - маси протона 3: ( F1 = m v 1n 2 / r = m0 n 2 / r 1 - (V + n ) / c 2 2 )) -1/ 2 ; -1/ 2 F2 = mv 2n2 / r = m0n 2 / r æ1 - (V - n )2 / c2 )ö ; ç ÷ è ø ( ( ) ) -1/ 2 F3 = F4 = m0 n 2 / r 1 - V 2 + n 2 / c 2 ) ; де r - середній радіус прецесійної траєкторії 54 на Фіг.11. Як видно з наведених вище формул, при субсвітлових значеннях швидкості руху елементарної частки сили F1,>F3,>F3 суттєво відрізняються одна від одної. Таким чином, запропонована модель дає змогу встановити, що на кожну елементарну частку j-гo виду з n масою спокою m0, яка рухається одночасно зі швидкістю Vі переміщення та з круговою швидкістю j прецесії, діє інерційна сила Fr: -1/ 2 ö æ 2 ÷ / rj Fr = ç n 2 m 0 æ1 - (V i + n j ) / c 2 ö ç ÷ ç j ÷ è ø è ø де rj - радіус кругової траєкторії; с - швидкість світла у вакуумі. В результаті цього виникає різниця сил F1 - F2, які діють на протилежні ділянки прецесійної оболонки 55 протона 3 (як і кожної елементарної частки в складі атома) перпендикулярно до векторів n та V . Дія цих сил на протон 3 в напрямку, перпендикулярному до вектора швидкості руху V, призводить до викривлення траєкторії руху 56 протона 3. При цьому радіус А' кривизни траєкторії руху протона 3 навколо центральної осі 19 на Фіг.11 вихорової оболонки 11 визначає величину відцентрової сили Fв, що діє на протон 3 в межах вихорової оболонки 11: ( ) -1/ 2 Fв = V 2 / A' m 0 1 - V 2 / c 2 . Відцентрова сила Fв врівноважується силами F2 – F1 тобто ( V 2 / A' m0 1 - V 2 / c 2 або ( ) -1 / 2 ( = m 0 n 2 / r 1 - (V + n )2 / c 2 ) 1/ 2 ( ) ) -1 / 2 - 1/ 2 ( - m 0 n 2 / r 1 - (V - n )2 / c 2 ( ) - 1/ 2 ) -1 / 2 - ( 1 - (V - n )2 / c 2 1 / A ' = (n / V )2 1 - V 2 / c 2 { 1 - (V + n)2 / c 2 } / r. Звідси отримуємо радіус А' кривизни траєкторії руху протона 3 в ядрі атома 1, який не залежить від маси спокою елементарної частки. Таким чином, запропонована модель дає змогу наглядно пояснити, як одному єдиному протонові в ядрі атома водню вдається рухатись з субсвітловою швидкістю замкнутою траєкторією в межах вихорової оболонки, та чому енергія не випромінюється за межі вихорових оболонок в стаціонарному їх стані. Наступний наслідок явища прояву РІС є невиконання принципу відносності Галілея при субсвітлових швидкостях руху матеріальних тіл, який проголошує: стан абсолютного спокою замкнутої системи неможливо відрізнити від стану системи, що рухається рівномірно та прямолінійно. Звідси випливає релятивістський принцип - при субсвітлових швидкостях рівномірного руху замкнутої системи, що обертається навколо своєї локальної осі, виникають релятивістські інерційні сили, які не спостерігаються в стані спокою цієї ж системи. Розрахунки свідчать, наприклад, що обертання суцільного кільця діаметром 0.1м та масою 0.1кг з кутовою швидкістю 6000об-1 при швидкості 200000000м/сек. викликає бокове зусилля Fr = 0.02 Н, а при швидкості поступального руху 299000000м/сек. бокове зусилля Fr зростає до величини 26 Н, тобто в 1300 разів. Для точного визначення величини радіуса А' вихорової оболонки 11 потрібно вирахувати інтегральну різницю сил в прецесійній оболонці 55 протона, проінтегрувавши величину m v по куту g . Наближення швидкості V+ n елементарних часток атома у відповідній вихоровій оболонці до величини V+ n =c швидкості світла збільшує величину РІС до нескінченності, що повністю узгоджується з властивостями ядерних та глюонних сил. Запропонована модель дає можливість пояснити, що елементарні частки атому - нуклони в складі ВО в процесі складного прецесійного руху - породжують інерційні сили Коріоліса, які проявляються як гравітація. Для пояснення цього факту запропонована модель дозволяє визначити силу Коріоліса f k, яка утворюється складним (прецесійно-обертовим) рухом нуклона, що прецесує зі швидкістю n , кратною швидкості світла с. Величину "елементарної" сили Коріоліса f k для одного нуклона в ядрі атома можна записати як fk = 2m p cW p , (7) де mр =1.667* 10-27 кг - маса протона; с - 3* 108м/сек - швидкість світла в вакуумі; W p - кутова швидкість прецесії локальної осі 9 протона, що визначається кутовою швидкістю w обертання протона навколо його локальної осі в відповідності до співвідношення (3). При цьому кутова швидкість W p зв'язана з величиною швидкості світла у вакуумі як W p =кс. Відомо також, що лінійна швидкість елементарних часток в тяжких ядрах досягає значення, яке дорівнює двом третинам швидкості світла. З врахуванням цього факту формулу (7) можна записати наступним чином: fk = (2/3)2mpc2, або fk = (4/9)*1.667*10-27*9*1016 = 6.668*10-11[кг]*[м]/[сек]2, тобто отримаємо величину f k, яка є чисельно рівною гравітаційній постійній G=6.67*10-11[м]3/([кг]3*[сек]2), що фігурує в законі всесвітнього тяжіння Ньютона. Таке "співпадіння" у пропонованій моделі є відображенням того факту, що сила Коріоліса є синонімом гравітаційної сили на атомному рівні. Оскільки принцип невизначеності Гейзенберга стосується також і інерційних сил (див. співвідношення (1)), то напрям вектора сили Коріоліса f k не можна вказати достеменно (з ймовірністю 1). З цієї точки зору інерційні сили Коріоліса на атомному рівні діють в усіх можливих напрямках з центра нуклона назовні, що можна представити в сферичній системі координат, де нуклон 3 розташований в центрі такої системи координат. Ймовірність рп дії сили Коріоліса у всіх напрямках рівномірна на основі принципу невизначеності Гейзенберга. Якщо охопити центр сферичної системи координат сферою радіуса R, то більший радіус сфери R, що охоплює нуклон 3, в центрі такої системи координат створює більшу площу поверхні сфери S = 4 p R2 - тим самим виникає менша ймовірність того, що вектор fk потрапляє на f елементарну площу s поверхні сфери радіуса R. Звідси випливає, що густина p розподілу ймовірностей рп дії сили Коріоліса на атомному рівні є функцією, обернено пропорційною площі поверхні S сфери і прямо пропроційною елементарній площі s, тобто fp = s / S = s / 4pR 2 = pr 2 / 4pR 2 , де r - радіус елементарної площі s. Оскільки маса М речовини пропорційна кількості нуклонів в ядрах атомів, то відомий закон всесвітнього тяжіння Ньютона записується тепер наступним чином: Fg = ( 2 / 3) 2 m p c 2Mm / R 2 ; де Fg - сила гравітаційної взаємодії двох матеріальних тіл, що мають відповідно маси М та m; R - відстань між центрами мас цих двох тіл; mр -маса спокою протона, що є складовою частиною цих тіл; с - швидкість світла у вакуумі, а постійна гравітації G=6.67*10 -11 Н*м2/кг2 у відомому законі всесвітнього тяжіння є густиною в функції розподілу ймовірностей дії сил Коріоліса у тривимірному просторі. Пропонована модель дає змогу пояснити, як елементарні частки обмінюються енергією між собою та з атомами зовнішнього середовища через фізичний вакуум. В 1932р. Андерсеном було експериментально виявлено існування антиматерії у формі позитрона (антиелектрона) в складі космічних променів. Гіпотетичне існування позитрона було теоретично доведено Діраком в 1931р. Будова матерії згідно принципу рекурсивної вкладеності дає змогу передбачити структуру та властивості часток мікрокосму - так званих айтеронів (від слова aiqhr - ефір грецькою), реальне існування яких не протирічить відомим законам будови елементарних часток. Тому у пропонованій моделі частки фізичного вакууму складаються з позитивно та негативно електрично заряджених елементарних часток (прото-позитрона 38 та прото-електрона 39), які утворюють циклонічну структуру рівня вакууму (див. Фіг.7). Складові 38, 39 айтерона 37 рухаються в межах вихорової оболонки 57 навколо спільного центру 58. При цьому з точки зору класичної квантової механіки електростатичні сили притягування прото-позитрона 38 до прото-електрона 39 врівноважуються відцентровими силами, які діють на частки диполя. З огляду на цей факт можна визначити розміри орбіти руху часток 38, та 39, масу айтерона та енергію зв'язку складових айтерона. Такі елементарні частки (айтерони) є електрично нейтральними та стабільними, так як їх скріплюють електростатичні сили та релятивістські інерційні сили. Запропонована структура елементів фізичного вакууму дає відповідь на питання, які виникають під час спостережень процесів гальмування гама-квантів у фізичному вакуумі. При такому гальмуванні виникає "нізвідки" пара електрон-позитрон та квант енергії нейтрино. З точки зору пропонованої моделі таке фізичне явище можна пояснити на Фіг.12 де показано момент, коли гіродинамічну стабільність ВО айтерона 37 порушено під дією гамакванту 51, що діє в напрямку центральної осі 40 вихорової оболонки 57. Енергія гама-кванту 51 збуджує вихорову оболонку айтерона 57, в результаті чого ВО 39 розлітається на "шматки" у вигляді позитрона 38' та електрона 2, а енергія обертового руху навколо центральної осі вихорової оболонки перетворюється в форму кванта нейтрино v, що відображається відповідною ядерною реакцією. g - > e - + p + + n. Інший випадок порушення структури айтерона показаний на Фіг.13, коли гама-квант 51 діє в напрямку, перпендикулярному до центральної осі 40 вихорової оболонки 57 айтерона 37. В цьому випадку під дією енергії гама-кванту електро-позитивна заряджена частка 38 рухається в напрямку до електронегативної зарядженої частки 39 і вони разом анігілюють в області 59 безпосереднього зіткнення обох складових частин вихорового диполя, в результаті чого виникає випромінювання у вигляді фотонів 60, а енергія обертання складових айтерона навколо осі вихорової трубки перетворюється на квант v нейтрино. В результаті розвитку та експериментального підтвердження теорії Луї де Бройля атомна фізика стала перед гносеологічною невизначеністю поняття речовини на атомному рівні. У зв'язку з об'єктивною реальністю існування фазових хвиль де Бройля неможливо достеменно стверджувати з чим має справу фізик на атомному рівні в процесі проведення експериментів, результатом яких є виникнення нових невідомих "часток". Запропонована модель на прикладі Фіг.12, 13 дає чітку відповідь на те, що є речовина, а що є випромінювання. З розвитком моделі Гейзенберга на простори мікрокосму вийшла теорія ймовірностей, що було несподіванкою для багатьох фізиків свого часу і навіть батько теорії відносності А. Ейнштейн до кінця своїх днів не сприймав доводів послідовників Гейзенберга, вважаючи, що природа мікрокосму є детермінованою та закономірною. З цього приводу Ейнштейн 7 листопада 1947р писав в одному з листів до Макса Борна так: "В наших наукових поглядах ми розвилися в антиподи. Ти віриш в Бога, що грає в кості, а я - в повну закономірність в світі об'єктивно сущого..." [див. А.Эйнштейн, Л. Инфельд "Эволюция физики", Гос. Изд. Тех. - Теор. Литературы, М. 1956г, стр.1]. Однак, незважаючи на величезний авторитет Ейнштейна, переважна частина фізиків перейшла на точку зору Гейзенберга, а Ейнштейн так і не зміг довести наявність детермінізму квантової механіки мікрокосму своєю "Загальною Теорією Відносності". Запропонована модель дає чітку та наглядну відповідь на питання, звідки виникає явище квантування в атомних системах та узгоджує теорію відносності А. Ейнштейна з теорією невизначеності Гейзенберга. Таким чином, запропонована модель дозволяє прийти до об'єднання сильної, слабкої та електромагнітної взаємодій, коли всі взаємодії викликаються одним і тим же чинником, а саме - релятивістським інерційними силами та релятивістськими силами Коріоліса на субатомному рівні. Модель атома створює фізичну основу об'єктивного факту, що гравітація є наслідком комплексного (тобто прецесійно-нутаційно-обертового) руху на мікро-рівні складових часток атомного ядра - протонів та нейтронів, в результаті чого виникає направлений елементарний вектор сили Коріоліса - "гравітон Коріоліса", що діє всередині тіл та ніколи не може покинути його меж аналогічно тому, як веде себе кварк всередині нуклона, що дає змогу пояснити явище конфайнмента кварків та гравітонів. З точки зору філософського принципу під назвою "бритва Оккама" запропонована модель (А) є більш прийнятною для сприйняття учнями та студентами, ніж (В) - відома модель атома. Принцип Оккама визначає перевагу моделі А над моделлю В у тому випадку, коли для поясненя фунціонування моделі А використовується менше число гіпотез, ніж для пояснення функціонування моделі В. З цієї точки зору для пояснення принципів функціонування відомої моделі В атома необхідно прийняти на віру наступні постулати: - гіпотезу квантування Бора, - принцип невизначеності Гейзенберга, - гіпотезу існування "заборонених" рівнів, - гіпотезу існування "таємничих" ядерних та глюонних сил, - гіпотезу існування явища конфайнменту, - гіпотезу існування гравітонів - носіїв гравітації. Запропонована модель А (атома) пояснює принцип будови та функціонування субатомних систем, опираючись тільки на два постулати: - принцип невизначеності Гейзенберга, - принцип дії законів гіродинаміки на атомному рівні. Переконливість запропонованої моделі А(тома) полягає в тому, що вона дає змогу предбачити існування часток - айтеронів, та пояснити на основі цих часток явища та ефекти в фізичному вакуумі, які виходять за рамки будови атома, наприклад, - кінцеву швидкість світла у вакуумі та принципову можливість руху матеріальних об'єктів з гіперсвітовою швидкістю за рахунок розщеплення айтеронів вакууму на складові. Заявниками запропоноване технічне рішення реалізовано у формі віртуальної комп'ютерної моделі за допомогою програм "3D-Max", "Flash" та "DreamWeuver", що візуалізуть на екрані монітора складові рівні атомних структур, а також взаємодію і особливості комплексного руху елементарних субатомних часток. З результатами роботи заявників над моделлю атома можна ознайомитися на Інтернет-сайті "www.gyro-turbine.com".

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Model for visualization of atom structure

Автори англійською

Lykhovyd Yurii Makarovych, Lykhovyd Andrii Yuriiovych

Назва патенту російською

Модель визуализации структуры атома

Автори російською

Лиховид Юрий Макарович, Лиховид Андрей Юрьевич

МПК / Мітки

МПК: G09B 23/06

Мітки: візуалізації, атома, структури, модель

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/13-32188-model-vizualizaci-strukturi-atoma.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Модель візуалізації структури атома</a>

Подібні патенти