انیشتین در مورد ساختار داخلی پروتون ها و نوترون ها

توضیح اینشتین از غیرقابل توضیح

انیشتین راهی برای تعیین انرژی مرتبط با هندسه فضا تعریف کرد شاید مسئول ساختار داخلی پروتون ها و نوترون ها است که می تواند کمیت شود

به عنوان مثال، او کمیت کرد که چگونه حرکت نسبی یک جسم باعث تغییر جهت محور ابعاد نسبت به یکدیگر می شود.

با این حال، تعبیر به همان اندازه معتبر دیگری وجود دارد، و آن این است که تغییر در جهت محور ابعادی مسئول انرژی یا تکانه حرکت نسبی است. این یک روش مستقیم برای تعیین مقدار انرژی در تغییر جهت محور ابعادی از 90 درجه به چیز دیگری است.

با این حال، روشی را نیز به ما می دهد تا انرژی اتصال کوارک هایی را که ساختار فضایی پروتون ها و نوترون ها را تعریف می کنند، کمی کنیم.

به عنوان مثال، مشاهدات هادرون ها مانند پروتون ها و نوترون ها تأیید کرده است که آنها از اجزای جداگانه ای به نام کوارک ها تشکیل شده اند که شش نوع از آنها وجود دارد، بالا/پایین، جذابیت/غریب و بالا/پایین. Up، Charm و Top دارای شارژ جزئی 2/3 هستند. در حالی که Down، Strange و Bottom دارای شارژ جزئی -1/3 هستند. با این حال، هیچ کس نتوانسته ساختار داخلی آنها را از نظر مشاهدات تعیین کند.

با این حال، یکی دیگر از ویژگی های کوارک ها که توسط کرومودینامیک کوانتومی (QCD) تعریف می شود، بار رنگ آنها است که قرمز، سبز و آبی است. فرض بر این است که هر کدام از سه رنگ کوارک مختلف – قرمز، آبی و سبز – تشکیل شده اند و تنها ترکیب رنگ هایی که “سفید” را تولید می کنند را می توان در یک ذره پایدار یافت.

نشان داده خواهد شد که بار رنگ هر یک نشان دهنده جهت سه صفحه دو بعدی (xy، yz، xz) فضای سه بعدی مسئول بار آن است.

به عنوان مثال، قرمز نشان دهنده صفحه xy سبز، yz و آبی xz خواهد بود. این واقعیت که فضای سه بعدی شامل فقط یکی از هر کدام توضیح می دهد که چرا ذره باید از یک رنگ تشکیل شده باشد تا پایدار باشد.

با این حال، قبل از شروع، ابتدا باید مشخص کنیم که چگونه و چرا بار رنگ یک کوارک به صفحات دو بعدی که قبلا ذکر شد مربوط می شود.

همانطور که در ماده 12 نشان داده شد (صفحه 61) بار متناوب یک موج الکترومغناطیسی نتیجه جابجایی در صفحات دو بعدی فضایی است که در آن حرکت می کند.

به طور خلاصه نشان داد که اجزای الکتریکی و مغناطیسی یک موج الکترومغناطیسی ناشی از یک جابجایی فضایی در “سطح” دو بعدی فضای سه بعدی است.

می توان مکانیسم مسئول را با استفاده از این تشبیه درک کرد که چگونه یک موج روی سطح دو بعدی آب باعث می شود که نقطه ای در آن سطح به سمت بالا یا پایین تر از نقطه تعادلی که قبل از وجود موج وجود داشت جابجا یا بالا برود.

علم مکانیک موجی به ما می گوید که نیرویی از این جابجایی ها ایجاد می شود که باعث می شود قسمت های برآمده و پایین آب به سمت یکدیگر و سطح آب حرکت کنند یا “جذب” شوند.

به همین ترتیب، یک موج انرژی روی «سطح» دو بعد فضایی که بر محور نیروهای گرانشی عمود هستند، باعث می‌شود نقطه‌ای در آن «سطح» به بالا و پایین‌تر از نقطه تعادلی که قبل از وجود موج وجود داشت، جابجا یا بالا برود. .

بنابراین، مکانیک موج کلاسیک، اگر به ویژگی‌های دو بعد از سه بعد فضایی جهان ما تعمیم داده شود، به ما می‌گوید که نیرویی از جابجایی‌های دیفرانسیل ناشی از یک موج انرژی روی آن ایجاد می‌شود و در نتیجه قسمت‌های برآمده و فرورفته آن حرکت می‌کند. زمانی که موج در فضا حرکت می کند به سمت یکدیگر یا “جذب” یکدیگر.

این امر علیت میدان‌های الکتریکی جذاب مرتبط با یک موج الکترومغناطیسی را بر حسب نیروی ناشی از جابجایی‌های متناوب یک موج در حال حرکت با توجه به زمان بر روی یک “سطح” از دو بعد فضایی که عمود بر محور هستند، تعریف می‌کند. نیروهای گرانشی

با این حال، یک مکانیسم کلاسیک برای درک اینکه چرا میدان های الکتریکی مشابه یکدیگر را دفع می کنند نیز ارائه می دهد. این به این دلیل است که مشاهدات امواج نشان می دهد که رابطه مستقیمی بین بزرگی جابجایی در “سطح” آن و بزرگی نیروی مخالف آن جابجایی وجود دارد.

به طور مشابه، مقدار جابجایی در “سطح” هر دو بعد فضایی بیشتر از آن چیزی است که توسط یکی به تنهایی ایجاد می شود. بنابراین، آنها یکدیگر را دفع می کنند، زیرا بزرگی نیرویی که در برابر جابجایی مقاومت می کند، بیشتر از نیرویی است که برای یک نیرو مقاومت می کند.

همچنین می توان مولفه مغناطیسی یک موج الکترومغناطیسی را بر حسب نیروی افقی ایجاد شده در امتداد محوری که عمود بر جابجایی ناشی از قله ها و فرورفتگی های آن مرتبط با میدان های الکتریکی است استخراج کرد. این شبیه به این است که چگونه جابجایی عمودی یک کوه نیروی افقی روی سطح زمین ایجاد می کند که ماده را به صورت افقی به سمت بالای آن جابجایی می کشد.

اگرچه توضیح بالا در مورد اینکه چگونه یک بار به یک جابجایی متغیر در “سطح” فضای سه بعدی مربوط می شود، می تواند یک بار ثابت را بر حسب موقعیت های نسبی آنها در داخل آن نیز توضیح دهد.

همانطور که قبلا ذکر شد، انیشتین نیروهایی مانند گرانش را بر اساس انعطاف پذیری ابعاد فضایی تعریف کرد.

با این حال، می‌توان ساختار داخلی پروتون‌ها و نوترون‌ها را استنباط کرد، اگر فرض کنیم که جهت‌گیری بارهای رنگی کوارک‌ها نتیجه انعطاف‌پذیری صفحات دوبعدی است که قبلاً برای آنها تعیین شده بود.

زیرا برای اینکه یک پروتون یا نوترون در فضای سه بعدی پایدار باشد، جهت صفحات با ابعاد xy، yz و xz باید عمود بر یکدیگر باشد.

اگر نباشند، ناپایدار خواهند بود.

برای در نظر گرفتن دو کوارک بالایی پروتون، که هر کدام دارای بار رنگی 2 است، شامل 4 صفحه دو بعدی (یکی برای هر بار) خواهد بود. با این حال، طبق گفته انیشتین، هر صفحه بعدی این انعطاف را دارد که جهت گیری خود را برای مخالفت یا لغو بار دیگر دارد. بنابراین، هنگامی که کوارک بالا با کوارک پایین در یک پروتون ترکیب می‌شود، صفحه دو بعدی که بار آن را تعیین می‌کند، می‌تواند جهت مخالف یا لغو یکی از بارهای کوارک‌های بالا باشد. این بدان معنی است که تنها در 3 صفحه از 4 بعدی مربوط به 2 کوارک بالا نیرو وجود خواهد داشت.

این یک ساختار پایدار در فضای سه بعدی ایجاد می کند زیرا شامل صفحات (xy، yz، xz) است که می توانند بر یکدیگر عمود باشند.

از طرف دیگر نوترون ها حاوی یک کوارک بالا و دو کوارک پایین هستند. خنثی است زیرا 1/3 بار هر یک از دو کوارک پایین، بار 2/3 کوارک بالا را خنثی می کند.

اما از چهار صفحه دو بعدی نیز تشکیل شده است، به این معنی که نمی تواند در فضای سه بعدی وجود داشته باشد.

با این حال، هنگامی که به اندازه کافی به یک پروتون نزدیک می شود، می تواند انرژی “پیوند” کافی را از پروتون بگیرد تا باعث شود که دو کوارک پایین آن در همان صفحه دو بعدی فضای سه بعدی قرار گیرند. این باعث می شود که این صفحه دارای بار رنگی مخالف دو کوارک پایین باشد و در نتیجه هنگامی که با دو بار کوارک بالا برهم کنش می کند، یک نوترون بدون بار تولید می شود. این همچنین به این معنی است که صفحات xy، yz، xz حجم سه بعدی یک نوترون را تعیین می کنند، زیرا آنها هیچ یک از نیروهایی که بار رنگ آن را تعیین می کنند، ندارند. این درست است حتی اگر یکی دو برابر رنگ دیگری از دو رنگ دیگر داشته باشد. این باعث می شود زمانی که به اندازه کافی نزدیک باشد تا مقداری انرژی اتصال را از پروتون بگیرد، پایدار باشد

با این حال. هنگامی که نوترون به اندازه کافی به پروتون نزدیک نباشد تا انرژی لازم را برای چیدمان صفحات دو بعدی که بار رنگ کوارک های پایین را تعیین می کنند را اشغال کند، آنها پیکربندی ناپایدار صفحات 4 بعدی را به دست می آورند و باعث ناپایداری و واپاشی به پروتون، الکترون می شوند. ، و نوترینو. انرژی مرتبط با نوترینو انرژی است که نوترون نشان دهنده انرژی است که نوترون از پروتون به عاریت گرفته است.

همانطور که قبلا ذکر شد، انیشتین راهی برای تعیین کمیت انرژی ذخیره شده در جهت محور بعدی به ما ارائه کرد.

با این حال، با انجام این کار، ما را قادر ساخت تا انرژی را که می‌توانستند برای اتصال کوارک‌ها به یکدیگر فراهم کنند، همانطور که در بالا نشان داده شد، برای تشکیل پروتون‌ها و نوترون‌ها با توجه به جهت‌گیری محور فضایی‌شان، تعیین کنیم.

اگر این مقادیر با مشاهدات مطابقت داشته باشند، نتیجه‌گیری بالا را تایید می‌کند که بار رنگی هر کوارک جهت‌گیری سه صفحه دو بعدی (xy، yz، xz) فضای سه‌بعدی مسئول بار آن را نشان می‌دهد.