Аннотация:
Современная теоретическая физика столкнулась с фундаментальными проблемами, включая несовместимость квантовой механики и общей теории относительности, природу тёмной материи и тёмной энергии, а также проблему космологической постоянной. В данной работе представлена теория TTG v2.1 (Temporal Theory of Gravitation) в рамках Темпоральной Теории Вселенной, предлагающая онтологический сдвиг парадигмы: время рассматривается не как фон или параметр, а как единственная фундаментальная субстанция. В рамках этой концепции материя возникает как топологические узлы в ткани времени, геометрия пространства-времени эмерджентна из фазовой когерентности, а квантовые явления объясняются через темпоральную декогеренцию. Численный прототип v2.1 воспроизводит массу протона (938.18 МэВ) с точностью ~10, демонстрируя количественную состоятельность подхода. Теория предлагает проверяемые предсказания, включая слабые нарушения Лоренц-инвариантности, гравитационно-модулированные квантовые корреляции и существование экзотических узлов-кандидатов тёмной материи.

Ключевые слова: время-субстанция, эмерджентная метрика, топологические солитоны, темпоральная декогеренция, онтология времени, квантовая гравитация, эмерджентность, тёмная материя, темпоральная теория вселенной.

Оглавление

Аннотация

Ключевые слова

1. Введение: К онтологическому сдвигу парадигмы

1.1. Фундаментальные проблемы современной физики

1.2. Онтологические ограничения стандартной парадигмы

1.3. Обзор подхода TTG: время как субстанция

1.4. Структура работы и основные результаты

2. Постулаты TTG v2.1

2.1. P1: Поле порядка времени

2.2. P2: Фазовая двоица

2.3. P3: Эмерджентная метрика

2.4. P4: Материя как узлы

2.5. P5: Мягкая нелокальность

3. Математическое Ядро

3.1. Действие и Лагранжиан

3.1.1. Темпоральная упругость (_)

3.1.2. Вихревая жёсткость (_)

3.1.3. Мягкая нелокальность (_нл)

3.1.4. Потенциал V()

3.2. Стабильность и Вириальное Тождество

3.2.1. Условия устойчивости

3.2.2. Вириальное тождество для стационарных узлов

4. Численные Результаты: Прототип v2.1

4.1. Воспроизведение Массы Протона

4.1.1. Конфигурация узла (n, n) = (1, -1)

4.1.2. Энергетическая разбивка

4.1.3. Точность воспроизведения

4.2. Пространственная Структура

4.2.1. Радиальные метрики (R_core, R_rms)

4.2.2. Верификация вириального тождества

5. Философские Импликации

5.1. Онтологический Реализм TTG

5.1.1. Структурный реализм vs. субстанциальный реализм

5.1.2. Сравнительная онтологическая карта

5.2. Эмерджентная Причинность

5.2.1. Двухуровневая структура реальности

5.2.2. Подавление нарушений причинности

5.3. Квантовость как Темпоральная Когерентность

5.3.1. Интерпретация квантовых явлений

5.3.2. Механизм декогеренции

6. Предсказания и Экспериментальная Проверка

6.1. Непосредственно Проверяемые Эффекты

6.1.1. Слабые нарушения Лоренц-инвариантности

6.1.2. Гравитационно-модулированные квантовые корреляции

6.1.3. Экзотические узлы тёмной материи

7. Сравнение с существующими подходами

7.1. Скалярно-тензорные теории

7.1.1. Сходства с подходами Хорндески

7.1.2. Ключевые отличия TTG

7.2. Эмерджентная гравитация

7.2.1. Сравнение с термодинамическим подходом Якобсона

7.2.2. Отличия от энтропийной гравитации Верлинде

7.3. Философские концепции времени

7.3.1. Связь с процессуальной онтологией Уайтхеда

7.3.2. Отношение к реляционной концепции Ровелли

8. Заключение и Перспективы

• 8.1. О достижениях

8.2. О подгонке

8.3. Об ограничениях

8.4. Исторические аналогии

8.5. Экспериментальная программа

Благодарности

Литература

• Базовые и родственные теории
• Эмерджентная гравитация и философия времени
• Нелокальные и "бесконечно-производные" модели
• Тесты Лоренц-инвариантности
• Скорость гравитационных волн, мульти-мессенджерные ограничения
• PPN и классические проверки ОТО
• Квантовая когерентность/декогеренция в гравпотенциале
• Топологические солитоны и "узлы" материи
• Данные по массе и радиусу протона
• Численные методы, проверка сходимости/воспроизводимости
• Авторские публикации

Приложения

Приложение A. Вывод вириального тождества

• A.1. Масштабное преобразование и функционал энергии
• A.2. Масштабная деформация Деррика
• A.3. Вириальное тождество
• A.4. Численная верификация

Приложение B. Устойчивость и линеаризация

• B.1. Разложение вокруг вакуума
• B.2. Квадратичный лагранжиан
• B.3. Дисперсионные соотношения
• B.4. Условия устойчивости
• B.5. Спектральный анализ

Приложение C. Нелокальный оператор: причинность и регуляризация

• C.1. Математическое определение
• C.2. Евклидова формулировка
• C.3. Причинность и ретардация
• C.4. Пространственная реализация
• C.5. УФ-регуляризация
• C.6. Численная реализация

Приложение D. Полные таблицы параметров и численных методов

• D.1. Параметры действия TTG v2.1
• D.2. Численные методы и сетки
• D.3. Алгоритм градиентного потока
• D.4. Метрики качества решения
• D.5. Чек-лист воспроизводимости

Приложение E. Методология численного моделирования

• E.1. Описание алгоритма и методов
• E.2. Доступность кода и данных

1. Введение: К онтологическому сдвигу парадигмы

Современная теоретическая физика достигла впечатляющих успехов в описании фундаментальных взаимодействий, однако сталкивается с концептуальными проблемами, коренящимися в самой структуре наших физических теорий. Среди наиболее значительных вызовов квантование гравитации, природа тёмной материи и тёмной энергии, а также проблема космологической постоянной. Мы предполагаем, что источник этих трудностей лежит в неадекватной онтологической основе, где время традиционно рассматривается как внешний параметр или координата на фоне предсуществующего пространства-времени.

Теория TTG (Temporal Theory of Gravitation) предлагает альтернативную онтологическую модель, основанную на принципиально ином подходе:

• Стандартная парадигма: Время фон, частицы фундаментальные объекты
• Парадигма TTG: Время единственная первичная субстанция, частицы устойчивые узлы (топологические дефекты) в ткани времени

Данная работа представляет законченную версию TTG v2.x, в которой:

1. Сформулирована онтологическая база (v2.0)
2. Построено математическое ядро с новым лагранжианом
3. Создан численный прототип v2.1, воспроизводящий массу протона
4. Выведены проверяемые экспериментальные предсказания
5. Разработана последовательная философская интерпретация

2. Постулаты TTG v2.1

P1. Поле порядка времени: Субстанция времени описывается комплексным полем порядка: (2.1)(x) = (x) " e,(x) T 0 где (x) плотность времени, C(x) фаза.

P2. Фазовая двоица: Время обладает дуальной фазовой структурой:

(2.2)C(x), C(x);u_ = C(x),u = _C(x) что обеспечивает внутреннюю степень свободы для описания вещества/антивещества.

P3. Эмерджентная метрика: Пространство-время возникает как эффективное описание: (2.3)g = + (u_u_ + u_u_) + (u_u_ + u_u_)

P4. Материя как узлы: Частицы топологические солитоны в (, C, C) с целочисленными намотками (n, n).

P5. Мягкая нелокальность: На микроуровне действует регуляризованный оператор: (2.4)e^(')

3. Математическое Ядро

3.1. Действие и Лагранжиан Полное действие теории:

(3.1)S = dx " -(g) " [ + + V()]

где:

темпоральная упругость:

(3.2) = "()' + "'"(u' + u') + "'"(u"u)

вихревая жёсткость:

(3.3) = (4') " w_() " "^,гдеw() = ()^p

мягкая нелокальность:

(3.4) = ""e^(')"

V() потенциал:

(3.5)V() = "( )' + "( )

3.2. Стабильность и Вириальное Тождество

Условия устойчивости:

(3.6) > 0, > ||,_ T 0, T 0

Вириальное тождество для стационарных узлов:

(3.7)E_ E_phase E_mixed 3E_pot + E_ = 0

4. Численные Результаты: Прототип v2.1

4.1. Воспроизведение Массы Протона Для узла с (n, n) = (1, 1), Q_top = 1:

(4.1)m_knot = 938.18 МэВ(m_p - 110)

Энергетическая разбивка:

• Градиентная: 31.5%
• Фазовая: 49.7%
• Смешанная: 16.6%
• Потенциал: 34.4%
• Вихревая: 1.06%

4.2. Пространственная Структура

(4.2)R_core - 0.79 фм,R_rms - 0.83 фм

(4.3)Вириальный остаток: < 10

5. Философские Импликации

5.1. Онтологический Реализм TTG TTG представляет собой форму структурного реализма, где физическая реальность состоит не из отдельных носителей свойств, а из устойчивых структур в единой субстанции времени.

Сравнительная онтологическая карта:

5.2. Эмерджентная Причинность Причинность не является фундаментальным свойством, а возникает как эффективное описание на макроскопическом уровне.

Двухуровневая структура:

МИКРОУРОВЕНЬ ( ):Нелокальностьe^(')квантовая запутанность МАКРОУРОВЕНЬ ( ):Эффективная метрикаg_световые конусы + локальность

(5.1)Нарушения причинности экспоненциально подавлены:~exp(L)

5.3. Квантовость как Темпоральная Когерентность Квантовые явления интерпретируются как проявления фазовой когерентности C, C:

• Суперпозиция = когерентность фаз
• Коллапс = фазовая селекция
• Запутанность = топологическая связность фазовых листов

Механизм декогеренции:

(5.2)|C_R| - exp["Var_R(C)]0приVar_R(C) 1

6. Предсказания и Экспериментальная Проверка

6.1. Непосредственно Проверяемые Эффекты

1. Слабые ЛИ-нарушения:

(6.1)t "E'"L Ожидаемые величины:t - 1010с для GRB/Fermi

1. Гравитационно-модулированные квантовые корреляции:

(6.2)S() = S + _B"c' Проверка:Белл-тесты на орбите(c' - 10)

1. Экзотические узлы тёмной материи:

(6.3)Массы: 110ГэВ;m - 0.010.1см'/г

7. Сравнение с существующими подходами

TTG v2.1 занимает уникальное положение между скалярно-тензорными моделями, эмерджентной гравитацией и философскими концепциями времени. Ниже ключевые сходства и отличия.

7.1. Скалярно-тензорные теории (Хорндески, Brownstein, f(R), и др.)

Сходства:

• Использование скалярного поля, связанного с метрикой
• Возможность описания космологических эффектов, включая ускоренную экспансию

Отличия TTG:

• Метрика не постулируется, а выводится из фазовой структуры времени

В TTG метрика g возникает как тензорная когерентность потоков времени u, u_

(7.1)g = + (u_u_ + u_u_) + (u_u_ + u_u_)

• Материя не вводится вручную, а эмерджирует как топологические узлы конфигурации времени

Масса узла это интеграл энергии, а не параметр в лагранжиане

• Нелокальность встроена фундаментально, а не как поправка

Оператор e^(') часть онтологии, а не технический приём

7.2. Эмерджентная гравитация (Якобсон, Сахаров, Верлинде)

Сходства:

• Идея, что гравитация не фундаментальна, а возникает из микроструктуры Якобсон: термодинамика горизонтов; Сахаров: квантовые флуктуации вакуума

Отличия TTG:

• TTG идентифицирует субстрат: не абстрактный фон или энтропия, а время как субстанция Время имеет плотность, фазу, потоки, вихри и именно они порождают геометрию
• TTG даёт конкретный лагранжиан, уравнения движения и численные решения В отличие от концептуальных схем, TTG реализуется как воспроизводимая теория с предсказаниями

7.3. Философские концепции времени (Бергсон, Уайтхед, Ровелли)

Сходства:

• Время трактуется как первичная реальность, а не параметр Бергсон: dure; Уайтхед: процессуальная онтология; Ровелли: реляционная структура

Отличия TTG:

• TTG реализует эти идеи математически Время это поле порядка с фазой и плотностью, подчиняющееся уравнениям
• TTG соединяет онтологию с физикой Время порождает геометрию, материю и квантовые эффекты
• TTG фальсифицируема Предсказания: нарушение Лоренц-инвариантности, модификации квантовых корреляций, сигнатуры в GRB

8. Достижеия.

TTG v2.1 представляет последовательную реализацию парадигмы "время как субстанция". Ключевые достижения:

Математическая состоятельность  построен самосогласованный лагранжиан

Количественная адекватность  воспроизведена масса протона

Экспериментальная проверяемость  сформулированы фальсифицируемые предсказания

Философская последовательность  предложена онтологически экономная картина мира

В статье демонстрируется состоятельность онтологии время как субстанция:

(i) существуют устойчивые узлы,

(ii) правильные порядки величин,

(iii) самосогласованность (вириал, сходимость, робастность),

(iv) есть проверяемые следствия вне калибровки (LI-тесты, m для узлов-DM и т.д.).

8.1. О подгонке.

В статье представлена не простая подгонка, но и не полное выведение массы из первых принципов. Наш результат занимает промежуточную позицию, типичную для эффективных теорий на ранней стадии.

8.1.1.Что уже не является просто подгонкой:

Порядок величины и структура. Получены адронные масштабы энергии (МэВ), корректные радиальные метрики (R_core 0.8 фм), малый вириальный остаток, устойчивые топологические решения.

Минимальность параметров. ~7 основных коэффициентов против множества феноменологических входов в КХД/СМ.

Единый механизм. Одна и та же математическая структура даёт массу, размер и топологию.

Мы калибруем один масштаб на m_p и далее выдаём независимые, фальсифицируемые следствия. Это не Теория всего, но добротный и проверяемый шаг к онтологически цельной картине, где масса и геометрия эмерджируют из времени.

8.2.Ограничения:

Параметрическая чувствительность. Масса существенно зависит от (напр., S_ - 0.9), значит абсолютный масштаб пока не вываливается сам.

Нет безразмерных чисел из ниоткуда. Масштаб задаётся комбинациями , _, (аналогично _QCD в КХД).

Ландшафт решений. Не доказана уникальность конфигурации при m - 938 МэВ.

8.3.Исторические аналогии.

Модель Скирма и ранняя КХД калибровали один масштаб и предсказывали спектры/отношения; модель Бора давала уровни, но не выводила постоянную Ридберга. Мы на том же этапе доказательства концепции.

8.4. Экспериментальная программа

Как превратить это в жёсткие предсказания:

1. Якорить один масштаб из независимых данных (_E по GRB/Fermi; по космологии/лабораториям) и дальше предсказывать радиальные метрики, доли энергии, t(E,L), m, лестницу масс узлов.
2. Свести число свобод: работать с безразмерными , , , и фиксировать их из ПН-тестов/скорости GW/вихревых сигнатур.
3. Переход к безразмерным отношениям (напр., m_nm_p, R_rmsR_core, долевые энергии) и к спектру (n, n) без дополнительной подгонки.

Время это первичный океан, в котором не плавают тела, а рождаются сами берега. Пространство это рябь на его поверхности, вещество завихрения, а силы напряжения в его течении. Всё, что кажется фундаментальным, лишь узлы и волны в субстанции времени.

Благодарности

Авторы выражают благодарность коллегам за плодотворные обсуждения и конструктивные замечания.

Литература

Базовые и родственные теории

1. G.W. Horndeski, Second-order scalar-tensor field equations in a four-dimensional space, Int. J. Theor. Phys. 10, 363384 (1974).
2. J. Gleyzes, D. Langlois, F. Piazza, F. Vernizzi, Healthy theories beyond Horndeski, Phys. Rev. Lett. 114, 211101 (2015).
3. D. Langlois, K. Noui, Degenerate higher-order scalar-tensor theories: Classification, JCAP 02, 034 (2016).
4. C. Armendriz-Picn, T. Damour, V. Mukhanov, k-Inflation, Phys. Lett. B 458, 209218 (1999).
5. N. Arkani-Hamed, H.-C. Cheng, M.A. Luty, S. Mukohyama, Ghost condensation and a consistent infrared modification of gravity, JHEP 05, 074 (2004).
6. A. Nicolis, R. Rattazzi, E. Trincherini, The Galileon as a local modification of gravity, Phys. Rev. D 79, 064036 (2009).

Эмерджентная гравитация и философия времени

1. T. Jacobson, Thermodynamics of spacetime: The Einstein equation of state, Phys. Rev. Lett. 75, 1260 (1995).
2. T. Padmanabhan, Emergent Gravity Paradigm: Recent Progress, Rep. Prog. Phys. 73, 046901 (2010).
3. A.D. Sakharov, Vacuum quantum fluctuations in curved space and the theory of gravitation, Sov. Phys. Dokl. 12, 1040 (1968).
4. E. Verlinde, On the Origin of Gravity and the Laws of Newton, JHEP 04, 029 (2011); arXiv:1001.0785.
5. G.E. Volovik, The Universe in a Helium Droplet, Oxford Univ. Press (2003).
6. J. Barbour, The End of Time, Oxford Univ. Press (1999).
7. C. Rovelli, The Order of Time, Riverhead (2018).
8. L. Smolin, Time Reborn, Houghton Mifflin Harcourt (2013).

Нелокальные и бесконечно-производные модели (операторы типа e/2e^{-\Box/\Lambda^2}e/2)

1. T. Biswas, E. Gerwick, T. Koivisto, A. Mazumdar, Towards singularity- and ghost-free theories of gravity, Phys. Rev. Lett. 108, 031101 (2012).
2. L. Modesto, Super-renormalizable Quantum Gravity, Phys. Rev. D 86, 044005 (2012).
3. E.T. Tomboulis, Superrenormalizable gauge and gravitational theories, hep-th/9702146 (1997).
4. S. Deser, R.P. Woodard, Nonlocal Cosmology, Phys. Rev. Lett. 99, 111301 (2007).
5. T. Biswas, A.S. Koshelev, A. Mazumdar, S. Vernov, Stable bounce and inflation in non-local higher derivative gravity, JCAP 08, 024 (2012).

Тесты Лоренц-инвариантности (GRB/Fermi, задержки прихода)

1. A.A. Abdo et al. (Fermi LAT/GBM), A limit on the variation of the speed of light arising from quantum gravity effects, Nature 462, 331334 (2009).
2. V. Vasileiou et al., Constraints on Lorentz Invariance Violation using Fermi-Large Area Telescope observations of GRBs, Phys. Rev. D 87, 122001 (2013).
3. G. Amelino-Camelia et al., Tests of quantum gravity from observations of -ray bursts, Nature 393, 763765 (1998).
4. S. Liberati, Tests of Lorentz invariance: a 2013 update, Class. Quantum Grav. 30, 133001 (2013).
5. D. Colladay, V.A. Kosteleck, CPT violation and the Standard Model, Phys. Rev. D 55, 6760 (1997); Lorentz-violating extension of the Standard Model, Phys. Rev. D 58, 116002 (1998).
6. V.A. Kosteleck, N. Russell, Data Tables for Lorentz and CPT Violation, Rev. Mod. Phys. 83, 11 (2011) and updates (annual, arXiv).

Скорость гравитационных волн, мульти-мессенджерные ограничения

1. B.P. Abbott et al. (LIGO/Virgo), GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral, Phys. Rev. Lett. 119, 161101 (2017).
2. B.P. Abbott et al. (LIGO/Virgo), Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger, Astrophys. J. Lett. 848, L13 (2017).
3. L. Lombriser, A. Taylor, Breaking a Dark Degeneracy with Gravitational Waves, J. Cosmol. Astropart. Phys. 03, 031 (2016) (про связь GW-скорости и модификаций гравитации).

PPN и классические проверки ОТО

1. C.M. Will, The Confrontation between General Relativity and Experiment, Living Rev. Relativity 17, 4 (2014); update 21, 3 (2018).
2. E. Poisson, C.M. Will, Gravity: Newtonian, Post-Newtonian, Relativistic, Cambridge Univ. Press (2014).

Квантовая когерентность/декогеренция в гравпотенциале; Белл-тесты

1. I. Pikovski, M. Zych, F. Costa, . Brukner, Universal decoherence due to gravitational time dilation, Nature Physics 11, 668672 (2015).
2. J. Yin et al., Satellite-based entanglement distribution over 1200 kilometers, Science 356, 11401144 (2017).
3. M. Handsteiner et al., Cosmic Bell Test: Measurement Settings from Milky Way Stars, Phys. Rev. Lett. 118, 060401 (2017).
4. J.F. Clauser, M.A. Horne, A. Shimony, R.A. Holt, Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories, Phys. Rev. Lett. 23, 880 (1969).
5. M. Schlosshauer, Decoherence and the Quantum-To-Classical Transition, Springer (2007).

Топологические солитоны и узлы материи

1. T.H.R. Skyrme, A Non-Linear Field Theory, Proc. Roy. Soc. A 260, 127 (1961).
2. N.S. Manton, P.M. Sutcliffe, Topological Solitons, Cambridge Univ. Press (2004).
3. G.S. Adkins, C.R. Nappi, E. Witten, Static properties of nucleons in the Skyrme model, Nucl. Phys. B 228, 552566 (1983).
4. C.J. Houghton, N.S. Manton, P.M. Sutcliffe, Rational maps, monopoles and skyrmions, Nucl. Phys. B 510, 507537 (1998).
5. R. Rajaraman, Solitons and Instantons, North-Holland (1982).
6. G.H. Derrick, Comments on nonlinear wave equations as models for elementary particles, J. Math. Phys. 5, 1252 (1964). (о масштабной/вириальной проверке устойчивости)

Данные по массе и радиусу протона (для сравнения)

1. R.L. Workman et al. (Particle Data Group), Review of Particle Physics, Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (и ежегодные обновления).
2. R. Pohl et al., The size of the proton, Nature 466, 213216 (2010).
3. I. Sick, Proton rms-radius from low-q electron scattering, Prog. Part. Nucl. Phys. 67, 473 (2012).

Численные методы, проверка сходимости/воспроизводимости

1. P.J. Roache, Verification and Validation in Computational Science and Engineering, Hermosa (1998).
2. I.M. Celik, Z. Roache, P.J. Freitas, Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization, ASME J. Fluids Eng. 130, 078001 (2008).
3. W.H. Press et al., Numerical Recipes (3rd ed.), Cambridge Univ. Press (2007).
4. C.W. Gear, Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations, Prentice Hall (1971).

Авторские публикации.

1. Lemeshko A. Temporal Theory of the Universe (TTU): Mathematical Foundations. Zenodo, 2025. DOI: 10.5281/zenodo.14812345.
2. Lemeshko A. TTU: Temporal Unification Theory. Zenodo, 2025. DOI: 10.5281/zenodo.16732254.
3. Lemeshko A. TTG: Temporal Theory of Gravitation. Zenodo, 2025. DOI: 10.5281/zenodo.16044168.
4. Lemeshko A. TTU and the Enigmas of Black Holes. ResearchGate, 2025. DOI: 10.13140/RG.2.2.25445.10726.
5. Lemeshko A. Temporal Theory of Gravitation (TTG) v1.0: Minimal Anchor Core. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.17179221 (2025). Preprint.
6. TTU-Group Repository. All materials, preprints, and data. Available at: https://zenodo.org/communities/ttg-series (accessed: 10.08.2025).

Приложения

Приложение A. Вывод вириального тождества

A.1. Масштабное преобразование и функционал энергии Рассмотрим стационарную радиально-симметричную конфигурацию поля времени (r) с фазовыми намотками (n, n). Полная энергия представляется как сумма интегралов по компонентам плотности энергии: (A.1)E = 4 ^ [E_ + E_phase + E_mixed + E_pot + E_] " r' dr

где плотности энергии имеют вид:

(A.2)E_ = " (d/dr)'

(A.3)E_phase = " '(r' + ') " (n' + n')

(A.4)E_mixed = " '(r' + ') " (n " n)

(A.5)E_pot = V() = " ( )' + " ( )

(A.6)E_ = (4') " w_() " ',где' 2(n " n)'(r' + _')'

A.2. Масштабная деформация Деррика Введем однопараметрическое масштабирование поля:

(A.7)_(r) (r), > 0

Вычислим вклад каждого члена энергии как функцию :

Градиентная часть:

(A.8)E_() = 4 ^ " ("(s))' " (s' ds) = " E_

Фазовая часть:

(A.9)E_phase() = 4 ^ " (s)'((s)' + ') " (s' ds) - " E_phase

Смешанная часть:

(A.10)E_mixed() = 4 ^ " (s)'((s)' + ') " (s' ds) - " E_mixed

Потенциальная часть:

(A.11)E_pot() = 4 ^ V((s)) " (s' ds) = " E_pot

Вихревая часть:

(A.12)E_() = 4 ^ (4') " w_((s)) " [2(n"n)'((s) + )] " (s' ds) - " E

A.3. Вириальное тождество Полная энергия под масштабом:

(A.13)E() = " (E_ + E_phase + E_mixed) + " E_pot + " E_

Стационарность по масштабной деформации требует:

(A.14)dE/d|_{=1} = 0

что дает:

(A.15)(E_ + E_phase + E_mixed) 3E_pot + E_ = 0

A.4. Численная верификация

В прототипе v2.1 вириальный остаток контролируется как:

(A.16)R_vir = |E_ E_phase E_mixed 3E_pot + E_|E_tot < 10

Для конфигурации протона (n, n) = (1, 1):

(A.17)R_vir = 8.7 10

Приложение B. Устойчивость и линеаризация

B.1. Разложение вокруг вакуума Рассмотрим малые возмущения вокруг однородного вакуума:

(B.1) = + ,C_ = C_ + ,||, || 1

B.2. Квадратичный лагранжиан Амплитудная мода :

(B.2)' = "()(^) m_'"' + ""e^(')" где

(B.3)m_'

Фазовые моды: Вводим симметричную/антисимметричную комбинации:

(B.4)_s = ( + )-2,_a = ( )-2

Тогда:

(B.5)phase' = '"[( + )(_s)(^s) + ( )(_a)(^_a)]

B.3. Дисперсионные соотношения

Амплитудная мода (в длинноволновом пределе):

(B.6)' k' + ',где' (m' + )( + ')

Фазовые моды:

(B.7)_s' = k',_a' = k'

B.4. Условия устойчивости

Достаточные условия отсутствия призраков и градиентных неустойчивостей:

(B.8) > 0(положительная жёсткость амплитудной моды)

(B.9) > ||(положительная кинетика обеих фазовых мод)

(B.10)_ T 0(положительная вихревая жёсткость)

(B.11) T 0(ограниченность потенциала)

Дополнительно для локальной стабильности:

(B.12) = m_' T 0, T 0, + ' > 0

B.5. Спектральный анализ Для протонного узла (n, n) = (1, 1) численно проверено:

• Отсутствие отрицательных мод в спектре возмущений
• Минимальная частота колебаний:

(B.13)_min - 142 МэВ

• Моды нулевой энергии:

(B.14)3 (трансляции) + 1 (фазовое вращение)

Приложение C. Нелокальный оператор: причинность и регуляризация

C.1. Математическое определение

Нелокальный оператор в TTG задается как entire-функция от d'Аламбертиана:

(C.1)e^(') = ^ (1n!) " (')

В действии используется член:

(C.2) = " " e^(') "

C.2. Евклидова формулировка

В евклидовом пространстве оператор обеспечивает гауссово демпфирование:

(C.3)[e^(_E') " ](p_E) = e^(p_E'') " (p_E)

Тепловое ядро в координатном представлении:

(C.4)K_E(z) = (4)' " exp('"z'4)

C.3. Причинность и ретардация

В минковском пространстве используется ретардированное ядро:

(C.5)e^(') " = dy " K_R(x y) " (y) гдеsupp K_R {(x y) | x y T 0}

C.4. Пространственная реализация

В квазистационарном режиме (t = 0):

(C.6)e^('') " = dy " G(|x y|) " (y)

где

(C.7)G_(r) = (4)^{32} " exp('"r'4)

Связь с параметром сглаживания в коде:

(C.8)_smooth = 2_spatial

C.5. УФ-регуляризация

Квадратичная форма положительна:

(C.9) dp_E(2) " " |(p_E)|' " e^(p_E'') T 0

Оператор e^(') не вводит новых полюсов в пропагатор, обеспечивая мягкое УФ-подавление без призраков.

C.6. Численная реализация В прототипе v2.1:

• _smooth = 0.15 фм
• _spatial = 2_smooth - 13.3 фм - 2.6 ГэВ
• Периодичность сглаживания: каждые 50 итераций

Приложение D. Полные таблицы параметров и численных методов

D.1. Параметры действия TTG v2.1

D.2. Численные методы и сетки

Конфигурации сеток для тестов сходимости:

Экстраполяция Ричардсона:

(D.1)m_ = 938.12 0.04 МэВ

(D.2)R_core^ = 0.787 0.003 фм

(D.3)Порядок сходимости:p - 1.8

D.3. Алгоритм градиентного потока

Инициализация:

(D.4)(r) = 0.01 + 0.1 " exp[(r1.5)']

Основной цикл:

python

for k in range(max_iter):

# Вычисление градиента

g = -' + (n'+n')/(r'+') + 2(nn)/(r'+') + V'() + ...

# Шаг градиентного спуска

_trial = - "g

# Граничные условия

_trial[0] = _trial[1] # Симметрия

_trial[-1] = 0 # Вакуум

# Критерий Армихо

if E(_trial) (C) E() - c""g,g:

= _trial

= min("1.05, _max)

else:

= "0.5

# Периодическое сглаживание

if k % 50 == 0 and k > 100:

= GaussianFilter(, =0.15 фм)

Критерии остановки:

(D.5)|E E|max(E, 10) < 10

(D.6)max| | < 10

D.4. Метрики качества решения

Энергетическая разбивка для Q_top = 1:

Пространственные характеристики:

• (D.7)R_core = 0.789 0.002 фм(радиус по полувысоте)
• (D.8)R_rms = 0.831 0.003 фм(среднеквадратичный радиус)
• (D.9)R_1090 = 0.452 0.005 фм(толщина стенки)

D.5. Чек-лист воспроизводимости

Окружение:

• Python T 3.10, NumPy, SciPy, Matplotlib
• Платформа: Linux/macOS/Windows (x86_64)
• Точность: float64

Запуск:

1. Инициализация сетки и параметров
2. Градиентный поток с адаптацией шага
3. Периодическое сглаживание ( = 0.15 фм)
4. Проверка вириального тождества
5. Вычисление метрик качества

Ожидаемые результаты:

• (D.10)Масса узла: 938.18 0.05 МэВ
• (D.11)Вириальный остаток: < 10
• (D.12)Время сходимости: ~10 итераций

Приложение Е: Методология численного моделирования

E1.Описание численного метода и алгоритма.

Для нахождения стационарных конфигураций топологических узлов (солитонов) использовался метод градиентного спуска в комбинации с методом конечных разностей на радиальной сетке.

Ключевые особенности реализации:

• Дискретизация: Пространство дискретизировано на радиальной сетке с переменным количеством узлов (1500-3000) и максимальным радиусом 4-6 фм для проверки сходимости.

Функционал энергии: Полный функционал энергии (3.1) был дискретизирован, включая члены темпоральной упругости, вихревой жёсткости и мягкой нелокальности.

Реализация мягкой нелокальности: Оператор e^(') реализован как периодическое Гауссово сглаживание профиля поля (r) с параметром _smooth = 0.15 фм.

• Алгоритм: Использован градиентный поток с адаптивным шагом и критерием остановки по относительному изменению энергии < 10.
• Верификация: Сходимость решения проверялась с помощью масштабного (вириального) тождества (A.15), остаток которого для финальной конфигурации составил < 10.

E.2. Пример ключевого вычисления в численном прототипе

Для иллюстрации метода ниже приведена функция на языке Python, вычисляющая вклад в плотность лагранжиана в соответствии с уравнениями (3.2)-(3.5).

python

def energy_density_components(rho, r, P):

"""

Вычисление компонент плотности энергии.

Соответствует уравнениям (3.2)-(3.5) в основном тексте.

"""

r2 = r**2 + 1e-12 # Регуляризация вблизи нуля

# Градиентная энергия (соответствует L_, первое слагаемое)

drho = np.gradient(rho, r)

e_grad = P.alpha * drho**2

# Фазовая энергия (соответствует L_, второе слагаемое)

e_phase = (P.k2 / 2.0) * (rho**2) / r2

# Энергия потенциала (соответствует V())

e_pot = (P.beta / 2.0) * (rho**2) + (P.gamma / 2.0) * (rho**4)

# Вихревая энергия (соответствует L_)

omega2 = 2.0 * (P.n_plus * P.n_minus)**2 / (r2**2)

w_omega = (rho / P.rho0)**P.p_omega

e_vortex = (P.delta_omega / (4.0 * P.Lambda_omega**2)) * w_omega * omega2

return {

"gradient": e_grad,

"phase": e_phase,

"potential": e_pot,

"vortex": e_vortex

}

Примечание: В полной версии кода присутствуют дополнительные члены и оптимизации.

Полный код, реализующий описанный метод, а также скрипты для воспроизведения всех рисунков и таблиц данной статьи, доступен по ссылке: [DOI/URL на репозиторий].