«Непонятки-часть2»

 

Вселенная

 

Начало

 

Для начала-то надо бы понять, что именно мы, человеки, понимаем под термином «Вселенная». И желательно бы не просто «мы – обыватели, обычные сапиенсы», а учёные, то есть «профи», кто непосредственно этим всем занимается.

Вот что говорят энциклопедии:

 

«Весь существующий матер.мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, к-рые принимает материя в процессе своего развития. В., изучаемая астрономией – часть матер.мира, к-рая доступна исследованию астр.средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки (часто эту часть В. Наз. Метагалактикой

 

Внушительно. Но… всё же возникает (по крайней мере у меня) ощущение какой-то нечёткости, «чего-то-не-хватания», словно пишущие всё это и сами-то не очень уверены в том, что пишут.

 

Как же менялось наше представление об этом «нечётком» объекте? Термин «наше» означает здесь так называемую «нашу цивилизацию». Это понятие тоже весьма расплывчато. Если считать от «появления гомо-сапиенса на Земле», то это довольно длительный период, но надёжнее считать всё же от времён, кода мы начали «осознавать» себя и изобрели кое-какие технологии для наблюдения за окружающим миром. В этом случае «нашей цивилизации» всего 6-7, ну – максимум – 10 тысяч лет.

В истории Вселенной это – исчезающе малый миг, и Всленная за этот миг вряд ли изменилась. Да она, Вселенная-то, скорее всего о нашем существовании даже и не подозревает. И тут напрашивается «крамольная» параллель:

 

Мы тоже долго (до изобретения микроскопов) даже и не подозревали, что каждый из нас – тоже своеобразная вселенная: внутри нас живёт целый мир микроорганизмов. Да ещё как живёт! Каждый из них – и в каждый момент времени – твёрдо знает, какую молекулу и куда надо тащить, кому сдать, что и куда тащить обратно, и каков следующий рейс; одни таскают молекулы кислорода, другие – молекулы жиров, сахаров, клетчатки, третьи всё это извлекают из «окружающей среды», то есть в основном-то из лёгких и желудка, именно эти два органа – основные поставщики материалов из окружающей среды…  Их там мириады, и все «вкалывают» слаженно, и сбиваются (слава Богу) довольно редко (правда, когда сбиваются – их «вселенную» – то бишь нас – начинает сильно «трясти», иногда вплоть до гибели.

Есть подобные сообщества и у особей покрупнее – пчёл, муравьёв, к примеру. Муравей «с виду»-то вполне себе самостоятельный организм, но «строго биологочески» он таковым не является: жить самостоятельно не может, размножаться – тоже: это всё выполняет муравейник, а не муравей. То есть «существом» в строго биологическом смысле является муравейник (он и живёт, и размножается…), а муравей – нечто вроде «бегающей клетки» многоклеточного организма. Тем не менее, каждый из них тоже прекрасно знает и свою задачу, и своё место в своей «вселенной».

 

(Вот интересно ещё – они «каждый сам» соображает куда бежать и что тащить? Или им постоянно «выдаёт инструкции» некий «главный диспетчер»? И где он сидит, этот диспетчер? Древние считали – где-то в районе «солнечного сплетения», но о философских мыслях древних наших праотцов мы давно забыли…)

 

Короче, тут приходится признать, что они – эти вот «малыши» – гораздо лучше нас знают свою задачу и своё место в «системе», то есть в их «вселенной».

 

Это, конечно, очень обидно. Мы ж ведь «венец Творения»… ну как же так!? Поэтому мы придумали для себя оправдание:

«зато только мы пытаемся ПОЗНАТЬ свою вселенную, а они все – это так, сплошные инстинкты». В околонаучном мире этот «принцип» называется «антропоцентризм», и – на мой взгляд – он нам о-о-о-очень сильно мешает…

Такой самообман немножко помогает (хотя на самом-то деле мы не знаем, проводят ли микробы и муравьи «симпозиумы» по познанию свой вселенной. Оно бы интересно, конечно, это узнать…) Ну да ладно уж.

 

Мы – точно проводим такие симпозиумы. И пытаемся ПОЗНАТЬ. И выработали методы такого познания (точнее бы сказать – метод, поскольку он на самом-то деле всего один:

понаблюдать, поточнее записать как и что происходит;

придумать схему (как это всё происходит, как могло бы происходить, и почему именно так?) (в околонаучном мире это называется «гипотеза») ;

проверить экспериментом – совпадает, значит гипотеза переходит в ранг теории; нет – надо придумывать другую гипотезу.

 

Третий из этих шагов – «проверить экспериментом» – на практике весьма затруднён: иногда нет просто технической возможности достичь нужных температур, давления и т.п. Чаще же просто нет денег – организовать эксперимент стоит дорого, у заинтересованных (т.е. самих учёных) таких денег, естественно, нет – учёные в основном-то ведь на энтузиазме работают, просто потому, что им всё это очень интересно, а тем, у кого есть – это всё «до лампочки», поскольку им-то нужна только прибыль…

Поэтому «заинтересованные», учёные то есть, придумали ещё и этакий «суррогат» эксперимента, он называется «математическое моделирование». Обычно это – описание процесса в виде системы взаимосвязанных уравнений, решение которых позволяет определить «а что будет, если переменные в этих уравнениях – то есть условия – изменить вот так-то, каково будет значение  функции – то есть результат? Совпадает ли он с наблюдаемым?»

Этот приём оказался чрезвычайно плодотворным:

во-первых, он, понятно, много-много-много дешевле «натурального эксперимента»;

во-вторых, «математически прокрутить» можно гораздо больше вариантов, чем «в натуре»;

 в-третьих, оказалось, что такое вот «математическое кручение» процесса зачастую приводит к выводам – и новым идеям –  кои  без него даже и в голову придти-то не могли бы. Правда, у этого приёма «вылез» и существенный минус: метод требует хороших познаний в математике, а таковыми обладают далеко не все, даже среди учёных, не говоря уж о нас, простых «сапиенсах».

 

Вот с помощью всего этого мы и пытаемся ПОЗНАТЬ нашу вселенную. То есть: строим мысленную (или «математическую») картинку, как мы её понимаем «здесь и сейчас», проверяем доступными методами – когда экспериментом, чаще – математическим моделированием – и смотрим потом «всё ли так, как мы думаем?»

 

Занимаемся мы этим очень – о-о-о-о-очень давно. На мой взгляд – с самых первых дней своего существования. И на этом пути «вылез» этакий всеобщий закон, «закон Истока Вечности»: в каждой новой картинке ОБЯЗАТЕЛЬНО что-то получается не так! Прямо-таки НЕИЗБЕЖНО!

 

Мне всегда ( и очень) хотелось понять , как мы по этой тропке познания ползли… Причём именно «понять», «ощутить» как-то, а не просто «просмотреть уравнения», в которых, кстати, я тоже не силён, и из которых «понимание сути» извлечь обычно очень затруднительно.

Как правило, они (уравниния эти)  дают возможность что-то рассчитать, вычислить – и даже использовать в практических целях – а вот «понимания» как-то не добавляют. Ну, к примеру, то же э/магнитное излучение. Благодаря Фарадею, Максвеллу… мы уже вроде много чего тут понимаем – электромоторы строим, генераторы, целые элекростанции, телефонами и телевизорами во-всю пользуемся, а суть явления?

 

«корпускулярно – волновой дуализм».

Всё.

 

Звучит «сногсшибательно», конечно, но… где смысл, суть-то где, что происходит в этом процессе, в этом «дуализме»!? Так что этот «дуализм»   – это всего лишь ширма, за которой мы прячем своё непонимание процесса.

 

С другой стороны, ведь мы же в самом деле давно пытаемся понять КАК устроен наши мир (ВСЕЛЕННАЯ), и как (и что) в нём происходит! Да, мы многого не понимаем ещё, но ведь ЧТО-ТО мы всё же поняли уже!?

Что мы поняли? И что в нашем понимании «не так»!?

 

Эх, расставить бы эти картинки « по-порядку», то есть как они возникали, да и посмотреть бы что – в каждой – было «не так» и что вызывало необходимость появления «следующей» картинки…

 

Картинка «Первичная»

 

Хотя достоверных сведений о «самой первой» картинке Вселенной и нет, но «по косвенным признакам» похоже, что она была примерно вот такой:

 

В центре – плоская (чтобы удобно было ходить) Земля, вокруг – голубое небо, выше – хрустальная (ну конечно, раз она прозрачна!) сфера, к которой прикреплены все звёзды и другие создания Творца – Солнце, Луна… Это было наглядно – любой мог это увидеть, стоило только постоять и посмотреть – и вполне понятно; а потому она была вполне приемлема.

 

 

Сомнения появились сразу: а на чем же и как держится Земля, почему не падает?. У разных народов она держалась по-разному: на черепахах, на слонах, даже на китах, по-моему, было…

а к чему прикреплена сфера – она ж ведь тоже не падает! Этот вопрос «обошли» просто: Так создал Творец, а не все Его деяния нам доступны! Так что цыц!

 

Однако, разрушили эту гипотезу не эти два самых «насущных» вопроса, а фактические наблюдения. Довольно скоро из наблюдений выяснилось, что все звёзды и правда двигались «вместе со сферой»: всходили на востоке, делали круг по небу – и заходили на западе – в одних и тех же местах, каждый день. А вот Солнце – нет: каждый день его точка восхода и захода немного «сползала», смещалась по сравнению со «вчерашней». Ещё хуже с Луной – она уж и вовсе «ползала», как хотела.

Чуть позднее, когда «присмотрелись» повнимательнее, обнаружились и ещё объекты – раньше считавшиеся «полноправными» звёздами – которые тоже «блуждали» сами по себе (хотя и не так «явно», как Солнце с Луной.

Вместе с Луной и Солнцем их вскоре набралось – почти десяток…

 

Как же можно это понять и объяснить!? Ясно пока было только одно: на ОДНОЙ хрустальной сфере это ну уж никак невозможно!

 

Пожалуй, здесь надо вставить ещё «штришок». У нас – «широкой публики» – твёрдо устоялось, что шарообразность Земли «утвердилась» в умах после экспедиции Магеллана. Это и так, и не так. Да, первая кругосветная экспедиция ДОКАЗАЛА это столь неопровержимо, что даже церковь вынуждена была это признать, а за ней уж и все остальные. Но среди учёных мысль (я бы даже сказал уверенность) в шарообразности Земли существовала задолго до этого…

 

Картинка Евдокса

 

А Теперь – цитата из книги А.Н.Петрова «Гравитация…от хрустальных сфер до кротовых нор» (схема тоже оттуда)

«…Рассматривалось несколько моделей устройства мира. Остановимся на системе Евдокса (около 406–355 г. до н. э.). В его модели предполагалось, что шарообразная Земля покоится (не вращается) в центре сферической Вселенной (геоцентрическая модель). Для объяснения поведения небесных тел была введена система концентрических сфер с центром в Земле. На самой дальней сфере, обращающейся вокруг Земли один раз в сутки, закреплены звезды. Для объяснения движения каждого другого тела по небосклону требовалось несколько совмещенных сфер, чтобы описать иногда очень причудливые видимые движения. Именно система мироздания Евдокса была принята и развита Аристотелем (384–322 г. до н. э.).

 

 

Геоцентрическая схема мира Евдокса

 

«В промежутке» была ещё «картинка Птолемея», он попытался отказаться от такого множества сфер, и придумал вместо них «эпициклы». Но это картинку «не вылечило», поэтому ограничусь лишь упоминанием.

 

Эта картинка (особенно после развития её Аристотелем) была много лучше первой. И самое-самое главное её достоинство: она позволяла ПРЕДВЫЧИСЛЯТЬ некоторые «небесные» события, то есть предсказывать заранее что и когда на небе произойдёт! И хотя это «предвычисление» было невыносимо громоздким и требовало колоссального труда, причём труда не «абы кого», а людей с обширными познаниями, каковых тогда (впрочем, как и во все времена) были единицы.

Тем не менее, сама ВОЗМОЖНОСТЬ предсказания событий там, «в мире богов», давала ощущение колоссального прорыва в «тайны мироздания». Видимо, именно поэтому эта картинка держалась неимоверно долго: для того, чтобы даже усомниться в ней (а тем более пытаться оспаривать) требовалось изрядное мужество: ведь заклюют напрочь! Кроме того, (на мой взгляд) картинку поддерживала ещё и «очевидность»: каждый может выйти и взглянуть – звёзды, Солнце, Луна… всё действительно «крутится» вокруг нас!

 

Картинка Коперника

 

И всё же появился человек, который пошёл «супротив».

Довольно странный для этой роли человек, надо заметить. Образование получил религиозное («каноническое право»), раздумывал над всем этим сугубо для себя, чтобы понять и как-то упростить картинку. Слишком уж она была громоздкой и нелогичной…

«Ну не должен был Творец так всё запутать и усложнить, он же Премудрый и Всезнающий… должно быть всё как-то проще и логичней устроено»

– примерно так «оценивают» ход его мысли.

 

Как уж он «дошёл до жизни такой», но он сделал просто потрясающий шаг: перешагнул через «очевидность» и решил, что в центре мироздания должно быть Солнце, а вовсе не Земля.

 

Коперник и его Гелиоцентрическая система мира

 

в центре  Солнце; вокруг него вращаются по идеальным окружностям (у богов просто не может быть не-идеальных траекторий) планеты-шары; Земля, один из таких шаров, вращается еще и вокруг собственной оси (иначе не удавалось объяснить движение звезд). Исследователи отмечают, что никаких доказательств такой картины Коперник не имел, потрясать основы не собирался, а вывел эту картину чисто усилием своей извилины и сугубо с одной целью: упростить невыносимо громоздкую и нелогичную систему Аристотеля-Птолемея.

 

Картину эту приняли «в штыки», и прежде всего церковь. Ведь по религиозным догматам Творец создал Землю и всё на ней сущее в результате Специального Акта Творения, именно как центр, в котором он и поселил главное своё Творение – человека, «венец Творения». А тут что ж это получается? Земля ничем не выделяется среди других планет? Такая же неприметная, рядовая?

(ох, мешает нам антропоцентризм…)

Справедливости ради стоит отметить, что и учёные далеко не сразу приняли эту «картинку». Оказалось, что «предсказывать» по ней ничуть не легче, чем по старой. Но если так,  тогда стоит ли так кардинально всё менять!?

Как позднее выяснилось, причина этого была в ошибочном исходном постулате: «идеальные окружности» в качестве пути планет.

 

Картинка Кеплера

 

Тем не менее, потепенно «картинка Коперника» всё же пробивала себе путь к признанию. Сильно помог этому процессу Галилей, когда открыл спутники Юпитера – и тем совсем уж неопровержимо доказал, что «не всё в мире крутится вокруг Земли». Однако, окончательно всё «стало на место» трудами Тихо Браге и Иоганна Кеплера. Браге всю жизнь вёл тщательные наблюдения положений планет (особенно Марса), а Кеплер, получив у него эти бесконечные таблицы с колонками цифр, пытался представить себе, как могло бы всё это двигаться «в натуре», чтобы в нужные моменты оказываться как раз в нужных точках неба. На основе «картинки Коперника» это никак не получалось…

 

И он тоже сделал потрясающий шаг: перешагнул через общепринятое и сломал «главный постулат», решив, что двигаются планеты не по «идеальным окружностям», а по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце. И всё тут же «срослось»! Все эти бесконечные колонки цифр покорно улеглись в стройную и красивую систему! После того, как Кеплер «согнул» орбиты планет, картинка стала примерно вот такой.

 

 

 

Пока он над всем этим трудился, заметил ещё одну интересную вещь: планеты вблизи от Солнца двигались явно быстрее, а при удалении скорость снова падала. Во-первых, это затрудняло математическое описание, так как изменение скорости было нерегулярным. Во-вторых, на больших отрезках времени – год, несколько лет – движение-то выглядело вполне равномерным… Он стал искать какую-то величину, которая бы и с движением была связана, и во времени изменялась бы равномерно. Нашёл: такой величиной оказалась площадь, которую описывает («заметает», как он выразился) радиус-вектор планеты – оказалось, что за равные промежутки времени радиус-вектор «заметает» равные площади.

 

это из книги «Фейнмановские Лекции по Физике»

 

Наконец, он открыл и ещё одну очень важную зависимость, которую позднее назвали «третий закон» Кеплера: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца (под «средним расстоянием» здесь понимается большая полуось эллипса):

 

 

Собственно говоря, эта «картинка Кеплера» замыкает эту подглавку. Дело в том, что она – эта картинка – живёт  и поныне, её только чуть подкорректировали в связи с новыми открытиями. И главными из них были два.

Первое – открыли Плутон. И очень он всех удивил, Плутон: орбита большая, очень сильно наклонена по сравнению с другими… прямо чужеземец какой-то среди планет. Второе – эти «жуткие странницы» – кометы. Оказалось, что не такие уж они жуткие, да и не такие уж странницы, а вполне себе равноправные члены «солнечной семьи». Только орбиты у них сильно вытянуты, улетают они от Солнца далеко, потому и возвращаются редко…

 

 

 

Чтобы можно было получше разглядеть, под занавес вставлю картинку по-современнее, с поясами астероидов и Койпера (иногда произносят «Купера»)

 

 

Вот такая она теперь, эта картинка. И её с полным основанием можно уже положить на полку с этикеткой «познано».

 

Однако, к пониманию Вселенной картинка эта отношение имеет отдалённое. Пока над ней трудились, все причастные хорошо поняли уже, что всё это – наши ближайшие соседи и «сожители», «наша семья», а вовсе не Вселенная. С неё сняли статус «Вселенная» и разжаловали в давно привычный нам статус «Солнечная Система».

А для понимания хоть чего-то о Вселенной надо было смотреть подальше…

 

Зарубки

 

Но прежде чем «смотреть подальше», мне кажется нужным вставить здесь махонький «справочный» раздел и уточнить в нём самые необходимые термины и понятия, которые понадобятся дальше – чтобы потом не «чесать в недоумении затылок», а иметь уже соответствующую «зарубку» в памяти и знать о чём идёт речь.

 

1. Расстояния

 

Наши метры (с километрами), футы (с милями), и прочие вёрсты и сажени для использования в масштабах Солнечной Системы (не говоря уж о звёздных системах) непригодны: слишком они искусственны, то есть придуманы нами (ну, фут, к примеру – «длина ступни взрослого мужчины». Ну что это за единица длины!?), а не «проистекают» из каких-то астрономических (или хотя бы физических) понятий, да и слишком уж малы… Поэтому учёные стали «изобретать» какие-нибудь новые единицы расстояний – покрупнее и «попривязаннее к астрономии».

Первой такой стало «усреднённое» расстояние от Солнца до Земли. Его назвали «астрономическая единица» (а.е.). Она оказалась очень удобной и «востребованной», правда – только в не очень больших пределах, в основном – внутри Солнечной Системы. (1 а.е = 1.49*1011м.) (т.е. около 150 млн км)

Затем появилось расстояние, которое свет проходит в вакууме за год, его назвали «световой год». Эта единица оказалась широко востребованной у популяризаторов, журналистов – а за ними и у «простых сапиенсов». А вот сами учёные пользуются ею крайне редко и «неохотно» (уж очень она какая-то «кривая», нечёткая…).

Поэтому учёные придумали «парсек» (пк). Слово происходит от сочетания «параллакс – секунда» и означает «расстояние до объекта, годичный параллакс которого равен 1 угловой секунде». Чтобы не «морочить голову» расшифровкой понятия «годичный параллакс», я просто приведу картинку из энциклопедий. (1 пк = 206 265 а.е. = 3.26 св.лет) Широко используются также «производные»: килопарсек (кпк), мегапарсек (мпк).

 

 

2. Пространство и Время

 

Картинка «Вселенной», до которой мы пока доползли – «картинка Кеплера» – основана (как и все предыдущие) на двух молчаливо принятых «постулатах»:

во-первых, существует Пространство – этакая «вселенская» сцена, на которой и разыгрываются все события;

во-вторых, все эти события разыгрываются в определённом порядке – какие-то друг за другом, другие «параллельно», то есть одновременно. И вот этот «порядок разыгрывания» мы назвали Время.

То есть все «картинки Вселенной» строились на (молчаливом) признании объективного (т.е. от нас не зависящего) существования двух (и друг от друга тоже не зависящих) Сущностей: ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ. Долгие и скрупулёзные размышления наших праотцов над сутью Пространства и Времени привели их к такому пониманию этих сущностей:

Пространство

непрерывно (т.е. способно к бесконечному делению на все более мелкие «частички»)

бесконечно (т.е. не имеет «конца» в любом направлении)

изотропно (т.е. одинаково по свойствам в любом направлении, выделенных направлений нет)

универсально (т.е. не зависит от наличия или отсутствия в нем предметов или наблюдателей)

абсолютно (т.е. выглядит одинаковым для любого наблюдателя, где бы он ни «сидел»)

Время

тоже непрерывно, бесконечно, универсально и абсолютно (точно в указанном для пространства смысле), но все же существенно отличается: оно анизотропно (т.е. имеет выделенное направление – течет только «от прошлого к будущему»). Время они уподобили «однонаправленной» прямой. На этой прямой можно выбрать любую точку и считать ее «началом отсчета», тогда предшествующие ей события будут иметь «отрицательное» время, однако это только «для удобства оперирования», счета в частности. Реально «отрицательного» времени, то есть текущего в обратную сторону, в этой концепции существовать не может.

 

Эта концепция называется «классической»,

а для себя надо отметить:  такие свойства пространства и времени – всего лишь постулаты, причем в значительной степени – интуитивные. Ни одно из этих свойств надежно не обосновано.

 

Словесное описание пространства было довольно хорошим, но очень хотелось получить четкое и однозначное математическое описание, оно позволило бы проводить какие-то операции и исследования на математическом языке. Идею (в «нашей цивилизации») приписывают Евклиду, он ввел понятия:

«точка» (имеющая нулевые размеры)

«прямая» (имеющая нулевую «ширину» и «высоту», но бесконечную длину, то есть от – T до +T; при этом любой её «кусок» состоит из бесконечного количества «точек»)

«плоскость» (имеющая нулевую «высоту», но бесконечные длину и ширину).

Совокупность этих «структурных единиц» и образует пространство, которое стали называть «Евклидовым пространством»

 

Такая «абстракция» давно уже привычна и потому кажется вполне понятной и непротиворечивой. Но если заглянуть «за привычку», то в глубине обнаруживаются по меньшей мере две «непонятки».

 

зарубка1. точка имеет «нулевые» размеры, а сложение нуля с самим собой – даже бесконечное количество раз – не должно приводить к «ненулевой» длине линии и, соответственно, пространства в целом. Но и отказаться от нулевых размеров точки не получается – тогда нарушится одно из базовых свойств пространства, его «непрерывность», а оно в этой концепции является необходимым. То есть: налицо внутреннее противоречие концепции.

 

зарубка2. Идея «непрерывности» неизбежно приводит к существованию «несоизмеримых отрезков» (как диагональ квадрата и его сторона, к примеру) и, как следствие – к иррациональным числам. И очень трудно (я бы сказал невозможно) принять мысль, что такие соотношения могут существовать в реальной природе.

напоминаловка: всякое рациональное число можно точно выразить через соотношение двух целых чисел (m/n), иррациональное – нельзя

 

3. Скорость

 

В этой концепции Пространство и Время – самостоятельные и независимые сущности, а потому законы логики и математики позволяют искать соотношения между ними. Одно из таких соотношений (отношение «пространства» ко времени, за которое оно «пройдено») оказалось очень удобным и полезным – мы назвали его Скорость.

Но «для себя» нужно всегда держать в памяти

зарубку 3: скорость – величина производная, «произведенная» нами из «исходных, базовых величин – Пространства и Времени, и  может существовать (и использоваться в вычислениях)  только там и тогда, где и когда самостоятельно и независимо существуют Пространство и Время.

 

4. Преобразования Галилея

 

Попытаюсь не приводить чертежей и формул (хотя они и не представляют особых трудностей), а описать суть «словесами». А суть такая. Галилей задумался над схемой: вот, предположим, есть некая система отсчёта (СО), в ней есть тело (точка), которая двигается определённым образом. То есть точка имеет координаты такие-то и вектор скорости такой-то. Картина её движения описывается уравнениями движения (пусть простейшими – s=v*t). В этой же СО «сидит» наблюдатель-1, и он видит эту картину движения. Рядом, в другой СО сидит наблюдатель-2. Так вот, исходя из понятия «абсолютности» пространства, наблюдатель-2 должен увидеть ту же самую картину (то есть величина координат и вектора скорости может, конечно, быть немножко другой, но картина – то есть уравнения движения – должны остаться такими же).

Изрядно покорпев над вычислениями и раздумьями, Галилей обнаружил, что это не всегда так. Если наблюдатель-2 в своей СО двигается с ускорением, или – не дай Бог – вращается, то он увидит совершенно другую картину (уравнения кардинально изменятся)! А вот если он в своей СО движется (по отношению к первому) равномерно и прямолинейно (не важно в какую сторону и с какой скоростью), то всё совпадает: он видит точно ту же картину (т.е. уравнения не изменяются).

Такие СО (движущиеся относительно друг друга равномерно и прямолинейно) позднее стали называть Инерциальными Системами Отсчёта (ИСО).

Наблюдатель-1 в своей ИСО видит, что тело (точка) двигается (относительно него) с такой-то скоростью. Предположим, наблюдатель-2 в СВОЕЙ ИСО двигается точно навстречу телу (точке), тогда он увидит, что тело (точка) двигается относительно него быстрее, чем видит наблюдатель-1, потому что для наблюдателя-2 скорость тела (точки) будет складываться с его собственной скоростью. Если же он будет двигаться не точно навстречу, а под углом, скорости всё равно сложатся – только не «арифметически», а как векторы.

То есть Галилей придумал правила – как вычислить координаты точки и её вектор скорости «с точки зрения наблюдателя-2». И самое главное из этих правил – как складывать векторы. Со времён Галилея всё это стало давно привычным – и преподаётся детям в школах.

Это назвали «Преобразованиями Галилея». Но в них есть кое-какие неявные выводы, о которых – считаю – нужно оставить «зарубки» в памяти.

Первое. Получается, что для наблюдателя-1 скорость точки такая-то, а для наблюдателя-2 скорость другая. Частенько здесь возникает вопрос: а какая же на самом деле? Вопрос некорректен, как говорят в околонаучном мире, а в нашем – не имеет смысла. Никакой «на-самом-деле-шной» (т.е. «абсолютной») скорости не бывает. Скорость ВСЕГДА ОТНОСИТЕЛЬНА, она может быть определена только по отношению к чему-то. Отсюда и

зарубка 4: абсолютной скорости в природе не бывает.

 

Второе. Преобразования Галилея – это не «физический закон», который при таких-то условиях выполняется, а при других – нет. Это всего лишь придуманный «человеками» (Галилеем) математический (геометрический) приём, позволяющий нам что-то вычислять. Следовательно, о нём – об этом приёме – нельзя сказать, что он когда-то «соблюдается», а когда-то «не соблюдается». Вопрос может быть только в одном: правильно мы его применили, или неправильно?

зарубка 5: Если он в каких-то наших исследованиях вдруг «не соблюлся», значит мы где-то ошиблись и неправильно его применили.

 

Третье. Преобразования эти придуманы (и применимы) для довольно узкого круга событий: только для тел (точек), у которых четко известны (или могут быть установлены) параметры – координаты и вектор скорости.

зарубка 6: к другим событиям их применять нельзя.

 

5.Волны

 

Теперь надо разобраться с «волнами», поскольку волна и ее движение очень сильно отличаются по своей физической сути от тела и его движения. Волны – по крайней мере морские – известны людям давно. Чтобы понять, что звук – это тоже волны, потребовалось время. А чтобы освежить в памяти суть «волны», надо кратенько рассмотреть простейший случай: звуковая волна в воздухе.

Если в воздухе какое-то тело (пластина камертона, к примеру) совершает движение, то результат будет зависеть от скорости этого движения. Если скорость его мала, молекулы воздуха успевают «обтекать» пластину и ничего не будет. Если скорость велика – пластина «толкнет» группу не успевших «сбежать» прилегающих молекул и в этой «полоске молекул» возникнет «сжатие» (т.е. повышение плотности). В следующий момент пластина отклонится назад и вслед за «полоской сжатия» возникнет «полоска разрежения» (т.е. пониженной плотности). Всё. После этого пластину (т.е. источник волны) можно и убрать: комплект «полоска сжатия+полоска разрежения» «толкнёт» следующие слои воздуха, в них образуется «свой комплект»… То есть «комплект» будет порождать такие же комплекты дальше и дальше. Сама эта «полоска молекул» совершает очень небольшие движения «туда-сюда», однако процесс «порождения» все новых и новых «комплектов» выглядит как движение в пространстве. Вот этот «комплект» и называется волной.

Скорость движения волны в данной среде не зависит от скорости движения породившего её источника (как уже говорилось, он вообще может исчезнуть – он больше не нужен, волна распространяет «сама себя»), она зависит только от свойств среды. К примеру, скорость звука в воздухе (при «нормальных» условиях воздуха) 330 м/сек. Волна (как «комплект» сжатие+разрежение) занимает в пространстве некоторую длину – она называется длиной волны. Если эта длина равна, к примеру, 330 метрам, то «в одной секунде» уложится всего одна такая волна – это количество называется частотой (в этом случае она равна 1 герцу – такой звук люди не слышат, мы начинаем слышать звук при частотах 16-20 герц). А вот если длина будет такой, что «в одной секунде» уложится 27 волн, то мы услышим звук, который возникает при нажатии самой левой клавиши рояля. «Эталоном высоты тона» люди договорились считать 440 герц – это звук «ля» первой октавы. Описание «всамделишного» движения волны гораздо сложнее: нужно учитывать тепловое движение молекул и его влияние на «групповое» движение «комплекта», средний свободный пробег молекул и его отношение к «длине» пакета, упругость среды и силу ее сопротивления волне…

Таким образом, «движение волны» имеет следующие отличия от движения тела:

движется не тело, а «физический процесс». Процесс, естественно, не имеет инертной массы (и центра масс), а его структурная единица – волна – имеет еще и вполне «макроскопическую» длину и ее нельзя не учитывать – то есть волну никак нельзя рассматривать в виде «точки».

процесс этот движется в среде, и от среды никоим образом абстрагироваться нельзя: нет среды – нет и процесса. И опять: это – не какой-то физический закон, справедливость которого нужно ещё доказывать: нет – это вот так мы, люди, условились, так определили термин «волна», отсюда и

зарубка 7: волна – это процесс в среде; если среды нет – это не «волна», а какое-то другое явление.

И ещё немножко о «волне». Скорость волны в среде не зависит от ИСО, где «сидит» наблюдатель, и вообще от наблюдателя:  она зависит только от свойств среды. Так что же, если наблюдатель движется – ничего не меняется!? Меняется, но совсем иначе: появляется новый эффект, при анализе движения тел не встречавшийся.

Допустим, волна имеет частоту 440 герц. Тогда покоящийся наблюдатель будет «получать в ухо» 440 «ударов» в секунду и услышит звук «ля» первой октавы. Если же он двигается навстречу (по нормали к фронту волны!), то будет «получать в ухо» чаще и принимаемая им частота увеличится – он услышит более высокий звук. Это называется «эффектом Доплера» по имени открывшего его ученого.

 

«Лирическое отступление»: пояснение на более грубом, зато более наглядном примере (это из книги Я.И.Перельмана «Занимательная физика»).

Пусть из Москвы во Владивосток каждый полдень отправляется поезд, путь занимает 10 суток. Из Владивостока в Москву тоже каждый полдень отправляется такой же поезд. Вы отправляетесь на таком поезде из Владивостока. Вопрос: сколько встречных поездов пройдет мимо ваших окон за время пути? «Навскидку» ответ чаще всего такой: 10. Но ответ неверен. Когда вы сели в поезд, на железной дороге уже находилось 10 поездов, вышедших из Москвы в предыдущие 10 дней – и вы все их встретите. Кроме того, вы встретите еще 10, которые будут выходить из Москвы каждый день вашего пути. То есть вы встретите 20! Получается: частота движения поездов из Москвы во Владивосток для наблюдателя у обочины, неподвижного – раз в сутки, а для вас, двигающегося – дважды в сутки.

 

Таким образом, «сложения» скоростей волны и наблюдателя не происходит, для наблюдателя «очевидным» образом меняется только частота волны); и отсюда рождается

зарубка 8: преобразования Галилея к волне применять нельзя.

 

 

Вселенная

Галактика

 

Так. Вся память теперь в «зарубках», можно возвращаться на «тропу». Когда «картинку Кеплера» разжаловали из статуса «Вселенная», стали «смотреть подальше». Там много чего увидели – в основном непонятного. Однако, трудами множества астрономов и астрофизиков, кое-что и понять удалось. В частности – «конструкцию» нашей галактики Млечный Путь. Чтобы отличать её как-то от других, её принято писать с большой буквы – Галактика. Оказалось, что она выглядит примерно вот так.

 

 

Внушительно выглядит, солидно. Но… на поверку оказалось, что вовсе она не «солидна», эта конструкция – очень динамична, изменчива, скорее уж «эфемерна», чем «солидна». Вот как написал об этом Карл Саган:

«…Внутрення часть Галактики вращается как твёрдое тело. Но за её пределами внешние области вращаются всё медленнее и медленнее, подобно планетам, которые в своём движении вокруг Солнца подчиняются третьему закону Кеплера. Рукава стремятся всё более тугой спиралью закрутиться вокруг ядра, в спиральном узоре скапливаются грязь и пыль, их плотность растёт, в результате здесь начинается образование молодых звёзд, которые и очерчивают этот спиральный рисунок. Эти звёзды светят около десяти миллионов лет, что составляет всего пять процентов от периода вращения Галактики. Но по мере того, как звёзды, очерчивающие спиральный рукав, сгорают, вслед за ними формирируются новые светила и связанные с ними туманности, сохраняя неизменным спиральный рисунок.

Звёзды, оконтуривающие рукава, не переживают даже одного оборота Галактики; устойчив только спиральный узор.

Скорость движения любой звезды вокруг центра Галактики обычно не совпадает со скоростью движения спирального узора. Солнце многократно пересекало спиральные рукава за те двадцать витков вокруг Галактики, что оно совершило, двигаясь по своей орбите со скоростью 200 километров в секунду (примерно 700 тысяч км/час). В среднем Солнце с планетами проводит 40 миллионов лет внутри спирального рукава, затем 80 миллионов лет вовне, затем ещё 40 внутри следующего и т.д. Спиральные рукава – это области, где поспевает новый урожай звёзд, но где далеко не всегда обнаруживаются такие зрелые светила, как Солнце. В настоящее время мы живём между спиральными рукавами».

 

Кроме движений «между рукавами», звёзды (и Солнце с планетами тоже) временами пересекают и «плоскость диска» Галактики, то как бы «подныривая» вниз, то «выныривая» снова. Многие планетолоки и климатологи считают, что это вот «сидение в рукаве» и последующее «выныривание» из него может оказывать влияние на климат Земли, однако более-или-менее систематических и «членораздельных» публикаций на эту тему мне не встретилось.

 

Таков наш Млечный Путь. Но к нашей «картинке Вселенной» его тоже не «пристегнуть»: на статус «Вселенной» он, понятно, не тянет.

 

Картинка Ньютона

 

Исаак Ньютон – личность просто поразительная: столько всего «придумать» и понять за одну жизнь… Но здесь, для нашей темы, важен, естественно, его «закон всемирного тяготения».

 

Из книги А.Н.Петрова «Гравитация… от хрустальных сфер до кротовых нор»:

«С помощью своих законов механики Ньютон убедительно доказал, что нет деления на тела, которые притягивают, и тела, которые притягиваются. Все тяготеющие тела взаимопритягиваются, то есть законы гравитации имеют универсальный смысл.

Повторим коротко его вывод. У поверхности Земли все тела падают с одинаковым ускорением g независимо от их массы (веса), а сила, действующая на тело на поверхности Земли, пропорциональна его массе (весу), поэтому F = mg. Далее, согласно третьему закону механики, если на тело массой m со стороны другого тела массой M действует некоторая сила, то тело массой m действует на тело массой M точно с такой же, но противоположно направленной силой. Скажем, не только Земля притягивает Луну, но и Луна притягивает Землю.

Следовательно, сила взаимного притяжения двух тел должна быть пропорциональна каждой из масс. То, что эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами было уже установлено. Поэтому сила взаимного притяжения двух масс m и M, удаленных на рас стояние r друг от друга, определяется выражением:

 

 

которое и является формулировкой закона всемирного тяготения; здесь G – это коэффициент пропорциональности, называемый постоянной всемирного тяготения. Величина G показывает, насколько сильно гравитационное взаимодействие. Это одна из фундаментальных мировых констант, чисел, значения которых определяют поведение и Вселенной в целом, и отдельных ее частей».

 

Законы механики Ньютона «сразу и непосредственно» изменений в «картинку Кеплера» не внесли. Но они дали в руки исследователей возможность вычислять многие нужные величины, касающиеся движения небесных тел, их масс – и вычислять точно! Постепенно стала «подрастать» идея о том, что на основании этих законов механики можно будет, наконец, и всю Вселенную описать – законы-то «всемирные»!

«Картинку Кеплера» видоизменили: пространство, ограниченное в ней Солнечной Системой, расширили и стали считать «бесконечным» во все стороны. И оно должно быть заполнено звёздами, которых, выходит, тоже должно быть бесконечно много. Само пространство (как и время тоже) при этом оставались «классическими», точно в том смысле, как это описано выше.

 

То есть «картинка Ньютона» получилась такой: Абсолютное (и пустое) пространство заполнено бесконечным количеством звёзд, которые двигаются там по законам механики Ньютона в абсолютном времени.

Первая «нестыковка» носит название «парадокс Ольберса, или фотометрический парадокс», и состоит в следующем: если всё действительно так, то луч зрения в ночном небе – в любом направлении – должен обязательно и неизбежно «наткнуться» на звезду, то есть всё ночное небо должно быть покрыто звёздами сплошь, без «прогалин». Наблюдения это опровергали. Были и ещё разные другие, но перейду сразу к самому «убийственному»: многочисленные и тщательные «математические прокрутки» приводили к неизбежному выводу – в такой «вселенной» все тела должны неминуемо (и довольно быстро) «свалиться в кучку». Вывод тоже был неизбежен: такая «вселенная» существовать не может.

Поэтому «картинка Ньютона» быстро сошла в небытие. «Картинка»-то сошла, да… А вот сам закон тяготения продолжал своё триумфальное шествие по планете.

Хотя «удар судьбы» и по нему уже готовился – пока подспудно, незаметно. Астрономы всё повышали точность своих инструментов и наблюдений, и в результате выяснили: Меркурий движется не совсем так, как «полагалось по Ньютону». Отклонения были очень маленькими, но они были – и были вполне чётко и неоспоримо.

 

«…В рамках этого пространства и времени удалось описать множество различных видов движения. К концу того периода физики думали даже, что уже всё: в области «пространство – время – движение» открывать больше нечего, всё абсолютно ясно и на основе «динамических движений» Ньютона можно правильно описать любые существующие в природе движения».

 

 

Свет

 

Оказалось, с таким выводом поторопились. «Споткнулись» о… свет.

Свет вообще создал много проблем физикам (на мой взгляд – и до сих пор ещё создаёт). Основных гипотез о его природе было две:

«истечение» (Ньютон), по которой свет – это поток «световых частиц»

«волна» (Гюйгенс), по которой свет – это волна, подобная звуковой, но распространяющаяся в специальной среде – мировом эфире.

 

Обе гипотезы имели массу (вполне надежных) экспериментальных подтверждений, причем как правило – взаимоисключающих. К примеру, давление света можно было объяснить только с «корпускулярной» точки зрения, а интерференцию – только с «волновой».

В 1873 году итог многовековой работы физиков подвел Максвелл: используя результаты работ своих предшественников (и главным образом работы Фарадея) вывел уравнения (теперь это «уравнения Максвелла»), объединившие электрические и магнитные явления в единое целое. Свет оказался лишь маленькой частью этого единого целого. Из уравнений Максвелла много чего следовало, но применительно к теме «пространство – время – движение» следствий было два:

во-первых, движение света оказалось по характеру волновым и, значит, должно распространяться в какой-то среде (подобно другим волнам)

во-вторых, скорость распространения этих волн в этой гипотетической среде оказалась близка к скорости света (она в те времена была уже измерена с приличной точностью).

 

Опыт Майкельсона – Морли

 

Поскольку свет путешествует по всей видимой Вселенной, среда эта должна присутствовать тоже везде, быть «мировым эфиром», пронизывающим «всё и вся». У физиков возникло естественное желание «пощупать» мировой эфир. Пробовали много и «разно», самым знаменитым остался в истории «опыт Майкельсона-Морли» 1887 года, а потому о нём подробнее.

Сама идея опыта была достаточно проста: раз мировой эфир пронизывает «всё и вся», значит и Земля в своем движении по орбите вокруг Солнца тоже проходит «сквозь» этот эфир, причем с приличной скоростью – около 30 км/сек. И, значит, можно попытаться определить скорость движения Земли «сквозь эфир».

Опыт хорошо описан в ФЛФ (Фейнмановские Лекции по Физике), том 1-2, стр. 268. Выдержки оттуда (сначала цитата).

«Для опыта Майкельсон и Морли использовали прибор, схема которого показана на рисунке. Главные части прибора: источник света А, посеребренная полупрозрачная стеклянная пластинка В, два зеркала С и Е. Все это жестко укрепляется на тяжелой плите. Зеркала С и Е размещены были на одинаковом расстоянии L от пластинки В. Пластинка В расщепляет падающий пучок света на два, перпендикулярных один к другому; они направляются на зеркала и отражаются обратно на пластинку В. Пройдя снова сквозь пластинку В, оба пучка накладываются друг на друга (D и F). Если время прохождения света от В до Е и обратно равно времени прохождения от В до С и обратно, то возникающие пучки D и F окажутся в фазе и усилятся взаимно; если же времена хоть немного отличаются, то в пучках возникнет сдвиг по фазе и, как следствие, – интерференция».

Теперь (укороченное) описание: далее следуют  такие рассуждения.

 

 

«(Прибор движется относительно эфира направо со скоростью u.)

Сначала подсчитывается время прохождения света от В к Е и обратно. Пусть время «туда» равно t1, а время «обратно» равно t2… скорость света «туда» по отношению к прибору есть c-u… и тогда t1 = L/c-u… скорость света «обратно» по отношению к прибору есть c+u… и тогда t2 = L/c+u. общее время t1+t2 = L/c-u + L/c+u.= 2Lc/c2-u2. Или в «окончательной форме»

 

«Затем подсчитывается время t3 прохождения света от В к С (с учетом перемещения прибора за это время, т.е. по пунктирным линиям B-C’-B’; таким образом, решаются два прямоугольных треугольника с гипотенузами BC’ и CB’). Общее время будет 2t3.

Привожу сразу «окончательную форму»

 

 

«В полученных результатах числители равны, а знаменатели различны, то есть в условиях данного эксперимента время «туда-сюда вдоль» должно отличаться от времени «туда-сюда поперек». А раз время отличается, должна возникнуть интерференция. Она не возникла…»

«…Прибор был достаточно чувствителен, чтобы заметить такое явление. Но никакого различия во временах обнаружено не было – скорость движения Земли сквозь эфир оказалось невозможно обнаружить. Результат опыта был нулевой».

«Это было загадочно. Это настораживало. Первую плодотворную идею, как выйти из тупика, выдвинул Лоренц. Он допустил, что все материальные тела при движении сжимаются, но только в направлении движения…»

«Так что же предложил Лоренц? Он предложил (1904) идею, что тела сжимаются в направлении движения, а величина этого сжатия выглядит так (L – «сжатая» длина, Lo – «исходная» длина).

 

С помощью этой идеи удалось согласовать «времена» в опыте Майкельсона-Морли (т.е. теперь t1+t2=2t3). Дальнейшие размышления привели физиков к заключению, что этого мало и для «всеобщего» согласования нужно еще, чтобы и время тоже «сжималось». И тогда преобразования Галилея нужно «переделать» в следующий вид».

 

Это – «преобразования Лоренца».

 

Предложенную Лоренцем «добавку» стали называть «релятивистской, а сами формулы – релятивистскими.

 

И вот теперь – «непонятки»

Все участники «по умолчанию» ожидали получить в результате эксперимента «картинку интерференции», а таковая может возникнуть только в случае волны; то есть заведомо рассматривался процесс по имени «распространение волны в мировом эфире». А все рассуждения ведутся, как предписано «преобразованиями Галилея» для тела, то есть для вполне конкретной точки с вполне конкретными значениями координат и скорости. Где-то впереди мы делали «зарубку в памяти» о том, что к волне их применять нельзя!

Непонятка 2-1: на мой взгляд, это – логическая ошибка, применять преобразования Галилея таким вот образом нельзя.

 

Если же рассматривать это как движение конкретной точки (отдельно взятого фотона, к примеру), то ошибка «вылезает» с другой стороны: все «узлы» эксперимента (источник света, зеркала, измерительная аппаратура…) находятся в одной ИСО! Вторая ИСО – гипотетический (и неподвижный) эфир. Но тогда

Непонятка2-2: с чем же должна складываться скорость фотона!?

 

«…Что же именно было «загадочно», в чем конкретно состоит «тупик», из которого нужно искать выход? В выводе из результатов эксперимента: сложения скоростей света и прибора не произошло. И, следовательно, нарушается инвариантность к преобразованиям Галилея, а скорость света приобретает свойство «абсолютности» (поскольку «не складывается» со скоростью прибора). И потому-то понадобились преобразования Лоренца…»

 

Вывод тоже представляется мне ошибочным.

Как мы отмечали в «зарубках», скорость волны (любой) вообще, в принципе, не складывается со скоростью наблюдателя: единственный возможный эффект в таком случае – изменение частоты волны, воспринимаемой наблюдателем.

Непонятка 2-3: ожидать «картинку интерференции» не было никаких оснований, она никак не могла появиться.

Как мы отмечали в «зарубках», «абсолютной скорости» в природе быть не может. Признавать «абсолютность» скорости света только потому, что она «не сложилась» со скоростью прибора нет оснований – она и не должна была складываться! (замените мысленно в эксперименте свет идеально упругим шариком – и его скорость тоже придется признать «абсолютной»).

Непонятка 2-4: признание абсолютности скорости света выглядит логической ошибкой.

 

Наконец, ещё одна мысль относительно «абсолютности» скорости света. Вспомните «зарубки»: скорость – величина производная, мы её «произвели» из двух более «фундаментальных» сущностей – длины и времени.

Непонятка 2-5: в результате всех этих «упражнений» производная величина приобрела характер «фундаментальной», в то время как ее «фундаментальные родители» стали вдруг переменными. Это тоже выглядит логической ошибкой.

 

Под занавес этой части повествования ещё одна мысль. Преобразования Лоренца выглядят очень «искусственными», «притянутыми за уши», но какой смысл они фактически имеют? Именно этот и имеют:

Непонятка 2-6: мы сознательно подгоняем формулы таким образом, чтобы скорость света при любых дальнейших применениях формул оставалась постоянной и ни с чем «не складывалась».

 

 

Картинка Эйнштейна

 

СТО и ОТО

 

…Эйнштейн (1905) «переосмыслил» принцип относительности Галилея (т.е. распространил его с механических движений на все виды движений), а на базе преобразований Лоренца добавил еще один постулат. Получился принцип относительности Эйнштейна:

1.       Все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной ИСО к другой (т.е. к преобразованиям Лоренца);

2.       Скорость света в пустоте одинакова во всех ИСО и не зависит от движения источников и приемников света (т.е. она приобретает свойство «абсолютности»).

 

Эти два постулата – основа СТО (Специальной Теории Относительности). По смыслу СТО пространство и время – уже не «независимые сущности», а единая сущность, именуемая «пространство-время». СТО рассматривает пространство-время без учета тяготения.

 

В 1915-16 годах Эйнштейн «расширил» СТО уже с учетом тяготения и назвал новую теорию ОТО (общая теория относительности). «Расширение» означало внесение изменений во многие «места», причастные к вопросу.

В теории Ньютона предполагалось «мгновенное» распространение тяготения. Эйнштейн постулировал, что все виды взаимодействия, включая гравитацию, передаются со скоростью света. То есть в этом постулате завуалированно утверждается «вторая ипостась абсолютности скорости света»: никакое тело (и вообще ничто) не может двигаться быстрее скорости света в пустоте.

 

«В ньютоновской теории «принципом эквивалентности» называется тот факт, что тяготение совершенно одинаково действует на любые тела и при этом силы инерции, действующие в ускоренной системе отсчета, неотличимы от сил гравитации. Эйнштейн постулировал, что не только механическое движение, но и вообще все физические процессы как в поле тяготения, так и в ускоренной системе в отсутствие тяготения, протекают по одинаковым законам. Это – «принцип эквивалентности Эйнштейна».

В ньютоновской теории массы создают силы гравитации. Эйнштейн постулировал, что массы создают поле, искривляющее пространство-время. И тела движутся в искривленном пространстве-времени по «геодезическим линиям».

 

Пояснение: на поверхности Земли кратчайшее расстояние между точками – не «евклидова прямая», а «кусок» большого круга, плоскость которого проходит через эти точки и центр Земли. Этот «кусок» называется «геодезической прямой» или просто «геодезической». Отсюда название.

 

Наблюдатель воспринимает это движение как движение по искривленным траекториям в трёхмерном пространстве с переменной скоростью. При этом искривление пространства-времени определяется не только массой как таковой (т.е. «веществом»), но и всеми видами энергии, присутствующими в системе. Это – следствие из принципа эквивалентности массы и энергии СТО (Е = mс2).

Такая интерпретация (масса+энергия искривляют пространство-время) с необходимостью приводит к возможности существования областей, где искривление настолько велико, что пространство-время «схлопывается»  и образует либо «черную дыру» (некая сфера с радиусом Шварцшильда, «не выпускающая» из себя никакого излучения, даже света), либо «сингулярность» (некая точка с бесконечной плотностью и бесконечной гравитацией)

 Наконец, в ньютоновской теории масса являлась величиной постоянной. Эйнштейн постулировал, что масса должна изменяться в зависимости от скорости тела следующим образом (в числителе – «масса покоя»)

 

 

Такое пространство – время стали называть релятивистским.

 

Таким образом, в этой картинке пространство и время:

потеряли свою «абсолютность» (т.е. независимость от наличия или отсутствия наблюдателя, а также от места, где он «сидит»)

потеряли свою «универсальность» (т.е. независимость от наличия или отсутствия тел – и не только тел в смысле «масс», но и всех видов энергии)

абсолютный характер приобрела скорость света (и таких «абсолютности» в этой концепции на самом деле две:

«геометрическая» – в том смысле, что скорость света ни с чем «не складывается»;

«физическая» – в том смысле, что ничто не может двигаться быстрее света.

время, кроме того, потеряло еще и «однонаправленность» (т.е. здесь оно может иметь реально отрицательное значение – «течь вспять»).

 

Теперь опять к «непоняткам».

 

Непонятка 2-7: как уже многажды отмечалось выше, постулировать «геометрическую» абсолютность скорости света нет никаких оснований (и никакой необходимости)

 

непонятка 2-8: скорость есть величина, произведенная нами из отношения двух самостоятельных сущностей (пространство и время) друг к другу. В этой концепции пространство и время превратились в «единую сущность». Но тогда понятие «скорость» должно потерять смысл: нельзя определять отношение сущности к самой себе.

непонятка 2-9: если э/м излучение (свет в том числе) мы считаем волной, она требует среды; и это не нужно доказывать, ибо это МЫ САМИ так определили термин «волна»; иначе мы сами себе противоречим. Если же «эта штука» распространяется действительно без среды, тогда это не волна – и нужно искать другое объяснение, другую гипотезу.

 

Теперь попробую «обрисовать» «картинку Эйнштейна» более «зримо», хотя – неизбежно – и более грубо. Что же он изменил в «картинке Ньютона»?

Ньютоновские абсолютное пространство и абсолютное время исчезли – они слились в единую сущность по имени «пространственно-временной континуум», или проще – пространство-время.

Ньютоновское тяготение тоже исчезло – в том смысле, что никаких «сил притяжения» здесь нет. Всякая масса (или энергия, что в этой концепции равнозначно), находящаяся в пространстве-времени искривляет это пространство-время вокруг себя, а окружающие тела просто «катаются» по искривлённому пространству-времени (куда геодезическая вывезет, так сказать).

Пространство-время стало – по необходимости – четырёхмерным (поскольку к трём пространственным добавилась четвёртая координата – время). А так как оно сильно кривое, то Евклидова геометрия стала непригодной, понадобилась другая – Римана, Минковского и т.д.( да ещё и в 4-мерном варианте!)

 

Что и говорить – такая картинка выглядела сильно «диковатой». Но… помните, Меркурий двигался не так, как полагалось «по Ньютону»? Так вот оказалось, что он двигается точно так, как полагается по этой «диковатой» картинке.

 

В завершение раздела ещё несколько фраз. В литературе часто встречаются следующие утверждения:

«справедливость концепции… подтверждена бесчисленным количеством экспериментов»;

«концепция… позволила уйти от понятия «сил», объяснение которых представляет огромную трудность в современной физике»; «поэтому концепция… является общепризнанной».

 

М-да… Тут, однако, много непоняток.

Непонятка 2-10: «Бесчисленные эксперименты» страдают одним «завуалированным» общим недостатком: их результаты «обсчитываются» с помощью указанных выше «релятивистских формул». А формулы заранее подогнаны (см. зарубки) под «концепцию». То есть получается то, что в философии и логике именуется «логический круг».

 

Непонятка 2-11: И от понятия «сил» концепция не ушла, а только завуалировала их. Пространство-время искривляют массы (или энергия). Мы не знаем (до сих пор), что такое масса (или энергия). Но выражаем её через силу и ускорение, и именно в таком виде она входит в формулы. Стоит «развернуть» формулы – и силы снова «тут как тут»., так что утверждение ложно.

 

Непонятка 2-12: И «общепризнанной» концепция тоже не является: достаточно пройтись по научным сайтам в интернете, чтобы убедиться. Признана большинством – да, но вовсе не «обще»признана.

 

Вообще-то эту подглавку, может, и не стоило называть «картинкой Эйнштейна». Речь-то ведь в основном шла о его теории – ОТО – а не о «картинке вселенной» как таковой. На самом деле Эйнштейн на базе своей ОТО всё же создал такую «картинку», и получилась она «не очень»: все тела в ней норовили «свалиться в кучку», как когда-то в Ньютоновой картинке. Ему даже пришлось искусственно и «насильно» вставить в свои уравнения знаменитую «лямбду»,  некий коэффициент, олицетворявший гипотетические «силы отталкивания», которые не давали бы случиться коллапсу. Так что «вселенная Эйнштейна» только мелькнула на сцене истории науки, в общем-то, не оставив и следа.

 

Картинка Фридмана

 

А вот у самой ОТО совсем другая судьба.Она сыграла (и всё ещё играет) огромную роль в развитии мысли человеческой, и это – факт. Последователи Эйнштейна на её базе создали множество разных «картинок вселенной», и каждый из них как-нибудь по-своему боролся с проблемой схлопывания, коллапса. Главным среди них, наверное, следует назвать петербургского физика и математика Александра Фридмана.

 

Он создал несколько моделей вселенной, в одной из которых вселенная… расширялась! Это выглядело тогда совсем уж «того»: все тут борятся с коллапсом, а у этого – расширяется!? Тем не менее, довольно скоро наблюдения подтвердили: «а ведь, похоже, и вправду расширяется, ведьма этакая…». «Прямо»-то расширение вселенной никто не мог зафиксировать, понятно, но довольно надёжно установили, что все галактики друг от друга удаляются, а это можно было объяснить только расширением… вдобавок они ещё и удалялись-то как раз так, как «предписал» Фридман.

 Этот период «развития картинки» чрезвычайно интересен, но покопайтесь сами, а я уж поплетусь поближе к «итого».

 

После получения таких данных за эту модель Фридмана взялись как следует: и модернизировали, и новые подобные придумывали… Много тут учёных поработало (Алан Гут существенно «подправил», после его «правок» теория получила даже новое название: «инфляционная» ), один из них – знаменитый американский физик-теоретик Стивен Хокинг. Беда была общая: как ни выкручивались, всё равно получалось, что в таких моделях обязательно есть некая «точка», с которой началось расширение – странная и «противная» точка – с бесконечной массой (и, значит, энергией), бесконечной плотностью, и с практически нулевыми размерами… Назвали её Сингулярность. Она, что называется, «всем плешь проела», но избавиться от неё пока так и не удалось, хотя стараются до сих пор.

 

Я вставлю здесь пару строчек из книги Стивена Хокинга «Краткая история времени»:

 

 

В общем, ныне действует «картинка Фридмана» (уточнённая и подправленная многими), и она примерно такова.

Вселенная родилась в момент Большого Взрыва из Сингулярности (ок 15 млрд лет назад) и с тех пор расширяется (при этом всегда подчёркивается, что это «расширение» не предполагает увеличения размеров). Будет ли она расширяться вечно, или когда-то оно сменится сжатием, пока непонятно, ибо это зависит от многих параметров, которые пока известны очень не точно (или вовсе не известны).

 

Дефекты картинки видны, что называется, «невооруженным взглядом». И главный из них – конечно же – эта противная Сингулярность.Точка, откуда «началась» жизнь Вселенной.

Непонятка 2-13: Точка эта имеет бесконечные плотность, массу (и, значит, энергию), бесконечный гравитационный потенциал, практически нулевой размер… Ну не может такая точка существовать! Следовательно, картинка в чём-то неверна.

Непонятка 2-14: Чтобы такое «зёрнышко» разорвать (и тем дать возможность Вселенной родиться), надо преодолеть бесконечный гравитационный потенциал. Придумали «Большой Взрыв». Наверное, справедливо: маленький такую штуку не разнесёт. Тогда, выходит, «распирающая сила» (энергия) этого взрыва превышала бесконечность? Это выражение вообще имеет ли смысл?

Непонятка 2-15: Само наличие «точки начала» неизбежно вызывает «законный» вопрос «а что было до?» Раньше на подобные вопросы отвечали «так создал Творец, цыц!», помните? Теперь отвечают «глупость;  тогда ещё не было времени, цыц!» Найдите 10 отличий.

 

На базе ОТО теперь создано множество и других «математических картинок» Вселенной (говорят, математически– вполне корректно). Одна из таких – «Мультивселенная»:

 «наша вселенная» есть лишь одна из великого (иногда – бесконечного) множества вселенных, объединённых в некую Мультивселенную».

 

Такая концепция возвращает нас к самому первому абзацу этого писания: что мы понимаем под термином Вселенная, и пока мы с этим не определимся – будет вот такая бесконечная путаница в терминах.

 

На мой взгляд, термин Вселенная как-то – пусть интуитивно – опирается на слова все, всё… и должен включать в себя ВСЁ СУЩЕЕ, и когда-то бывшее, и которое будет… И тогда она может быть только одна. Всеобъемлющая и вечная. И ничего не может быть ВНЕ её, ДО неё, ПОСЛЕ неё… И расширяться она не может – некуда, она же объемлет ВСЁ!

А вот видоизменяться она может – внутри себя. И состоять из каких-то частей тоже может (состоит же молекула из атомов – и при этом не перестаёт быть молекулой, со своими вполне чёткими свойствами, и атомы в ней тоже не перестают быть атомами).

 

И на мой взгляд, определение из энциклопедий, приведенное в том самом первом абзаце, вполне подошло бы, если его чуточку подправить:

 

«…Абстрактная сущность, включающая в себя ВСЁ СУЩЕЕ, безграничная в пространстве и времени, то есть не имеющая ни начала, ни конца, а лишь видоизменяющаяся в процессе своего существования… Повидимому, может состоять из (не очень большого количества) достаточно изолированных и автономных частей, которые можно назвать «Мирами», однако основные законы природы (физические законы) во всех таких «Мирах» должны быть одинаковыми»

 

Это близко к идее «мультивселенной», весь смысл этого «теоретизирования» в том, что НЕЛЬЗЯ называть целое и его части ОДИНАКОВО! А вот если это будут «Миры или пусть, скажем, Небеса», то путаницы не будет: мы, значит, изучаем «наш» кусочек Вселенной, «наш Мир». Может, когда и до соседнего доберёмся (вот между ними, кстати, и могут существовать те самые «кротовые норы». Ладно, это уж – потом, сейчас-то со своим бы разобраться…

 

Ну, а в целом эволюция наших «картинок Вселенной», вместе с ныне действующей картинкой, очень напоминает ситуацию, что была в астрономии до Коперника. Концепции Аристотеля и Птолемея были крайне громоздкими, очень неудобными и начисто лишенными хоть какой-то разумной логики и красоты.

Наша нынешняя «картинка» расширяющейся (без увеличения размеров!) Вселенной, родившейся из Сингулярности (которую все признают невозможной) страдает такими же «болячками»: нелогично, громоздко и некрасиво.

У наших праотцов тогда дело было в ошибочности самого основного, базового постулата: «Земля находится в центре». Как только Коперник изменил этот постулат – все стало «на место». Скорее всего, у нас сейчас нечто подобное: один из базовых постулатов ОТО – а именно, об абсолютности скорости света («геометрической» – что она «не складывается» со скоростью наблюдателя) – тоже ошибочен.

Второй («физический» – что ничто не может двигаться быстрее света) – может быть верным, его интуитивно принять гораздо легче. Вполне можно представить, что если телу придать столь огромную энергию, которая разгонит его до скорости света, то тело полностью превратится в излучение. Грубый аналог известен нам давно: если телу сообщать энергию в виде «теплоты», оно сначала становится жидким, потом «фигурально исчезает» – становится газообразным, а затем исчезает уже не «фигурально» – превращается в плазму, т.е. в нечто совсем иное, чем исходное тело (и если плазму потом охладить, «исходное» тело – даже просто исходное вещество – уже не получится).

 

И всё же не эти два постулата представляются мне нашей главной нынешней ошибкой. Нет, третий – о котором даже и не упоминают, настолько он нам привычен, настолько глубоко и «естественно» в нас сидит.

Постулат о непрерывности пространства.

Этот постулат когда-то позволил нашим праотцам привлечь к изучению мира геометрию – именно она «работает» с непрерывными объектами – линии, плоскости, окружности… И именно она оказалась мощнейшим инструментом, ускорившим наше «проникновение» в мир и его понимание.

«Геометрия – это сам Бог.» сказал когда-то Кеплер.

Если это и преувеличение – то не такое уж большое (было тогда). Но всё-таки «тогда» – была только ещё наша «начальная школа».

Теперь у нас и пространство «кривое», и геометрия другая понадобилась, неизменным у нас в головах остался постулат «пространство непрерывно», и именно он с необходимостью заставляет нас пользоваться геометрией (пусть новой), как главным инструментом.

 

Кванты

 

А между тем из изучения «микромира» уже давно «вылезло» понятие «квант»

 

Чуть-чуть, кратенько, об этом понятии.

Первой «бомбочкой» было открытие Макса Планка: он обнаружил, что атом изменяет свою энергию не плавно-непрерывно (как следовало бы ожидать), а отдельными «порциями», словно он мог находиться только в определенных состояниях, а вот в промежуточных – никак нет: то есть находится «вот в этом состоянии», а потом «прыг» – и  переходит сразу в другое. Это настолько «не лезло» в представления классической физики, что – по свидетельствам, в частности Гейзенберга в его книге «Физика и философия» – Планк и сам отказывался верить. Однако к осени 1900 года он наконец пришел к убеждению, что уйти от этого вывода невозможно. «Квант действия» Планка «тут же» стали использовать и для объяснения других явлений (Эйнштейн, Бор, Зоммерфельд…). И объяснить действительно удавалось. Постепенно приходило понимание, что гипотеза «кванта действия» не просто «очень полезная вещь», она отражает «реальное взаимодействие» внутри атома; гипотеза перешла в ранг теории. Теперь «квант действия» называется «постоянная Планка».

 

«Лирическое отступление»

Мне нравится, как физический смысл этого феномена описал Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени» (это не цитата, просто смысл): электрон – «частица и волна» (как и все микрочастицы) и, понятно, имеет длину волны. И если в «орбите» электрона укладывается целое число таких длин волн – он может там существовать, а если не целое – туда он «не влезает». Вот «орбиты», в которых укладывается целое число длин волн – это и есть «боровские разрешенные орбиты».

 

Непонятен был и сам вот этот «переход»: перехода (как некоего движения) не было, был действительно «прыг», скачок. Всё выглядело так, будто «первый» электрон из своей оболочки исчез, а «второй» вдруг появился – уже в другой оболочке. А когда атом излучал энергию, процесс повторялся в обратном направлении (если в этом процессе можно говорить о «направлении»).

 

Вскоре «появились» и другие «кванты»:

планковская длина (иногда называют «гравитационная» или «фундаментальная») – порядка 1.6*10-33 см. (и как производные от нее – планковская площадь и объем соответственно)

планковский интервал времени – порядка 10-43 сек.

планковская энергия – порядка 1019 ГэВ.

 

И, наконец, пара «обобщенных» замечаний ученых:

Весьма вероятно, что истиной «фундаментальной» длиной физики окажется планковская…

При столь малых пространственно-временных масштабах и столь огромных энергиях… возможно проявление квантовой, т.е. дискретной структуры пространства и времени…

 

Да… Вот и приходится снова вспоминать наших праотцов (и удивляться их мудрости). Демокрит высказывал сомнения в непрерывности пространства и настаивал на его «атомистической структуре»: оно состоит из конечного числа элементов… и не может быть разделено на сколь угодно малые части. Арабские философы (мутакаллимы) толковали о том же: …любая линия состоит из целого числа «атомов пространства» и, следовательно, в мире не существует иррациональных чисел и несоизмеримых отрезков… а движение атомов есть скачкообразный процесс исчезновения атома в одной ячейке пространства и его возникновение в другой.

Да и не такие уж древние мыслители тоже – Лейбниц, Гассенди… И уж совсем наш современник Яков Ильич Френкель (1894-1952): «…в основе всех процессов в мире лежит единый фундаментальный процесс… он состоит в исчезновении элементарной частицы в одной точке простраства и её появлении в другой с некоторым запаздыванием, равным времени распространения светового сигнала на расстояние между этими точками. Все более медленные движения в мире возникают в процессе своего рода усреднения этих элементарных процессов». Или, скажем, мнение немецкого физика Б.Абраменко (British journal for the Philosophy of Science) «…дискретность пространственно-временной структуры мира вытекает из открытой Планком элементарности кванта действия»

 

Чтобы укоротить описание, перейду к «дальше», а кому не лень – поройтесь в литературе по «микромиру» и его «осмыслению», там масса интересного.

Ну, а «дальше» вот что. Сейчас практически все учёные склоняются к мысли, что пространство не является непрерывным, оно квантовано, то есть состоит из большого количества неких «зёрнышек» планковских размеров. И ведётся множество работ по «квантованию» других теорий, а применительно к нашей теме – по квантованию ОТО. Толком это сделать пока не удаётся, а основную причину неудач, если привести встретившиеся мне публикации к «общему знаменателю», можно сформулировать так:

 

«… попытки построения «дискретной геометрии» пока встречаются с трудностями. Их можно «подытожить» словами Германа Вейля: «…остается пока неясным, как на её основе ввести метрические отношения, понятия длины и расстояния… трудно обеспечить выполнение принципа соответствия дискретной микрогеометрии и непрерывной макрогеометрии»

 

Из всего этого непоняток у меня здесь образовалось две.

Непонятка 2-16: А надо ли так уж держаться за принцип «непрерывности» макрогеометрии? Он ведь применим только к «непрерывному» пространству, да и сам он внутренне противоречив (см. непонятки 2-1 и 2-2). И если структурной единицей считать точку не с «нулевыми» размерами, а с «планковскими», то эти противоречия снимаются.

Правда, тогда должны исчезнуть «идеальные» фигуры привычной нам геометрии – окружность, к примеру: она должна стать правильным «много-много-много-угольником». Пример: если периметр такого многоугольника равен 1 см., то он должен быть (поскольку планковская длина равна 1.6*10-33 см.) примерно «1033 –угольником». Сможем мы отличить его от окружности? И мешает ли это жить? К тому же нельзя забывать, что эти фигуры «непрерывной макрогеометрии» изначально, ещё от самих Евклида и Пифагора, именно такими и считались: «идеализированными».

 

Непонятка 2-17: Спору нет, геометрия действительно дала нам очень и очень много. Но это было тогда – в нашей «начальной» школе. Теперь мы уже перешли в «среднюю» и поняли, что пространство не непрерывно, а квантовано. Так может, нам пора уже сбросить «геометрические штанишки» начальной школы – и напяливать другие, для средней школы? Раз пространство состоит из множества «зёрнышек», то мне такими «новыми штанцами» представляется «теория множеств».

Кстати сказать, в этой теории есть занятное понятие: «незамкнутая точка». То есть это точка, как бы разделенная на две половинки, которые могут быть разнесены в пространстве как угодно далеко друг от друга, но при этом всё равно остаются ОДНОЙ ТОЧКОЙ. И если в одной из половинок что-то изменить (спин электрона, к примеру), такое же изменение НЕМЕДЛЕННО происходит и в другой половинке. Не так давно французские (ой, кажется британские) учёные осуществили подобный эксперимент, хотя, насколько я понимаю, они осуществляли его не в рамках «теории множеств», а в рамках ныне действующих представлений.

 

Под занавес этой подглавки ещё одно «Лирическое отступление».Вот что написал Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени».

«… может быть, нет ни положений, ни скоростей частиц, а существуют одни только волны. И ошибка именно в том, что мы пытаемся втиснуть понятие волны в наши заскорузлые представления о положениях и скоростях…»

 

Ну, а есть ли какие-то попытки «переосмыслить» устройство пространства и времени так, чтобы оно стало хоть как-то сответствовать всем вышеупомянутым открытиям и идеям? Вот что мне наиболее понравилось из встреченного по этому вопросу.

 

Картинка Леонова

 

Из статьи Владимира Леонова «Вселенная – «кипящий бульон» из квантонов» (цитаты «как есть», включая грамматические ошибки; голубым цветом выделено мною)

 

…инфляционная теория… описывает развитие вселенной в момент ее зарождения, когда еще не было ни одной из известных элементарных частиц: электрона, позитрона, протона, нейтрона, фотона и других. Но что тогда могло раздуваться?...

…основным вопросом мироздания всегда был вопрос о первородной материи. Что было до того, когда не было элементарных частиц? Сегодня мы имеем строго научный ответ, имеющий неоспоримые экспериментальные подтверждения. Первородной материей является квантованное пространство-время.

…Квантованное пространство-время – это высокопотенциальная вакуумная среда, характеризующаяся максимальным гравитационным потенциалом (а не нулевым как принято) и максимальным уровнем энергии.

…чтобы выделить квант пространства-времени, необходимо выделить его минимальный объем, неделимый далее. Для этого требуется всего четыре координатных точки – 1, 2, 3, 4. Одна точка – просто точка, две точки позволяют провести линию, три – накрыть поверхность, четыре – выделить объем. Четыре координатных точки – это геометрия. При переходе от геометрии к физике, точки необходимо заменить физическими объектами, то есть кварками. И эти четыре кварка запланировала сама природа в виде четырех невесомых (не имеющих массы) монопольных зарядов: двух электрических (+1е и −1е) и двух магнитных (+1g и −1g), связанных внутри электромагнитного квадруполя (рис. 1). Монопольные элементарные заряды представлены упругими шариками 5 различной окраски, в центре которых помещен исток (сток) электрического (магнитного) поля.

 

 

Представленный на рис. 1 электромагнитный квадруполь еще не сформировался как квант пространства-времени. Очевидно, что под действием колоссальных сил взаимного притяжения между монопольными зарядами, электромагнитный квадруполь должен сжаться в шаровую частицу, формируя квантон как квант пространства-времени (рис. 2). От коллапса в точку квантон ограничивают свойства монополей: их конечные размеры и упругость. Именно внутри квантона электричество и магнетизм связаны сверхсильным электромагнитным взаимодействием (СЭВ), объединяясь в единую субстанцию. Расстановка центров монопольных зарядов по вершинам тетраэдра внутри квантона образует суперупругую и устойчивую конструкцию.  Как видно, к двум целым электрическим кваркам (+1е и −1е) добавлены два магнитных кварка (+1g и −1g), так называемых монополя Дирака…

 

Имея квантон из четырех кварков, можно сварить бульон первородной материи, заполнив объем квантонами (рис. 3). Благодаря тетраэдрической расстановке зарядов внутри квантона, внутри выделенного объема творится, казалось бы, полнейший хаос. Противоположные по знаку заряды будут стараться притягиваться друг к другу, а однополярные заряды – отталкиваться. Расчетный диаметр квантона очень мал – порядка 10–25 м.

Если бы удалось заглянуть в область ультрамикромира квантонов, то увидели бы, что квантоны подвержены флуктуации. Эти хаотические колебания квантонов подобны кипению. Возможно, эти флуктуации и задают тон реликтовому излучению, и оно является не как остаточный отголосок Большого взрыва, а есть естественный флуктуационный фон квантованного пространства-времени.

Благодаря тетраэдрической расстановке зарядов внутри квантона квантованная структура пространства-времени имеет тот минимальный уровень хаоса, который исключает в пространстве выделение определенного электрического или магнитного направления, то есть исключает анизотропию. При этом электрические и магнитные заряды уравновешивают друг друга. Поэтому в области макромира пространство-время воспринимается как однородная, изотропная и нейтральная вакуумная среда.

Квантованное пространство-время – это и есть невесомая первородная материя, пока свободная от вещества (элементарных частиц). И … [оно] является носителем сверхсильного электромагнитного взаимодействия (СЭВ), той пятой силы, поиски которой велись на протяжение 20 века. Чтобы объединить известные четыре силы (электромагнетизм, гравитацию, ядерные и слабые силы) нужна была Суперсила – СЭВ. Только Суперсила может подчинить себе другие, более слабые силы…

 

 

Рис. 3. «Бульон» из квантонов – квантованное пространство-время.

 

Расчеты показали, что квантованное пространство-время… обладает колоссальной энергоемкостью, порядка 1073 дж/м3. Если активировать всего один кубометр энергии космического вакуума, то этого достаточно для рождения еще одной вселенной

 

…Имея кипящий бульон из квантонов уже несложно сварить элементарную частицу, например, электрон. Для этого необходимо данный бульон заправить кварком отрицательной полярности, наличие которого определено электрической асимметрией вселенной. Действительно, если вбросить в квантованное пространство-время невесомый электрический возмущающий заряд, то квантоны начнут стягиваться к центральному электрическому заряду. Точно также стягиваются пылинки к наэлектризованной расческе.

Но что происходит с квантованным пространством-временем? Очевидно, что вблизи возмущающего центрального заряда оно сожмется, будучи упругой средой. Но это возможно за счет растяжения при удалении от центрального заряда. Зоны сжатия и растяжения разделены некой гравитационной границей. Произошел процесс сферической деформации квантованной среды. Энергия этой деформации есть эквивалент массы частицы. При сферической деформации среды (нашего бульона) кварк приобрел массу m и переродился в элементарную частицу электрон – носитель элементарного электрического заряда e и массы m…

 

 

Рис. 4. Моделирование элементарной частицы в виде областей сферически деформированного

квантованного пространтсва-времени.

RS – гравитационная граница раздела среды;

ρ1 – область растяжения (синяя) и ρ2–область сжатия (красная).

 

…Парадоксально, но, рассматривая массу как энергию сферической деформации квантованного пространства-времени, приходим к осознанию того, что масса является вторичным образованием в первородной материи… Массы, как таковой, просто не существует в природе. Есть только энергия деформации квантованного пространства-времени, которую мы принимаем за массу.

…в основе гравитации лежит деформированное квантованное пространство-время… В своей основе гравитация имеет электромагнитную природу

 

На рис. 4 представлена обобщенная модель элементарной частицы с массой в квантованном пространстве-времени, соответствующая гравитационному уравнению Пуассона… Недеформированное пространство-время… характеризуется квантовой плотностью ρ0. Вводим сферу радиусом R0 и начинаем ее равномерно сжимать вместе со средой до радиуса гравитационной границы RS. Внутри гравитационной границы квантованное пространство-время сожмется до квантовой плотности ρ2 (красная область). Во внешней области пространство-время растянется до квантовой плотности ρ1 (синяя область)…

Необходимо отметить, что гравитационная граница – это не какой-то жесткий размер частицы, а это граница, которая формируется в результате сферической деформации квантованного пространства-времени… точно так же переносится любая волна. Она не переносит свое содержание, она переносит деформацию. По сути дела, гравитационная граница – это волновая граница. Элементарная частица – это одиночная объемная волна в нашем бульоне из квантонов…

Масса любой элементарной частицы – величина переменная и зависит от квантовой плотности среды, в которой она находится, и скорости движения в среде. С увеличением скорости волновая гравитационная граница захватывает все большее количество квантонов из внешней среды, увеличивая внутри квантовую плотность (красная область) и уменьшая снаружи (синяя область). Это равносильно увеличению энергии сферической деформации квантованной среды, а соответственно и массы частицы.

 

…Квантованное пространство-время… возвращает физике светоносную среду, незаслуженно отверженную в 20 веке… анализ электромагнитного возмущения квантованного пространства-времени доказывает, что оно является реальной светоносной средой, без которой невозможно распространение электромагнитных волн.

…Оптическая среда также является составной частью квантованного пространства-времени, поскольку состоит из молекул и атомов, а они в свою очередь, из элементарных частиц… Внутри оптической среды фотон переносится благодаря квантованному пространству-времени, то есть светоносной среде. Но оптическая среда, а точнее атомные центры ее решетки, вносят возмущения на движения фотона, периодически отклоняя его от прямолинейной траектории. В результате, как показывают расчеты, фотон движется внутри оптической среды по траектории, близкой к синусоидальной, замедляя свое движение в прямолинейном направлении…

 

…Теорию квантовой гравитации невозможно рассматривать в разрыве от времени, носителем которого является квантон, задавая ход времени с периодом 2,5*10-34 с внутри квантованного пространства-времени. В этом плане квантон является уникальной и универсальной частицей, объединяя электромагнетизм и гравитацию, пространство и время… Впервые… представлен материальный носитель времени, реальные «электронные часы», задающие темп хода времени в каждой точке квантованного пространства-времени… ход времени в квантованной среде… распределен неравномерно и представляет собой скалярное поле, которое можно назвать хрональным…

Если говорить о квантоне, как носителе хронального поля, то квантон только задает темп хода времени, но не является интегратором как часы… Когда мы рассуждаем о часах, то речь идет о суммировании отрезков времени. Являясь частью квантованного пространства-времени, мы в нем постоянно двигаемся… участвуем в колоссальном количестве энергетических обменных процессов с множеством квантонов. Поэтому все физические процессы можно считать необратимыми. Невозможно дважды войти в одну реку. Стрела времени направлена только в будущее.

 

…Теория Суперобъединения нашла истинное прикладное место многим наработкам теоретиков, идеи которых опережали свое время. Это касается кванта пространства-времени, магнитного монополя Дирака, кварков, фундаментальной длины, обусловленной диаметром квантона, антигравитации, пятой силы и теории суперструн…

Теория суперструн… предполагает, что тяготение обусловлено обменом замкнутых струн, пришедших на смену гипотетическим гравитонам. При этом теория суперструн… вступает в противоречия с теорией гравитации Эйнштейна, исключая роль четырехмерного континуума в природе тяготения…

Вместе с тем, работы над теорией Суперобъединения… позволили выявить наличие реальных суперструн, определяющих натяжение квантованного пространства-времени.

На рис. 20 показано, что в квантованном пространстве-времени можно выделить знакопеременную суперструну из квантонов. Натяжение такой электромагнитной суперструны определяется взаимным притяжением противоположных по знаку зарядов (кварков) внутри квантона и легко рассчитывается…

…квантованное пространство-время обладает колоссальным натяжением (и упругостью), которая определяет высокую скорость волновых процессов в нем (скорость света).

 

Чтобы понять причины корпускулярно-волнового дуализма, рассмотрим рождение в квантованном пространстве-времени элементарной частицы – электрона, – носителя электрического заряда и массы [см.выше].

Тогда движение электрона в упругой квантованной среде можно рассматривать как волновой перенос сферической деформации среды, то есть волновой перенос массы, и корпускулярный перенос элементарного заряда…

Принцип корпускулярно-волнового дуализма касается не только элементарных частиц, обладающих массой, но и всех физических тел, поскольку все они, в конечном итоге, состоят из элементарных частиц, являясь неразрывной частью квантованного пространства-времени. Получается, что объектов, изолированных от квантованного пространства-времени просто не существует в природе…

 

 

 

Рис. 20. Выделение знакопеременной электромагнитной суперструны из квантонов внутри квантованного пространства-времени.

 

…Мы живем в электромагнитной Вселенной. В этом плане энергия едина, и все известные виды энергии, в конечном итоге, сводятся к извлечению или преобразованию энергии СЭВ. Теория Суперобъединения изменяет философский подход к понятию массы не как основы материи, а как ко вторичному проявлению энергии СЭВ в результате сферической деформации квантованного пространства-времени…

 

Парадоксально, но развитие фундаментальной науки идет по пути ее слияния с религиозными знаниями. Религия всегда учила, что дух первичен, а тело вторично. В теории Суперобъединения это главное положение религиозного учения подтверждается полностью. Если под духом рассматривать безмассовый (нетелесный) заряд электрона, то физика элементарных частиц приходит к научному обоснованию полевой формы энергоинформационных взаимодействий. Под полевой… формой имеется ввиду невесомая (нетелесная) форма материи, элементарным носителем которой является бит информации. Классическим примером формирования внутри квантованного пространства-времени элементарного бита информации служит реакция аннигиляции позитрона и электрона. Позитрон отличается от электрона только знаком центрального электрического заряда, у позитрона он положительной полярности.

При сближении электрона и позитрона до некого критического расстояния происходит разрушение их сферических полей. Освобожденная при этом электромагнитная энергия упругой деформации среды переходит в волновое фотонное излучение… Но что происходит с невесомыми (нетелесными) зарядами электрона и позитрона? Их заряды положительной и отрицательной полярности образуют невесомый электрический диполь, некий бит информации в пространстве о том, что когда-то существовала пара частиц: электрон и позитрон. Это определяет законы сохранения: энергии, массы, зарядов и информации. Доказано, что закон сохранения информации является фундаментальным законом природы. Чтобы родить электрон и позитрон из вакуума необходимо расщепить бит информации (невесомый электрический диполь) на два заряда, которые сферически деформируют квантованную среду, формируя у зарядов массу, превращая их в элементарные частицы: электрон и позитрон.

…Физические исследования показывают, что чем глубже мы проникаем внутрь материи, тем с большей концентрацией энергии и информации приходится сталкиваться… Человек представляет собой открытую квантомеханическую и энергоинформационную систему, являясь неразрывной и составной частью квантованного пространства-времени….

19/10/2010

 

Не знаю, как вас, а меня эта статья очень впечатлила. Моей соображалки (к сожалению) не хватает, чтобы выделить здесь какие-то непонятки, поскольку ВСЁ не очень-то понятно. Но если «всё так», то, похоже, мы на пороге грандиозного «прорыва в понимание сути» пространства, времени, массы, энергии, образования частиц… А лично мне самым главным достоинством этой «картинки» представляется то, что она включает в себя ИНФОРМАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ – его просто катастрофически не хватает во всех предыдущих картинках.

 

Всем пока! 18/12/2014 г.