Физика и лирика

Мне нравится текущее состояние науки в Интернете. Оно не скучно. Оно дает обильную пищу для размышлений. Но больше всего мне нравится, что в целом оно весьма честно и голого короля оно показывает голым. Весь прошлый век истинной царицей наук была даже не математика, а физика, что имело под собой заслуженно веские общественные основания. Философии в лучшем случае разрешали не мешать ее победному шествию. Максимум, что мог дозволить себе философ, это превознести очередную безмерную мудрость, изреченную очередным полубогом от физики. Однако революция в физике начала прошлого века, дополненная прикладной эйфорией его середины, так ей и осталась - революцией начала прошлого века. И сто лет застоя в наше стремительное время - это уже диагноз. Это понимают не только лучшие из умов, об этом уже открыто стала говорить научная чернь, это нехотя начали признавать и князья от науки. Поэтому не надо удивляться обилию интерпретаций, околонаучных гипотез, да и откровенно ненаучных публикаций прежде всего на глобальные темы - идет поиск нового. Поскольку он не инспирирован сверху, а является спонтанной инициативой низов, то есть высокая вероятность его успеха, результат любого естественного процесса оптимизирован. Уже появилась целая серия статей, где можно предполагать наличие ростков нового. Да простят меня другие авторы за чудовищную предвзятость, но далее речь пойдет практически лишь об одной статье:

Николай Жук "О ТОЖДЕСТВЕ ИНЕРТНОЙ И ГРАВИТАЦИОННОЙ МАСС" (http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6237.html).

Сразу поставим точки над "i" - это скорее околонаучная статья, тем интереснее она для рассмотрения. По сравнению с другими эта небольшая статья обладает уникальным преимуществом - фундаментальные причины столетнего застоя гипертрофированы в ней почти до анекдотического уровня, как будто только для этого она и писалась. Итак, по порядку:

Введение

Вселенная представляет собой гигантскую физическую лабораторию, в которой можно проверить работоспособность той или иной теории. Данная лаборатория позволяет преодолеть ряд проблем, решение которых в земных лабораториях затруднительно или вообще невозможно.

На счет размеров Вселенной и ее "лабораторных" возможностей спору нет и не только в отношении электромагнетизма и гравитации. Однако есть вопрос к другому утверждению автора, а именно ко взгляду на Вселенную, как единое целое: Поскольку Вселенная как единое целое может обладать такими качествами, которых нет у её частей, то возникает вопрос: а можно ли законы физики, открытые на Земле, применить ко всей Вселенной?

К этому вопросу, также как и к вопросу места открытия законов физики, давайте вернемся по ходу рассмотрения статьи, тем более, что нет уверенности, что только этим исчерпываются некоторые недоразумения, существующие в самом фундаменте физики. Пока же констатируем их наличие.

1. Корректировка закона всемирного тяготения

Как известно, Эйнштейн предложил два вида уравнений общей теории относительности (ОТО), которые отличаются друг от друга на слагаемое с космологическим членом λ:

Rik – 1/2Rgik = -æTik;(1)

Rik – 1/2Rgik –λgik= -æTik; (2)

где Rik— тензор Риччи, свертка тензора кривизны Римана-Кристоффеля Rlijk;

Tik— тензор энергии-импульса материи без материи гравитационного поля;

gik - метрический тензор четырехмерного пространства-времени;

R— скаляр кривизны, свертка тензора Риччи;

æ=8πG/c4— постоянная Эйнштейна;

c — скорость света;

G — постоянная тяготения Ньютона;

i, j, k, l = 1,2,3,4.

Есть неписанный, но строгий социальный закон, регламентирующий междисциплинарные взаимоотношения и накладывающий жесткие табу на несанкционированные неспециализированные вторжения в "чужие области". В лучшем случае Вас сочтут за плебеев, не знакомых с правилами хорошего тона. Будем считать, что мы таковыми и являемся.

Конечно, формулы (1) и (2) - не авторская разработка Николая Жука и по большому счету он за них никакой ответственности нести не может, как, впрочем, не может рассчитывать и на призы за их использование. Однако, в их "слепом" декларировании уже автоматически закладывается парадокс. Вопрос совершенно не в сомнении относительно правильности самих формул. Они многократно проверены, математически корректны и строго соответствуют исходным постулатам, из которых были выведены. Если уж сомневаться, то в самих постулатах. Это понимается и 90% "опровержений ОТО" атакуют именно постулаты.

Но нас будет интересовать другая "сторона медали", которая проходит мимо сознания большинства как "толкователей", так и "ниспровергателей" ("разработчиков", увы, уже нет). Для нас интересен тот образ Вселенной, который создается на основе настоящих формул, то есть их ИНТЕРПРЕТАЦИЯ. Поскольку мировоззрение и составляет ядро философии, то "вторжение" в область интерпретации физических формул со стороны философов по крайней мере соответствует их специализации, следовательно допустимо.

Итак, как же толкуются компоненты формул? Обращаемся к Николаю Жуку:

Tik— тензор энергии-импульса материи без материи гравитационного поля;

Rik— тензор Риччи,

R— скаляр;

gik- метрический тензор четырехмерного пространства-времени;

λ- космологический член.

Итак, мы имеем один тензор, худо-бедно имеющий отношение к материи и три вроде бы чисто пространственных составляющих, причем к одной из них прикреплен так называемый "космологический член", вообще как бы не от мира сего. Где-то между ними еще и "материя гравитационного поля" спрятана. Такая "интерпретация" есть откровенный плагиат с классических школьных шарад, типа: "если из трех километров отнять два килограмма, то сколько рублей останется?" Ответ на нее и есть фундаментальная причина столетнего застоя.

Конечно, с метрической точки зрения в формулах все в порядке, речь идет ни о километрах, ни о килограммах, поскольку тензоры описывают не только то и не только другое. Они описывают СРЕДЫ, то есть пространственно-материальные множества.

Если тензор "энергии-импульса материи" (оставим название) перенести в левую часть уравнения, то получим:

2.1. Rik – 1/2Rgik –λgik + æTik=0

Нельзя сказать, что здесь есть что-то новое.

Понятие "среды" давно введено в физическую систему. Оно молчаливо признается за тензором "энергии-импульса материи" Tik. Гораздо хуже обстоит дело с другими членами уравнения. Из научных авторитетов практически только Эраст Борисович Глинер ("Раздувающаяся Вселенная и вакуумоподобное состояние физической среды" (УФН, 3, 2002) (http://www.ufn.ru/ufn02/ufn02_2/Russian/r022e.pdf)) предположил за ними право также называться средой:

"В рамках общей теории относительности предсказана и играет важную роль в Теории великого объединения возможность (!!!) существования вакуумоподобного (лоренц-инвариантного) состояния физической среды".

Глинер уходит от некоторой сторонней, привнесенной трактовки космологического члена λ:

"ОТО предсказывает существование среды, которая в однородном и изотропном состоянии описывается "простейшим" тензором энергии-импульса:

Tik=μδik". Но здесь право Николая Жука выбирать то, что больше ему по вкусу. А для нас важна констатация факта рассмотрения в уравнении (2) не каких-то там кривых пространств, материй, полей и прочих космологических членов, а СРЕД, их образующих. Для нас пока не столь уж важен терминологический разброд в определении понятий. Тензор энергии-импульса материи можно называть и "материей с положительной плотностью", и знакоположительной средой и еще как. За другой группой можно оставить и название, данное Э.Б. Глинером - вакуумоподобная среда, и оставить традиционное, использованное Жуком название - эфир и так далее. Так или иначе это довольно быстро будет общепринято. Но для нас крайне важно сделать еще один необходимейший шаг, на который пока не решился даже Глинер. Еще раз обращаемся к уравнению:

2.1. Rik – 1/2Rgik –λgik + æTik=0

Уравнение категорически утверждает - сумма его членов тождественно равна нулю.

Одновременно это означает, что во Вселенной нет и не может быть ничего более, чем обозначенные среды. Поскольку обе среды прямо связаны между собой единым уравнением, то это является необходимым и достаточным условием считать их разными фазами единой исходной сущности-среды. Вот что на самом деле описывает уравнение Эйнштейна.

Нравится это кому или нет, но уравнение (2,1.) утверждает, что единственным состоянием, в котором может находиться описываемая среда, может быть только состояние устойчивого равновесия, покоя.

Поэтому Николаю Жуку совершенно не было необходимости ссылаться на "ряд экспериментальных (наблюдательных) и теоретических аргументов, которые позволяют считать, что в глобальных масштабах Вселенная является плоской, т. е. что её геометрия евклидова." Геометрия, правда, вытекает из исходных постулатов, на которые Жук как бы не покушается, используя данное уравнение, а, значит, псевдоевклидова, но состояние устойчивого равновесия и предполагает равенство:

Rlijk= Rik =R.

 Есть несколько нетрадиционных следствий из уравнения Эйнштейна:

1. Нет ничего внешнего по отношению к исходной сущности-среде, следовательно она ничем не может быть ограничена. Все модели конечных Вселенных противоречат уравнению Эйнштейна.

2.  Состояние устойчивого равновесия заведомо исключают из возможных решений уравнения все, так или иначе его нарушающие, в том числе модели с "началом" или "концом" Вселенной. Собственно, это разъяснение пункта 1.

3. Суммарная масса Вселенной равна нулю, то есть глобальна Вселенная "пуста" и взгляд на нее Николая Жука, как на глобально пустое евклидовое пространства имеет основание.

4. Многофазность устойчивого состояния среды требует наличия помимо материи с положительной плотностью и локальным его проявлением в виде "вещества" с полем тяготения и материи в виде, как его назвал Э.Б. Глинер вакуумоподобной среды с отрицательной плотностью и локальным его проявлением в виде антигравитации вакуума, "пустого пространства". Любая локальная кривизна - результат их суперпозиции.

На этом основании условно можно согласиться с Николаем Жуком с его утверждением " все материальные точки взаимодействуют с материей Вселенной практически только в пределах шара радиуса R", хотя, возможно, математики и могут найти в технике его вывода и шероховатости. Но тогда давайте вернемся к введению, к его взгляду на Вселенную, как единое целое. Если гравитация вместе с электромагнитными взаимодействиями являются по разным проявлениям одной и той же сущности принципиально близкодействующими, локальными, то нет взаимодействия, охватывающего всю Вселенную. Поэтому не может быть системного взгляда на Вселенную, как единое целое, необходимо только как на множество систем. Эта ошибка Николая Жука принципиальна, более того, он противоречит сам себе.

2. Преобразование закона всемирного тяготения

Трудно философу "кувыркаться" в массиве вычислений, никак их не затрагивая, другими словами, не отбирая у математиков хлеб их насущный. Однако, в этом есть необходимость. Дело в том, что, не понимая смысла сущностей, стоящих за тем или иным аргументом, Николай Жук допустил ряд принципиальных неточностей. Поэтому вначале рассмотрим эти сущности и уточним смысл. Для начала уточним с точки зрения новых понятий, что такое "сферически-симметричное материальное тело массы m". Будем пренебрегать вакуумоподобной средой внутри самого тела. Тогда такое тело можно представить, как некую фазовую границу, внутри которой находится фазовое состояние среды с положительной плотностью, а внешнее окружение составляет другая фаза с отрицательной плотностью. Тогда в любом конечном объеме радиуса R, большего радиуса фазовой границы,  суммарная плотность будет равна сумме масс: положительной - для внутренней знакоположительной фазы и отрицательной - для внешней вакуумоподобной среды. Таким образом традиционное утверждение, что материальное тело массы m в "пустоте" при любом объеме экстраполяции даст все ту же массу m не корректно. Будем надеяться, что именно это имел ввиду Николай Жук, когда утверждал: "а можно ли законы физики, открытые на Земле, применить ко всей Вселенной". Действительно, земные масштабы не позволяют даже надеяться на обнаружение нелинейности. Но, в масштабах Вселенной пространственное "взвешивание" материального тела даст "странные" результаты. Если исключить другие тела, то, чем больше расчетный объем. тем меньше суммарная (эквивалентная) масса тела. И на некотором, вполне конечном расстоянии, возможно, соответствующем расчету Жука, гравитационное поле тяготения тела будет уравновешено антигравитацией вакууума, то есть его "вес" станет нулевым. Можно сказать иначе - средняя объемная плотность материи станет нулевой. Это естественно, что суммарная объемная плотность будет функцией действующих значений плотностей каждой из фаз. Однако, в расчетах Николая это было проигнорировано. В его расчетах была использована некая знакоположительная ненулевая средняя плотность материи во Вселенной (ρ0), то есть была учтена только одна фаза. Исходя из этого и был получен соответствующий вид потенциала Юкавы и "уточненный" закон тяготения Ньютона. Конечно, суммарный нуль гарантирует и для другой фазы то же значение плотности, но с противоположным знаком. Но тогда текущее локальное значение средней плотности для некого сферического объема с компактной массой m в центре и окружающей вакуумоподобной средой будет равен:  ρr=3m/4πR3 – ρ0, что никак не соответствует принятой Николаем константе. Если положительная масса является уже существенно распределенной, когда игнорировать "внутренний вакуум" уже нельзя, то текущее значение плотности определяется по действующему суммарному значению. Тогда, следуя логике понятий многофазной среды, надо ожидать, что для одиночного тела потенциал Юкавы будет знакопеременным (со сменой знака на: 3m/4πR3 = ρ0), а "закон тяготения" для двух тел в "пустом" пространстве будет именно "тяготением" только до определенного расстояния между телами и сменится на антигравитацию при его превышении. На основании вышеизложенного есть очень серьезные чисто мировоззренческие, то есть философские, сомнения в корректности выводов Николая Жука. Все остальное должны сказать математики.

3. Влияние движения на взаимодействие со Вселенной

Что не возможно понять во многих современных публикациях, так это отсутствие логики. Если Вы используете уравнения, выведенные на фундаменте неких постулатов, то автоматически из этого следует их признание Вами. Если какие-то постулаты на том или ином основании Вами отвергаются, то и вся надстройка над ними должна быть пересмотрена. Однако Николай Жук поступает в лучших традициях современного декадентства - результатами теории пользуется, постулаты отвергает:

Оказывается, что если скорость света относительно наблюдателя равна C, то относительно удаляющегося со скоростью V объекта она равна разности C’=C-V. По отношению к приближающемуся объекту она рана сумме C’=C+V. Если же объект будет двигаться строго в поперечном направлении, то скорость света по отношению к нему будет равна C’2=C2-V2. Все вышеизложенное не противоречит постулату специальной теории относительности (СТО) о постоянстве скорости света, так как она постоянна только в инерциальных системах отсчёта при измерении по собственным масштабам пространства и времени.

Логики здесь, естественно, никакой, поскольку никакими другими масштабными реперами, кроме собственных, что следует из самого определения понятия системы отсчета, никакая система отсчета не обладает, но это автора нисколько и не беспокоит. Он позволяет себе запросто вести измерения в одной системе отсчета, пользуясь масштабными единичными реперами совершенно другой системы. Столь "простые рассуждения" приводят Николая к красивому выводу:

Простые рассуждения показывают, что местная скорость света представляет собой тензор второго ранга (естественно, в трехмерном пространстве), все компоненты которого своими концами очерчивают шар радиуса  C, смещённый вперёд по ходу движения объекта на величину его скорости движения V. Этот шар является геометрическим образом указанного тензора.

Самым непонятным здесь является то, как местный наблюдатель измерит местную скорость своего движения V относительно себя. Если же он измеряет свою местную скорость другого наблюдателя, то возникает риторический вопрос, какой из них является истинно неподвижным, соответственно, какая из V настоящая. Самое поразительное, почему даже современные средства измерения не позволяют экспериментально зафиксировать этот самый тензор второго ранга со смещением вперед по ходу движения на эту самую V, ведь так все красиво и просто на бумаге. Из столь простых рассуждений следуют не менее простые выводы:

Это нетрудно показать, что новая область взаимодействия точки со средой также будет представлять собой шар радиуса R0 (рис. 2), но передвинутый вперёд по ходу её движения на некоторую величину (так как в выражение для R0 нужно подставить местную скорость C’, а эта величина зависит от скорости V)... Таким образом, область взаимодействия движущейся материальной точки смещается вперёд по ходу движения пропорционально скорости её движения. В пределе же, т. е. когда скорость движения равна скорости света, движущаяся точка должна находиться на задней поверхности своей области взаимодействия (что только и возможно для фотонов света!). При разгоне точка теряет гравитационную связь с массами области позади себя и вступает в гравитационную связь с массами области впереди себя (рис. 2). Размеры областей одинаковы и зависят только от скорости , но местоположение точки относительно них асимметрично. Следовательно, суммарная работа по преодолению сил гравитации в задней области и сил гравитации в передней области не равна нулю.

Итак, "простые" рассуждения привели к "простому" выводу - тяготение есть функция разгона, к килограмму впереди себя ты притягиваешься гораздо сильнее, чем к килограмму позади себя. Ищите килограммы и вы найдете свое движение.

 Что дает в этом вопросе взгляд на Вселенную, как на среду? Ответ классический и давно известный. Оставим за баронами все байки про самовытаскивание за волосы и другие части тел. Оставим Жуку все попытки вписать Вселенную в три измерения. Философия исходит из фундаментального постулата о том, что нет пространства самого по себе, нет времени самого по себе. Ни одно из этих понятий невозможно даже определить самостоятельно, без привлечения понятия материи и отношений между ее локальными проявлениями. Таким образом среда, свойства ее фазовых состояний и предопределяют понятие пространства-времени, его параметры. Это отдельная большая тема, не вписывающаяся в рамки настоящего исследования. Чисто конспективно можно отметить некоторые моменты:

- среда в равновесном состоянии, поэтому образуемые ею локальные множества статичны. Поэтому в пространстве среды, назовем ее пространство событий, не должно быть событий; парадоксально, но это так. Понятие времени к пространству событий не применимо.

- локальности среды, назовем их события, стационарны. Их взаимоположение не подвержено динамике. Ни одно событие нельзя ни передвинуть, ни отменить, ни добавить. Их взаимоположение строго подчинено закономерностям устойчивого равновесия.

- соответствующие закономерности должны наблюдаться в последовательностях событий и их множествах.

Современная физика нашла неплохие геометрические образы для описания многофазной среды. Это, прежде всего, многомерное псевдоевклидово пространство-время Эйнштейна. Взаимное движение двух пробных тел, одно из которых можно взять за тело отсчета, в нем достаточно наглядно описывается через понятия мировых линий тел и их взаимоположения, в частности поворотом мировой линии пробного тела относительно тела отсчета с соответствующим неприводимым преобразованием системы реперов пробного тела. Тогда заявленная Жуком область гравитационного взаимодействия пробного тела будет многомерным цилиндром, ось которого совпадает с мировой линией этого пробного тела. Пространственное сечение этого цилиндра для наблюдателя тела отсчета будет изменяться в соответствии с неприводимым изменением реперов пробного тела. Оно будет не таким, как заявил Николай Жук. Для наблюдателя тела отсчета пространственная составляющая области взаимодействия пробного тела будет эллиптической сферой, сплюснутой в направлении движения пробного тела. Для скорости света эта область вырождается в круг, что находит свое экспериментальное подтверждение в поперечной поляризации изотропных переносчиков взаимодействий. Хотя бы этот факт Николай Жук обязан был учесть. Поэтому особого смысла внимательно рассматривать раздел 4. Доказательство тождества инертной и гравитационной масс для малых скоростей нет.

5. Новая интерпретация основного закона динамики

Самого вопроса, поставленного Жуком в этом маленьком разделе достаточно, чтобы простить Николаю все бывшие и будущие грешки. Действительно, вектор импульса воздействия на движущееся пробное тело в его системе отсчета будет иметь будет иметь совсем иную действующую составляющую, чем в системе тела отсчета. Можно перейти от понятий геометрии к понятиям физики и интерпретировать то же самое в обменных понятиях: длина волны и, соответственно, энергия переносчика взаимодействия в системе тела отсчета, принятое за неподвижное, и движущегося пробного тела различны.  Но это всего лишь разное разложение одного и того же вектора в разных системах отсчета. И не все так просто. Природа обожает "припрятывать запасных тузов в рукаве".  Этот "рукав" - пространство событий, эйнштейновское пространство-время. Его псевдоевклидовость играет милые шутки с нашим сознанием и его трехмерными евклидовыми образами. Не будет наш традиционный образ трехмерного массивного шарика в качестве пробного тела или тела отсчета таковым в пространстве событий. В пространстве событий это будет четырехмерный цилиндр, осью которого является мировая линия пробного тела. Его пространственное сечение при неком событии взаимодействия и дает трехмерный образ, описываемый нами как физическое тело. Пока пробное тело неподвижно относительно тела отсчета, что означает параллельность их мировых линий (цилиндров) ничего интересного нет. Наблюдаемое сечение цилиндра пробного тела строго перпендикулярно его мировой линии и дает тот самый "шарик". Какая-то плотность при каком-то объеме шарика дает его "массу". "Чудеса" начинаются при наблюдении движущегося пробного тела. В пространстве событий это означает, что мировая линия (цилиндр) пробного тела повернут относительно мировой линии тела отсчета на некоторый угол. Наблюдению в этом случает подлежит косое гиперболическое сечение цилиндра (см. Геометрия физического пространства). Естественно, наблюдаемый инвариант (объем) косого сечения цилиндра пробного тела больше ортогонального и при той же плотности наблюдаемая "масса" движущегося пробного тела будет больше "массы" покоя.  Поэтому, из предложенных Николаем Жуком вариантов с изменением скорости (угла наклона мировых линий):

1.                                            меняется масса, а заряд и сила не меняются;

2.                                            меняется сила, а масса и заряд не меняются;

3.                                            меняется заряд, а масса и сила не меняются;

4.                                            все величины меняются.

выбирать нечего. Нет абсолютной системы отсчета, нет абсолютного ответа. Выбранный Жуком второй вариант заведомо не полон, для любого тела отсчета пока все-таки предпочтительней традиционный первый вариант. Дело в том, что в самом банальном понимании "здесь и сейчас" мы видим лишь неподвижное пробное тело и самих себя.  Наклон наблюдаемого сечения для движущихся пробных тел позволяет видеть пробное тело скорее не "размазанным", а "добавленным" в пространстве-времени, что позволяет взаимодействовать немножко с ним прошлым и с ним будущим по нашей текущей системе понятий. И это "немножко" есть функция относительной скорости пробного тела. Потому и масса другая, но потому же должен быть другим и заряд, поскольку не наблюдается оснований считать соотношение масса/заряд зависящим от скорости или сам заряд не зависимым от наблюдаемого сечения. От этих наблюдений и появляются в сегодняшних понятиях физики "шубы виртуальных частиц" и "голые электроны". С точки зрения наблюдателя тела отсчета его масса, заряд и сила взаимодействия - константы, а масса (и заряд) пробного тела меняются. С точки зрения наблюдателя пробного тела меняется масса (заряд) тела отсчета, а масса и заряд его пробного тела - константы. А абсолютного наблюдателя в нашем координатном множестве нет.

Примечательно, что оба наблюдателя будут утверждать, что в движущихся относительно каждого из них системах время замедленно, энергия переносчиков взаимодействий занижена, и оба будут правы потому, что понятие времени и его производных - движения, скорости и так далее, есть относительное, координатное понятие, а абсолютной системы понятий, основанной, к примеру, на событиях, современная наука еще не выработала и это текущая сверхзадача философии.

Конечно, числовой результат будет одинаков, считаем ли массу тела функцией скорости, а силу воздействие константой, или считаем ли мы массу константой, а силу воздействия функцией скорости. Но мировоззренчески, с философской точки зрения подход, учитывающий псевдоевклидовость пространства событий, отличается и от традиционного, и от подхода Жука не менее кардинально, чем подходы в геоцентрической и гелиоцентрической космологических системах при практически одинаковой степени точности предсказаний. Здесь важен сам фундаментальный философский принцип, подсознательно понимаемый Жуком, что не может быть сущностного (инвариантного) различия между движущимися и покоящимися в некоторой системе отсчета телами. Эти различия чисто наблюдательные, координатные.

Заключение

Несомненно, Николай Жук - один из талантливейших физиков-публицистов. Несомненны и его заблуждения. В них весьма ярко отражены характерные черты именно текущего физического мировоззрения. Но ни у него, ни у физики в целом нет в этом особой вины. Заблуждения физики лежат вне физики и самостоятельно разрешить их она не силах, да и не должна. Это прямая обязанность науки всех наук - философии. Поскольку это уже осознается, то есть уверенность, что период идеологического застоя в физике близится к концу. И не надо ждать открытия законов физики Вселенной где-то в небесах, нам вполне по силам сделать это и на Земле. Но это лирика.

 

Станислав Кравченко

 

 

 

 

 

Hosted by uCoz