Вакуумоподобная среда

Станислав Кравченко

 

Да простит меня материя, речь пойдет о вакууме, точнее о лоренцинвариантной вакуумоподобной среде, которую теоретики ОТО ввели как физическое понятие достаточно давно (Глинер Э.Б. ЖЭТФ 49 542 1965). Глинер первый от чисто математического оперирования симметричными тензорами второго ранга перешел к осмыслению их физической сути и подробно раскрыл свое воззрение на новое понятие в работе "Раздувающаяся Вселенная и вакуумоподобное состояние физической среды" (УФН, 3, 2002) (http://www.ufn.ru/ufn02/ufn02_2/Russian/r022e.pdf). Ну, а если уж совсем точно, то речь пойдет о представлениях о среде, объединяющей оба такие, казалось бы, существенно не сходные понятия, как вакуум и эфир.

С одной стороны эта "среда" сама по себе не локализуется и непосредственных физических оснований для ее самостийного заявления фундаментальных оснований нет. Поэтому совершенно неслучайно в физике наблюдается весьма двойственное отношение к этому феномену, в том числе и с полным отрицанием вакуума, как материального тела. Нередко вакуум трактуется как "полная пустота", область пространства, где "ничего нет.

С другой стороны с появлением электродинамики появилась не только представления об электромагнитных волнах, но, что существенно в данном случае важно, появились конкретные и экспериментально измеряемые физические характеристики той "пустой области", что называлась вакуумом. В этом случае утверждения о "полной пустоте" становятся весьма двусмысленными, фундаментально "полная пустота" никакими физическими характеристиками обладать не должна.

Еще более сложным положение стало с разработкой ОТО. Введение в уравнения гравитации Эйнштейна космологического члена неизбежно потребовало привязки его характеристик к свойствам материи. В результате вакуум стал обладателем не только волновых характеристик, но и энергетических, физически вполне определенных и существенно особенных по сравнению с "обычной материей". Модельное обобщение представлений о вакууме, как о среде, и произвел Э.Б. Глинер.

Конспективно отметим существенные стороны вопроса, изложенные в статье:

Метрика изотропного пространства-времени в общем виде описывается в форме уравнения Робертсона-Уокера:

Ds2=dt2-(a2)t(((dr2/(1-kr2))+r2(dq2+sin2qdj2))

где:

k – приведенная кривизна пространства (0; ±1)

a(t) – масштабный фактор (функция времени)

r, q, j - пространственные координаты.

Уравнения Фридмана, связывающие масштабный фактор с параметрами среды:

á2=(Gμa2/3) –k

ä=G(μ+3p)a/6

где:

G – гравитационная постоянная;

μ – плотность среды

p – давление в среде

1.      Уравнения состояний вакуумоподобной среды:

p=±μ

Это выражение отличается от  уравнения состояния Глинера (см. http://www.ufn.ru/ufn02/ufn02_2/Russian/r022e.pdf, (4)), но является прямым обязательным следствием классификации симметричных тензоров второго ранга по типам их алгебраической структуры, принятой в ОТО.

2.      Тензор энергии-импульса вакуумоподобной среды:

Tjk=μδjk

Это принципиально новая физическая среда. Физика классических непрерывных сред сводилась, в конечном счете, к взаимодействиям отдельных объектов, их составляющих, а сами законы таких сред оказывались статистическими закономерностями многообъектных взаимодействий. С вакуумоподобной средой положение в корне отлично.

Отметим только философски значимые свойства.

1. Вакуумоподобная среда обладает лоренц-инвариантными свойствами. Ни с одной точкой вакуумоподобной среды невозможно связать систему отсчета. Нельзя сформулировать само понятие ее внутреннего движения. Под лоренц-инвариантностью понимается поэлементная не делимость среды. Причем не только экспериментальная, но даже теоретическая. Вакуумоподобная среда не состоит из отдельных первокирпичиков, которые можно как-то выделить, привязать систему отсчета. Вауумоподобная среда точечно принципиально не взаимодействует. Геометрическим аналогом вакуумоподобной среды можно считать числовое комплексное поле, у которого ни одна точка также неотличима от другой и не выделяема, то есть все они обладают тождественными инвариантными (не зависимыми от системы координат и нулевыми) свойствами. Выделен может быть не отдельный элемент, а только множество поэлементно не различимое, но обладающее собственными отличимыми инвариантными свойствами, соответственно, конечными и не нулевыми.

2. Вауумоподобная среда имеет множество состояний – фаз. Многофазность означает наличие у вакуумоподобной среды собственных внутренних параметров, типа плотности, которые и делают возможным выделение каких-то множеств в среде с разными конечными ненулевыми инвариантными параметрами.

3. Вакуумоподобная среда ничем не ограничена. Неограниченность означает отсутствие чего-либо внешнего по отношению к вакуумоподобной среде, то есть какой-то принципиально другой среды, какой-то особой "стенки" и так далее. Собственно, это – следствие Лоренц-инвариантности среды, ее неделимости.

Это наиважнейшее и наиочевиднейшее из свойств вакуумоподобной среды, заключающееся в том, что областью нахождения, размещения вакуумоподобной среды является вся Вселенная. Ни сам физико-математический формализм, ни наблюдательные данные не дают в этом плане никаких ограничений. Нет никаких, даже умозрительных оснований для заключений типа – вот здесь вакуумоподобная среда, а дальше - «стенка». Нет никаких, даже самых общих, мировоззренческих ограничений на распространение вакуумоподобной среды. Это также означает невозможность получения «абсолютно пустой» части пространства, без вакуумоподобной среды.

Другое важнейшее свойство отметил сам Э. Глинер: непрерывный экспоненциальный рост масштабного фактора в однофазном состоянии отрицательной плотности, вследствие чего метрика отрицательного однофазного состояния весьма близка к метрике де Ситтера. При этом существенно, Э.Глинер особо подчеркивает, что однофазному вакуумоподобному состоянию нельзя приписать какую-либо определенную эволюцию во времени. Однофазное состояние вакуумоподобной среды является нестабильным, нет никакого варианта получения устойчивого состояния в среде с одной только фазой. Отсутствие эволюционных, переходных параметров означает безинерционность, мгновенность перехода в состояние устойчивого равновесия, что и соответствует свойству Лоренц-инвариантности. Другими словами однофазной среды не было никогда, как и никогда не было и переходных процессов.

Вакуумоподобная среда есть не только среда с рядом уникальных свойств, но и есть среда, находящаяся в уникальном положении. Нет и не может быть объектов, сред и т.д., внешних по отношению к вакуумоподобной среде, поскольку областью ее размещения, как отмечено выше, является вся Вселенная. В силу этого нет и не может быть каких-либо внешних воздействий на вакуумоподобную среду, кроме, естественно, божественного внешнего импульса. Как изолированная среда, не находящаяся под внешним воздействием, в соответствии с законами термодинамики единственным состоянием, в котором может рассматриваться вакуумоподобная среда, может быть только состояние устойчивого равновесия.

Если вакуумоподобная среда «обязана» находиться в состоянии устойчивого равновесия, а однофазное состояние таковым не является, то неизбежен вывод, что наблюдаемое и исследуемое состояние вакуумоподобной среды может быть только многофазным.

Следовательно, обязательно будут фазовые границы, поверхности раздела фаз. Как любая поверхность раздела фаз, фазовая граница должна быть замкнутой поверхностью. В то время фазовая поверхность должна обладать свойствами самой среды – Лоренц-инвариантностью, а, вследствие этого, свойством одинаковости свойств каждой из точек этой поверхности в данном множестве, из чего следует обязательное постоянство знака и значения кривизны. Замкнутость фазовой границы предполагает обязательное наделение фазовой локальности конечными ненулевыми инвариантными свойствами.

Постоянство знака и значения кривизны фазовых поверхностей означает возможность ее описание овальными уравнениями, то есть уравнениями второго порядка типа:

∑(Xi)2 – ∑(Xk)2 = 0

Их общее свойство – экстремальность (минимальность) поверхности.

Другим следствием состояния устойчивого равновесия является обязательное отсутствие в вакуумоподобной среде каких-либо процессов, что, собственно, и есть устойчивое равновесие по определению. Эффекты, типа классического броуновского движение классических равновесных сред здесь не имеют место по причине п.1. (Ни с одной точкой вакуумоподобной среды невозможно связать систему отсчета. Нельзя сформулировать само понятие ее внутреннего движения).

По причине того же п.1. невозможен и точечный фазовый переход. Поэтому любая локальность другой фазы, любая фазовая поверхность должны будут обладать заведомо ненулевыми инвариантными свойствами. Более того, одно локальное множество не может отличаться от другого даже на одну точку, поскольку их пересечение позволило бы ее выделить, что вошло бы в противоречие все с тем же п.1. Таким образом, равенство между локальностями должно быть строгим, а неравенство – кратным. Другими словами, свойство Лоренц-инвариантности вакуумоподобной среды обязательно структурирует среду Вселенной по принципу натурального ряда чисел и введет «квантовое правило первокирпича». Справедливо и обратное утверждение – факт квантования означает факт существования среды с лоренцинвариантными свойствами.

Поскольку любая фазовая локальность в пределах своей поверхности обладает свойством Лоренц-инвариантности, то ее локализация возможна только с точностью до шага квантования, что и есть геометрический ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ.

Важнейшим следствием из состояния устойчивого равновесия вакуумоподобной среды будет ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ в своем самом общем виде, трактуемый как невозможность физического нарушения этого равновесия.

Неизбежным следствием состояния устойчивого равновесия среды или, уже Закона Сохранения, будут обязательные глобальные нули, не зависимо от того, как мы их называем – зарядовые, энергетические, массы, плотности и так далее, то есть любые параметры, так или иначе характеризующие макросвойства среды.

Но следствием уже принципа квантования будет столь же обязательное локальное отклонение от равновесия в полиморфной среде, не превышающее параметра квантования, то есть не нарушающее условие глобального устойчивого равновесия.

Вот только теперь есть некоторые основания перейти от рассмотрения свойств отдельных фаз вакуумоподобной среды к рассмотрению свойств пространства, такой многофазной средою предопределяемых.

Есть смысл присмотреться более внимательно прежде всего к поверхностям раздела фаз, в этом вопросе есть целый ряд очень важных моментов.

4.      Отдельная точка вакуумоподобной среды, не зависимо от того, является ли она фазовой поверхностью или принадлежит одной из фаз, выделить невозможно согласно п.1. Поэтому возможно выделение лишь монофазную замкнутую область, обладающего заведомо ненулевыми конечными целочисленными инвариантными свойствами.

5.      Эта область в пространстве вакуумоподобной среды будет обладать свойством не перемещаемости.  Его положение относительно других событий будет постоянным, что предопределено фактором нахождения среды в состоянии устойчивого равновесия.

6.      Любая последовательность монофазных локальностей будет принадлежать пространству среды и обладать всеми его групповыми свойствами, как макро, так и квантовыми. Это – также наиболее общая трактовка ПРИНЦИПА ПРИЧИННОСТИ.

7.      Любая последовательность монофазных локальностей будет инвариантной к выбору направления в этой последовательности. Другими словами свойства данного выбранного события предопределены не только последовательностью свойств предшествующих локальностей, но и последовательностью свойств последующих.

8.      Формула интервала для гиперболической плоскости с настоящей точки зрения является не столько выражением свойств расстояния, сколько выражением свойств площади, поверхности.

9.      Многомерность пространства вакуумоподобной среды в сочетании с разнознаковостью его сигнатуры накладывают определенные особенности на вид сечений фазовых поверхностей. Для евклидовых вариантов сечений (одного знака) свойство минимума поверхности приводит к сечению типа евклидовой окружности целочисленного радиуса. Для гиперболических сечений и окружность будет гиперболической. Ее внешний вид соответствует евклидовому аналогу четырехлучевой звезды, образующими которой являются гиперболы тоже целочисленного радиуса.

10.   Условие поверхностного минимума соответствует изотропному положению фазовой поверхности при любой длине по этой оси.

11.   Многомерность пространства вакуумоподобной среды, кроме вышесказанного, допускает и сложное пространственное построение фазовой поверхности, когда изотропная ось является не только пространственной прямой, но и винтовой спиралью. При этом главная ось образующего цилиндра может быть в произвольном положении. Если пренебречь радиусом цилиндра и представить положение фазовой поверхности в виде МИРОВОЙ ЛИНИИ, то ее положение может быть как изотропным, так и времениподобным, так и пространственноподобным. В этом случае фазовая локальность с такой поверхностью будет обладать всеми свойствами материального объекта, либо с нулевой массой покоя, либо фермиона, либо тахиона.

12.   Заявленное Э. Глинером особое отдельное (дополнительное) заполнение пространства Вселенной еще и материей, как самостоятельной и особой сущностью, к тому же не обладающей напрямую свойствами среды, является введением в среду излишней сущности без необходимости, такой же, как и внешний (божественный) импульс. Другими словами для построения модели Вселенной с наблюдаемыми свойствами с некоторой степенью точности вполне достаточно только понятия многофазной вакуумоподобной среды.

13.  Из этого перечня свойств пространства вакуумоподобной среды можно сделать уверенный вывод, что оно соответствует описанию свойств пространства событий, пространство событий ОТО и есть пространство вакуумоподобной среды.

Все эти положения философски относительно просты и давно проработаны.

Но совершенно непроработанными остаются весьма фундаментальные вопросы:

- размерности наблюдаемого пространства или пространства событий;

- параметр квантования.

К сожалению модель вакуумоподобной среды изначально и заведомо ставившаяся, как непрерывная модель, несмотря на то, что и подводит к квантовым понятиям, но не является строго структурной моделью. Поскольку вышеуказанные вопросы являются принципиально структурными вопросами, то в рамках чисто модели вакуумоподобной среды они не разрешимы. Но модель является хорошим приближением при описании макроявлений.

С точки зрения модели вакуумоподобной среды наблюдению подлежат, по крайней мере, три физики:

- дообъектная физика вакуумоподобной среды как суммарная физика нижних слоев познания, проявляющаяся в наличии вполне конкретных физических характеристик "пустого пространства" без объектной локализации;

- стандартная физика наблюдаемой материи, соответствующая наблюдаемому частному значению масштабного фактора;

- глобальная евклидовая пустота пространства Вселенной с нейтральными (нулевыми) суммарными физическими характеристиками.

Необходимо следует, что таких слоев познания бесконечное множество, по числу частных значений масштабных факторов.

В Природе по-своему разрешен парадокс конечного и бесконечного. В известной мере мы получаем "парадокс" существования/физичности Вселенной в конечном и не существования Вселенной, как в бесконечно малом, так и бесконечно большом.

Станислав Кравченко

Hosted by uCoz