Здравствуйте, друзья!
Сегодня поразмышляем на тему кинетической энергии в рамках гипотезы MoND.2019
Для начала посмотрим, какое определение указано в Википедии:
Кинети́ческая эне́ргия — скалярная функция, являющаяся мерой движения материальных точек, образующих рассматриваемую механическую систему, и зависящая только от масс и модулей скоростей этих точек в исследуемой инерциальной системе отсчета (ИСО)
На бытовом уровне кинетическую энергию можно определить, как энергию движущегося тела. Если тело покоится в системе отсчета наблюдателя, то считается, что его кинетическая энергия равна нулю. Я думаю, что это очевидно любому школьнику, изучающему физику. Чтобы разрушить стену крепости, нужно как можно быстрее разогнать пушечный снаряд-все просто. Если дать пешеходу этот снаряд, и попросить приложить его к стене, то с ней ничего не случится.
Согласно принципа относительности Эйнштейна, все инерциальные системы отсчета равноправны и все физические процессы происходят в них одинаковым образом. Я согласен с этим принципом, но только как наблюдатель, который переходит из одной системы отсчета в другую. Согласно предлагаемой гипотезы MoND.2019, неизменность физических процессов в каждой из ИСО как раз и происходит благодаря кинетической энергии, на которую отличаются разные системы отсчета. Что я имею ввиду?
Основой гипотезы является утверждение, что наш физический мир основан на пространственной структуре, относительно которой движутся материальные объекты, кто-то называет это эфиром, но я избегаю этого названия, поскольку, во-первых, оно не является общепризнанным, а во-вторых, у каждого свое представление об эфире. В частности, предполагается, что все материальные объекты, так или иначе связанные с солнечной системой движутся относительно этой пространственной структуры со скоростью порядка 370 км/сек. Этот вывод основан на том, что согласно измерению дипольной составляющей реликтового излучения, его электромагнитный спектр смещен из-за проявляющегося эффекта Доплера, который и указывает на данное перемещение относительно некоего общего континуума. Я не буду здесь распространяться о факте расширении Вселенной (об этом есть мои статьи в 3-ем разделе о гравитации), поскольку считаю это научным домыслом и неверной интерпретации наблюдательных данных, которые в большинстве случаев являются не независимыми, а полностью скоррелированными.
Наличие нулевой, или фундаментальной инерциальной системы отсчета никоим образом не противоречит выводам специальной и общей теории относительности Великого Эйнштейна.
Да, несмотря на то, что моя концепция, в отличие от теории относительности, предполагает наличие избранной системы отсчета, я считаю Альберта Эйнштейна великим гением, наряду с Исааком Ньютоном. Если предлагаемая мной гипотеза верна, то думаю, что спустя некоторое время, по новому зазвучит имя Платона.
Но вернемся к кинетической энергии с точки зрения гипотезы MoND.2019.
Рассмотрим простой пример, на примере ИСО, связанной с солнечной системой, будем считать, что она движется относительно фундаментальной системы отсчета со скоростью 370 км/сек. Поскольку по космическим масштабам эта скорость мала, то релятивистские поправки в данном случае не имеют какого-либо ощутимого значения. По земным же меркам скорость даже в 1 км/сек это очень приличная скорость и сравнима со скоростью пули.
Любопытный факт. На скорости 370 км/сек кругосветное путешествие продлилось бы менее двух минут, правда в такой "центрифуге" никакие материалы не выдержат нагрузки (2200g!!!), да и вообще удержать объект на такой околоземной орбите нереально.
Рассмотрим более подробно, что происходит, когда мы хотим придать движение какому-либо объекту. Например, пусть это будет мячик для гольфа, который изначально покоится. Чтобы он начал свое движение относительно нас, мы совершаем некоторую работу и ударяем клюшкой по мячику.
Часть кинетической энергии клюшки передается небольшому количеству молекул мячика, которые непосредственно контактировали с клюшкой в момент удара, а далее, посредством упругих химических связей, эта энергия перераспределяется по всем молекулам мячика. В результате этого мячик обретает кинетическую энергию, и если бы не гравитация Земли и сопротивление воздуха, то мячик бы двигался прямолинейно и равномерно согласно первому закону Ньютона.
В данном примере, взаимосвязь между кинетической энергией и движением объекта налицо: если есть кинетическая энергия, то есть и скорость (конечно в рамках одной ИСО).
Но давайте взглянем на эту картинку с точки зрения наблюдателя, находящегося не на Земле, а в другой системе отсчета, пусть это будет фундаментальная система отсчета, о которой я упоминал выше. Дополнительным условием, будет факт того, что наблюдатель будет смотреть на удаляющуюся от него Землю строго вдоль луча зрения. Допустим, что наш мячик для гольфа имеет массу 50 грамм (0,05 кг), скорость полета мячика в горизонтальной плоскости 50 м/сек. Нетрудно подсчитать, что кинетическая энергия такого мячика в системе земного наблюдателя будет равна 62,5 джоуля.
А теперь узнаем, что же видит наблюдатель в фундаментальной системе отсчета. Пусть он все время следит за скоростью мячика и время от времени записывает результаты. Пока мячик покоится, то кинетическая энергия шарика в системе отсчета этого наблюдателя (при скорости 370.000 м/сек) будет равна 3.422.500.000 джоулей.
Ничего себе так энергия - 818 кг в тротилловом эквиваленте!
Но все же рассмотрим три случая.
Случай первый. Представим, что удар по мячику произошёл по направлению луча зрения и скорость мячика в какой-то момент оказалась 370.050 м/сек. Неподвижный наблюдатель зафиксирует эту скорость и посчитает кинетическую энергию, которая для него окажется 3.423.425.062,5 джоулей. Она увеличится на 925.062,5 джоуля!!! по отношению к кинетической энергии, когда мячик еще лежал на земле, будем считать, что эта добавочная энергия является со знаком плюс.
Во-втором случае, когда мячик будет направлен в сторону неподвижного наблюдателя, мы получим следующие значения V=369.950 м/сек, Ек=3.421.575.062,5 дж., энергия уменьшится на 924.937,5 джоуля.
В третьем случае, пусть мячик полетит строго перпендикулярно относительно движения, вследствие чего удаленный наблюдатель увидит изменение линейной скорости мячика всего на 3,37 мм/сек. Это крохотное изменение даст разницу в кинетических энергиях мячика всего на 62,5 джоуля, в точности такой же, каким увидит этот прирост земной наблюдатель.
Исходя из описываемых опытов может показаться, что налицо нарушение закона сохранения энергии, но на самом деле это не так, данный парадокс объясняется теоремой Кёнига, доказанной еще в восемнадцатом веке. Чтобы не путаться, я же рассматриваю приведенный пример с точки зрения того, сколько нужно затратить механической энергии наблюдателю, чтобы локально повлиять на скорость исследуемого объекта, например бросание камешков или запуск быстрой ракеты, которые должны подтолкнуть и добавить скорости. В этом случае парадоксов не возникает.
Вот мы приблизились к тому, чтобы узнать, как влияет скорость в пространстве на энергетическую форму частиц. Согласно гипотезы MoND.2019, любая частица является локальной комбинацией растянутых и сжатых деформаций элементарных ячеек пространственной структуры, которые могут свободно перемещаться по последней.
Скорость этих частиц зависит от разности энергий между сжатым и растянутым элементом пространственной структуры, то есть является внутренней характеристикой системы.
Чтобы было понятно в образах, представьте что любая частица это ослик, везущий поклажу.
Впереди ослика на удочке висит морковка. Так вот, размер морковки напрямую связан со скоростью ослика. Если морковка одна, то ослик идет медленно, если же там висит целый пучок, то ослик переходит на галоп. В качестве морковки в данном случае выступает элементарный квант действия, равного одной единице постоянной Планка. Каждая частица имеет в своем "багажнике" такое место, где сконцентрирована вся поступающая извне энергия таких квантов действия, в основном в виде фотонов и других квазичастиц и бозонов. Таким образом, направление движения частицы зависит от того, в каком направлении ориентирован этот "аккумулятор" у частицы, а размер его говорит о скорости ее относительно фундаментальной системы отсчета.
Прямой аналогией взаимосвязи кинетической энергии и скорости частиц, является пример с пружиной.
Представьте, что любая частица представляет собой энергию немного сжатой пружины. Эта энергия сжатого состояния может перетекать по пространственной структуре из одинаковых пружин, подобно волне. Степень сжатия пружины является аналогом массы - чем больше сжатие, тем меньше длина пружины и тем выше масса, а если быть точнее, тем больше энергия массы покоя.
На рисунке ниже приведены "мгновенные" снимки частиц одномерного пространства, которые одинаковы по массе, но у которых разная кинетическая энергия и скорость в этом пространстве. Сжатое состояние отмечено красным цветом, растянутое состояние показано синим. Следует понимать, что изображены, как бы проекции пружин, а не просто плоские синусоиды.
Если рассматривать частицу как цельный объект, то из иллюстрации видно, что во всех случаях длина пружины одинаковая, а значит и энергия, заключенная в этой "пружине" должна быть вроде бы как неизменной. Но мы то знаем, что полная энергия движущейся частицы больше, чем энергия покоящейся. Заглянем внутрь этой частицы.
Из варианта А (см.рис.) видно, что энергия сжатых и растянутых состояний пространства распределена равномерно, и движение "частицы" равновероятно в любом направлении, в результате чего скорость ее равна нулю - она похожа на ослика, который стоит между двумя морковками и не знает куда двинуться.
В варианте B, внутренняя энергия частицы перераспределена таким образом, что справа пространство растянуто, а левое соответственно сжато на такую же величину. А поскольку согласно гипотезе пространственные искажения в форме частиц вероятнее всего стремятся в область более растянутых областей пространства, данная конфигурация направиться вправо со скоростью V1. В данном примере синяя область растянутых деформаций является прообразом морковки для ослика, чем больше "морковка" тем быстрее движется частица, как это показано в случае C.
Из логических соображений, очевидно, что для внутреннего перераспределения энергии пружины необходима дополнительная энергия. Эта энергия поступает во внутрь частицы в виде энергии фотонов. Например электрон, получая энергию от фотонов ускоряется, а при торможении в магнитном поле наоборот испускает в виде синхротронного излучения.
Таким образом, если бы у нас была возможность "сфотографировать" энергетическую форму частицы, то по ее виду можно было бы определить все физические и квантовые характеристики.
Если рассмотреть случай С (см. рис.), то из него видно, что деформация быстро движущегося электрона очень похожа на деформацию в случае D, и является пространственным отражением. Предполагается, что в данном случае мы имеем дело с позитроном - античастицей по отношению к электрону. Несмотря на одинаковость, все же их пространственные свойства отличаются, так же как отличаются пружины правой и левой спиральности. Благодаря этой характеристике возможен процесс аннигиляции. Так, если разогнать позитрон в ту же сторону что и электрон, то их пространственные искажения будут похожими, но все равно разными. Из иллюстрации видно, что пространственные искажения находятся как бы в противофазе, в результате чего при сближении взаимно уничтожают друг друга, испуская при этом два или три фотона.
Размышляя на тему абсолютности кинетической энергии, я пришел к выводу, что эта энергия заключена внутри самой частицы и представляет собой сумму энергий дополнительных деформаций , отличающих движущуюся частицу от частицы в состоянии покоя в фундаментальной системе отсчета, связанной с абсолютным пространством, относительно которой солнечная система движется со скоростью ~370 км/сек.
Спасибо за прочтение, если статья понравилась, можете отметить это или сделать репост. На возникшие вопросы, сформулированные в конструктивной и вежливой форме я стараюсь отвечать.
Михаил Н. Бровкин 16 октября 2020 г.