Глава шестая
Изначально мы описали локал как сферу, оговорившись, что это упрощенная схема. Как же может выглядеть локал на разных структурных уровнях? Если Липики — это вихревые нитяные структуры, подобные колебанию, проходящему по струне, то Вселенная — это, вероятно, сфера (в пределах нашего внутреннего в ней нахождения и восприятия, как таковой). Следовательно, развитие материи происходит от практически одномерного Липика, имеющего лишь слабо выраженную протяжённость из Реальности в Действительность, до трёхмерной Вселенной через разные формы и стадии внутри Действительности.
Здесь нам придётся сделать небольшое отступление, прежде чем продолжить дальше. Дело в том, что, как мы сказали выше, Действительность может быть не одна. Наша Действительность какая-то одна из многих. Теоретики, чтобы свести представления мега- и макромира к явлениям микромира, были вынуждены разработать ряд теорий, позволяющих описать современную физику известных элементарных частиц. Начало положила теория струн, где свойства частиц объясняются колебанием струн. С математической точки зрения, она успешно объединила четыре фундаментальных взаимодействия (сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное), объяснила многие из физических констант, массы элементарных частиц, погасила квантовые флуктуации, мешавшие объединению ОТО и квантовой механике. Но для её существования потребовалось существования в природе в качестве основного вакуумного состояния среды тахиона — частицы с отрицательной массой, движущейся исключительно со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. На практике тахион не был обнаружен.
Теория суперструн смогла обойти трудности своей предшественницы, но потребовала «суперсимметрии», которая заключалась в необходимости существования фермионов, симметричных бозонам. Как известно, все частицы можно разделить на две группы в зависимости от значения их спина: частицы с целым спином относятся к бозонам, с полуцелым — к фермионам. К сожалению, «суперсимметричные» фермионы тоже обнаружены не были.
Теоретические трудности как бы исчезли, когда «обычное» пространство Действительности было заменено на многомерное. Сначала были признаны реальными десять измерений, включая время. Это привело к возможности существования многочисленных несовместимых миров с разными свойствами. Позже потребовалось ещё одно измерение, которое смогло «успокоить» теорию, как бы сняв предыдущие проблемы теории струн. Мерности, которые превышают три реальных измерения и время, теоретически оказываются свёрнутыми, физически неощутимыми, не выходящими за пределы микроскопических масштабов. Новая теория, названная «М-теорией», допускает существование не только одномерных струн, но и двух-, трёх-, четырёх- и т.д. мерных мембран или многомерных бран — специфических ненаблюдаемых объектов. Оказалось, что струнные теории, которые входили в некоторое противоречие, тесно связаны и являются различными предельными случаями единой 11-мерной фундаментальной М-теории. В настоящее время это направления является доминирующим в современной физике. Заметим, что пределом низких энергий М-теории является так называемая «супергравитация».
Возвращаясь к изначальной теме, мы должны подчеркнуть, что в нашем «ином представлении» нет свёрнутых размерностей, добавляемых с целью соответствия теории наблюдениям. Три измерения пространства и одно измерение времени являются достаточной исходной предпосылкой для дальнейших рассуждений. Более того, как и в ОТО, в нашем представлении существуют сингулярности, которых нет в теории струн. Где, как известно, по достижении планковского размера происходит процесс «выворачивания наизнанку» Действительности. В нашем случае — мы переходим в Реальность. Хотя здесь мы должны сделать ещё одну оговорку относительно многомерности. Как мы позже покажем, время так же многомерно, как и пространство. Об этом речь пойдёт далее.
Итак, мы возвращаемся в трёхмерный мир. Локалы, внутри которых мы находимся, которые выше нас, имеют форму трехосного эллипсоида вращения с одной реальной осью вращения. Зрительно это выглядит как перекатывающийся объём воды в невесомости, демонстрируемый в помещении космической станции. Ось вращения формирует видимую часть локала. Как правило, это плоские сфероиды. Невидимая часть локала простирается гораздо дальше. Например, если рассматривать земной локал, то его граница находится существенно далеко от поверхности планеты (примерно в 1,5 млн км). Но это не значит, что граница локала одинаково удалена по всем направлениям. Если бы наша планета вдруг вылетела за пределы Солнечной системы (локала), то, вероятно, локал был бы равноудалён. Но внутри солнечного локала его форму меняют потоки среды к Солнцу. Они деформируют земной локал, вытягивая его по направлению потока и сжимая с обратной стороны заворотом входящих струй. Но так земной локал выглядел бы, если был подобен яйцу с твердой скорлупой.
В действительности он не имеет жесткой границы, так как открыт для потока среды со всех направлений. Обычно входящий поток изображается, как хвост, уходящий от Земли под действием солнечного излучения. Но именно по этому «хвосту» происходит затекание среды в земной локал. Этот «хвост» и определяет форму локала. Мы не будем рассматривать гидродинамические модели движения среды к Солнцу и Земле. Это отдельный ёмкий вопрос. Для нас сейчас важным является принцип, понимание сути. Главным является то, что мы должны в своём представлении локала очертить область, в пределах которой действуют все физические законы, включая локально ОТО.
Что бы ни происходило вокруг нас, мы находимся в своей инерциальной системе, внутри которой не ощущается динамизм внешнего мира. Действительно, мы каждое мгновение мчимся с головокружительной скоростью по Вселенной, не замечая этого. Вообразите, совокупность ближайших скоплений галактик (а это 119 скоплений в пределах 200 Мпк от нас) движется как единое целое со скоростью около 700 км/с. Местная Группа галактик, включающая Млечный Путь, движется со скоростью 635 км/с. Солнечная система внутри Галактики движется со скоростью 366 км/с. Наша планета движется со скоростью 30 км/с. Но ощущение такое, что весь мир в сумасшедшем движении, кроме нас. И всё благодаря тому, что мы находимся внутри своего локала, своей инерциальной системы, что позволяет не испытывать никаких ускорений, относящихся к любому движению за пределами нашего локала. Даже свет безынерционен, но в пределах нашего локального мира.
Покажем это обстоятельство на примере лазерной локации Луны.
Если рассматривать весь космос, как единую арену, на которой происходят всевозможные пертурбации с материей, не учитывая структурного деления вещества на локалы, то встаёт вопрос, относительно чего всё происходит: движется, меняется?
В качестве неподвижного мерила современная астрофизика выбрала очень далёкие звезды, которые за исторический период наблюдений практически неподвижны на небосводе. Таким образом создается система небесных координат. Их существует много, и они выбираются в зависимости от стоящих задач. Например, в радиодиапазоне используют систему ICRF, опирающуюся на более чем 200 квазаров, в видимом диапазоне используют систему HCFR, учитывающую положение нескольких тысяч звёзд.
Скорости движения, которые мы рассмотрели выше, определены относительно реликтового фона. Он выступил в качестве абсолютной системы отсчёта. Казалось бы, это не согласуется с теорией относительности, в которой инерциальных систем отсчёта не существует, только неинерциальные! Но наш локал, в котором мы выступаем в роли наблюдателей, именно неинерциальный! Это наша Вселенная в миниатюре! Часть реликтового фона — это наша среда, среда нашего локала! Абсолютной является скорость относительно среды внутри локала.
Если мы проигнорируем среду нашего локала, то должны будем учесть скорость движения Земли вместе с Луной в мировом пространстве, например, относительно квазаров или реликтового фона. Мы не будем складывать векторы скорости перечисленных выше движений. Выберем скорость сверхскопления (700 км/с). Этого будет достаточно для дальнейшего рассуждения.
Конечно, это далеко не световая скорость, но и не маленькая — за время 1,255 секунды, которое требуется лучу, посланному с земли, достичь Луны, «набегает» почти 880 км. А если луч отразится и вернётся назад, то это расстояние составит уже 1760 км. Что это означает? Это означает, что свет, который не обладает инерцией, будучи выпущенным лазером из обсерватории на земле, никак не способен оказаться в объективе той же самой обсерватории (рис.6.1). За время движения света туда и обратно обсерватория вместе с планетой окажется в другой части космического пространства. Возвращающийся луч за счёт свойств атмосферы несколько расширяется, образуя конус, но это расширение на два порядка меньше — чуть больше десяти километров. Такое расширение никак не способствует его приёму. Обсерватория «сдвинется» в космическом пространстве (относительно реликтового фона, далёких квазаров) более чем на полторы тысячи километров.
Вот если бы свет обладал инерцией, как пуля, то какая-то часть луча, возможно, была бы принята той же обсерваторией за счёт рассеяния фотонов, так как Земля всё-таки сместилась бы за это время всего лишь на 75 км. Получается, что лазерная локация Луны с использованием уголкового отражателя, направляющего полученное излучение точно туда, откуда оно пришло, теоретически невозможна? Но она практически осуществляется!
Локал Земли — это единственная система отсчёта. Для локала не существует превалирующих систем отсчёта, таких как локал Солнца, Галактический локал, Вселенная. Локал движется в пространстве с определённой скоростью. Но внутри локала эта скорость не должна учитываться. Локал подобен мчащемуся вагону для пассажира, спокойно идущему вдоль него. Свет движется вдоль среды своего локала. Более того, свет — это волна деформации среды. Но об этом стоит говорить отдельно.
Точно так же не существует внешнего пространства для атома, для элементарной частицы, для струны. Все тела безынерциальные, то есть не обладают инерцией — их система отсчёта — собственный локал! Даже если наша планета начнёт нестись в пространстве в сотни тысяч раз быстрее — мы этого не ощутим, как не чувствуем ускорений, связанных с криволинейным движением в пространстве Земли, Солнца, Галактики.
Таким образом, свет безынерциален, но только внутри локала, в котором находится, так как природа света связана с веществом среды. Смещается в пространстве среда локала, смещается вместе с ней и свет. Мы не будем здесь рассуждать о продольных и поперечных волнах в среде. Это тема отдельного разговора, которому уже не одна сотня лет. Отметим только следующее. Покидая локал, свет не вырывается в «открытый космос». Он продолжает движение во всё той же среде, но уже относящейся к другому локалу (к другой системе отсчёта для теории относительности, действующей в том локале): земной луч попадает в солнечный локал и т.д. Путь света, который попадает в объектив телескопа, проделывает сложный путь из локала в локал, каждый из которых имеет собственный темп времени, но численное значение скорости луча всегда постоянное. Даже если для земного наблюдателя свет многократно превышает свою скорость. По этой причине измерение расстояния по скорости света за пределами локала может быть не всегда корректным.
Вернёмся на землю, но только чтобы заглянуть в глубины вещества.
Атомы и частицы. Этот тела, имеющие свои локалы. Для них действуют всё те же принципы ОТО. Только в ином масштабе, с учетом перехода от одной системы расчёта к другой (с учётом перенормировки). Переход между структурными уровнями учитывается изменением метрики пространства и времени в смежных рангах вещества, относительной плотности (энергии) среды. Но это отдельная тема.
Когда мы говорим атомы и частицы, то этим выражением охватываем два смежных уровня: уровень частиц (нуклоны, электроны, их резонансы) и уровень атомов. Планетарная модель атома, вероятно, самое близкое приближение к действительности. Ядро атома (звезда), электроны (планеты) движутся детерминировано, в соответствии с энергией компонентов.
Начнём с протона. Его можно представить как пространство с асимптотическим ядром, построенном по канонической схеме локала. Естественно, масштабы здесь не планетарные, но пропорции практически сохраняются. Электрон — тот же протон, но с меньшим размером ядра. Главное различие — ядерный вихрь. Вихри протона и электрона имеют различное направление вращения. Но этого недостаточно. Позитрон тоже имеет противоположное вращение ядерного вихря, что приводит электрон и позитрон к аннигиляции при встрече. Тогда оба вихря нейтрализуют друг друга, выбрасывая энергетическое содержимое своих сингуляров. Различие в геометрии и пространственной форме поверхности вихря. Она зависит от угловой скорости вращения, одновременно закручивая окружающее пространство. Если обратиться к теоретической механике, то это два решения дифференциального уравнения, связанных с нахождением формы «однородной жидкости, равномерно вращающейся около некоторой оси, причём частицы жидкости взаимно притягиваются по закону Ньютона». Жуковский показал, что «если угловая скорость вращения, убывая, стремится к нулю, то один из эллипсоидов равновесия приближается к сфере, а другой — к круговому диску бесконечно большого радиуса» [4, с. 641-646].
Иначе говоря, разные по скорости вращения вихри будут иметь разные по форме поверхности локалов. Но разные по скорости вихри будут иметь и разные объёмы. Следовательно, разные локалы будут по-разному взаимодействовать между собой. Причиной взаимодействия смежных локалов на расстоянии является, во-первых, движение среды внутрь локалов. Во-вторых, пульсация локалов, распространяющаяся от ядра. Так К.А. Бьеркнес показал, что «две сферы, погруженные в несжимаемую жидкость и регулярно пульсирующие (т.е. изменяющиеся в объёме), испытывают взаимное притяжение (передающееся через жидкость), которое определяется законом обратных квадратов, если их пульсации находятся в одной фазе, и взаимное отталкивание, тоже определённое законом обратных квадратов, если фазы пульсаций отличаются на полупериод» [1, с.337]. Так как среда несжимаема, так что все пульсации распространяются мгновенно.
Очевидно, что сблизившиеся локалы будут стремиться объединиться. Однако этому будет препятствовать ряд обстоятельств. Во-первых, асинхронность вращения локалов. Во-вторых, возрастающие центробежные силы, возникающие при раскручивании на орбите большим телом меньшего тела. В-третьих, упругость стен воронок вихрей, образованных струями в сингуляр. В результате взаимное притяжение на определённом этапе сменится силами отталкивания разных по объему локалов (разных по массе тел, то есть частиц) (рис. 6.2). Можно добавить к сказанному и гравитомагнитные эффекты, такие как эффекты Лензе Тирринга, Шиффа, де Ситтера. Но и это не все обстоятельства. Здесь следует дать ещё одно пояснение, связанное с темпом времени.
Когда мы экспериментировали с измерением скорости света на разных высотах от уровня моря, то не оговаривали, в каком направлении ориентирован наш прибор. Подразумевалось, что ось прибора, вдоль которой шло измерение, всегда ориентирован по вертикали, то есть вдоль линии тока среды. Зададимся вопросом, все ли направления равнозначны в потоке? Если считать, что струя растягивается в продольном направлении, то этого нельзя сказать о струе в поперечном направлении. Следовательно, вместе с изменением плотности среды по направлениям изменяется градиент времени. То есть время является векторной величиной, зависящей от направления в потоке среды. Вектор темпа времени, направленный вдоль оси струи в сторону потока, имеет минимальное значение. Перпендикулярный к нему вектор, направленный поперёк течения струи против кривизны струи имеет максимальное значение. Остальные направления векторов будут иметь промежуточные значения между максимум и минимумом темпа времени (рис. 6.3). При этом стрела времени сохраняет своё направление «от прошлого в будущее» во всех случаях.
Подобно темпу времени изменяется метрика пространства. Она изменяется точно так же, как и темп времени. В результате скорость света в любом направлении остаётся численно постоянной величиной. Хотя, как видно из предыдущих рассуждений, физически скорость света будет разниться в зависимости от направления. Но это обстоятельство доступно для восприятия только удалённому наблюдателю, а не экспериментатору, находящемуся в точке измерения. Действительно, как бы мы не вращали прибор из нашего мысленного эксперимента по определению скорости света, скорость света всегда будет одна и та же.
Таким образом, мы будем считать пространство-контейнер трёхмерным при любых обстоятельствах, а среду, имеющую определённые свойства в зависимости от направления в пространстве, можно считать многомерной, если каждое направление вектора времени считать конкретной размерностью.
Экспериментатор, избравший в качестве эталона темпа времени атом цезия, является внешним по отношению к атомному локалу. Благодаря этому он способен оценить различие в измерениях темпа времени и метрики пространства, связанное с разными направлениями. Для экспериментатора это будет выглядеть как погрешность в измерении. Как известно, на уровне поверхности планеты (в земной лаборатории) эти различия весьма несущественны и отличаются в удалённом знаке от запятой. Если бы экспериментатор производил измерения на границе локала, где все направления практически одинаковы, то погрешность в измерении отсутствовала. Но если бы экспериментатор опустился в глубины планеты и приблизился к сингуляру, то погрешность приняла бы максимальное значение. То есть по мере погружения в систему отсчёта неопределённость в измерении величины пространства и времени возрастает. При этом трёхмерность почти утрачивает свой смысл, так как поперечное направление практически исчезает, а продольное направление в сингуляр становится преимущественным.
Однако, несмотря на то, что значение поперечного направления утрачивается, в этом направлении будет сохраняться темп времени. Если в продольном направлении он будет стремиться к нулю, то в поперечном направлении будет нарастать. Для внешнего наблюдателя поворот среды относительно оси сингуляра будет представляться стремительным вращением. На практике это вращение, называемое спином, обретает численно фантастическое значение (далеко превышающее скорость света), которое не способно выдержать вещество. Ещё раз заметим, что это лишь оценка внешнего наблюдателя по отношению к сингуляру, не учитывающему структурный переход. Внутренний наблюдатель, оказавшийся в самом сингуляре, не ощутит каких-либо нагрузок, связанных со стремительным вращением тела.
И ещё об эталоне времени — секунде.
В реальной обстановке любой экспериментатор пользуется единицей измерения темпа времени секундой, которая существует на поверхности планеты, так как почти все лаборатории расположены в пределах земной поверхности. Будем считать, что это темп времени земного локала.
Но когда земной экспериментатор заглядывает в другой структурный уровень, например квантовый, на котором действует квантовая электродинамика или углубляется в недра уровня квантовой хромодинамики, то здесь всё иначе — другие и темп времени, и метрика пространства. Прежде чем рассуждать и делать оценки, мы должны установить соотношение между разными мирами — разными структурными уровнями. Действительно, темп времени на поверхности планеты совершенно иной, чем темп времени на поверхности Солнца или Юпитера, например. И не только в силу того, что эти локалы разные по объёму и пропорциональные массам тел (точнее - сингулярам тел), но и потому что мы выбираем масштаб времени произвольным образом, не связывая его с размером локала. Например, мы считаем средний радиус Земли, равный 6 371 километру. Темп, с которым идут часы на поверхности этого радиуса, - наш земной темп времени. Но если мы удалимся от поверхности планеты, например, на 10 тысяч километров, то темп возрастёт на 36,7 мкс/сутки (рис. 6.4; см. таб. 1). Радиус Солнца 695 510 км, а Юпитера в десять раз меньше - 69 911 км.
Очевидно, что темп времени на поверхности этих тел будет совершенно иной. Следовательно, чтобы каким-то образом сопоставить масштабы пространства и времени земного экспериментатора с соответствующими масштабами в других локалах на одном структурном уровне (Земля — Юпитер) или на разных структурных уровнях (Земля — Солнце, Земля — протон, электрон, кварк), необходим единый подход к определению эталонов. Эталоны метрики пространства и темпа времени должны учитываться в аналогичных областях сопоставляемых локалов. Но мы не можем отмерить расстояние «своим» метром в другом локале. Например, радиусы планет и Солнца установлены именно по меркам земного наблюдателя. Это не значит, что метрика пространства, темп времени, скорость движения, вращения, масса тела именно такая, как мы её вычислили. Поэтому, когда мы оцениваем массу, например, чёрной дыры, это не значит, что она равна именно ста тысячам масс солнца. Это условная, приблизительная оценка, которая не сильно искажает наши представления, хотя вынуждает искать недостающее вещество, чтобы обеспечить сходимость теории с наблюдениями. Гораздо сложнее будет обстоять оценка процессов в микромире, где работают статистические методы при описании закономерностей в природе.
Таким образом, мы не можем использовать абсолютные величины пространства и времени, но можем использовать относительные, сопоставимые. Как быть в этом случае?
Продолжение - Часть 9
Литература
1. Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 512 с. -С. 103. ISBN 5-93972-070-6
4. Жуковский Н.Е. Теоретическая механика. - М.-Л.: ГИТТЛ, 1950. - С. 810.