Данная статья представляет собой собрание заметок из различных областей человеческих знаний. Она может помочь прояснить устройство мира, а именно даст представление о том, что было изначально до возникновения Вселенной и что есть небытие.
В статье «Основа мироздания», я писала о том, что все, что изначально было – это бесконечное пространство, наполненное вечной энергией. Но что именно оно все из себя представляло, да и представляет?
В современной математике пространство определяют как множество каких-либо объектов, которые называют его точками; ими могут быть геометрические фигуры, функции, состояния физической системы и т.д.
Множество – набор, совокупность, собрание каких-либо объектов, называемых его элементами, обладающих общим для всех их свойством.
Одной из важнейших характеристик пространства является его размерность.
По размерности пространство подразделяют на нульмерное, одномерное, двумерное, трехмерное, четырехмерное, пятимерное, шестимерное, семимерное, восьмимерное…n-мерное.
ПРОСТРАНСТВО НУЛЕВОЙ МЕРНОСТИ
Размерность этого пространства равна нулю.
В таком пространстве отсутствуют оси координат. В нём отсутствуют проекции в привычном виде. Единственное, что можно условно приписать этому пространству, – это наличие в нём объектов с нулевыми метриками. Эти объекты имеют нульмерные протяжённости, то есть нулевые длины. Но число таких объектов, как это, ни покажется странным, в рамках нуль – пространства равно бесконечности.
Относительно размера и количества объектов, в математическом анализе есть такие понятия как бесконечно малая и бесконечно большая величина.
Бесконечно малая (величина) – переменная величина, стремящаяся к пределу, равному нулю. Это числовая величина, которая меньше всякой конечной (ненулевой) величины и все же не равна нулю.
Бесконечно большая (величина) – переменная величина, стремящаяся к бесконечности. Это числовая величина, которая в процессе изменения становится и остается по абсолютной величине больше любого наперед заданного числа. Изучение бесконечно больших величин может быть сведено к изучению бесконечно малых, так как если X есть бесконечно большая величина, то обратная ей величина Y = 1/X является бесконечно малой.
Эти два вида переменных величин взаимно соответствуют один другому и должны быть рассматриваемы вместе.
Объектами нульмерного пространства являются точки.
Точка – одно из фундаментальных понятий математики, абстрактный объект в пространстве, не имеющий никаких измеримых характеристик (нульмерный объект). Геометрические точки не имеют никакой длины, площади, объёма или какой-либо другой размерной характеристики. Точка определяется только некоторыми свойствами, называемыми аксиомами, которым она должна удовлетворять. Евклид первой аксиомой в своих «Началах» определил точку как «объект, не имеющий частей». Физический смысл точки – материальная точка.
Материальная точка – геометрическая точка, которой поставлен в соответствие скаляр, называемый массой.
Альберт Эйнштейн говорил: «Из специальной теории относительности вытекает, что масса и энергия являются разными проявлениями одного и того же…»
А в физике элементарных частиц в единицах энергии – электрон-вольтах, выражается и масса элементарных частиц, что объясняется эквивалентностью массы и энергии.
Фрэнк Вильчек – лауреат Нобелевской премии по физике, в своей книге «Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил» писал: "Масса материи – это энергия, заключенная в фундаментальных строительных блоках, которые сами по себе массой не обладают. Понятие энергии играет гораздо более важную роль в современной физике, чем понятие массы. Это проявляется во многих отношениях. Сохраняется именно энергия, а не масса".
Поэтому, в нульмерном пространстве, материальной точке поставлен в соответствие скаляр энергии, а не массы.
А энергия может быть запасена материальной точкой лишь в виде кинетической энергии её движения. Это автоматически означает неспособность материальной точки к деформациям и вращению вокруг собственной оси и изменениям направления этой оси в пространстве.
А если материальные точки не способны к вращению вокруг собственной оси, то значит, они не имеют спина, а, следовательно, их можно отнести к скалярным частицам.
Совокупность материальных точек будет составлять механическую систему.
Механическая система – совокупность материальных точек (тел), рассматриваемых как единое целое.
Система (др.-греч. σύστημα «целое, составленное из частей; соединение») – множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство, созданная для достижения определённых целей.
Как же будут вести себя материальные точки в нульмерном пространстве?
Первый закон Ньютона гласит, что всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не приведет к изменению этого состояния.
Согласно этому закону, состояние покоя или равномерного прямолинейного движения не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий, то есть тела обладают динамическим свойством, называемым инертностью, а свободное движение тел – движением по инерции.
Первый закон Ньютона выполняется не для всех систем отсчета. Системы отсчета, в которых он выполняется, называются инерциальными системами отсчета, а в неинерциальных системах отсчета он не выполняется. Следовательно, в первом законе Ньютона содержится два утверждения: все тела обладают свойством инерции и существуют инерциальные системы отсчета.
Более строгая формулировка первого закона Ньютона: материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет ее из этого состояния.
Ускорение материальной точки свободной от внешних воздействий равно нулю в любой инерциальной системе отсчета.
То есть материальные точки в нульмерном пространстве будут двигаться равномерно и прямолинейно.
Кинетическая энергия (Ekin) материальных точек будет выступать для них движущей силой (F), задающей им импульс (p) к перемещению на расстояние (S) в одну единицу за одну единицу времени (t).
Кинетическая энергия (от греческого слова kinema – движение) – это энергия движущегося тела.
Историческое название кинетической энергии – «живая сила». Первоначально наименование «живая сила» было дано Лейбницем для произведения массы тела на квадрат его скорости.
Ekin=m*v^2 (1Дж=1Н*1м=1кг*1м/с^2*м=1кг*м^2/с^2)=F*S=p/t*S или p*v (кг*м/с*/с*м =кг*м^2/с^2).
Импульс материальной точки характеризует как быстроту движения, так и ее инертность и является одной из важнейших ее динамических характеристик.
Второй закон Ньютона: изменение количества движения (импульса) пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
Инерциальная система отсчёта (ИСО) – система отсчета, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно либо покоятся. По отношению к данной системе отсчета пространство является однородным и изотропным, а время – однородным.
Однородность пространства – одинаковость свойств пространства во всех его точках. Она означает, что нет такой точки в пространстве, относительно которой существует некоторая «выделенная» симметрия, все точки пространства равноправны. Все физические явления в одних и тех же условиях, но в различных местах пространства протекают одинаково. Более точное определение однородности пространства использует понятие замкнутой системы.
Изотропность пространства – одинаковость свойств пространства по всем направлениям, то есть поворот любой замкнутой физической системы как целого не изменяет её физические свойства. Изотропность пространства означает, что если замкнутую систему тел повернуть в пространстве на любой угол, поставив все тела в ней в те же условия, в каком они находились в прежнем положении, то это не отразится на ходе всех последующих явлений.
Замкнутой системой называется такая механическая система, материальные точки которой, могут взаимодействовать только с материальными точками, принадлежащими этой системе.
Замкнутые системы, так же, часто называют консервативными, поскольку закон сохранения механической энергии утверждает, что в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется.
Консервативные силы – это силы, работа которых не зависит от вида траектории, точки приложения этих сил и закона их движения, и определяется только начальным и конечным положением этой точки. Работа этих сил по любой замкнутой траектории равна 0. Консервативная сила всегда направлена в сторону уменьшения потенциальной энергии.
Потенциальная энергия (от латинского potentia – возможность) – энергия взаимодействия тел или частей тела. Определяется взаимным расположением тел или частей тела, то есть расстояниями между ними.
Кинетическая энергия системы всегда представляет собой сумму кинетических энергий точек, потенциальная энергия в общем случае существует лишь для системы в целом, и само понятие «потенциальная энергия отдельной точки системы» может быть лишено смысла.
Выходит, раз консервативная сила направлена в сторону уменьшения потенциальной энергии, то она направлена в сторону уменьшения энергии взаимодействия, то есть она препятствует взаимодействию, а значит, что же расталкивает тела?
На основании наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения Вселенной, было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением. Её назвали «тёмной энергией».
Отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию.
В отличие от всемирного тяготения, всемирное антитяготение стремится не сблизить тела, а, напротив, удалить их друг от друга.
Сущность тёмной энергии является предметом споров. Известно, что она очень равномерно распределена, имеет низкую плотность и не взаимодействует сколько-нибудь заметно с обычной материей посредством известных фундаментальных типов взаимодействия – за исключением гравитации. Поскольку гипотетическая плотность тёмной энергии невелика (порядка 10 в −29 степени г/см³), её вряд ли удастся обнаружить лабораторным экспериментом. Тёмная энергия может оказывать такое глубокое влияние на Вселенную только потому, что она однородно наполняет пустое (в иных отношениях) пространство.
Немецкий физик-теоретик Кристоф Веттерих предположил, что тёмная энергия – это своего рода частицеподобные возбуждения некоего динамического скалярного поля, называемого «квинтэссенцией».
Практическими синонимами термина скалярное поле являются термины поле спина ноль, частица спина ноль, скалярная частица (последние, всё же несколько разводя эти близкие понятия, называют также возбуждениями скалярного поля).
Темная энергия соответствует некоторой сплошной среде, которая строго равномерно заполняет все пространство Вселенной и имеет всюду и всегда постоянную плотность.
Сплошная среда – механическая система материальных точек, непрерывно заполняющая некоторую часть пространства.
Её движение в пространстве, в отличие от других механических систем, описывается не координатами и скоростями отдельных частиц, а скалярным полем плотности и векторным полем скоростей.
Если плотность сплошной среды постулируется постоянной, то такая сплошная среда называется несжимаемой.
Сплошная среда – часто и успешно используемая в физике сплошных сред, модель для более-менее однородных систем с очень большим числом частиц.
Сплошная среда обладает свойством непрерывности и делимости. Почти бесконечной – до неделимого «атома».
Две с половиной тысячи лет назад греческие философы Левкипп и Демокрит выдвинули гипотезу: мир состоит из частиц – атомов и разделяющей их пустоты. В рамках этой гипотезы атомы представлялись как мельчайшие неделимые частицы, а пустота понималась буквально: «ничто». Последующее развитие физики существенно изменило содержание этих понятий, при этом термин «атом» сохранился, а понятие «пустота» совершило длинный и тернистый путь, постепенно превращаясь в очень легкую материю, которую еще в XIX столетии называли эфиром, а сейчас называют вакуумом и считают фундаментом современной физики.
Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Такое состояние не является абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей.
Основное состояние квантовомеханической системы – стационарное состояние, энергия системы которого называется нулевой. Даже в основном состоянии система способна содержать колоссальное количество энергии.
Нулевая энергия – минимальный уровень энергии, который может иметь данная квантовомеханическая система.
Нулевые колебания – флуктуации квантовой системы в основном состоянии, наинизшем по энергии. Формально суммарная энергия нулевых колебаний конечного объёма физического вакуума бесконечна, однако с точки зрения квантовой механики её практически невозможно использовать.
Квантовые флуктуации – флуктуации энергии единицы объёма вакуума, связанные с рождением и уничтожением виртуальных частиц.
Виртуальные частицы – короткоживущие ненаблюдаемые частицы, возникающие в вакууме и при столкновениях или распадах частиц. При столкновениях и распадах частиц виртуальные частицы играют роль переносчиков взаимодействий.
Большой взрыв – общепринятая космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно – начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.
В период времени от нуля до 10 в −43 степени секунд после Большого взрыва происходили процессы рождения Вселенной из сингулярности. Считается, что при этом температура и плотность вещества Вселенной были близки к планковским значениям. Ранняя Вселенная представляла собой высокооднородную и изотропную среду.
Планковская температура – самая высокая теоретически возможная температура. Она примерно равна 1,41679(11)*10 в 32 степени K (примерно 142 нониллиона K). Более высокая температура не может существовать, так как всё превращается в энергию (все субатомные частицы разрушатся).
Температура (от лат. temperatura – надлежащее смешение, нормальное состояние) – физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая степень нагретости тел.
В термодинамике имеют дело не с отдельными молекулами, а с макроскопическими телами, состоящими из огромного числа частиц. Эти тела называются термодинамическими системами.
«...мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние…» (П.Л. Капица)
В статистической физике температура определяется как производная от энергии системы по её энтропии: T=dE/dS, где E – энергия термодинамической системы, S – энтропия.
Если температура – это степень нагретости тела, то тепло – это то, что эту нагретость обеспечивает.
Тепло – это вид энергии, которое, как постулирует кинетическая теория, является следствием хаотического движения чрезвычайно большого количества микроскопических частиц.
Термодинамическая энтропия (от греч. τρoπή – изменение, превращение, преобразование) – физическая величина, используемая для описания термодинамической системы, одна из основных термодинамических величин; энтропия и температура – сопряжённые термодинамические величины, необходимые для описания термических свойств системы и тепловых процессов в ней. Энтропия является функцией состояния.
Понятие энтропии впервые было введено Рудольфом Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания (диссипации) энергии.
Чем меньше элементы системы подчинены какому-либо порядку, тем выше энтропия.
Лучевое вещество – это, по сути дела, уже совсем не вещество, а в чистом виде энергия. Однако именно это гипотетическое агрегатное состояние примет тело, достигшее скорости света. Также его можно получить, разогрев тело до планковской температуры (10 в 32 степени К). Как следует из теории относительности, при достижении скорости более 0,99с, масса тела начинает расти гораздо быстрее, нежели при "обычном" ускорении, кроме того тело удлиняется, разогревается, то есть начинает излучать в инфракрасном спектре. При пересечении порога 0,999с, тело кардинально видоизменяется и начинает стремительный фазовый переход вплоть до лучевого состояния. Как следует из формулы Эйнштейна, взятой в полном виде, растущая масса итогового вещества складывается из масс, отделяющихся от тела в виде теплового, рентгеновского, оптического и других излучений, энергия каждого из которых описывается следующим членом в формуле. Таким образом, тело, приблизившееся к скорости света, начнет излучать во всех спектрах, расти в длину и замедляться во времени, утоньшаясь до планковской длины, то есть по достижении скорости с, тело превратится в бесконечно длинный и тонкий луч, двигающийся со скоростью света и состоящий из фотонов, не имеющих длины, а его бесконечная масса полностью перейдет в энергию. Поэтому такое вещество и называется лучевым.
Исходя из всего выше сказанного, можно заключить, что нульмерное пространство – это физический вакуум, представляющий собой механическую систему материальных точек, обладающих только лишь кинетической энергией. То есть, по сути, это пространство чистой энергии, называемой по-научному темной энергией. Эти материальные точки представляют из себя виртуальные частицы, образующие в своей совокупности лучевое вещество, а поскольку это пространство чистой энергии, то вероятно и температура этого вещества стремится к бесконечности, поскольку к бесконечности стремится число материальных точек нульмерного пространства. Как же при нулевых колебаниях может быть бесконечная температура? Как было сказано выше мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. То есть материальные точки – нульмерные объекты с нулевой энергией, имеется в виду с энергией наименьшей величины, должны двигаться хаотически, то есть во всех направлениях, но при этом прямолинейно и равномерно. Такое движение материальных точек, на мой взгляд, связано с тем, что все они вышли из одной единственной точки – сингулярности, то есть вследствие Большого взрыва материальные точки с большой силой разлетелись в разные стороны, при этом импульс к перемещению им был задан вдоль прямых линий, они как лучи от солнца разлетелись по пространству.
