В истории физики были две большие революции. Первая произошла в 15-17 веках. Началась она с Коперника, который стал утверждать, что все планеты вращаются вокруг Солнца, и это радикальным образом изменило господствовавшие тогда представления о движении планет и звезд и о причинах движения. А закончилась она Ньютоном, который открыл закон тяготения и заложил основы классической механики и физики.
Вторая революция в физике произошла в начале 20 века, и она была связана с появлением СТО и ОТО, а также квантовой механики.
И обе эти революции были связаны с радикальным пересмотром наших представлений о пространстве и времени. Но эта проблема - проблема пространства и времени - и сегодня остается главной для современной физики: физики просто не понимают, что такое пространство и время, а всякие попытки дать этому внятное объяснение заканчиваются неудачей.
Позволю себе предложить свое понимание природы пространства и времени. И дать свое объяснение некоторым фактам и явлениям.
Пространство-время - это гравитационное поле
Вся наша Вселенная - это одно единое глобальное гравитационное поле. Гравитационное поле - эта та первичная форма материи, из которой берется все остальное: пространство, время и другие формы материи. А история нашей Вселенной - это история изменения этого глобального гравитационного поля.
То, что мы называем "пространством" - это гравитационное поле, его неотъемлемое "свойство", "способ его существования". Поэтому пространство - это физическая реальность, которая обладает своими объективными физическими свойствами (независящими от нашего сознания). И поэтому даже "пустое пространство" обладает физическими свойствами и взаимодействует с другими формами материи. Гравитационное поле и пространство-время - это одно и то же: говоря о гравитационном поле, мы подразумеваем пространство-время, а говоря о пространстве-времени, мы пытаемся описать свойства гравитационного поля. Гравитационное поле не существует в пространстве-времени как в некой уже данной "среде" - оно и есть само пространство-время (и это прямо подразумевается в ОТО). И этим гравитационное поле принципиально отличается от всех прочих физических полей, возникающих из него, взаимодействующих с ним и существующих в нем (то есть существующих в пространстве-времени уже как в некой данной "среде").
Мы ВИДИМ гравитационное поле - и видим мы его как окружающее нас трехмерное пространство, в котором находятся предметы и вещи. Видим благодаря свету, электромагнитным волнам, которые взаимодействуют с гравитационным полем. Электромагнитные волны отражаются от предметов, попадают на сетчатку нашего глаза, и в нашем сознании формируется "картинка окружающего мира": вещей и предметов, находящихся в трехмерном пространстве.
Но трехмерность воспринимаемого нами гравитационного поля также является его объективным свойством - только уже не физическим, а геометрическим. Гравитационное поле объективно обладает не только свойствами физическими, но и геометрическими. И эти его геометрические свойства мы воспринимаем как трехмерное пространство, обладающее протяженностью в трех направлениях. Гравитационное поле объективно является трехмерным.
То есть наши органы чувств (прежде всего, зрение) и наше сознание, сформировавшиеся в ходе длительной эволюции живой природы под постоянным воздействием гравитационного поля, вполне адекватно воспринимают гравитационное поле трехмерным, а наш разум выработал логические и математические структуры, которыми он может оперировать при восприятии и изучении пространства - в том числе уже отвлеченно от реального физического 3-мерного пространства и материи в нем. Отсюда возможность применения нами математики и геометрии при познании мира, в том числе в физике.
Четвертое измерение гравитационного поля
Однако гравитационное поле - это не трехмерное пространство. У гравитационного поля (то есть у нашей Вселенной) есть еще одно, четвертое, измерение.
Мы это четвертое измерение никак не воспринимаем. Наши органы чувств, наше сознание и наш разум сформировались в результате длительной эволюции живой природы. И для выживания и адаптации живых организмов к окружающему миру восприятие этого четвертого измерения гравитационного поля существенной роли не играло, так как движение в этом четвертом измерении принципиально отличается от перемещений тел в трех других пространственных измерениях. Почему?
Потому, что это четвертое измерение гравитационного поля принципиально отличается от трех других. Оно также является пространственным (или пространственно-подобным), но гравитационное поле в этом четвертом измерении постоянно колеблется, вибрирует, с определенной амплитудой и частотой.
Если мы возьмем одномерное пространство - например, задав ось Х - то это можно представить как колебания во втором, дополнительном, измерении по оси S (см. Рисунок 1 ниже). Но для любой точки на оси Х эти колебания по оси S никак заметны не будут - расстояние до любой другой точки на оси Х останется тем же самым.
Если мы возьмем двухмерное пространство - то есть плоскость с осям Х и Y - то ось S, по которой проходят колебания, будет уже третьим измерениям. Но в плоскости XY эти колебания заметны не будут (см. Рисунок 2 ниже).
Соответственно, если мы возьмем наше трехмерное пространство XYZ, то колебания гравитационного поля будут проходить в четвертом измерении S. Иначе говоря, колебаться, вибрировать, будет все 3-мерное пространство. Но поскольку эти колебания происходят в 4-м измерении, в 3-мерном пространстве они будут незаметны: расстояния между двумя точками будут задаваться все теми же тремя координатами, и если две точки (две системы отсчета) неподвижны относительно друг друга - расстояние между ними будет оставаться тем же самым.
Механизм искривления пространства-времени
Однако, как мы знаем из ОТО, если в трехмерном пространстве появляется массивное тело (например, планета Земля), то трехмерное пространство (или, если ввести время, 4-мерное пространство-время) претерпевает изменение - оно искривляется. И в результате такого искривления пространства вблизи массивного тела возникают гравитационные эффекты: на поверхности Земли все тела и вещи испытывают "силу тяжести", а вблизи Земли все тела приобретают ускорение g.
Что же является причиной такого искривления пространства вблизи Земли? ОТО дает вполне внятный ответ на этот вопрос: пространство вокруг Земли искривляется из-за массы Земли. Точнее сказать, даже не из массы, а из-за той колоссальной энергии, которая содержится в массе Земли. И в уравнении ОТО тензор кривизны пространства-времени приравнивается к тензору масс-энергии, содержащейся в гравитационном теле. То есть пространство-время искривляется за счет появления в пространстве большой энергии.
Однако ОТО не дает никакого объяснения механизма этого искривления пространства-времени в результате появления энергии гравитационного тела. КАК Земля или Солнце искривляют окружающее их пространство? Каким образом это происходит? Что за физический процесс лежит в основе такого искривления?
Может быть, Земля каким-то образом "продавливает" пространство своей массой? Полная чушь! Тяжесть и сила тяжести, которые мы испытываем на поверхности Земли - это гравитационные эффекты, которые возникают именно из-за искривления пространства-времени вокруг Земли. Это не тяжесть Земли искривляет пространство-время - это "сила тяжести" появляется в результате искривления пространства-времени.
Может быть, Земля каким-то образом излучает часть своей энергии в окружающее пространство, что и приводит к его искривлению? Ничего подобного! Никакого излучения энергии не происходит, и Земля полностью сохраняет свою массу и энергию и миллиарды лет спокойненько вращается вокруг Солнца.
Предложенная мною 4D-модель гравитационного поля дает всему этому очень простое, ясное и естественное объяснение. Вся энергия Земли, которая фигурирует в уравнении ОТО как тензор масс-энергии - это энергия колебания гравитационного поля в этом дополнительном 4-м пространственном измерении. Земля, ее вещество, как бы "заимствуют", забирают эту энергию из колебаний гравитационного поля в этом четвертом измерении, преобразуя ее в другие виды энергии.
Но "ничего не берется из ниоткуда". И если вещество Земли "забрало" часть энергии из колебаний гравитационного поля, происходящих в 4-м измерении, то, естественно, энергия этих колебаний вблизи Земли должна уменьшиться. Она и уменьшается - и амплитуда колебаний гравитационного поля в 4-м измерении вблизи Земли уменьшается. Все это можно условно изобразить примерно следующим образом (см. Рисунки 3-4 ниже).
В результате в 4D-гравитационном поле вблизи Земли образуется энергетическая "гравитационная яма", что и приводит к искривлению 3D пространства вблизи Земли (или, если ввести еще время, 4-мерного пространства-времени).
Иначе говоря, ВСЯ энергия вещества - полей, частиц, молекул и любого другого движения - берется из энергии колебаний гравитационного поля в этом 4-м измерении. Гравитационное поле - его колебания в 4-м измерении - является источником любой другой энергии всех других форм материи. Вся энергия вещества является "заимствованной" из колебаний гравитационного поля. Своей "собственной" энергии у вещества нет. Любое вещество для своего существования "забирает" энергию у гравитационного поля, из энергии его колебаний в 4-м измерении. Так как и само вещество как таковое есть просто преобразование энергии колебаний гравитационного поля в другие виды энергии. И вещество существует в результате постоянного преобразования этой энергии колебаний гравитационного поля в другие виды энергии, как непрерывный процесс преобразования этой энергии гравитационного поля в другие виды энергии (в энергию движения электронов вокруг атомов, колебаний атомов, движение молекул и т.д.).
А поскольку гравитационные тела (планеты, звезды) обладают большой массой, то и энергией они обладают уже вполне приличной. И поэтому они уже способны оказывать существенное влияние на колебания гравитационного поля в этом 4-м измерении - они забирают приличную энергию этих колебаний, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний гравитационного поля вблизи таких массивных тел, а это, в свою очередь, приводит к искривлению всего 4D- пространства вблизи таких тел. И отсюда возникают гравитационные эффекты.
Это можно сравнить с флагом, который гордо реет на ветру. Флаг развивается на ветру не за счет своей собственной энергии, а за счет энергии ветра (энергии воздушного потока), которая и приводит его в движение. Однако и сам ветер, передавая часть своей энергии флагу, немного теряет свою энергию - он чуть-чуть ослабевает.
В 4D-гравитационном поле происходит нечто подобное: в роли "ветра" выступают колебания гравитационного поля в 4-м измерении. И вся энергия вещества - включая масс-энергию - берется из этих колебаний гравитационного поля. Если вещества немного - это почти никак не меняет энергию колебаний гравитационного поля. Но при наличии большого количества вещества, энергия этих колебаний уже заметно уменьшается (уменьшается амплитуда этих колебаний), что и приводит к искривлению пространства и к соответствующим гравитационным эффектам.
А время?
Но в предложенной мною 4D-модели гравитационного поля не хватает еще одной важной величины - времени. Что такое время? Как оно существует? И как оно может быть понято в рамках предложенной мною модели гравитационного поля. Но об этом - уже в следующей статье.