УДК: 530.1
Лебедев Владимир
ст.пр. ДонНУ, г. Донецк
Аннотация
Предложена физическая модель, позволяющая представить постулаты СТО в форме свойств, характерных для динамических структур.
Ключевые слова:
динамическая реальность, развертка модуляция, постулаты СТО, решение парадоксов.
Введение
Многие представляют физику в виде сияющего здания из стекла и бетона. Все разложено строго по этажам, по комнатам, а в каждой – множество полочек. К сожалению, это не так. Здание современной физики больше напоминает покосившуюся избушку, подпертую со всех сторон для устойчивости. Некоторым это утверждение покажется голословным и не соответствующим действительности: - Разве мы летали бы к другим планетам, если наши представления о мире ошибочны? И все-таки….
Наши технически возможности несоизмеримы с первобытным обществом, но базовые представления о мире остались прежними. Мы остановились в собственном развитии на примитивном уровне. В результате из физической науки исчезло основное: понимание изучаемых явлений. Физическая реальность и мировосприятие уже давно противоречат друг - другу. Анализ показывает, что разрыв произошел в начале 20 века и быстро расширился после создания Специальной Теории Относительности (СТО). В свое время появление этой теории было «встречено в штыки». Наивные попытки опровержения СТО продолжаются и в настоящее время. Парадоксы возникают при попытке совмещения примитивных представлений с физической реальностью. Нужно принять, что мир, вероятно, построен на совершенно других принципах и, значительно проще «натянуть сову на глобус», чем понять постулаты СТО исходя из первобытных представлений. Актуальна следующая «сверхзадача»: мы должны построить адекватную (не противоречащую известным законам) модель реальности.
1. Возникновение проблемы
«Сэра Артура Эддингтона спросили:
- Сэр, это правда, что теорию относительности понимают только три человека?
Эддингтон долго молчал и, наконец, ответил:
- Первый - Эйнштейн, второй – я, а третьего вспомнить не могу!»
Анекдот не точен. СТО никто не понимал и не понимает сегодня. С появлением СТО был крепко завязан клубок нерешенных сегодня проблем и парадоксов.
Определимся с термином «понимание». Изучение открытия начинается со сбора и статистической обработки экспериментальных данных. Далее устанавливается связь этого открытия с уже изученными явлениями. На основе полученных результатов выдвигается несколько гипотез. По результатам всестороннего анализа создается теория. Далее, разрабатываются новые технологии, появляются новые идеи и, зачастую, происходит новое открытие. Начинается следующий виток. Понимание должно возникнуть уже на втором этапе, при установлении взаимосвязей с накопленными знаниями, но с СТО случилась незадача…
Перенесемся в 60-х годы 19 века ко времени вывода Джеймсом Максвеллом основных уравнений электродинамики. Известно, что Максвелл использовал модель электромагнитного (светоносного) эфира. Тогда люди были проще и не могли представить распространение полей в вакууме – волн на поверхности пустого бассейна.
Примерно лет через 10 Альберт Майкельсон изобрел устройство для сравнения скоростей света, прошедшего по двум, перпендикулярным направлениям: «интерферометр Майкельсона». Воодушевленный лекциями лорда Кельвина (Уильяма Томпсона), Майкельсон решил использовать интерферометр для измерения Абсолютной скорости нашей планеты. Земля участвует в сложном движении: вращается вокруг собственной оси, на орбите вокруг Солнца и т.д. Результаты измерений были очень интересны для построения модели Вселенной. Майкельсон пригласил к сотрудничеству Эдварда Морли и двое молодых ученых с энтузиазмом принялись за работу. Однако впереди их ожидало полное фиаско: скорость света оставалась постоянной и не зависела от ориентации интерферометра в пространстве. В одной из поздних серий измерений погрешность не превысила нескольких километров в секунду, этого было вполне достаточно для регистрации орбитальной скорости Земли (29,78 км/с). Майкельсон писал: «…если эфир проскальзывает, то относительная скорость меньше одной шестой скорости Земли».
Было придумано несколько объяснений. Из аэродинамики известно, что на поверхности движущихся тел выполняется «условие прилипания», скорость становится равной нулю. Наивная идея: - А может эфир прилип? Гипотеза проверялась экспериментально: для выхода из пограничного слоя Земли интерферометр поднимали на высокую гору. Результаты этого и множества других экспериментов были отрицательными, обнаружить «эфирный ветер» не удалось.
Джордж Фитцджеральд и Хендрик Лоренц выбрали другое направление и вывели систему уравнений, показывающую как должны изменяться время и расстояние, чтобы скорость света сохранялась постоянной (преобразования Лоренца). Подчеркнем, - под сокращением понимался реальный физический процесс. Над этой задачей активно работал Анри Пуанкаре, внесший значительный вклад в теорию относительности. Проблема была решена? Нет, даже сам Пуанкаре, был не удовлетворен этой гипотезой. Сомнения вызывало следующее: во-первых, непонятно почему изменение расстояния и времени происходят так, что их отношение является строго постоянной величиной. Во-вторых, не удалось обнаружить взаимодействие между эфиром и объектом.
Прорывом стало появление в 1905 году СТО Альберта Эйнштейна. Эйнштейн не стал искать причины парадоксальных явлений природы, а принял это как данность, не требующую доказательств - постулаты. Несмотря на пропуск нескольких этапов познания, подход оказался эффективным, были созданы СТО и Общая Теория Относительности (ОТО). Удивительно, как на основе минимальных допущений удалось сделать так много. Но обратной стороной медали стало превращение теории в монумент, в икону, хотя основной вопрос, над которым безуспешно бились физики конца 19 и начала 20 века, не был решен. СТО оказалась слишком хороша и работы в этом направлении приостановились. В результате, сегодня нет ответов на сотни «Почему?». В области познания образовалась «черная дыра» недопонимания, но самое неприятное - не завершив одну спираль, мы никогда не сможем замкнуть следующую. В результате, эта черная дыра, как и настоящая гравитационная черная дыра, – втягивает в себя окружающие области знания и начинает расти. Сегодня она достигла колоссальных размеров и, практически, полностью блокировала развитие физики. Уже раздаются громкие голоса о начале стагнации в теоретической физике.
С точки зрения нашего восприятия, парадоксальность реального мира не имеет объяснений. Скорость колебаний воздуха ~ 330 м/с. В некоторых твердых материалах скорость на порядок больше, в самом прочном природном материале алмазе ~ 15 км/с. Но что можно сказать о пустоте, в которой скорость колебаний в 20 000 раз больше? Уникальные свойства физического вакуума подтверждает следующая оценка. Ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет около 9,8м/с2, но эта величина ничтожна и практически не изменяет свойств пространства. Для заметной деформации необходимы силы в миллиарды миллиардов раз больше.
Если дополнить постулаты СТО феноменом существования материального пространства, то у нормального человека «срывает крышу»: движение невозможно – значительно проще мухе летать внутри кристалла алмаза, чем шевельнуть лапкой в физическом вакууме. Следовательно: материального пространства не существует! Но оно существует и характеризуется рядом вполне конкретных свойств. Выход из этого тупика не может быть простым (иначе был бы давно найден) и потребует от нас настолько значительных изменений мировоззрения, что старый мир, как мы его представляем, перестанет существовать.
2. Обоснование постулатов СТО.
Понимание СТО невозможно без привлечения некоторых идей из квантовой механики. В конце 20-х годов прошлого века Дирак предположил, что две известные в то время частицы протон и электрон могут быть генерированы непосредственно из нижнего энергетического уровня: физического вакуума. Эта идея вызвала настоящий шквал критики. Оппоненты утверждали, что такая реакция противоречит элементарным правилам: во-первых, частицы должны быть равной массы; во-вторых, должны аннигилировать через малый промежуток времени.
Возникает простой вопрос: - Неужели Дирак был настолько некомпетентен? Но это не так, Поль Дирак является одним из гениальных творцов современной квантовой механики. Возможно, следующее объяснение: Дирак имел значительно более широкий кругозор, в том числе, включающий неосознанные ассоциации и взаимосвязи. Он должен был предугадать такой ответ оппонентов и, тем не менее, «подставился». Почему?
Сравнительно быстро Дирак отказался от ереси, и в новой редакции появилась известная гипотеза «электронно-позитронного поля Дирака». Однако нас будет интересовать именно первый вариант гипотезы. В действительности мы не понимаем, что представляет собой физический вакуум. Поэтому утверждение о его разложении на равные части является не более чем гипотезой. Реакция может протекать не в виде разделения на равные части, а как разрыв одной связи и образования массивной «дырки» и создания новой сложной связи - подвижного «носителя». Такие процессы в настоящее время хорошо известны и широко используются в полупроводниковых приборах.
Введем понятие «базисный заряд», соответствующий нижнему уровню вакуума (уровню фона). Здесь возможны бесконечное множество различных вариантов. Будем исходить из предположения, что в природе был реализован наиболее простой «бинарный» вариант. Безусловно, создать все существующие формы материи, используя только бинарный базисный элемент – это сложнейшая задача и, тем не менее, исходя из несимметричной реакции Дирака, можно предположить, что она была блестяще решена и нам просто нужно будет мысленно восстановить этот путь.
Введем следующие обозначения:
АВ = ВА = ав = ва - базис, суммарный спин и заряд равны нулю;
А, положительный спин и электрический заряд: А(1/2; +1);
В, отрицательный спин и электрический заряд: В(-1/2; -1);
а, положительный спин и нулевой электрический заряд: а(+1/2;0;
в, отрицательный спин и нулевой электрический заряд: в(-1/2;0),
других зарядов в природе не существует.
В принятых обозначениях первый вариант гипотезы Дирака имеет вид:
АВ + АВ = А →В→АВ = А + В(ав) = p + e;
Реакция читается так: «при переносе заряда В из базиса АВ возникает недостаток заряда А и избыток заряда А(ав)». Эти новые состояния мы будем ассоциировать с протоном и электроном. Можно догадаться:
- если перенести заряд А, тогда возникают две новые частицы антипротон и позитрон;
- процесс движения происходит не в форме перемещения объекта в пространстве, а в виде переноса измененных состояний самого пространства.
Второй вывод имеет непосредственное отношение к СТО. Дело в том, что при переносе части заряда, структура пространства почти не изменяется, сохраняется некоторое «полотно» на котором протекают процессы переноса измененных состояний самого пространства. Например, в полупроводниках атомы остаются почти неподвижными, т.е. структура материала не изменяется. Для выполнения известных свойств материи мы должны условиться, что процесс переноса тактирован, причем промежуточные состояния отсутствуют, т.е. движение представляет собой циклическую во времени последовательность статичных состояний.
Аналогичные процессы хорошо известны в электронике. На их основе создаются практически все оптические объекты (изображения), поэтому используем общепринятую терминологию. Назовем процедуру выделения одного или группы базисных элементов «разверткой», а процедуру изменения состояний, выделенных разверткой элементов, - «модуляцией». Подчеркнем следующее: под материальным объектом понимается не статическое состояние, а результат воздействия на пространство синхронизированного процесса развертки и модуляции. Назовем такую модель Динамической Концепцией Реальности или просто Динамической моделью.
Рассмотрим вариант пространства, состоящего из конечного числа базисных элементов. Пусть существует некоторый постоянный период развертки. Тогда, независимо от мерности пространства, координаты каждой точки можно записать в виде одного числа равного фазе модуляции в цикле развертки. Такое пространство иногда называют «фазовым».
Итак, мы имеем все необходимое для понимания постулатов СТО.
Первый постулат СТО.
1. В динамической интерпретации движения, первый постулат СТО (расширенный принцип относительности) имеет ясный физический смысл: фаза периодического процесса может быть определена с точностью до константы. Принципиально невозможно измерить скорость динамического объекта относительно пространства – все объекты неподвижны и отличаются только фазой модуляции в цикле развертки, причем начальная фаза может быть выбрана произвольно (любая ИСО может быть выбрана относительно неподвижной).
Наше восприятие окружающего мира было описано еще первыми древнегреческими философами-материалистами. На основании повседневного опыта было постулировано существование пространства и помещенных в него материальных объектов. Движение считается свойством объектов.
В динамическом представлении объекты являются измененным состоянием самого пространства. Существует некоторая основа (полотно, экран…) и материальные объекты - измененные состояния базисных элементов основы. Существует также периодические процессы, сканирования и модуляции базиса. Статичных объектов не существует - материя не объект, а процесс, протекающий в фазовом пространстве.
Второй постулат СТО.
2. Второй постулат СТО отражает тривиальный факт. Для наглядности используем следующий образ. Раньше в парках были «зеленые кинотеатры», - большой экран и лавочки располагались прямо под открытым небом. Иногда во время просмотра фильма, поднимался ветер, по экрану бежали волны. Вопрос: - Как связана скорость волны на экране со скоростью движения персонажей фильма? Оптические изображения неподвижны относительно экрана, а волна, поднятая ветром, определяется свойствами полотна экрана (массой, силой натяжения). Эти процессы прямо не связаны, экран можно сделать, например, из броневой плиты или тончайшего шелка, – на скорости персонажей фильма это не отразится. Так как скорость динамических объектов относительно пространства постоянна и тождественно равна нулю, то скорость волны в пространстве относительно динамических объектов является константой.
Других объяснений не найдено, вероятно, их не существует. Рассмотренная модель имеет мало общего с нашими представлениями о реальности, но соответствует ее физическим свойствам. Описанный процесс существования динамических объектов близок к принципу построения искусственно созданных устройств (ТВ, мониторы и т.д.). Однако, еще можно придумать естественный процесс, имеющий аналогичные свойства, поэтому вопрос о Создателе будет однозначно решен позднее при изучении «тонких свойств» динамической структуры.
Заключение
СТО знаменует начало катастрофического разрыва в сознании между видимостью и данностью. Практически все основные понятия, кажущиеся нам нерушимыми, вероятно, ошибочны. Конечно, можно игнорировать динамическую природу реальности, но ни к чему хорошему это не приведет. Проблемы и парадоксы в физике будут только умножаться, черная дыра в познании будет захватывать все новые области и, в конце концов, наступит, точнее, уже наступает остановка на пути эволюции. Альтернативой является деградация и последующее разрушение цивилизации. Мир иной, чем нам кажется, с этим придется жить.
Литература по теме:
1. Лебедев В.Н. Физические основы философии идеализма/Лебедев В.Н. Прилуцкий А.С. Симферополь: изд-во Рубинчук 2019, 128с.
2. P.A.M. Dirac «ATheoryofElectronsandProtons», Proc. R. Soc. A126 360 (1930) link to the volume of the Proceedings of the Royal Society of London containing the article at page 360.
5. Lebedev V. STADY OF THE NON-SYMMETRIC DIRAC REACTION.
Norwegian Journal of Development of the International Science. 2020. № 51-1. рр. 12-15.
6. Lebedev V. PHYSICAL SUBSTANTIATION OF SRT POSTULATES: THE PRINCIPLE OF RELATIVITY OF MOTION. Norwegian Journal of Development of the International Science. №67/2021 рр.3-7
13 сентября 2023 года
