В научно-популярных статьях довольно распространена картинка, где пространство иллюстрируется посредством координатной сетки. Есть некоторый координатный куб, а внутри куба расположена «территория существования» всего мира или хотя бы…комнаты (масштаб для понимания проблемы никакого значения не играет).
Используя этот приём, обычно изображают самые разные физические явления и процессы. Например, пресловутая гравитация - это искажение пространства, которое неминуемо приведёт и к деформации геодезических линий координатной сетки. Поэтому, схематически её «причина» обычно рисуется как «вмятина» на ткани пространства-времени.
Объекты, обладающие массой, неизбежно оставляют такие «вмятины», а в углубления потом «скатываются» и другие окружающие тела. К слову, тела не устремляются в эти деформационные лунки, как санки с горы. Такое представление излишне упрощает даже теоретическое описание проблемы, а реальное наверняка находится от этой модели, как северный полюс от Африки. Но об этом стоит поговорить в отдельной статье.
Сконцентрируемся пока на анализе популярной схемы, где есть искажение пространства-времени. Знаете какой вопрос самый частый? А чем такое искажение является физически?
Хочу отметить, что излагаю тут своё личное понимание привычной схематизации. Не факт, что оно окажется абсолютно правильным. Однако, думаю мои приёмы визуализации и осознания могут многим помочь в изучении теории.
Первый вопрос - природа пространства
Поднятый вопрос напрямую граничит с осознанием природы самого пространства. Отбросим пока из изучения этих «вмятин» термин «время», исходя из того, что это и так неотъемлемая функция пространства. Оставим в повествовании только само «пространство».
Описать физический смысл пространства будет довольно сложно. Прямого понятного определения я так и не находил. Более того не совсем ясно, можно ли считать пространство физическим объектом или всё-таки нет.
Было бы заманчивым просто описать пространство, как, например, сладкую вату и на этом остановиться. Там есть и объем, и материя, и свойства, и деформироваться она может и главное - его можно тогда пощупать руками. Этого всегда не хватает для объективности. Но всё гораздо сложнее.
На помощь тут приходит математическое осмысление действительности.
Напрашивается логика, что пространство есть модель, а материя и прочее - некоторая «набивка» этой модели (матрицы если угодно).
Представим простую задачку. Есть воздушный шарик, содержащий 100 мл кислорода. Потом мы добавили туда ещё 200 мл кислорода. Нужно описать увеличение объема этого шарика.
Как это сделать? Составить уравнение, описывающее объем шарика. Можно даже закономерность не высчитывать. Просто посчитать первое значение, а затем второе. А как роботу описать такое изменение, используя машинное зрение?
Смоделировать координатный объем, как делал терминатор, и расположить в нем сначала один шарик, а затем второй, высчитывая дельту. Ключевая фраза – координатный объем. Это и есть пространство эксперимента.
Так и появилась "математическая физика"
Сложные изыскания, аналогии типа шарика, связанные с «поиском математики» процессы или выявление закономерностей рождают так называемую «математическую физику».
Многие заведомо негативно к ней относятся. Подход предполагает выявление закономерности с помощью математического расчёта, а потом подтверждение гипотезы на практике (ну или её опровержение). Искомое явление вырисовывается из понимания математических закономерностей.
Эта логика подразумевает, что окружающий нас мир строго упорядочен и подчиняется математическим законам (которые и нужно найти, а если нашли - экстраполировать).
Представьте, например, синусоиду, которая является графиком самой обычной функции у=sinx. Самый простой вариант предполагает, что график всегда будет сохранять привычный вид. Также и, например, уравнение Шрёдингера (это только пример), нащупанное однажды и проработанное математически позволяет исходить из того, что математические правила продолжат выполняться.
Примерно также сложная форма той или иной функции сможет описать специфику существующей материи, а правила математики определят поведение и возможность (или невозможность) явления. Добавьте всё это к нашему роботу в примере с шариком и получим пространство в физике. Вспомогательный прием описания становится чем-то сродни физической сущности.
Видеоигры помогут
Я нашёл для себя простую аналогию – нужно представить некоторый координатный объем, в котором создаётся объект в редакторе 3D-графики или в программе для моделирования. При детальном рассмотрении редактора становится очевидным, что пространство точно не является реальным физическим объектом, а относится скорее к метрике. Правильная эта версия или нет я сказать не могу.
Пространство есть сложная математическая модель, эквивалентная среде разработки при моделировании. В среде моделирования есть функции, описывающие, например, способность объекта перемещаться по кривой в редакторе (в реальности это привычные законы физики, скажем притяжение двух масс). Тут же есть координаты и есть та самая координатная сетка, которая позволяет определить геометрическое положение объекта в пространстве разработки.
Объекты в реальном пространстве генерируются согласно программному описанию в заданных пространством точках из энергии.
По факту мы приходим к тому, что есть всего две глобальные сущности – пространство, содержащее код и энергия, являющаяся способом материализации этого кода. Но это тоже не совсем-таки в тему статьи.
О праве на существование такого подхода говорит не только «удобная логика» и множество пересечений с виртуальной реальностью, но и ещё высказывания самих физиков.
Например, Эйнштейн однажды говорил, что нельзя разделять пространство и материю. Материя не существует без пространства, а пространство без материи.
Исходя из описываемой логикой это значит, что материя не сможет появиться без энергии, которая провзаимодействовала с кодом пространства, а код без энергии не имеет никакой ценности. Связь пространства и материи описывается посредством всё тех же законов.
Это подкрепляет логику про некоторый код, который описывает всю Вселенную. И пространство при этом является не больше, чем координатной сеткой с набором параметров. В точности редактор 3D. Можно нарисовать линию, можно задать перемещение, а можно воспользоваться любой встроенной функцией (эквивалент физического закона).
Так что же тогда искажается?
Исходя из такого восприятия получается, что любое искажение пространства есть простое изменение параметров сетки и связанных функций.
Сетка или, как их часто называют, геодезические линии есть объект визуализации и реально не существуют. Но каждая прямая задана математически. Математически она может быть и искажена. Превратить прямую в параболу на экране не сложно даже в Basic. И уж тем более это не проблема для движка всего «окружающего мира». Причиной искажения, как вариант, может стать взаимодействие массивного объекта с пространством.
Что значит взаимодействия? Это значит, что уравнение, описывающее появление массивного объекта с заданными параметрами в данной точки стало ещё и решением уравнения пространства. Это подразумевает, что прямая геодезическая линия в этой точке должна стать кривой с заданной решением кривизной. Получилась вмятина с параметрами.
От этой искаженной линии потом оттолкнутся и другие объекты при расчёте. Произойдёт, например, устремление других объектов в след за массивным и проявит себя то, что именуется "гравитация".
Всё это лишь связанный набор математических функций. При таком раскладе не вижу сложности в осознании природы существования искажения пространства-времени.
Это, по сути дела, математическое явление, которое подчиняется математическим же законам. Ну а физика проявляется как специфика такого моделирования.
Вывод простой - пространство есть вспомогательная система измерений. Тогда и искажения объяснить легко, и количество измерений не вызывает вопросов.
⚡ Обязательно подпишитесь на мой Telegram про Изобретения!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!