Когда я учился в школе, то меня очень беспокоил ответ на вопрос: - Что такое ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ отсчета??? Нам постоянно твердили одну и ту же фразу: Будем решать задачу в ИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ отсчета. Будем считать нашу систему отсчета инерциальной. Но что такое "инерциальность системы"?
— Никто мне на этот вопрос ответить так и не смог.
Потом учеба в институте, знакомство и общение с известными физиками. И снова тот же вопрос: Что такое ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ отсчета???
— И снова ответа НЕТ!!!
Шли годы, и постепенно уже меня начали спрашивать: Что такое ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ отсчета???
— И ответ на вопрос: Что такое ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ отсчета??? как и на многие другие вопросы математики и физики мне пришлось искать мне самостоятельно.
Так что же это за чудо и "великая тайна природы" ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ отсчета???
1. Предыстория появления "ИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОТСЧЕТА".
Конечно, все мы помним безграмотно-дебильное "академическое" определение инерциальных систем.
Вероятно, это определение придумывали безграмотно дебильные академики, вроде Льва Ландау, Евгения Лифшица, Давида Гильберта, Виталия Гинзбурга и им подобные, для таких же безграмотно-дебильных своих учеников.
Все дело в том, что в "академическом" определении "закона инерции" присутствует понятие "равномерного движения", которое само по себе логически более сложное, чем определяемого понятие "инерциальные системы".
Сейчас об этом стараются не вспоминать, но во времена Птолемея (около 90-160 н.э.) понятие "равномерного прямолинейного движения" выглядело совсем по-другому. Напомню читателям, как выглядело "прямолинейное равномерное движение" у Птолемея (смотрите анимацию).
На анимации, для сравнения, показаны два разных определения "равномерного движения по прямой" у Ньютона и у Птолемея.
Напомню, в связи с этим, что при качении без скольжения окружности радиуса R по окружности радиуса 2R, радиус-вектор окружности R описывает прямую АВ. На этот немаловажный факт в современной математике и физике стараются "не обращать внимания" и всячески его замалчивать, вероятно по той простой причине, что этот факт поднимает вопрос необходимости постулата существования прямых в геометрии. В самом деле, зачем постулировать существование прямых, если отрезок прямой любой длины можно построить качением без скольжения окружности радиуса R по окружности радиуса 2R???
В случае птолемеевского определения, отрезок прямой АВ это конструктивное понятие с известной процедурой построения.
В случае ньютоновского определения отрезок прямой АВ это просто постулат.
Выбор оставляю за читателями.
Как видим, ничего общего у птолемеевского и ньютоновского определений НЕТ, хотя в обоих случаях мы имеем один и тот же отрезок прямой АВ, и в обоих случаях мы имеем дело с равномерным движением. Только в случае Птолемея у нас окружность поворачивается на один и тот же угол, а в случае ньютоновского определения мы имеем дело с одинаковыми единичными отрезками прямой.
Но в обоих случаях движение РАВНОМЕРНОЕ.
Разумеется, среди читателей найдутся те, кому понравится определение Птолемея, и не понравится определение Ньютона, и наоборот.
Но с формальной точки зрения оба определения равносильны и равноправны, и мы не вправе отдавать предпочтение одному из них.
И отсюда становится очевидной и понятной вся безграмотность, тупость и дебилизм академического определения инерциальной системы отсчета.
Кроме этого, я хочу напомнить читателям, что определение Птолемея равномерного (прямолинейного) движения доминировало в физике более 1500(!!!) лет, вплоть до 1600 года. И никто на него не жаловался.
Что же касается современного представления равномерного прямолинейного движения (как движения по инерции), то такого представления до 1600 года вообще не существовало. До 1600 года доминировало представление Аристотеля о равномерном движении, согласно которому для поддержания прямолинейного равномерного движения требовалось действие некорой постоянной силы в направлении движения.
Современное представление о прямолинейном равномерном движении по инерции было выработано не известным жополизом всего жидовского семейства Медичи, "выдающимся и гениальным" Галилеем, и даже не шизофреником Ньютоном, а скромными преподавателями философии и физики университета в Пизе. Именно они впервые утверждали, что взгляды Птолемея и Аристотеля слишком сложные, и гораздо проще будет рассматривать прямолинейное равномерное движение как движение по инерции без действия посторонних сил.
Что же касается Галилея, то до конца жизни он считал прямолинейное движение по инерции "второсортным движением", и отдавал предпочтение "божественному" движению по окружности.
Такое разделение движений, на "божественное" вращательное для неба, и прямолинейное "убогое" для Земли, просуществовало влоть до "аферы Кеплера" в 1609 году, когда Кеплер в своей "Новой астрономии" написал, что планеты, якобы, движутся не по круговым (Коперник 1473-1573,"О вращении небесных сфер", 1543) , а по эллиптическим траекториям (Тихо Браге,1599, Иоганн Кеплер,1609).
Фактически 1609 год явился нам годом рождения принципиально новых ИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОТСЧЕТА.
2. "Афера Кеплера" и ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.
Ранее, в своей статье
я показал и доказал, что Кеплер ошибался в своих представлениях и заблуждался в своих взглядах. НИКАКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЯ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОЛЕ СУЩЕСТВОВАТЬ НЕ МОЖЕТ!!!
Но это случилось лишь в 2025 году.
А начиная с 1610, и по 2025 год в физике доминировало, и продолжает доминировать сейчас, ОШИБОЧНОЕ "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ" утверждение Кеплера о существовании эллиптических траекторий.
Что же утверждает Кеплер в своей "Новой астрономии" (1609)???
Кеплер в своей "Новой астрономии" утверждает, что никаких круговых траекторий Коперника вращения планет вокруг Солнца, в природе не существует. И выдает нам это в виде безумного "экспериментального факта" существования эллиптических траекторий движения планет вокруг Солнца, которое находится в одном из фокусов эллипса.
Все это безумство Кеплер формулирует в виде трех "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ" законов движения планет.
Что касается безграмотности и безумства утверждений Кеплера, то они очевидны.
В самом деле, если мы наблюдаем эллиптическую траекторию движения планеты, то это означает лишь то, что обязательно существует точка или прямая в пространстве, с которых наш эллипс мы будем наблюдать как окружность. И для дальнейших действий нам необходимо перейти в эту точку, или расположиться на этой прямой.
Но Кеплер этого не делает!
Вместо этого он делает совершенно безграмотный и дикий вывод, и постулирует существование эллиптических траекторий с одновременным отрицанием круговых.
С точки зрения здравого смысла Кеплер нам демонстрирует верх безумия. И этот верх безумия доминирует в физике более 400 лет.
И раз уж мы приняли безумные "законы Кеплера", то нам ничего другого не остается, как вместо истинного кругового движения принять выдуманное Кеплером безумное эллиптическое. То есть, выполнить переход из реального физического пространства в некоторое выдуманное пространство "проекций Кеплера", в котором НИЧЕГО РЕАЛЬНОГО НЕТ.
НЕТ реальных физических тел.
НЕТ круговых траекторий.
НЕТ центробежной силы.
НЕТ силы Кориолиса и т.д.
Именно это безумное пространство Кеплера получило в дальнейшем у Ньютона и других безумных физиков название ИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОТСЧЕТА!!!
3. "Афера Ньютона" и ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.
Разумеется, "законы Кеплера", какими бы безумными они не были, сами по себе ничего не значат. Требуется дальнейшее развитие кеплеровского безумия.
И свое дальнейшее развитие безумие Кеплера получило у шизофреника Ньютона, в его общеизвестной книге "Математические начала натуральной философии" (1687). Этому "безумному шедевру" следует уделить особое внимание.
Свой "шизофренический шедевр" Ньютон начинает с известных всем 3-х законов движения, которые он позаимствовал у преподавателей пизанского университета.
Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
К этим трем "законам Ньютона" у меня претензий нет.
Но претензий нет лишь до той поры, пока все движется прямолинейно.
Хотя невозможно всегда и везде двигаться только прямолинейно. И рано или поздно наступает момент, когда требуется изменить направление движения.
Как же нам предлагает менять направление движения Ньютон в системе, где предусмотрено лишь прямолинейное движение???
Ответ на этот вопрос нам дает рис.13 дебильно-шизофренического шедевра Ньютона.
Зеленым цветом выделено описание действия поворота самим Ньютоном.
Здесь мы отчетливо наблюдаем шизофренический идиотизм Ньютона. И если, например, мы едем на санках из точки А в точку С, то Ньютон нам предлагает в точке В остановится, переставить санки на прямую ВС, и продолжить движение с прежней скоростью.
Вообще говоря, после отказа от системы Птолемея (где повороты выполняются без проблем), можно было сразу ожидать, что в системе инерциальных прямолинейных движений возникнут серьезные проблемы с поворотами и криволинейным движением. Именно это мы и наблюдаем у Ньютона.
Конечно особый интерес в системе инерциальных движений для нас представляет движение по окружности. И если в системе Птолемея движение по окружности выполняется элементарно просто, и является базовым движением системы, то в инерциальной системе движение по окружности в представлении Ньютона выглядит неуклюже и громоздко.
На следующей анимации показано вращательное движение по окружности в представлении Птолемея и Ньютона.
Как видим, мы не наблюдаем ничего общего.
Единожды отказавшись от вращательного движения в инерциальном представлении, мы уже не можем к нему вернуться.
Вероятно, многие читатели думают, что увеличивая число сторон в многоугольнике в представлении Ньютона мы, тем самым, бесконечно приближаемся к движению по окружности. На самом деле это не так.
Увеличивая число сторон, и уменьшая погрешность движения на каждом повороте мы уменьшение погрешности компенсируем увеличением числа поворотов. Поэтому никакого улучшения движения при увеличении числа сторон не происходит.
Короче говоря, в инерциальном представлении Ньютона мы оказываемся неспособны моделировать вращательные и криволинейные движения. Все движения у нас получаются кусочно-линейные, и устранить этот недостаток у нас нет никакой возможности.
4. "Афера Лагранжа" и ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.
Невозможность моделировать вращательные и криволинейные движения, оставаясь в границах инерциальных представлений и механики Ньютона, была обнаружена физиками очень быстро. И уже в 1696 году Иоганн Бернулли журнале "Акта Эрудиторум" опубликовал известную задачу о брахистохроне движения.
Задача, которую в июне 1696 года поставил Иоганн Бернулли, заключалась в нахождении брахистохроны — кривой скорейшего спуска. ru.wikipedia.org*ru.ruwiki.ru
Задача была такой: среди плоских кривых, соединяющих две данные точки A и B, лежащих в одной вертикальной плоскости, найти ту, двигаясь по которой под действием только силы тяжести материальная точка из A достигнет B за кратчайшее время. ru.wikipedia.org*
Решением задачи является дуга циклоиды с горизонтальным основанием, точка возврата которой находится в точке A, или иными словами, имеющая вертикальную касательную в точке A. Примечательно, что время спуска до нижней точки не зависит от расположения начальной точки на дуге циклоиды. ru.wikipedia.org*
На решение предложенной задачи Бернулли дал полугодичный срок, но за это время решение прислал только Лейбниц. Поэтому по его предложению Бернулли продлил срок до пасхи 1697 года. В этот срок задача была решена также Ньютоном, Якобом Бернулли и Лопиталем. vikent.ru
Да, в решении этой задачи приняли участие лучшие математики того времени. Но, к сожалению, среди всех "гениальных" решений так и не нашлось ни одного здравомыслимого и правильного.
Я достаточно подробно рассмотрел особенности решения задачи Бернулли в своих более ранних публикациях:
Читатели, при желании, могут ознакомиться с их содержанием.
Здесь нам сама задача Бернулли не понадобится, а понадобится лишь тот факт, что задача Бернулли спровоцировала поиск способов моделирования криволинейного движения оставаясь в рамках инерциальных представлений.
И какой же был выход из тупика, в котором оказалась механика Ньютона?
Выход из тупика увидели в БРАХИСТОХРОНЕ ДВИЖЕНИЯ!!!
Что такое БРАХИСТОХРОНА ДВИЖЕНИЯ???
Отвечу на этот вопрос достаточно просто и наглядно.
Предположим, нам заданы 2 точки А и С в некотором пространстве, и требуется из точки А попасть в точку С.
Обычно в этой ситуации дебильные математики приводят в пример не менее дебильную задачу о кавалеристе. Почему дебильные я скажу чуть позже. В частности, полную версию задачи кавалериста в изложении Перельмана Я.И. можно найти здесь: http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000050/st108.shtml
Почему подобные математики и подобные математики дебильные?
По той простой причине, что они скрывают и искажают физико-математический смысл рассматриваемой темы БРАХИСТОХРОНЫ. Ведь несложно заметить, что достаточно нам сделать границу песка и луга сделать криволинейной, и тут же решение задачи исчезает. А стоит на пути кавалериста появится болоту или озеру, как решение перестает быть однозначным.
Короче говоря, здесь мы наблюдаем дебильный пример дебильного математика. И таких примеров в физ-мат литературе очень много.
Поэтому здесь я хочу отметить главную особенность БРАХИСТОХРОНЫ.
Вполне очевидно, что любой сигнал имеет конечную скорость распространения и, как следствие этого, некоторое минимальное время движения из начальной в конечную заданную точку.
То есть, МИНИМАЛЬНОЕ ВРЕМЯ ДВИЖЕНИЯ СУЩЕСТВУЕТ ВСЕГДА!!!
А что касается траектории движения, отправления и прибытия сигнала, то здесь возникают очень серьезные проблемы:
1. Проблема ПРИБЫТИЯ в конечную точку.
2. Проблема ИДЕНТИЧНОСТИ отправленного и принятого сигнала (эффект Доплера, например).
3. Проблема ЕДИНСТВЕННОСТИ криволинейной (ломаной) траектории.
4. Проблема ДИСКРЕТНОСТИ принимаемого (отправляемого) сигнала.
Разумеется, рассматривать здесь все эти проблемы у меня нет возможности. Но на одной проблеме, вызывающей всеобщий интерес остановиться следует. Это проблема ЕДИНСТВЕННОСТИ криволинейной (ломаной) траектории БРАХИСТОХРОНЫ.
5. Проблема ЕДИНСТВЕННОСТИ траектории БРАХИСТОХРОНЫ.
Как читатели уже, вероятно, поняли аксиоматические системы движения Птолемея и Ньютона ЛОГИЧЕСКИ КОНТРПРЕДИКАТИВНЫ.
Что это значит?
Это значит, что все, что выполнено для одной из этих систем будет заведомо находится в логическом отрицании для другой.
В частности, если прямолинейная траектория из точки А в точку В в инерциальной системе Ньютона существует и единственна, то в системе Птолемея аналогичная траектория либо не существует, либо не единственна.
Ничего иного быть не может.
Иное может означать либо неправильную формулировку задачи, либо неправильное ее решение.
Теперь посмотрим к чему все это приводит в системе взглядов Лагранжа.
Вероятно читатели уже заметили, что все, проведенные выше рассуждения, не дают нам ответа на главный вопрос:
ЧТО ТАКОЕ БРАХИСТОХРОНА ДВИЖЕНИЯ???
Да, это некоторая кривая, которая обеспечивает нам минимальное время прохождения дистанции. Но это утверждение ни о чем. Интересует нас совсем другое.
Нас интересует, какие условия и принципы нам следует добавить к уже имеющимся законам сохранения, чтобы в инерциальной системе Ньютона получить БРАХИСТОХРОНУ ДВИЖЕНИЯ???
В современной механике принято считать, что наиболее правильный ответ на этот вопрос дает нам принцип Лагранжа.
Поскольку нам потребуется анализ изложения этого принципа, то за основу я возьму изложение этого принципа в учебнике "Механика" Ландау и Лифшица.
Здесь я сразу обращаю внимание на тот очевидный факт, что добавление в подынтегральное выражение функции, интеграл от которой равен нулю на заданном временном промежутке, не меняет наименьшего возможного значения самого интеграла.
На этот факт немного ниже обращают внимание и Ландау с Лифшицем.
Что это значит???
А это значит, что никакая траектория, удовлетворяющая принципу наименьшего действия, не может быть определена единственным образом. И мы можем в любой момент добавить к имеющемуся решению требуемую функцию f, и получить другую траекторию, удовлетворяющую этому же принципу.
В результате мы доказали достаточно очевидный факт, что траектория БРАХИСТОХРОНЫ не может быть единственной.
6. Что такое БРАХИСТОХРОНА???
Вероятно читатели уже устали ждать от от меня ответа на вопрос: ЧТО ЖЕ ТАКОЕ БРАХИСТОХРОНА???
Но и в современной физике найти ответ на этот вопрос далеко не просто.
Я уж не знаю, что Ландау с Лифшицем "показалось", "оказалось" "примерещилось", "приснилось", но принцип Лагранжа они сформулировали так, как показано.
Короче говоря, функция Лагранжа - это разница между кинетическими и потенциальной энергией в самом общем смысле понимания этих терминов. И для БРАХИСТОХРОНЫ требуется, чтобы интеграл от этой разницы (функции Лагранжа) обеспечивал минимальное значение.
Несложно заметить, что самое просто средство обеспечение минимума функции S, это обеспечение равенства кинетической и потенциальной энергий в выражении под интегралом. В этом случае S=0, и ничего больше не требуется. Именно это мы сейчас и попытаемся сделать. А именно, рассмотрим ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОЛЕ.
7. ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА В ЦЕНТРАЛЬНОМ ПОЛЕ И ЛАГРАНЖИАН СИСТЕМЫ,
Я не буду утомлять читателя выкладками, и возьму за основу уже имеющиеся сведения из того же источника. Ландау, Лифшиц "Механика",§14 Движение тела в центральном поле.
Формула (14.7) определяет связь между r и fi, и на первый взгляд может показаться, что задача полностью решена. Но это далеко не так. На самом деле решена лишь ИНЕРЦИАЛЬНАЯ часть задачи. В данном случае радиус-вектор r вращается вокруг центральной точки поля, меняет свою длину, и мы обязаны учесть влияние силы Кориолиса на траекторию вращения нашего тела.
Прежде всего следует заметить, что движение тела вокруг центра поля не является чисто эллиптическим.
Это движение Ландау и Лифшиц изобразили на рисунке 9
Но нас эти причуды Ландау и Лифшица интересовать не будут, поскольку мы пойдем совсем в другую сторону. Нас здесь будет интересовать, как действует сила Кориолиса на траекторию движения. В частности, на эллиптическую траекторию. А действует она так, как показано на рисунке.
Сила Кориолиса действует таким образом, что любую траекторию движения она стремится сделать круговой. И делает она это очень эффективно. По этой причине никаких "розочек", которые Ландау и Лифшиц нарисовали на рисунке 9, наблюдаться не будет. И очень быстро вся эта карусель на рисунке 9 превратится в движение по окружности, радиус которой определяется из условия равенства нулю выражения для лагранжиана (14.1). При этом потенциальная энергия системы U(r) будет равна половине полной энергии Е.
В результате, как видим, формулы у меня с Ландау и Лифшицем одинаковые, А ВОТ ОТВЕТЫ СОВЕРШЕННО РАЗНЫЕ!!!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Я рассмотрел не все вопросы, связанные с определением и существованием ИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОТСЧЕТА. Но, я надеюсь, читатели получили некоторое представление о таких системах.