Александр Поляк-Брагинский.

Спидометр для звездолёта. Физика в рассуждениях дилетанта



скачать книгу бесплатно

Определение

Пространство – качество материальных объектов, которое может быть описано тремя параметрами протяжённости и одним параметром плотности. Гравитационное поле материальных объектов рассматривается как параметр пространства, определяющий его плотность.

В этом определении нет ничего сверхъестественного. Такое пространство не вызывает вопросов о том, что находится за границами Вселенной. Везде, где есть материальные тела, есть пространство. А где материальных тел нет, нет и материального пространства. Мы туда поместили пространство параметрическое.

Собственное пространство масс не однородно. Оно уплотнено вблизи массивных объектов и разрежено вдали от больших масс. Свойствами пространства определяется гравитационное взаимодействие между объектами во вселенной, а также распространение электромагнитных колебаний. В практике часто принимают понятие пустого пространства, определяемого, как вакуум. Но известно, что пустота вакуума условна. Понятие вакуума, как абсолютной пустоты, уже ушло из физики, он стал физическим. В определённых условиях может быть обнаружена некоторая внутренняя структура вакуума, которая, наполняет само пространство, делает его вполне материальным, а не идеальным представлением. В нашей модели вакуум – проявление среды Мироздания, доступное в физическом пространстве.

Массивные материальные объекты, включая и человека, не могут существовать вне пространства или в каком-либо пространстве с иным числом измерений, чем три, поскольку сами обладают таким пространством.

Пространство обладает протяжённостью. Это значит, что мы можем измерять длину, ширину и высоту, сравнивая их с некоторой созданной нами мерой. Такие меры создавались всегда. Иногда это были части тела, иногда созданные меры длины, а для больших расстояний применялись даже дни пути.

Теперь основной мерой длины является знакомый всем метр. В системе CL примем за единицу длины линию (line), обозначим как L. Длина одной линии соответствует 1000000 метров (1000 километров).


Линия: 1L=1000000 м.


Определить меру длины можно так:

Одна линия равна 30663318,99 длинам волн излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 в вакууме на поверхности Земли.

Значения меры длины и времени выбраны таким образом, чтобы скорость света C получила значение единицы. Отсюда можно определить единицу измерения времени.

Единица измерения времени один тайм установлена, как интервал ?T между началом и завершением прохождения плоской волной расстояния в 1 линию в вакууме на поверхности Земли.

Пространство Вселенной не безгранично, и, в соответствии с теорией Альберта Эйнштейна, может быть искривлено. Но теория относительности, будучи основана на математических преобразованиях, не может объяснить физическую суть самого пространства. В общей теории относительности рассматривается искривлённое пространство, кривизна которого трудно осознаётся даже при демонстрации аналогий с натянутым полотном и массивными шарами.

В нашем случае, наблюдаемая кривизна пространства объясняется неравномерностью его плотности, и ограничением скорости передачи взаимодействий в нём, которое, в свою очередь, тоже имеет под собой физическое обоснование.

Математическое описание физического пространства возможно с привлечением дополнительных пространственных измерений и введением континуума – пространства-времени, как это сделано в теории относительности. Но возможно и другое математическое описание пространства на основе представления о его плотности. Распространение электромагнитной волны в таком пространстве может быть описано, как распространение в среде с переменными оптическими свойствами.

Плотность – одна из часто используемых в физике и в математике величин. Можно, например, говорить о плотности распределения символов на этих страницах, или плотность распределения пикселей на площади электронного изображения. Но в нашем конкретном случае это плотность распределения массы пространства в его метрических координатах. Несколько ранее мы сказали, что пространство – качество массы, а теперь говорим о массе пространства. Дело в том, что масса и пространство неразделимы. Тот кусок материи, который мы называем массой, как часть себя содержит пространство, которое также имеет параметр, обозначаемый как масса. В системе CL массовую плотность материи в пространстве будем обозначать буквой ?, а размерность её 1/T2.

На первый взгляд, размерность плотности странная, но после определения размерности массы всё встанет на свои места. Если размерность массы сейчас обозначить как W, то плотность этого вещества будет выражаться размерностью W/L3.

В привычных нам единицах плотность выражается отношением количества некоторого параметра к метрическому объёму пространства, занимаемому этим количеством. В системе СИ массовая плотность измеряется в кг/м3. В случае поверхностной плотности каких-либо единиц (ед.) в системе CL размерность выражается как ед./L2. В системе СИ – ед/м2.

Плотность пространства можно определить как массовую плотность, поскольку есть представление о массе и радиусе Вселенной. Величина пропорциональная массовой плотности – гравитационный потенциал33
  Антонов В. А., Никифоров И. И., Холшевников К. В. Элементы теории гравитационного потенциала и некоторые случаи его явного выражения – СПб., 2008. – 208 с.


[Закрыть]
. Гравитационный потенциал снижается обратно пропорционально расстоянию от массивного тела. Мы будем применять гравитационный потенциал, как аналог плотности пространства.

В современных космологических теориях, рассматривающих варианты физической сути среды, в которой существует наш мир, есть представления о физическом вакууме, тёмной материи, тёмной энергии, излучений, возникших на ранних стадиях существования Вселенной. Но важнейшее место в космологических теориях и гипотезах об устройстве пространства Вселенной занимает гравитация.

На основании работ А. Эйнштейна, А. Фридмана и других физиков, стало понятно, что Вселенная не может существовать в бесконечном неизменном пространстве в стационарном состоянии. Вселенная получила массу и радиус. Пространство Вселенной представляется теперь как псевдориманово или пространство Минковского. Но при этом, пространство, при всей сложности его математического описания, не стало физическим. По современным представлениям гравитация, физический вакуум, другие виды материи, которые все вместе обеспечивают возможность существования Вселенной в наблюдаемом виде, находятся в этом пространстве. Есть попытки объяснять пространство, как свойство материи проявлять протяжённость.

По нашему представлению гравитация является составной частью пространства, а физический вакуум определяет его микроструктуру. Представление о гравитации, как искривлении пространства, введённое А. Эйнштейном, не приблизило пространство к физическому виду, а перенесло гравитацию в геометрический вид.

Пространство – свойство массы.

Это не значит, что следует перечеркнуть все другие представления физиков. Это только позволит нам получить материальное объяснение сути пространства.

Пространства всех объектов Вселенной объединены в единое пространство Вселенной.

Качественно пространство отдельного массивного объекта можно представить себе как поле. У таких полей в математике есть название – аффинные. В нашем пространстве есть точки, определяющие метрические свойства (скалярные координаты и векторные радиусы) и величины, связанные с напряжённостью (векторные) и потенциалом гравитационного поля (скалярные). У пространства одного объекта есть абсолютная точка отсчёта – центр масс этого объекта. «Зафиксировать» метрические координаты возможно либо при наличии минимум четырёх объектов, не лежащих в одной плоскости, пространства которых объединятся, либо при наличии трёх, вращающихся вокруг своих осей, массивных объектов, оси вращения которых определят оси метрических координат.

Минимально возможная вселенная в Мироздании, где условия будут похожи на условия в нашей Вселенной, должна состоять не менее чем из четырёх массивных объектов. Пространство такой вселенной будет изменять свою метрику при удалении от центра масс этих четырёх объектов. Плотность пространства будет снижаться, соответственно будет увеличиваться длина волны света направленного к окраинам вселенной. С точки зрения наблюдателей в этой вселенной, скорость света всегда останется постоянной, поскольку нет ничего, с чем её можно было бы сравнить.

В нашей Вселенной увидеть такой эффект сложно. Если только найти такую точку наблюдения, когда вся масса вселенной окажется сгруппированной в компактной области. Но в современном представлении таких выделенных точек во Вселенной нет.

Скорость света численно равна плотности пространства – гравитационному потенциалу, создаваемому всей массой Вселенной c=|ФUn| (потенциал гравитационного поля считается отрицательным).

И это вполне логично. Гравитационный потенциал равен отношению потенциальной энергии материальной точки, помещённой в рассматриваемую точку гравитационного поля, к массе этой точки. Это значит, что при падении с расстояния, стремящегося к бесконечности, в любую точку Вселенной, пробное тело приобретёт скорость равную скорости света, то есть, максимально возможную скорость во Вселенной. Реально удалить массивное тело из Вселенной невозможно, но при аннигиляции массивного тела, его масса будет уничтожена и выделится энергия mc2. Эта ситуация аналогична удалению массы из Вселенной. Все тела, составляющие Вселенную, имеют массы заведомо меньшие массы всей Вселенной.

При этом, заметьте, при другом значении гравитационного потенциала и, казалось бы, изменении скорости света, мы это изменение не увидим. Для нас, с нашими физическими мерами и принципами их образования, всё останется, как было, даже численное значение гравитационного потенциала всей массы Вселенной. Мы не можем зафиксировать какие-либо внутренние параметры Вселенной, которые не связаны со скоростью распространения света в ней, а взглянуть на Вселенную снаружи, нам тоже не дано. Поэтому средний гравитационный потенциал Вселенной можно отнести к фундаментальным константам, как и скорость света. Только измерить гравитационный потенциал Вселенной неизмеримо сложнее, чем скорость света.

Гравитационный потенциал определяет плотность пространства, а значит и его оптические свойства. Для отдельных областей пространства гравитационный потенциал в некоторых пределах меняет свою локальную величину из-за неравномерного распределения массы в пространстве. Это приводит к появлению наблюдаемых гравитационных линз. При отсутствии гравитационного поля свет распространяться не сможет. Пустое метрическое пространство не может содержать в себе материальные объекты.

В теории относительности скорость света считается абсолютной константой. Это приводит к изменениям наблюдаемых линейных размеров движущихся объектов. В нашем случае само пространство имеет разную метрику в областях с разным значением его плотности (гравитационного потенциала). От того, в каком месте мы будем создавать наши эталонные меры длины и времени, изменится не скорость света, а другие физические величины, например, длина волны излучения электрона при переходе с одного уровня на другой в атоме конкретного элемента. Поэтому при определении меры длины необходимо зафиксировать условия, в которых она устанавливается, что и было сделано при определении мер в системе CL.

В этих рассуждениях можно усмотреть объяснение ещё одному эффекту. Мы наблюдаем ту часть Вселенной, которая достаточно равномерно заполнена массами. Если представить себе всю Вселенную как жидкий шар, в котором есть объекты более или менее плотные, чем средняя плотность вселенной, часть объектов должна «тонуть», а другая часть «всплывать». Поскольку в искривлённом пространстве Вселенной невозможно найти центр масс, всплытие должно выглядеть, как расширение всего пространства. Это значит, что группы объектов связанных между собой их гравитацией, ведут себя как единые объекты с плотностью меньшей или большей, чем средняя плотность Вселенной. Для большинства галактик мы можем определить, что их плотность меньше средней плотности Вселенной.

§5 Кинематика

Кинематические величины в системе CL подчиняются обычным законам классической физики. Покажем только величины единиц CL.


Скорость: 1L/T = 299792458 м/с

Ускорение: 1L/T2= 11,126534557 м/с2

Скорость света: C= 1L/T

Замечание

Следует понимать, что в реальном мире не может быть значений физических величин равных нулю. Если величина становится равной нулю, просто пропадает сама величина. В ваших карманах всегда может находиться нуль миллионов рублей.

Аналогично обстоит дело и с бесконечностью. Нет физических величин, значение которых может быть равно бесконечности. Это касается даже космических расстояний.

Более того, для значений физических величин существуют минимально возможные, и максимально возможные значения. Будем считать это аксиомой или постулатом нашей физики.

Кроме того, время и расстояние всегда интервальны. Для любого измерения или вычисления есть момент начала отсчёта и момент его завершения, есть начало траектории и есть конец траектории.

Для иллюстрации важности этого замечания приведём пример редко встречающегося вида движения.

Если скорость тела зависит от пройденного пути (пространственное ускорение g=dv/dl), формула определяющая время движения будет выглядеть так:

t2-t1=1/g [Ln (l2/M) – Ln (l1/M)]

M – масштабный коэффициент (единица измерения) по оси расстояний. Отсчёты времени и расстояния – t и l. Ln – натуральный логарифм.

Если М соответствует величине системной единицы измерения расстояния, в формуле при вычислениях можно этот символ опустить, но вместо l использовать символ. l с тильдой – безразмерное расстояние.

Ускорение при таком движении не постоянно и зависит от скорости движения. Чем скорость выше, тем больше ускорение.

a=?s/?l*Vт,

где  – текущая скорость.

В природе такой закон движения может наблюдаться в вязких средах, когда тело не может двигаться свободно, а его скорость непрерывно снижается (лодка в пруду, например).

На графике такого движения невозможно определить зависимость времени движения от пройденного пути, поскольку координата времени уходит в бесконечность. Необходимо определять интервал пути, для которого определится интервал времени.

Этот вид движения отличается тем, что если попытаться начать движение в точке l=0, движение начать не удастся никогда. Поэтому в формулу входят два значения для оси времени и два значения для оси расстояния. На этих отрезках времени и пространства, при условии, что l> 0 возможны вычисления по этой формуле. Если движение выполняется к началу координат, то оно никогда не закончится, не смотря на то, что l стремится к нулю.

В более простых видах движения требование к интервальности его параметров не вытекает из вида математических формул.

§6 Масса

Все материальные объекты обладают массой. Масса это характеристика материи. Когда говорят, что объект не имеет массы, а так говорят о фотонах, например, то это значит, что фотон не может находиться в состоянии покоя. Считается, что находясь в движении, как единственно возможном своём состоянии, фотон массой обладает, но это не совсем так.

С массой связаны несколько свойств объектов, обладающих ей.

Первое и самое известное свойство – вес. Именно вес тела пропорционален его массе. Хотя, вес это проявление силы гравитационного притяжения и, п сути, сила действующая на массу.

Каждое тело обладает свойством инерции. Для того чтобы разогнать или потом остановить уже движущееся тело, необходимо приложить силу, затратить энергию.

И ещё одно свойство массы, – это отражение полной энергии тела. Здесь мы забежали несколько вперёд, но лучше отметить эти свойства заранее.

Но главное, – масса это гравитационный заряд. Чем больше масса, тем больше плотность её пространства, тем интенсивнее притяжение к этой массе других массивных объектов.

В качестве единицы измерения массы примем 1 вейт (weight) и обозначим её W.

Размерность массы, как производной единицы в системе CL, L3/T2.

Значение единицы измерения массы получим с помощью известных формул и принятием нового значения гравитационной постоянной, которая считается одной из фундаментальных констант. Но реальный её смысл должен быть чисто геометрическим, определяющим сферичность гравитационного поля. При рассмотрении очень больших объёмов пространства, когда его плотность значительно меняется по этому объёму, гравитационная постоянная может меняться. Но это связано с изменяемой геометрией пространства.

Гравитационная постоянная в значении принятом сегодня в СИ G=6,67428*10—11 м3/кг*с2.

Для корректировки значения гравитационной постоянной в соответствии с применяемой системой физических величин используем формулу для определения гравитационного радиуса:

Rg=2Gm/C2

Из неё получаем:

G=RgC2/2m

Чтобы равенство осталось верным, достаточно обе его части умножить на один и тот же множитель 10—6*C-2, определяемый соотношением старых и новых единиц длины и времени. Для новых единиц, появилось временное значение гравитационной постоянной Gtl=G*10—6*C-2, до тех пор, пока единица массы осталась прежней.

Покажем массу, как гравитационный заряд соответственно теореме Остроградского-Гаусса в применении к гравитационному полю44
  Владимир Ерохин, Абсолютная система физических единиц, Торез 1995, http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st2439.pdf


[Закрыть]
. В этом случае вводится коэффициент 1/4?, показывающий сферическую геометрию поля:



Для того чтобы коэффициент, имеющий значение 4?*Gtl, принял значение единицы, необходимо изменить единицу измерения массы, и она определится через величину килограмма:


Эта величина равна 7,426*10—34 единиц массы в CL (W)


Для определения массы по напряжённости создаваемого гравитационного поля можно применить формулу:



Если на расстоянии R=1L от центра массы напряжённость гравитационного поля имеет величину L/T2, то величина этой притягивающей массы равна 4?W.

Сравнивая единицу массы 1W со всем известным килограммом, получим их соотношение 1W=1,3466*1033 кг. Это очень большая масса, масса Земли, равная 5,97*1024 кг, содержит Mз=4,433*10—9 W.


Масса: 1L3/T2=1W=1,3466*1033 кг

Гравитационная постоянная: G=1, 1/4? – безразмерный коэффициент в законе Ньютона.

Мы определили массу, как гравитационный заряд, на расстоянии 1L от которого напряжённость гравитационного поля g= 4? L/T2.

О природе массы поговорим позднее. А сейчас поговорим об электрическом заряде, которым обладает и электрон.

§7 Электрический заряд

Электрический заряд имеет некоторое сходство с массой, но имеет два знака. Среди элементарных частиц можно найти природные носители масс и зарядов. Существует природный эталон электрического заряда – заряд электрона. Тем не менее, определять заряд элементарной частицы в качестве эталона меры измерения имеет смысл для изучения и измерений в микромире, в квантовой механике. В нашем случае следует поступить так же, как мы уже поступили с определением массы. Определим единицу электрического заряда исходя из соотношений между напряжённостью электрического поля, зарядом и расстоянием от него.

В единицах СИ заряд определяется по формуле, где E напряжённость электрического поля, ?0 – электрическая постоянная, Q – точечный заряд, R – расстояние до центра заряда. В СИ ?0? 8,85·10—12 Ф/м.


Заряд в системе СИ


В CL ?0 должна стать безразмерной единицей, поэтому соотношение между Кулоном и единицей электрического заряда в CL может быть определено таким же образом, как мы это делали для массы:


Определение величины Кулона в CL


Единица заряда в системе CL получает значене

8,85·10—12 Ф/м*4?*106*C-2=1,23799*10—21 ед.CL

Мы определили единицу заряда так, что на расстоянии 1L от центра заряда напряжённость электрического поля E= 4? L/T2.

Электрический заряд, как мы говорили, существенно больше, чем масса ощущается во взаимодействиях, но единицы измерения в CL выбраны так, что абсолютная величина силы взаимодействия единичных зарядов и масс будут равны. Размерность массы и электрического заряда в CL одинакова.

Отношение силы взаимодействия единичных электрических зарядов к силе взаимодействия единичных масс величина безразмерная и в системе CL равна единице.

Говоря о заряде электрона, в физике часто вспоминают постоянную Планка. Определим её в системе CL.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Здесь представлен ознакомительный фрагмент книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста (ограничение правообладателя). Если книга вам понравилась, полный текст можно получить на сайте нашего партнера.

Купить и скачать книгу в rtf, mobi, fb2, epub, txt (всего 14 форматов)



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2