ВлКамень преткновенияВ» в физике!

Виталий Новицкий

Признание эквивалентности массы и энергии, ставшее чуть ли не главным тезисом физики XX века, не только стимулировало ее развитие, но и породило немало проблем. Это осознал уже сам автор формулы Е = mc² Альберт Эйнштейн. Принцип эквивалентности, отметил он однажды, делает искусственным деление физической реальности на вещество и поле. Почему бы ни принять за первичное вторую из этих двух сущностей, спрашивал он далее, ведь построить современную физику на основе одного только понятия вещества все равно нельзя. И дальше интуиция Эйнштейна подсказывает ему такую картину:

ВлТо, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве. Мы могли бы рассматривать вещество как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно.. С этой точки зрения брошенный камень есть изменяющееся поле, в котором состояние наибольшей интенсивности поля перемещается в пространстве со скоростью камняВ».

Программа построения новой физики, выраженная в приведенных словах, по сей день остается невыполненной. А Влкамнем преткновенияВ» для теоретиков стала фундаментальная характеристика вещества, именуемая массой. В спорах о природе гравитации, о массе инертной и тяготеющей нередко ускользает физический смысл выдвигаемых теорий, а реальный мир все больше вытесняется математическими моделями. Не нужно особого глубокомыслия, чтобы понять: подлинные теоретические сложности и принципиальные моменты тАУ не в наращивании оборотов у жерновов математической ВлмельницыВ», а в анализе ныне принятых измерительных процедур. Путь к сокращению числа первичных физических сущностей пролегает через методологию выбора основных единиц измерения. Как только масса будет выражена не в килограммах, введенных в оборот из сугубо практических соображений, а в других, чисто ВлполевыхВ» единицах, дело сдвинется с мертвой точки. Вопрос же о природе первичной материи возвращает нас в далекое прошлое науки и как бы уравнивает нас в этом пункте с древнегреческими философами. Или, как ни покажется неожиданным, с пришельцами из других миров, которые снарядили экспедицию к Земле, не зная ее параметров во всех подробностях.

Цель такого уподобления, надеюсь, понятна. Когда речь идет о физической теории, лучше вырваться из плена многовековых напластований ранее добытых знаний, посмотреть свежим взглядом на давно знакомые вещи.

Итак, вообразим себя инопланетянами. Еще приближаясь к Земле, мы смогли бы определить ее средний радиус (6,371В·10⁶ м). Побывав на полюсе, где отсутствуют вызываемые вращением планеты центробежные эффекты, мы определили бы ускорение свободного падения в этой точке (9,832 м/с²). Исследования планеты дадут нам общую зависимость ускорения свободного падения или, что то же самое, напряженности гравитационного поля, от расстояния до центра Земли. То будет закон обратной квадратичной пропорциональности с некоторым постоянным коэффициентом К. Знание двух ранее измеренных величин позволит нам вычислить его значение: 3,991В·10¹⁴ м³/с².

Можно приступать к анализу полученных немногих, но важных результатов. Во-первых, коэффициент К, входящий в найденную зависимость, выражен только в единицах длины и времени, то есть в LT-системс единиц. Сама же размерность тАУ третья степень единицы длины, деленная на вторую степень единицы времени, тАУ характеризует изменение (динамическую функцию) некоего объема. Поскольку мы исследовали гравитационное поле Земли, то логично предположить: перед нами постоянная для планеты величина, выраженная в динамической функции объемов гравитационного поля.

Но было бы интересным делом уяснить физический смысл этой величины в земных понятиях. Отправившись в научную библиотеку землян, мы, инопланетяне, обнаружили бы в написанных людьми книгах по физике только одну постоянную величину с признаками аналогичной размерности тАУ так называемую постоянную Кавендиша 6,672В·10^тАУ11 м³/кгВ·с².

Присутствие в ней размерности ВлкилограммВ» отражает принятую у землян единицу измерения массы. Но мы обладаем своей интерпретацией величин с размерностью длины и времени. Поэтому постоянную Кавендиша можем истолковать так:

6,672В·10^тАУ11 м³/с² динамического процесса гравитационного поля приходятся на 1 кг условной единицы массы, принятой землянами как эталон. И тут мы, инопланетяне, не удержались бы от искушения порекомендовать землянам рассматривать массу в соотношении:

1 кг =6,672В·10^тАУ11 м³/с²

(1)

или в обратной зависимости:

1 м³/с² = 1,499В·10¹⁰ кг

(2)

У кого-то Вллогика пришельцевВ», которой мы воспользовались для того, чтобы найти кратчайший путь к зависимостям (1) и (2), возможно, вызовет чувство протеста. Еще бы, масса тел оказалась выраженной через метры и секунды. Это уж слишком! Но не будем спешить с выводами.

Начнем с элементарного. Зависимость (2) мы можем подставить в найденное выше значение постоянной К. Подстановка даст величину 5,981В·10²⁴ кг тАУ массу Земли, выраженную в килограммах. В действительности она такая и есть (в пределах принятой нами точности), что позволяет считать Вллогику пришельцевВ» не столь уж абсурдной. Поэтому смелее двинемся дальше, по пути пересчета других физических величин и представления их в новых для нас единицах динамического процесса объемов гравитационного поля. Но тут важно не сбиться с дороги.

В самом деле, присутствие одних лишь размерностей длины и времени дает повод подумать, будто LT-система единиц выражает пространственно-временную природу материи. И лишь выявление трансформаций LT-размерностей во множестве разнородных физических процессов убеждает, что это не так. Первичными сущностями материи оказываются гравитационные и электрические поля, ВлразлитыеВ» во всем трехмерном пространстве. Величины, характеризующие магнитные явления, получают, как и масса, новое выражение в LT-системе единиц, но их трактовка как проявлений первичного по своей природе магнитного поля не является обязательной.

Итак, первичны лишь гравитация и электричество, понимаемые как поля и измеряемые, подобно материи, в единицах объема. Единство двух основных полей и геометрического пространства мы называем физическим вакуумом. Когда поля приходят в вихревое движение, в эпицентрах вихрей мы наблюдаем явления, выраженные в динамической функции объемов этих полей.

Например, найденную выше зависимость (2) мы можем переписать так:

1 м³/с²_{гравитационного поля} = 1,499В·10¹⁰ кг.

Расчеты, которые за недостатком места не приводятся, дают и другое основное соотношение:

1 м³/с²_{электрического поля} = 1,29 Кл.

Здесь Кл означает ВлкулонВ» и выражает величину электрического заряда, порождаемого единицей динамической функции соответствующего поля. И если в прошлом столетии исследователи полагали, будто заряды создают вокруг себя поле, то мы утверждаем прямо обратное: поле своей динамичностью порождает заряд. Это справедливо не только в случае электричества, но и в случае гравитации, когда динамика гравитационного поля порождает вещество (массу). Поскольку изменились единицы измерения массы и электрического заряда, то по-новому будут выражены все физические величины, в которые входят первые две. При этом важно помнить, что никаких других размерностей, кроме метра и секунды, у нас не появится, как не было их и в работах известного советского авиаконструктора Р. ди Бартини, увлекавшегося теоретической физикой (см. статью Г. Смирнова ВлЧисла, которые преобразили мирВ»). Следует, однако, помнить, что сам Бартини не наделял LT-систему единиц мандатом на отображение реальных физических величин, а придавал ей лишь значение математического оператора для анализа природных процессов. Я ж придерживаюсь иной точки зрения и рассматриваю LT-систему как вполне равноправную с другими, получившими более широкое распространение. Право на такой взгляд дает подсчет в единицах длины и времени конкретных числовых значений для единиц: силы тАУ ньютона, энергии тАУ джоуля, мощности тАУ ватта, электрического тока тАУ ампера, электрического потенциала тАУ вольта и так далее.

Результаты пересчета наиболее употребительных физических величин в системе Влметр-секундаВ» сведены в таблицу. Построена она по тому же принципу, что и таблица в статье Г. Смирнова. Целочисленные степени длины L образуют вертикальные, а времени Т тАУ горизонтальные столбцы. В их пересечениях тАУ клетках тАУ и представлены значения вышеупомянутых и некоторых других параметров. Их упорядоченность, разнесенность по ВлперекрестиямВ» длины и времени есть, конечно, немаловажная качественная характеристика. Но в нашем случае она дополнена количественными выражениями.

Dim.	м^тАУ1	м⁰	м¹	м²	м³	м⁴	м⁵
сек^тАУ5				Удельная мощность поля 1 Вт/м³ = 6,67В·10^тАУ11 м²/сек⁵	Плотность потока энергии 1 Вт/м² = 6,67В·10^тАУ11 м³/сек⁵		Мощность 1 Вт = 6,67В·10^тАУ11 м⁵/сек⁵
сек^тАУ4				Плотность энергии поля 1 Дж/м³ = 6,67В·10^тАУ11 м²/сек⁴		Сила 1 Н = 6,67В·10^тАУ11 м⁴/сек⁴	Энергия 1 Дж = 6,67В·10^тАУ11 м⁵/сек⁴
сек^тАУ3				Напряженность магнитного поля 1 А/м = 0,775 м²/сек³	Электрический ток 1 А = 0,775 м³/сек³	Импульс 1 кгВ·м/сек = 6,67В·10^тАУ11 м⁴/сек³	Мощность 1 кгВ·м²/сек = 6,67В·10^тАУ11 м⁵/сек³
сек^тАУ2		Угловое ускорение Плотность вещества 1 кг/м³ = 6,67В·10^тАУ11 1/сек²	Напряженность поля 1 В/м = 8,61В·10^тАУ11 м/сек²	Потенциал 1 В = 8,61В·10^тАУ11 м²/сек²	Гравитационный заряд (масса) 1 кг = 6,67В·10^тАУ11 м³/сек² Электрический заряд 1 Кл = 0,775 м³/сек²		Момент инерции 1 кгВ·м² = 6,67В·10^тАУ11 м⁵/сек²
сек^тАУ1		Угловая скорость Магнитная индукция 1 Tл = 8,61В·10^тАУ11 1/сек	Скорость Проводимость 1 См = 9В·10⁹м/с	Поток магнитной индукции 1 Вб = 8,61В·10^тАУ11 м²/сек
сек⁰	Кривизна 1/м	Безразмерные величины (радиан)	Длина Электрическая емкость 1 Ф = 9В·10⁹ м	Площадь 1 м²	Объем Количество поля 1 м³
сек¹	Сопротивление 1 Ом = 1,11В·10^тАУ10 сек/м	Время 1 с
сек¹	Индуктивность 1 Гн = 1,11В·10^тАУ10 сек²/м

Вместе с этим смотрят:

"Инкарнация" кватернионов

* Алгебры и их применение

*-Алгебры и их применение

10 способов решения квадратных уравнений

Bilet