Все формулы по физике

«Камень преткновения» 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:

«То, 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 камня».

Программа построения новой физики, выраженная в приведенных словах, по сей день остается невыполненной. А «камнем преткновения» 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 – не в наращивании оборотов у жерновов математической «мельницы», 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 «полевых» 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 (6,371·10⁶ 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: 3,991·10¹⁴ 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 – третья степень единицы длины, деленная на вторую степень единицы времени, – 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 – так называемую постоянную Кавендиша 6,672·10^–11 м³/кг·с².

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

6,672·10^–11 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 =6,672·10^–11 м³/с²

(1)

или в обратной зависимости:

1 м³/с² = 1,499·10¹⁰ кг

(2)

У кого-то «логика пришельцев», 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 5,981·10²⁴ кг – массу Земли, выраженную в килограммах. В действительности она такая и есть (в пределах принятой нами точности), что позволяет считать «логику пришельцев» 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, «разлитые» 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} = 1,499·10¹⁰ кг.

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

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

Здесь Кл означает «кулон» 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 «»). 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 – ньютона, энергии – джоуля, мощности – ватта, электрического тока – ампера, электрического потенциала – вольта и так далее.

Результаты пересчета наиболее употребительных физических величин в системе «метр-секунда» 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 – горизонтальные столбцы. В их пересечениях – клетках – и представлены значения вышеупомянутых и некоторых других параметров. Их упорядоченность, разнесенность по «перекрестиям» длины и времени есть, конечно, немаловажная качественная характеристика. Но в нашем случае она дополнена количественными выражениями.

Dim.	м^–1	м⁰	м¹	м²	м³	м⁴	м⁵
сек^–5				Удельная мощность поля 1 Вт/м³ = 6,67·10^–11 м²/сек⁵	Плотность потока энергии 1 Вт/м² = 6,67·10^–11 м³/сек⁵		Мощность 1 Вт = 6,67·10^–11 м⁵/сек⁵
сек^–4				Плотность энергии поля 1 Дж/м³ = 6,67·10^–11 м²/сек⁴		Сила 1 Н = 6,67·10^–11 м⁴/сек⁴	Энергия 1 Дж = 6,67·10^–11 м⁵/сек⁴
сек^–3				Напряженность магнитного поля 1 А/м = 0,775 м²/сек³	Электрический ток 1 А = 0,775 м³/сек³	Импульс 1 кг·м/сек = 6,67·10^–11 м⁴/сек³	Мощность 1 кг·м²/сек = 6,67·10^–11 м⁵/сек³
сек^–2		Угловое ускорение Плотность вещества 1 кг/м³ = 6,67·10^–11 1/сек²	Напряженность поля 1 В/м = 8,61·10^–11 м/сек²	Потенциал 1 В = 8,61·10^–11 м²/сек²	Гравитационный заряд (масса) 1 кг = 6,67·10^–11 м³/сек² Электрический заряд 1 Кл = 0,775 м³/сек²		Момент инерции 1 кг·м² = 6,67·10^–11 м⁵/сек²
сек^–1		Угловая скорость Магнитная индукция 1 Tл = 8,61·10^–11 1/сек	Скорость Проводимость 1 См = 9·10⁹м/с	Поток магнитной индукции 1 Вб = 8,61·10^–11 м²/сек
сек⁰	Кривизна 1/м	Безразмерные величины (радиан)	Длина Электрическая емкость 1 Ф = 9·10⁹ м	Площадь 1 м²	Объем Количество поля 1 м³
сек¹	Сопротивление 1 Ом = 1,11·10^–10 сек/м	Время 1 с
сек¹	Индуктивность 1 Гн = 1,11·10^–10 сек²/м

Посмотрим теперь, как выглядят в «полевом» одеянии не какие-нибудь аномальные, а самые распространенные и вполне обычные процессы и явления. Например: стоит человек и держит в руке гирю. Держит, и все. Считается, что он не производит никакой работы, так как гирю он не передвигает. Но через некоторое время человек начинает чувствовать усталость. Значит, все-таки он выполняет работу? Но какую?

Уже в столь простом случае мы сталкиваемся, так сказать, с неотождествленным физическим процессом. Однако в нашем миропредставлении он вполне отождествляется. Оказывается, гиря массой 1 кг «впитывает» в себя энергию гравитационного поля Земли с мощностью 48 Вт. Рука человека с такой же мощностью как раз и выполняет работу против энергии гравитационного поля, накапливаемой в массе гири. Это и позволяет ей быть неподвижной в пространстве. На удержание десятикилограммовой гири человеку пришлось бы затрачивать мощность 480 Вт.

Тот же процесс происходит с любым предметом, покоящимся на опоре. Опора всегда освобождает поддерживаемое ею тело от энергии гравитационного поля, которая накапливается в массе предмета и принимает эту энергию на себя. Плотность же энергии гравитационного поля у поверхности земного шара равна, по нашим расчетам, 720 млн. кДж/м³. Плотность потока энергии к Земле составляет 567 млн. кВт/м². Этот поток, превращаясь внутри нашей планеты в вещество, увеличивает ее радиус на 7 сантиметров в год. Такова наша оценка физического явления, вызывающего дрейф континентов, реальность которого сейчас никто не отрицает.

Представим далее, что мы нашли процессы, которые позволили бы предмету освобождаться от накапливаемой в нем энергии гравитационного поля без участия опоры. Тогда предмет просто завис бы над поверхностью Земли. Такое явление называют левитацией: тело имеет массу, но лишено тяжести. Если же предмет будет освобождаться от энергии с мощностью более чем 48 Вт на килограмм своей массы, то он начнет подниматься вверх.

В настоящее время «доказано», что никакой объект не может поднять себя за счет внутренних сил («задача Мюнхгаузена»). Это было бы правильно, если бы физическое тело действительно было замкнутой системой. На самом деле тело и гравитационное поле представляют собой разомкнутую систему, в которой эффект перемещения есть результат энергообмена между полем и телом.

Соблазнительная идея о левитирующем способе передвижения заставляет искать процессы, которые позволили бы предмету освобождаться от вызывающей падение тел энергии гравитационного поля. Есть ли такие? Оказывается, есть.

Первый из них – это вращение тела вокруг вертикальной оси. Если раскрутить гироскоп до 365 тыс. об/мин, он начнет «возвращать» энергию вращения обратно в гравитационное поле с удельной мощностью 48 Вт/кг, что и создаст условие зависания всего прибора над Землей. Потеря энергии вызовет замедление вращения и опускание гироскопа с некоторым прогрессирующим ускорением. Чтобы такого не происходило, нужно затрачивать «бортовую» энергию на поддержание указанных выше критических оборотов.

Конечно же, сверхскоростные вращающиеся массы создают много неудобств и опасностей. Но есть другой физический процесс, который более эффективно трансформирует гравитационную энергию. Это вихрь. Всем известна удивительная мощь торнадо, когда он с необыкновенной легкостью переносит с места на место лишенные аэродинамических форм тяжелые предметы – железнодорожный вагон, трактор. Так вот, если сконструировать вихрь и «оседлать» его, то мы получим летательный аппарат с левитирующим способом передвижения по типу НЛО.

Этот аппарат будет представлять собой удобную в работе конструкцию, в которой основным узлом станет гравитационный движитель – ртутный вихрь. Питание всем системам аппарата и движителю даст энергоблок – в нем используется вещество как высококонцентрированная энергия, но превращенная в структуру, математически напоминающую «черную дыру». И тут можно воспользоваться свойствами вихря, но уже не ртутного, а плазменного, с целью получить аномальную плотность гравитационной энергии.

Список литературы

Все формулы по физике

Похожие курсовые работы