Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Препринт / Измерения в технике
Начало сайта / Препринт / Измерения в технике

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Научно-популярные статьи

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Биологически активные

Как люди научились летать

Квантовый мир

Пионеры атомного века

Ум хорошо...

Яды – вчера и сегодня

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Препринт

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

«Камень преткновения» в физике

Виталий Новицкий

Признание эквивалентности массы и энергии, ставшее чуть ли не главным тезисом физики XX века, не только стимулировало её развитие, но и породило немало проблем. Это осознал уже сам автор формулы 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 всё 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 приведённых словах, по сей день остаётся 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 всё 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, введённых в оборот из сугубо практических соображений, а в других, чисто «полевых» единицах, дело сдвинется с мёртвой точки. Вопрос же о природе первичной материи возвращает нас в далёкое 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 её параметров во всех подробностях.

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

Итак, вообразим себя инопланетянами. Ещё приближаясь к Земле, мы смогли бы определить её 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, напряжённости гравитационного поля, от расстояния до центра Земли. То будет закон обратной квадратичной пропорциональности с некоторым постоянным коэффициентом K. Знание двух ранее измеренных величин позволит нам вычислить его значение: 3,991·1014 м32.

Можно приступать к анализу полученных немногих, но важных результатов. Во-первых, коэффициент K, входящий в найденную зависимость, выражен только в единицах длины и времени, то есть в LT-системе единиц. Сама же размерность – третья степень единицы длины, делённая на вторую степень единицы времени, – характеризует изменение (динамическую функцию) некоего объёма. Поскольку мы исследовали гравитационное поле Земли, то логично предположить: перед нами постоянная для планеты величина, выраженная в динамической функции объёмов 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 м32 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 м32(1)

или в обратной зависимости:

1 м32 = 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. Ещё бы, масса тел оказалась выраженной через метры и секунды. Это уж слишком! Но не будем спешить с выводами.

Начнём с элементарного. Зависимость (2) мы можем подставить в найденное выше значение постоянной K. 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 пересчёта других физических величин и представления их в новых для нас единицах динамического процесса объёмов гравитационного поля. Но тут важно не сбиться с дороги.

В самом деле, присутствие одних лишь размерностей длины и времени даёт 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 всём трёхмерном 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 объёма. 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 объёмов этих полей.

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

1 м32гравитационного поля = 1,499·1010 кг.

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

1 м32электрического 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 «Числа, которые преобразили мир»). 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 даёт подсчёт 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 пересчёта 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, разнесённость по «перекрестиям» длины и времени есть, конечно, немаловажная качественная характеристика. Но в нашем случае она дополнена количественными выражениями.

LТ-система физических единиц (см. на отдельной странице)

LТ-система физических единиц

LТ-система физических единиц. Исходя из анализа основных физических величин (L – длина, Т – время), можно получить количественные выражения других величин только с двумя размерностями: метры и секунды.

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

Уже в столь простом случае мы сталкиваемся, так сказать, с неотождествлённым 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 расчётам, 720 млн кДж/м3. Плотность потока энергии к Земле составляет 567 млн кВт/м2. Этот поток, превращаясь внутри нашей планеты в вещество, увеличивает её 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 нём 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 начнёт подниматься вверх.

В настоящее время «доказано», что никакой объект не может поднять себя за счёт 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 начнёт «возвращать» энергию вращения обратно в гравитационное поле с удельной мощностью 48 Вт/кг, что и создаст условие зависания всего прибора над Землёй. 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 лёгкостью переносит с места на место лишённые аэродинамических форм тяжёлые 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 нём используется вещество как высококонцентрированная энергия, но превращённая в структуру, математически напоминающую «чёрную дыру». И тут можно воспользоваться свойствами вихря, но уже не ртутного, а плазменного, с целью получить аномальную плотность гравитационной энергии.

 

Ранее опубликовано:

Новицкий В. «Камень преткновения» в физике? «Техника – молодёжи», №5, 1990.

См. также:

Смирнов Г. Числа, которые преобразили мир. НиТ, 1999.

Дата публикации:

12 августа 1999 года

Электронная версия:

© НиТ. Препринт, 1997

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2016
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика