Зверев Г.Я. Физика без механики Ньютона, без теории Эйнштейна, без принципа Гамильтона и без Ψ-функции Шредингера. Изд. 6, испр. и доп.

Оглавление

Введение

Данное Ньютоном понятие силы, как независимой и элементарной первопричины движения в природе, глубоко укоренилось. Однако существуют явления, ставящие под сомнение и независимость, и элементарность силы. Одним из таких явлений является РЕЗОНАНС, традиционно связываемый с колебаниями.

Рассмотрим пример резонанса из области радиотехники. На антенну радиоприемника приходят сигналы от различных радиостанций. Однако колебательный контур радиоприемника раскачивается лишь только от сигнала своей радиостанции, на которую он настроен, игнорируя другие сигналы. При этом чужие сигналы могут превышать свой сигнал в тысячи раз, но колебательный контур неизменно их игнорирует, отдавая предпочтение своему сигналу. В этом проявляется явление резонанса. Есть переменная электрическая сила, которая должна бы в любом случае ускорять заряды в колебательном контуре. Однако это ускорение наступает только а особом случае – при резонансе. Таким образом, сила не всегда вызывает ускорение.

Перечень подобных явлений можно продолжить и в областях, никак не связанных с колебаниями. Например, гребец в лодке явственно ощущает, как именно следует отдавать свою силу, чтобы лодка ускорялась. Не создав условия резонансной передачи своей силы, гребец не ускорит движение лодки и напрасно истратит силы на возмущение воды. Аналогично, для разгона самолета после взлета пилот регулирует шаг воздушного винта для резонансного ускорения тяжелой машины. После трогания автомобиля, переключая передачи, шофер обеспечивает резонансное ускорение массы автомобиля. Если не соблюдать условия резонанса, например, трогаться на высшей передаче, двигатель просто заглохнет, хотя мощность двигателя остается неизменной.

Другим явлением, необъяснимым с позиции неизменной силы Ньютона, является неразличимость механических явлений, протекающих в покоящихся и движущихся системах отсчета (прннцнп Галилея). Несмотря на явную физическую несостоятельность этого принципа, суть явления до сих пор остается загадкой природы.

В предлагаемой работе показано, что в упомянутых "загадках природы" повинен сам инструмент исследования природы – механика Ньютона с ее "неизменной силой". Естественно, механика Ньютона с ее "неизменной силой", принципиально не в состоянии объяснить явления природы, где сила переменна.

Силу в механике принято называть ньютоновской. Однако сам Ньютон никогда не призывал верить в реальность силы. Он считал, что выражение для сил есть всего лишь правило, согласующееся с кинематическими опытами. Ньютон не только предложил формулу силы E = m x а, но и предупредил, что на этом заканчивается все возможное знание о ней. Говоря о силе тяготения, он писал: "Причину этих свойств тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений. Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой. Но гипотезам метафизическим, механическим скрытным свойствам не место в экспериментальной философии. Гипотез я не измышляю. Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения движений всех небесных тел".

"Сила Ньютона" – это понятие абстрактно-математическое, без какой-либо физической сущности. Поэтому понятно стремление исследователей вообще исключить такую абстрактную силу из перечня основных понятий физики. Даламбер считал движущиеся свойства "активных" сил сомнительными: "Я отказался от движущихся причин и полностью изгнал из механики силы, представляющие собой туманные понятия, способные распространить мрак в науке, являющейся, по существу, ясной и понятной". Пуанкаре писал: "Когда утверждают, что сила есть причина движения – это метафизика. Есть в учении о движущих силах что-то неприемлемое для ума. Система, которая освободит нас от них, уже этим одним будет лучше нашей". Дело не ограничивалось только пассивным отрицанием существования силы. Г.Герц создал свою новую механику без привлечения понятия силы. Причиной движения тел в механике Герца являются "скрытые массы", субстанция которых та же, что и субстанция ускоряемого ими тела.

Конечно, силу из механики убирали не из "экономии" количества понятий (что в науке приветствуется) и не изНза ее "ложности". Силу "убирали" для того, чтобы понять, раскрыть механизм силы, роль силы как причины ускорения тел. Гамильтон, Кирхгоф, Герц (и другие не упомянутые здесь естествоиспытатели) сущность силы пытались "выудить" из совокупности фундаментальных понятий: пространство, время, масса, объединенных в некий один "основной закон механики (природы)".

Как известно, попытки усовершенствовать механику предпринимались и без "изъятия" из нее ньютоновской силы. Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн предложили свои теории улучшения механики Ньютона. Однако все эти теории были лишь "косметическими", ибо они не затрагивали основу механики Ньютона – ее "неизменную силу". Поэтому все они неизбежно оказывались только формально математическими ухищрениями, вконец запутывали физику упомянутых явлений.

Объективности ради надо отметить, что Эйнштейн, и тем более Лоренц и Пуанкаре, вовсе и не ставили задачу усовершенствования механики Ньютона. Они разрабатывали теорию относительности в механике и электродинамике, оставляя, как им казалось, в неприкосновенности "неизменную силу". Но решить задачу относительности без переменной силы объективно невозможно. Поэтому они невольно и неявно, но неизбежно, приходили к переменной силе, не осознавая этого. Отсюда полная нефизичность ("заумность") их усовершенствованной механики.

Многочисленные физические явления показывают, что сила, действующая на тело, сама зависит от скорости ускоряемого ею тела. Более того, опыт показывает, что всегда есть такая резонансная скорость тела, при которой сила будет максимальной, а при другой определенной скорости она будет равна нулю. Но если сила зависит от скорости ускоряемого тела, она сама должна нести в себе эту "скорость". А скорость может иметь только материальное тело. Следовательно, сила образуется только материальными частицами, имеющими определенную скорость. Это может быть поток частиц или продольные колебания в среде.

В современной механике абстрактная, "мифическая" сила Ньютона, как причина ускорения тела, на словах также заменена на материальное "второе тело", ускоряющее первое. Однако, параметры этого второго тела ("силы") в уравнение ускорения первого тела не вошли. Уравнения с участием ньютоновской силы остались незыблемыми, и "новая сила" – второе тело – осталась пустой декларацией.

Таким образом, в предлагаемой работе взамен механики Ньютона с ее "неизменной силой", ускоряющую пассивное тело, предложена новая механика, основанная на принципиально новой концепции: концепции ускоряемого тела и тела-ускорителя. Такое разделение функций тел, конечно, условное – здесь тела взаимодействуют как равноправные активные элементы природы. Поэтому новая механика построена в форме принципов взаимодействия двух тел. Принципы опираются на универсальные законы сохранения энергии и импульса, поэтому распространяются на все виды материи.

В предлагаемых принципах раскрыт механизм ускорения одного тела другим. Иначе, раскрыт механизм силы – механизм причины ускорения тела: тело ускоряется телом. Поэтому понятие абстрактной ньютоновской силы здесь оказалось невостребованным. Понятие силы в принципах взаимодействия двух тел оказалось ненужным, лишним.

Самой известной силой является сила притяжения планет, Земли. Впервые "обнаружил" ее Ньютон и нашел закон ее действия – закон всемирного тяготения. Кавендиш экспериментально подтвердил, что притяжение масс друг к другу обязано "силе тяготения" Ньютона и определил величину гравитационной постоянной.

Первым внес ясность в физическую сущность силы тяготения Лесаж. Он объяснил, что тела не "притягиваются" друг к другу "тяготением" ("гравитацией"), а сталкиваются частицами-лесажонами, летящими со всех сторон. Наконец, Лукин экспериментально подтвердил гипотезу Лесажа. В его приборе для определения природы силы тяготения, массивное кольцо вращалось от организованного прибором потоков лесажонов. Силой "притяжения", как известно, вызвать вращение невозможно. Таким образом, новая механик:а, основанная на концепции взаимодействия ускоряемого тела и телаускорителя, выстроена на твердо установленном экспериментальном факте. По сравнению с механикой Ньютона, принципы взаимодействия тел наиболее полно и точно описывают сущность явления ускорения тел. Это качественно более высокий уровень описания явлений взаимодействия в природе. Поэтому задачи физики, недоступные для механики Ньютона, принципы разрешают просто, наглядно и точно. Упомянутый выше принцип Галилея недоступен для механики Ньютона. Принципы разрешают задачу относительности на элементарном уровне, наглядно, в рамках классической физики, без заумных "изменений пространства – времени". Другая упомянутая выше принципиально важная задача физики – резонанс, также недоступная механике Ньютона, принципами разрешается "походя" – просто как один частный случай общего принципа взаимодействия тел – "резонансное взаимодействие".

Из предельно элементарной модели взаимодействия тел (в ней всего три элемента: ускоряющая частица, ускоряемое тело и связка), описываемая соответственно столь же элементарным математическим аппаратом, вытекают сущности таких фундаментальных понятий, к:ак: инерция пок:оя, инерция движения, первое и второе начала термодинамики, постоянная Планка, сущность волновой частицы, принципа наименьшего действия. Принципы дают оценку уравнениям Лоренца, специальной теории относительности Эйнштейна, показывают их ограниченность: они справедливы лишь для узкого круга явлений взаимодействия, а в остальных случаях просто неверны. Принципы поглощают специальную теорию относительности и делают ее ненужной как специфическую (неклассическую) физико-математическую теорию. Принципы также дают оценку первоосновам квантовой механики Шредингера–Гейзенберга, поглощают их и делают их ненужными как специфические (неклассические) математические теории.

Можно сказать, что принципы взаимодействия двух тел классической физике дают "второе дыхание" – она освобождается от несвойственной ей чужеродной специальной теории относительности и лишенной всякой наглядности абстрактно-математических построений квантовой механики. В связи с этим, полагаем, что, как бы не были интересны переосмысленные и "обновленные" уравнения Лоренца, Эйнштейна и квантовая механика, – все это есть уже только история столетней давности. Мощь принципов целесообразно направить на решение новых задач. Поэтому настоящая работа предлагается в качестве современного универсального физико-математического инструмента для решения практических задач, неразрешимых имеющимися сейчас физическими представлениями, например, таких как:

1. Овладение методами высокоизбирательного воздействия на вещества и живые ткани путем использования колебательного резонанса сложных систем. Это подавление раковых клеток в медицине, получение сверхчистых веществ. Избирательное воздействие на раковые клетки позволяет увеличивать мощность подавляющего воздействия на несколько порядков, не опасаясь повредить окружающие ткани и вещества.

2. Овладение методом мощного воздействия на сложные вещества путем использования колебательного резонанса сложных систем.

Это высокоэффективные воздействия на твердые тела, полимеры, живые клетки, молекулы, атомы, ядра, это экологически чистые тепловые двигатели. Сейчас здесь используются воздействия мощные, но "слепые": высокая температура, импульсы лазера и т.д. Эффективность таких воздействий невысока. Сложные вещества представляют из себя колебательные структуры, поэтому они по самой своей природе не восприимчивы к "неприцельным" воздействиям.

3. Пересмотр с позиций принципов взаимодействия тел используемых сейчас явлений природы с целью полной реализации их возможностей путем использования поступательного резонанса, вытекающего из принципов взаимодействия тел. Это повышение эффективности тепловых двигателей, электромашин, приборов и т.д. Несмотря на вековую историю многих из них, разработаны они без учета резонанса, поэтому могут быть улучшены. Например, реально создание газовой турбины с КПД 80% по сравнению с достигнутыми в настоящее время 35%. Возможно создание мощных следящих систем с идеальными характеристиками, принципиально адаптационных и потребляющих минимальное количество энергии.

4. Пересмотр зонной теории твердого тела с позиций принципов взаимодействия. Здесь абстрактно-математические построения квантовой механики заменяются наглядными физическими моделями, которые будут стимулировать разработку принципиально новых электронных приборов.

Принципы взаимодействия тел прошли экспериментальную проверку на реальных моделях и устройствах.

Об авторе

Кандидат технических наук. В 1953 г. окончил Рижское высшее инженерно-авиационное училище. Был главным конструктором ряда военно-технических систем зенитных ракетных комплексов: ЗРК "Беркут", ЗРК "Оса", ЗРК "СН300В", КР II5НРГ и др. В 1972 г. создал и возглавил КБ "Рубин" Министерства радиопромышленности СССР. С 1983 по 2007 гг. – начальник научно-исследовательского отдела 13 ГНИИ МО, главный конструктор авиационной радиостанции с широкополосной несущей "Квант", в настоящее время – ведущий научный сотрудник.