Чижов Е.Б. Геометризация физических величин

Оглавление

Предисловие

Наука в новом тысячелетии вступила в новую эпоху физических парадигм. Старые парадигмы вступили в противоречие с новыми экспериментальными фактами и оказались несостоятельными. Физика ОТО и Бора, физические и космологические мифы, основанные на этих теориях, рухнули, несмотря на мощную поддержку их со стороны официальной науки. Настоящая книга представляет новую математическо-физическую парадигму и является продолжением исследований пространственных структур наблюдаемой Вселенной, основы которых заложены в книгах "Пространства" и "Введение в философию математических пространств". В этой книге осуществлена полная геометризация физических величин, о чем мечтали великие исследователи природы. Вместе с новой геометрией, по которой строится вещество, изложенной в книгах "Пространства" и "Введение в философию математических пространств", представленная книга дает новую модель зарождения вещества из качественно-количественных чисел и их взаимодействие между собой. Эти взаимодействия основаны на очень простых законах, открытых еще И.Ньютоном, Кулоном и др. Сложных математических уравнений, которыми пестрит современная физика, не требуется, так как эти уравнения являются чисто феноменологическим и не несут за собой никаких физических реалий. Господь Бог не только не играет в кости, но и не создает Вселенную по тем математическим уравнениям, которыми заполнены целые страницы монографий и учебников по физике.

Представленная геометризация физических величин не является окончательной и бесповоротной. В этой книге я хотел показать, что такая геометризация возможна. Сама же геометрия, по которой строится вещество, требует доработки и стандартизации новых понятий в области качественных, количественных и качественно-количественных чисел, а также математических действий с ними. Полученные количественные значения энергий убедительно показывают, что наблюдаемая Вселенная полностью скомпенсирована, является стационарной и все качественно различные физические взаимодействия целиком согласуются между собой. Эта книга не претендует на абсолютную истину, так как, как и все научные книги, основана на идеализации математических и геометрических понятий. Даже при такой идеализации оказывается, что практически все физические параметры макро- и микромира взаимосвязаны между собой и находятся в геометрической взаимосвязи.

Пользуюсь возможностью выразить большую благодарность всем тем моим коллегам, друзьям и близким, которые в той или иной степени принимали участие в появлении этой книги. Особую благодарность выражаю своей жене Наталье Михайловне Ржаницыной, которой и посвящаю эту книгу.

Введение

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира [1, т.5, с.310]. Эта наука лежит в основе всего современного естествознания. Физика подразделяется на ряд дисциплин, каждая из которых описывает закономерности той или иной отрасли естествознания. Существует классическая физика, физика твердого тела, термодинамика, электродинамика, квантовая физика и др. Так как природа одна и естествознание одно, следовательно, все эти разделы физики описывают одну природу и одно естествознание, но с разных позиций. Физика, как и любая другая наука, строится следующим образом:

Эти основания затем проверяются при помощи экспериментов на практике. Вследствие этого физика базируется на тщательном измерении. Между основаниями физики и экспериментом лежит логическая пропасть. Наблюдения и эксперимент проверяют некоторые частные посылки гипотез, вводимых как законы. В этой точке исследования может возникнуть целая цепь ошибок, так как полученные закономерности отражают не объективную истинность, а только принятие или не принятие той или иной гипотезы. Вследствие этого все наши установленные законы природы являются по существу только условной истинной, а не самой истиной. Единственно всё, что мы можем сделать – это выразить наблюдаемые явления в удобной для нас форме и пользоваться этим способом выражения для прагматических объяснений наблюдаемой картины мира. Законы движения планет, выдвинутые И.Кеплером, движутся не по эллипсам, а по гипоциклоидам, и даже не вполне точно по ним. Законы физической химии Бойля и Ван-дер-Ваальса есть некое математическое приближение происходящего в действительности межмолекулярного взаимоотношения.

Существует еще другой путь познания в физике – это так называемый аксиоматический путь, путь, основанный на логических законах, исходя из минимума основных неопределяемых принципов. Этот путь таит в себе угрозу односторонности, так как он очень часто вырождается в бессодержательный формализм. Физические исследования основываются не на соотношении измеряемых величин, а на основании логических правил. Выводимые физические величины посредством математических формул, содержат гораздо меньший разброс вероятностных ошибок, нежели посредством измерения и кажется, что аксиоматический метод более точен.

В настоящее время описательный физический процесс познания мира отвечает не на вопрос "почему", а на вопрос "как". Ограничиваются общими рассуждениями об энтропии, световых явлениях, неопределенных математических и физических символах, оставляя эти и другие нерешенные вопросы философствующим метафизикам. Те, в свою очередь, не проникая глубоко в суть физических процессов, дают свое, часто ничем не подкрепленное, одностороннее видение мира.

В любом процессе исследования, как правило, обнаруживаются новые неизвестные явления, которые либо отбрасывают, как не подчиняющиеся данной парадигме, либо выделяются. Новому выделенному явлению присваивают имя и, если возможно, дают определение, и под этим именем новое явление вновь исследуют. Если снова обнаруживают необычные свойства этого же явления, то этим необычным свойствам снова присваивают свое собственное имя и дают определение, снова проводят исследования и т.д. Так появились в математических и естественных науках понятия: точка, число, масса, время, температура, сила, энергия и др. На вопрос, что такое "масса", часто отвечают: произведение объема на плотность. Но можно и сказать, что плотность есть частное от деления массы на объем. Тогда, что такое "плотность"? На вопрос, что такое "сила", можно ответить: произведение массы на ускорение, или же масса есть частное от деления силы на ускорение. Тогда, что такое "ускорение" и "масса"? В физике микромира к этим неопределенным понятиям можно добавить следующие:

Эти понятия имеют порой необъяснимые свойства и находятся в головоломных отношениях друг с другом.

Со дня основания физики как науки существуют три алмазных ореха – время, инерция и размерность пространства и физических величин, которые до сих пор грызут ученые физики всего мира, вернее даже не грызут, а больше рассуждают, как их грызть, и орехи остается до сих пор целыми. По мере развития физики к этим трем орехам добавились еще ряд орехов той или иной твердости, разгрызть которые является самой существенной задачей современной физики. Вот неполный перечень таких орехов-вопросов:

Почему так много накопилось не решенных вопросов физики? Да потому что физическая наука, как и математика, до сих пор находится в кризисном состоянии. Эти кризисные состояния хорошо описаны в монографиях М.Бунге [2] и Ф.Франка [3]. Я кратко хотел бы остановится на некоторых ключевых моментах этого кризиса. Кризис физики начался с зарождением философского учения рационализма. Научный рационализм основывается на двух основаниях. Первое основание – единственный и основной источник научных знаний – опыт. Второе основание – математика. Количественный метод математики со времен Г.Галилея был признан как основа исследования природных явлений. По мере развития физики второе основание стало превалирующим, и определять физику в целом. Так появилась наука математическая физика [4]. Целые страницы любого современного учебника по физике или монографии испещрены математическими значками и формулами. За частоколом формул, значков и обозначений теряется первоначальный смысл физических законов.

По мере развития физики из первого основания рационализма отпочковалась новая методология философии науки – операционализм, основателем которого стал П.Бриджмен. Первоначально операционализм требовал обязательность физических операций, но постепенно физические операции стали заменяться умственными, а порой и просто символическими операциями. Особенно этот метод распространился в квантовой физике. В основе философии квантовой механики лежит принцип дополнительности, введенный Н.Бором. Суть этого принципа заключается в том, что получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, "дополнительных" к первым. Этот, на первый взгляд, невинный принцип породил таких чудовищных монстров в физике и математике, что диву даешься. Вот эти особенности квантовой теории в интерпретации академика А.Б.Мигдала [5]:

Благодаря принципу и следствиям (особенностям) из этого принципа в физике возникли операторы. "Операторы в квантовой теории – символическое изображение составленное по определенным правилам математических операций, используемых в квантовой теории для преобразования встречающихся в ней величин", – таково современное физическое определение этого понятия [1, т.3, с.410]. Вот это "символическое изображение операций" (не число, не геометрическая точка, а только символ, знак, цифра изображенная человеком на бумаге!) может рождать и уничтожать материальные элементарные частицы. Интересно было бы поставить физикам эксперимент, какие новые элементарные частицы будут рождаться, если мы сменим символику написания операторов. Этот принцип позволяет физикам создать любую теоретическую модель чего-либо и подогнать под нее математику. Так возникла наука – математическая физика. Возникновение математической физики предсказывал Ф.Бэкон: "Ведь по мере того как физика день от дня будет приумножать свои достижения и выводить новые аксиомы, она будет во многих вопросах нуждаться всё в большей помощи математики; и это приведет к созданию еще большего числа областей смешанной математики" [6, т.1, с.238]. Ф.Бэкон тут же делает вывод, что в этом случае математика и логика будут господствовать над физикой и могут отбросить ее на второй план. Его предсказание осуществилось. В современной квантовой физике появились мнемонические термины-фантомы, правила, постулаты и принципы. Всем им приписываются определенные математические структуры и значки по типу определения понятия "оператор". "Непостижимая эффективность математики в естественных науках" [7, c. 182] – так называется один из разделов книги лауреата Нобелевской премии Е.Вигнера. И далее: "Я мог бы определить математику как науку о хитроумных операциях, производимых по специально придуманным понятиям (курсив мой – Е.Ч.). Особенно важная роль при этом, разумеется, отводится придумыванию новых понятий" (курсив мой – Е.Ч.). Ну что скажешь на это? При помощи этих придуманных математических операций и чисто символов строится вся квантовая физика. В этом "театре абсурда" по выражению философа Р.А.Аронова за частоколом формул, значков и символов совершенно теряется смысл физических законов [8]. Кроме того, операторы действуют только на три пространственные координаты, четвертая координата – время – остается классической величиной [9]. Почему такая дискриминация четвертой координаты общепринятого 4-мерного пространства-времени? Я полагаю, что введи такой оператор, то время может возникнуть и исчезнуть, и тогда вся операторная наука летит в тартарары. Поэтому и не трогают время. Придуманные новые математические понятия высветило основную проблему математики – проблему существования объектов математического мышления. Существуют ли мыслительные математические объекты (типа операторов) в реальности?

Квантовая и релятивистская квантовая механика представляет собой гибрид своих собственных и классических представлений. Математические модели, описывающие исследуемые процессы в естествознании не касаются сущности этих процессов, затрагивают лишь только их количественную сторону. "Математики имеют дело только со структурой рассуждений, и им, в сущности, безразлично, о чем они говорят. Им даже не нужно знать, о чем они говорят, или, как они сами выражаются, – истинны ли их утверждения" [10, c. 47] – пишет лауреат Нобелевской премии по физике Р.Фейнман. Поэтому современные интерпретации явлений физики микромира есть математические фантазии некоторых физических школ, перенесенные ими на физические реалии.

Помимо квантовой теории строения атомного ядра, предложенной Н.Бором, в этом веке в основу современного мироздания была положена релятивистская теория тяготения (общая теория относительности), созданная А.Эйнштейном. Теория А.Эйнштейна была позднее подтверждена всего лишь тремя экспериментальными фактами, хотя объяснение этим экспериментальным фактам могло быть совсем иное. Спустя 85 лет положение в области экспериментов, подтверждающих эту теорию практически не изменилось. Принятие этой теории мировыми школами физиков было не однозначным. Ряд известнейших зарубежных физиков и математиков Мах, Пуанкаре, Эренфест, Абрагам и более поздние Бонди [11] и Брюллиэн [12, 13], ряд советских ученых [14] скептически и с осторожностью относились к этой теории. Приведу высказывание ведущего советского специалиста по теории относительности академика А.З.Петрова: "Что же касается общей теории относительности, то вопреки довольно распространенному мнению могучее сооружение этой теории покоится на столь шатком экспериментальном фундаменте, что ее можно назвать колоссом на глиняных ногах. В самом деле, этот фундамент в настоящее время образован всего лишь двумя астрономическими наблюдениями (смещение перигелия Меркурия и отклонение светового луча при прохождении около диска Солнца) и одним наблюдением красного смещения в поле большой массы (которое может быть объяснено и без привлечения общей теории относительности)... Получается парадоксальная картина. С одной стороны, общая теория относительности является основой, на которой разрабатываются самые тонкие методы исследования мира (топологические, инвариантно-групповые, расслоенных многообразий и т.п.), в ней применяются такие изящные аналогии, как квантование гравитационного поля, а с другой – отсутствует тщательная экспериментальная проверка основной аксиомы этой теории, отождествляющей поле гравитации с пространственно-временным континуумом, не существует опытных измерений основных величин теории, например энергии поля тяготения" [15, с.6]. Но их критические высказывания были гласом вопиющим в пустыне. Эта спекулятивная теория до сих пор является основой всей физической науки.

В началах СТО и ОТО лежит ряд аксиоматических положений, возведенных в онтологические принципы (см. раздел 1.3).

С философских позиций бросаются в глаза следующие нелепости.

1. Основной онтологический принцип ОТО – отказ от гипотезы эфирного континуума как пространства, в котором существуют и двигаются материальные объекты. Вместо бесконечного пространства вводится искривленное пространство-время и измерение движения наблюдаемого объекта осуществляется при помощи криволинейных координат. Единственные доказательство тому, что пространство криволинейно существует только в субъективном пространстве мышления самого А.Эйнштейна и некоторых других его апологетов. Искривляться может траектория движения материального тела, искривляться могут невидимые и неощущаемые части пространства (поля), искривляться могут взаимные положения материальных тел относительно друг друга, но не пространство! Эксперимент Майкельсона–Морли, осуществленный в 1887 г., показал, что относительное движение Земли и "эфира" не превышает одной четвертой орбитальной скорости Земли. Д.К.Миллер в период 1902–1926 гг. воспроизводил эксперимент Майкельсона–Морли на более совершенной аппаратуре много тысяч раз и получил те же данные [16]. "Профан, которого учили уважать ученых за их безусловное доверие к наблюдаемым фактам и за то рассудительно-бесстрастное отношение, которое они испытывают к научным теориям (будучи всегда готовыми отбросить теорию, столкнувшись с противоречащим ей фактом), пожалуй, решил бы, что, после того как Миллер доложил на заседании Американского физического общества 29 декабря 1925 г. о своих не вызывающих никакого сомнения результатах, все присутствующие немедленно отказались от теории относительности", – пишет физик и философ М.Полани [17, c. 33]. Но не тут-то было: "...к этому времени все уже были настолько интеллектуально непроницаемы для любых соображений, представляющих угрозу открытию Эйнштейна и той картины мира, которая им определялась, что еще раз начинать мыслить по-новому было уже невозможно" (курсив мой – Е.Ч.) [17, c. 34]. М.Полани подтверждает ранее сделанное предупредительное высказывание Ф.Бэкона по этому вопросу: "Разум человека всё привлекает для поддержки и согласия с тем, что он однажды принял, – потому ли, что предмет общей веры, или потому, что ему нравится. Каковы бы ни были сила и число фактов, свидетельствующих о противном, разум или не замечает их, или пренебрегает ими, или отводит и отвергает их посредством различений с большим и пагубным предубеждением, чтобы достоверность прежних заключений осталась ненарушенной" [18, т.2, с.20]. "Вся глупость Эйнштейна в том, что он был троечником в школе и большим невеждой в мышлении – в философии" [19, c. 14], – резюмирует Р.Череш. Таким образом, всё мировое сообщество ученых закрыло глаза на очевидность экспериментальных фактов и в течение целого столетия изучало, исследовало и интерпретировало криволинейность пространства и воображаемых явлений, возникших в голове математического и физического "троечника" А.Эйнштейна и его последователей.

2. Второй онтологический принцип – принцип постоянства скорости света во всей Вселенной. Абсолютизация скорости требует положения о существовании Абсолютного конечномерного пространства и Абсолютного конечномерного времени! Сама же скорость конечна. Это типичный логический парадокс, типа "Я – лжец". Таким образом, А.Эйнштейн, выражаясь русским языком, "совместил во Вселенной пол с потолком". Где может быть подтверждена правильность теории А.Эйнштейна? Конечно в астрономии. Но если внимательно прочесть последние сборники по вопросам пространства, времени, движения и астрономии, то, практически все исследователи отвергают принцип постоянства скорости света, а астрономы никогда и не использовали эту постоянность [20–22].

3. Третий онтологический принцип – идентичность понятий "существование" и "одновременность". Существование материальных объектов и время, категории совершенно разные и одно совершенно не зависит от другого. Существование – философская категория, а время единица измерения этого существования. Существовать можно и без времени. Так Абсолютное пространство, где нет времени, существует. Объект уже не существует, а время идет. Все материальные объекты существуют в чем-то. Человек существует на Земле, Земля в Солнечной системе, Солнечная система в Галактике и т.д. Одновременность это понятие, когда рассматриваемые события произошли в одно и то же время. Что такое время никто ни из физиков, ни философов до сих пор не знает. По моим представлениям физическое время это неподвижное по поступательному движению одномерное пространство. Измеряем же мы время при помощи его единицы – секунды. Но сама единица измерения времени ко времени не имеет никакого отношения. При помощи секунды мы измеряем не время, а движение объекта, причем объект может не двигаться, а его время идет. Например, мы говорим: машина стоит целый час. Секунда есть просто число измерения дискретно непрерывного движения стрелок часов или количество колебаний маятника. Время только "теперь", а стрелой времени являемся мы сами, благодаря собственному движению, находясь внутри собственного интервала, называемого жизнью. Стрела времени есть стрела самого объекта, стрела движения объекта от его рождения или создания до его смерти или разрушения. Например, человек сначала зарождается и существует во внутреннем пространстве матери. Затем он рождается, выходит во внешнее пространство и начинает существовать в этом пространстве. Во внутреннем пространстве он существует примерно 9 месяцев, а во внешнем 60–100 лет. С моей точки зрения в этом примере между существованием человека и его временем нет никакой идентичности.

4. Четвертый онтологический принцип – пространство, масса и время зависят от соотношения скоростей. Пространство и время не могут зависеть от соотношения скоростей, так как линейное пространство и время входит в понятие скорости и является его причиной, кроме того, как будет показано в гл.4, время является самим линейным пространством, а скорость – двумерным пространством. В классической физике скорость зависит от единицы линейного пространства и времени, но я нигде не встречал зависимость единицы линейного пространства и времени от скорости. Поэтому, выводить следствие через причину с любых гносеологических точек зрения не корректно. Масса же к скорости вообще не имеет никакого отношения. Она может двигаться с определенной скоростью, но ее количество и качество не зависит от скорости. Отношение скоростей дает нам число и с вычислительной точки зрения, полученные результаты могут быть правильными. Но переносить эти математические вычисления на то, что пространство, время и масса реально изменяются в зависимости от соотношения скоростей не только не корректно, но и абсурдно.

Следует отметить, что А.Эйнштейн является родоначальником еще одной ветви физики – эстетической, в основу которой положены не эксперимент, а красота! Об этой новой точки зрения на физику пишет в своих воспоминаниях П.Дирак: "Эйнштейн был твердо убежден, что законы природы должны записываться в виде красивых уравнений. Он считал это совершенно необходимым. Именно поиск красоты составляли основу эйнштейновского метода работы. Согласие с экспериментом не было для него фактором" (курсив мой – Е.Ч.) [23, с.46]. И далее: "...теория, обладающая красотой и элегантностью теории Эйнштейна, просто обязана быть правильной. И если в каком-нибудь из приложений теории возникает расхождение, то причину надо искать не в крахе общих принципов теории, а в каком-то связанном с этим приложением побочном явлении, которое не было соответствующим образом учтено" [24, с.57]. Каково, а? Эстетическая физика сразу же породила теорию черных дыр и инфляционную Вселенную, возникшую в результате Большого взрыва точки. Лавры эстетичности уравнений А.Эйнштейна перехватили создатели еще одной удивительной физической теории – теории суперструн. "Физики, работающие над теорией суперструн больше не занимаются физикой, потому что их теории никогда не могут быть подкреплены экспериментами, а только субъективными критериями, такими, как элегантность и красота" [25, с.115]. Если теория А.Эйнштейна, как считают некоторые физики, была экспериментально подтверждена, то теория суперструн не поддается тестированию, не может быть экспериментально проверена и поэтому может быть всем чем-либо, но не физикой. Автор одного из учебников по теории суперструн М.Каку пишет: "Тому, кто впервые изучает эту теорию, она часто представляется удручающим набором легенд и исторических анекдотов, взятых с потолка рецептов и интуитивных допущений" [26, с.13]. По этим "красивым легендам и анекдотам" учат маститые ученые студентов, некоторые из которых в дальнейшем тоже станут маститыми учеными и в свою очередь передадут эти легенды и анекдоты другим студентам и т.д. Красота естественных и искусственных материальных объектов характеризуется соразмерностью частей, симметрией и гармонией. Естественный мир не является абсолютно гармоничным и симметричным, развитие материальных объектов происходит в нечетных пространственных измерениях с целью достичь невидимого "четного покоя" [27]. На основании этого ни о какой красоте физического мира не приходится говорить.

На протяжении почти всего XX века эти теории, которые с любых философских или других научных позиций представляют логический нонсенс и которые должны были бы быть закрыты, как теория флогистона, владеют умами многочисленной физической когорты ученых. В научных школах, которые придерживаются этих паранормальных парадигм, пишутся сотни монографий, учебников, защищаются диссертации. Вследствие этого, в настоящее время трудно отличить настоящую науку от псевдонауки из-за того, что мы находимся внутри последней [28].

Основная задача современной физики, выражаясь словами В.В.Низовцева, – "чисто политическая: реставрация" [29]. Эта реставрация должна основываться на позитивистских требованиях, согласно которых все используемые понятия должны обладать экспериментальным, и добавим геометрическим смыслом. Любое понятие физики только тогда имеет содержание, когда операции над этими понятиями (только не логические и не операторные) соотносятся с реальностью. Экспериментальные доказательства имеют более высокий статут, нежели математические, поскольку последние не в состоянии охватить всю сложность и тонкость явлений физического мира. Математические рассуждения, строящиеся на абстрактных математических постулатах и предположениях, могут легко привести к ошибкам. В настоящее время с физическими величинами проводятся математические операции: сложение, вычитание, деление, умножение, дифференцирование, интегрирование, возведение в квадрат, извлечение корня и др., хотя никто и никогда не доказал, что с любой физической величиной можно проводить это математические действия. Полученные результаты считаются истинными и принимаются всеми исследователями как окончательные. Никто не задавался вопросом: можно ли дифференцировать ту или иную физическую величину, а вдруг она является числом? Например, некоторые исследователи считают физическое понятие "время" числом. Если это так, то никакими дифференциальными уравнениями не могут быть описаны движения материальных тел. Время считается непрерывным однонаправленным явлением из настоящего в будущее (знаменитая стрела времени). Если это понятие имеет только одно направление, то что означают степенные функции квадрата и куба, стоящие во временных размерностях ускорения и мощности? Это что поверхность и объем времени, или это просто сокращенная формальная запись для соответствующих вычислений? Если принять последнюю позицию, то, следуя этой логике, ни о каких-либо площадях и объемах, в которых стоят аналогичные степенные функции рассуждать не имеет смысла. На основании всего этого современную математику, которую используют для описания физических явлений, я назвал бы псевдоматематикой, так как она является только подгоночным инструментом для получения количественных результатов в физике.

Непостижимая эффективность математики в физике возможна только лишь в том случае, если все физические величины выразить через математические понятия. По моему мнению, это вероятно только при условии приведения семи физических единиц к одной единице. Если взять в качестве основы физической единицы длину, то возможна полная геометризация всех физических единиц и величин и тогда всяким математическим спекуляциям с физическими величинами будет положен конец, и с ними можно смело проводить те или иные математические действия.

То что в природе, а следовательно и в физике, всё взаимосвязано не вызывает никаких сомнений. В физике же меня поразили два взаимосвязанных факта. Первый факт в микромеханике: формальное совпадение записей квазичастиц твердого тела (eeh, hhe, he) с записью кварковских структур адронов (ddu, uud, ud). Второй факт в макромеханике: обратное совпадение размерности ускорения LT^–2 и энергии гравитации (LM^–2)^–1. Такое совпадение в природе не может быть случайным. В первом случае возникло предположение, что геометрия и свойства электронно-дырочных состояний поверхности конденсированных систем является отображением глубинных процессов, протекающих в кварк-глюонных составляющих атомного ядра. Во втором случае возникло предположение, что квадраты массы и времени являются аутентичными понятиями (M² = T²), а ускорение и энергия гравитации имеют обратные размерности. Эти два знаменательных фактора послужили основой геометризации физических величин.