Зверев Г.Я. Физика без механики Ньютона, без теории Эйнштейна, без принципа Гамильтона и без Ψ-функции Шредингера. Изд. 7, испр. и доп.

Oglavlenie

Vvedenie

Dannoe N'yutonom ponyatie sili, kak nezavisimoj i elementarnoj pervoprichini dvizheniya v prirode, gluboko ukorenilos'. Odnako suschestvuyut yavleniya, stavyaschie pod somnenie i nezavisimost', i elementarnost' sili. Odnim iz takikh yavlenij yavlyaetsya REZONANS, traditsionno svyazivaemij s kolebaniyami.

Rassmotrim primer rezonansa iz oblasti radiotekhniki. Na antennu radiopriemnika prikhodyat signali ot razlichnikh radiostantsij. Odnako kolebatel'nij kontur radiopriemnika raskachivaetsya lish' tol'ko ot signala svoej radiostantsii, na kotoruyu on nastroen, ignoriruya drugie signali. Pri etom chuzhie signali mogut previshat' svoj signal v tisyachi raz, no kolebatel'nij kontur neizmenno ikh ignoriruet, otdavaya predpochtenie svoemu signalu. V etom proyavlyaetsya yavlenie rezonansa. Est' peremennaya elektricheskaya sila, kotoraya dolzhna bi v lyubom sluchae uskoryat' zaryadi v kolebatel'nom konture. Odnako eto uskorenie nastupaet tol'ko a osobom sluchae – pri rezonanse. Takim obrazom, sila ne vsegda vizivaet uskorenie.

Perechen' podobnikh yavlenij mozhno prodolzhit' i v oblastyakh, nikak ne svyazannikh s kolebaniyami. Naprimer, grebets v lodke yavstvenno oschuschaet, kak imenno sleduet otdavat' svoyu silu, chtobi lodka uskoryalas'. Ne sozdav usloviya rezonansnoj peredachi svoej sili, grebets ne uskorit dvizhenie lodki i naprasno istratit sili na vozmuschenie vodi. Analogichno, dlya razgona samoleta posle vzleta pilot reguliruet shag vozdushnogo vinta dlya rezonansnogo uskoreniya tyazheloj mashini. Posle troganiya avtomobilya, pereklyuchaya peredachi, shofer obespechivaet rezonansnoe uskorenie massi avtomobilya. Esli ne soblyudat' usloviya rezonansa, naprimer, trogat'sya na visshej peredache, dvigatel' prosto zaglokhnet, khotya moschnost' dvigatelya ostaetsya neizmennoj.

Drugim yavleniem, neob'yasnimim s pozitsii neizmennoj sili N'yutona, yavlyaetsya nerazlichimost' mekhanicheskikh yavlenij, protekayuschikh v pokoyaschikhsya i dvizhuschikhsya sistemakh otscheta (prnntsnp Galileya). Nesmotrya na yavnuyu fizicheskuyu nesostoyatel'nost' etogo printsipa, sut' yavleniya do sikh por ostaetsya zagadkoj prirodi.

V predlagaemoj rabote pokazano, chto v upomyanutikh "zagadkakh prirodi" povinen sam instrument issledovaniya prirodi – mekhanika N'yutona s ee "neizmennoj siloj". Estestvenno, mekhanika N'yutona s ee "neizmennoj siloj", printsipial'no ne v sostoyanii ob'yasnit' yavleniya prirodi, gde sila peremenna.

Silu v mekhanike prinyato nazivat' n'yutonovskoj. Odnako sam N'yuton nikogda ne prizival verit' v real'nost' sili. On schital, chto virazhenie dlya sil est' vsego lish' pravilo, soglasuyuscheesya s kinematicheskimi opitami. N'yuton ne tol'ko predlozhil formulu sili E = m x a, no i predupredil, chto na etom zakanchivaetsya vse vozmozhnoe znanie o nej. Govorya o sile tyagoteniya, on pisal: "Prichinu etikh svojstv tyagoteniya ya do sikh por ne mog vivesti iz yavlenij. Vse zhe, chto ne vivoditsya iz yavlenij, dolzhno nazivat'sya gipotezoj. No gipotezam metafizicheskim, mekhanicheskim skritnim svojstvam ne mesto v eksperimental'noj filosofii. Gipotez ya ne izmishlyayu. Dovol'no togo, chto tyagotenie na samom dele suschestvuet i dejstvuet soglasno izlozhennim nami zakonam i vpolne dostatochno dlya ob'yasneniya dvizhenij vsekh nebesnikh tel".

"Sila N'yutona" – eto ponyatie abstraktno-matematicheskoe, bez kakoj-libo fizicheskoj suschnosti. Poetomu ponyatno stremlenie issledovatelej voobsche isklyuchit' takuyu abstraktnuyu silu iz perechnya osnovnikh ponyatij fiziki. Dalamber schital dvizhuschiesya svojstva "aktivnikh" sil somnitel'nimi: "Ya otkazalsya ot dvizhuschikhsya prichin i polnost'yu izgnal iz mekhaniki sili, predstavlyayuschie soboj tumannie ponyatiya, sposobnie rasprostranit' mrak v nauke, yavlyayuschejsya, po suschestvu, yasnoj i ponyatnoj". Puankare pisal: "Kogda utverzhdayut, chto sila est' prichina dvizheniya – eto metafizika. Est' v uchenii o dvizhuschikh silakh chto-to nepriemlemoe dlya uma. Sistema, kotoraya osvobodit nas ot nikh, uzhe etim odnim budet luchshe nashej". Delo ne ogranichivalos' tol'ko passivnim otritsaniem suschestvovaniya sili. G.Gerts sozdal svoyu novuyu mekhaniku bez privlecheniya ponyatiya sili. Prichinoj dvizheniya tel v mekhanike Gertsa yavlyayutsya "skritie massi", substantsiya kotorikh ta zhe, chto i substantsiya uskoryaemogo imi tela.

Konechno, silu iz mekhaniki ubirali ne iz "ekonomii" kolichestva ponyatij (chto v nauke privetstvuetsya) i ne izNza ee "lozhnosti". Silu "ubirali" dlya togo, chtobi ponyat', raskrit' mekhanizm sili, rol' sili kak prichini uskoreniya tel. Gamil'ton, Kirkhgof, Gerts (i drugie ne upomyanutie zdes' estestvoispitateli) suschnost' sili pitalis' "viudit'" iz sovokupnosti fundamental'nikh ponyatij: prostranstvo, vremya, massa, ob'edinennikh v nekij odin "osnovnoj zakon mekhaniki (prirodi)".

Kak izvestno, popitki usovershenstvovat' mekhaniku predprinimalis' i bez "iz'yatiya" iz nee n'yutonovskoj sili. Lorents, Puankare, Ejnshtejn predlozhili svoi teorii uluchsheniya mekhaniki N'yutona. Odnako vse eti teorii bili lish' "kosmeticheskimi", ibo oni ne zatragivali osnovu mekhaniki N'yutona – ee "neizmennuyu silu". Poetomu vse oni neizbezhno okazivalis' tol'ko formal'no matematicheskimi ukhischreniyami, vkonets zaputivali fiziku upomyanutikh yavlenij.

Ob'ektivnosti radi nado otmetit', chto Ejnshtejn, i tem bolee Lorents i Puankare, vovse i ne stavili zadachu usovershenstvovaniya mekhaniki N'yutona. Oni razrabativali teoriyu otnositel'nosti v mekhanike i elektrodinamike, ostavlyaya, kak im kazalos', v neprikosnovennosti "neizmennuyu silu". No reshit' zadachu otnositel'nosti bez peremennoj sili ob'ektivno nevozmozhno. Poetomu oni nevol'no i neyavno, no neizbezhno, prikhodili k peremennoj sile, ne osoznavaya etogo. Otsyuda polnaya nefizichnost' ("zaumnost'") ikh usovershenstvovannoj mekhaniki.

Mnogochislennie fizicheskie yavleniya pokazivayut, chto sila, dejstvuyuschaya na telo, sama zavisit ot skorosti uskoryaemogo eyu tela. Bolee togo, opit pokazivaet, chto vsegda est' takaya rezonansnaya skorost' tela, pri kotoroj sila budet maksimal'noj, a pri drugoj opredelennoj skorosti ona budet ravna nulyu. No esli sila zavisit ot skorosti uskoryaemogo tela, ona sama dolzhna nesti v sebe etu "skorost'". A skorost' mozhet imet' tol'ko material'noe telo. Sledovatel'no, sila obrazuetsya tol'ko material'nimi chastitsami, imeyuschimi opredelennuyu skorost'. Eto mozhet bit' potok chastits ili prodol'nie kolebaniya v srede.

V sovremennoj mekhanike abstraktnaya, "mificheskaya" sila N'yutona, kak prichina uskoreniya tela, na slovakh takzhe zamenena na material'noe "vtoroe telo", uskoryayuschee pervoe. Odnako, parametri etogo vtorogo tela ("sili") v uravnenie uskoreniya pervogo tela ne voshli. Uravneniya s uchastiem n'yutonovskoj sili ostalis' neziblemimi, i "novaya sila" – vtoroe telo – ostalas' pustoj deklaratsiej.

Takim obrazom, v predlagaemoj rabote vzamen mekhaniki N'yutona s ee "neizmennoj siloj", uskoryayuschuyu passivnoe telo, predlozhena novaya mekhanika, osnovannaya na printsipial'no novoj kontseptsii: kontseptsii uskoryaemogo tela i tela-uskoritelya. Takoe razdelenie funktsij tel, konechno, uslovnoe – zdes' tela vzaimodejstvuyut kak ravnopravnie aktivnie elementi prirodi. Poetomu novaya mekhanika postroena v forme printsipov vzaimodejstviya dvukh tel. Printsipi opirayutsya na universal'nie zakoni sokhraneniya energii i impul'sa, poetomu rasprostranyayutsya na vse vidi materii.

V predlagaemikh printsipakh raskrit mekhanizm uskoreniya odnogo tela drugim. Inache, raskrit mekhanizm sili – mekhanizm prichini uskoreniya tela: telo uskoryaetsya telom. Poetomu ponyatie abstraktnoj n'yutonovskoj sili zdes' okazalos' nevostrebovannim. Ponyatie sili v printsipakh vzaimodejstviya dvukh tel okazalos' nenuzhnim, lishnim.

Samoj izvestnoj siloj yavlyaetsya sila prityazheniya planet, Zemli. Vpervie "obnaruzhil" ee N'yuton i nashel zakon ee dejstviya – zakon vsemirnogo tyagoteniya. Kavendish eksperimental'no podtverdil, chto prityazhenie mass drug k drugu obyazano "sile tyagoteniya" N'yutona i opredelil velichinu gravitatsionnoj postoyannoj.

Pervim vnes yasnost' v fizicheskuyu suschnost' sili tyagoteniya Lesazh. On ob'yasnil, chto tela ne "prityagivayutsya" drug k drugu "tyagoteniem" ("gravitatsiej"), a stalkivayutsya chastitsami-lesazhonami, letyaschimi so vsekh storon. Nakonets, Lukin eksperimental'no podtverdil gipotezu Lesazha. V ego pribore dlya opredeleniya prirodi sili tyagoteniya, massivnoe kol'tso vraschalos' ot organizovannogo priborom potokov lesazhonov. Siloj "prityazheniya", kak izvestno, vizvat' vraschenie nevozmozhno. Takim obrazom, novaya mekhanik:a, osnovannaya na kontseptsii vzaimodejstviya uskoryaemogo tela i telauskoritelya, vistroena na tverdo ustanovlennom eksperimental'nom fakte. Po sravneniyu s mekhanikoj N'yutona, printsipi vzaimodejstviya tel naibolee polno i tochno opisivayut suschnost' yavleniya uskoreniya tel. Eto kachestvenno bolee visokij uroven' opisaniya yavlenij vzaimodejstviya v prirode. Poetomu zadachi fiziki, nedostupnie dlya mekhaniki N'yutona, printsipi razreshayut prosto, naglyadno i tochno. Upomyanutij vishe printsip Galileya nedostupen dlya mekhaniki N'yutona. Printsipi razreshayut zadachu otnositel'nosti na elementarnom urovne, naglyadno, v ramkakh klassicheskoj fiziki, bez zaumnikh "izmenenij prostranstva – vremeni". Drugaya upomyanutaya vishe printsipial'no vazhnaya zadacha fiziki – rezonans, takzhe nedostupnaya mekhanike N'yutona, printsipami razreshaetsya "pokhodya" – prosto kak odin chastnij sluchaj obschego printsipa vzaimodejstviya tel – "rezonansnoe vzaimodejstvie".

Iz predel'no elementarnoj modeli vzaimodejstviya tel (v nej vsego tri elementa: uskoryayuschaya chastitsa, uskoryaemoe telo i svyazka), opisivaemaya sootvetstvenno stol' zhe elementarnim matematicheskim apparatom, vitekayut suschnosti takikh fundamental'nikh ponyatij, k:ak: inertsiya pok:oya, inertsiya dvizheniya, pervoe i vtoroe nachala termodinamiki, postoyannaya Planka, suschnost' volnovoj chastitsi, printsipa naimen'shego dejstviya. Printsipi dayut otsenku uravneniyam Lorentsa, spetsial'noj teorii otnositel'nosti Ejnshtejna, pokazivayut ikh ogranichennost': oni spravedlivi lish' dlya uzkogo kruga yavlenij vzaimodejstviya, a v ostal'nikh sluchayakh prosto neverni. Printsipi pogloschayut spetsial'nuyu teoriyu otnositel'nosti i delayut ee nenuzhnoj kak spetsificheskuyu (neklassicheskuyu) fiziko-matematicheskuyu teoriyu. Printsipi takzhe dayut otsenku pervoosnovam kvantovoj mekhaniki Shredingera–Gejzenberga, pogloschayut ikh i delayut ikh nenuzhnimi kak spetsificheskie (neklassicheskie) matematicheskie teorii.

Mozhno skazat', chto printsipi vzaimodejstviya dvukh tel klassicheskoj fizike dayut "vtoroe dikhanie" – ona osvobozhdaetsya ot nesvojstvennoj ej chuzherodnoj spetsial'noj teorii otnositel'nosti i lishennoj vsyakoj naglyadnosti abstraktno-matematicheskikh postroenij kvantovoj mekhaniki. V svyazi s etim, polagaem, chto, kak bi ne bili interesni pereosmislennie i "obnovlennie" uravneniya Lorentsa, Ejnshtejna i kvantovaya mekhanika, – vse eto est' uzhe tol'ko istoriya stoletnej davnosti. Mosch' printsipov tselesoobrazno napravit' na reshenie novikh zadach. Poetomu nastoyaschaya rabota predlagaetsya v kachestve sovremennogo universal'nogo fiziko-matematicheskogo instrumenta dlya resheniya prakticheskikh zadach, nerazreshimikh imeyuschimisya sejchas fizicheskimi predstavleniyami, naprimer, takikh kak:

1. Ovladenie metodami visokoizbiratel'nogo vozdejstviya na veschestva i zhivie tkani putem ispol'zovaniya kolebatel'nogo rezonansa slozhnikh sistem. Eto podavlenie rakovikh kletok v meditsine, poluchenie sverkhchistikh veschestv. Izbiratel'noe vozdejstvie na rakovie kletki pozvolyaet uvelichivat' moschnost' podavlyayuschego vozdejstviya na neskol'ko poryadkov, ne opasayas' povredit' okruzhayuschie tkani i veschestva.

2. Ovladenie metodom moschnogo vozdejstviya na slozhnie veschestva putem ispol'zovaniya kolebatel'nogo rezonansa slozhnikh sistem.

Eto visokoeffektivnie vozdejstviya na tverdie tela, polimeri, zhivie kletki, molekuli, atomi, yadra, eto ekologicheski chistie teplovie dvigateli. Sejchas zdes' ispol'zuyutsya vozdejstviya moschnie, no "slepie": visokaya temperatura, impul'si lazera i t.d. Effektivnost' takikh vozdejstvij nevisoka. Slozhnie veschestva predstavlyayut iz sebya kolebatel'nie strukturi, poetomu oni po samoj svoej prirode ne vospriimchivi k "nepritsel'nim" vozdejstviyam.

3. Peresmotr s pozitsij printsipov vzaimodejstviya tel ispol'zuemikh sejchas yavlenij prirodi s tsel'yu polnoj realizatsii ikh vozmozhnostej putem ispol'zovaniya postupatel'nogo rezonansa, vitekayuschego iz printsipov vzaimodejstviya tel. Eto povishenie effektivnosti teplovikh dvigatelej, elektromashin, priborov i t.d. Nesmotrya na vekovuyu istoriyu mnogikh iz nikh, razrabotani oni bez ucheta rezonansa, poetomu mogut bit' uluchsheni. Naprimer, real'no sozdanie gazovoj turbini s KPD 80% po sravneniyu s dostignutimi v nastoyaschee vremya 35%. Vozmozhno sozdanie moschnikh sledyaschikh sistem s ideal'nimi kharakteristikami, printsipial'no adaptatsionnikh i potreblyayuschikh minimal'noe kolichestvo energii.

4. Peresmotr zonnoj teorii tverdogo tela s pozitsij printsipov vzaimodejstviya. Zdes' abstraktno-matematicheskie postroeniya kvantovoj mekhaniki zamenyayutsya naglyadnimi fizicheskimi modelyami, kotorie budut stimulirovat' razrabotku printsipial'no novikh elektronnikh priborov.

Printsipi vzaimodejstviya tel proshli eksperimental'nuyu proverku na real'nikh modelyakh i ustrojstvakh.

Ob avtore

Kandidat tekhnicheskikh nauk. V 1953 g. okonchil Rizhskoe visshee inzhenerno-aviatsionnoe uchilische. Bil glavnim konstruktorom ryada voenno-tekhnicheskikh sistem zenitnikh raketnikh kompleksov: ZRK "Berkut", ZRK "Osa", ZRK "SN300V", KR II5NRG i dr. V 1972 g. sozdal i vozglavil KB "Rubin" Ministerstva radiopromishlennosti SSSR. S 1983 po 2007 gg. – nachal'nik nauchno-issledovatel'skogo otdela 13 GNII MO, glavnij konstruktor aviatsionnoj radiostantsii s shirokopolosnoj nesuschej "Kvant", v nastoyaschee vremya – veduschij nauchnij sotrudnik.