Читайте также: |
|
Попробую показать физическую и логическую противоречивость данной формулировки, а также отсутствие в ней определения физической сущности силы инерции. Суть этой формулировки заключается в словах: «Удерживает свое состояние...»
Но «удерживать свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения» по механике возможно только в том случае, когда тело не «предоставлено самому себе», а находится среди «истинно неподвижных» или «истинно подвижных» тел, т.е. передвигается мимо них или испытывает на себе их воздействие. А так как у Ньютона нет объективных свидетельств о состоянии движения тел, то приходится, указывая пальцем, определять, какие тела в пространстве «истинно покоящиеся», а какие движущиеся относительно «истинно покоящихся». И сам Ньютон сетует на то, что и в этом конкретном случае, когда тела перед глазами, не исключена ошибка в определении движения тела или его покоя. Тем более она возможна, когда «тело предоставлено самому себе», и только опять же мысленно мы можем представлять, что оно «предоставлено самому себе». Но такое мысленное представление еще не означает, что тело находится само по себе и для себя в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, поскольку это мысленное представление не есть доставка этого же тела из места, подверженного воздействию гравиполя, в место, где гравиполе отсутствует, ну как, например, груза на паровозе. И мы не можем, как для груза, заранее сказать, что это тело после такого перемещения останется тождественным само себе.
Мысленно же, вслед за Ньютоном, и до сего времени предполагается, что, совершив телепортацию из гравиполя во вне гравиполя, тело, как огурчик с поля, останется само собой, чтобы демонстрировать нам прямолинейное (опять же мысленное) и равномерное (и снова мысленное) движение, которое по Ньютону невозможно обнаружить даже мысленно.
В этих мысленных операциях как-то забывается, что свойство «напряженность гравитационного поля» присуще не только внешнему пространству, но и самому телу, что оно такое же врожденное свойство материи, как и все остальные свойства, и без него пространство просто не существует. Что внешнее гравиполе такой же атрибут тела, как и его собственное гравиполе, и по этой причине исчезновение внешнего гравиполя равносильно исчезновению заключенного в нем тела. А посему все рассуждения, включая математические, о движении тела вдали от гравитационного поля, как и от гравитирующих масс, которыми охотно и часто балуются физики, есть фикция, игра воображения, способная дать постную пищу уму, но не предлагающая никакого механизма объяснения инерции.
Покажу невозможность существования пробного тела вне гравиполя на примере подъема его с поверхности Земли и с перенесением на бесконечное расстояние R → ∞, на котором напряженность внешнего гравиполя стремится к g → 0. Эта зависимость описывается инвариантом (3.65):
R2g – const,
и отсюда при
R →∞, g → 0.
С возрастанием расстояния между гравитирующим телом и пробным напряженность внешнего гравиполя уменьшается и на бесконечности обращается в 0, что и требовалось доказать для подтверждения невозможности отсутствия гравиполя по механике Ньютона.
Аналогичные доказательства часто фигурируют, естественно математически более насыщенные, в теоретической физике. Однако они фигурируют как отдельные самостоятельные уравнения или группы уравнений, не связанные с другими свойствами систем, которые описывают. Следствием является одностороннее понимание результатов доказательства. КФР все свойства связывает системно и, потому изменение одного свойства, позволяет определить, как это изменение отразится на других свойствах. Например, на массе т тела. Расстояние R связано с массой т инвариантом
Rm2 – const,
и при
R → ∞, т → 0,
т.е. вместе с возрастанием расстояния от Земли до пробного тела, масса последнего будет уменьшаться и при R = ∞ станет т = 0. Таким образом, масса пробного тела, а вместе с ним и само тело, исчезает на бесконечности. Следовательно, формализован-ная система зависимости между параметрами взаимодейст-вующих тел приводит к тому же выводу, к которому привела диалектика качественного анализа.
Все эти рассуждения потребовались для того, чтобы показать, что свойство инерции, понимаемое в механике как движение без взаимодействия, есть логический просчет, ибо уже сама формулировка, включающая понятие «способность сопротивления», предполагает наличие некоторого взаимодей-ствия с пространством, какого-то механизма зацепления или удержания, посредством которого и происходит противодействие, некое «стремление» к сохранению телом своего состояния. И до тех пор, пока этот механизм не будет найдет и объяснен, представление об инерции будет оставаться путаным, неконкретным, туманным, и никакая формулировка закона инерции не будет адекватна его природному аналогу.
Само представление о возможности прямолинейного движения возникло как следствие экстраполяции наблюдаемого иногда в природе, относительно короткого, вызываемого искусственно, прямолинейного движения тел, на область вымышленного пустого пространства.
Вывод о возможности кратковременного искусственного равномерного и прямолинейного движения следовал из некоторых экспериментов Галилея, и они-то послужили основой Ньютону для использования в законе инерции.
Представление о равномерном прямолинейном движении предполагает возможность движения без движущего тела и существование независимых свойств движения. Оно придало скорости статус самостоятельного свойства, не связанного с ускорением и не зависящего от него, а ускорению — возможность исчезать при мыслимом равномерном движении.
Естественное, прямолинейное равномерное движение в природе не наблюдается вовсе. Это прямое следствие того, что все пространство пронизано гравитационным излучением, не существует вне этого излучения и живет этим излучением. Тела же, движущиеся в гравитационном пространстве под его воздействием, всегда изменяют траекторию своего движения и потому принципиально не могут двигаться прямолинейно и равномерно. Именно это обстоятельство потребовало удаления движущегося по инерции без взаимодействия тела из гравитационного поля. Последнее же было возможно опять-таки только при вольном допущении, что тела не взаимодействуют с гравиполем, и по этой причине качественно не меняются при удалении из него. Круг замкнулся.
Вопрос об относительности движения с постоянной скоростью как о движении без взаимодействия мог возникнуть только при механистическом подходе к объяснению свойств и зависимостей природы. Этот вопрос предполагает существование независимых свойств, отсутствие взаимодействия тела с пространством как в статике, так и в динамике, а, следовательно, самотождественность тела в состоянии относительного покоя и движения, возможность прямолинейного движения, исчезновения гравитационного поля и неизменность тела в отсутствии гравитационного поля. Все эти посылки — прямое следствие экстраполяции выводов, сделанных на борту движущегося равномерно большого корабля, и не предполагают никаких качественных различий в состоянии движущихся тел.
В соответствии с принципами диалектического материализма качественные изменения играют определяющую роль в понимании процессов взаимодействия. В природе нет не взаимодействующих систем, и всякое движение есть либо следствие некоего взаимодействия, либо само по себе взаимодействие. Поэтому тело, покоящееся на поверхности другого тела (например, в закрытой тележке на поверхности Земли), имеет одну форму взаимодействия с ней, одно количество самодвижения, одно качественное состояние. То же самое тело, движущееся с постоянной скоростью относительно Земли, имеет другую форму взаимодействия, другое количество движения и иное качественное состояние. Оно не тождественно само себе. Все это вытекает из диалектики. Однако данные диалектические рассуждения ничего не значат для физиков, если за ними не будет стоять предложение конкретного эксперимента, а лучше нескольких экспериментов, переводящих полуабстрактные, качественные, логически последовательные рассуждения в сухую эмпирику экспериментов. Позволяющих превратить качественную систематику в количественные сравнения достигнутых в опыте изменений показателей параметров тел в состоянии покоя и прямолинейного движения с постоянной скоростью.
Надо отметить, что именно абсолютная уверенность физиков в невозможности обнаружения равномерного движения тела приборами, находящимися внутри него, и стала причиной того, что такие эксперименты не проводились, ибо и без них теоретически ясно, что приборы информации о движении не принесут. А потому их проводить — только деньгами сорить. Естественно, что деньгами сорить не стали. В результате этой уверенности три столетия никто не удосужился повторить эксперименты Галилея с использованием даже не капель воды и летающих мух (хотя и без экспериментов понятно, что в равномерно движущемся теле ни одна капля с потолка не попадет в то место, в которое она попадает в неподвижном), а хотя бы гироскопа Фесселя или обыкновенного маятника, не говоря уже о более точных приборах.
Гироскоп Фесселя (рис. 34) представляет собой ротор 1, укрепленный на оси 2, которая свободно ставится на острие стойки 3. На противоположной от ротора стороне оси 2 устанавливается противовес 4, и ось может горизонтально вращаться. Когда ротор гироскопа раскручивается до стандартных оборотов, к оси подвешивают небольшой перегрузок 5, и под его воздействием гироскоп начинает прецессировать. При установившейся горизонтальной прецессии практически не будет наблюдаться нутации. Если теперь использовать этот гироскоп в тележке, а тележку двигать с постоянной скоростью, то уже при равномерной скорости в несколько десятков сантиметров можно будет наблюдать регулярную нутацию ротора с максимумами и минимумами в направлении движения
Рис. 34. и перпендикулярно ему. Эта нутация и регистрирует равномерное движение тела по поверхности, а, следовательно, и его абсолютность.
Выше уже упоминалось, что обыкновенный отвес не занимает вертикального положения в тележке, движущейся с постоянной скоростью, но и не изменяет при движении угол своего наклона, а это и есть показатель абсолютности движения тележки с постоянной скоростью. Отклонение отвеса обеспечивается «уплотнением» эфира, а вместе с ним и напряженности внешнего гравиполя движущимся телом. И следствия «уплотнения» будут фиксироваться самыми различными приборами, включая простейший из них физический маятник. Рассмотрим качественно взаимодействие с гравиполем маятника, колеблющегося в тележке, движущейся с постоянной скоростью.
Прежде всего, для тела, движущегося горизонтально с постоянной скоростью во внешнем гравитационном поле, последнее, как уже говорилось, не остается однородным для качающегося грузика-маятника, в то время как для самой тележки оно остается «уплотненно» однородным. Поэтому фиксировать движение любого тела с постоянной скоростью можно только такими приборами, которые совершают собственное движение как относительно пространства, так и относительно тележки. Причем, например, угол отклонения отвеса в такой тележке определяет как характер «уплотнения» гравиполя, так и характер колебания маятника в этом гравиполе.
На рис. 35 качественно, без разбивки на такты, отражен один период колебания маятника в движущейся тележке, проходящей за единицу времени 1 см (маятник проходит от одной точки до другой, нумерацию точек см. на рис. 29).
Из рисунка 35 следует, что на протяжении одного периода на каждом отрезке пути маятник имеет относительно Земли, а, следовательно, и относительно гравиполя, различную скорость движения, которая складывается
Рис. 35
из скорости движения тележки и скорости колебательного движения маятника. Проектируя скорости на ось XX получаем, что на участке АВ скорости тележки и маятника складываются, а на участке ВА — вычитаются. Следовательно, в отличие от неподвижного относительно пространства маятника, у движущего полупериоды асимметричны. Асимметрия вызвана различными скоростями движения маятника относительно внешнего гравиполя, регистрируется по всем параметрам колебания и легко рассчитывается. На рис.36 графически изображено изменение параметров направления и скорости v движения маятника, напряженности его гравиполя g, и периода колебаний τ в неподвижной тележке (штрихами) и в движущейся (сплошными линиями). На графике фиксируется четкая симметрия изменения параметров v, g, τ у маятника, колеблющегося в неподвижной тележке. Совершенно иная картина наблюдается при колебании в тележке, движущейся с постоянной скоростью. Все рассматриваемые параметры v, g, τ резко асимметричны. Отмечу, что асимметрия не наблюдается при колебании маятника в плоскости, перпендикулярной движению тележки. Асимметрия полупериодов колебания в плоскости движения позволяет эмпирически, находясь в закрытой тележке, определить состояние ее покоя или движения. Более того,
анализ других особенностей колебания позволяет в принципе найти скорость движения тележки, направление ее движения, массу и радиус тела или пространства, по которому
она движется. А это означает, что движение с постоянной скоростью абсолютно, а не относительно.
Вернемся к эксперименту, который Галилей проводил «в зале под палубой
какого-нибудь большого корабля».
Естественно, что технические возможности средневековья не могли обеспечить тех скоростей и той высоты помещения, которые потребовались бы для фиксации, например, отклонения от вертикали падающей из кружки капли воды. Чтобы это отклонение зафикси-ровать, необходимо «кружку» подве-сить на мачте, на высоте 200-250 м, воду заменить мелкой дробью, равно- Рис. 36. мерную скорость корабля держать где-то 25-30 м/с. Что и сейчас на пределе технических возможностей. И если при движении такого корабля с верхушки мачты уронить дробинку, то в своем падении она отклонится вперед по ходу больше чем на 0,5 мм. Последнее будет зафиксировано приборами и подтвердит, что движение с постоянной скоростью абсолютно, а не относительно.
Абсолютность равномерного движения по поверхности обусловлена тем, что фигура Земли не плоская, а круглая. И точки протяженного предмета (например, мачты корабля), находящиеся на разном расстоянии от центра Земли, будут иметь различную скорость относительно поверхности. Поэтому если за время падения дробинки с мачты (рис. 37) ее основание пройдет расстояние АА, то верхушка — расстояния ВВ', и дробинка упадет в точке С, пройдя расстояние АС = ВВ'. А это и свидетельствует о движении корабля.
Рис. 37
Галилей, по-видимому, исходил из того, что изменения, происходящие в движущемся теле, можно фиксировать ощущениями. И, не уловив заметных отклонений в поведении тел внутри корабля, он сделал вывод, что равномерное движение по криволинейной поверхности является относительным. Именно поэтому принцип относительности распростра-нялся им только на круговые движения.
Это была формальная ошибка. Ее многократно усугубил Ньютон, распрямив круг и постулировав гипотезу об относительности прямолинейного равномерного движения. Именно прямолинейное движение названо позже А. Эйнштейном принципом относительности Галилея, хотя в действительности он сам является его автором.
В результате в механике оказалось не просто две ошибки в понимании движения как процесса взаимодействия, но и утвердилось как естественное понятие прямолинейности, никогда и нигде не подтвержденное экспериментально. Гипотеза прямолинейного и равномерного движения без взаимодействия постепенно стала единственной сущностью инерции. С одной стороны, она как бы объясняла само явление инерции, а с другой — превратилась из гипотезы в реальный факт относительности, не требующий подтверждения своей истинности.
Можно предложить проведение других экспериментов, способных регистрировать иными приборами движение с постоянной скоростью, например атомными часами, гироскопами, световыми лучами и т.д., и все они будут подтверждать качественное отличие тела неподвижного от движущегося.
Используемый классической механикой, как и теорией относительности, принцип относительности движения с постоянной скоростью полностью не вписывается в законы диалектики. Не вписывается потому, что состояние покоя, т.е. то состояние, в котором центр масс одной системы не изменяет своего положения относительно центра масс другой, отличается от состояния движения в пространстве в первую очередь изменением качества. Представление о том, что пространственное движение есть изменение качества и снова изменение качества, отсутствует как у Ньютона, так и у Эйнштейна. Вот это не наличествующее в механике свойство изменения качественного состояния при перемещении из одного места пространства в другое необходимо использовать для эмпирического определения состояния движения. Причем все свойства тела в движении меняются, но меняются в различной пропорции и по-разному в направлении движения и ортогонально ему. И эти изменения совершенно одинаковы как для «медленных», так и для «околосветовых» скоростей. Только эффективность качественного изменения свойств при этом, естественно, будет проявляться с разной степенью наблюдаемости, да и наблюдения будут проводиться другой категорией приборов [41].
Именно уверенность Ньютона и позднее Эйнштейна в невозможности качественных изменений тел при относительном движении, поддержанная научным сообществом, стала психологической преградой на пути любых эмпирических проверок относительности движения. Они не рассматривались и не ставились не потому, что были невозможны для физического исполнения, а потому, что были невозможны постулативно. Физические постулаты превратились в ученый догмат, более жесткий и более действенный, чем догматы общественные и церковные. Научный общественно-психологический запрет более жестко давит на личность, чем любые кандалы и запоры. Он сковывает мысль. Он запрещает вольный полет фантазии. Он навешивает шоры на разум и тормозит развитие и науки и общества.
Однако развитие науки со скрипом продолжается. Появляются эксперименты, не влезающие в обусловленные запретом ворота и потому отвергаемые ортодоксами с порога. (Вдумайтесь — факты в физике отвергаются только потому, что они противоречат запретительным постулатам.) Однако количество таких экспериментов накапливается. Их уже неудобно «заметать под половик», велика становится куча, и делается как-то уже слишком непристойно использование в качестве основного аргумента популярной шуточки «этого не может быть». Появляется необходимость, превращающаяся в потребность — объяснить, какова природа этих ненужных и даже неприличных экспериментов, без нарушения запретов, без разрушения сложившейся ошибочной системы мышления. И чтобы миновать запрет независимо от того, понимают ли это исследователи или нет, разрабатывается мощный математический аппарат (как, например, в квантовой механике), сшивающий некорректные постулаты и подменяющий реальное понимание физических взаимодействий системой очень точных математических операций, подгоняющих решение под необъяснимые эксперименты. Конвенционализм математики обусловливает возможность такого развития финки.
В качестве примера сшивания рассогласованных теорий можно привести также работу И. Пригожина «От существующего к возникающему». В ней для объяснения необратимости физических процессов, на основе сложного математического аппарата (потребовались супероператоры, стохастическая формализация с введением вторичного времени и функционального не геометрического пространства) проводится достаточно формальное внесистемное самосогласование между динамикой и термодинамикой. И делается это с постулированием второго начала в качестве основополагающего динамического принципа, определяющего направление стрелы времени. Однако в этом аппарате отсутствует качественное изменение при взаимодействиях и механизм необратимости. Представление о механизме физических процессов подменяется математической символикой. Понимание сути физических явлений тоже ухудшается. И, следуя Бриллюэну [63], теория (например, теория относительности или квантовая механика) превращается в математическую фантастику, не имеющую предсказательной ценности, а, следовательно, и пользы. Поскольку у теории нет способов предсказания введения тел в процессе физических взаимодействий, то не возникают и идеи экспериментов, подтверждающих или опровергающих теорию. И все обсуждаемые к проведению эксперименты обкатываются в рамках заведомо некорректных постулатов, образующих понятийный базис классической механики и всей физики.
3.6. Движение, ускорение, инерция
Наиболее сложными и наименее понятными проблемами механики Ньютона являются проблемы, связанные с движением, ускорением и инерцией. И хотя большинство ученых не сомневается в полной разработанности этих проблем и однозначного физического толкования их сущности (ведь существует четкий и отработанный математический механизм, описывающий количественно все нюансы движения тел в пространстве), эта уверенность — еще не основание для объяснения движения без взаимодействия, его сущности, возможности прямолинейного движения с постоянной скоростью по инерции (относительное движение) и движения с ускорением. Эта уверенность постулируется и может оказаться не описанием реального природного процесса, а только основой для подгонки математического аппарата под определенные эмпирические данные. Гносеологические корни относительного и абсолютного движения остаются скрытыми и неясными для понимания, а, следовательно, и для формализации процесса движения. Это следствие того, что в механике Ньютона нет онтологического ответа на вопросы: что есть движение и откуда оно берется? Возможно ли существование прямолинейного движения по инерции как движения без взаимодействия? Чем и как вызывается инерция? Возможно ли движение тел в отсутствии гравитационного поля? Вопросов возникает очень много, и они требуют детального описания сущности механизма движения.
Как было показано выше, самодвижение тел — пульсация, является основой всех видов движения, включая перемещение относительно пространства, взаимодействия с последним и вращение. Рассмотрим движение тела, например, стального шара радиусом – 25 см, плотностью ρ = 7,9 г/см3 по поверхности без трения и с учетом его взаимодействия с вращающимся гравиполем Земли. Объем шара V = 6,54·104 см3, масса т = 5,2·102 г, а вес Р = 5,168·105 см.г.с-2. Когда шар лежит на поверхности относительно неподвижно (т.е. его центр масс не перемещается по поверхности, а собственные колебания симметричны, не обеспечивают его перемещение и не принимаются во внимание), то все его параметры сбалансированы с параметрами Земли. Ее везде принимаем невращающейся сферой с радиусом R = 6371 км и не имеющей атмосферы.
Шар, лежащий на поверхности, сам по себе не свободен от нагрузок. Его объем сжат силой F, равной силе веса Р, но никакими приборами и измерениями это давление не определить, поскольку ему подвергаются все элементы измерительных приборов. Именно это давление есть следствие воздействия внешнего гравиполя на тело, и точно с таким же усилием тело сопротивляется внешнему давлению. Причем сопротивление грависжатию определяется свойствами тела, его структурой и строением и проявляется в некотором подобии форме силы Гука.
Важно понимать, что для внешнего наблюдателя вес тела есть его давление на поверхность Земли, а для самого тела вес — внешняя сила, обусловливающая величину его деформации. То есть изменение параметров тела под воздействием гравиполя Земли является причиной возникновения веса.
Начнем разгонять тело по поверхности с постоянным ускорением и доведем скорость v движения до орбитальной v' = 7,91·l05 см/с. В процессе разгона вес тела Р, как это следует из классической механики, « уменьшается», а масса возрастает, что вовсе не следует из той же механики, и, при достижении первой космической скорости, становится равным 0. Естественно, что в процессе разгона меняются все свойства тела, но механика Ньютона фиксирует только изменение силы притяжения и совершенно не объясняет физический механизм, вызывающий это изменение. Попробуем разобраться в этом вопросе.
По механике: при разгоне тела возникает ускорение а', направленное вертикально вверх и равное
а' = – v2/R.
Оно создает телу дополнительную подъемную силу F':
F' = – та'.
При достижении ускорением а величины ускорения свободного падения а = g подъемная сила F' становится равной весу шара Р. Происходит их взаимное погашение:
P – F' = 0.
И в шаре, движущемся с первой орбитальной скоростью, возникает кажущееся состояние невесомости. Этот сценарий как бы подтверждается каждодневно демонстрацией невесомости космонавтами на космических кораблях. И потому указанное объяснение не вызывает никакого сомнения в своей справедливости. Но что произойдет, если усомниться в этом объяснении? И что может вызывать сомнение?
Сомнение вызывает исчезновение той силы — веса, которая является атрибутом тела. Т.е. не может исчезнуть по определению. Если же она исчезла, то и тело, в структуру которого входит эта сила, тоже исчезло, и все предыдущее объяснение являются математическими манипуляциями и становится некорректными.
Как уже говорилось, вес тела обусловлен силой, с которой оно сжимается напряженностью g гравиполя Земли. Когда тело начинает двигаться, возникающее ускорение а (дополнительная напряженность, вызываемая уплотнением гравиполя Земли) не отнимается, а прибавляется к напряженности внешнего гравиполя. И сила сжатия возрастает:
F' = mа'.
И потому движущееся с ускорением тело воспринимает возникшую силу F' как дополнительное сжимающее воздействие, вызывающее пропорциональное возрастание деформации. К силе веса Р = F, действующей на него в статическом состоянии, при движении стала добавляться сила F' которая при орбитальной скорости сравнивается с силой F = F' и на тело действуют две силы:
F + F' = 2 F = 2 Р.
Это дополнительное воздействие напряженности гравиполя на движущееся тело, обусловленное взаимодействием тела с эфирным пространством, вызывает изменение всех его свойств. Подчеркну, что собственный инвариант свойств шара для сжимающей силы F и в статическом и в динамическом состоянии не меняется. Внешняя сила F' изменяет количественную величину свойств, но не внутренние взаимосвязи. Используя это качество, находим по КФР для шара инвариант, связывающий радиус r с силой F в статике:
F2r5= 2,608·l018 – const. (3.70)
Поскольку инвариант (3.70) остается неизменным как для статики, так и для динамики, то с изменением силы F до 2 F величина const не изменится, но вместе с силой изменяются количественно все свойства тела, включая его радиус r. Определим, как изменится величина радиуса r' при движении шара с орбитальной скоростью подставив в F2r5 = 2,608х1018 величину 2 F = 1,0336·106, и решив относительно r' получаем:
r' = 1,895·10 см.
Таким образом, приобретение телом орбитальной скорости сопровождается деформацией его радиуса почти на четверть размера в статическом состоянии. Это важнейший результат для понимания диалектики движения тела во внешнем гравитационном поле. Именно им определяются все физические процессы, сопровождающие движение. Именно он является подтверждением качественного и количественного изменения состояния тела при переходе от статики к динамике. И именно отсюда следует физическое представление о механизме движения с ускорением и движении по инерции.
Рассмотрим, как изменяются количественно другие свойства движущегося тела, например масса т и напряженность гравиполя g. Связь массы с радиусом определяется инвариантом:
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 70 | Нарушение авторских прав