«Камень преткновения» в физике!

Виталий Новицкий

Признание эквивалентности массы Рё энергии, ставшее чуть ли РЅРµ главным тезисом физики XX века, РЅРµ только стимулировало ее развитие, РЅРѕ Рё породило немало проблем. Это осознал уже сам автор формулы Р• = mc² Альберт Эйнштейн. Принцип эквивалентности, отметил РѕРЅ однажды, делает искусственным деление физической реальности РЅР° вещество Рё поле. Почему Р±С‹ РЅРё принять Р·Р° первичное вторую РёР· этих РґРІСѓС… сущностей, спрашивал РѕРЅ далее, ведь построить современную физику РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ РѕРґРЅРѕРіРѕ только понятия вещества РІСЃРµ 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 приведенных словах, по сей день остается 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 все 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, введенных в оборот из сугубо практических соображений, а в других, чисто «полевых» единицах, дело сдвинется с мертвой точки. Вопрос же о природе первичной материи возвращает нас в далекое 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 ее параметров во всех подробностях.

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

Итак, вообразим себя инопланетянами. Еще приближаясь Рє Земле, РјС‹ смогли Р±С‹ определить ее средний радиус (6,371В·10⁶ Рј). Побывав РЅР° полюсе, РіРґРµ отсутствуют вызываемые вращением планеты центробежные эффекты, РјС‹ определили Р±С‹ ускорение СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ падения РІ этой точке (9,832 Рј/СЃ²). Исследования планеты дадут нам общую зависимость ускорения СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ падения или, что то же самое, напряженности гравитационного поля, РѕС‚ расстояния РґРѕ центра Земли. РўРѕ будет закон обратной квадратичной пропорциональности СЃ некоторым постоянным коэффициентом Рљ. Знание РґРІСѓС… ранее измеренных величин позволит нам вычислить его значение: 3,991В·10¹⁴ Рј³/СЃ².

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

РќРѕ было Р±С‹ интересным делом уяснить физический смысл этой величины РІ земных понятиях. Отправившись РІ научную библиотеку землян, РјС‹, инопланетяне, обнаружили Р±С‹ РІ написанных людьми книгах РїРѕ физике только РѕРґРЅСѓ постоянную величину СЃ признаками аналогичной размерности – так называемую постоянную Кавендиша 6,672В·10^–11 Рј³/РєРіВ·СЃ².

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:

6,672В·10^–11 Рј³/СЃ² динамического процесса гравитационного поля приходятся РЅР° 1 РєРі условной единицы массы, принятой землянами как эталон. И тут РјС‹, инопланетяне, РЅРµ удержались Р±С‹ РѕС‚ искушения порекомендовать землянам рассматривать массу РІ соотношении:

1 кг =6,672·10–11 м3/с2

(1)

или в обратной зависимости:

1 Рј3/СЃ2 = 1,499В·1010 РєРі

(2)

У кого-то «логика пришельцев», которой мы воспользовались для того, чтобы найти кратчайший путь к зависимостям (1) и (2), возможно, вызовет чувство протеста. Еще бы, масса тел оказалась выраженной через метры и секунды. Это уж слишком! Но не будем спешить с выводами.

Начнем СЃ элементарного. Зависимость (2) РјС‹ можем подставить РІ найденное выше значение постоянной Рљ. Подстановка даст величину 5,981В·10²⁴ РєРі – массу Земли, выраженную РІ килограммах. Р’ действительности РѕРЅР° такая Рё есть (РІ пределах принятой нами точности), что позволяет считать «логику пришельцев» РЅРµ столь СѓР¶ абсурдной. Поэтому смелее двинемся дальше, РїРѕ пути пересчета РґСЂСѓРіРёС… физических величин Рё представления РёС… РІ новых для нас единицах динамического процесса объемов гравитационного поля. РќРѕ тут важно РЅРµ сбиться СЃ РґРѕСЂРѕРіРё.

В самом деле, присутствие одних лишь размерностей длины и времени дает 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 всем трехмерном 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 объема. 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 объемов этих полей.

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

1 Рј³/СЃ²_{гравитационного поля} = 1,499В·10¹⁰ РєРі.

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

1 Рј³/СЃ²_{электрического поля} = 1,29 РљР».

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 дает подсчет 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 пересчета 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, разнесенность по «перекрестиям» длины и времени есть, конечно, немаловажная качественная характеристика. Но в нашем случае она дополнена количественными выражениями.