Полевая модель инертной и тяжёлой массы

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Масса инертная и тяжелая (полевая модель) — теория А. П. Климца, которая по замыслу автора представляет собой физическую модель инертной и тяжелой массы, опирающуюся на гипотезу о полевой основе весомой формы материи. Модель призвана полностью раскрыть физику инертности и тяжести весомых материальных тел и их неспособность двигаться быстрее света.[1]

[править] Полевая модель массы

«То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на самом деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве. Мы могли бы рассматривать вещество, как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно. В нашей новой физике не было бы места и для поля и для вещества, поскольку единственной реальностью было бы поле.» А. Эйнштейн

Действительно, рассмотрим мысленный эксперимент.

Image22.gif

Пусть в системе отсчета [math]K\,'[/math] (оси [math]x,\,y,\,z[/math]) расположен невесомый цилиндр высотой [math]h[/math] (рис.[math]1[/math]). Обозначим верхнюю крышку цилиндра через [math]S_{\,2}[/math], нижнюю — через [math]S_{\,1}[/math]. Пусть эта система отсчета [math]K\,'[/math] вместе с жестко закрепленным к ней невесомым цилиндром движется равномерно — ускоренно в направлении положительных значений [math]z[/math] с ускорением [math]\gamma[/math]. Пусть из [math]S_{\,2}[/math] в [math]S_{\,1}[/math] испущен квант света — фотон с энергией [math]E_{\,0}[/math] и мы рассматриваем этот процесс в некоторой системе [math]K^{\,0}[/math], которая не обладает ускорением. Положим, что в тот момент, когда энергия излучения [math]E_{\,0}[/math] переносится из [math]S_{\,2}[/math] в [math]S_{\,1}[/math], система [math]K\,'[/math] обладает относительно системы [math]K^{\,0}[/math] скоростью, равной нулю. Световой квант достигнет [math]S_{\,1}[/math] спустя время [math]h/c[/math] (в первом приближении), где [math]c[/math] -скорость света. В этот момент [math]S_{\,1}[/math] обладает относительно системы [math]K^{\,0}[/math] скоростью [math]\gamma h/c=v[/math]. Поэтому, согласно специальной теории относительности, достигающее [math]S_{\,1}[/math] излучение имеет не энергию [math]E_{\,0}[/math], а большую энергию [math]E_{\,1}[/math], которая в первом приближении связана с [math]E_{\,0}[/math] соотношением[2]

[math]E_{\,1}\approx E_{\,0}\,(1+v/c)=E_{\,0}\,(1+\gamma h/c^2)[/math]

Импульс, передаваемый излучением стенке [math]S_{\,1}[/math], равен

[math]P_{\,1}=E\,_1/c=E_{\,0}\,(1+\gamma h/c^2)/c\,\,\,\,\,\,\,\,\,(1)[/math]

Пусть световой квант с такой же энергией [math]E_{\,0}[/math] излучается из [math]S_{\,1}[/math] в сторону [math]S_{\,2}[/math] . Тогда энергия излучения, достигающая стенки [math]S_{\,2}[/math] и передаваемый импульс будут иметь следующий вид

[math]E_{\,2}\approx E_{\,0}\,(1-v/c)=E_{\,0}\,(1-\gamma h/c^2)[/math]
[math]P_{\,2}=E\,_2/c=E_{\,0}\,(1-\gamma h/c^2)/c\,\,\,\,\,\,\,\,\,(2)[/math]

Если в системе [math]K\,'[/math] мы одновременно излучим два кванта света одинаковой энергии — один в сторону [math]S_{\,1}[/math] и второй в сторону [math]S_{\,2}[/math], то импульсы отдачи взаимно скомпенсируются, и основную роль будут играть импульсы [math](1)[/math] и [math](2)[/math]. Получим

[math]\Delta P=P_1-P_2=(2E_0/c^2)(\gamma h/c)=2\,m\,\Delta v[/math]

где [math]2\,m=2E_0/c^2[/math] — инертная масса, коэффициент [math]2[/math] соответствует двум фотонам.

Выражение для силы [math]F[/math], действующей в течение времени [math]\Delta t[/math], будет иметь вид

[math]F=\Delta P/\Delta t=2\,m\,\Delta v/\Delta t= 2\,m\,\gamma[/math]

в соответствии со вторым законом Ньютона.

Таким образом, невесомый цилиндр, в котором находится излучение, в результате ускорения ведет себя так, как будто он обладает инертной массой [math]2\,m[/math], причем импульс [math]\Delta \vec P[/math] этой инертной массы, как легко видеть из рис.[math]1[/math], направлен в сторону, противоположную вектору ускорения [math]\vec\gamma[/math], то есть невесомый цилиндр с облаком фотонов внутри цилиндра оказывает сопротивление ускоряющей его силе, что и представляет собой одно из характерных проявлений того физического свойства, которое называют «массой». Инертная масса характеризует сопротивление, оказываемое телом любому изменению его скорости как по величине, так и по направлению. В современной физике явление инертности массивных материальных тел до сих пор представляет из себя неразрешимую загадку. Изложенный механизм снимает ореол таинственности с явления инертности массивных тел.

Итак, массивную частицу можно представить как невесомый сосуд с зеркальными стенками, в котором находится облако безмассовых частиц. Импульсы частиц в среднем равномерно передаются зеркальным стенкам во всех направлениях и сосуд будет находиться в состоянии относительного покоя (т.е. в состоянии динамического равновесия). При ускорении сосуда суммарный импульс, передаваемый стенкам сосуда безмассовыми частицами, становится не равным нулю в направлении, противоположном вектору ускорения. Это проявляется в форме инертности сосуда. Когда прикладываемая к сосуду сила исчезает, динамическое равновесие сосуда восстанавливается, но сосуд приобретает скорость [math]v[/math] по отношению к первичной системе отсчета. Модель инертной массы очевидным образом показывает, что инерция материальных тел есть их внутреннее свойство и принцип Маха к весомым материальным телам неприменим. Подобный цилиндр будет обладать инерцией и в отсутствие горизонта удаленных звезд.

В соответствии с принципом Маха принимается, что гравитационное поле является источником инерции тел во Вселенной. Однако, хотя принцип Маха и сыграл определенную эвристическую роль в построении теории относительности, есть основания полагать, что в данной формулировке он неприемлем[3]. Как было показано выше, тела не перестают обладать инерциальными свойствами даже в пустом, свободном от масс пространстве.

Видно также, почему в массе покоя вещества «таятся» гигантские энергетические резервы. Эта полевая энергия только частично высвобождается в процессах ядерного деления в атомных реакторах, а также в процессах ядерного синтеза, спонтанно протекающих в Солнце и в других звездах.

Далее. Пусть невесомый цилиндр (рис.[math]1[/math]) не ускоряется, а расположен на подставке и находится в слабом гравитационном поле Земли. Пусть в [math]S_{\,1}[/math] потенциал поля приравнен к нулю, а на высоте [math]h[/math] он равен [math]\varphi[/math]. Учитывая принцип эквивалентности, можно записать [math]\gamma h=\varphi[/math]. Пусть теперь из [math]S_{\,2}[/math] в [math]S_{\,1}[/math] испущен квант света с энергией [math]E_{\,0}[/math]. Тогда энергия и импульс фотона изменятся согласно соотношениям

[math]E_{\,1}\approx E_{\,0}\,(1+\varphi/c^2)[/math]
[math]P_{\,1}=E\,_1/c=E_{\,0}\,(1+\varphi/c^2)/c[/math]

С другой стороны, испуская квант света с энергией [math]E_{\,0}[/math] от [math]S_{\,1}[/math] к [math]S_{\,2}[/math], получим

[math]E_{\,2}\approx E_{\,0}\,(1-\varphi/c^2)[/math]
[math]P_{\,2}=E\,_2/c=E_{\,0}\,(1-\varphi/c^2)/c[/math]

В итоге разность передаваемых импульсов стенке [math]S_{\,1}[/math] равна

[math]\Delta P=P_1-P_2=(2E_0/c^2)(\Delta\varphi/c)=2\,m\,(\Delta\varphi/c)[/math]

и направлена вниз к центру Земли. Здесь [math]2\,m=2E_0/c^2[/math] — тяжелая масса. Поэтому сила, действующая на подставку [math]S_{\,1}[/math], равна

[math]F_z=\Delta P/\Delta t=-2\,m\,(\Delta\varphi/c\,\Delta t)[/math]

Для света в поле Земли по вертикали [math]c\,\Delta t=\Delta z[/math], тогда [math]F_z=-2\,m\,(\Delta\varphi/\Delta z)[/math] или, в более общем случае

[math]F(\vec r)=-2\,m\,grad\,\varphi (\vec r)[/math]

где [math]\varphi (\vec r)=-G\,M/r[/math]; [math]G[/math] — гравитационная постоянная; [math]M[/math] — масса Земли.

Мы получили выражение для силы тяжести, действующей на цилиндр, что следует и из теории тяготения Ньютона.

Из модели массы следует, что свободное движение материальной структуры в гравитационном поле (падение или движение по геодезической) связано с постоянным перераспределением импульсов безмассовых квантов энергии по отношению к структуре тела. Убрав подставку, мы вынуждаем цилиндр сместиться под действием разности импульсов фотонов [math]\Delta P[/math], в результате чего он оказывается в области поля с большей разностью потенциалов [math]\Delta\varphi\,'[/math], чем в предыдущий момент времени. Это порождает уже большую разность импульсов [math]\Delta P\,'[/math] и процесс повторяется. Именно таким образом цилиндр ускоряется в гравитационном поле.

Таким образом, полевая модель массы адекватно отображает инертные и тяжелые свойства массивных тел.

Изложенный подход интерпретирует общую теорию относительности только как метод описания гравитационного поля с помощью понятия «искривленное пространство-время». Действительно, согласно современному подходу, пространство-время — это не вещь, которую можно «искривлять». Это абстрактная математическая модель того, что мы называем порядковыми и метрическими отношениями: мы можем измерять расстояния и промежутки времени, события происходят в некоторой последовательности, и т. п.. Сами эти отношения определяются распределением материи, её движением и взаимодействием. Модель всего этого и есть «пространство-время». Результаты наших измерений лучше согласуются с искривлённым пространством-временем, чем с плоским. Свет, обладая энергией, тем самым подвержен влиянию поля тяготения. Это обстоятельство сказывается на законе распространения света, а значит, и на общих законах установления пространственно-временных отношений. Иначе говоря, наличие поля тяготения должно оказывать определенное влияние на свойства пространства-времени, что и имеет место в действительности. Поле тяготения через подвластный его влиянию характер распространения света определяет геометрию пространства. Движение лучей света определяет пространственно-временную структуру мира. С другой стороны, физическим основанием введения понятия «искривленное пространство-время» для массивных тел и их свободного движения по геодезическим траекториям является изложенная выше полевая модель инертной и тяжелой массы, образованная безмассовыми квантами энергии. Становится понятным универсальный характер воздействия гравитационного поля на все материальные тела в природе (безмассовые и массивные). Он заключается в воздействии гравитационного поля на характер распространения безмассовых квантов энергии в свободном и в связанном состояниях. Таким образом, основой наблюдаемого мира является безмассовая форма материи. В связи с этим обратите внимание на статью автора о Геонах - массивных образованиях, составленных из безмасовых квантов энергии.

Очевидно, что цилиндр с невесомыми стенками можно заменить на систему из двух (или более) взаимодействующих между собой безмассовых частиц. Безмассовые частицы колеблются в определенных пределах, многократно отражаясь от воображаемых «стенок», представляющих собой не что иное, как потенциальный барьер. Связанная система из таких частиц будет обладать теми же инертными и тяжелыми свойствами, что и рассмотренный выше невесомый цилиндр. Здесь оправдывается предположение Эйнштейна, что вещество есть концентрация полевой энергии в малом пространстве.

Современная физика пришла к выводу, что в планковских масштабах все частицы материи (как реальные, так и виртуальные) еще не имеют масс (то есть все они подобны фотону) и, следовательно, к ним применим изложенный выше механизм образования массы.

Построенная здесь модель инертной и тяжелой массы является универсальной моделью, так как инертность и тяжесть у материи не может возникать различными способами и приводить в то же время к одному и тому же наблюдаемому результату. Роль бозона Хиггса в рамках модели в таком случае сводится к содействию в образовании связанного состояния безмассовых квантов энергии в ограниченной области пространства.

Модель массы позволяет наметить путь для создания антигравитатора. Для этого необходимо найти способ воздействия на внутренние кванты энергии, являющиеся основой массивных тел, с целью изменения их частотных характеристик. Например, с помощью внешнего электромагнитного поля, воспользовавшись эффектом рассеяния фотонов на фотонах (см.[4]). К сожалению, этот способ меняет только поляризацию фотонов. Частота фотонов преобразуется в четырех известных случаях: в гравитационом поле, в ускоренной системе отсчета, в комптон-эффекте и в доплер-эффекте. Для частотной модуляции фотонов и управления их частотными характеристиками указанные способы не подходят.

Интересным является вопрос, сможет ли наш невесомый цилиндр двигаться со скоростью, превышающей скорость света? Так как наш цилиндр аналогичен совокупности безмассовых квантов энергии, связанных между собой каким-то взаимодействием, то вопрос о достижении им скорости, большей скорости света, сводится к следующему: сможет ли свет обогнать свет (то есть сам себя)? Ответ очевиден — не сможет. Система из двух связанных фотонов, как нами было показано выше, обладает инерционными свойствами и поэтому будет двигаться со скоростью, меньшей скорости света или покоиться. Ясно, что скорость света для такой системы будет предельной скоростью. Тело, состоящее из света, не может двигаться быстрее света. Сами же фотоны всегда находятся в движении, в движении со скоростью света. Никакая система отсчёта не может двигаться с этой или большей скоростью.

Таким образом и разрешается загадка существования в природе предельной скорости для массивных тел, равной скорости света и физическое обоснование одному из постулатов Эйнштейна. Такая предельная скорость в силу принципа относительности будет одинаковой (постоянной) во всех системах отсчета. Однако в статье[5] показано, что и принцип относительности является прямым следствием принципа постоянства скорости света, то есть предельного характера этой скорости. Утверждается, что «постулат об инварианте скорости света включает в себя основной элемент принципа относительности — одинаковое протекание физических явлений, зависимых от скорости света. А это, в соответствии с известным мнением Лоренца — едва ли не все явления природы. Такой принцип относительности оказывается в определённом смысле следствием инвариантности скорости света»… Принцип постоянства скорости света означает не что иное, как равноправие всех систем по отношению к этой скорости, что является, по меньшей мере, частью принципа относительности. …принцип относительности — это принцип, который как неотъемлемую часть содержит в себе принцип постоянства скорости света, равноправия, и сам является прямым следствием принципа постоянства скорости света".

Представляется правдоподобным также утверждение, что неуничтожимое движение фотонов и движение массивных тел по инерции, их способность вечно лететь по прямой линии, связаны между собой, причем движение фотонов первично и лежит в основе движения тел по инерции.

Проведем сравнение квантовой механики и специальной теории относительности. Исторически постулаты, принятые Бором при создании модели атома водорода, в последующем были обоснованы в квантовой механике Шредингером. Постулаты же Эйнштейна, принятые при создании специальной теории относительности, так и не получили в последующем должного теоретического обоснования. В рамках же полевой модели инертной и тяжелой массы эти постулаты находят свое обоснование.

Из вышеизложенного следует, что безмассовая форма материи первична, фундаментальна, массивная же форма материи является вторичной, производной формой. На это же указывает и построенная Модель специальной теории относительности.

Действительно, в условиях (по крайней мере) Великого объединения процессы электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий неразличимы между собой. Это состояние имеет такие характерные особенности: 1) Частицы материи (как реальные, так и виртуальные) пока еще не имеют масс (то есть они подобны фотону). 2) Потенциальная энергия взаимодействия частиц «регулируется» особыми скалярными полями Хиггса.[6]

С нашей точки зрения, поля Хиггса, взаимодействуя с безмассовыми элементарными частицами, могут создавать эффект невесомого цилиндра. Они ответственны за взаимодействие безмассовых частиц, создавая так называемый потенциальный барьер («стенки цилиндра») согласно изложенной выше схеме.

Первичный характер поля прослеживается и в квантовой механике. В результате квантования поля само собой возникает понятие частицы как характеристики возбуждения электромагнитной волны с определенной длиной. Идея воспринимать частицы как квантовые состояния осцилляторов некоего поля оказалась плодотворной. Она пронизывает всю современную теоретическую физику. Поле оказывается первичным понятием. Элементарные частицы возникают в результате его квантования.

[править] Источники

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты