Учение без размышления – вредно, а размышление без учения – опасно. Конфуций
Фундаментальная отрасль естествознания – Физика, с греческого "природа".
Одно из основных сочинений древнегреческого философа и ученого Аристотеля так и называлось "Физика". Аристотель писал: Наука о природе изучает преимущественно тела и величины, их свойства и виды движении, а кроме того, начала такого рода бытия.
Одна из задач физики - выявление самого простого и самого общего в природе, в открытии таких законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира - так считал А. Эйнштейн.
Самое простое - так называемые первичные элементы: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и т.п. Общими свойствами материи принято считать движение, пространство и время, массу, энергию и др.
При изучении сложное сводится к простому, конкретное - к общему.
Фридрих Кекуле (1829 - 1896) предложил иерархию естественных наук в форме четырех ее последовательных основных ступеней: механика, физика, химия, биология.
Первый этап развития физики и естествознания охватывает период от времен Аристотеля до начала XVII в., и называется древним и средневековым этапом.
Второй этап классической физики (классической механики) до конца XIX в. связан с Галилео Галилеем и Исааком Ньютоном.
В истории физики важной для понимания явлений природы была концепция атомизма , согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из атомов.(Демокрит, 4й в до н.э., - атомы и пустота).
Третий этап современной физики открыл в 1900 г. Макс Планк (1858- 1947), предложивший квантовый подход к оценке накопившихся эксперементальных данных, основанный на дискретной концепции.
Универсальность физических законов подтверждает единство природы и Вселенной в целом.
Макромир – это мир физических тел, состоящих из микрочастиц. Поведение и свойства таких тел описываются классической физикой.
Микромир или мир микроскопических частиц, описывает преимущественно квантовая физика.
Мегамир - мир звезд, галактик и Вселенной, расположенный за пределами Земли.
Виды фундаментальных взаимодействий
К настоящему времени известны четыре вида основных фундаментальных взаимодействий:
гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое.
1.Гравитационное взаимодействие характерно для всех материальных объектов, заключается во взаимном притяжении тел и определяется фундаментальным законом всемирного тяготения : между двумя точечными телами действует сила притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.
Гравитационное взаимодействие в процессах микромира существенной роли не играет. Однако в макропроцессах ему принадлежит определяющая роль. Например, движение планет Солнечной системы происходит в строгом соответствии с законами гравитационного взаимодействия.
Р адиус действия его, как и электромагнитного взаимодействия, неограничен.
2.Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электромагнитная теория Максвелла связывает электрическое и магнитное поля.
Различные агрегатные состояния вещества (твердого, жидкого и газообразного), явление трения, упругие и другие свойства вещества определяются силами межмолекулярного взаимодействия , которое по своей природе является электромагнитным.
3.Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и распространяется только в пределах размеров ядра. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем оно устойчивее, тем больше его энергия связи .
Энергия связи определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы разделить нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействие становится равным нулю.
С возрастанием размера ядра энергия связи уменьшается. Так, ядра элементов, находящихся в конце таблицы Менделеева, неустойчивы и могут распадаться. Такой процесс часто называется радиоактивным распадом.
4.Слабое взаимодействие короткодействующее и описывает некоторые виды ядерных процессов.
Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны их элементы.
Разработка единой теории всех известных фундаментальных взаимодействий (теория всего) позволит обеспечить концептуальную интеграцию современных данных о природе.
В естествознании различают три вида материи : вещество(физические тела, молекулы, атомы, частицы), поле (свет, радиация, гравитация, радиоволны) и физический вакуум.
В микромире , многие свойства которого носят квантово-механический характер, вещество и поле можно объединить (в духе концепции корпускулярно-волнового дуализма).
Системная организация материи выражает упорядоченность существования материи.
Структурность организации материи - те конкретные формы, в которых она проявляется (существует).
Под структурой материи обычно понимается ее строение в микромире, существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т. д.
Сила - физическая мера взаимодействия тел.
Масса тел является источником силы в соответствии с законом всемирного тяготения. Таким образом, понятие массы, введенное впервые Ньютоном, более фундаментально, чем силы.
Согласно квантовой теории поля частицы, обладающие массой, могут рождаться из физического вакуума при достаточно высокой концентрации энергия.
Энергия тем самым выступает как еще более фундаментальная и общая концепция, чем масса, поскольку энергия присуща не только веществу, но и безмассовым полям.
Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.
Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном – это сила гравитационного взаимодействия F. F = G* т1 * т2 / r2 где G - гравитационная постоянная.
Движение в самом общем виде - это изменение состояния физической системы.
Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени , которые за длительный период развития естествознания претерпели существенные изменения.
В своих фундаментальных "Математических началах натуральной философии" Ньютон писал:
«..Время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего.»
Время выражает порядок смены физических состояний
Время вляется объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально.
Говорить о времени безотносительно к изменениям в каких-либо реальных телах или системах - с физической точки зрения бессмысленно.
Однако в процессе развития физики с появлением специальной теории относительности возникло утверждение:
Во-первых , течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При достаточно большой скорости, близкой к скорости света, время замедляется, т. е. возникает релятивистское замедление времени.
Во-вторых , поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени.
Можно говорить только о локальном времени в некоторой системе отсчета. В этой связи время не есть сущность, не зависящая от материи. Течет оно с различной скоростью в различных физических условиях. Время всегда относительно .
Пространство - выражает порядок сосуществования физических тел.
Первая законченная теория пространства - геометрия Евклида . Она была создана примерно 2000 лет назад. Геометрия Евклида оперирует идеальными математическими объектами, которые существуют как бы вне времени , и в этом смысле пространство в этой геометрии - идеальное математическое пространство.
Ньютон ввел понятие абсолютного пространства , которое может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физических тел. Свойства такого пространства определяются Евклидовой геометрией.
Вплоть до середины XIX в., когда были созданы неевклидовы геометрии, никто из естествоиспытателей не сомневался в тождественности реального физического и Евклидова пространств.
Для описания механического движения тела в абсолютном пространстве нужно указать другое в качестве тела отсчета - рассмотрение одного единственного тела в пустом пространстве бессмысленно.
Фундаментальные взаимодействия -- различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий, причём электромагнитное и слабое взаимодействия, вообще говоря, являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия. Ведутся поиски других типов взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока существование какого-либо другого типа взаимодействия не обнаружено.
Электромагнитное взаимодействие -- одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.
С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном -- фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, а значит не может непосредственно взаимодействовать с другими фотонами.
Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-частица (из фермионов), а также заряженые калибровочные бозоны.
Электромагнитное взаимодействие отличается от слабого и сильного взаимодействия своим дальнодействующим характером -- сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния (см.: закон Кулона). По такому же закону спадает с расстоянием гравитационное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой на космических масштабах -- электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.
В классических (неквантовых) рамках электромагнитное взаимодействие описывается классической электродинамикой.
Краткая сводка основных формул классической электродинамики
На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера:
На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца:
Гравитамция (всемимрное тяготемние, тяготемние) (от лат. gravitas -- «тяжесть») -- дальнодействующее фундаментальное взаимодействие, которому подвержены все материальные тела. По современным представлениям, является универсальным взаимодействием материи с пространственно-временным континуумом, и, в отличие от других фундаментальных взаимодействий, всем без исключения телам, независимо от их массы и внутренней структуры, в одной и той же точке пространства и времени придаёт одинаковое ускорение относительно локально-инерциальной системы отсчёта -- принцип эквивалентности Эйнштейна. Главным образом, определяющее влияние гравитация оказывает на материю в космических масштабах. Термин гравитация используется также как название раздела физики, изучающего гравитационное взаимодействие. Наиболее успешной современной физической теорией в классической физике, описывающей гравитацию, является общая теория относительности, квантовая теория гравитационного взаимодействия пока не построена.
Гравитационное взаимодействие -- одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния -- то есть
Здесь G -- гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725 *10м?/(кг*с?).
Закон всемирного тяготения -- одно из приложений закона обратных квадратов, встречающегося так же и при изучении излучений, и являющимся прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени.
Большие космические объекты -- планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля.
Гравитация -- слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях и все массы положительны, это тем не менее очень важная сила во Вселенной. Для сравнения: полный электрический заряд этих тел ноль, так как вещество в целом электрически нейтрально.
Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.
Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления -- орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. Аристотель считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. Только много позже Галилео Галилей экспериментально определил, что это не так -- если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.
Интенсивность каждого взаимодействия принято характеризовать константой взаимодействия, которая представляет собой безразмерный параметр, определяющий вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия.
Гравитационное взаимодействие. Константа этого взаимодействия имеет величину порядка . Радиус действия не ограничен . Гравитационное взаимодействие является универсальным, ему подвержены все без исключения частицы. Однако в процессах микромира это взаимодействие существенной роли не играет. Существует предположение, что это взаимодействие передается гравитонами (квантами гравитационного поля). Однако к настоящему моменту ни каких экспериментальных фактов, которые подтвердили бы их существование не обнаружено.
Электромагнитное взаимодействие. Константа взаимодействия равна примерно , радиус действия не ограничен .
Сильное взаимодействие . Этот вид взаимодействия обеспечивает связь нуклонов в ядре. Константа взаимодействия имеет величину порядка 10. Наибольшее расстояние на котором проявляется сильное взаимодействие составляет величину порядка м.
Слабое взаимодействие. Это взаимодействие отвечает за все виды - распада ядер, включая электронный К-захват, за процессы распада элементарных частиц и за процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Порядок величины константы этого взаимодействия составляет . Слабое взаимодействие, также как и сильное, является короткодействующим.
Вернемся к частице Юкавы. По его теории существует частица, передающая сильное взаимодействие, так же как фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, её назвали мезоном (промежуточный). Эта частица должна иметь массу промежуточную между массами электрона и протона и составлять . Поскольку фотоны не только передают электромагнитное взаимодействие, но существуют и в свободном состоянии, следовательно, должны существовать и свободные мезоны.
В 1937 году в космических лучах был открыт - мезон (мюон), который, однако не обнаруживал сильного взаимодействия с веществом. Искомую частицу обнаружили тоже в космических лучах через 10 лет Пауэлл и Оккиалини, назвали её - мезоном (пион).
Существуют положительный , отрицательный и нейтральный мезоны.
Заряд и мезонов равен элементарному заряду. Масса заряженных мезонов одинакова и равна 273 , масса электронейтрального - мезона немного меньше и составляет 264 . Спин всех трех мезонов равен нулю; время жизни заряженных мезонов составляет 2,6 с, а время жизни - мезона 0,8 с.
Все три частицы не стабильны.
Элементарные частицы обычно делят на четыре класса:
1. Фотоны (кванты электромагнитного поля). Они участвуют в электромагнитном взаимодействии, но никак не проявляют себя в сильном или слабом взаимодействиях.
2. Лептоны . К их числу относятся частицы, не обладающие сильным взаимодействием: электроны и позитроны , мюоны , а также все виды нейтрино. Все лептоны имеют спин равный ½. Все лептоны являются носителями слабого взаимодействия. Заряженные лептоны участвуют также в электромагнитном взаимодействии. Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Они не распадаются на составные части, не имеют внутренней структуры и не имеют поддающихся определению размеров верхний предел м).
Последние два класса составляют сложные частицы, имеющие внутреннюю структуру: мезоны и барионы . Их часто объединяют в одно семейство и называют адронами .
К этому семейству относятся все три - мезона, а также К-мезоны. В класс барионов входят нуклоны, которые являются носителями сильного взаимодействия.
Как уже говорилось, уравнение Шрёдингера не удовлетворяет требованиям принципа относительности – оно не является инвариантным по отношению к преобразованиям Лоренца.
В 1928 году англичанин Дирак получил релятивистское квантовомеханическое уравнение для электрона, из которого естественным образом вытекало существование спина и собственного магнитного момента электрона. Это уравнение позволило предсказать существование античастицы по отношению к электрону – позитрона.
Из уравнения Дирака получалось, что энергия свободной частицы может иметь как положительные, так и отрицательные значения.
Между наибольшей отрицательной энергией и наименьшей положительной энергией имеется интервал энергий, которые не могут реализоваться. Ширина этого интервала равна . Следовательно, получаются две области собственных значений энергии: одна начинается от простирается до + , другая начинается от и простирается до . Согласно Дираку, вакуум – это пространство, в котором все разрешенные уровни с отрицательными значениями энергии полностью заполнены электронами (согласно принципу Паули), с положительными – свободны. Поскольку заняты все без исключения уровни ниже запрещенной полосы, то электроны, находящееся на этих уровнях никак себя не проявляют. Если одному из электронов на отрицательном уровне сообщить энергию , то этот электрон перейдет в состояние с положительной энергией, то он будет вести себя там как обычная частица с отрицательным зарядом и положительной массой. Вакансия (дырка), образовавшаяся в совокупности отрицательных уровней буде восприниматься как частица с положительными зарядом и массой. Эта первая из предсказанных теоретически частиц была названа позитроном.
Рождение электронно-позитронной пары происходит при прохождении -фотонов через вещество. Это один из процессов, приводящих к поглощению - излучения веществом. Минимальная энергия - кванта, необходимая для рождения электронно-позитронной пары равна 1,02 МэВ (что совпадало с расчетами Дирака) и уравнение такой реакции имеет вид:
Где Х – ядро, в силовом поле которого происходит рождение электронно-позитронной пары; именно оно и принимает избыток импульса - кванта.
Теория Дирака показалась современникам слишком «сумасшедшей» и была признана только после того, как в 1932 году Андерсон обнаружил позитрон в составе космического излучения. При встрече электрона с позитроном происходит аннигиляция, т.е. электрон снова возвращается на отрицательный уровень.
В несколько измененном виде уравнение Дирака применимо к другим частицам с полуцелым спином. Следовательно, для каждой такой частицы существует своя античастица.
Почти все элементарные частицы, как было уже сказано, принадлежат к одному из двух семейств:
1. Лептоны.
2. Адроны.
Основное различие между ними заключается в том, что адроны участвуют в сильном и электромагнитном взаимодействиях, а лептоны – нет.
Лептоны считаются истинно элементарными частицами. Их всего было четыре: электрон (), мюон (), электронное нейтрино (), мюонное нейтрино . Позже были открыты лептон и его нейтрино . Они не распадаются на составные части; не обнаруживают ни какой внутренней структуры; не имеют поддающихся определению размеров .
Адроны более сложные частицы; они обладают внутренней структурой и участвуют в сильном ядерном взаимодействии. Это семейство частиц можно разделить на два класса:
мезоны и барионы (протон, нейтрон, -барионы). Последние четыре вида барионов могут распадаться, в конечном счете, на протоны и нейтроны.
В 1963 году Гелл-Манн и независимо от него Цвейг высказали идею, согласно которой все известные адроны построены из трех истинно элементарных частиц – кварков, которые имеют дробный заряд.
u- кварк q = + ; d – кварк q = - ; s – кварк q = - .
До 1974 года все известные адроны удавалось представить как комбинацию этих трех гипотетических частиц, но открытый в этот год тяжелый - мезон не укладывался в трехкварковую схему.
Основываясь на глубокой симметрии природы, часть физиков высказала гипотезу о существовании четвертого кварка, который получил название «очарованный» его заряд равен q = + . Отличается этот кварк от остальных наличием свойства или квантового числа С = +1 - названного «очарованием» или «charm».
Вновь открытый - мезон оказался комбинацией «очарованного» кварка и его антикварка.
Дальнейшие открытия новых адронов потребовало введение пятого (в) и шестого (t) кварка. Различие между кварками стали называть «цветом» и «ароматом».
ГРАВИТАЦИЯ И ЕЕ ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ
Гаджиев С.Ш., д.т.н., проф.
НОУ ВПО «Социально-педагогический институт» г. Дербент
Аннотация: В статье рассматриваются явления движения силы природы, и по этим силам остальные явления, позволяющие раскрыть сущность познания природных явлений в целом, и, в частности, загадки «тяготения» и (или) физическую сущность гравитации. Всеобщий закон взаимодействия сил системы и основанный на нем универсальный метод служат ключом познания природных явлений и процессов. Из проведенного всестороннего анализа взаимодействия тел системы выходит, что причина не раскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии в природе как такового тяготения тел друг к другу.
Ключевые слова: познание природных явлений, закон, метод, взаимодействие тел.
Abstract: This article examines the phenomenon of motion the forces of nature, and these forces other phenomena, allowing to discover the essence of knowledge of natural phenomena in general and, in particular, the puzzle of "gravitation" and (or) the physical nature of gravity. Universal law of the interaction offorces and systems based on it are key universal method of knowledge of natural phenomena and processes. Of conducted a comprehensive analysis of the interaction of bodies appears that the reason is not solved the physical essence of the law of universal gravitation was in the nature of the absence of gravity as such bodies to each other.
Keywords: knowledge of natural phenomena, law, method, interacting bodies.
История возникновения мысли о всемирном тяготении
Академик С.И. Вавилов в своей книге «Исаак Ньютон» приводит широко известный рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева в Вульсторпе. Рассказ этот, по-видимому, достоверен и не является легендой. Стекелей передает следующую сцену, относящуюся к старости Ньютона: «После обеда в Лондоне (у Ньютона) погода была жаркая; мы перешли в сад, и пили чай втени нескольких яблонь; были только
мы вдвоем. Между прочим сер Исаак сказал мне, что в такой обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоки падают отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли. Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».
Рассказ Стекелея почему-то остался малоизвестным, зато по свету распространился аналогичный пересказ Вольтера со слов племянницы Ньютона. Рассказ понравился, стали показывать яблоко, будто бы послужившее поводом возникновения «Начал», поэты и философы воспользовались благодарной метафорой, сравнивая ньютоново яблоко с яблоком, погубившим Адама, или с яблоком Париса; людям далеким от науки, понравилась простая механика возникновения сложной научной идеи. Существуют и другие выдуманные легенды. Как мы видим, здесь Ньютон дал свое предположение о происходящем явлении, не раскрывая его физический механизм, и, естественно, это ему показалось реальной догадкой сущности природного явления.
Хотя гравитация самая явно ощутимая из всех четырех фундаментальных сил природы, которая действует на все и всех нас, начиная с самого детства, когда едва вставали и падали, не удерживаясь на ногах. Однако она до сих пор осталась неразгаданной загадкой природы.
Более трехсот лет прошло после открытия закона всемирного тяготения, установленного Ньютоном в виде математической формулы, и до сих пор все же не выявлен физический механизм тяготения тел друг к другу.
Причиной всему - это отсутствие как такового закона всемирного вообще тяготения, и в связи с отсутствием тяготение каких-либо тел друг к другу в природе. Все процессы, происходящие и приписываемые «тяготению», совершаются гравитационным полем, а не тяготением, приписанное природе сил гравитационного поля. Гравитация не является тяготением. Ничто не может создать тяготение тел друг к другу, в том числе и гравитация. Любое физическое поле совершает свою работу. Разве мы приписываем действию известного магнитного поля понятие «тяготение»? Нет. Потому что одновременно наблюдается и отталкивание. Вся причина заключается во взаимодействии, то есть в направленности движения этих (рассматриваемых) магнитных полей.
Считают, что согласно Эйнштейну, пространство и время - это форма существования материи. В реальности, никто не может возразить и сомневаться в том, что пространство и время определяют место нахождения и продолжительность существования материи и в том числе всевозможных физических полей. Основой всего Мироздания составляет пространство, где занимает место материальные составляющие, а также все известные и еще не выявленные физические поля, а
время определяет продолжительность существования материальных тел и длительность протекания явлений и процессов природы.
Возникшие представления об искривленности пространства и еще похуже, когда считают, что материя - это искривленное пространство. Тогда выходит, что материя отсутствует в природе, она становится пространством, то есть материя превращается в искривленное пространство. Из этого вытекает, что пространство бывает в двух состояниях: искривленное и не искривленное. Только не могут указать место нахождения и превращения или перехода материи в искривленное пространство. Нельзя же распределение (или нахождение) энергии в пространстве принимать за искривление самого пространства. Утверждение о том, что не луч меняет свое направление, проходя мимо Солнца, а искривленное пространство его так направляет, следует считать не обоснованным. Для изменения направления движения должна быть приложена определенная сила, что могло бы дать причину для обоснования того или иного явления. Иначе говоря, такие не обоснованные утверждения вызывают не что иное, как иронию трезвого ума. Выходит, что материя в природе отсутствует, остается только искривленное и не искривленное пространство.
Без надобности «прилепили» к пространству время и его, «по щучьему велению», назвали четырехмерным пространством. В итоге из трех фундаментальных составляющих Мироздание осталось только одно пространство, которому приписывают множество гипотетических предположений, которые уже вошли в обиход ученых, не имея реального физического представления о таких многомерных пространствах. Однако такие многомерности пространства - всего лишь умозрительные построения, не опирающиеся на практику, которые вводят в заблуждение многие поколения.
В любом случае очевидным остается то, что природа имеет в своей основе три фундаментальные ее составляющие: пространство, время, материя. Без их независимого существования, естественно, протекание каких-либо явлений и процессов немыслимо. Самый простой пример. Тело движется. Для этого необходимо пространство, время и еще само тело (материя). Что из них можно исключить из этого явления? Синкретизм, то есть слитность им обеспечила сама Природа. К чему их по частям объединять: пространство-время, пространство-тело (материя) или же объединить время с материей? Они объединены без нас и навсегда. Эта есть та «Святая Троица», без которой ничто быть не может.
Если материя исчезнет (удалится), то время и пространство останутся невостребованными. Избавиться от пространства и времени не представляется возможным. Они абсолютны, то есть вечные и неизменные первоосновы, как и материя, для всего существующего в мироздании. Естественно, для нахождения (существования) материи обязательно пространство как вместилище, а время необходимо для продолжительности существования. Следовательно, все эти три составляющие самого Мироздания вступают в свои функции, обеспечивая все природные явления и процессы. Задача науки - познавать физический механизм и
причина возникновения явлений и процессов, то есть добираться до сущности этих закономерностей явлений и ответить на вопрос: почему это происходит именно так, а не иначе?
Материя (масса) не может изменить геометрию пространства. Она только концентрирует поток гравитонов, и гравитационное поле не принадлежит какой-либо планете или другим космическим телам, так же как и свет не принадлежит фокусирующей линзе. Совершенно другое дело, когда мы рассматриваем магнитное поле, создаваемое самим магнитом. Иначе говоря, магнит излучает в пространство свое поле, а свет и гравитационное поле, в рассматриваемых явлениях не принадлежат этим телам. Они попадают извне от других излучателей. Например. Свет на линзу может попасть от любых его источников. Мы же не говорим, что линза искривляет пространство, хотя существует реальное сходство искривления, то есть изменение направления потока света. Аналогичная картина наблюдается и с гравитационным полем при прохождении через массивные космические тела.
Здесь мы находим аналогию между потоком света и гравитационным полем. При искривлении направления света через линзу мы наблюдаем преломление света и никак не можем утверждать, что свет попадает в искривленное пространство около линзы. В отличие от них магнитное поле, создаваемое самим магнитом, принадлежит магниту, а гравитационное поле не принадлежит к какому либо телу, с которым они взаимодействуют. Линза только концентрирует или может, в зависимости от формы линзы (оптического стекла), рассеивать световой поток. То же самое можно сказать и о концентрации потока гравитационного поля, осуществляемое большой массой сферических тел в космосе.
Гравитационное поле создает не тяготение, а подталкивание тел
Всесторонний анализ взаимодействия сил системы показывает, что притяжение -это кажущееся явление, как ранее казалось вращение Солнца, звезд и планет вокруг нашей Земли.
Известно, поиск фундаментальных законов природы остается еще одной грандиозной задачей науки. Природа сил распознается по явлениям движения, когда происходит изменение количества движения во времени. Для выявления природы физической сущности сил тяготения, обуславливающая тяжесть тела, необходимо искать причину возникновения такой тяжести по явлениям движения взаимодействующих материальных тел рассматриваемой системы.
Вне всякого сомнения, что все попытки понять физическую природу гравитации
неизменно заканчивались неудачей. Еще Г. Галилей пришел по этому вопросу к выводу, что мы не знаем ничего, за исключением названия, которое для данного специального случая известно как «тяжесть».
И. Ньютон, столкнувшись с проблемой объяснения природы тяготения, вынужден был признать, что причину силы тяготения он не мог вывести из явлений.
М. Клайн пишет, что Ньютон объяснил ограниченный успех своей программы следующим образом: «То, что гравитация должна быть внутренним, неотъемлемым и существенным атрибутом материи, позволяя тем самым любому телу действовать на другое на расстоянии через вакуум, без какого-либо посредника, с помощью которого и через которого действие и сила могли бы передаваться от одного тела к другому, представляется мне настолько вопиющей нелепостью, что, по моему глубокому убеждению, ни один человек, сколько-нибудь искушенный в философских материях и наделенный способностью мыслить, не согласится с ней».
Ньютон ясно осознавал, что открытый им закон всемирного тяготения -описание, а не объяснение. Поэтому он Ричарду Бентли писал: «Иногда вы говорите о тяготении как о чем-то существенном и внутренне присущем материи. Молю вас не приписывать это понятие мне, ибо я отнюдь не претендую на знание причин тяготения, и поэтому не буду тратить время на их рассмотрение» . Там же далее М. Клайн пишет, что у Х. Гюйгенса вызывало удивление, что Ньютон взял на себя труд проделать множество громоздких вычислений, не имея для этого ни малейшего основания, кроме математического закона всемирного тяготения. Гюйгенс считал идею тяготения абсурдной на том основании, что действие его, передаваемое через пустое пространство, исключало, какой бы то ни было механизма. Г. В. Лейбниц тоже подверг критике труды Ньютона по теории гравитации, считая, что знаменитая формула для сил тяготения - не более чем вычислительное правило, не заслуживающее названия закона природы. «Лейбниц сравнивал этот закон с анимистическим объяснением Аристотеля падения камня на землю ссылкой на «желание» камня вернуться на свое естественное место» .
Сам Ньютон не считал, что природу тяготения нельзя раскрыть. Он просто полагал, что уровень знаний его времени недостаточен для решения этой задачи, и надеялся, что природу тяготения исследуют другие. Однако его последователи этот временный отказ Ньютона от объяснения тяготения возвели в незыблемый принцип науки, который должен ограничиться только описанием явлений, не раскрывая глубоко их причин, еще недоступные человеческому пониманию.
Такой подход решения проблем свойственно некоторым исследователям при затруднениях познания явлений природы. Подобным методом ограничивали решение проблемы псевдоожиженного слоя. Некоторые даже решили псевдоожижение принять как новое состояние материи и отказаться от дальнейшего поиска физической сущности этого явления. Особый интерес ученых к этому вопросу «угас» во всем мире после раскрытия нами реальной физической сущности неоднородного псевдоожиженного состояния и опубликования результатов в ряде стран за рубежом.
Вековой проблемой остается объяснение «отрицательного» результата опыта Майкельсона-Морли. Из-за отсутствия, за определенный период времени, реального однозначного объяснения результата лишь одного этого эксперимента и
своего бессилия исследователи стали подвергать сомнению весь фундамент классической механики, в том числе и незыблемые законы сохранения. В результате ввели не свойственные природе зависимости: массы, времени и пространства от скорости движения тел. Решение этой проблемы и найденный нами реальный подход вполне может оказаться окончательным. Будем надеяться, что нас услышат, поймут, объективно оценят и примут наше решение, которое вернет непоколебимость основ классической механики. Эту тему следует подробно раскрыть в отдельной работе. Несмотря на широко распространенный закон всемирного тяготения, никому еще не удавалось объяснить его физический механизм, и природа его действия остались не раскрытыми.
На современном этапе развития науки нам представляется, что тяжесть возникает не из-за тяготения, а в результате подталкивания, вызываемое сопротивлением, оказываемое телом при прохождении через него гравитационного поля.
Анализируя реальную сущность наблюдаемых явлений, можно прийти к выводу, что «притяжение»- это кажущееся явление. Не тела притягиваются, а их подталкивают друг к другу или их отдаляют друг от друга.
В природе, видимо, не существует физического механизма «притяжения» тел, так как не наблюдается притяжение на расстоянии без действия извне. Взаимодействие тел обусловливает лишь подталкивание и отталкивание их. В механизм, наблюдаемой (в реальности кажущейся) «притягательной силы» двух тел, входит подталкивание за счет изменения количества движения (или импульса) третьего взаимодействующего с ними тела.
Таким третьим телом, которое обусловливает кажущееся нам притяжение к Земле, служит гравитационное поле (т.е. гравитоны), оказывающее давление на все материальные тела, что в реальности создает тяжесть, принимаемая нами за «притяжение» к Земле.
Здесь наблюдается аналогичная картина, как в свое время считали, что Земля является центром Вселенной, а все небесные тела движутся вокруг нее. В гравитационном поле тоже очевидным показалось «притяжение» к Земле, а в реальности каждая частица самой планеты и окружающая атмосфера испытывают давление (силу) гравитационного поля, направленное перпендикулярно к поверхности Земли. Следовательно, не Земля притягивает к себе, а она сама испытывает силу давления гравитонов, придающая «тяжесть» всем материальным составляющим элементам системы Земли.
В явлениях гравитационного поля и электромагнитного взаимодействия имеется существенная разница. В электромагнитных полях существует притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле - возникает только тяжесть. Видимо, в электрических зарядах одни заряженные тела излучают электрическое поле, а другие принимают, подобно магниту, где силовые линии всегда исходят из северного полюса и направляются к южному полюсу, в который входят. В
результате одноименные отталкиваются, а разноименные составляющие этих полей подталкивают тела друг к другу.
В отличие от них гравитационное поле пронизывает все тела. При этом сопротивление, оказываемое материальными телами гравитационному полю, вызывает давление, которое обусловливает тяжесть. Эта энергия тяжести, создаваемая гравитационным полем в массивных телах, переходит в теплоту, благодаря которой в недрах планет и звезд возникает и поддерживается соответствующая температура в неограниченное время. Тем самым происходит восполнение теряемой излучением теплоты (энергии) звезд, Солнца и планет.
Сила тяжести, вызываемая гравитацией, есть реальный результат взаимодействия, обусловленный изменением импульса гравитонов, а «тяготение» -это мнимое, кажущееся представление о явлениях при падении тел, наблюдаемое нами в повседневной жизни.
К сожалению, в физике смешали понятия: гравитация, тяготение, притяжение и тяжесть. Телам не свойственно притягивать друг друга. Сближение свойственное телам - явление вынужденное, обусловливаемое третьим материальным телом или физическими полями: магнитным, электрическим, гравитационным и другими известными и еще неизвестными силами.
Мы даже не предполагаем возможность явления космических тел на расстоянии отталкивать друг от друга, и не представляем что-либо о необходимости «закона всемирного отталкивания». Это тогда как до сих пор не найдено физическое объяснение сущности и известнейшего «закона всемирного тяготения». О физической сущности явлений притяжения и тяготения ответ не найден из-за того, что их нет. В природе лишь наблюдаются отталкивание и подталкивание. Следовательно, и гравитация не может создавать ни тяготение, ни притяжение отсутствующие в природе.
Гравитация обусловливает тяжесть и тем самым возвращает рассеянную в космическом пространстве тепловую энергию. В основном энергия гравитационного поля концентрируется в массивных космических телах, где она переходит в массу, а масса в свою очередь накапливает гравитационную энергию. Очевидно, что и здесь проявляется божественный закон круговорота. По мере накопления энергии в Солнце и звездах возобновляется излучение, что приводит вновь к возврату энергии во всеобщий круговорот природных явлений.
Итак, можно сказать, что проблема «тепловой смерти» Вселенной отпадает (исчезает). Воображаемое опасение оказалось вынужденным вымыслом исследователей.
Все живое в природе, ее прелести, и гармония мироздания обязаны божественным законам круговорота и, в частности, концентрации и возврате в цикл круговорота энергии, где важнейшую роль играет гравитация. При отсутствии гравитационного поля не было бы ни жизни, ни теплоты. Тогда могло бы замерзнуть все. Остыло бы Солнце, и погасли бы все звезды и другие светила. Однако божественно очаровательные законы: круговорота, воссоздания,
воспроизводства, обновления, возобновления - властвуют и сохраняют устойчивость живой и неживой природы.
Любопытно, что по виду закон всемирного тяготения и закон взаимодействия электрических зарядов Кулона идентичны. Эта замечательная особенность в их сходстве помогает нам раскрыть механизм действия тяжести, создаваемый гравитационным полем. Только остается выяснить, почему в электрических зарядах наблюдаются притяжение и отталкивание, а в гравитационном поле -только кажущееся нам «притяжение».
Аналогичная картина гравитационному притяжению наблюдается, когда железные опилки (предметы) притягиваются к магниту. Здесь мы наблюдаем тоже только притяжение и не наблюдаем присущее отталкивание одноименных полюсов.
Возникает вопрос. Почему железные предметы притягиваются и к северному и к южному полюсам магнита, а отталкивание отсутствует, подобно как в гравитационном поле? Чем объяснить механизм такого совпадения?
Разумеется, что сила возникает при изменении импульса, т.е. количества движения. Изменение последнего при постоянной массе обусловливаться может только за счет изменения скорости материального тела. С изменением скорости меняется энергетическое состояние тела в соответствии с принципом энергии, который гласит: всякое изменение скорости вызывает увеличение или уменьшение энергии тела.Следовательно, причина такого совпадения сил «притяжения» в таких разных явлениях объясняется изменением импульса (количества движения) потоков магнитного и гравитационного полей при взаимодействии с соответствующими материальными телами. Следует подчеркнуть, что в природе как таковое не представляется возможным существование притяжение тел. Поэтому совершенно справедливо считал Х. Гюйгенс идею тяготения абсурдной.
В реальности гравитационное поле пронизывает тела, подталкивая их по своему направлению движения. Тогда получается не закон тяготения, а закон движения тел в гравитационном поле под действием энергии тормозящихся гравитонов, вызываемой сопротивлением материальных тел гравитационному полю.
Обобщая изложенное, следует, что причина нераскрываемости физической сущности закона всемирного тяготения оказалась в отсутствии как такового тяготение тел в природе.
Проведенный анализ показывает, что в природе, столь привычное для нас, в течение стольких лет, «тяготение» тел друг к другу отсутствует, а наблюдаемое сближение тел обуславливается за счет подталкивания их друг к другу третьим телом. В роли третьего тела могут выступать и физические поля, в том числе и гравитационное поле, которое «прижимает» все материальные тела к поверхности массивных космических образований - планет и звезд.
Всеобщий закон взаимодействия полей сил системы существенно облегчает решение многих проблем наряду с множеством проблем явлений и процессов природы и в том числе космологии.
Отрадно, что математическое выражение (описание) закона всемирного тяготения Ньютона тоже находит в выявленной физической сущности свое глубокое научное обоснование.
Вполне оказалось целесообразным для познания природных явлений, когда исходят из всеобщего закона взаимодействия полей сил системы, служащего универсальным ключом для выявления сущности наблюдаемых явлений и процессов во всем мироздании.
Л и т е р а т у р а:
1. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. - М. - Л.: Издательство АН СССР, 1945. -230 с.;
2. Клайн М. Математика. Поиск истины: Пер. с англ./ Под ред. В.И. Аршинова, Ю.В.Сачкова. - М.: Мир, 1988. - 295с.;
3. Гаджиев С.Ш. Взаимодействие сил системы в технологических процессах (анализ, теория, практика). - Махачкала: Издательство ДГУ, 1993. - 210с.
Наблюдаемые в природе взаимодействия материальных объектов и систем весьма разнообразны. Однако, как показали физические исследования, все взаимодействия можно отнести к четырем видам фундаментальных взаимодействий:
– гравитационному;
– электромагнитному;
– сильному;
– слабому.
Гравитационное взаимодействие проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Оно передается посредством гравитационного поля и определяется фундаментальным законом природы – законом всемирного тяготения, сформулированным И. Ньютоном: между двумя материальными точками массой m1 и m2, расположенными на расстоянии r друг от друга, действует сила F, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними:
F = G ? (m1m2)/r2 . где G- гравитационная постоянная. В соответствии с квантовой теорией г" поля переносчиками гравитационного взаимодействия являются гравитоны – частицы с нулевой массой, кванты гравитационного поля.
Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрического и магнитного полей. Электрическое поле возникает при наличии электрических зарядов, а магнитное – при их движении. Изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое в свою очередь является источником переменного магнитного поля.
Электромагнитное взаимодействие описывается фундаментальными законами электростатики и электродинамики: законом Кулона, законом Ампера и другими, – и в обобщенном виде – электромагнитной теорией Максвелла, связывающей электрическое и магнитное поля. Получение, преобразование и применение электрического и магнитного полей служат основой для создания разнообразных современных технических средств.
Согласно квантовой электродинамике переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны – кванты электромагнитного поля с нулевой массой.
Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Оно определяется ядерными силами, обладающими зарядовой независимостью, короткодей-ствием, насыщением и другими свойствами. Сильное взаимодействие отвечает за стабильность атомных ядер. Чем сильнее взаимодействие нуклонов в ядре, тем стабильнее ядро. С увеличением числа нуклонов в ядре и, следовательно, размера ядра удельная энергия связи уменьшается и ядро может распадаться.
Предполагается, что сильное взаимодействие передается глюонами – частицами, «склеивающими» кварки, входящие в состав протонов, нейтронов и других частиц.
В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и другие процессы. Слабое взаимодействие проявляется главным образом в процессах бета-распада атомных ядер. Переносчиками слабого взаимодействия являются промежуточные, или векторные, бозоны – частицы с массой, примерно в 100 раз большей массы протонов и нейтронов.