Очерк 2.

Физическая природа релятивизма
и структура пространства-времени

 Постановка задачи. Рассмотрим  круговое движение частицы массой m в поле центральной внешней силы F, обусловленной, например, гравитационной массой M тяжёлого тела (рис. 2.1). Будем непрерывно уменьшать силу (тело М излучает массу), заставляя частицу удаляться от центра вращения. Очевидно наступит момент, при котором сила F практически исчезнет, а частица, став свободной, продолжит, тем не менее, самовращение в силу наличия у неё первоначального сохраняемого момента импульса. Таким образом, приходим к следующей простой мысли: вращение является не результатом воздействия на материальную частицу центральной внешней силы, а природным свойством её, обусловленным взаимодействием с внешней или окружающей средой: материальным или искривлённым (неевклидовым) пространством, мировым эфиром, физическим вакуумом или, наконец, собственным физическим или силовым полем материальной частицы. Сказанное подтверждается наблюдениями: в природе существует один вид движения массивных тел — вращение, и использование инерциальных систем отсчёта при строгом анализе такого движения (СТО Эйнштейна) недопустимо по определению.

Чтобы не вводить гипотез об искривлённом (неевклидовом) физическом пространстве, мировом эфире или физическом вакууме, будем исходить из классического определения вакуума как абсолютной пустоты и устоявшейся полевой трактовки физических взаимодействий материальных тел. Тогда следует полагать причиной обнаруженного здесь природного самовращения свободных материальных тел исключительно их взаимодействие с собственным физическим или силовым полем. Это может быть, в частности,  собственное магнитное поле, взаимообусловленное природным самовращением частицы. Напомним в связи с этим о широко известном опыте по обратимому магнитомеханическому эффекту, впервые обнаруженному Барретом: вращающаяся инертная масса порождает осесимметричное магнитное поле, превращая эту массу в магнит; и наоборот, при внесении незаряженного тела в магнитное поле оно начинает медленно вращаться.

Таким образом, движение свободной самовращающейся материальной частицы можно уподобить движению электрона в магнитном поле и описать следующим обобщённым уравнением Лоренца:
(2.1)   [u/c, K] + mdu/dt = 0.
Оно уже знакомо нам – в виде соотношения (1.6) – и представляет собой математическое выражение принципа инерции Галилея в его первозданном виде.

На основании правил векторной алгебры уравнение (2.1) может быть представлено также в следующей комплексной форме:
(2.2)   [iK, iu/c] + mdu/dt = 0,
где i – мнимая единица; умножение на мнимую единицу согласно известному математическому правилу физически означает поворот вектора на угол ½ π в направлении движения. Причём наше уравнение способно выступать, по меньшей мере, в двух ипостасях.

«Тёмная материя». Во-первых, оно задаёт сложное вращательно-поступательное (винтовое) движение свободной материальной частицы. Схема сил, действующих на такую частицу, приведена на рис. 2.2. Здесь сечения а и б изображают положение частицы в моменты, сдвинутые на величину шага винтовой траектории. Обратим внимание, что с поступательным движением частицы оказываются связанными мнимая частота iw и мнимое время it, в то время как реальные (действительные) параметры w и t характеризуют вращение.

Решение уравнения обнаруживает так называемую скрытую или мнимую массу im системы частица-поле (аналог «тёмной материи»), обусловленную введением в рассмотрение материальных силовых полей. Количественно связь между массой покоя частицы m₀ , релятивистской массой частицы m и скрытой массой системы частица-поле im определяется соотношением
(2.3)   im = m(c/u) = m₀ (c/u)(1 – u²/c²)^–1/2,
графически представленным на рис. 2.3.

Графики рис. 2.3 показывают, что диапазон движения материальных тел во Вселенной ограничен двумя космологическими сингулярностями, характеристики которых резко различаются между собой. Область слева определяет холодную Вселенную, которая заполнена конечной массой m₀ вещества и бесконечной мнимой массой силовых полей. Область справа определяет горячую Вселенную «голых» (лишённых силовых полей) релятивистских частиц бесконечной массы-энергии, по-видимому, способных инициировать Большой взрыв при неупругом столкновении. Эволюция Вселенной в последнем случае сводится к переходу из горячего состояния в холодное (в результате расширения) через энергетический минимум при u/c = 0,6…0,8, в котором, по-видимому, пребывает в настоящее время наша Галактика.

Трёхмерная структура пространства-времени. Из рис. 2.2 видно, что движение частицы по инерции согласно принятой модели осуществляется в реальном трёхмерном пространстве-времени, в отличие от четырёхмерного, виртуального в СТО. Причём, это пространство-время является абсолютным, т. е. характеризуется постоянством скорости распространения деформаций в нём, которое мы определим так:
(2.4)   c = dr/dτ = Const,
где dr — приращение модуля радиуса-вектора r (рис. 2.2, б), τ — период обращения частицы. Это, в свою очередь, означает, что пространство и время как раздельные категории могут и не быть абсолютными: им «разрешено» изменяться таким образом, чтобы отношение характеристик dr и dτ всегда оставалось постоянным, равным скорости света в пустоте.

Используя определение (2.4), при u = dir/dt имеем следующее выражение для относительной деформации силового поля
u/c = dir/dr ≤ 1,0.
В нём переменные легко разделяются:
u dr = c dir.
А интегрирование и несложные преобразования приводят к  интересующему нас соотношению для характеристики пространства и времени как самостоятельных (раздельных) категорий:
(2.5)   ir = r (1 – u²/c²)^1/2,
(2.6)   iτ = τ (1 – u²/c²)^1/2.

Физический смысл полученных соотношений абсолютно прозрачен: для частиц, движущихся с релятивистскими скоростями, расстояния, обусловленные собственными деформируемыми силовыми полями, сокращаются, а время преодоления этих расстояний соответственно уменьшается. На рис. 2.2 этому соответствует уменьшение шага l = 2πir (сжатие) винтовой траектории движущейся частицы  вплоть до нулевых значений при u = c и сокращение периода iτ  колебаний.

Соотношения (2.5) и (2.6) являются аналогами кинематических формул СТО, полученных Эйнштейном на базе математических преобразований Лоренца. На них базируется эйнштейновское представление об относительности пространства и времени как раздельных категориях (абсолютно в СТО только четырёхмерное пространство-время), которые противопоставляются ньютоновой модели их абсолютного характера. В нашем случае такое противопоставление оказывается некорректным: признать пространство относительным фактически означает отождествить его с силовым полем конкретного физического объекта. Очевидно, что между силовыми полями как материальными объектами и пространством существует глубокое и принципиальное различие: первые индивидуальны и бесчисленны, второе является общим и единственным. Силовые поля заполняют пространство, но не сводятся к нему. А эффект деформирования времени (2.6), в свою очередь, не даёт оснований для серьёзного обсуждения пресловутого парадокса близнецов: мы живём в абсолютном пространстве-времени, а разделили его на пространство и время, исходя из сугубо практических соображений.

Проблема времени в нашем случае обнаруживает одну особенность. Согласно рис. 2.2 движение физического объекта представляет собой комбинацию абсолютного вращения с действительной частотой w в реальном времени t  и прямолинейное относительное движение при частоте iw во времени it, которые являются мнимыми величинами. При оценке времени жизни элементарной частицы или другого материального (биологического) объекта из двух решений, действительного и мнимого, может быть признано реализуемым только одно. Мы полагаем, что это должны быть действительные параметры. Жизнь человека, в частности, измеряется количеством циклов (лет) обращения его вместе с Землёй вокруг Солнца. Отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли также объясним абсолютным характером реального времени. Тогда проблемы парадокса близнецов и машин времени, введённое в обиход Лоренцем понятие местного времени лишаются реальной почвы и становятся проблемами мнимыми в буквальном смысле этого слова.

< НАЗАД] [ДАЛЬШЕ >