Онлайн библиотека PLAM.RU




  • 1.1. Пространство событий.
  • 1.2. Относительность энергии равномерного движения.
  • 1.3. Четырехмерное пространство событий и относительность времени.
  • 1.4. Относительность сил и полей в теории гравитации Эйнштейна.
  • 1.5. Вакуум Эйнштейна.
  • 1.6. Вакуум Дирака.
  • 1.7. Завещание Эйнштейна будущей физике.
  • 1.8. Относительность электромагнитного поля в геометризированной электродинамике.
  • 1.9. Вращательная относительность и вращательные координаты.
  • 1.10. Торсионные поля и относительность вращения.
  • 1.11. Относительность сил и полей инерции.
  • 1.12. Три вида пространств Вайценбека.
  • 1.13. Относительность вакуумных возбуждений.
  • Глава I. Физика как теория относительности.

    1.1. Пространство событий.

    Западный метод познания природы начинается с того, что выбирается своеобразная "точка зрения" исследователя - система наблюдения или система отсчёта. В трёхмерном пространстве механики Ньютона система отсчёта представляет собой три взаимно перпендикулярных направленных отрезка прямой линии с общим началом О (см. рис. 1). Изучая, например, траекторию летящего камня, брошенного параллельно земле, наблюдатель измеряет в разные моменты времени расстояния от начала О до летящего камня М. В результате этого эксперимента наблюдатель получает набор расстояний r в каждый момент времени.



    Рис. 1. Траектория камня, брошенного горизонтально поверхности земли. Наблюдатель измеряет расстояние r до камня в различные моменты времени t. Полученное множество относительных координат двух систем отсчёта содержит всю информацию о движении камня.


    Анализируя полученные данные, он обнаруживает, что траектория камня описывается в данной системе наблюдения уравнением параболы.

    Всякая реальная система отсчета связана с телом отсчета, в качестве которого может быть выбран любой физический объект - твердое тело, элементарная частица, волна света и т.д. Часто систему отсчета связывают со стенами лаборатории, в которой идет эксперимент. В нашем конкретном случае одна система отсчета связана с поверхностью Земли, а другая с брошенным камнем. Поэтому данные наблюдателя представляют собой множество относительных координат двух систем отсчета. Это все что мы имеем в любом физическом эксперименте!

    И. Кеплер, измеряя положение планет в различные моменты времени при движении их вокруг Солнца, обнаружил, что они движутся по эллипсам. Он работал со множеством относительных координат двух систем отсчета, одна из которых была связана с Солнцем, а другая с планетой. Оказывается, что множество относительных координат содержит всю информацию о гравитационном взаимодействии планеты и Солнца.

    И. Ньютон догадался (наверное, в тот момент, когда яблоко упало ему на голову), что Земля притягивает массивные предметы с силой, вид которой можно определить, анализируя множество относительных координат падающего предмета и системы отсчета, связанной с Землей. Однако первоначально И. Ньютон исследовал движение планет, Луны и спутников Юпитера и установил, что их движение происходит под действием силы, величина которой пропорциональна произведению масс планет и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    Предположим, что мы изучаем движение заряженной частицы в электромагнитном поле. Опять вводятся две системы отсчета, одна из которых связана с лабораторией, а другая с заряженной частицей. Измеряя относительные координаты двух этих систем отсчета в различные моменты времени, мы получаем множество относительных координат, содержащее всю информацию об электромагнитном взаимодействии поля и частицы. Множества относительных координат, полученные в различных опытах, физики называют пространством событий, поскольку каждая точка этого пространства описывает некоторое элементарное событие. Таким образом, изучая гравитационные, электромагнитные, ядерные или какие-либо другие физические взаимодействия, мы в самой основе имеем дело с пространством событий изучаемого явления.

    Из наших рассуждений следуют, по крайней мере, два вывода:

    1. Любой физический эксперимент прямым или косвенным образом сводится к измерению относительных координат различных систем отсчета.

    2. Физика - это теория относительности, изучающая природу посредством анализа пространства событий.

    Исследуя пространство событий какого-либо явления, физик, создавая теорию явления, может использовать два крайних подхода:

    а) либо, на основе анализа пространства событий, попытаться угадать уравнения, которые описывают явление, так, как это сделал Ньютон при создании своей теории гравитации (индуктивный подход);

    б) либо проанализировать общие геометрические свойства пространства событий и получить физические уравнения из этого анализа, так, как это сделал Эйнштейн при создании общей теории относительности (дедуктивный подход).

    Уравнения теории физического вакуума были получены дедуктивным путем. Для этого был выбран наиболее общий класс систем отсчета, который известен в настоящее время в физике, а затем исследованы геометрические свойства соответствующего пространства событий.

    В настоящее время в физике известно пять классов систем отсчета:

    1) инерциальные, которые движутся друг относительно друга с постоянной скоростью и без вращения;

    2) ускоренные локально инерциальные первого рода, которые движутся ускоренно друг относительно друга без вращения, но локально ничем не отличаются от инерциальных систем (например, система отсчета, связанная со свободно падающим лифтом);

    3) ускоренные локально инерциальные второго рода, которые движутся ускоренно относительно друг друга с вращением, но локально ничем не отличаются от инерциальных систем (например, система отсчета, связанная с центром масс однородного вращающегося диска);

    4) ускоренные локально неинерциалъные (например, система отсчета, связанная с ускоряемой ракетными двигателями ракетой);

    5) ускоренные конформные (такие системы связаны с физическими объектами, меняющими свои физические характеристики - массу, заряд и т. д. с течением времени).

    Для каждого класса систем отсчета существует собственное, присущее только этому классу, пространство событий. Зная геометрические свойства пространства событий, можно найти, например, уравнения движения одной системы отсчета относительно другой. Поскольку система отсчета связана с каким-либо физическим телом, то мы сразу находим уравнения движения данного тела. Ясно, что ускоренное движение систем отсчета вызвано физическим взаимодействием тела отсчета с полем, в котором оно движется. Поэтому анализ пространства событий в этом случае позволяет найти не только уравнения движения тел отсчета, но и получить уравнения поля, под действием которого движется тело отсчета.

    1.2. Относительность энергии равномерного движения.

    Что такое абсолютная и относительная величина в физическом понимании? Мы будем говорить, что некоторая физическая величина относительна, если её можно обратить в нуль (хотя бы локально) с помощью каких-либо преобразований, имеющих физический смысл. Соответственно, если этого сделать нельзя, то физическая величина является абсолютной. Наблюдая, как Солнце восходит на Востоке и заходит на Западе, Аристотель и Птолемей пришли к выводу, что Земля находится в абсолютном покое, а Солнце и звезды вращаются вокруг неё. Однако более точные исследования астрономов показали, что Земля движется вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, движется относительно звезд. Оказалось, что абсолютно покоящихся систем отсчета в природе не существует. Все находится в относительном движении.



    Рис. 2. Система отсчета S связана с массой m. Система отсчета S* связана с массой m*. Масса m* движется относительно массы m с постоянной скоростью v.


    Выберем две системы отсчета, одна из которых S связана с массой m, а другая S* с массой m*. Предположим, что физик расположен в системе отсчета S и измеряет координаты до системы S*. Пусть система отсчета S* движется относительно системы S с постоянной скоростью v без вращения. По определению такая система отсчета является инерциальной. Понятно, что скорость тела отсчета m*, с которым связана система S*, также постоянна и равна v. В результате измерений физик получит множество относительных координат систем отсчета S и S* . Исследуя это множество он обнаружит, что:

    а) трехмерная геометрия этого множества евклидова;

    б) траектории тел отсчета представляют собой прямые линии;

    в) кинетическая энергия тел отсчета является величиной относительной. Действительно, кинетическая энергия массы m*, записанная в координатах системы S равна половине произведения этой массы на квадрат скорости v. Перейдем теперь из системы S в систему S*, где масса m*, покоится (v = 0). В механике Ньютона такие переходы, совершаются с помощью координатных преобразований Галилея-Ньютона. В результате исследователь обнаружит, что кинетическая энергия тела m* в системе S* равна нулю. Этот результат как раз и доказывает, что кинетическая энергия инерциально движущихся тел относительна.

    В геометрии существует понятие геодезической линии. Это линия соответствует кратчайшему расстоянию между двумя точками в данной геометрии. В геометрии Евклида геодезической (в дальнейшем слово линия мы будем опускать) является прямая. Поэтому уравнения движения тел отсчета надо записать в таком виде, чтобы их решения приводили к прямолинейным траекториям тел. Из механики Ньютона нам известно, что уравнения движения в этом случае запишутся в виде равенства нулю произведения массы тела на его ускорение. Это уравнения движения свободных тел. Но такого в природе не бывает! Все тела отсчета обладают массой и, следовательно, гравитационным взаимодействием. Конечно, это взаимодействие очень мало и в большинстве случаев им можно пренебречь (так обычно и поступают физики). Следовательно, понятие инерциальной системы отсчета является идеализированным. Исследуя пространство событий этих систем, мы получаем тривиальные уравнения движения и никаких уравнений поля. В этом смысле плоское пространство Евклида, образованное множеством относительных координат инерциальных систем отсчета, соответствует «абсолютной пустоте», так, как будто массы (и другие физические характеристики) тел отсчета устремились к нулю. 

    1.3. Четырехмерное пространство событий и относительность времени.

    Пространство событий инерциальных систем отсчета механики Ньютона трехмерно и использует три пространственных координаты х, у и z. При движении систем отсчета эти координаты зависят от времени t, которое выступает в механике Ньютона как абсолютная величина. Представления о трехмерности пространства сохранялись в физике до тех пор, пока не начались эксперименты, связанные с распространением света. Было установлено, что свет распространяется со скоростью с = 300000 км/сек.

    При таких скоростях материи (или близких к ним, но меньших чем с) пространство событий становится четырехмерным, при этом время, умноженное на скорость света с образует четвертую координату Х0 = ct дополнительную к трем координатам х, у и z. В результате механику Ньютона заменила более совершенная релятивистская механика Эйнштейна-Лоренца. Геометрия пространства событий такой механики наделено структурой псевдоевклидовой геометрии. Это плоская геометрия, геодезические которой представляют собой четырехмерные прямые линии. По этим линиям движутся тела отсчета четырехмерных инерциальных систем. Название псевдоевклидова геометрия связано с тем, что четвертая координата х0 = ct выступает мнимой координатой по отношению к пространственным координатам х, у и z. Понятно, что четырехмерная инерциальная система отсчета является такой же идеализацией, как и трехмерная, поскольку, все тела отсчета хоть в какой-то степени взаимодействуют между собой.

    Из анализа уравнений релятивистской механики (т.е. механики больших скоростей) вытекают удивительные следствия.

    Во-первых, покоящееся тело отсчета обладает энергией покоя, равной произведению массы покоя m на квадрат скорости света: Е = mc2.

    Во-вторых, масса тела зависит от скорости движения и стремится к бесконечно большой величине при приближении скорости тела к скорости света.

    В третьих, всякое ускоренное поступательное движение в четырехмерном пространстве представляется как вращение в плоскостях, образованных осью времени ct и координатными осями х, у и z . На рис. 3 представлена одна из плоскостей, а именно, плоскость ct - х. На этой плоскости прямые, расположенные под углом к осям х и ct, представляют собой образующие светового конуса, по которым движется свет, естественно со скоростью света. Все тела отсчета, масса покоя которых m0 отлична от нуля, движутся внутри светового конуса, т.е. внутри сектора где расположена гиперболическая кривая.



    Рис.3. Плоскость ct-x, на которой изображены направляющие светового конуса будущего (t>0). Нерелятивисткая скорость движения вдоль оси Х вычисляется из прямоугольного треугольника через тангенс угла по следующей формуле v = x/t = ctga с.


    Из рисунка видно, что скорость движения v = x/t вдоль оси х определяется через тангенс угла a, а изменение скорости сводится к вращению в плоскости ct - х.

    В четвертых, длина L0 любого объекта зависит от скорости и уменьшается с увеличением его скорости. При скорости v = с длина вдоль направления движения обращается в ноль. Например, наблюдатель, который следит за движущимся с большой скоростью шаром, увидит вместо круглого шара сплюснутый в направлении движения диск.

    В пятых, время в четырехмерном пространстве становится величиной относительной и течет по-разному, в зависимости от скорости движения системы отсчета. Если астронавты в полете к далеким звездам будут двигаться в космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, то их время будет течь медленнее, чем на Земле.

    Этот странный с житейской точки зрения вывод был неоднократно проверен экспериментально. Были измерены времена жизни неустойчивых (распадающихся на части) элементарных частиц в зависимости от скорости их движения. Оказалось, что чем ближе скорость частицы к скорости света, тем больше времени она живет.

    Подобно плоской геометрии Евклида, псевдоевклидова геометрия приводит к тривиальным уравнениям движения тел отсчета (вспомним, что это уравнения движения свободных тел) и, соответственно, к отсутствию каких-либо уравнений поля. Можно сказать, что псевдоевклидова геометрия представляет собой четырехмерную модель «абсолютного вакуума». Эта модель соответствует реальности в пределе, когда массы тел отсчета стремятся к нулю. 

    1.4. Относительность сил и полей в теории гравитации Эйнштейна.

    До сих пор мы рассматривали пространство событий инерциальных систем отсчета. Сначала это были инерциальные системе механики Ньютона, которые движутся прямолинейно и равномерно без вращения относительно друг друга.

    Пространство событий таких систем отсчета трехмерно и обладает геометрией Евклида. Затем, мы рассмотрели пространство событий инерциальных систем отсчета, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света. В этом случае геометрия пространства событий оказалась четырехмерной, псевдоевклидовой. Обе эти геометрии описывают пустоту или абсолютный вакуум, где нет никакой материи или вообще чего-либо.

    Перейдем теперь к описанию ускоренных систем отсчета, в частности к локально инерциальным системам без вращения. Что это за системы отсчета?

    Представим себе космический корабль, который движется вокруг Земли по стационарной орбите без собственного вращения. В корабле находится космонавт в состоянии невесомости (см. рис. 4). Мы все это видели по телетрансляциям с борта космического корабля. Наблюдатель А находится на Земле и, измеряя координаты космонавта в своей системе отсчета, обнаруживает, что он движется под действием гравитационной силы Fg. Если масса космонавта m, то для наблюдателя А его уравнения движения запишутся как mа = Fg, где а - ускорение космонавта относительно наблюдателя А. Одним словом, наблюдатель видит, что космонавт движется ускоренно (вместе с кораблем) под действием гравитационной силы.



    Рис. 4. Ускоренная система отсчета В, связана с космическим кораблем. Корабль совершает свободный полет на стационарной орбите и движется без собственного вращения. Система отсчета А находится на Земле. Наблюдатели А и В измеряют координаты до космонавта, находясь каждый в своей системе отсчета, и получают разные уравнения движения космонавта.


    Предположим теперь, что на корабле находится наблюдатель В и измеряет координаты космонавта относительно системы отсчета, связанной с космическим кораблем. Он заметит, что внутри корабля космонавт либо покоится относительно стенок корабля, либо будет двигаться прямолинейно и равномерно, так, как будто никакие силы на космонавта не действуют. На самом же деле на космонавта действуют две силы, которые компенсируют друг друга. Одна из них все та же гравитационная сила Fg, а другая Fi - сила инерции (см. рис. 4). Физикам известно, что в ускоренных системах отсчета действуют силы инерции. Например, когда вы катаетесь на карусели, на вас действует центробежная сила инерции, которая пытается сбросить вас с карусели. Вращение представляет собой ускоренное движение.

    Теперь понятно, как определить ускоренную локально инерциальную систему отсчета первого рода. Это такая ускоренная система, в которой внешняя сила, действующая на тело отсчета, скомпенсирована силой инерции. В нашем случае внешней силой оказалась гравитационная сила Fg. Именно такие системы отсчета использовал А. Эйнштейн при построении теории гравитационного поля.

    Итак, мы показали, что в теории Эйнштейна гравитационные поля и силы носят относительный характер, поскольку могут быть обращены в нуль (правда, только локально) путем перехода в ускоренную локально инерциальную систему отсчета. Далее, А. Эйнштейну удалось установить, что относительные координаты ускоренных локально инерциальных систем образуют пространство событий, наделенное геометрией Римана. В отличие от плоской геометрии Евклида (или плоской псевдоевклидовой геометрии) эта геометрия обладает кривизной. Оказалось, что кривизна геометрии Римана содержит всю необходимую информацию о гравитационных полях и взаимодействиях. Вспомним теперь высказывания Клиффорда о том, что в мире ничего не происходит, кроме изменения кривизны пространства. А. Эйнштейну удалось показать это для гравитационных взаимодействий!



    Рис. 5. Отклонение луча света вблизи поверхности Солнца.


    Используя математические знания о различных геометрических объектах геометрии Римана, можно заранее предсказать результат любого гравитационного эксперимента. Например, уравнения движения тела отсчета, с которым связана ускоренная локально инерциальная система, в теории гравитации Эйнштейна описывается уравнениями геодезических. Эти уравнения были известны математикам задолго до теории Эйнштейна. Великий ученый использовал эти уравнения для теоретических расчетов, заранее зная, что теоретические выводы будут подтверждены экспериментом. Он предсказал, что луч света от далекой звезды, проходящий вблизи Солнца, будет искривляться под действием гравитационного поля (см. рис.5).

    В последствии эксперименты, проведенные астрономами, количественно подтвердили предсказанный А. Эйнштейном угол отклонения луча. Были и другие предсказания теории, получившие количественные подтверждение на опыте. 

    1.5. Вакуум Эйнштейна.

    После многолетних поисков А. Эйнштейн после дискуссии с немецким математиком Д. Гильбертом находит в 1915 году знаменитые уравнения Эйнштейна, которые описывают гравитационные поля через кривизну пространства событий. Согласно этим уравнениям, массивное тело искривляет пространство-время вокруг себя. В его теории имеется две реальности: пространство-время и материя. Материя выступает на фоне пространства-времени, искривляя его. Если материю убрать, что пространство становится плоским (псевдоевклидовым). Таким образом, пространство-время наделяется упругими свойствами, которые проявляются через искривление его геометрии. Наглядно смоделировать физический процесс отклонения луча света, показанный на рис. 5, можно следующим образом. Представим себе область трехмерного пространства, заполненного прозрачной однородной резиной. Пропуская луч света по различным направлениям внутри резины, мы увидим, что он распространяется всегда по прямой линии. Это модель плоского пространства или «абсолютного вакуума».

    Поместим внутрь резины шарик из какого-либо твердого материала. В результате вблизи поверхности шарика возникнут неоднородности из-за вытеснения шариком части объема резины. Если теперь пропустить луч света вблизи поверхности шарика, то он будет распространяется по некоторой кривой из-за неоднородной плотности вблизи поверхности. В данном случае неоднородный кусок прозрачной резины моделирует искривленное пространство или возбужденный вакуум.

    Можно теперь утверждать, что согласно теории Эйнштейна физический вакуум это пустое (без материи) пространство-время, обладающее упругими свойствами. Эти свойства проявляются тогда, когда в пустое пространство помещается некая масса. Более того, в теории имеются так называемые вакуумные уравнения Эйнштейна, которые описывают гравитационные поля вне материи, т.е. в чистом виде упругие свойства пустого пространства-времени. Вакуумные уравнения Эйнштейна являются чисто геометрическими и не содержат никаких физических констант. Это так и должно быть, поскольку вакуум не может характеризоваться чем-либо конкретным. Если вакуум наделить какими-нибудь конкретными физическими константами, то это будет уже что-то рожденное из вакуума.

    1.6. Вакуум Дирака.

    Обратим внимание на очень важный момент. При построении теории гравитации А. Эйнштейн не был ориентирован на эксперимент. Вся содержательная часть теории связана с геометрическими свойствами пространства событий относительных координат ускоренных локально инерциальных систем отсчета первого рода. Достаточно знать, что пространство событий таких систем наделено структурой геометрии Римана, как уже из этого факта следуют уравнения движения массы в произвольном гравитационном поле - уравнения геодезических! Теории такого класса можно назвать дедуктивными.

    Большинство физических теорий строится на основе обобщения экспериментальных данных частного характера. Такие теории относятся к классу индуктивных. Примером индуктивной теории является механика Ньютона, термодинамика, электродинамика, квантовая механика и ее наиболее развитая часть - квантовая электродинамика. На сегодняшний день квантовая электродинамика, основателем которой по праву считается П. Дирак, являет собой пример наиболее разработанной физической теории. Теоретические выводы, следующие из ее уравнений, совпадают с результатами опыта с высокой степенью точности (с точностью до величин порядка 10-7). Тем не менее, не опыт является истиной. Это всего лишь критерий истины. Дело в том, что анализ уравнений квантовой электродинамики позволяет выяснить ряд трудностей. Они приводят к противоречивым выводам и указывают на незаконченность уравнений квантовой электродинамики. П. Дирак это прекрасно понимал и с горечью замечал, что «правильный вывод состоит в том, что основные уравнения неверны». Если бы эти слова произнес не П. Дирак, а какой-нибудь другой даже очень авторитетный теоретик, все остальные физики подумали бы, что он сумасшедший!

    Уравнения, которые открыл Дирак, показывают, что в природе существуют частицы с положительной энергией - электроны и античастицы - позитроны, энергия которых отрицательна. Они рождаются парами электрон-позитрон из физического вакуума. Сам же вакуум представляет собой некоторое латентное (скрытое) состояние электронов и позитронов. В среднем физический вакуум не имеет ни массы, ни заряда, ни каких-либо других физических характеристик. Однако в малых пространственных областях (порядка 10-33) вакуума значения физических характеристик могут стать отличными от нуля - на малых расстояниях вакуум спонтанно флуктуирует. В вакууме постоянно происходят процессы рождения и уничтожения частиц и античастиц разного сорта. Образно говоря, в малых пространственно-временных областях вакуум похож на «кипящий бульон», состоящий из элементарных частиц. Поэтому в квантовой теории возникло представление о физическом вакууме как о «квантовой жидкости», находящейся в вечном движении. Такая жидкость описывается уравнениями квантовой гидродинамики и, естественно, обладает упругими свойствами подобно вакууму Эйнштейна. Для физиков важным оказался вопрос, как объединить уравнения, которые описывают вакуум Эйнштейна и вакуум Дирака с тем, чтобы иметь более правильное представление о нем. В этом вопросе мнения физиков резко разделились.

    1.7. Завещание Эйнштейна будущей физике.

    К сожалению надо отметить, что за последние сорок лет произошла демократизация физики в худшем смысле этого слова. В процессе принятия важных для развития физики решений принимают участие большие коллективы людей или люди далекие от стратегического мышления. По всем основным вопросам развития существует общественное мнение, которое висит тяжелыми кандалами на всякой оригинальной мысли. Даже А. Эйнштейн, ученый, внесший вклад в развитие трех современных теорий - квантовой теории, специальной и общей теории относительности, подвергался при жизни обструкции. Его точка зрения на физическое содержание современной квантовой механики не принималась большинством современников. Еще Декарт отмечал, что при решении очень сложных вопросов большинство, как правило, ошибается.

    С этим можно было бы смириться, если бы не колоссальные материальные потери, которые несет общество за неверно принятые учеными решения. К таким решениям можно причислить проблему управляемой термоядерной реакции при отсутствии фундаментальной теории ядерных сил, строительство суперускорителей и планирование экспериментов в отсутствии теории элементарных частиц и т. д. В таких условиях значение стратегических работ, оценить которые может ограниченное число ученых, бесценно.

    Всех исследователей, которые занимаются теоретической физикой, можно разделить на три большие группы: стратеги, тактики и оперативники.

    Стратеги создают фундаментальные теории, которые определяют развитие физики на десятки, а то и сотни лет. Фундаментальные теории подразумевают открытие принципиально новых физических уравнений. Эти уравнения основаны на новых физических принципах общего характера (механика Ньютона, специальная и общая теория относительности Эйнштейна). Теоретические предсказания фундаментальных теорий абсолютно точно подтверждаются на опыте в той области, где уравнения и принципы теории справедливы. К теоретикам-стратегам можно отнести только двух ученых - И. Ньютона и А. Эйнштейна.

    Тактики детально разрабатывают отдельные фрагменты стратегической работы. В их среде находятся ученые, которые в состоянии оценить еще не признанную научным сообществом стратегическую работу. К теоретикам-тактикам относятся такие исследователи, как Дж. Максвелл, М. Планк, Э. Шредингер, П. Дирак, В. Паули и многие другие известные ученые.

    Большинство известных физиков-теоретиков занимается оперативными работами. Это, прежде всего, создание феноменологических (описательных) теорий, обладающих ограниченной предсказательной силой. К таким теориям относятся теории сильных и слабых взаимодействий или различные супер и гранд теории. К оперативным работам относятся решения конкретных задач, поставленных стратегической или тактической физикой. К оперативной работе относится так же разработка новых математических методов для решения уже известных фундаментальных уравнений. Те из теоретиков-оперативников, которые обладают хорошими организационными способностями, создают собственные научные школы и пишут учебники по теоретической физике. К известным теоретикам-оперативникам можно отнести А. Зоммерфельда, Л. Ландау, Д. Швингер, М. Гелл-Манн, А. Салам, С. Вайнберг, С. Глэшоу и др. Как правило, оперативники прекрасно владеют математическим аппаратом и имеют энциклопедические знания в области физики. Они быстро завоевывают признание научного сообщества, и именно они определяют «общественное мнение» по тому или иному сложному физическому вопросу, сводя его к математическим проблемам.

    Однако в стратегической физике не было, и нет проблем математических. Есть только проблемы физические. Это хорошо понимал А.Эйнштейн.

    После завершения работы по созданию теории гравитации, в которой гравитационные поля имеют относительную природу, А. Эйнштейн приступил к поиску уравнений единой теории поля. Он полагал, что физика должна быть единой и что существуют уравнения, которые описывают все явления, наблюдаемые в природе.

    Программа построения единой теории поля является стратегической проблемой физики. А. Эйнштейн разделил ее на две части:

    а) программа минимум, предполагающая открытие таких уравнений электродинамики, которые приводят к геометрическому описанию электромагнитных взаимодействий, подобно тому, как это имеет место в теории гравитации Эйнштейна;

    б) программа максимум, предполагающая открытие уравнений геометризированной квантовой теории путем дальнейшего совершенствования теории относительности.

    Далее будет показано, что развитие именно этих программ приводит нас к теории физического вакуума, новому мировоззрению и новым технологиям.

    1.8. Относительность электромагнитного поля в геометризированной электродинамике.

    Науке известны две теории гравитационного поля - Ньютона и Эйнштейна. Теория Ньютона была построена индуктивным путем на основе анализа большого числа экспериментальных данных. Наоборот, теория гравитации Эйнштейна не опиралась на экспериментальные данные и была построена на основе дедукции. Эйнштейну достаточно было предположить, что пространство относительных координат ускоренных локально инерциальных систем отсчета первого рода (свободно падающих лифтов) наделено геометрией Римана, как из этого факта уже можно было получить уравнения движения, а затем и уравнения поля его теории.

    Ничто не запрещает нам сделать то же самое при геометризации уравнений электромагнитного поля, реализуя эйнштейновскую программу минимум по построению единой теории поля. Для этого, сделаем предположение, что в электродинамике существуют ускоренные локально инерциальные системы отсчета первого рода, связанные с заряженными частицами. Это означает, что в электромагнитных явлениях существуют такие ситуации, когда заряд движется ускоренно, но так, что локально в каждой точке траектории внешняя электромагнитная сила полностью скомпенсирована силой инерции. В результате такой заряд в каждой точке криволинейной траектории будет локально двигаться инерциально, т.е. равномерно и прямолинейно без вращения. Более того, из-за инерциальности движения в каждой точке траектории заряд не будет излучать электромагнитных волн как локально, так и вдоль всей криволинейной траектории, несмотря на то, что его движение является ускоренным!



    Рис. 6. Переход электрона со стационарного уровня 1 на стационарный уровень 2. На уровнях 1 и 2 электромагнитная сила Fe скомпенсирована силой инерции Fi. Электромагнитное излучение появляется, когда [Fe] > [Fi].


    Этот парадоксальный с первого взгляда вывод имеет, тем не менее, экспериментальное подтверждение. Действительно, из анализа атомных спектров следует, что при движении электрона вокруг ядра у электрона существуют устойчивые орбиты, по которым электрон движется ускоренно, но без излучения. Наблюдаемая устойчивость атомных орбит электрона была возведена Н. Бором в ранг физического принципа при построении квантовой теории атома. Под давлением экспериментальных данных ученый вводит постулат стационарности электронных орбит в атоме. Постулат Бора становится лишним, если связать с электроном в атоме ускоренную локально инерциальную систему отсчета первого рода (см. рис. 6).Так же как в теории гравитации Эйнштейна в новой электродинамике пространство событий относительных координат ускоренных систем отсчета, связанных с зарядами, наделено структурой геометрии Римана. Поэтому уравнения движения заряда в геометризированной электродинамике совпадают с уравнениями геодезических пространства Римана. В эти уравнения входят электромагнитные поля, которые преобразованием координат можно обратить в нуль локально. Иными словами, электромагнитное поле в геометризированной электродинамике имеет относительную природу. Поскольку электромагнитные силы порождены электромагнитными полями, то они так же относительны. На рис. 7 схематически показано как координатные преобразования делают относительными электромагнитные силы в геометризированной электродинамике.



    Рис. 7. Электрон - е движется по стационарной орбите вокруг ядра атома с зарядом +е. На левом рисунке наблюдатель видит движение электрона под действием внешней силы Fе На правом рисунке наблюдатель обнаружит в локально инерциальной системе прямолинейное и равномерное движение электрона.


    На рисунке 7а наблюдатель находится в инерциальной системе отсчета, связанной с атомным ядром, имеющим заряд +е. Измеряя относительные координаты своей системы отсчета и ускоренной системы, связанной с электроном -е массы m он видит, что электрон движется с ускорением под действием силы Fe.

    Она порождена электромагнитным полем ядра. Используя преобразования координат, наблюдатель может переместиться в ускоренную систему отсчета (см. рис. 7в). На рисунке 7в он находится в ускоренной локально инерциальной системе отсчета вблизи электрона. В этой системе отсчета он видит, что локально электрон либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно без вращения, поскольку локально внешняя сила Fe скомпенсирована силой инерции Fi. С точки зрения локального наблюдателя действие на электрон какого-либо поля отсутствует, что и указывает на относительность электромагнитного поля.

    Из наших рассуждений можно прийти к выводу, что в геометризированной электродинамике возможно ускоренное движение по «инерции». Для этого заряженной частице достаточно двигаться согласно уравнениям геодезических пространства Римана. Причем это пространство должно быть образовано множеством относительных координат ускоренных локально инерциальных систем отсчета, связанных с зарядами. Поэтому в геометризированной электродинамике существование стационарных орбит электронов в поле ядра (квантовый принцип Бора) есть следствие ускоренного движения зарядов по инерции.

    Этот вывод подтверждает догадки А. Эйнштейна о возможности найти более совершенную квантовую теорию путем расширения принципа относительности. В самом деле, появление стационарных орбит у электрона в геометризированной электродинамике обеспечено расширением специального принципа относительности электродинамики Максвелла-Лоренца-Эйнштейна до общего принципа относительности.

    1.9. Вращательная относительность и вращательные координаты.

    В повседневной жизни мы наблюдаем два типа движений тел - поступательные и вращательные. Например, автомобиль, который движется по горизонтальной поверхности, движется поступательно. Движение колес автомобиля относительно его корпуса является вращательным. Поступательное движение тел описывается в физике поступательными координатами х, у и z. Для описания вращательного движения используют вращательные координаты ф1, ф2, ф3 (ими могут быть углы Эйлера).

    Механика Ньютона, электродинамика Максвелла-Лоренца-Эйнштейна, теория гравитации Эйнштейна и геометризированная электродинамика построены так, что используемые этими теориями системы отсчета образуют множество относительных поступательных координат (см. таблицу № 1). В таблице также указаны относительные физические величины, причем каждая более сложная теория включает в себя все предыдущие относительные величины и добавляет свои. Например, в электродинамике Максвелла-Лоренца-Эйнштейна, которая использует четырехмерные инерциальные системы отсчета, кинетическая энергия равномерного движения зарядов относительна, так же как и в механике Ньютона. Но в ней дополнительно оказываются относительными длина объекта и время его жизни. В теории гравитации Эйнштейна и геометризированной электродинамике относительно все то, что и в электродинамике Максвелла-Лоренца-Эйнштейна, плюс относительными оказываются гравитационные и электромагнитные поля соответственно.


    Таблица № 1.


    Легко видеть, что в эту таблицу не входят вращательные координаты ф1, ф2, ф3. Это и понятно, поскольку все перечисленные в таблице системы отсчета по определению не вращаются. Поэтому можно сказать, что до сих пор теория относительности развивалась как теория поступательной относительности.

    Следующий шаг в развитии теории относительности потребовал введения многообразия относительных координат ускоренных систем отсчета, которые испытывают вращение при своем движении. Такие системы отсчета движутся не только в трансляционных координатах, но также и во вращательных. Теория, в которой используются вращательные координаты, требует увеличения размерности пространства событий. Например, если рассматриваются трехмерные вращающиеся системы отсчета с трансляционными координатами х, у и z, то они дополнительно описываются тремя вращательными координатами. В этом случае пространство событий шестимерно. Если же мы будем рассматривать четырехмерные вращающиеся системы отсчета, то пространство событий будет уже десятимерным, поскольку в четырехмерном пространстве трансляционных координат х, у, z, ct имеется шесть вращательных координат: три пространственных угла ф1, ф2, ф3 и три псевдоевклидовых угла q1, q2, q3.

    Трансляционные и вращательные координаты существенно отличаются по своим свойствам. Трансляционные координаты относятся к классу голономных (или интегрируемых). Движение в голономных координатах характерно тем, что оно не зависит от направления пути в одну и ту же точку пространства.



    Рис. 8. Результат движения в голономных координатах х, у, и z не завит от последовательности пути движения.


    Наглядно это свойство изображено на рис. 8, где показано движение в голономных координатах х, у, и z из начала координат О до точки Р по отрезкам 1, 2 и 3 вдоль осей Ох, Оу и Oz. Ha рис. 8 а) движение начинается вдоль оси х на величину отрезка 1, затем вдоль оси у на величину отрезка 2 и, наконец, вдоль оси z на величину отрезка 3. В результате мы приходим в точку Р. На рис. 8 б) порядок движения изменился: сначала движение происходит вдоль оси у на величиау отрезка 2, затем вдоль оси х на величину отрезка 1 и, окончательно, вдоль оси z на величину отрезка 3. И опять мы приходим в точку Р. Этот же результат мы получим, если начнем движение вдоль оси z, как это показано на рис. 8 в).

    В отличие от голономных координат х, у, и z, при движении в неголономных координатах ф1, ф2, ф3 результат двух поворотов на конечные углы зависит от последовательности этих поворотов. Для иллюстрации этого утверждения, рассмотрим два последовательных поворота вокруг осей х, и z на углы 90° (рис. 9 и 10).



    Рис. 9. Два последовательных поворота на угол 180°: а) - поворот на 90° по часовой стрелке вокруг оси z; б) - то же, вокруг оси у; в) - результат двух последовательных поворотов.



    Рис. 10. Смена порядка последовательных поворота на угол 180°: а) -поворот на 90° по часовой стрелке вокруг оси у, б) - то же, вокруг оси z; в) - результат двух последовательных поворотов.


    Из рисунков видно, что результат двух конечных поворотов вокруг осей у и z зависит от последовательности этих поворотов (положения квадрата со звездочкой на рис. 9 в и рис. 10 в не совпадают).

    1.10. Торсионные поля и относительность вращения.


    Самый простой пример вращательного движения представляет собой вращающийся диск.



    Рис. 11. На центр масс однородного вращающегося диска по всем направлениям действуют скомпенсированные центробежные силы инерции. По определению, такая система представляет собой ускоренную локально-инерциальную систему отсчета второго рода.


    На рис. 11 изображен однородный диск, который вращается с постоянной частотой w вокруг оси, проходящий через его центр масс О. Сразу отметим, что если поместить вращающийся диск в идеальные условия, когда внешние воздействия отсутствуют, то он будет вращаться сколь угодно долго (по инерции). Мы имеем здесь очень наглядный случай ускоренного движения по инерции. Действительно, каждый малый участок диска, обладающий массой Dm, движется по круговой орбите, т.е. ускоренно.

    Перед этим мы рассматривали ускоренные локально инерциальные системы отсчета первого рода, в которых локально на тело отсчета действует внешняя сила, скомпенсированная силой инерции (см. рис. 4). Было показано, что в этом случае тело отсчета хотя и движется ускоренно, но движется по инерции согласно уравнениям геодезических риманова пространства. Свободное вращательное движение диска демонстрирует нам другой пример ускоренного движения по инерции. Однако в этом случае мы имеем другой класс ускоренных систем отсчета, а именно - ускоренные локально инерциальные системы отсчета второго рода.

    Такие системы образуются тогда, когда на центр масс тела отсчета действуют скомпенсированные силы инерции.

    На рис. 11 представлен пример ускоренной локально инерциальной системы отсчета второго рода. Единичные вектора е1, е2, е3 системы В жестко связаны с вращающимся диском. В системе В на центр масс диска действуют скомпенсированные центробежные силы инерции симметрично по всем направлениям в плоскости диска. В результате центр масс диска покоится или движется равномерно и прямолинейно (но уже с вращением) относительно другой такой же системы А (см. рис.11).

    Предположим теперь, что система А не вращается, а движется прямолинейно и равномерно, т.е. является инерциальной. Наблюдатель в системе А видит, что диск вращается относительно его системы отсчета с угловой скоростью w. Он также видит, что начало О системы отсчета В (только одна точка) покоится или движется относительно его прямолинейно и равномерно, хотя система отсчета В является ускоренной! Кроме того, наблюдатель А видит, что вращающийся диск подвержен действию сил инерции, которые действуют на каждый малый элемент диска. Если бы диск был абсолютно твердым телом (расстояние между точками такого тела не меняется, какие бы силы на него не действовали), то его форма осталась бы неизменной. Однако при вращении реального диска его форма меняется из-за действия сил инерции (см. рис. 12).



    Рис. 12. На резиновом диске нанесена сетка: а) - диск не вращается; б) - диск вращается с некоторой угловой скоростью w. В результате вращения увеличивается (d < D) диаметр резинового диска и его внутренняя геометрия изменяется.


    Поскольку силы инерции действуют на все точки вращающегося диска, то имеет смысл говорить о поле сил инерции. В свою очередь, силы инерции порождаются торсионным полем, которое возникает тогда, когда происходит вращение каких-либо объектов. Слово торсионное происходит от английского слова torsion, что означает кручение. Впервые в науке кручение было связано с вращением французским математиком Ж. Френе, который связал угловую скорость вращения w с кручением c по формуле:


    w = cv ,


    где v - линейная скорость. При вращении диска в каждой его точке образуется поле кручения c , которое вызывает поле сил инерции. Когда угловая скорость вращения диска w постоянна (w = const), кручение принимает вид:


    c = 1/r ,


    где r - расстояние от оси вращения до некоторой точки на диске. В результате из формулы Френе мы получаем известную в механике формулу вращательного движения:


    c = v/r


    На рис. 12 изображен вращающийся резиновый диск, который деформируется и изменяет свою внутреннюю геометрию из-за появления на вращающемся диске торсионного поля (поля кручения). Остается только установить геометрию пространства событий и соответствующие уравнения геодезических, которые описывают движение ускоренных локально инерциальных систем отсчета второго рода.

    Проведенные исследования показали, что внутренняя геометрия диска с кручением c соответствует геометрии немецкого математика Р. Вайценбека. В отличии от геометрии Римана, геометрия Вайценбека обладает не только кривизной пространства но и его кручением.

    Из формулы w = cv видно, что кручение обращается в нуль, когда равна нулю угловая скорость вращения w. Если использовать преобразования трансляционных координат х, у и z, то обратить угловую скорость вращения в ноль невозможно. Для этого необходимо использовать преобразования неголономных угловых координат ф1, ф2, ф3. С помощью этих преобразований можно перейти в систему отсчета, которая вращается в ту же сторону и с такой же угловой скоростью как и система В, и начало которой совпадает с началом системы В. В этой системе w=0 и, следовательно, угловая скорость оказывается величиной относительной. Заметим, что при этом координатное пространство событий должно быть по крайней мере шестимерным.

    1.11. Относительность сил и полей инерции.

    Со времен Ньютона физиков озадачивали самые загадочные силы природы - силы инерции, которые проявляют себя в ускоренных системах отсчета. Более чем триста лет назад И. Ньютон поставил перед учеными вопрос, почему поверхность воды в ведре искривляется, если, взявшись за ручку, начать вращать ведро над головой. Причиной этого искривления является центробежная сила инерции


    Fi = - mrw2 ,


    действующая на массу воды в ведре. В этой формуле m - масса воды, w - угловая скорость вращения ведра, r - радиус вращения. Эта же сила действует во вращающемся барабане стиральной машины на капельки воды в мокром белье, обеспечивая быстрое отжимание белья при вращении барабана.

    Для объяснения природы сил инерции И. Ньютон вводит в механике некое ненаблюдаемое в опыте абсолютное пространство. По представлениям ученого именно при ускоренном движении относительно ненаблюдаемого абсолютного пространства возникают силы инерции. Фактически для объяснения сил инерции И. Ньютон впервые вводит понятие абсолютного вакуума, о котором мы говорили ранее. Физикам трудно было оперировать с объектом, который не наблюдается в эксперименте непосредственно. Кроме того, введение абсолютного пространства было эквивалентно утверждению, что в природе существует класс выделенных абсолютных систем отсчета, связанных с абсолютным пространством.

    Эти представления сдерживали развитие теории относительности. Поэтому в начале двадцатого века Э. Мах предложил физикам отказаться от абсолютного пространства и выдвинул другое объяснение причины появления сил инерции.

    Он предположил, что силы инерции возникают всякий раз, когда начинается ускоренное движение относительно удаленных звездных масс, распределенных во Вселенной.

    С позиций здравого смысла принцип Маха так же страдает существенным недостатком, поскольку предполагает, что источник сил инерции не локален и удален от нас на огромные расстояния. В тоже время нам известно, что силы инерции начинают проявлять себя сразу же, как только начинается ускоренное движение. Следовательно, признание принципа Маха предполагает сверхсветовое распространение взаимодействий, в которых участвуют силы инерции.

    Новая точка зрения на природу сил инерции состоит в том, что эти силы имеют локальное происхождение и порождены кручением пространства, интерпретируемым в механике как поле инерции. Всего физикам известно четыре типа сил инерции и все они порождены полями инерции (полями кручения). Напомним, что в теории гравитации известна одна сила - ньютоновская сила гравитационного притяжения. В теории электромагнитного поля различают две силы - электрическую и магнитную. А сил инерции четыре и все они возникают при вращении материи, но именно вращение материи вызывает появление торсионных полей (или полей инерции).

    Перечислим оставшиеся три силы инерции:

    Сила Кориолиса:


    F2 = - 2mwv


    сила, возникающая при ускоренном вращении


    F3 = - mer ,


    где e - угловое ускорение;

    и, наконец, поступательная сила инерции:


    F4 = - mW ,


    где W - поступательное ускорение.

    Поступательная сила инерции возникает при ускоренном поступательном движении. Например, вы сидите в кресле самолета и он начинает разгоняться для взлета. Вы чувствуете как вас вдавливает в кресло некая сила. Это и есть действие поступательной силы инерции. Казалось бы, какое отношение к вращению имеет поступательная сила инерции, если она возникает при поступательном ускорении? Тем не менее, с точки зрения четырехмерного пространства событий поступательное ускорение тоже есть вращение, но вращение в пространственно-временных плоскостях (см. рис. 3).

    Физики экспериментально установили, что силы инерции действуют только в ускоренных системах отсчета. С помощью преобразований координат, которые соответствуют переходу из ускоренной системы отсчета в инерциальную, силы инерции обращаются в нуль. Таким образом, силы инерции имеют относительную природу. Это их свойство заставляет некоторых исследователей считать их нереальными. Дело доходит до курьеза. В одном из технологических университетов студентам читают лекцию по теоретической механике и говорят, что силы инерции фиктивны, поскольку их можно обратить в нуль преобразованиями координат. Их удобно использовать в ускоренных системах отсчета для решения некоторых задач. Через некоторое время студентам читают лекцию по деталям машин, где рассматривают устройство турбины реактивного двигателя, которая вращается с большой угловой скоростью. При этом говорят, что если не учесть возникающих при вращении турбины сил инерции, то при недостаточной прочности металла они могут разорвать ее лопасти. Бедные студенты! Они никак не возьмут в толк, как это фиктивные силы могут разорвать металлические детали турбины.

    Безусловно, силы инерции надо рассматривать как реальные. Но порождены эти силы особыми полями - полями инерции. Эти поля можно рассматривать как проявление торсионных полей в нашей повседневной жизни.

    Если в инерциальных системах отсчета силы инерции обращаются в нуль, то, как оказалось, порождающие их поля инерции в инерциальных системах отличны от нуля. Такое в физике обнаружено впервые. Обычно обращение, например, гравитационной силы в нуль означает равенство нулю гравитационного поля, которое порождает эту силу. Это правило выполняется и для других физических полей. Поля инерции представляют собой разновидность торсионного поля, для которых обращение в нуль вызванных им сил не означает равенства нулю самого поля.

    Поле инерции может быть обращено в нуль с помощью преобразований вращательных координат. Это наглядно видно из формулы Френе w = cv, которая устанавливает связь между угловой частотой вращения w и кручением c (одной из компонент торсионного поля). Выбирая вращательные координаты так, чтобы, w=0, мы обращаем в нуль кручение c (т.е. поле инерции). Следовательно, поле инерции относительно, поскольку всегда можно найти систему отсчета, где оно оказывается равным нулю.

    1.12. Три вида пространств Вайценбека.

    Введение вращательной относительности в физику позволило обнаружить новые физические поля, названные торсионными. Эти поля наблюдаются во вращающихся системах отсчета. Как было отмечено ранее, пространство событий относительных координат вращающихся систем отсчета (ускоренных локально инерциальных систем второго рода) имеет структуру геометрии Вайценбека. В общем случае пространство Вайценбека обладает отличной от нуля римановой кривизной и кручением, введенным впервые итальянским математиком Риччи. Одной из компонент кручения Риччи является рассмотренное нами ранее кручение Френе c. Пространство Вайценбека (в математике оно иногда называется пространством абсолютного параллелизма) устроено таким образом, что в общем случае кручение пространства выступает как источник римановой кривизны (см. рис. 13 в).

    Простейшим пространством абсолютного параллелизма является трехмерное пространство Евклида или четырехмерное псевдоевклидово пространство. Кручение и кривизна этих пространств равна нулю, поскольку они описывают абсолютный вакуум (см. рис. 13 а).

    Напомним, что пространство событий относительных координат инерциальных систем отсчета обладает структурой пространства Евклида (трехмерный случай) или псевдоевклидова пространства (четырехмерный случай).



    Рис. 13. Различные виды пространств абсолютного параллелизма: а) плоское пространство (риманова кривизна R и кручение Риччи Т равны нулю), б) пространство с нулевой римановой кривизной R и отличным от нуля кручением Риччи Т; в) пространство с не нулевой римановой кривизной R и не нулевым кручением Т.


    Эти пространства представляют собой простейший вид геометрии абсолютного параллелизма и не несут какой-либо содержательной физической информации.

    Рассмотрим теперь ситуацию, когда отсутствуют все поля кроме полей инерции. Можно, например, рассмотреть пространство событий относительных координат ускоренных локально инерциальных систем отсчета второго рода (см. рис. 11). Конечно, мы рассматриваем идеальный случай, когда гравитационным, электромагнитным и другими полями тела отсчета (в данном случае диска) можно пренебречь. Тогда риманова кривизна пространства событий оказывается равной нулю. В результате мы получаем пространство событий со структурой геометрии абсолютного параллелизма, у которой кручение Риччи отлично от нуля, а риманова кривизна равна нулю (см. рис. 13 б).

    В отличие от бессодержательной плоской геометрии, соответствующей абсолютному вакууму, эта геометрия наделена структурой, которая описывает некие первоначальные вихри (или первоначально возбужденный вакуум). Теперь у нас появляются содержательные уравнения, которым подчиняются первичные торсионные поля, не создающие риманова искривления пространства, но приводящие к его закрутке. Искривление пространства связано с появлением силовых полей, т.е. таких полей, которые порождают силы, создающие кривизну траекторий частиц в инерциальных системах отсчета. Первичные торсионные поля действуют на частицы так, что их траектория не искривляется, при этом меняются вращательные свойства материи. Например, взаимодействие спинирующей частицы с первичным торсионным полем может привести к изменению ее собственной частоты вращения или направления вращения.

    Самый общий случай геометрии Вайценбека соответствует пространству событий относительных координат ускоренных локально инерциальных систем отсчета первого и второго рода, т.е. фактически произвольно ускоренных систем. В этом случае, как риманова кривизна, так и кручение Риччи отличны от нуля (см. рис. 13 в).

    Перечислим некоторые важные свойства пространства Вайценбека:

    а) для случая четырехмерных систем отсчета размерность этого пространства равна десяти;

    б) в пространстве существуют две метрики - метрика Римана, описывающая бесконечно малое расстояние между двумя точками, и метрика Киллинга-Картана, представляющая собой поворот на бесконечно малый угол. Эта метрика исчезает, если кручение Риччи пространства обращается в нуль;

    в) имеется десять уравнений движения (уравнений геодезических) - четыре поступательных и шесть вращательных;

    г) из шести структурных уравнений геометрии Вайценбека следуют уравнения Эйнштейна с геометризированным тензором энергии-импульса материи, роль которой играют торсионные поля.

    1.13. Относительность вакуумных возбуждений.

    В теории гравитации Эйнштейна и в общерелятивистской электродинамике существуют две качественно различные категории; пространство-время и материя. Материя выступает на фоне пространства-времени, искривляя его. Обе эти теории используют Риманово пространство и в обеих теориях гравитационные и электромагнитные поля носят относительный характер.

    Решение программы минимум по созданию единой теории поля (геометризация электромагнитного поля) потребовало расширения специального принципа относительности, на котором основана электродинамика Максвелла-Лоренца, до общего принципа относительности.

    С другой стороны, решение программы максимум (геометризация полей материи) оказалось возможным благодаря введению в теорию вращательной относительности, которая указала на важную роль в явлениях природы торсионных полей. В механике эти поля проявляют себя как поля инерции, вызывающие в ускоренных системах отсчета силы инерции. Пространство событий, учитывающее вращательную относительность, наделено структурой геометрии абсолютного параллелизма с кривизной и кручением, отличными от нуля, причем роль материальных источников в новой теории играют все те же торсионные поля.

    В теории, построенной с учетом вращательной относительности, нет двух категорий (пространства-времени и материальных источников), а есть только закрученное и искривленное десятимерное пространство Вайценбека. Следуя Клиффорду, можно теперь сказать, что в мире ничего не происходит кроме изменения кривизны и кручения пространства, поскольку материальные источники сведены к кручению Риччи.

    В качестве полевых уравнений чисто полевой теории, названной теорией физического вакуума, выбраны не десять уравнений типа уравнений Эйнштейна с геометризированным тензором энергии-импульса материи, а сорок четыре уравнения, определяющих структуру геометрии Вайценбека (абсолютного параллелизма). Эти уравнения описывают пространственные холмы и вихри, которые воспринимаются нами как возбужденные состояния физического вакуума и обнаруживаются нашими приборами как элементарные частицы материи.

    Ранее мы показали относительную природу гравитационных, электромагнитных и торсионных полей при различных координатных преобразованиях, включая вращательные. Единственным полем, которое ведет себя как некоторая абсолютная величина, как относительно поступательных, так и относительно вращательных координатных преобразований, оказывается риманова кривизна пространства. Опыты по рождению частиц из физического вакуума показывают, что их массы, заряды, спины или какие-либо другие физические характеристики относительны, т.е. появляются и исчезают в процессах рождения из вакуума или ухода в вакуум.

    В теории физического вакуума эти характеристики определяются через риманову кривизну пространства, поэтому необходимо было ввести в теорию такой класс систем отсчета, в которых поле римановой кривизны ведет себя как относительная величина.



    Рис. 14. Конформная система отсчета меняет длину своих базисных векторов по закону Е = W(x)e, где W(х) - масштабный фактор.


    Этому требованию удовлетворяют конформные системы отсчета, у которых вектора базиса имеют переменную величину (см. рис.14.), т.е. могут изменяться от точки к точке, а так же в различные моменты времени. В пространстве событий, образованном множеством относительных координат конформных систем отсчета, риманова кривизна становится относительной, поэтому оказываются относительными массы, заряды, спин и другие характеристики вакуумных возбуждений. С помощью конформных координатных преобразований можно описывать процессы рождения и уничтожения элементарных частиц или их взаимные превращения. Например, масса покоя частицы m0 = const при конформных преобразованиях координат становится переменной и меняется по закону m(x) = m0/W(х), где W(х) - масштабный фактор конформных преобразований.


    Таблица 2.



    В математике конформная геометрия впервые была предложена немецким математиком Г. Вейлем. Поэтому наиболее богатое по своим свойствам пространство событий с геометрией Вайценбека, дополненное конформными свойствами (пространство Вайценбека-Вейля) больше всего подходит для описания структуры физического вакуума. В таблице 2 наглядно представлено развитие принципа относительности в рамках дедуктивного подхода. Глядя на эту таблицу, можно прийти к заключению, что все в этом мире относительно. Более того, развитие теории относительности потребовало введения нового физического принципа - принципа всеобщей относительности, который утверждает, что все физические поля имеют относительную природу. Задача теоретика состоит в том, чтобы найти такие уравнения физики, в которых все поля относительны. Оказалось, что этому требованию в максимальной степени (на сегодняшний день) удовлетворяют уравнения физического вакуума, построенные на базе структурных уравнений геометрии Вайценбека-Вейля.









    Главная | Контакты | Нашёл ошибку | Прислать материал | Добавить в избранное

    Все материалы представлены для ознакомления и принадлежат их авторам.