Федосин С.Г. «Физика и философия подобия от преонов до метагалактик». Пермь, Стиль-МГ, 1999, 544 с. ISBN 5-8131-0012-1. 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

История естествознания тесно связана с историей философии, в течении веков они взаимно питали друг друга своими идеями. Отдельные факты и научные открытия обобщались философией в виде наиболее общих законов, таких например, как закон перехода количества в качество или закон единства и борьбы противоположностей. Применение замечательного диалектического по духу принципа относительности одновременно и к механике и к электромагнитным явлениям буквально преобразило одностороннее, метафизическое мышление ученых в начале этого века.

Данная работа посвящена приложению другого философского подхода к познанию мира – методу аналогий или принципу подобия в применении к таким далеким друг от друга, а потому удобным для сравнения системам, как атомы и звезды.

Строение Солнечной системы было изучено задолго до момента открытия атомной структуры, неудивительно поэтому, что одной из первых моделей атома была планетарная модель. Но поскольку считалось, что в атомах и молекулах эффективной действующей силой является электромагнитная, а для звезд такой силой является гравитационная, то подобию этих систем практически не уделялось должного внимания.

В то же время, разве это не является удивительным, что диапазон масс известных ядер от легчайшего водорода до самого тяжелого элемента под номером 112 составляет 277 атомных единиц массы, а диапазон масс от самых легких звезд до самых массивных для 99,99 % всех звезд дает величину, также близкую к 277? Отсюда один шаг для того, чтобы ядрам атомов каждого химического элемента поставить в соответствие определенные звезды, используя один и тот же коэффициент подобия по массе. Таким образом оказывается, что Солнечная система по массе подобна атому кислорода.

Из астрономических наблюдений следует, что до 70 % всех звезд являются двойными или кратными, то есть образуют связанные звездные пары, тройки, четверки и т.д. Поскольку средние расстояния между такими системами звезд большие, то можно считать, что звездный газ подобен весьма разреженному смешанному молекулярному газу.

Для определения геометрического коэффициента подобия между атомными и звездными системами используются три вида отношений:

1. Между характерными удалениями компонентов звездных пар друг от друга и длинами связей соответствующих молекул.

2. Между размером Солнечной системы и размером соответствующего ей атома.

3. Между радиусом Солнца и радиусом ядра соответствующего ему атома.

Во всех трех случаях обнаруживается один и тот же порядок величины для геометрического коэффициента подобия.

Анализ зависимости полной энергии звезд главной последовательности (звезд ГП) от их массы показывает, что выполняется обобщенный закон Эйнштейна, связывающий полную энергию звезды Е (без учета энергии покоя) и ее массу М:  ,  где внутренняя характерная скорость частиц звезды  порядка 220 км/с.

Для соответствующих атомов и звезд ГП выполняется условие подобия энергий: отношение энергии покоя ядра атома к энергии связи электронов равно отношению полной энергии звезды  E  к гравитационной энергии связи планет (показано на примере энергий ионизации атома кислорода и энергий связи между Солнцем и планетами). Перечислим другие примеры подобия атомов и звезд ГП, подробно описанные в первой и второй частях книги:

–В Солнечной системе квантуются как удельные орбитальные моменты импульса планет, так и спиновые моменты;

– Собственное вращение звезд характеризуется звездной постоянной , имеющей тот же смысл, что и постоянная Планка для атомов;

– Магнитные моменты планет, звезд и даже галактик расположены вдоль линий, которые получаются с помощью коэффициентов подобия при пересчете на звездные системы магнитных моментов электрона и протона;

– Анализ Галактики с точки зрения состава входящих в нее звезд ГП показывает, что распределение звезд по количеству относительно их массы приблизительно такое же, как и распределение химических элементов на Солнце и в туманностях (то есть распространенность в природе соответствующих атомов и звезд одинакова);

–Применение соотношения неопределенностей Гейзенберга к звездам дает выражение , где ∆E — изменение полной энергии при образовании звезды из протозвездного облака, ∆t — время, необходимое для рождения звезды,  — орбитальная постоянная, имеющая смысл орбитального момента импульса звезды в Галактике. Для образования нейтронных звезд в сверхновых характерно аналогичное соотношение  , где ∆E полная энергия сверхновой с учетом энергии нейтрино, ∆t — время выделения основного потока энергии,  — звездная постоянная.

Новым смыслом наполняются так называемые планковские единицы, в которых из трех фундаментальных констант конструируются характерные единицы длины, времени, массы и т.д. Применение гравитационной постоянной γ, звездной постоянной  и звездной скорости  позволяет оценить массы, радиусы, внутренние давления и температуры, энергии и другие параметры звезд ГП. Аналогично параметры любых объектов от нуклонов до галактик можно оценить, зная лишь их массу, характерную внутреннюю скорость частиц и характерный спин.

В главе 5 обнаруживается дискретность коэффициентов подобия между уровнями материи: умножая массы и характерные размеры каждый раз на одни и те же соответствующие коэффициенты, можно получать массы и размеры различных объектов от мельчайших преонов до целой Метагалактики. В результате можно установить подобие не только между атомными и звездными системами, между нуклонами и нейтронными звездами, но и например между космическими пылинками и галактиками, между звездами ГП и галактиками разных масс и т.д.

Часть главы 6 посвящена космологии. В связи с трудностями теории Большого взрыва и идеи космологического расширения предложен более корректный сценарий эволюции Метагалактики, связанный не с расширением, а наоборот — с сжатием, коллапсом, скучиванием всех наблюдаемых структур материи от элементарных частиц до галактик под действием гравитационных сил. При этом наблюдаемое содержание гелия и тяжелых элементов в звездах объясняется переработкой вещества в первичных галактических звездах-гигантах массой 10 — 16 солнечных масс, красное смещение далеких галактик связывается с потерей энергии электромагнитных волн при их распространении в космологическом пространстве за счет взаимодействия с преонной плазмой, а реликтовое излучение считается следствием выделения электромагнитной энергии в процессах образования (распада) нуклонов из преонов. Оценка масс преонов показывает, что элементарные частицы, включая электроны и нейтрино, также состоят из преонов.

Последняя и наибольшая по объему часть книги посвящена основополагающим проблемам физики, требующим философского обобщения. Проанализирована природа пространства, времени и инерции тел, показано, что специальная теория относительности не противоречит ни сверхсветовым скоростям, ни концепции эфира. Волны де Бройля объясняются с помощью внутренних электромагнитных колебаний (пульсаций) во взаимодействующих частицах с учетом их пересчета от движущихся частиц в неподвижную систему отсчета наблюдателя с помощью преобразований

Лоренца. Построена модель возникновения электрического заряда у элементарных частиц благодаря вращению их магнитного момента, при этом вклад в образование заряда вносят как электрические токи в частице, создающие магнитный момент, так и собственное вращение частицы. Предложена модель нейтрона в виде протона, окруженного диамагнитным плазменным облаком. Для объяснения целостности элементарных частиц вводится понятие о ядерной гравитации, которая совместно с электромагнитными силами ответственна за различные свойства атомов и вещества (например, сверхпроводимость). Сравнение нуклонов и нейтронных звезд показывает их подобие в отношении траекторий Редже, соотношении средней и центральной плотностей вещества, магнитных свойств и вращения. В рамках подобия вырожденных звезд и элементарных частиц пионы сопоставляются с легкими нейтронными звездами, мюоны — с белыми карликами, а электроны – с вырожденными замагниченными планетами. Однако вблизи нейтронной звезды вследствие приливных сил неизбежно происходит распад любой планеты в замагниченное облако наподобие электронного облака в атоме. Эволюция достаточно массивной звезды с обращающимися вокруг нее планетами в конце концов может привести к возникновению одной нейтронной звезды и одного замагниченного облака вокруг нее, что для атомов эквивалентно электронейтральности вещества, когда на один протон приходится один электрон.

В соответствии с уравнениями движения заряженных частиц в электромагнитной волне построена модель фотона в виде пучка частиц с «вмороженным» магнитным полем, стоячими электромагнитными колебаниями вдоль пучка и вращением частиц вдоль оси.

С точки зрения подобия активные ядра галактик и квазары объясняются как следствие гравитационного скучивания вырожденных объектов — белых карликов и нейтронных звезд — в малом объеме. В результате упорядочивания магнитных моментов этих звезд возникает осесимметричная конфигурация магнитного поля, приводящая при массированном падении газа к появлению джетов, коллимированных выбросов и активности ядер галактик.

Самый большой параграф книги дает описание различных свойств гравитации. Приводятся лоренц-инвариантные уравнения гравитационного поля для скалярного и векторного потенциалов и для его гравитационного ускорения и кручения, выражения для гравитационной силы, плотностей энергии, потока энергии и импульса поля, тензора гравитационного поля, функции Лагранжа для системы частиц и гравитационного поля, тензора плотности энергии-импульса гравитационного поля, релятивистские уравнения движения вещества, законы сохранения с учетом гравитационного поля. Найдены выражения для вектора Умова, мощности гравитационного излучения и реактивной силы торможения от уходящего излучения.

Показано, что роль специальной и общей теорий относительности сводится к тому, что они предсказывают изменения поведения наблюдаемых электромагнитных волн (сигналов) вследствие движения тел или наличия гравитационных и электромагнитных потенциалов соответственно, описывая тем самым разнообразные явления в инерциальных системах или в неинерциальных из-за гравитации (электромагнетизма) системах соответственно. В результате общая теория относительности оказывается не теорией тяготения, а теорией относительности при наличии массивных тяготеющих тел.

Как оказывается, гравитационные силы можно объяснить взаимодействием проникающих потоков гравитонов с веществом тяготеющих друг к другу тел. При этом можно найти плотность потока энергии гравитонов, сечение взаимодействия их с веществом и коэффициент поглощения, а также оценить степень нагрева гравитационно-связанных тел от взаимодействия с гравитонами. Одним из итогов рассмотренной теории является то, что гравитационное и электромагнитное поля составляют единое электрогравитационное поле, к которому можно свести все известные виды взаимодействий, включая сильное и слабое.

Используя общие выражения для компонент тензоров плотности энергии-импульса вещества, гравитационного и электромагнитного полей выводится первое начало термодинамики и находится явный вид энтропии как функции градиентов потенциальной энергии и давления в веществе. В результате энтропия отражает структуру физической системы с точки зрения распределения в ней энергии и меру взаимодействия частиц системы. Разделение энтропии на внутреннюю и внешнюю составляющие позволяет установить аксиомы термодинамики для стационарных открытых систем, подобные аксиомам для изолированных систем.

В конце книги рассмотрены разнообразные виды симметрий и введена новая универсальная симметрия SPФ, оставляющая неизменными физические законы после преобразований SPФ. Новая симметрия дополняет список известных универсальных симметрий, таких как СРТ-симметрия и преобразования подобных систем отсчета друг в друга (например, инерциальных систем отсчета).

Любителям философии предлагаются три новых закона диалектики, два из которых раскрывают такую философскую категорию, как организация, а третий описывает возникновение и развитие противоположностей систем или целого.

 

Источник: http://sergf.ru/vv1.htm

На список книг