Когда-то давно я читал фантастику Филиппа Фармера. У него действие происходит на планетах и в мирах, физика которых отличается от нашей, земной физики. Например, у него в “Мире реки” река течет по спирали и обтекает всю планету.
Под влиянием фантастики я решил поиграть в демиурга. А что если создать свою физику, физику, основанную на здравом смысле и хорошей инженерной практике? В качестве рабочего названия я выбрал “Игрушечная Физика” (ИФ). Почему игрушечная? Это чтобы серьезные критики не приняли мои упражнения всерьез и не обрушились со слишком сильной критикой развлечений дилетанта.
Дисклеймер:
Не воспринимайте данную статью в качестве попытки внести вклад в науку. Это создание воображаемой вселенной в развлекательных целях. Не пытайтесь повторить дома.
Общие правила, которых я буду придерживаться
Чтобы не плыть совсем без компаса, руля и ветрил, я разработал правила, которыми постараюсь руководствоваться.
Вот они:
Главная идея: вывести как можно больше свойств физики исходя из минимального количества очевидных простейших постулатов.
Правило лентяя: продвинуться как можно дальше без математизации. Исходя из логики и известных и/или очевидных свойств мира. Тогда, возможно, необходимая математизация сведётся к минимуму.
Инженерные правила:
1: Всё имеет свою цену. Например, искривление пространства требует затрат энергии.
2: В создаваемом физическом мире нет экспонент, устремленных в бесконечность. Рано или поздно возникает эффект с обратным знаком, который препятствует образованию бесконечности.
3: Чудес не бывает. Не бывает мгновенного действия. Не бывает материи, которая “нигде” не находится и вдруг схлопывается.
Дополнительные правила:
Не добавлять новый постулат, если соответствующее свойство можно вывести из уже имеющихся предпосылок.
Логическое противоречие означает ошибку в рассуждении.
Изобретать всё заново не стоит. Удачные куски буду тянуть из земной физики и экспериментов. В конце-концов у Китая получилось, может и у меня получится.
Исходные постулаты и утверждения
Пространство-время (ПВ), геометрия ПВ (ГПВ) и энергия
Для начала попытаюсь создать сцену на которой и будет разворачиваться действие.
Значительную часть беззастенчиво скопирую у Эйнштейна, немного подправив так, как мне нравится.
ПВ изотропно (равномерно, однородно и формулы не меняются при поворотах).
Форма законов одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Вроде на Земле всё устроено так, а иначе получится слишком сложно
зачем усложнять.
ГПВ - плоское, трёхмерное геометрическое пространство плюс время.
Всё это в нашей вселенной выглядит так, по крайней мере на первый взгляд. Линейки и треугольники будут работать.
Плоское неискажённое состояние ГПВ, имеет минимальную энергию.
Тоже вроде логично.
Малые отклонения ГПВ изменяются гладко.
Геометрия ПВ искажается под действием энергии.
Это берём у Эйнштейна, у него кажется именно так.
Геометрия ПВ обладает свойствами:
Упругость - сопротивление искажению, возвращение в исходное состояние после удаления ВПВ
Инертность - сопротивление скорости изменения геометрии
Малая линейная динамика гиперболична; её главная часть одинакова для всех типов малых возмущений геометрии ПВ (говоря по-человечески, возмущения распространяются в виде волн с конечной скоростью, как звук в металле или волны на воде)
Это добавляем, руководствуясь нашим правилом: “Все имеет свою цену”.
Энергия. Пока не будем точно определять этот термин, а пользоваться интуитивным пониманием. В дальнейшем, скорее всего это будет мера искажения ГПВ.
Существуют элементарные частицы (ВПВ).
Постулат: Есть минимальные составляющие материи, которые не составлены из ещё более мелких частей.
Это - один из главных постулатов. Давайте попробуем описать непротиворечивую элементарную частицу.
Итак, она не состоит из более мелких частей, это значит, что у неё нет границы в виде какой нибудь поверхности. Если есть граница, неминуемо встаёт вопрос, из чего эта граница состоит. Я могу придумать только одну альтернативу - сгусток какого-то поля, более плотный в центре с убывающей до нуля на бесконечности плотностью.
Теперь важный вопрос, могут ли эти поля накладываться друг на друга? Если не могут, то, поскольку у нас поле от нуля до бесконечности, в нашу вселенную поместится только одна частица. Итак, принимаю, что поля могут перекрываться.
Следующий важный вопрос: поле чего? У нас выбор сущностей небогатый: геометрия, время и энергия. Я выбираю энергию. Более конкретно, плотность энергии.
Итак, элементарная частица у нас представляет собой поле плотности энергии, убывающее до нуля на бесконечности. Поля частиц могут перекрываться.
Ну и еще один важный вопрос. Что происходит в точках наложения полей? Поскольку у нас скалярная величина - плотность энергии, то логичным будет принять, что значения наложенных полей в точке складываются.
Два класса элементарных частиц
Как мне кажется будет логично разделить частицы на два класса: элементарные частицы с массой и без массы. Частица без массы - фотон - Безмассовое ВПВ (БВПВ). Частицы с массой - остальные - массивные ВПВ (МВПВ).
Предварительно, БВПВ - это ВПВ, в которых сосредочено совсем немного энергии.
Соответственно, в МВПВ энергии сосредоточено гораздо больше.
Частицы непосредственно не наблюдаются
Это очень важный факт. Мы не можем непосредственно наблюдать частицы. Просто в силу их маленького размера. Единственный путь что-то про них узнать - провзаимодействовать с ними и наблюдать результаты взаимодействия. Т.е. мы не будем оперировать терминами “наблюдатель” или “измерение” - хотя бы только для того, чтобы избежать ложных ассоциаций и путаницы.
Попробуем сделать какие-нибудь выводы
Ну всё, хватит определений и постулатов. Давайте что-нибудь выведем. Пора уже получить хоть какие-то плоды.
Максимальная скорость.
Поскольку всё у нас происходит в ПВ, и даже все частицы это ВПВ - возмущения геометрии ПВ, они могут двигаются не быстрее, чем скорость распространения этих возмущений.
По аналогии с волновыми процессами в упругих средах, максимальная скорость (МС) равна корню квадратному из отношения упругости к инертности.
Где:
- коэффициент геометрической упругости
- коэффициент геометрической инертности
Фотоны
При небольших отклонениях от равновесного состояния в таких средах образуется волна. У нас частица с небольшой энергией - это безмассовая частица, БВПВ; в земной вселенной этой БВПВ соответствует фотон. Наш БВПВ представляет собой волну, движущуюся в пространстве. Естественно, что скорость такой частицы будет равна максимальной скорости распространения волны. Итак у нас получилось, что наши аналоги фотонов двигаются с максимально возможной скоростью. Итак, мы получили скорость света для фотонов.
Движение массивных частиц
В отличие от БВПВ, наши МВПВ (частицы с массой) представляют собой каким-то образом сконцентрированные сгустки энергии.
Рассмотрим одно МВПВ. Исходя из наших постулатов, вокруг нашего МВПВ равномерно искажена ГПВ. Теперь, что будет происходить, если мы попытаемся ускорить этот МВПВ? При ускорении нужно будет дополнительно перераспределять искажение ПВ, связанное с частицей, это требует дополнительной энергии, следовательно появляется противодействующая сила.
Гравитация
Теперь гравитация. Рассмотрим точку с массой, находящуюся в неравномерном ГПВ. Напряжение распределено вокруг точки с массой. Напряжение ГПВ с одной стороны точки больше, чем с другой. Точка действует на ГПВ - “тянет” ее на себя. ГПВ в свою очередь “тянет” точку на себя. Сила тяги ГПВ пропорциональна его напряжению. Таким образом получаем, что ГПВ со стороны большего напряжения “тянет” сильнее. Разница сил направлена в сторону большего напряжения.
Таким образом мы получили, что и гравитационная масса и инерционная это по сути одно и то же, так как в основе лежит одна и та же вещь - энергия. Т.е. нам не нужно вводить постулат об их эквивалентности, эквивалентность получается автоматически.
Ура! в нашей вселенной уже проще, чем в Земной.
Источники
Все это я наваял опираясь на мысли только одного профессионального физика: Альберта Эйнштейна, используя его разработки из СТО и ОТО.
Но в процессе работы выяснилось что было достаточно много физиков, которые высказывали похожие идеи. Было бы нечестным их не упомянуть.
1910–1920-е гг. Гуннар Нордстрём, Альберт Эйнштейн. Теория тяготения Нордстрёма и ранние попытки единой теории поля.
1920-е гг. Луи де Бройль. Теория волны-пилота (квантовая механика).
1930–1950-е гг. Макс Борн, Инфельд. Нелинейная электродинамика Борна — Инфельд. Пытались избавиться от бесконечной плотности точечного заряда.
1950–1960-е гг. Джон Уилер, Шарль Миснер. Геодинамика (Geometrodynamics). Выводили массу, заряд и свойства частиц из геометрии и топологии ПВ.
1967 год. Андрей Сахаров. Индуцированная гравитация (метрическая упругость пространства). Вывел гравитацию как отклик пространства на деформацию.
Заключение
Пока на этом закончим. В следующей части попробуем из всего этого сделать элементарную частицу.
Комментарии 0