Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении icon

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении



НазваниеН. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении
страница1/4
Дата конвертации08.09.2012
Размер0.91 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4


Академия наук СССР

Главная астрономическая обсерватория


Н. А. Козырев


Причинная или несимметричная механика

в линейном приближении


Пулково

1958 г.

Предисловие


В последнее время в ядерной физике были обнаружены явления, показывающие неравноценность Мира и его зеркального отображения. К существованию этой несимметрии автор пришел уже несколько лет назад, исходя из астрономических данных. Астрономические данные указывают на то, что упомянутая несимметрия Мира существует благодаря несимметричности времени, т.е. благодаря объективному отличию будущего от прошедшего. Этим свойством времени, которое может быть названо направленностью или ходом, устанавливается отличие причин от следствий. Поэтому механику, в которой учитывается ход времени, естественно назвать несимметричной или причинной механикой.

Все явления природы протекают во времени. Поэтому невозможно представить себе отрасль науки, изучающей Мир, в которой свойства времени не играли бы роли. Если ход времени действительно создает неравноценность Мира и его зеркального отображения, то явления асимметрии в биологии и в микромире должны иметь то же объяснение направленностью времени. Трудно говорить о причинных связях, существующих в микромире. Вместе с тем только с помощью простых опытов, допускающих наглядное представление, можно по-настоящему понять сущность времени. Поэтому нам представляется, что физическое изучение свойств времени и причинности следует начать с опытов элементарной механики.


----------------------


Глава I


Астрофизическое введение


В настоящее время в астрофизике редко удается давать безусловно правильные объяснения наблюдаемым явлениям звездного Мира. Это относится не только к частным и сложным явлениям, но и к явлениям принципиальным, большой общности, с простыми закономерностями. Уточнение физических обстоятельств и применение более совершенного математического аппарата не помогают теоретику и не приносят ему радостного чувства правильно решенной задачи. Из всего этого пора сделать вывод, что для решения астрономических проблем у нас не хватает знаний. Очевидно в Мире существует некоторый глубокий принцип, не открытый еще современным естествознанием. Этот принцип едва ли можно придумать, но его следует искать индуктивным путем, решая теоретически обратные задачи. При таком исследовании мы должны не обходить трудные для теории вопросы, а, наоборот, сосредотачивать на них свое внимание.

Применяя физические законы для объяснения явлений звездного Мира, мы неизбежно распространяем на Вселенную и все следствия второго начала термодинамики. Во Вселенной же нет никаких признаков деградации, как вытекает из второго начала. Мир сверкает неисчерпаемым разнообразием, мы не находим в нем и следов приближения тепловой и радиоактивной смерти.
По-видимому здесь и заключается основное противоречие – противоречие очень глубокое, которое нельзя устранить ссылками на бесконечность Вселенной. Дело в том, что не только отдельные астрономические объекты, но даже целые системы в такой степени изолированы друг от друга, что их можно рассматривать как системы замкнутые. Для них тепловая смерть должна заметно приблизиться прежде, чем успеет прийти помощь со стороны. Такие деградированные состояния систем должны были быть преимущественными, а вместе с тем они почти незаметны. Оставаясь в рамках обычных законов механики и физики, остается считать, что наблюдаемая картина Мира является следствием или одной обширной, охватившей некогда весь Мир катастрофы, или следствием мелких, постоянно происходящих катастроф, обновляющих Мир.

Таков круг идей космогонических и эволюционных построений астрономии, начиная от Ньютона – вплоть до наших дней, хотя логически эти катастрофы следует считать беспричинными, так как они происходят вопреки законам природы.

Интересно сходство этих идей с воззрениями геологов прошлого столетия, до Ляйелля, на историю жизни Земли. Так, как Кювье и Леопольд фон Бух считали, что развитие Земли происходило в результате грандиозных потрясений, так называемых катаклизмов, которые временами обновляли Землю. Ныне геология опирается на чрезвычайно плодотворный принцип актуализма, развитый и обоснованный Ляйеллем в 1830 г. Еще в 1802 г. этот принцип был сформулирован Ламарком: "Историю Земли можно объяснить, исходя только из обычных сил природы, постоянно действующих в настоящем." Научная последовательность и стройность такой системы взглядов совершенно очевидна. Желая быть столь же последовательными и при объяснении развития звездного Мира, мы должны признать, что в природе существуют постоянно действующие причины, препятствующие возрастанию энтропии.

Проблема преодоления тепловой смерти Мира теснейшим образом связана с проблемой происхождения свечений Солнца и звезд. Дело в том, что изменения второго начала едва ли возможны при сохранении первого начала термодинамики. Поэтому можно думать, что, решив задачу о природе звездной энергии, мы найдем ключ к пониманию важнейших явлений звездного Мира. В звездах происходят сильные нерегулярные процессы, но общие характеристики звезд, как например, радиус, масса, светимость, степень сжатия от вращения и т.п. должны давать соотношения, зависящие только от главнейших причин. Поэтому можно рассчитывать, что в теории строения звезд с успехом будет решаться следующая обратная задача: по наблюденным общим характеристикам требуется вычислить физические условия внутри звезд и установить физические обстоятельства, при которых будут выполняться соотношения, найденные наблюдательной астрофизикой. В этой задаче неизвестных очень много. Поэтому, несмотря на достаточность наблюдаемых соотношений, нельзя и пытаться решать ее строго математически. В первой части этого исследования, начатого еще в 1937 г., был разработан метод, позволивший быстро и без лишней точности определять наблюдаемые характеристики при разнообразных предположениях об условиях внутри звезд [1]. В результате получилась возможность разобраться в том, при каких условиях внутри звезд могут получиться характернейшие особенности наблюдаемых соотношений. Результаты этого анализа приведены во второй части работы [2]. Здесь мы укажем только общий ход рассуждений и приведем главнейшие выводы.

В настоящее время из наблюдений известны массы, радиусы и светимости (расход энергии в единицу времени) для значительного числа звезд. Зная массу и радиус, мы можем определить не только плотность звезды, но и среднюю гравитационную энергию. Следовательно, для газового шара, по теореме вариала может быть определена и кинетическая энергия, т.е. температура внутри звезды. Светимость такого нагретого газового шара будет зависеть от температуры и от условий теплопередачи, которые в свою очередь определяются температурой и плотностью. Таким образом и светимость звезды или средняя потеря энергии единицей массы могут быть вычислены в зависимости от массы и радиуса. Вообразим координатную систему в которой осями служат плотности, температуры и расход энергии единицей массы. Мы видели, что каждая из этих переменных зависит от двух параметров: массы и радиуса. Поэтому в указанном пространстве звёзды должны располагаться на некоторой поверхности. Теряя энергию, звезда будет охлаждаться и сжиматься, оставаясь на этой поверхности. Срок жизни такой звезды, вычисленный Гельмгольцем и Кельвином, получается слишком коротким: для Солнца около тридцати миллионов лет. В действительности же Солнце, по достоверным геологическим данным, имеет значительно больший возраст. Обычно отсюда заключают, что внутри звезд есть специальные источники энергии, наподобие аккумуляторов, постепенная разрядка которых обеспечивает длительность жизни звезд. Эти источники должны выделять энергию по некоторому закону, в зависимости от физических условий внутри звезды. Таким образом, по данному типу источников энергии будет в рассмотренном нами пространстве физических условий соответствовать некоторая определенная поверхность. При тепловом равновесии это количество энергии должно равняться вычисленному нами выше расходу. Следовательно, звезды могут располагаться только по кривой пересечения двух построенных поверхностей. В действительности же звезды располагаются в этом пространстве не на кривой и не в объеме, что было бы при больших неточностях наблюдений, а на поверхности. Вместе с тем теоретическая кривая пересечения поверхностей должна быть выражена очень резко. Действительно, расход энергии уменьшается с увеличением плотности, образование же энергии, вообще говоря, увеличивается с плотностью. Таким образом эти поверхности должны пересекаться весьма круто. Остается заключить, что предположение о существовании внутри звезд источников энергии, независимых от процесса охлаждения, действительности не соответствует. Внутри звезд нет специальных источников энергии, и звёзды выделяют энергию по типу механизма Гельмгольца-Кельвина, постепенного охлаждения и сжатия. Так как возраст звезд значительно больше времени охлаждения, мы должны признать, что, теряя энергию и сжимаясь, звезда вызывает некоторые процессы, компенсирующие эту потерю энергии. Приходится заключить, что звёзды представляют собой машину, вырабатывающую энергию. Однако, этот механизм работает не при всех обстоятельствах.

1) В рассмотренном нами выше пространстве физических условий существует следующее основное направление, вблизи которого возможна работа механизма энергии в громадном диапазоне состояний (от красных сверхгигантов – до белых карликов):




где ^ В – плотность лучистой энергии и n – число частиц в см3.

Если входящую сюда постоянную, имеющую размерность энергии, представлять в виде , где me – масса электрона, а C2 – некоторая скорость, то для C2 получается значение порядка 400 км/сек:

, =400 км/сек . (1)


Иными словами, отношение B к n должно быть порядка энергии ионизации атомов.

2) На последовательности (1), когда средние расстояния между частицами оказываются порядка атомных размеров, получается точка (спектральный тип F4), около которой группируются большинство звёзд (главная последовательность – субгиганты, субкарлики). В пл-ти B и n группировка звёзд получается почти круговой. Положение центра можно определить, добавляя к (1) условие:

, (2)

где – скорость протонов, содержание которых в звёздах значительно превосходит содержание ядер других элементов.

3) Белые карлики и большие планеты [3] представляют собой тела, внутри которых материя находится на границе вырожденного состояния. В этих телах поддерживается температура, препятствующая вырождению.

С точки зрения теории строения звёзд полученные выводы очень странны и неожиданны. Но они подтверждают наш основной тезис, что в Мире непрерывно действуют причины, мешающие переходу в равновесное состояние. Теперь можно сказать, что это положение распространяется на отдельные астрономические тела. Геологам уже сравнительно давно стало ясным, что жизнь Земли идет в непрерывной борьбе сжатия с расширениями. Эта борьба приводит к цикличности орогенеза, чередующегося с эпохами сравнительного тектонического покоя, когда начинают преобладать обычные силы сжатия. Для объяснения трещин и других особенностей лунного рельефа (например, знаменитой долины в Альпах) мы должны признать, что даже такое малое тело, как Луна, было неоднократно подвержено преобладающему действию этих непонятных причин, приводивших к его временному расширению [4]. Поразительно также сходство этих процессов с циклическими изменениями ряда переменных звёзд. Таким образом, наши общие соображения о существовании причин, препятствующих деградации Мира, получили замечательное подтверждение. Кроме того мы убедились, что в отдельных астрономических телах сопротивление к переходу в равновесное состояние осуществляется выделением энергии. Таким образом сделан следующий важный шаг: неправильность следствий второго начала связана с неточной формулировкой первого начала термодинамики.

Для получения дальнейших конкретных заключений, естественно обратиться к рассмотрению перечисленных выше условий при которых происходит выделение энергии в звёздах. Особенно характерно первое, главное соотношение. Это соотношение очень простое, что и должно быть для равновесных процессов. Например, выделение тепла замерзающей водой определяется простым условием: Т=0 °С. Количество выделяемой при этом энергии зависит от более сложных обстоятельств теплопередачи: толщины льда и температуры наружного воздуха. Вероятно, соотношение (1) выражает условие равновесного взаимодействия материи и лучистой энергии, при котором роль кванта играет среднее количество лучистой энергии, приходящейся на одну частицу; скорость же света C1 заменена некоторой другой скоростью C2. Совершенно очевидно, что это соотношение не может быть объяснено обычной электродинамикой и атомной физикой. Наше второе условие не связано непосредственно с лучистой энергией, но так же содержит скорость C2. Взаимодействие этих условий весьма своеобразно. Звёзды главной последовательности, более раннего типа, чем F4, образуют с соотношением (1) одну ветвь. Звёзды более позднего типа – вторую ветвь, идущую в противоположную сторону, к условию (3). Описание этих переходов требует логарифмических соотношений между физическими величинами. Все эти обстоятельства не могут быть случайными потому, что в них ощущается некоторое единство. Однако несмотря на многочисленные попытки нам не удалось найти этот объединяющий принцип. Исследуемые результаты являются, видимо, ещё слишком сложными следствиями некоторой простой причины. Суть дела должна быть непосредственно связана с главнейшим выводом, согласно которому звезда является машиной, производящей энергию.

Характер условий 1), 2) и 3) показывает, что энергия в звёздах получается в результате некоторых электродинамических процессов. Однако, принцип, согласно которому замкнутая система может производить энергию должен быть настолько глубоким, чтобы заключаться и в простых законах механики. Поэтому в первую очередь должны быть поставлены следующие вопросы: каким образом замкнутая механическая система может производить энергию и откуда будет получаться эта избыточная энергия.

Для простоты будем считать, что частицы замкнутой системы описывают и замкнутые траектории. Все действующие на частицы силы приводят к закону сохранения энергии. Поэтому можно считать, что они учтены, и рассматривать движения частиц происходящим в обычном эвклидовом пространстве. Из равноценности всех точек пространства следует, что различие траекторий не может привести к различию механических свойств частиц. Следовательно, нам достаточно рассматривать любые одинаковые траектории, например, окружности. При этом возможны движения в двух противоположных направлениях, которые определим по отношению к некоторому механическому ориентиру, например, силе действующей по оси окружности. Полученные два комплекса не могут быть совмещены поворотом координатных осей. Для этого необходима перемена знака времени или зеркальное отображение.

Если законы истинной механики несимметричны по отношению к указанным преобразованиям, то должны быть различными и механические свойства наших двух комплексов. Так как кинетическая энергия не может зависеть от направления вращений, то должны быть различными только потенциальные энергии этих комплексов. Поэтому полная энергия не сохраняется и должен оказаться принципиально возможным двигатель, производящий энергию.

Несимметричность законов механики по отношению к зеркальным отображениям может иметь непосредственную астрономическую проверку. Действительно, полушария планет, разделенные плоскостью экватора, являются комплексами, имеющими различные вращения по отношению к силе тяжести. Если эти полушария имеют различные механические свойства, то фигуры планет должны оказаться несимметричными по отношению к плоскости экватора. Наши измерения фигур Юпитера и Сатурна, сопоставленные с геодезическими данными о фигуре Земли, действительно показали асимметрию: у всех планет южное полушарие оказалось более вытянутым, чем северное [5]. Этот результат прямо противоречит законам обычной механики и указывает на ее несимметричность.

Несимметричность законов механики может означать только одно, что время обладает некоторым несимметричным свойством, связанным с неравноценностью реального Мира и его зеркального отображения. Это свойство времени может быть названо направленностью или ходом. Теперь можно сказать, что из астрофизических данных следует существование направленности времени. В силу этой направленности время может совершать работу и производить энергию. Итак, звезда является только кажущимся perpetuum mobile: звезда черпает энергию из хода времени.

По-видимому, в звёздах происходит компенсация не только потери энергии, но при известных обстоятельствах и потери момента вращения. Основанием к такому заключению может служить наблюдаемая в ряде случаев несинхронность орбитальных и осевых вращений тесных спектрально-двойных звёзд. Синхронизация же этих вращений должна наступать в сравнительно короткие сроки из-за приливных сил, при неизбежной турбулентности. Таким образом, весьма вероятно, что ход времени может не только увеличивать энергию системы, но увеличивать и её момент.

Что собой представляет время, до сих пор ещё неизвестно. В физике по этому вопросу существуют смутные соображения, тогда как в силу важности вопроса следовало бы иметь написанными о времени целые тома. Физик умеет измерять только продолжительность времени, поэтому для него время — понятие совершенно пассивное. Теперь мы пришли к заключению, что время имеет и другие, активные свойства. Время является активным участником Мироздания.

На этом заканчивается индуктивная часть нашего исследования. В дальнейшем мы можем не опираться на приведённую аргументацию. В следующей главе мы постараемся обосновать и уточнить понятие хода времени, пользуясь только самыми общими представлениями о Мире, которые следуют из опытов всего естествознания и опытов жизни.

-------------------------

Глава II


Основные положения причинной

механики и кинематические следствия


“Наука ХХ столетия находится в такой стадии, когда наступил момент изучения времени, так же как изучается материя и энергия, заполняющие пространство.”


Акад. В. И. Вернадский. Проблемы Биогеохимии П.31, 1939.


Существует глубокое различие между естествознанием и так называемыми точными науками — механикой и физикой. Естествоиспытатель постоянно ставит перед собой вопрос “Почему?” – в чём причина наблюдаемых явлений. Опыт естественных наук и повседневной жизни убеждает нас в том, что вопрос этот законный, что на него всегда должен существовать ответ. Таково свойство Мира, называемое причинностью. Благодаря этому свойству возможно познание природы. Причины должны отличаться от следствий, иначе их нельзя было бы найти. Этот принцип естествознания совершенно противоположен принципу точных наук. Сущность законов механики выражается старинной формулой “Causa aequat effectum”, на которой Р. Майер основывал дедукцию закона сохранения энергии. Поэтому, хотя механика и употребляет понятия: действие и противодействие, активные и пассивные силы, но тут же оговаривается, что между этими понятиями разницы нет. Последовательное проведение этого принципа равноценности причины и следствия должно было в точных науках совершенно исключить возможность ответа на вопрос “почему?”. Поэтому точные науки отвечают только на вопрос “Как?” – каким образом произошла цепь явлений. В результате точные науки, превращаясь в самостоятельные дисциплины, должны были всё более становиться науками описательными. Описание осуществляется физическими законами, точная формулировка которых позволяет широко пользоваться строгим математическим аппаратом. В этой строгости описания и заключается могущество точных наук. Разумеется, физические законы выражают существующую в Мире причинную связь явлений. Но когда постулируется принципиальная невозможность отличать причины от следствий, тогда существование законов не может быть предметом исследования и законы превращаются в описывающие явления формулы. Теоретическая физика нашего века выросла на основе этих взглядов и представляет собой яркий пример описательной точной науки. Логическое и последовательное развитие принципа равноценности причин и следствий точных наук привело Маха в построению его философии. Уже одно несоответствие этой философии всему существу нашего Мира может служить доказательством неполноценности принципов точных наук.

Постоянно встающий перед естествоиспытателем вопрос “почему?” заставляет его искать всё более глубокие принципы, охватывающие возможно более широкий круг явлений. В конечном счёте эти принципы должны выражать основные свойства материи, пространства, времени, а потому быть принципами механики. Совершенно естественной и закономерной была попытка учёных восемнадцатого века объяснить даже явления жизни принципами механики. Известно, что эта попытка потерпела полную неудачу. Вмести с тем этот механистический подход неправилен не в своём существе, а только потому, что принципы, установленные механикой, неполны и недостаточны для объяснения явлений Мира. Сама по себе жизнь не может наделить материю принципиальными свойствами, которых она не имеет вне организмов. Те свойства материи, которые играют основную роль в процессах жизни, могут быть мало заметны в простых механических опытах. Но эти свойства должны обнаружиться при точных специальных исследованиях и должны быть предусмотрены законами механики. В чём заключается неполнота законов механики, представляется совершенно ясным: законы механики не выражают основного свойства причинности, заключающегося в принципиальном отличии причин от следствий. Истинная механика должна быть причинной механикой, т.е. содержать в себе принцип, позволяющий некоторым механическим опытом отличить причину от следствия. Таким образом в основу механики должна быть положена аксиома:

I. В причинных связях всегда существует принципиальное отличие причин от следствий. Это отличие является абсолютным, независящим от точки зрения, т.е. от системы координат.

Основным понятием причинной механики должно быть понятие о силе, поскольку сила является причиной изменения состояния тел. В обычной механике оказывается возможном представление о силе заменить другим понятием – энергией, значительно упрощающем механику. Эта замена, полностью осуществлённая в атомной механике, совершенно исключает различие причин от следствий, а потому и приводит к статистическому толкованию явлений Мира. Причинная же механика, основанная на различии причин и следствий, должна быть механикой сил, а не энергий.

В обычной механике причинность явлений выражается третьим законом Ньютона равенства действия и противодействия. Согласно этому закону, под действием внутренних сил не может произойти изменения количества движения тела, т.е. в теле не может возникнуть внешняя сила без участия другого тела. Только другое тело может быть причиной механического следствия. С точки зрения механики основным свойством тел является непроницаемость, т.е. невозможность для тел занимать одновременно одну и ту же часть пространства. Поэтому причины и следствия, будучи всегда связанными с разными телами, должны быть обязательно связанными и с разными точками пространства. Отсюда вытекает основное свойство причинности:

^ II. Причины и следствия всегда разделяются пространством. Расстояние между причиной и следствием может быть сколько угодно малым, но не может быть равным нулю.

Существование следствия на некотором конечном расстоянии от причины является результатом длинной цепи причинно-следственных превращений. Причина, т.е. сила, в виде импульса движущейся точки, переносится из одной точки пространства в другую, где она может вызвать следствие, становящееся причиной изменений в следующих точках.

В результате такой эстафеты, следствие может оказаться на некотором конечном расстоянии x от первоначального положения причины. Этот процесс переноса импульса описывается обычной механикой. Нас же будет интересовать в причинно-следственной цепи то элементарное звено, где происходит превращение причины в следствие. Не тривиальный смысл аксиомы II заключается в том, что она в полной мере относится и к этому непосредственному превращению причины в следствие. Действительно, раз причины и следствия не могут быть совмещены, то между ними должно существовать некоторое пространственное различие, которое мы обозначим символом x. С точки зрения математического анализаx является размером точки и должно считаться равным нулю при обычных математических операциях, например, при вычислениях длины всей причинно-следственной цепи. Для выражения условия непроницаемости материальных точек, мы вынуждены пользоваться этим понятием, ходя оно и не разработано математически. Физический смысл этого понятия позволяет нам рассматривать x, как интервал более высокого порядка малости, чем бесконечно малый интервал пространства в анализе. С математической точки зрения этот подход является совершенно не строгим, но он диктуется физическим смыслом разбираемой нами задачи.

Причина и следствие всегда связаны с разными материальными точками, поэтому положение II является необходимым условием. Это обстоятельство следует подчеркнуть специальным положением:

^ III. Причины и следствия, возникающие в одной и той же точке пространства, различаться не могут и представляют собой тождественные понятия.

Например, во втором законе Ньютона утверждается равенство силы изменению количества движения в единицу времени. Может показаться, что силу следует рассматривать как причину, изменение же количества движения, как следствие этой причины. Однако, согласно положению III, нельзя проводить такого различия. Эти понятия тождественны и, как делал в своей механике Кирхгоф, изменение количества движения материальной точки в единицу времени может служить определением силы, приложенной к этой точке. Таким образом, второй закон Ньютона следует рассматривать как закон описательный, как формулу, описывающую явление.

В обычной механике, пользуясь одним положением II, нельзя установить различия между причиной и следствием. Это вытекает из того обстоятельства, что знакx зависит от системы отсчета и совершенно произволен. Теперь мы должны найти обстоятельство, которое устанавливает в Мире абсолютное отличие причин от следствий. Несмотря на большие успехи естествознания и философии, мы не можем строго определить, что такое причины и следствия, будущее и прошедшее. Мы знаем только, что эти понятия связаны между собой: следствие всегда находится в будущем по отношению к причине. Таким образом, отличие причин от следствий устанавливается свойством времени.

Из того обстоятельства, что следствие находится в будущем по отношению к причине прежде всего вытекает следующее положение, вполне аналогичное положению II:

^ IV Причины и следствия всегда разделяются временем. Промежуток времени между причиной и следствием может быть сколь угодно малым, но не может быть равным нулю.

В полной цепи причинно-следственных превращений, когда следствие оказывается на конечном расстоянии x от причины, следствие возникает после причины через конечный промежуток времени t. Отношение этих величин x/t определяет скорость распространения сигнала, которая согласно специальной теории относительности не может превышать скорость распространения света C1. В каждом элементарном звене, где причина и следствие разделяются элементом пространства x должен существовать и элемент различия времени t. Понятие t во всём совершенно сходно с понятием x. Иными словамиt представляет собой временную точку, которую из-за существования различия между причиной и следствием мы не можем считать равной нулю. Если, например, причина возникает в самом конце первой секунды, то следствие возникает в самом начале второй секунды и т.д. Для подсчёта промежутка времени в полной причинно-следственной цепи, мы поступим совершенно точно, если положим сумму всех t равной нулю и будем подсчитывать только время распространения импульса. Таким образом, введением величин t и x мы нисколько не изменяем обычных подсчётов скорости распространения импульса.

Положение IV опирается на существование у времени простейшего свойства, которое может быть названо скалярным или пассивным. Это свойство позволяет устанавливать длительность событий или длину временных промежутков, измеряемых показаниями часов. Основные понятия кинематики – скорость, ускорение и другие определяются с помощью именно этого свойства времени. Однако этим свойством времени нельзя установить различия между причиной и следствием. Действительно, как и для пространства, знак промежутка времени зависит от принятой системы отсчёта и поэтому совершенно произволен. Необходимо отметить, что система отсчета времени не может быть фиксирована и с помощью направленности энтропии. Действитепьно, переход механической системы в более вероятное состояние, т.е. возрастание энтропии, происходит благодаря идущему в Мире непрерывному раздроблению причин: причины переходят в следствия, которые становятся причинами других следствий и т.д. Поэтому вся система счёта времени, сама основанная на определении причин и следствий, не может дать ничего нового и приводит к тавтологии: будущее находится там где следствие, т.е. там где будущее.

Со времён Ньютона в теоретической механике и физике принято считать, что у времени есть только одно пассивное свойство. Из существования же различия причин и следствий мы вынуждены заключить, что у времени есть ещё некоторое особое свойство.

Это свойство времени заключается в отличии будущего от прошедшего и может быть названо направленностью или ходом. Наше психологическое ощущение времени и есть восприятие объективно существующего в Мире хода времени. Весьма интересно, что академик В. И. Вернадский в своих обобщениях вопросов естествознания пришёл к заключению: “…время натуралиста не есть геометрическое время Минковского и не время механики и теоретической физики, химии, Галилея или Ньютона.” [6]. Мы видим, что эти слова глубоко справедливы. Действительно, для натуралиста, как и в обыденной жизни, первостепенное значение имеет направленность времени, понятие, которым совершенно не пользовались точные науки. Теперь мы можем формулировать следующее положение:

V. Время обладает особым, абсолютным свойством, отличающим будущее от прошедшего, которое может быть названо направленностью или ходом. Этим свойством определяется отличие причин от следствий, ибо следствия находятся всегда в будущем по отношению к причинам.

Это последнее положение вводит в механику новое физическое понятие – ход времени. Свойства этого понятия должны быть подробно изучены опытом. Но чтобы знать, как поставить опыт, необходимо уже иметь некоторое общее представление об этом новом понятии. Покажем теперь, что ряд свойств хода времени может быть получен логически из анализа формулированных нами аксиом причинности.

Следует ожидать, что ход времени нашего Мира определяется некоторой универсальной постоянной определённого знака. При другом ходе времени эта постоянная должна быть иной и может даже иметь другой знак. Ход времени должен быть определён по отношению к некоторому инварианту.

Из наших аксиом слудует, что ход времени может быть определён по отношению к пространству. Действительно, из сопоставления второй и четвёртой аксиомы заключаем, что будущее и прошедшее всегда разделены сколь угодно малым, но не равным нулю промежутком пространства. Таким образом, направленность времени может быть определена, как направление в пространстве. Из положений третьего и четвертого следует, что различие будущего от прошедшего t стремится к нулю приx. Это означает существование связи между t и x, которая при достаточно малом x должна иметь вид:

t =x . (3)

Так как различие будущего от прошедшего t выражается единицами времени, то C2 представляет собой постоянную, имеющую размерность скорости. Значок у C2 поставлен чтобы отличать эту постоянную от C1 – скорости света, являющейся, согласно специальной теории относительности, основной характеристикой скалярного времени. Постоянная C2 является как бы скоростью превращения причины в следствие и может служить мерой хода времени. Будем называть ходом времени саму величину C2, а не обратную ей: чем больше C2, тем меньше промежуток времени, отвечающий одному и тому же интервалу пространства и, следовательно, тем быстрее идёт время.

Из положения ^ V следует, что ход времени должен определяться универсальной постоянной. Поэтому постоянная C2 не должна зависеть не только от координат точек и момента, когда происходят явления, но и от физических свойств тел, которыми связаны причины и следствия. Положение V утверждает ещё, что ход времени имеет определённый знак, инвариантный для всего Мира. Таким образом, постоянная C2 должна иметь определённый знак, не зависящий от системы счёта x и t. Иными словами, в формуле (3) требуется инвариантное согласование знаков. Знаки у x и t , входящих в формулу (3), совершенно произвольны и кроме того не могут зависеть друг от друга. Это следует, например, из того, что при возможном абсолютном различии знаков t , не может быть абсолютного различия в пространственных направлениях, то есть в знаках x , поскольку пространство не имеет никаких свойств. Поэтому согласованность знаков в формуле (3) возможна только в том случае, когда при изменении знака t или x меняется и знак C2. Совместить перемену знака C2 при изменении знака x с условием инвариантности можно только одним способом: постоянная C2 должна быть псевдоскаляром, то есть скаляром, меняющим свой знак при переходе от правой системы координат к левой и обратно. В этом случаеt должно быть псевдовектором. Покажем, что формула (3) не будет зависеть от системы счёта t при условии, что t является псевдовектором, ориентирующим плоскость, перпендикулярную к оси причина – следствие. Действительно, изменим в формуле (3) направление оси Х, то есть знак x, сохраняя ориентацию плоскости (YZ), а, следовательно, и знак t . Так как при этом изменился тип координатной системы, то псевдоскаляр C2 должен переменить знак и обе части равенства (3) останутся согласованными. Повернём теперь всю координатную систему так, чтобы изменилось на обратное направление оси Х. Тогда изменится на противоположную ориентация плоскости (YZ), то есть, знак t и, как видно из формулы (3), C2 не изменит знака. Точно так же, при неизменном направлении оси Х, изменив счёт времени на обратный, мы изменим ориентацию плоскости (YZ) и, следовательно, знак псевдоскаляра C2. Итак, исходя из аксиом причинности, мы пришли к следующему основному выводу:

1. Мировой ход времени определяется универсальным псевдоскаляром C2, имеющим размерность скорости.

Теоретическая механика и физика пользуются скалярными величинами только первого рода или просто скалярами. Теперь мы должны ввести в механику псевдоскаляр C2. Обращаясь к известным универсальным постоянным, мы немедленно убеждаемся в том, что единственной постоянной, которую можно считать псевдоскаляром, является постоянная Планка — h. Действительно, эта постоянная, имеющая размерность момента количества движения, определяет спин элементарных частиц и все моменты количества движения в атоме. Для соблюдения квантовых условий, при переходе от правой системы координат к левой, естественно считать, что при таком переходе меняется и знак постоянной Планка, то есть, что она является псевдоскаляром. Теперь с помощью h и другой физической постоянной, заведомо имеющей свойства простого скаляра, можно образовать постоянную с размерностью скорости. Легко убедиться, что существующая возможность выбора приводит к единственной комбинации, однозначно определяющей псевдоскаляр C2:

· 350 км/сек , (4)

где через e обозначен заряд элементарной частицы. Числовой коэффициент представляет собой безразмерный множитель, с точностью до которого мы определили величину C2. Следует ожидать, что неточность, связанная с этим безразмерным множителем не может изменить порядок величины C2. В действительности, из опытов, о которых мы будем говорить впоследствии, можно заключить, что . Весьма знаменательно, что постоянная, численно равная C2, определяет условие (1) и (2) образования энергии в звёздах. Знаменитая безразмерная постоянная тонкой структуры оказывается отношением C2 и C1, то есть, отношением основных характеристик двух свойств времени. При таком понимании постоянной тонкой структуры становится естественным и совершенно не удивительным существование этой безразмерной постоянной. Полученная оценка величины C2 (4) позволяет предвидеть размеры эффектов причинной механики, которые должны быть на много порядков больше эффектов теории относительности.

Произведём в формуле (4) предельный переход: ; тогда и, согласно формуле (3), t всегда будет равным нулю. Этот случай соответствует обычной механике, в которой отсутствует четвёртая аксиома, то есть, t всегда предполагается равным нулю. Таким образом, пренебрегая постоянной Планка, мы, как и в атомной механике, переходим к законам обычной механики. Другой предельный случай получается, когда постоянная Планка начинает играть очень большую роль. Этот случай соответствует атомной механике, для которой по формуле (4) получается C2 =0. При этом по формуле (3) x всегда равно нулю. В этом случае, согласно аксиоме III, причины и следствия сливаются в тождественные понятия, что и является существом атомной механики.

Формулируем теперь наши заключения:

2. Мировой ход времени C2, с точностью до безразмерного множителя порядка единицы, равняется универсальному псевдоскаляру e2/h, имеющему размерность скорости. Знак хода времени должен быть определён опытом.

Покажем, что знак хода времени позволяет абсолютно определить понятия правое и левое. Геометрия различает правое от левого только относительно и сама по себе геометрия не может определить, что называется правым и что называется левым. Поясним это следующим примером, заимствованным у Гаусса [7]. Вообразим два существа, изолированных настолько, что нет даже ни одного предмета, который они когда–либо видели. Допустим, что они могут сообщать друг другу свои мысли и свои наблюдения над Миром. Каждый из них может построить систему геометрии, причём они смогут договориться и согласовать все геометрические определения. Они обнаружат, что существуют с равными элементами несовместимые тела и таким образом придут к необходимости отличать правое от левого. Но согласовать свои определения правого и левого они не смогут. Для этого необходимо общее тело, то есть материальный мост между ними. Так будет обстоять дело пока наши воображаемые существа занимаются только геометрическими построениями. Но коль скоро они перейдут к изучению механических и других явлений природы, благодаря ходу времени, они должны обнаружить объективное отличие правого от левого и суметь договориться об их определении. Действительно, как мы видели, законы механики должны содержать псевдоскаляр C2. Поэтому, произведя некоторые опыты, можно установить знак C2, то есть установить, в какой системе координат — правой или левой — постоянная C2 имеет положительное значение. Отсюда получается возможность договориться об определении правого и левого. Таким образом, существующий ход времени, даже при полной изоляции, связывает все тела в Мире и играет роль того материального моста, о необходимости которого говорил Гаусс. Поэтому можно формулировать следующий вывод:

3. Существующий в Мире ход времени устанавливает в пространстве объективное отличие правого от левого.

Изумительным является то обстоятельство, что в природе действительно имеются бросающиеся в глаза объективные отличия правого от левого. Эти отличия давно известны в органическом мире. Морфология животных и растений даёт многочисленные примеры упорной, передающейся по наследству асимметрии. Например, у моллюсков в подавляющем числе случаев раковины закручены в правую сторону. Преобладание определённой симметрии наблюдается и у микробов, образующих колонии спиральной структуры. У высокоорганизованных существ асимметрическое положение органов всегда повторяется. Например, сердце у позвоночных, как правило, расположено слева. Подобная асимметрия существует и у растений, например, в предпочтительности левых спиралей у проводящих сосудов.

В середине прошлого века Луи Пастер открыл асимметрию протоплазмы и рядом замечательных исследований показал, что асимметрия является основным свойством жизни. В неорганической природе стереоизомеры образуют рецематы, то есть смеси с одинаковым количеством правых и левых молекул. В протоплазме же наблюдается резкое неравенство правых и левых форм. Воздействие на организм правых и левых изомеров часто весьма различно. Так, например, левовращающая глюкоза почти не усваивается организмом, левый никотин более ядовит, чем правый и т.п. В настоящее время все эти вопросы составляют большую научную проблему [9], на которой мы не можем останавливаться. Для нас важна принципиальная сторона дела: асимметрия может иметь физический смысл только при существовании направленности времени, поэтому асимметрия жизни доказывает существование направленности у времени, то есть несимметричности истинной механики. Существование направленности времени, как некоторой физической реальности, вытекает даже просто из самой возможности жизни. Действительно, существо жизни заключается в процессах, направленных против возрастания энтропии. Это означает, что в организмах, в некоторых процессах ход времени может отличаться от мирового хода времени. Поэтому подобно астрофизическим данным, точные биологические опыты должны показать в процессах жизни нарушение обычного баланса энергии, из–за использования жизнью мирового хода времени.

Рассмотрим ещё следующий вопрос: каков должен быть Мир, в котором течение времени противоположно нашему? Изменить знак хода времени, это значит изменить знак постоянной C2 в той же системе координат. Так как законы механики должны быть одинаковыми, коль скоро C2 имеет тот же знак и то же значение, то механика Мира с обратным течением времени должна быть тождественна механике нашего Мира с противоположной ориентацией координат. Противоположная ориентация получится при зеркальном отображении. Итак, мы приходим к теореме, выражающей сущность нашей механики:

4. Мир, в котором течение времени противоположно нашему при условии действия тех же сил, должен быть равноценен нашему Миру, отражённому в зеркале.

В зеркально–отражённом Мире полностью сохраняется причинность. Поэтому в мире с противоположным течением времени события должны развиваться столь же закономерно, как и в нашем Мире. При любом течении времени человек будет ходить, как обычно, лицом вперёд. Таким образом, Мир с обратным течением времени не является, как полагают часто, кинофильмом нашего Мира, пущенным в обратную сторону. Действительно, в таком кинофильме причинность нарушена и он не может представлять реально возможного физического Мира. Благодаря направленности времени зеркально–отражённый Мир по своим механическим свойствам должен отличаться от нашего Мира. Представим себе, что мы в зеркале наблюдаем лабораторию, в которой производятся некоторые механические опыты. Зеркало изготовлено столь искусно, что мы не можем этого заподозрить. Однако, следя за результатами некоторых специальных опытов лаборатории, мы должны будем заметить, что они противоположны следствиям причинной механики. Таким образом у нас всегда будет возможность отличить подлинную лабораторию от лаборатории, отражённой в зеркале. Обычная же механика утверждает невозможность подобного заключения. Ошибочность этого принципа в настоящее время доказана начатыми по инициативе Ли и Янга исследованиями, установившими нарушение принципа сохранения чётности в ядерных процессах при слабых взаимодействиях. Учитывая же процессы жизни этот принцип опровергается элементарными наблюдениями. Действительно, следя за лицами, которые в отражённой лаборатории производят опыты, можно сразу заметить, что они работают левой рукой, имеют необычайное расположение органов, а потому не реальны. Надо думать, что такими людьми стали бы мы при обратном течении времени, если только при этом будут сохранены силовые поля нашего Мира.

После сделанного отступления возвратимся к выяснению дальнейших свойств хода времени. Все причинно–следственные связи Мира характеризуются универсальным псевдоскаляром C2. Всякая конкретная причинно–следственная связь определяется ещё пространственным направлением, орт которого обозначим через i . Таким образом с причинно–следственными отношениями должны быть связаны псевдовекторы хода времени iC2. Обстоятельство, согласно которому ход времени определяется псевдовекторами, может иметь ещё следующее пояснение. Векторы хода времени должны быть направлены некоторым определённым образом в зависимости от положения причины и следствия. Представим теперь, что ход времени во всём Мире изменил знак на обратный, расположение же причин и следствий в пространстве осталось неизменным. Из первого условия вытекает, что эти векторы должны изменить знаки, из второго же, что они сохранили своё направление. Геометрия даёт единственную возможность согласования этих требований: ход времени представляет собой псевдовекторы, а при изменениях знака хода времени мы просто должны пользоваться другим типом ориентации координатных систем.

Докажем теперь, что для причины и следствия псевдовекторы хода времени iC2 должны иметь разные знаки, то есть быть прямо противоположными. Действительно, следствие находится в будущем по отношению к причине, а причина в прошедшем по отношению к следствию. Поэтому знаки t для причины и следствия должны быть противоположными. Иными словами, перенося точку зрения из причины в следствие, мы меняем знак у t , то есть переходим к противоположной ориентации плоскости, перпендикулярной к оси причина-следствие. Теперь легко убедиться в том, что каким бы путём не был определён орт i , псевдовектор iC2 должен менять знак при переходе от причины к следствию. В самом деле, при фиксированном i будет меняться тип координатной системы при переходе от причины к следствию. В результате постоянная C2 должна изменить знак, а следовательно и вектор iC2. Если же при переходе от причины к следствию менять знак i , то знак C2 останется неизменным. Поэтому и в этом случае псевдовектор iC2 изменит свой знак. Отсюда получается вывод:

5. Ходом времени каждой причинно-следственной связи является реальный физический процесс, который представляется псевдовектором iC2, имеющим для причины и следствия противоположные направления.

Итак, время обладает следующими двумя свойствами:

1) Свойство скалярное, которое выражается существованием промежутков времени и 2) свойство векторное, которое представляется псевдовекторами хода времени ±iC2. Ход времени, как реальный физический процесс, приводящий с точки зрения причины к существованию псевдовектора одного знака, а с точки зрения следствия – псевдовектора другого знака, равноценен вращению причины относительно следствия с линейной скоростью C2 или наоборот. Объяснение это формально является совершенно точным. Однако возникает естественный вопрос, в чём сущность этого явления и как можно наглядно себе представить вращение двух заведомо неподвижных точек с конечной линейной скоростью. На этот вопрос мы не можем сейчас ответить. Но можно надеяться, что это явление станет яснее в результате опытных и последующих теоретических исследований. Поэтому нам остаётся пока пользоваться только формальным представлением о ходе времени, как об относительном вращении причин и следствий.

Представим себе, что причина и следствие связаны с двумя материальными точками, действительно находящимися в относительном вращении. Иными словами, допустим, что мы имеем дело с волчками, которые будем считать идеальными. Под идеальным волчком следует понимать тело, вся масса которого расположена на некотором неизменном расстоянии от оси. При вращении воздействие такого тела на тело, вращающееся с другой скоростью, может осуществляться через материальную ось и материальные связи с этой осью, массы которых столь малы, что их можно полагать равными нулю. Тогда взаимодействие этих идеальных волчков будет равносильно взаимодействию двух точек, имеющих массы волчков. С точки зрения каждой из этих точек можно с полной определённостью говорить о вращении другой точки, то есть указать плоскость, величину линейной скорости U и направление вращения. Таким образом каждой точке можно сопоставить псевдовектор относительного вращения jU, где j – единичный вектор, перпендикулярный к плоскости вращения. Согласно обычному условию, псевдовектор jU направлен в правой системе координат туда, откуда вращение кажется происходящим против часовой стрелки. Можно считать j – обычным вектором, а величину U – псевдоскаляром. Если, например, условиться откладывать j независимо от типа координатной системы в сторону, откуда вращение происходит против часовой стрелки, то U будет псевдоскаляром, положительным в правой системе координат. Легко видеть, что в результате относительных вращений для причины и следствия будет существовать дополнительные псевдовекторы ±jU противоположных знаков. Эти псевдовекторы имеют совершенно те же свойства, что и псевдовекторы ±iC2 обычных причинных связей. Во всяком случае в линейном приближении такие величины обычно складываются между собой. Поэтому можно предположить следующее свойство хода времени, которое должно быть проверено опытом:

6. Ход времени вращающихся тел отличается от обычного хода времени тем, что к обычному ходу времени геометрически добавляется относительная линейная скорость этих вращений.

Если это положение справедливо, то для вращающихся тел следует ожидать относительного изменения обычного псевдовектора хода времени по его направлению на величину: U/C2cos  где – угол . Следует также ожидать аберрацию направления причинной связи на угол:

tg U/C2sin  .

Теперь становится понятным, что для выяснения свойств хода времени необходимо производить опыты с вращающимися телами–волчками. Чтобы разобраться в том, какие механические эффекты хода времени должны наблюдаться в опытах с волчками, мы должны в первую очередь уточнить определения причин и следствий в механике. Для этого от кинематических понятий надлежит перейти к понятиям динамики и статики.


  1   2   3   4




Похожие:

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconН. А. Козырев «Причинная или несимметричная механика в линейном приближении»
Поэтому может оказаться невозможным успокоение системы, то есть исчезновение кинетических энергий её отдельных частей. В результате...
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /механика/Введение.doc
2. /механика/Волновой...

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconУчебник: Мякишев Г. Я. Физика. Учебно-тематический план
Физика и познание мира. Что такое механика. Классическая механика Ньютона и границы ее применимости
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconН. Н. Сотский М.: Просвещение 2002 Физика 10 3 часа в неделю 102 часа в год № урок
Введение. Что такое механика. Классическая механика Ньютона и границы ее применимости
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconФизика начала развиваться еще до н э
К основным разделам теоретической физики относятся: механика, электродинамика, оптика, термодинамика, статистическая физика, теория...
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconСапоги (В. Шарапов, Р,Козырев А. Твардовский)

Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconS m s от 27. 08. 2007
В новосибирске предстоит крупнейшая причинная авария, с гибелью большого количества людей, за отказ в работе. Движемся дальше
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Козырев.rtf
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Козырев Ю.Г. Промышленные роботы (справочник)1988.djvu
Н. А. Козырев Причинная или несимметричная механика в линейном приближении iconДокументы
1. /Механика/Ris-1.doc
2. /Механика/Ris-2.doc
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов