Добролюбов Олав Викторович. Новый взгляд на законы классической физики

Законы Ньютона, гравитации и Кулона без сил, масс и зарядов

Не для кого не секрет, что в физике используется много понятий (например, инертная, гравитационная масса, заряд), которые считаются первичными, но которые, тем не менее, непонятны нормальному человеку. Считается, что они понятны определенной группе людей - физикам-теоретикам, которые много о них говорят. Здесь я возьму на себя смелость утверждать, что несмотря на все разговоры, эти понятия остаются непонятными не только нормальным людям, но и самим физикам-теоретикам.

Прежде всего, условимся, что аксиоматическими понятиями мы будем считать только такие понятия, которые понятны любому нормальному человеку без дополнительных слов.

Основная цель этой статьи дать определение инертной и гравитационной массе, а также заряду и выразить их через величины, смысл которых понятен любому нормальному человеку.

Критика общепринятого подхода к изложению законов классической физики

При формулировке законов Ньютона говорится, что природа силы не важна, важно чему она равна, а равна она тому значению, которое показывает динамометр.
Как известно законы Ньютона верны только в инерциальных системах отчета. Это означает, что наблюдатель с измерительными приборами должен покоиться в инерциальной системе отчета. Это означает, что динамометр, которым измеряется сила, должен покоиться в инерциальных системах отчета. Таким образом, сила, фигурирующая в законах Ньютона равна значению, которое показывает динамометр, покоящийся в ИСО.

Теперь рассмотрим первый закон Ньютона, т. е. определение инерциальной системы отчета. Инерциальная система отчета это такая система, в которой свободное тело движется равномерно и прямолинейно.
Что значит свободное тело? Это значит тело, на которое не действуют никакие силы, т. е. тело, сила, действующая на которое равна нулю, т. е. тело, для которого динамометр, покоящийся в инерциальной системе отчета, показывает ноль.
Теперь смотрим, какое у нас получилось определение инерциальной системы отчета:
Инерциальная система отчета это такая система, в которой тело, для которого покоящийся в инерциальной системе отчета динамометр показывает ноль, движется равномерно и прямолинейно.
Таким образом, давая определение инерциальной системе отчета, мы предполагаем, что нам уже известно, что такое инерциальная система отчета.
Вряд ли кто-нибудь возьмется отрицать, что такое определение не согласуется с требованиями элементарной логики.
Это определение, положа руку на сердце, звучит так: инерциальная система отчета это инерциальная система отчета.
Далее, когда мы переходим ко второму закону Ньютона F=ma, мы должны определиться еще до написания этой формулы с тем, что есть сила и что есть масса. Иначе этот закон будет звучать так: "одно непонятно что" равно "другое непонятно что" умножить на ускорение.
Сделаем пока вид, что на счет силы у нас нет вопросов, что это понятие аксиоматическое, а равна она тому значению, которое показывает динамометр.
Тогда мы должны дать определение массе до написания этой формулы или же считать ее аксиоматическим понятием. Называть массу аксиоматическим понятием, как это делал Ньютон, мы не будем, о чем условились в самом начале статьи.
Тогда остается дать определение массе. И оно дается, что, мол, масса это мера инерции, и она больше у того тела, которое имеет меньшее ускорение при одинаковой приложенной силе. Но такое определение массы является пересказом на словах формулы m=F/a, а определение массы должно быть дано еще до написания этой формулы. В противном случае m=F/a будет не закон природы, а математическое определение массы, т. е. буквочка m будет означать не более чем условное обозначения для F/a, т. е. в этой формуле должен стоять не знак равенства, а знак тождества - тройная черточка. А где спрашивается закон природы?
Статус закона природы этой формуле можно придать только, если сказать, что отношение силы к ускорению есть константа (какая-бы сила не действовала на тело F/a=const). И эта константа и называется массой.
Но если мы теперь вспомним, что с силой у нас тоже не все в порядке, т. к. сила равна тому значению, которое показывает динамометр, покоящийся в инерциальной системе отчета, а что такое инерциальная система отчета неизвестно, то формула
F=ma опять теряет статус закона природы и, откровенно говоря, начинает звучать так "одно непонятно что" равно "другое непонятно что" умножить на ускорение.
Если непонятно, что такое инерциальная система отчета, то непонятно и чему равна сила, т. к. она равна тому значению, которое показывает динамометр, покоящийся в инерциальной системе отчета, а если непонятно чему равна сила, то непонятно чему равна и противосила. Так и запишем третий закон Ньютона: "непонятно что" равно "противоположному не понятно чему".
Стоит ли говорить, что четвертый закон Ньютона или принцип суперпозиции звучит так:
"результирующее непонятно что" равно векторной сумме "непонятно чего"

Если в классической формулировке законов Ньютона имеет место такая недружба с логикой, но, тем не менее, с их помощью решаются практические задачи, значит в них есть рациональное зерно, которое однако скрыто пластами иносказательности.
Задача заключается в том, чтобы разгрести эту иносказательность и понять в чем заключается суть законов Ньютона.

Новая формулировка старых законов классической физики.

Запишем третий закон Ньютона для тел i и k в векторной форме

F_ik=-F_ki

Теперь для каждой части уравнения запишем второй закон Ньютона

a_ikm_i=-a_kim_k Это уравнение содержит оба закона Ньютона (второй и третий)

Далее a_ik/a_ki=-m_k/m_i

Теперь разделим числитель и знаменатель правой части на массу третьего тела m_n

a_ik/a_ki =-(m_k/m_n)/(m_i/m_n)=-const_ik
a_ik/a_ki =-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in)

Запишем четвертый закон Ньютона, он же принцип суперпозиции, в векторном виде

F_i^рез = Е_kF_ik

Запишем для каждой части этого уравнения второй закон Ньютона

m_ia_i^рез = miЕ_ka_ik

Разделим обе части этого уравнения на m_i

a_i^рез= Е_ka_ik

Таким образом, согласно самим же законам Ньютона, в инерциальных системах отчета, для ускорений тел соблюдаются следующие соотношения:

a_in/a_n_i=-сonst_in(формула 1)
a_ik/a_ki=-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in) (формула 2)
a_i^рез= Е_ka_ik (формула 3)

и инерциальные системы отчета существуют.

Следовательно, существуют такие системы отчета, в которых для ускорений тел соблюдаются соотношения (1), (2), (3). Запомним это.

Теперь мы с полным правом можем утверждать, что существуют такие системы отчета, в которых

a_in/a_n_i=-сonst_in(формула 1)
a_ik/a_ki=-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in) (формула 2)
a_i^рез= Е_ka_ik (формула 3)

Назовем эти системы отчета инерциальными.

На словах эти законы звучат так:

Первый закон: Для любых двух тел отношение взаимных ускорений остается постоянным (сами ускорения могут непрерывно меняться, но их отношение остается постоянным)

Второй закон: Отношение взаимных ускорений любых двух тел равно отношению отношений взаимных ускорений каждого из этих тел с любым третьим телом

Третий закон: результирующее ускорение любого тела равно векторной сумме ускорений этого тела в направлении каждого из тел или в противоположном направлении.

Запишем закон гравитации для тел i, k, n. За единицу гравитационной массы примем гравитационную массу тела n

F_inR_in²=GM_iM_n , M_i= (F_inR_in²)/(GM_n)

F_knR_kn²= GM_kM_n , M_k= (F_knR_kn²)/(GM_n)

F_ikR_ik²=GM_iM_k=

=G[(F_inR_in²)/(GM_n)][(F_knR_kn²)/ (GM_n)] =

=(1/GM_n²)(F_inR_in²)(F_knR_kn²)

Итак

F_ikR_ik²=(1/GM_n²)(F_inR_in²)(F_knR_kn²)

по третьему закону Ньютона F_kn=F_nk

m_ia_ikR_ik²=(1/GM_n²)(m_ia_inR_in²)(m_na_nkR_nk²)

a_ikR_ik²=(1/Gm_nM_n²)(a_inR_in²)(a_nkR_nk²)

F_inR_in²=GM_iM_n

a_inR_in²=GM_iM_n/m_i

Имеем две важные формулы

a_ikR_ik²=(1/Gm_nM_n²)(a_inR_in²)(a_nkR_nk²)

a_inR_in²=GM_iM_n/m_i

1/Gm_nM_n² - константа, зависящая только от выбора тела n, обозначим ее const_n

GM_iM_n/m_i - константа, зависящая только от выбора тел i, n. Обозначим ее const'_in

Перепишем эти формулы

a_ikR_ik²= const_n(a_inR_in²)(a_nkR_nk²)

a_inR_in²= const'_in

a_inR_in²= GM_iM_n/m_i

M_iM_n/m_i= a_inR_in²/G

M_iM_n/m_im_n = a_inR_in²/Gm_n

По закону равенства инертной и гравитационных масс

a_inR_in²/Gm_n =1

a_inR_in²= Gm_n

Поскольку гравитационная масса тела n принята за единицу гравитационной массы

a_inR_in²= Gm_nM_n²

Имеем

const'_in=1/const_n

Итак, в инерциальных системах отчета соблюдаются следующие соотношения для гравитационных ускорений любых трех тел i, k, n.

a_ikR_ik²= const_na_inR_in²a_nkR_nk²

a_inR_in²=1/const_n

Те же самые построения можно проделать и для закона Кулона, который аналогичен по своей математической форме закону гравитации и отличается лишь знаком минус.

a_ikR_ik²=-(1/Km_nQ_n²)(a_inR_in²)(a_nkR_nk²)

a_inR_in²=KQ_iQ_n/m_i

Обозначим

1/Km_nQ_n²=const'_n

KQ_iQ_n/m_i =const''_in

Итак, в инерциальных системах отчета соблюдаются следующие соотношения для кулоновских ускорений любых трех тел i, k, n.

a_i_kR_ik²=- const'_n a_inR_in²a_nkR_nk²

a_inR_in²= const''_in

Теперь мы можем с полным правом утверждать, что существуют такие системы отчета, в которых для ускорений любых трех тел i, k, n соблюдаются следующие семь законов:

Законы Ньютона в терминах ускорений

a_in/a_n_i=-сonst_in(формула 1)
a_ik/a_ki=-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in) (формула 2)
a_i^рез= Е_ka_ik (формула 3)

Закон гравитации в терминах ускорений и расстояний

a_ikR_ik²= const_na_inR_in²a_nkR_nk²(формула 4)

a_inR_in²=1/const_n(формула 5)

Закон Кулона в терминах ускорений и расстояний

a_ikR_ik²=- const'_n a_inR_in²a_nkR_nk²(формула 6)

a_inR_in²= const''_in(формула 7)

Размерность const_n и const'_n- c²/м³; размерность const''_in- м³/с²; константа const_in- безразмерная

Сведение новой формулировки к старой

Если кто-то испытывает ностальгию по классической формулировке законов Ньютона, гравитации и Кулона, он может ввести условные обозначения

m_i=-const_in

F_ik=-const_ina_ik

F_i^рез=-const_ina_i^рез

M_i=-const_in

Q_i=-const_inconst''_inconst'_n

, т. е. дать математические определения соответственно инертной массе, силе, результирующей силе, гравитационной массе и электрическому заряду.

Тогда, как сейчас будет проиллюстрировано, перечисленные законы примут классическую форму.

По формуле 1

m_i=-a_ni/a_in

Чему равно отношение a_ik/a_ki
По формуле 2
a_ik/a_ki=-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in)=-m_k/m_i
a_ikm_i=-a_kim_k

Получили знакомую формулу

F_ik=-F_ki

По формуле 3

m_ia_i^рез=m_iЕ_ka_ik=Е_km_i a_ik =Е_kF(ik)

Получили знакомую формулу

F_i^рез=Е_kF_ik

По определению гравитационной и инертной массы

M_i=m_i=-const_in

Получили закон равенства инертной и гравитационной массы

M_i=m_i

По формуле 4, формуле 5 и формуле 1

a_ikR_ik²= const_na_inR_in²a_knm_kR_nk²

M_i= -const_in =-const_in const_n / const_n= -const_in const_n a_inR_in² = m_i const_n a_inR_in²

a_inR_in²=M_i/(m_iconst_n)

a_knR_kn²= M_k/(m_kconst_n)

a_ikR_ik²= (1/(m_i const_n))M_iM_k

F_ikR_ik²=(1/const_n)M_iM_k

Получили знакомый закон гравитации

F_ikR_ik²=G_nM_iM_k

, как известно гравитационная константа зависит от выбора единицы измерения гравитационной массы, что и отражено буквой n

Аналогично для закона Кулона получим

F_ikR_ik²=-(1/const'_n)Q_iQ_k

F_ikR_ik²=-K_nM_iM_k

, как известно константа Кулона зависит от выбора единицы измерения электрического заряда, что и отражено буквой n

Учитывая размерность констант, видим, что инертная, гравитационная массы и заряд величины безразмерные.

[M_i]=[-const_in]

[Q_i]= [-const_in][const''_in][const'_n]=[м³/с²][с²/м³]

Инертный и гравитационный килограмм, равно как и кулон, суть разные названия одного и того же тела n.

m_i=-const_i_{, инертный килограмм}

M_i=-const_i_{, грав килограмм}

Q_i=-const_i_{, кулон}const''_i_{, кулон}const_кулон

Как и следовало ожидать, инертная, гравитационная масса и электрический заряд понятия отнюдь не аксиоматические и никакие они не свойства тел, разве могут свойства тел быть величинами безразмерными:

Инертная/гравитационная масса - константа const_in, фигурирующая в формуле 1;

заряд- произведение констант, фигурирующих в формулах 1, 6, 7

M_i=m_i=-const_in

Q_i=-const_inconst''_inconst_n

Инертную, гравитационную массу и заряд можно выразить через ускорения:

m_i=a_ni/a_in

M_i=a_ni/a_in

Q_i=(a_nia_ikR_ik²)/(a_ina_nkR_nk²)

Таким образом, масса и заряд по сути являются неявным указанием на третье тело, которое обычно всегда упускается из внимания. Основная ошибка физики заключается в том, что в ней постоянно забывают о третьем теле, масса и заряд - это напоминание о нем.

Философские выводы

Поскольку в законах Ньютона, гравитации и Кулона, приведенных в логически согласованную форму

a_in/a_n_i=-сonst_in(формула 1)
a_ik/a_ki=-(a_nk/a_kn)/(a_ni/a_in) (формула 2)
a_i^рез= Е_ka_ik (формула 3)

a_ikR_ik²= const_na_inR_in²a_nkR_nk²(формула 4)

a_inR_in²=1/const_n(формула 5)

a_ikR_ik²=- const'_n a_inR_in²a_nkR_nk²(формула 6)

a_inR_in²= const''_in(формула 7)

отсутствует мера взаимодействия (т.е. сила), то взаимное ускоренное движение тел происходит просто по тому, что это данность, потому, что существует такой закон природы, что все тела должны иметь взаимные ускорения. Значит говорить о том, что взаимные ускорения что-то вызывает, значит утверждать, что что-то вызывает законы природы, но законы природы никто и ничто не вызывает, если, конечно, верна материалистическая теория. Согласно материалистической теории у законов природы нет причины. Из этого следует, что взаимодействия не существует. Т. е. не существует таких физических понятий как взаимодействие и сила.

Эти понятия могут иметь только метафизический смысл.

Если же материалистическая теория верна, то понятия силы и взаимодействия, равно как и потенциальной энергии и работы, которые определяются в физике через силу, не имеют вообще никакого смысла. В физике условно можно договориться называть взаимодействием само взаимное ускоренное движение тел. Выяснять механизм взаимодействия - значит выяснять причины законов природы, которых (причин) не существует.

Физика, являясь по определению наукой, не занимающейся изучением причин законов природы, много на себя берет, когда во всю щеголяет понятиями, лежащими вне области ее исследования, ибо понятия силы, работы, потенциальной энергии обретают смысл, только если у законов природы есть причины. Тем самым физика создает у людей иллюзию, что будто с ее помощью они могут постигнуть тайны мироздания. Эта иллюзия поддерживается тем обстоятельством, что никто не обращает внимания на полное отсутствие логики в классической формулировке законов Ньютона, свято веря в непререкаемый авторитет самого Ньютона, т. е. на отсутствие логики как раз на том этапе, когда в физику впервые вводится понятие силы.
Как только законы Ньютона приводятся в логически согласованную форму, становится очевидным, что в физике сила, т. е. F_ik=(a_n_i/a_i_n)a_ik имеет физического смысла не больше, чем, например, произведение ускорения на скорость и на радиус-вектор avr. Сила это просто математическое выражение.

Поскольку сила не является физическим понятием, то ее ни к чему нельзя и приложить. Из этого следует, что если материалистическая теория верна, то люди ничего не могут делать, а с ними все происходит по законам природы, которые никто не принимал и никто не может отменить.

Основной вопрос философии должен формулироваться так: делают ли люди что-нибудь или с ними все происходит по правилам, которые никто не принимал и никто не может отменить.
Материалисты говорят, хоть сами этого и не понимают, что люди (в том числе и сами материалисты) являются абсолютными автоматами, т.к. ничего не делают, а с ними все происходит. Идеалисты говорят, что люди могут что-то делать.

Если все-таки материалистическая теория неверна, и взаимное ускоренное движение тел чем-то вызывается, и, если понимать под силой, то, что вызывает взаимное ускоренное движение любых двух тел, то семь указанных законов суть соотношения между наблюдаемыми проявлениями трех сил, действующих в треугольнике ikn.

Каждая сила действует на стороне треугольника и смешивается с двумя другими силами в вершинах треугольника.

Упоминание о трех силах, действующих в нашем мире и смешивающихся друг с другом, есть во многих древних учениях и религиях. Например, в православии три силы называются святой троицей.

Новый взгляд на пространство, время и материю.

Из того факта, что инертный и гравитационный килограмм, а также кулон не единицы измерения следует, что нет отдельной единицы измерения для материи.

Если мы вспомним Ньютона с его материальными точками и абсолютным пространством, и Зенона, который утверждал, что движения нет, то можно создать, пожалуй, только одну модель, согласующуюся с отсутствием у материи единицы измерения. А именно, представить движение материальных тел происходящим по тому же принципу, по которому происходит движение объектов на экране монитора или телевизора. Хоть и кажется, что движущийся объект это один и тот же объект, но движущийся объект это не один и тот же объект, а всякий раз другой, хотя и равный объект, разные пикселы; одни пикселы зажигаются, другие тухнут. При том, что мы наблюдаем оживленное движение на экране телевизора, на самом деле там ничего не движется, только одни пикселы зажигаются, а другие тухнут.

Аналогичным образом пространство можно представить состоящим из двух разных видов неподвижных точек: пустотных и материальных. Картина мира это определенная комбинация неподвижных пустотных и материальных точек. Если никаких изменений в комбинации пустотных и материальных точек не происходит, то это одна и та же картина мира и один и тот же момент времени. Момент времени это порядковый номер картины мира. Если хотя бы одна материальная точка превращается в пустотную, а соседняя пустотная в материальную, то это уже будет другая картина мира и другой момент времени. Материальные точки никуда не движутся, они лишь превращаются в пустотные в следующей картине мира, а соседние пустотные в следующей картине мира превращаются в материальные.

Из факта существования различных скоростей материальных точек следует, что в следующей картине мира материальные точки, которые "движутся" быстрее, должны иметь траекторию с пробелами, т. е. представляющую собой точечный пунктир. На экране телевизора Ахиллес догоняет черепаху, потому что у Ахиллеса есть пробел в траектории. Если размер материального объекта меньше чем пробел в траектории, то объект может проходить через непреодолимые препятствия.

Это звучит нелепо, в макромире мы не встречаемся с явлениями прохождения материальных объектов через непреодолимые препятствия, такого не бывает, чтобы пушинка летела в бетонную стену трехметровой толщины и чудесным образом появилась с обратной стороны стены, она врежется в стену и никогда не окажется с обратной стороны. Но туннельный эффект (эффект прохождения элементарных частиц через препятствия, которые они в принципе не могли преодолеть) разве не существует? Это вызвано тем, что размер элементарных частиц меньше пробела в их траектории.
Если поводить курсором мыши по экрану монитора, то можно увидеть, что в оставляемом ей шлейфе имеются пустые места. Это происходит по тому, что размер курсора меньше пробела в его траектории. Если бы в этих пустых местах оказались препятствия, то курсор с ними даже не соприкоснулся бы, а оказался в следующий момент уже с другой стороны их. Это и есть иллюстрация туннельного эффекта.
Если потаскать по экрану монитора окно, раскрытое не на всю ширину, то можно увидеть, что в оставляемом им шлейфе, нет пустых мест. Это происходит потому, что размеры окна больше пробела в его траектории. Это иллюстрация того, почему туннельный эффект не наблюдается в макромире.
Шлейф, конечно можно увидеть, лишь в том случае если компьютер несколько замедленно реагирует.
Существование туннельного эффекта является аргументом в пользу такого взгляда на пространство и материю, в пользу того, что Зенон был прав.

Материя это вид пространства (материальные точки), поэтому единица измерения материи должна быть метр. То обстоятельство, что материя должна измеряться в метрах, даже отражено в русском языке. Не многие обращают внимание на тонкую разницу между словами длина и расстояние, длина это количество метров материи, расстояние количество метров пустоты.

Стоит ли говорить, что если нет движения, а есть лишь смена статических картин мира, то нет и движущихся систем отчета. Движущаяся система отчета это серия различных неподвижных систем отчета. Вспомним, что говорил Зенон: летящая стрела, неподвижна в каждый момент времени. Таким образом, утверждение Эйнштейна о растяжении и сжимании длин равносильно утверждению о том, что количество материальных точек, из которых состоит материальный объект зависит от того, в какую точку неподвижного абсолютного пространства поместить начало координат. Утверждение Эйнштейна о растяжении и сжимании времени равносильно утверждению о растяжении и сжимании порядкового номера. И то, и другое звучит нелепо в рамках данного взгляда на пространство, материю и время.

Оставить комментарий © Copyright Добролюбов Олав Викторович (oleg_kozlov@rbcmail.ru) Размещен: 31/12/2002, изменен: 21/04/2015. 39k. Статистика. Статья: Философия		Ваша оценка:

Добролюбов Олав Викторович : другие произведения.

Новый взгляд на законы классической физики