Физика и философия подобия

Но за все время астрономических наблюдений они сдвинулись относительно удаленных объектов на такой малый угол, что восстановить по этим данным их траекторию невозможно. В качестве другого примера возьмем красное смещение спектров от удаленных галактик, когда чем дальше находится галактика, тем больше происходит сдвиг ее спектральных линий в длинноволновую область. В результате наши приборы могут просто не почувствовать фотоны с малой энергией, приходящие от объектов, расположенных на краю Метагалактики. Таким образом оказывается, что заглянуть за пределы Метагалактики так же сложно, как и внутрь элементарных частиц. Тем не менее, микро и макромиры, взятые как две философские противоположности, должны не только различаться, но и иметь между собой много общего. Если бы нам удалось сформулировать это общее в виде законов существования и развития, то можно было бы экстраполировать эти законы еще дальше вглубь или вширь – например, делать предположения о том, из чего состоят элементарные частицы или что находится вне Метагалактики. Прежде чем рассматривать теорию подобия, пытающуюся навести мосты между микро и макромиром, полезно обратиться к понятию математической аналогии. Известно, что все десятичные дроби бывают либо периодическими, либо иррациональными. Так, если разделить 13 на 11, то найдем: 13:11 = 1,181818, то есть получается видимая закономерность – периодичность с периодом 18, и становится возможным определение значения данной дроби с любой степенью точности, не прибегая уже к дополнительным вычислениям. Для иррациональной дроби это не так – каждый ее следующий знак приходится вычислять отдельно, поскольку заранее он не известен (в этом легко убедиться, если начать вычислять квадратный корень из 2). По видимому не найдется такой области знаний, где бы закономерное не существовало бы рядом со случайным или хаотичным. Теперь то самое время, когда можно задать вопрос: что может быть закономерного в распределении объектов в космосе, начиная от мельчайших частиц и вплоть до гигантских галактик? И вот оказывается, что определенные закономерности действительно есть. Во-первых, все космические объекты можно разделить в следующие четко разделяющиеся группы: электроны, нуклоны и атомы; молекулярные комплексы; космическая пыль; микрометеориты; мелкие метеориты; метеориты; средние метеориты и кометы; крупные метеориты и кометы; малые астероиды, спутники, большие кометы; астероиды, спутники, малые планеты; большие планеты и нормальные звезды; большие звезды и скопления звезд; карликовые и нормальные галактики; скопления и сверхскопления галактик; Метагалактика. Во-вторых, довольно-таки неожиданно выясняется, что указанные группы образуют геометрическую прогрессию в отношении своих масс и характерных размеров. Поясним это подробнее. Если взять геометрическую прогрессию: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, то по ней видно, что каждый последующий член можно найти из предыдущего умножением на 2. Здесь 2 – множитель прогрессии. Аналогично получается и для космических объектов – зная массы и размеры одной только группы, можно определить эти параметры и для любой другой группы объектов путем деления или умножения на известные множители прогрессии.

Со школьной скамьи мы слышим об электромагнитном поле и об его квантах – фотонах. При распространении электромагнитной волны в ней закономерно изменяются величины электрической и магнитной напряженностей поля. И все-таки хотелось бы представить движение фотона более наглядно. Для этого используем следующий подход: электромагнитная волна, как известно, действует на заряженные частицы, через которые проходит, вовлекая их в определенное движение. А теперь изменим задачу – пусть заряды двигаются так, чтобы они поддерживали саму волну. Тогда волна существует, пока есть движение этих зарядов (так волна на поверхности воды бежит до тех пор, пока не иссякнет направленный импульс движения частиц воды). В результате можно получить простейшую модель фотона как пучка заряженных частиц с «вмороженным» магнитным полем, с вращением частиц вдоль оси пучка при наличии в нем стоячих волн. Выше уже говорилось о том, что протон можно считать аналогом нейтронной звезды, а мюон – аналогом белого карлика. Какой же объект может быть аналогом электрона? Рассмотрим эволюцию достаточно массивной звезды. В конце концов такая звезда превращается в нейтронную звезду, а все обращающиеся вокруг нее планеты с течением времени будут приближаться к ней все ближе и ближе, пока не будут разорваны на части ее мощным гравитационным полем. Ядра планет состоят в основном из тяжелого и сильномагнитного химического элемента – железа, поэтому можно ожидать, что вокруг нейтронной звезды возникнет устойчивое замагниченное облако. Интересно, что если вычислить то расстояние, на котором планеты разрываются на части, и разделить его на коэффициент подобия по размерам, то мы получим радиус Бора для главной орбиты электрона в атоме водорода. Отсюда следует, что электрон в атоме должен быть каким-то замагниченным облаком, и действительно в квантовой механике это так, причем электрон обладает собственным магнитным моментом. Перенося эволюцию звезды на эволюцию атома водорода, можно понять факт электронейтральности вещества, когда на один протон в среднем приходится один электрон. Уже не одно поколение физиков-теоретиков пытается построить единую теорию поля, объединив в одном уравнении сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия. Определенные успехи уже есть – в 60-ых годах слабые и электромагнитные силы были описаны теорией электрослабого взаимодействия. Классический электромагнетизм практически полностью определяется уравнениями Максвелла, которые лоренц-инвариантны, то есть при переходе в другую движущуюся инерциальную систему отсчета с помощью преобразований Лоренца уравнения поля не изменяют своего вида. Достигается это тем, что в электромагнетизме имеется две напряженности поля – электрическая и магнитная, и соответственно два потенциала поля – скалярный и векторный, так что при изменении скорости движения системы отсчета электрическая и магнитная компоненты поля, измеряемые наблюдателем, будут меняться по вполне определенному закону. В противоположность этому имеющаяся теория гравитации кажется незавершенной – в ней присутствует только лишь скалярный потенциал и одна напряженность поля, а лоренц-инвариантность отсутствует.

Отсюда следует, что если ядерная гравитация существует, то протон является несколько более плотной и замагниченной нейтронной звездой в миниатюре. Проводя дальнейшие аналогии, находим подобие между мюоном (это один из лептонов) и звездой – белым карликом соответствующей массы, а также между адронами и нейтронными звездами разных масс в различных состояниях. Поскольку массы и энергии элементарных частиц имеют достаточно определенные значения, то и для вырожденных звездных объектов можно ожидать какие-то характерные значения масс и энергий. И действительно, оценки масс нейтронных звезд – аналогов протонов показывают, что их массы приблизительно одинаковы, достигая величины порядка 1,4 М, где М – масса Солнца. До сих пор мы рассматривали соотношения подобия между отдельными величинами, физическими переменными или параметрами, такими как размеры и массы тел, энергии, времена протекания процессов, распространенность в природе, характерные скорости движения. Но имеется и другая сторона принципа подобия, а именно соотношения между уравнениями состояния и движения объектов различных групп и видов. Особенно это важно учитывать и использовать для различного рода взаимодополняющих объектов или форм движения материи (принцип дополнительности, по которому в каждом явлении имеются две противоположности; познание явления в целом требует выяснения законов движения каждой противоположности; данные законы также являются взаимодополнительными друг к другу). Примеры взаимодополняющих противоположностей: вещество и антивещество; корпускулы и волны; частицы и поля вокруг них, основные объекты и их спутники (большие и карликовые галактики, звезды и планеты, атомные ядра и электроны). Принцип дополнительности можно использовать для того, чтобы полностью перевернуть картину эволюции Метагалактики. В начале статьи уже говорилось о том, что стандартная теория рождения Вселенной из сингулярности с последующим расширением вещества сталкивается с рядом трудностей. Однако практически все они исчезают, если мы будем считать, что Метагалактика как и звезды и галактики образовалась не путем расширения, а путем сжатия вещества или гравитационного скучивания. Правда при этом мы должны дать иное истолкование красному смещению спектров далеких галактик, реликтовому излучению, содержанию гелия и тяжелых металлов в звездах, то есть тем фактам, которые обычно истолковываются в пользу модели Большого взрыва и расширяющейся Вселенной. Как правило в астрономии красное смещение спектров объясняется эффектом Допплера, который проявляется например в том, что если источник звука удаляется от наблюдателя, то частота слышимого им звука уменьшается. Но возможен и иной подход. В самом деле, кванты света или фотоны, проходя неимоверно длинный путь в космическом пространстве, просто обязаны терять свою энергию. Это следует из второго закона термодинамики, по которому процесс преобразования упорядоченного движения тела как целого в неупорядоченное движение частиц самого тела и окружающей среды является необратимым. Тогда потеря энергии фотонами как раз и проявляется в сдвиге их частоты в длинноволновую область, то есть в красном смещении. Теперь о реликтовом излучении.

Большой энциклопедический словарь (Часть 2, ЛЕОНТЬЕВ - ЯЯТИ)

Эфир в теории относительности: за и против

Энциклопедический словарь

Из истории народного образования города Москвы

Философия (Учебное пособие)

Жизнь и творчество Аристотеля

Философия духа и материи Рене Декарта

Классическая древнегреческая культура

История развития понятия функция

Творчество Ф. Ницше

Учение Аристотеля о материи и форме

Философия и Наука

Шпаргалка по философии

Развитие информационного общества

Взгляды Аристотеля

Научный подвиг «Ньютона электричества»

Ирония Андрея Белого — мемуариста

Физика в средние века и эпоху Возрождения