Виталий Новицкий
Признание эквивалентности массы и энергии, ставшее чуть ли не главным тезисом физики XX века, не только стимулировало ее развитие, но и породило немало проблем. Это осознал уже сам автор формулы Е = mc2 Альберт Эйнштейн. Принцип эквивалентности, отметил он однажды, делает искусственным деление физической реальности на вещество и поле. Почему бы ни принять за первичное вторую из этих двух сущностей, спрашивал он далее, ведь построить современную физику на основе одного только понятия вещества все равно нельзя. И дальше интуиция Эйнштейна подсказывает ему такую картину:
«То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве. Мы могли бы рассматривать вещество как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно... С этой точки зрения брошенный камень есть изменяющееся поле, в котором состояние наибольшей интенсивности поля перемещается в пространстве со скоростью камня».
Программа построения новой физики, выраженная в приведенных словах, по сей день остается невыполненной. А «камнем преткновения» для теоретиков стала фундаментальная характеристика вещества, именуемая массой. В спорах о природе гравитации, о массе инертной и тяготеющей нередко ускользает физический смысл выдвигаемых теорий, а реальный мир все больше вытесняется математическими моделями. Не нужно особого глубокомыслия, чтобы понять: подлинные теоретические сложности и принципиальные моменты – не в наращивании оборотов у жерновов математической «мельницы», а в анализе ныне принятых измерительных процедур. Путь к сокращению числа первичных физических сущностей пролегает через методологию выбора основных единиц измерения. Как только масса будет выражена не в килограммах, введенных в оборот из сугубо практических соображений, а в других, чисто «полевых» единицах, дело сдвинется с мертвой точки. Вопрос же о природе первичной материи возвращает нас в далекое прошлое науки и как бы уравнивает нас в этом пункте с древнегреческими философами. Или, как ни покажется неожиданным, с пришельцами из других миров, которые снарядили экспедицию к Земле, не зная ее параметров во всех подробностях.
Цель такого уподобления, надеюсь, понятна. Когда речь идет о физической теории, лучше вырваться из плена многовековых напластований ранее добытых знаний, посмотреть свежим взглядом на давно знакомые вещи.
Итак, вообразим себя инопланетянами. Еще приближаясь к Земле, мы смогли бы определить ее средний радиус (6,371·106 м). Побывав на полюсе, где отсутствуют вызываемые вращением планеты центробежные эффекты, мы определили бы ускорение свободного падения в этой точке (9,832 м/с2). Исследования планеты дадут нам общую зависимость ускорения свободного падения или, что то же самое, напряженности гравитационного поля, от расстояния до центра Земли. То будет закон обратной квадратичной пропорциональности с некоторым постоянным коэффициентом К. Знание двух ранее измеренных величин позволит нам вычислить его значение: 3,991·1014 м3/с2.
Можно приступать к анализу полученных немногих, но важных результатов. Во-первых, коэффициент К, входящий в найденную зависимость, выражен только в единицах длины и времени, то есть в LT-системс единиц. Сама же размерность – третья степень единицы длины, деленная на вторую степень единицы времени, – характеризует изменение (динамическую функцию) некоего объема. Поскольку мы исследовали гравитационное поле Земли, то логично предположить: перед нами постоянная для планеты величина, выраженная в динамической функции объемов гравитационного поля.
Но было бы интересным делом уяснить физический смысл этой величины в земных понятиях. Отправившись в научную библиотеку землян, мы, инопланетяне, обнаружили бы в написанных людьми книгах по физике только одну постоянную величину с признаками аналогичной размерности – так называемую постоянную Кавендиша 6,672·10–11 м3/кг·с2.
Присутствие в ней размерности «килограмм» отражает принятую у землян единицу измерения массы. Но мы обладаем своей интерпретацией величин с размерностью длины и времени. Поэтому постоянную Кавендиша можем истолковать так:
6,672·10–11 м3/с2 динамического процесса гравитационного поля приходятся на 1 кг условной единицы массы, принятой землянами как эталон. И тут мы, инопланетяне, не удержались бы от искушения порекомендовать землянам рассматривать массу в соотношении:
| 1 кг =6,672·10–11 м3/с2 | (1) |
или в обратной зависимости:
| 1 м3/с2 = 1,499·1010 кг | (2) |
У кого-то «логика пришельцев», которой мы воспользовались для того, чтобы найти кратчайший путь к зависимостям (1) и (2), возможно, вызовет чувство протеста. Еще бы, масса тел оказалась выраженной через метры и секунды. Это уж слишком! Но не будем спешить с выводами.
Начнем с элементарного. Зависимость (2) мы можем подставить в найденное выше значение постоянной К. Подстановка даст величину 5,981·1024 кг – массу Земли, выраженную в килограммах. В действительности она такая и есть (в пределах принятой нами точности), что позволяет считать «логику пришельцев» не столь уж абсурдной. Поэтому смелее двинемся дальше, по пути пересчета других физических величин и представления их в новых для нас единицах динамического процесса объемов гравитационного поля. Но тут важно не сбиться с дороги.
В самом деле, присутствие одних лишь размерностей длины и времени дает повод подумать, будто LT-система единиц выражает пространственно-временную природу материи. И лишь выявление трансформаций LT-размерностей во множестве разнородных физических процессов убеждает, что это не так. Первичными сущностями материи оказываются гравитационные и электрические поля, «разлитые» во всем трехмерном пространстве. Величины, характеризующие магнитные явления, получают, как и масса, новое выражение в LT-системе единиц, но их трактовка как проявлений первичного по своей природе магнитного поля не является обязательной.
Итак, первичны лишь гравитация и электричество, понимаемые как поля и измеряемые, подобно материи, в единицах объема. Единство двух основных полей и геометрического пространства мы называем физическим вакуумом. Когда поля приходят в вихревое движение, в эпицентрах вихрей мы наблюдаем явления, выраженные в динамической функции объемов этих полей.
Например, найденную выше зависимость (2) мы можем переписать так:
1 м3/с2гравитационного поля = 1,499·1010 кг.
Расчеты, которые за недостатком места не приводятся, дают и другое основное соотношение:
1 м3/с2электрического поля = 1,29 Кл.
Здесь Кл означает «кулон» и выражает величину электрического заряда, порождаемого единицей динамической функции соответствующего поля. И если в прошлом столетии исследователи полагали, будто заряды создают вокруг себя поле, то мы утверждаем прямо обратное: поле своей динамичностью порождает заряд. Это справедливо не только в случае электричества, но и в случае гравитации, когда динамика гравитационного поля порождает вещество (массу). Поскольку изменились единицы измерения массы и электрического заряда, то по-новому будут выражены все физические величины, в которые входят первые две. При этом важно помнить, что никаких других размерностей, кроме метра и секунды, у нас не появится, как не было их и в работах известного советского авиаконструктора Р. ди Бартини, увлекавшегося теоретической физикой (см. статью Г. Смирнова «Числа, которые преобразили мир»). Следует, однако, помнить, что сам Бартини не наделял LT-систему единиц мандатом на отображение реальных физических величин, а придавал ей лишь значение математического оператора для анализа природных процессов. Я ж придерживаюсь иной точки зрения и рассматриваю LT-систему как вполне равноправную с другими, получившими более широкое распространение. Право на такой взгляд дает подсчет в единицах длины и времени конкретных числовых значений для единиц: силы – ньютона, энергии – джоуля, мощности – ватта, электрического тока – ампера, электрического потенциала – вольта и так далее.
Результаты пересчета наиболее употребительных физических величин в системе «метр-секунда» сведены в таблицу. Построена она по тому же принципу, что и таблица в статье Г. Смирнова. Целочисленные степени длины L образуют вертикальные, а времени Т – горизонтальные столбцы. В их пересечениях – клетках – и представлены значения вышеупомянутых и некоторых других параметров. Их упорядоченность, разнесенность по «перекрестиям» длины и времени есть, конечно, немаловажная качественная характеристика. Но в нашем случае она дополнена количественными выражениями.
| Dim. | м–1 | м0 | м1 | м2 | м3 | м4 | м5 |
| сек–5 | Удельная мощность поля1 Вт/м3 = 6,67·10–11 м2/сек5 | Плотность потока энергии1 Вт/м2 = 6,67·10–11 м3/сек5 | Мощность1 Вт = 6,67·10–11 м5/сек5 | ||||
| сек–4 | Плотность энергии поля1 Дж/м3 = 6,67·10–11 м2/сек4 | Сила1 Н = 6,67·10–11 м4/сек4 | Энергия1 Дж = 6,67·10–11 м5/сек4 | ||||
| сек–3 | Напряженность магнитного поля1 А/м = 0,775 м2/сек3 | Электрический ток1 А = 0,775 м3/сек3 | Импульс1 кг·м/сек = 6,67·10–11 м4/сек3 | Мощность1 кг·м2/сек = 6,67·10–11 м5/сек3 | |||
| сек–2 | Угловое ускорениеПлотность вещества1 кг/м3 = 6,67·10–11 1/сек2 | Напряженность поля1 В/м = 8,61·10–11 м/сек2 | Потенциал1 В = 8,61·10–11 м2/сек2 | Гравитационный заряд (масса)1 кг = 6,67·10–11 м3/сек2Электрический заряд1 Кл = 0,775 м3/сек2 | Момент инерции 1 кг·м2 = 6,67·10–11 м5/сек2 | ||
| сек–1 | Угловая скоростьМагнитная индукция1 Tл = 8,61·10–11 1/сек | СкоростьПроводимость1 См = 9·109м/с | Поток магнитной индукции1 Вб = 8,61·10–11 м2/сек | ||||
| сек0 | Кривизна1/м | Безразмерные величины(радиан) | ДлинаЭлектрическая емкость1 Ф = 9·109 м | Площадь1 м2 | ОбъемКоличество поля1 м3 | ||
| сек1 | Сопротивление1 Ом = 1,11·10–10 сек/м | Время1 с | |||||
| сек1 | Индуктивность1 Гн = 1,11·10–10 сек2/м |
Посмотрим теперь, как выглядят в «полевом» одеянии не какие-нибудь аномальные, а самые распространенные и вполне обычные процессы и явления. Например: стоит человек и держит в руке гирю. Держит, и все. Считается, что он не производит никакой работы, так как гирю он не передвигает. Но через некоторое время человек начинает чувствовать усталость. Значит, все-таки он выполняет работу? Но какую?