О скорости света



Скачать 96.54 Kb.
Дата28.07.2018
Размер96.54 Kb.

СКОРОСТЬ СВЕТА

Неудахин В.И.
Все разделы науки физики пронизаны понятием скорости света. В частности, постоянство скорости света заложено в основу и СТО и ОТО, в которых с использованием математического аппарата, дается ответ на вопрос, что будет, если скорость передачи сигнала будет конечной и фиксированной. Здесь формальная сторона дела встала на первое место. Всё-таки, первопричиной событий является не фиксированность скорости света, а те физические явления (причины), которые приводят к такому результату. К сожалению, такое основополагающее понятие, как скорость света, до настоящего времени, не имело модельного представления.

Чтобы правильно ответить на вопрос: «что такое скорость света?», необходимо иметь адекватную модель пространства-времени, в котором свет распространяется. Таковой также не было до настоящего время.

Из истории науки известно, что представления о том, что такое свет и в какой среде он распространяется, менялись неоднократно в процесс исследований.

Одно из предположений - свет это волновое движение среды. Причём понятие среды исторически развивалось от примитивного Эфира, заполняющего всё пространство вокруг физических тел, до довольно сложной модели среды, предложенной Максвеллом. Известно, что эта модель позволила Максвеллу вывести те самые уравнения, которые актуальны до сих пор.

Характер электромагнитных колебаний имеет поперечный характер, что вроде бы, указывает на то, что колебания происходят в твердой среде. Скорость распространения света в этом случае, по предположению исследователей, должна определяться параметрами этой среды, по аналогии с твёрдым телом.

В то же время, результаты экспериментов Майкельсона и Морли и других исследователей показали отсутствие движение относительно Эфира, какой бы он не был: жидкий, твердый, или газообразный. Всё это, вроде бы, указывало на отсутствие среды, в которой могут распространяться электромагнитные волны.

На лицо было противоречие, которое тогда так и не было разрешено. Успешное развитие СТО и вовсе отложило решение проблемы скорости света на неопределенное будущее. Окончательно точка в этом вопросе, как тогда казалось, была поставлена, когда был установлен дискретный характер квантов света.

Говорить о пространстве-времени, как о физической среде стало неприличным.

Сработала психологическая ловушка: для волны нужна среда, но эксперименты показывают, что движение тел относительно среды (Эфира) нет. Значит, нет и среды.

Ошибка была в том, что во всех исследованиях молчаливо подразумевалось, что механизм распространения света в физическом пространстве-времени, а, следовательно, и причины, которые приводят к её ограничению, должен быть подобен тому, что имеет место при колебаниях решетки в твердом теле.

Ирония ситуации заключается в том, что именно предположение о пространстве-времени как о некоторой физической среде позволяет создать физическую модель, объясняющую парадоксы скорости света. Однако в этом случае, как будет показано ниже, характер ограничения по скорости распространению, не имеет никакой аналогии с характером ограничения скорости передачи сигнала в твердом теле.

Скорость света тесно связана с параметрами пространства-времени, поэтому для объяснения причин, формирующих скорость света необходимо обратиться к модели развития Вселенной.

Эффект красного смещения в настоящее время трактуется как разбегание галактик, что в свою очередь, говорит о том, что наш трехмерный мир расширяется по всем трём координатам. То есть наш мир является трехмерной «поверхностью» некоторого раздувающегося четырехмерного пространства.

Четвёртое измерение, вдоль которого и происходит раздувание, в настоящее время, отождествляется со временем.

Однако правильнее было бы считать, что наш мир это не трёхмерная поверхность, а такой тонкий четырёхмерный слой (тонкий по временной координате), что на расстояниях много больших, чем ширина этого слоя1 свойства этого слоя тождественны свойствам 3-х мерного слоя.

Как же мог сформироваться такой Мир?

Для ответа на вопрос необходимо предположить, что пространство-время является физическим объектом, например, многомерной решеткой, в которой могут иметь место колебания и волновые процессы. Затем используем аналогию. Известно решение задачи с начальными затравочными значениями для трехмерного волнового уравнения. Это решение толкуется следующим образом: по истечении некоторого времени область с начальным, затравочным возбуждением трансформируется в некий шаровой слой, в котором сосредоточены все волновые процессы. Решение имеет четкий внешний и внутренний волновой фронт. За пределами шарового слоя, как снаружи его, так и внутри, существуют области покоя.

Можно полагать, что решение 4-х мерного волнового уравнения с начальными затравочными условиями, приведёт к результатам подобным тем, что получены при решении2 трёхмерного волнового уравнения: будут обозначены чёткие внешний и внутренний волновые фронты, с тем отличием, что «поверхностный» слой будет четырёхмерный.

Этот тонкий шаровой четырехмерный слой и есть наш Мир. Все волновые процессы (весь наш Мир) сосредоточены именно в этом узком (по временной оси) слое. Передний фронт и задний фронты слоя ограничивают наш Мир от остального Пространства-Времени. Назовём этот слой для краткости Н-слоем.

Одним из следствий такого устройства нашего Мира является то, что в нашем Мире скорость передачи сигнала на большие расстояния имеет конкретное значение. Рассмотрим это более подробно.

Двумерным сечением нашего Мира (одна временная и одна пространственная координата) является кольцо (см. Рис.). В дальнейшем, в целях наглядности, когда речь будет идти о кольце, фактически будет подразумеваться четырехмерный шаровой слой.

Центр кольца – место, где была затравочная неоднородность или, если хотите, место зарождения нашего Мира. Только нашего Мира, а не Вселенной! Ширина кольца ограничена двумя фронтами. Само кольцо – наш Мир.

Проведем некоторые дополнительные построения. Из центра кольца за его пределы проведём радиус-вектор Т1. Точку, в которой радиус-вектор пересекает окружность внутреннего фронта, обозначим как А . Направление радиуса-вектора Т1, по определению, совпадает с направлением вектора времени в этой точке. Из модели понятно, что направления векторов времени в любых двух точках (например, точка А и точка D) нашего Мира не параллельны друг другу.

Через точку А проведем касательную к внутреннему фронту кольца. Касательная пересекает внешний фронт в точках В и С.


.

Рис.
Скорость распространения сигнала, рассматривается обычно как прохождение сигналом некоторого пространственного интервала за некоторый интервал времени. В координатах пространство – время скорость характеризуется углом между направлением вектора времени и направлением вектора движения. Распространение сигнала перпендикулярно временной оси, с этих позиций, должно рассматриваться как распространение сигнала с бесконечной скоростью. Такое не должно казаться невероятным, если считать, что для пространства-времени все направления равны, а все пространственные и временные оси ортогональны. Более того, такое предположение подкреплено практикой расчетов явлений микромира. Ведь в этих расчетах учитывается движение не только перпендикулярно временной шкале, но и движения в направлении обратном течению времени.

Возвращаемся к рисунку. Если двигаться от точки А, например, влево, перпендикулярно той оси времени, на которой находится эта точка, то есть с бесконечной скоростью, то скоро (а если кольцо узкое, то очень скоро) убедимся, что мы достигли внешнего фронта (точка С). Но передний и задний фронты отделены друг от друга некоторым временным интервалом и это означает, что на перемещение всё-таки было затрачено время. То есть, в той системе отчета, откуда началось движении и которой принадлежит точка А, времени на перемещение не было затрачено, а в системе отсчета, в котором движение закончилось (точка С), временной отрезок равен ширине Н-слоя (отрезок С-D).

Это означает, что в нашем Мире (в самом кольце) движение с бесконечной скоростью, или движение в направлении обратном ходу времени, возможно, но только на расстояниях соизмеримых или меньших, чем ширина кольца. Движение на расстояния много больше, чем ширина кольца, возможно только путем переотражения сигнала от внешнего фронта к внутреннему фронту и наоборот.

Таким образом, ограничение скорости передачи сигнала на большие расстояния связано с геометрией нашего Мира. Максимальная скорость сигнала (скорость света) ограничивается не углом между вектором направления движения в пространстве и вектором времени, а такими характеристиками нашего Мира, как кривизна и ширина Н- слоя. Действительно, максимальная скорость движения из точки А возможна именно по касательной к внутреннему фронту в этой точке, а кривизна нашего Мира и ширина Н- слоя определяет соответственно длину отрезка (С-D) и то время за которое этот отрезок преодолевается.

Надо отметить одну особенность движения на расстояниях, меньших толщины Н-слоя. Как это можно видеть из рисунка, время для движущегося наблюдателя будет течь медленней, чем для покоящегося наблюдателя. В пределе, как уже отмечалось выше, на перемещение из точки А в точку С в системе отчета, которой принадлежит точка А время не будет затрачено вовсе.

Рассмотрим несколько подробней, что из себя физически представляет Н-слой и почему его границы должны быть непреодолимыми, например, для электромагнитных колебаний.

Если пространство-время является чем- то вроде твердого тела, то расширение 4-х мерного шарового слоя это - распространение области упругой деформации пространства во времени. Как и у всякой волны, здесь должны присутствовать две области: область сжатия и область растяжения. Между этими областями находится переходная область, в которой напряжения минимальны и элементы решетки можно считать квазисвободными. Именно эта область является наиболее подходящим кандидатом на роль Н-слоя. В областях сжатия и растяжения элементы решетки находятся в своих крайних положениях и лишены подвижности. Следовательно, они не могут передавать колебания дальше, и являются физическими ограничителями для распространения всякого рода колебаний за пределы Н-слоя.

Можно ли оценить толщину Н-слоя? Те расстояния, на которых взаимодействия подчиняются закону обратных квадратов, что соответствует трехмерному пространству, можно считать верхней границей Н-слоя. Известно, что электромагнитное взаимодействие подчиняется этому закону до расстояний, равных примерно 10 -13см.

Рассмотрим еще ряд моментов, которые следуют из предложенной модели.

1. Область применения СТО и ОТО ограничена снизу расстояниями, соизмеримыми с толщиной Н-слоя, так как на меньших расстояниях то понятие скорости света, которое мы все знаем, теряет смысл.

2. Взаимодействия, подчиняющиеся закону обратных квадратов, предполагают, что наше пространство трехмерное. Как видно из настоящей статьи трехмерное приближение оправдано только на расстояниях, превышающих толщину Н-слоя. Следовательно, аппроксимация взаимодействий, подчиняющихся закону обратных квадратов, (например, гравитация) на расстояния меньше, чем толщина Н-слоя выглядит не обоснованной. Так как фактическая размерность Пространства-Времени больше трёх, характер взаимодействий на расстояниях соизмеримых с толщиной Н-слоя и меньше должен изменяться от закона обратных квадратов в сторону увеличения показателя степени, что связано с подключением других (четвёртых, пятых, …) измерений, через которые могут осуществляться взаимодействия.

3. Координата, которая определяет толщину Н-слоя, для нас является координатой времени и, следовательно, многократное прохождение сигнала от одного фронта до другого означает многократность перехода прошлое – будущее – прошлое…, что даёт возможность связать этот процесс с вероятностным характером перемещения частиц.

4. Большинство исследователей, рассматривающих пространство-время как некую физическую решетку, считают, что вакуум это – невозмущенное состояние решетки, а наблюдаемая материя это - колебания решетки и разного рода нарушения этой решетки. Говоря в терминах физики твердого тела, это - вакансии, внедрения, сдвиги и т. д. Решетка пространства-времени локально искривляется вокруг этих нарушений, формируя поля напряжений, что описывается в настоящее время, как гравитационное искривление пространства-времени. В этом случае энергия искривленного (сжатие или растяжение) пространства-времени тесно связана с видимой материей (дефектом).

. Области упругой деформации, которые расширяются от первичной неоднородности, никак не связаны с такими локальными нарушениями и не наблюдаемы, но энергия, запасенная в ней должна быть весьма значительной и, скорее всего, превосходить энергию, связанную с нашим видимым миром. Это не удивительно, так как энергия, связанная с видимой материей сосредоточена в отдельных участках пространства-времени, разнесенных довольно далеко друг от друга (звезды, галактики и другие астрономические объекты), в то время как энергия, связанная с расширением Н-слоя заключена в каждой точке пространства-времени нашего Мира. Надо полагать, что именно эта энергия и соотносится с, так называемой, тёмной энергией.

5. В теории струн 3, моделью для описания различных частиц микромира, являются многомерные топологические многообразия, имеющие кольцевые отверстия. Причем, эти многомерные структуры свернуты сложным образом. Наличие же узкого зазора между передним и задним фронтом шарового слоя дает возможность создавать модели частиц в открытых, не свернутых пространствах, так как в этом случае есть возможность формирования стабильных волновых образований (типа стоячих волн в волноводе). Правда, при описании объектов микромира, необходимо помнить, что их фактическая размерность должна быть не мене 4.



6. В решении волнового уравнения, описывающего распространение фронтов, имеется два члена, один из которых соотносится с распространение волны по направлению времени, а второй – с распространение волны против направления времени. Таким образом, расширение нашего Мира, должно происходить не только за счёт расширения внешнего фронта, но также за счет движения внутреннего фронта назад во времени. Это предполагает увеличение толщины самого Н-слоя. Что за этим кроется пока неизвестно.
Литература

1 Оценка толщины временного слоя в единицах длины может показаться необоснованной, однако, координата, которая в нашем Мире отвечает за время, может физически ничем не отличаться от других координат, за исключением того, что вдоль этой координаты перемещаются возмущённые фронты. Об этом говорили в своё время ещё А.Эйнштейн и Дж. А. Уиллер.

2 И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев, Справочник по математике, М., 1981, с.454-455.

3 Брайан Грин. Элегантная вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории: Пер. с англ. /Под ред. В.О.Малышенко. Изд. 3-е, испр. - М.: КомКнига, 2007, - 288 с.
Автор: Неудахин Владимир Иванович E-mail: nevliv43@mail.ru


Каталог: pubfiles
pubfiles -> Есть ли душа у человека и материальна ли она? Библия, Иов, 38 глава
pubfiles -> Во времена Джордано Бруно под «множественностью миров» иногда понимали
pubfiles -> Переформулировка квантовой механики Суть проблемы
pubfiles -> Эффекты распространения света на большие расстояния
pubfiles -> Элементарный объем
pubfiles -> Феномен жизни
pubfiles -> Темная энергия, эфир, электромагнитное поле и физический вакуум как излишние сущности
pubfiles -> Теория единого поля
pubfiles -> Философские основы естествознания


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница