Зміст:
1) Передмова
2) Найпростіші самоорганізуються
3) Самоорганізуючийся моделі пружних тіл
4) Неізлучающій атом Резерфорда
5) Загальне уявлення про пружних тілах
6) Рух і реорганізація пружних систем
7) Принцип відносності для світу самоорганізуються
Передмова
Я, автор цього викладу, маю професію, в основі якої лежить класична теорія Фарадея-Максвелла. Це мій інструмент - перевірений, надійний, бездоганний. Однак академічна фізика в тисячах книг, брошур і лекцій запевняє, що ця теорія є недолугою, не здатна пояснити експеримент Майкельсона і суперечить нібито фактом: "електрони в атомах не випромінюють". Але ж факт не такий. Адже не випромінює лише атом у цілому - система з ядра і електронів, факт саме такий, і він має в класичній теорії пояснення, спеціалісту очевидне. Тут факт "атом не випромінює" підміняється на його неправдиву трактування "електрони не випромінюють". Навіщо? Чомусь сучасна фізика, спростовуючи класичну, ніколи не наводить доказів, а лише запевняє, пропагує, пригнічує посиланнями на авторитети і світову науку, повторює: "Це смішно, безглуздо, це спроба врятувати теорію". Якби вона була права, то не потребувала б у цих негідних засобах переконання.
Явна необ'єктивність викликає сумніви: а чи були взагалі перед класичною теорією ті тупикові проблеми, про які говорить нам її противник? Чи їх можна вирішити сьогодні, на сучасному рівні знань? Довелося зайнятися перевіркою.
Для вирішення питання про розміри рухомих тіл знадобилося штучне пружне тіло, що складається з макроскопічних "атомів" і макроскопічних відстаней між ними, яке можна було б побудувати в реальності, як виріб. Справа в тому, що розміри тіл природних - це сума міжатомних відстаней, прихованих у мікросвіті і недоступних для об'єктивного аналізу. Потрібен приклад тіла, в якому відстані доступні для вивчення.
Штучне пружне тіло - це самоорганізована група з двох, трьох і т.д. однакових електромагнітних осциляторів, які випромінюють хвильові поля і утримуються на стійких відстанях один від одного цими ж полями й електромагнітними силами, становлячи єдине пружне тіло. Як осциляторів можна для початку застосувати автоколивальні випромінюючі пристрої, наприклад, що випромінюють генератори НВЧ з автономним живленням, і залишити їх вільно плавати в рідині або на її поверхні. За певних умов генератори мимовільно входять в синхронізм, створюють поле стоячих хвиль і розташовуються в пучностях магнітного поля на стійких відстанях один від одного, утворюючи пружну структуру, в якійсь мірі впорядковану.
Оскільки класична фізика не має інших засобів побудови пружних тіл, і в макросвіті немає інших полів, здатних об'єднувати елементи в єдине пружне тіло, такі системи стають єдино можливими фізичними моделями тел. Таке тіло й саме по собі - новий, принципово важливий фізичний об'єкт.
Штучне тіло речовинно, реально і безперечно, воно може бути створено. Його розміри утворені добре відомими полями і силами, тут недоречні постулати і філософські міркування. Властивості розмірів тут неважко з'ясувати, подумки занурюючи тіло в рухомі "світлоносні" (електромагнітні) рідини. Виявилося, що Лоренц і Фіцджеральд мали рацію: розміри явно залежать від швидкості течії "світлоносний" середовища щодо нерухомого тіла, від швидкості електромагнітних хвиль у цьому середовищі, змінюючись пропорційно довжинам стоячих хвиль, якими пов'язані в єдине ціле. Автори підручників настільки ж явно не праві.
Суперечка про розміри тіл, виявляється, вирішувалося дивно просто, і міг бути вирішене в рамках класичних теорій ще в 1911 році, відразу після відкриттів Резерфорда, коли стало відомо, що розміри тіл - це сума відстаней. Але цього не сталося. Найпростіші самоорганізуються, що дають вирішення проблем вікової давнини, як і фізичні моделі тіл, залишилися невідомими академічної фізики.
На питання про те, чому не випромінюється в простір і не вичерпується енергія електромагнітних рухів в атомах, молекулах, тілах і інших системах мікросвіту, теж є проста відповідь, очевидний, можна сказати, ще з 1903 року, коли Гамільтон знайшов спільне рішення хвильового рівняння електродинаміки для сферичних координат. З цього рішення і слідують відповіді: два, три або більше об'єктів, випромінюючих електромагнітні поля у простір, можуть разом складати систему, в простір не випромінюючу, навіть якщо розташовані не один всередині іншого, а на відстанях один від одного. Їх випромінювання в далекому просторі можуть взаємно погашатися. Мають місце також явища, що приводять такі системи до неізлучающему стану. Таким чином, самоорганізуються, можуть зберігати в собі електромагнітну енергію, не випромінюючи її зовні, і бути достатньо повними моделями пружних тіл, молекул, атомів та інших систем мікросвіту.
Так класична теорія починає пояснювати мікросвіт, не винаходячи особливих полів і сил іншої природи, постулатів, нової логіки, нових законів природи. Все в мікросвіті пояснюється відомими класичній фізиці полями і законами природи, причому пояснюється суто технічно, без гіпотез, без авторського вимислу та іншої фантастики. Ці її нові початку і будуть тут викладені.
Обидві "фатальні" проблеми фізики (розміри тіл і відсутність випромінювань з атомів) вирішуються як нескладні, не вимагають навіть розрахунків завдання за курсом теоретичних основ електротехніки. Всі можливості для їх вирішення були задовго до наукової революції. Всі інші проблеми і протиріччя були лише наслідками цих двох основних. Не було перед класичною фізикою ніколи ніяких тупиків, і зміна наукової парадигми не була необхідністю. Однак уявна неспроможність класичної фізики лягла у фундамент всього гігантського будинку сучасної академічної фізики, її натурфілософії та мислення.
Для оцінки змісту цього викладу не слід застосовувати критерії та логіку наукової революції і сучасної фізики. Тут викладається тільки класична фізика в рамках своєї колишньої парадигми, яка містить власні, відмінні від сучасної фізики логіку, критерії істинності і доказовості, колишні системи вихідних істин і пріоритетів, колишні наукову мораль, цілі і т.д. Класична парадигма не підпорядкована сучасної і не є її частиною, вони антагоністичні й несумісні, одна відкидає іншу як свідомо невірну. І не можна сказати, що класична парадигма повалити. Адже наукова парадигма - це, по суті, технологія науки або свого роду наука про те, як здобувати нові знання та робити відкриття. Її ефективність оцінюється не словесної критикою з боку конкурента, а результатами, тобто кількістю і якістю відкриттів, впливом науки на практику, на якості життя людства. При такій оцінці перевага класичної парадигми безсумнівно і доведено справою.
Нагадаю, що останнім часом життя класичної школи сьогодні називають століттям великих наукових відкриттів. Ця школа, нечисленна і бідна, в значній частині аматорська, своїми відкриттями радикально покращила життя людства. І відразу ж після її великого відкриття (відкриття атомного ядра) була оголошена неспроможною, тобто не здатної до відкриттів (всього лише через три роки, не рахуючи років світової війни і революцій), та ще й з причини цього відкриття: саме його вона нібито не пояснювала (от Вам і зразок революційної логіки). З її загибеллю великі відкриття зійшли нанівець. За другу половину ХХ століття великих відкриттів уже не було зовсім, і сучасна академічна фізика - ціла армія професійних вчених і потужна індустрія науки - не внесла в наше життя, в промисловість і практику нічого істотно нового, крім лазера (транзистор винайдений ще в 1947 році) . Такі "гігантські успіхи сучасної фізики", про які ми чуємо і читаємо. Вона безуспішно й безнадійна, що також довела справами. Інші ж науки обійшлися без революцій, зберегли колишню парадигму, колись єдину для всіх наук, і пішли за цей термін далеко вперед. Хімія обігнала фізику в області надпровідності, біологія дала генну інженерію.
Сьогодні всі фізики талановиті, і меншою мірою - у нас в Росії. Пересічних просто не приймали на фізфаку вже дуже багато років. Армія талантів при сучасному обладнанні. Чому ж ніхто з них не досяг своєї мрії - великого відкриття? Раніше фізиками ставали люди всякі, без особливого відбору, і робили відкриття підручними засобами. Очевидно, справа в пристрої самої науки, в її будові, в методах, правилах, ідеології, критерії і т.д. - Тобто в її парадигмі. Порівняння результатів показує, що класична парадигма була зовсім не склепінням застарілих догм, а майстерністю великих відкриттів, добре відпрацьованою за століття і тому надзвичайно успішною технологією науки. Століття великих відкриттів - не сума випадкових подій, а закономірний результат цієї майстерності і доказ мощі класичної парадигми.
Нагадую, що тут не буде філософії, тільки електротехніка в додатку до фізики. На жаль, не вмію добре викладати. Я наладчик, і користуюся тут теорією, уникаючи розрахунків, точно так само, як в роботі на заводах, де потрібні ясні і повні уявлення про процеси та явища, але рідко потрібні розрахунки. Весь потрібний для розуміння теоретичний матеріал міститься в типовому навчальному курсі теоретичних основ електротехніки для електротехнічних ВНЗ.
Класична фізика залишається як і раніше фундаментом технічних наук, професій, технологій, масової освіти. Руйнування цього напряму науки стало вікової перепоною на шляху наук і технологій в мікросвіт, на шляху технічного прогресу в цілому. Наукова революція стала найбільшим лихом, що приносить всім і кожному, як і особисто Вам, незліченний і все зростаючий матеріальних збитків, можна порівняти хіба що зі світовою війною.
Найпростіші самоорганізуються
Тут буде описаний самоорганізується об'єкт, для фізики новий і принципово важливий: штучне пружне тіло, що складається з безлічі м а кроскопіческіх елементів, розташованих на м а кроскопіческіх відстанях один від одного і пружно пов'язаних воєдино електромагнітними полями. Об'єкт важливий з трьох причин. По-перше, це найпростіший і перший приклад системи, що самоорганізується у просторі та часі. По-друге, цьому тілу властиві певні розміри, воно може рухатися і зазнавати прискорення, як і тіла природні. Але тут поля і сили, що з'єднують елементи в єдине тіло, не приховані у мікросвіті, і ми вперше отримуємо можливість об'єктивно розглянути питання вікової давнини: як і чому залежать розміри тіла від його швидкості, в якому сенсі і чому вони постійні? По-третє, це єдино можлива і не описана в літературі фізична модель твердого тіла, здатна існувати в реальності.
Нехай у хвильове високочастотне електромагнітне поле випромінювання, залежне від координат і часу як sin (tx) (коефіцієнти будемо випускати), поміщений у площину Х і паралельно векторах електричного поля електричний осцилятор - короткий провідник зі змінним електричним струмом, залежать від часу як sin (t ) (тієї ж частоти). На провідник буде діяти сила, пропорційна добутку sin (tx) на sin (t), що дорівнює cos (x) / 2 + cos (2t-x) / 2. Другий доданок - швидкозмінних сила, в середньому за період рівна нулю і нікуди провідник не рушійна. Перше ж доданок - постійно діюча сила, рушійна провідник вздовж осі Х, поки cos (x) не стане рівним нулю. Вона завжди прагне повернути провідник в одну з тих точок, де cos (x) = 0, рухаючи його в ту або іншу сторону. На іншій мові: осцилятор має дискретний ряд стійких положень у синхронному з ним хвильовому полі.
Аналогічно, якщо через котушки декількох електромагнітів пропускати синфазні струми надвисокої частоти, то магніти не тільки стануть випромінювати хвильове поле СВЧ, але і проявлять незвичне для нас таке властивість. Електромагніти, якщо знаходяться під дією тільки електромагнітних сил і початково розташовані так, щоб відштовхувалися один від одного, розійдуться лише на деякі відстані і будуть утримуватися на цих відстанях електромагнітними силами, як пружинами. Оскільки тут магнітне поле - хвильовий, електромагніти, відштовхуючись і далі, потрапили б у полі сил протилежного напрямку, і сили відштовхування змінилися б на сили тяжіння. Тому вони зупиняться в деяких стійких положеннях - там, де ці сили змінюють напрямок і дорівнюють нулю, - на деяких стійких відстанях один від одного. При відхиленні магнітів від стійких положень вони потраплять в зону дії сил, які повертають їх назад в стійкі положення (що й дозволяє застосовувати тут термін "стійкі"). Якщо електромагніти знаходяться під дією тільки цих сил (наприклад, вільно плавають в невагомості, в рідині або на її поверхні), то утворюється (самоорганізується) певний пружне тіло, в якійсь мірі впорядковане за своєю структурою.
На малюнку рис.1 показана стійка група з трьох випромінюючих електричних диполів, які рівномірно і спільно обертаються навколо загальної осі (негативний заряд навколо важкого позитивно зарядженого тіла), і фрагменти електричних полів, що випромінюють раніше сусідніми диполями. Щоб не захаращувати малюнок, показані лише ділянки електричного поля, паралельні площини малюнка, і лише поблизу диполів. Диполі займають у полях один одного стійкі положення, тому що знаходяться в максимумах електричного поля, як у потенційних ямах, обертаються разом з полем, і їх рухомі заряди завжди зміщені вздовж поля до нижнього енергетичного рівня в ньому. Будучи виведені зі стійких положень, диполі повернуться в них або прийдуть до нових стійким положенням.
Таку ж здатність до самоорганізації в просторі мають майже будь-які синхронні між собою джерела хвильових полів. Пружні зв'язки за посередництвом електромагнітних хвиль не можуть не виникати і між елементами мікросвіту. Поля в ньому досить сильні. Класичні теорії не знають інших полів і сил, здатних утримувати елементи на стійких відстанях, тому нам доведеться визнати, що в пружному тілі елементи мікросвіту виступають в якості носіїв електромагнітних коливань і хвиль джерел, і пов'язані між собою за посередництвом електромагнітних хвильових полів.
Тепер ми знаємо приклад макроскопічної системи, що самоорганізується за структурою в просторі, - групу з кількох високочастотних магнітів, що швидко обертаються диполів або яких-небудь інших випромінюючих хвильове поле осциляторів, вільно плаваючих в невагомості або в рідині. Самоорганізація буде повнішою, а системи - ближче до природних, якщо коливання в елементах будуть автономні і теж схильні до самоорганізації, самосогласованность їх за частотою і поточним фазам. Зробити таку систему для прикладу можна (навіть у вигляді виробів, якщо дуже знадобиться) засобами радіотехніки.
Розглянемо систему, що складається знову з безлічі однакових котушок, обтічних струмами СВЧ, але нехай тепер кожна котушка буде частиною автономного генератора електричних коливань НВЧ, кожен з яких складається з коливального контуру (конденсатора і цієї котушки), підсилювача, джерела струму і ланцюги позитивного зворотного зв'язку . Такі генератори давно застосовуються, властивості їх добре відомі, що спрощує завдання. Нехай котушки знову служать випромінювачами і електромагнітами, а інші частини генераторів полів не випромінюють. Коливальний контур, включений у схему генератора, - це найпростіший резонатор, локальна коливальна система, яка містить незгасаючий коливальний процес.
Однакові генератори, будучи розрізненими, виробляють коливання трохи нерівних частот і в довільних фазах. Перебуваючи на деяких помірних відстанях один від одного, вони взаємопов'язані через свої випромінювання, впливають один на одного. Кожна котушка випромінює енергію у вигляді електромагнітних хвиль і приймає енергію випромінювань інших котушок, перетворюючи її в енергію електричних коливань. Так коливальний процес від кожного генератора поширюється на всі інші генератори, впливаючи на них. При цьому генератори, якщо розташовуються більш-менш певним чином на деяких відстанях один від одного, здатні входити в синхронізм. Їх коливання стають синхронними, випромінювання - когерентними, а процеси коливань і випромінювань зливаються в єдиний об'ємний процес, що діє на єдиній частоті в єдиному ритмі. Іншими словами: відбувається самоорганізація локальних коливальних процесів в часі - по частотах і фазам коливань, сливающая хвильові і коливальні процеси в єдиний об'ємний когерентний процес.
Коли коливання в елементах системи синхронні, то зберігається здатність системи і до самоорганізації в просторі. Елементи системи, рухаючись у хвильовому полі і повертаючись, займуть в ньому стійкі положення і приймуть стійку орієнтацію, утворюючи стійку просторову структуру, в якійсь мірі впорядковану. Випромінювання елементів, рухаючись назустріч один одному в усіх напрямках, утворюють стояче хвильове поле з вузлами і пучностями, в яких і розташовуються елементи.
Так ми отримаємо систему з самоорганізацією і в часі, і в просторі. Тепер система не пов'язана проводами, може автономно існувати, рухатися, зазнавати прискорення.
Простіше розглядати системи, відстані в яких достатньо великі. Тоді елементи пов'язані тільки полями випромінювань, але не ближніми полями. Щоб елементи прийшли при цьому в стійкі положення, не зруйнувавши синхронізм коливань, потрібно ще додати їм властивість взаємного тяжіння (наприклад, надати їм постійні дипольні моменти). Генератори залишаються синхронними тільки на таких відстанях, при яких відбувається прийом ними хвильової енергії один від одного, а це створює тиск хвиль на них і сили взаємного відштовхування. Взаємне тяжіння, врівноважуючи тиск хвиль, автоматично ставить елементи на відстані, потрібні для синхронізму.
Цю систему можна розглядати також і методами електротехніки як звичайну електромагнітну систему із взаємною індукцією. Система в цілому рухається до максимуму індуктивності (це один із законів Ленца), тому котушки займають стійкі положення в пучностях магнітного поля системи, а магнітні потоки в цих пучностях концентруються і стають синфазними з магнітними полями котушок. Додаткові сили взаємного тяжіння кілька зближують котушки, внаслідок чого струми взаємної індукції дещо змінюються по фазах, що робить котушки - джерела енергії поля - також і приймачами цієї енергії. При цьому відбувається обмін енергією між елементами і частинами системи, а випромінювання енергії у простір може бути в ряді випадків нікчемним.
Будемо вважати, що розміри генераторів завжди досить малі в порівнянні з довжиною випромінюваних ними хвиль (точкові), що маси їх малі, відстані між ними - від одиниць до десятків довжин хвиль, а кількість генераторів в системі досить велике. Звичайно, ми ще не можемо створити настільки малі і потужні джерела випромінювань, щоб утворені ними системи були міцними, а процеси їх самоорганізації в просторі - не дуже вже повільними. Але принципового значення це не має.
Найпростіші резонатори - коливальні контури з котушок і конденсаторів - можна замінити тут будь-якими іншими випромінюючими (відкритими) резонаторами. У систему з генераторів можна включати пасивні резонатори (без підсилювачів). Основні властивості системи від цього не зміняться. Але коливання повинні вироблятися в процесі автогенерації, самовідтворення і це тут необхідно принципово.
Штучні тіла можна розуміти як технічні пристрої або прилади, призначені для вивчення деяких загальних властивостей пружних тіл. Як і тіла природні, вони теж мають розміри, до яких відноситься все, що говорить сучасна фізика про розміри тіл взагалі. Але відрізняються тим, що створені добре відомими полями і силами, від яких залежать розміри цих тіл, тому тут розміри не можуть визначатися постулатом. Ці тіла можуть бути занурені в такі середовища, де електромагнітні хвилі, що створюють цілісність тіл, рухаються повільніше, ніж у порожнечі. Довжини хвиль і розміри стоячих полів при цьому зменшуються, тому зменшуються відстані між елементами і розміри тіл. Наводячи середу в рух щодо зануреного в неї тіла, можна також спостерігати скорочення розмірів. При цьому можна фізично чи подумки повторити експеримент Майкельсона - Морлі і переконатися, що розміри цього тіла залежать від швидкості відносно середовища точно так само, як і довжини стоячих хвиль поруч з цим тілом.
Читаючи історію фізики, ми дізнаємося, що класична школа виявилася не здатною пояснити результат цього експерименту. Тоді фізики вважали, що розміри тіл визначаються розмірами атомів (за моделлю Томсона), які, утворюючи тіла, впритул прилягають один до одного. Сталість розмірів атомів, а тому - і тіл, тоді здавалося безсумнівним, що й призвело до перемоги теорії відносності над класичними уявленнями. Але вже в 1911 році Резерфорд виявив, що розміри тіл визначаються стійкими відстанями між атомними ядрами, відносно далеко віддаленими один від одного. Отже, вони залежать від властивостей відстаней, від способів побудови цих відстаней, від міжатомних полів і сил, прихованих у мікросвіті.
З 1911 року про сталість розмірів судять інтуїтивно. Представники класичної школи заявили, що розміри тіл залежать від швидкості, оскільки це логічно. Їх опоненти, теж не маючи аргументів, назвали це смішним, безглуздим, спробою врятувати теорію. Вивченням властивостей відстаней і способів їх побудови (а їх не так вже й багато) ні ті, ні інші не займалися. Так вирішили найважливіший у всій історії фізики питання - про зміну наукової парадигми, про дієздатність класичної фізики, "звичайних" логіки і здорового глузду. Нова фізика просто перекричали стару, взявши під контроль наукову друк і зробивши її рупором революції. Пристрасть до революції виявилася сильніше за здоровий глузд, логіки і всієї фізики століття великих відкриттів, разом узятих. Для об'єктивного рішення потрібен був, як мінімум, сам об'єкт - хоча б один предмет, розміри якого створені добре відомими, не прихованими у мікросвіті полями і силами, і бажано - як результат самоорганізації. Але фізика не звернулася ні до такої постановки питання, ні до пошуків такого предмета, хоча всі передумови для цього були: вібратори Герца, придатні для побудови штучних тіл, були випробувані в 1888 році, а випромінювані ними поля повністю розраховані в 1903 році. Природно, такі пошуки були б не на користь наукової революції.
Тут вперше такий предмет розглянуто, і вперше за сто років ми отримали можливість об'єктивно вивчати властивості розмірів самоорганізованих тіл, що рухаються довільним чином у різних умовах - в середовищах і поза середовищ. Природно, об'єкт, побудований засобами класичної теорії, має властивості, які не суперечать цій теорії. Однак, залежність розмірів тіл (і процесів у тілах) від швидкості змінює класичний принцип відносності рухів.
Вивчення властивостей самоорганізованих тіл не дає підстав для критики приватної теорії відносності, але дозволяє розуміти її інакше - з класичних позицій, як невеликий приватний розділ класичної теорії. Нескладно здогадатися, що СТО фактично описує деякі властивості, що самоорганізуються, і може бути зрозуміла як перша і своєрідна теорія таких систем. Вона приймає тверді тіла - фактично гнучкі системи, що самоорганізуються - в якості заходу простору-часу, свідомо постійною, а гнучкі властивості самоорганізується заходи відносить до властивостей вимірюваного об'єкта. Однак це ми розглянемо у розділах 5 і 6.
Самоорганізуються моделі пружних тіл
Для того, щоб штучні тіла могли служити досить повними моделями тел природних, потрібно б вирішити питання про енергетичну стійкості таких моделей. Раніше (а може бути і понині) фізики вважали, що електромагнітні хвильові поля відразу ж випромінюються з мікросвіту, в ньому не затримуються, бо не створюють і силових зв'язків. Так і здається на перший погляд. Проте теоретично можливі електромагнітні динамічні системи, які містять випромінювачі, але не випромінюють енергію в простір. Джерела хвильових полів, кожен з яких випромінює енергію в простір, в принципі можуть складати систему, в простір не випромінюючу, навіть якщо знаходяться на відстані один від одного.
Розглянемо це спочатку в загальному вигляді. Тут і далі будемо говорити тільки про періодичні полях і процесах однієї частоти.
Випромінювання двох різних джерел можуть в далекому просторі взаємно погашатися, для чого вони повинні бути там усюди рівними і противофазно. Таке рівність можливо, у чому можна переконатися за допомогою математичної теорії електромагнітного поля, чим і займемося. Читачеві, не знайомому з цією теорією, доведеться пропустити три абзаци.
Всі безліч можливих випромінювань, що виходять від джерел, розташованих усередині сфери радіуса R з центром у початку координат, описується поза цією сферою спільним рішенням однорідного хвильового векторного рівняння D U + k2 U = 0 в сферичних координатах. Це спільне рішення для кожної з трьох компонент вектора U може бути записано у вигляді подвійної суми функціонального ряду, членами якого є всі приватні рішення Unm = Rn (r) × Фm (j) × q nm (J) рівняння DU + k2U = 0, з невизначеними коефіцієнтами knm при них. Кожне приватне рішення Unm описує поле випромінювання, що виходить з початку координат, у всьому просторі, крім початку координат, тобто полі, випромінюється якимсь джерелом, розташованому в нескінченно малої околиці початку координат. Рішення задачі про випромінювання зі сфери для кожного конкретного випадку знаходять у вигляді суми SS knmUnm, визначаючи коефіцієнти knm з граничних умов на сфері або інших заданих умов.
Нехай у нашому випадку якийсь джерело випромінювання знаходиться в локальній області, що лежить всередині сфери R, але на деякій віддалі від початку координат. Нехай рішення для цього випадку поза сферою вже знайдено у вигляді функціонального ряду з уже певними коефіцієнтами knm. Усередині сфери цей ряд не є рішенням даної задачі, тому що там є джерела поля, тобто вихідне рівняння там не є однорідним. Він залишається рішенням однорідного рівняння і всередині сфери у всіх випадках, коли сходиться, однак описує випромінювання не даного джерела, а якогось іншого, розташованого в іншому місці, ближче до початку координат, наприклад, всередині сфери меншого радіусу. Він-то нам і потрібен. Значить можливий ще одне джерело поля, який розташований в іншому місці, на відстані від першого, але випромінює за межі сфери R точно таке ж полі. Знаючи полі, можна задати для нього граничні умови, тобто систему струмів на який-небудь поверхні навколо початку координат, довільно її вибравши, а отже, можна побудувати нескінченну безліч різних джерел потрібного нам випромінювання.
Неважко здогадатися про те ж, ознайомившись з теоремою єдиності рішення тієї ж зовнішньої крайової задачі. Будь-яке з її рішень поза сферою R однозначно задається граничними умовами на поверхні сфери у вигляді довільної функції точок поверхні. А вся безліч можливих джерел випромінювання (струмів), розташованих усередині сфери, може бути описано довільній функцією точок в обсязі, тобто безліччю більш високого порядку. Простіше кажучи, різноманітність можливих джерел поля більше, ніж різноманітність можливих полів, тому є безліч різних по пристрою, але однаково випромінюючих джерел випромінювань. І кожна пара джерел, випромінюючих "у нескінченність" дорівнює і противофазно, стає неізлучающей системою. Поля поблизу цієї системи можуть бути нерівними, тоді не погашаються, і залишається ближнє поле системи, але воно не забирає енергію в простір.
Найпростіші випадки неізлучающіх систем загальновідомі. Наприклад, будь-яке джерело випромінювання, оточений суцільним електропровідним екраном, не випромінює у зовнішній простір. Теорія пояснює це тим, що випромінювання джерела гаситься поза екраном струмами, наведеними на внутрішню поверхню екрану. На екрані під дією випромінювання наводяться струми, чим і вичерпується тут роль екрана. Якщо екран видалити або зробити прозорим, але зберегти наведені струми, то випромінювань у простір теж не буде, тобто вийде не випромінює в простір джерело хвильового поля. Наведені струми і первинне джерело складуть систему, в простір не випромінюючу. Вони вивчають поля, які поза системи дорівнюють і противофазно, їх векторна сума дорівнює нулю.
Ця неізлучающая система (як і інші) може бути представлена як розділена на довільні частини, кожна з яких випромінює. Але при будь-якому поділі сумарне випромінювання частин у далекому просторі дорівнює нулю.
Звичайно ж, з невеликого числа простих випромінювачів неможливо скласти неізлучающую систему. Проте далі ми будемо мати на увазі системи достатньої для цього складності, що складаються частково або цілком із об'ємних електромагнітних або електромеханічних резонаторів, подібних, наприклад, краплях феромагнітної рідини або кристалам кварцу, внутрішні коливання в яких описуються рівняннями в приватних похідних, тобто з резонаторів, простих по пристрою, але з дуже багатими спектрами форм резонансів і випромінювань.
У складних коливальних системах, точніше, в системах з великою кількістю ступенів свободи коливань, можливі явища, що приводять систему до неізлучающему станом або до стану, при якому випромінювання з неї в деякому розумінні мінімальні. Розглянемо це.
Макроскопічне тіло, що складається з безлічі атомів, є складна коливальна система, яка містить у собі безліч елементів (електронів і атомних ядер, атомів в цілому), що несуть заряди і диполі, здатних обертатися, коливатися, процесувати і резонувати різним чином, випромінюючи при цьому електромагнітні хвилі. Різні поєднання і варіанти всіх цих потенційно можливих у системі елементарних (локальних) коливань складуть гігантське різноманітність об'ємних випромінюючих коливальних процесів. Внутрішніх втрат енергії в цій системі немає.
Уявіть собі коливальну систему нескінченної складності, тобто здатну утримувати у своєму обсязі нескінченна різноманітність електромагнітних коливальних процесів (систему з нескінченним різноманітністю резонансів або нескінченним числом ступенів свободи коливань на кожній частоті), в якій можливий будь-який коливальний процес, про який би ми ні заявили, що створює будь-яке випромінювання. Мається на увазі, що ці процеси не вже йдуть в системі, а можуть бути порушені в ній і тоді будуть тривати у вигляді вільних коливань, поки не випромінюючи їх енергія. З такої системи будуть взагалі неможливі тривалі періодичні випромінювання. І ось чому.
Якщо в нескінченно складної коливальної системі без внутрішніх втрат енергії буде діяти будь-якої випромінює коливальний процес, і енергія його випромінювань стане йти у простір, то в ній розвинеться і інший процес, відмінний від першого, але випромінюючий одно з ним і в протилежній фазі, і буде гасити випромінювання першого. Цей другий процес, ледь зародившись і будучи як завгодно малим, буде теж випромінювати в простір поле, подібне першому, але протифазне до нього, вже частково гасячи випромінювання першого і зменшуючи потужність минає з системи випромінювання. Зменшення минає потужності говорить про те, що другий процес поглинає енергію випромінювань першого. Як і всі коливальні процеси, він накопичує цю енергію в собі і тому посилюється. При цьому два процеси обмінюються енергією через свої випромінювання, причому другий, слабкий процес отримує енергії більше, ніж віддає, він розвивається до тих пір, коли випромінювання двох процесів зрівняються, а сумарне випромінювання їх стане нульовим. Два процеси, випромінюючи і беручи один від одного енергію, складуть один неізлучающій процес. Коли внутрішніх втрат енергії немає, такі процеси можуть тривати нескінченно. Так і пояснюється з точки зору класичної фізики збереження енергії рухів в системах мікросвіту.
Будь-яке електромагнітне випромінювання в простір - це векторне поле, і потужність його може бути зменшена шляхом накладення на нього в просторі іншого поля - з протилежним напрямком векторів (так і тільки так відбувається відбір енергії з потоку випромінювань, інакше порушувався б закон збереження енергії). Тоді потік енергії буде частково повернуть, спрямований до джерела цього іншого випромінювання, для якого стане джерелом енергії. Якщо друге джерело випромінювання - процес вільних коливань, резонанс, то він, приймаючи енергію випромінювань, накопичує її в собі у вигляді енергії цих же коливань і посилюється, як би намагаючись перехопити весь потік йде енергії. І це додає випромінюючим коливальним системам тенденцію до мінімуму випромінювання. Якщо в системі виявиться можливим ще один процес, здатний ще зменшити випромінювання з неї, то і цей процес буде розвиватися за рахунок перехоплюваних їм з простору енергії випромінювання. Так буде продовжуватися або до повного погашення випромінювань, або до вичерпання можливостей системи (ступенів свободи коливань). Процеси складаються в один складний процес, не випромінює зовсім або випромінює в деякому сенсі мінімально. Все це відбувається мимоволі, тому будемо розуміти це як явище самоорганізації коливально-хвильових процесів в складних випромінюючих коливальних системах.
Складність реальних макроскопічних тіл як коливальних систем не нескінченна, в них можливий не будь-який процес, тому в них діють, не затухаючи, лише ті процеси, яким там знайшлися "антиподи" - так само і противофазно випромінюють процеси. Інші ж процеси випромінюють свою енергію і загасають. Природно, в системах кінцевої складності спектр залишилися процесів "дірявий" - дискретний, і чим простіша система, тим менше в ній число неізлучающіх процесів, а дискретність більш помітна.
В окремому випадку, в описаних вище системах, побудованих з генераторів, тенденція до мінімального випромінювання коливальної енергії породжується самим принципом автогенерації, тобто самовідтворення коливань. Кожен генератор відтворює ті коливання, які містяться в його коливальному контурі, незалежно від їх фази. А от кількість випромінюваної енергії залежить від поєднання фаз коливань у генераторах. Адже всі безліч випромінюючих генераторів являє собою якусь подобу гратчастої антени, випромінювання енергії з якої залежить від фазування випромінювачів. Різні поєднання фаз, тобто різні форми (або, як називають фізики, "моди") коливань і полів загасають тут різна, а відтворюються в рівній мірі, їх енергія в рівній мірі втрачається в схемах генераторів, але в різному ступені випромінюється. Відтворюються лише ті коливання, які залишилися в коливальних системах, але не ті, що "полетіли". Тому, яким би не був початок коливань, у результаті буде переважати та "мода", яка випромінює менше інших. Приплив енергії в систему і амплітуди коливань завжди чимось обмежені, тому в системі "виживає" лише "мода", яка випромінює мінімально. Вона й стає стійкою формою коливань в цій системі.
Подібне явище має місце в безлічі складних автоколивальних систем, і більш відоме в теорії лазерів під назвою "конкуренція мод", де воно математично описано і вивчено, тенденція до мінімального випромінювання встановлена. Систему з дуже великого числа генераторів теж можна розглядати як якусь активну (з негативним загасанням хвиль) середовище, подібне активному середовищі лазера, яка теж складається з безлічі осциляторів, теж виробляє коливання і випромінювання. Ми можемо просто перенести на наш випадок ті ж зроблені для лазерів математичні описи і висновки.
У великих системах таких мінімумів і стійких форм коливань може бути безліч, і можливі переходи від однієї стійкої форми до іншої.
Розглянемо найпростіший приклад неізлучающей системи. Нехай два таких же генератора - джерела випромінювань встановлені паралельно один одному в дуже довгу надпровідну трубу з відкритими кінцями, і відстань між ними одно n +1 / 2 довжини хвиль, випромінюваних ними в трубу. Коли випромінювання джерел синфазних і рівні, то приходять до кінців труби з різницею ходу в одну півхвилю, тобто в протифазі, і в сумі рівними нулю. Значить, енергія таких коливань не вилітає з труби, а залишається в системі. Вона циркулює від одного випромінювача до іншого, і кожен з них, випромінюючи, приймає енергію випромінювань від іншого. Це неізлучающая пара випромінювальних процесів. Якби в цій системі не було втрат енергії, то енергія синфазних коливань зберігалася б нескінченно довго, приплив енергії та підсилювачі стали б непотрібними, і було б достатньо пасивних коливальних контурів або інших резонаторів. Резонатори, порушені довільним чином, нескінченно зберігали б лише синфазні коливання, випромінюючи енергію інших.
Без труби, у вільному просторі випромінювання йдуть на всі боки, у великій системі все трохи складніше, але, в принципі, відбувається так само. У ній залишаються тільки ті форми коливань, які за рівних умов мають потребу в меншій притоці енергії від генераторів або зовсім його не потребують.
Енергія, яка живить таку систему, може вступати до неї не тільки через підсилювачі, але і безпосередньо - у вигляді енергії механічною або електромагнітної, і, якщо немає внутрішніх втрат енергії, зберігатися в ній. Особливість пружної системи в тому, що кожен її елемент знаходиться в стійкому положенні, тому будь-який зовнішній вплив на систему, будь воно механічним або електромагнітним, виводить елементи з стійких положень, діючи проти сил, що створюють стійкі положення, і тому передає свою енергію полях, що створює ці сили. При цьому поповнюється енергія саме тих коливань і полів, які створюють цілісність системи. Це теж процес автогенерації коливань, при якому зберігається та ж тенденція до утримання енергії в системі. Якими б хаотичними не були зовнішні сили, їх енергія перетворюється в упорядковану форму, стає частиною внутрішньої енергії системи і зберігається в ній. Це можна назвати самоорганізацією енергії. З іншого боку - це звичайне для електромеханічних пристроїв і систем перетворення енергії з однієї форми в іншу.
Повторимо: відтворюються і зберігаються тут саме ті форми полів і коливань, які створюють цілісність і при цьому досить слабо випромінюються.
Можна тепер уявляти собі пружну самоорганізується систему, що складається тільки з резонаторів. Такі системи при відсутності у них внутрішніх втрат енергії і досить малому випромінюванні здатні існувати в енергетичному рівновазі з навколишнім середовищем, на тлі випромінювань інших таких же систем, коли приплив енергії з середовища компенсує енергію випромінювань з системи.
Ці системи вже можна розглядати як досить повні "класичні" моделі твердого тіла.
У класичній фізиці моделі фізичні вважаються пріоритетними в порівнянні з теоретичними. І тут вони показують, що для пояснення міжатомних зв'язків немає потреби вигадувати "нові сутності" - гіпотетичні поля і сили іншої природи, що не існують в макросвіті. Усе пояснюється полями і силами електромагнітними. Полях іншої природи не залишається місця. Сучасна теорія не знає моделей фізичних, користується лише теоретичними, не здатними існувати в реальності, нічого не може протиставити речовим моделями класичної фізики, і змушена про них умовчувати.
Неізлучающій атом Резерфорда
У 1911 році Резерфорд відкрив атомне ядро і вперше запропонував модель атома, в якій електрони оберталися навколо ядра. Атом Резерфорда виявився електромагнітної системою, тому перед класичною теорією Фарадея-Максвелла відкривався доступ до мікросвіту. Але через кілька років ця теорія була "відкинута" від мікросвіту. Сучасна фізика, яка прийшла в результаті наукової революції, оголосила цю теорію неспроможною, непридатною до мікросвіту на тій підставі, що вона нібито в принципі не здатна пояснити: чому ж електрони, обертаючись в атомі за такою моделлю, не випромінюють електромагнітні хвилі і не втрачають енергію?
Насправді ж відповідь на це питання тривіальний, і в 1911 році був уже очевидний, але чомусь не був опублікований. Здавалося б, все просто і ясно: електрони, рухаючись без атомного ядра, випромінюють в простір хвильове поле, а разом з ядром, рухаючись так само, не випромінюють, значить ядро гасить вивчення електронів. Значить воно теж випромінює в далеке простір точно таке ж періодичне поле, але в протифазі. Наприклад, діє як специфічний резонансний відбивач. Ці два поля, стаючи далеко від атома рівними і противофазно, взаємно погашаються. Атом у цілому не випромінює, енергія з атома не несеться.
Тим не менш, у тисячах навчальних та популярних академічних видань заявлено чітко й недвозначно, що класична теорія не давала жодної відповіді взагалі, в принципі дати його не могла і не може. Наведений тут відповідь не тільки не оскаржений, але взагалі не згадується в літературі навіть при самому докладному викладі. Питання: "не випромінює чи ядро?" ніколи не ставилося і не обговорювалося. Отже, фізиці він не відомий, а висновки про неспроможність класичної теорії зроблені на підставі дуже неповних знань. До речі, зроблені вони давно, приблизно в 1918 році. Завдання ж зводилася до властивостей атомного ядра, знань про нього ще не було, і не можна було відкинути це рішення, сказавши, що ядро в атомі не випромінює. Фізики просто не знайшли рішення. Не було перед класичною теорією ніяких тупиків.
Отже, класична теорія приводить нас до висновку: ядро в атомі випромінює, причому завжди так, що гасить випромінювання електронів при будь-яких стійких орбітах. Багатьом людям така здатність ядра здається неймовірною, неможливою. Заявляють, що це дурість. Можливо, таке ж і Вашу думку. Чи слід на цій підставі "відкинути" математичну теорію поля, яка перевірена більш ніж віковою практикою, "відкинути" всю фізику століття великих відкриттів, і вірити Вашій інтуїтивного думку без будь-яких доказів? Фізика - це наука, а не релігія, і дане питання - не питання віри. Потрібні докази та роз'яснення.
Оскільки це питання як і раніше має фундаментальний характер: бути чи не бути класичної фізики, розглянемо його ще раз спочатку. Будемо далі говорити не прямо про атом, а про його класичної макромоделі, щоб не було посилань на некомпетентність автора у фізиці. І завдання розглянемо в суто технічною й більш загальній постановці, що дозволяє не знати, що таке електрон, що таке ядро і які їхні властивості. Сформулюємо її так: електромагнітна система з двох невідомих об'єктів А і Б не випромінює у простір, хоча А ("електрони" в моделі, в окремому випадку) завідомо випромінює періодичне хвильове поле. Внутрішніх втрат енергії в системі немає. Потрібно пояснити: в чому причина відсутності випромінювань?
У такій постановці задача має простий і однозначний відповідь: отже, об'єкт Б теж випромінює полі, і таке, що вдалині від системи ці два поля, накладаючись один на одного і сумуючись, усюди звертаються в нуль. І неважливо, які ці випромінювання, один чи "електрон" у моделі або їх багато, обертаються вони або вагаються, або випромінюють, взагалі не рухаючись, - це невідомий об'єкт, свідомо випромінює. Динамічні поля випромінювань погашаються в просторі за межами моделі точно так само, як статичні: поле "електронів" - полем "ядра".
Очевидно, обидва періодичних поля - об'єктів А і Б - повинні далеко від системи ("у нескінченності") ставати точно рівними один одному і слідувати там в протилежних фазах. Тоді вектори полів в кожній точці далекого простору рівні і спрямовані зустрічно, їх сума далеко від системи дорівнює нулю, енергія з системи не несеться, джерела випромінювань не втрачають своєї енергії, тому випромінювання не припиняються. Рівність полів поблизу і всередині системи не потрібно, там вони можуть різнитися, і тоді динамічне поле залишається лише поблизу об'єктів, енергію містить, але не забирає її у простір. У попередньому розділі було показано, що можливі неізлучающіе пари випромінювачів, розташованих не тільки один всередині іншого, як в атомі, а й просторово один від одного віддалених.
Відповідь на запитання в загальній формі відноситься також до моделей молекул і тіл, як би розділеним на довільні частини А і Б. Частини випромінюють, ціле не завжди. Чи не випромінює в простір джерело випромінювання може бути безпідставно поділений на два, випромінюючих в далеке простір одно і противофазно.
Отже, питання вирішене, компетенція теорії поля вичерпана, закінчившись біля кордонів об'єктів. Дієздатність теорії всередині атома і до таких меж доведена. Питання про те, чому і як випромінює ядро, належить вже до теорії ядра, але не до теорії поля, точніше, для неї не обов'язковий. Не було причин оголошувати її неспроможною або не застосовної до мікросвіту.
На цьому можна б і закінчити, але багатьом людям здається, що тут класична фізика знову потрапляє у глухий кут, не вміючи відповісти на новий, більш складне питання: яким же чудовим чином випромінювання ядра завжди стає точно рівним випромінювання електронів при будь-яких стійких орбітах і погашає його повністю? Проте відповіді є.
Природно, спочатку потрібно скласти "класичне" уявлення про атомному ядрі і відшукати предмети, які могли б служити його макромоделлю, складати разом з біжать навколо них зарядами самоорганізуються, з відповідними властивостями.
Будь-який реальний предмет, якщо навколо нього обертати заряд, буде хоч як-небудь випромінювати, але, як правило, - мізерно. Якщо ж у цьому предметі можливі коливання, і частота обертання заряду потрапляє з ними в резонанс, то коливання будуть "розгойдуватися" до великих амплітуд, випромінювання стануть суттєвими, особливо за відсутності внутрішніх втрат енергії. Мабуть, первинної моделлю атомного ядра могла б служити якась коливальна система. Наприклад, така.
Що рухався по колу заряд випромінює майже так само, як два елементарних точкових електричних осцилятора (вібратора Герца), які перпендикулярно орієнтовані і коливаються зі зрушенням фаз 90 градусів. Але дещо неточно, тому що заряд на орбіті - лише в першому наближенні точковий випромінювач. Однак якщо таку пару вібраторів встановити в центр обертання і приєднати до коливальний контур, настроєний на частоту обертання заряду, то потужність випромінювання з моделі зменшиться порядку на 3 - 4. І складеться це само собою, автоматично.
Пояснимо. Коливальний контур і вібратор разом будемо розуміти як єдину випромінюючу коливальну систему, а коливання в контурі і випромінювання вібратора - як єдиний коливально-хвильової процес у цій системі. Процеси рухливі по амплітудам і фаз. Під дією випромінювання зарядів будуть розвиватися процеси лише за таких фазах, при яких випромінювання вібраторів почасти погашають випромінювання зарядів, зменшуючи загальну потужність минає з моделі потоку випромінювань. Це означає, що такі процеси беруть енергію випромінювання зарядів, за рахунок чого й розвиваються, один раз виникнувши. Розвиваючись, вони приймають все більше енергії, поки відтік від них енергії випромінювань не зрівняється з припливом. Інші ж процеси, навіть виникнувши, ізлучат свою енергію і затухнути. Залишаться лише коливання при таких фазах, при яких прийом енергії найбільш ефективний.
Оскільки двох вивчають коливальних систем недостатньо для повного погашення випромінювань, будемо додавати до моделі ядра все нові і нові коливальні системи, з тією ж частотою резонансу, але випромінюють різна, а також системи з частотами, кратними основною. Поки модель випромінює, вона здатна живити енергією всі нові коливання, які і розвиваються, поки випромінювання не припиняться. Значить, тут потрібно безліч коливально-хвильових систем або одна складна система з безліччю резонансів. Такими системами бувають об'ємні резонатори. Наприклад, краплі й кульки з діелектриків. Вони теж здатні утримувати велику різноманітність електромагнітних коливань і випромінювати хвилі різноманітно.
До моделі ядра у вигляді відкритого об'ємного резонатора ведуть і загальні класичні уявлення про предмети природи. Класична фізика не знає принципових відмінностей між предметами макросвіту і мікросвіту. У злагоді з нею ми повинні вважати атомні ядра й електрони предметами, що мають об'єм, що несуть статичний заряд, і що складаються з якогось дуже щільного матеріалу, в якому немає внутрішніх втрат енергії. Вони повинні бути здатними випромінювати хвилі, довжини яких багато більше за самих цих предметів, оскільки довжини хвиль, випромінюваних електронами в атомі, багато більше розмірів ядра.
Відповідно до цього, модель ядра - це просто дуже щільна електромагнітна маса. Наприклад, краплі й кульки з діелектрика, абсолютно прозорого для всіх електромагнітних хвиль. Але потрібно, щоб швидкість хвиль у цьому матеріалі була на багато порядків менше, ніж у порожнечі. Ніби матеріал стиснутий разом з хвилями до щільності реального ядра, тобто на багато порядків. Такі краплі і кульки представляють собою відкриті об'ємні електромагнітні резонатори, вони здатні містити в собі коливання, випромінювати хвилі, довжини яких багато більше розмірів резонаторів, і приймати енергію випромінювань, накопичуючи її в собі у вигляді енергії коливань.
Була колись незаслужено забута класична теорія дальнодії, відповідно до якої електромагнітні хвилі в дуже щільної матерії повинні бути дуже повільними, і з нею ми тут теж у злагоді.
Оскільки в нашому розпорядженні немає матеріалів з таким великим уповільненням хвиль, більш реальною моделлю ядра будемо вважати електромеханічні резонатори. Це шматочки матеріалу, подібного кварцу або сегнетоелектриків. Вважаємо також, що матеріал без втрат у ньому енергії. У таких матеріалах електромагнітні поля викликають деформації, а деформації - знову поля, і електромагнітні процеси в ньому зливаються воєдино з механічними. Звукові хвилі в такому матеріалі супроводжуються електромагнітними полями і стають хвилями електромеханічними, але рухаються зі швидкістю звуку - на 100.000 разів повільніше світла в порожнечі. Багаторазово відбиваючись від кордонів матеріалу, хвилі стають коливаннями і роблять резонатор джерелом довгохвильового (у порівнянні з розмірами резонатора) електромагнітного випромінювання. Наприклад, кристал кварцу, довжиною кілька сантиметрів, на нижній частоті резонансу випромінює хвилі довжиною близько 5 км, тобто розміри резонатора тут нікчемні в порівнянні з довжиною хвиль, що нам і потрібно. Ще, напевно, більш відповідними будуть краплі електромагнітної рідини, внутрішні і поверхневі коливання якої в сильних полях також стануть коливаннями електромеханічними, і також приведуть до випромінювання досить довгих хвиль.
Будемо вважати такі резонатори нашим кращим наближенням до ядра в його зовнішньому електромагнітному прояві і його первинними макромоделі.
Ті й інші моделі ядра можна розглядати як точкові коливальні системи. Внутрішні коливальні процеси в них, як і в інших об'ємних резонаторах, являють собою електромагнітні або електромеханічні хвилі, багаторазово відбивані всередину від кордонів матеріалу і тому періодичні. Частотний спектр коливань дискретний. Залежно від форми, поляризації і напрямків порушених у ньому внутрішніх хвильових процесів, резонатор може випромінювати в простір на кожній резонансній частоті і настільки ж різноманітно, як різноманітні форми внутрішніх коливань. Резонатор може і обертатися. Коливання в ньому і випромінювані поля - наведені сторонніми полями і тому різні в різних випадках. "Розгойдуючи" резонатор сторонніми полями, можна змусити його випромінювати дуже різноманітно. Будемо вважати, що цього різноманіття достатньо для всіх наших завдань.
Природно, те саме явище самоорганізації випромінюючих коливань буде діяти і на об'ємний резонатор як модель ядра. І в ньому, при достатньому розмаїтті резонансів, складеться процес, що випромінює в далеке простір поле, точно рівне полю випромінювання зарядів і йому протифазне. Заряди тоді будуть обертатися, не сходячи з орбіт, тому що енергії не втрачають, приймаючи енергію випромінювання резонатора і випромінюючи її у відповідь. До тих пір, поки модель випромінює, в її ядрі будуть розвиватися все нові і нові процеси, здатні відібрати в себе енергію цих випромінювань. Так буде тривати або до повного погашення випромінювань, або до вичерпання різноманітності резонансів, тобто ступенів свободи коливань. Випромінюючі процеси в ядрі разом з процесами руху зарядів складуть сумарний процес в моделі, в простір не випромінює. Резонатор, навіть один, не складовою, може підтримувати стійкий рух відразу безлічі зарядів на різних орбітах. Частотний спектр резонатора дискретний - дискретні і орбіту.
Отже, первинна модель атома побудована, дано початкове пояснення причин збереження в ній енергії та дискретного безлічі орбіт. На цьому зупинимося. З факту, що реальний атом не випромінює, можна на підставі класичної теорії зробити висновок, що атомне ядро є досить складною для цього випромінюючої коливальної системою, і в ньому можливо розмаїття процесів, достатню для того, щоб в атомі щоразу складалися неізлучающіе процеси. Електрони стійкі лише на таких орбітах, при яких атом не випромінює, тобто при яких випромінювання ядра здатне погашати випромінювання електронів. Реальне ядро може виявитися і більш складної коливальної системою, ніж звичайний об'ємний резонатор або рідка крапля, з ще більшою розмаїтістю можливих у ньому коливань, тому можливості відомих нам резонаторів не будемо досліджувати й уточнювати.
Таким чином, ми можемо уявляти собі атом як електромагнітний апарат природного автоматики, діючий строго за законами теорії Фарадея-Максвелла, без будь-яких від неї відступів. У моделі поки не видно серйозних вад. Можливо, вони виявляться далі або при розрахунках, але ми моделями атомів більше займатися не будемо, тому що перша мета досягнута: класична теорія переступила поріг мікросвіту, її дієвість у ньому безсумнівна, і повернутися до постулату "електрони не випромінюють" вже неможливо.
Зауважимо ще раз, що не вигадували уявлення про атомному ядрі, а взяли його з класичної фізики. Ми майже нічого не можемо про нього сказати. Для нас ядро - поки що просто щільна матерія з настільки ж щільними електромагнітними властивостями (з дуже великими постійними e і m), можливо й зі здатністю до електромеханічних коливань. І не цілком певної форми. Можливо, заряди в ядрі теж рухливі, і це як-то змінює характер процесів у ньому. Можливо, воно дійсно в чомусь подібно рідкої краплі, як вважають деякі сучасні теорії. Всі ці уявлення призводять до розуміння ядра як резонатора. І у всіх випадках самоорганізація веде до того ж результату.
Поговоримо про самоорганізацію процесів ще. Кожен приймач випромінювання, щоб відібрати частину потужності з потоку випромінювання в просторі, має теж випромінювати в простір у тих же напрямках, причому так, щоб загальна потужність потоку зменшилася. Інакше потік у просторі залишався б незмінним, і прийом енергії порушував би закон її збереження. Якщо приймачем випромінювання служить коливальна система без внутрішніх втрат енергії, точніше: коливальний процес у ній, то прийнята енергія поповнює енергію цього ж процесу (не іншого ж) і тому підсилює його, поки приплив енергії не зрівняється з відтоком. У той же час, випромінювання приймача можуть прийматися її джерелом і, у разі повного поглинання приймачем всієї потужності, джерело теж не втрачає енергію, лише одно беручи участь в обміні енергією, харчуючись енергією випромінювань приймача і випромінюючи у відповідь. Звичайно, є безліч і інших варіантів руху випромінювань, але тут нас цікавить тільки цей.
Якщо електромагнітна система досить складна, якщо в ній немає втрат енергії і можлива безліч різноманітних випромінюючих коливань, то в ній будуть розвиватися всі процеси, які можуть отримувати енергію таким же шляхом, відбираючи її від потоків випромінювань з самої цієї системи або ззовні її. Це приводить систему до мінімуму випромінювань або до повного їх відсутності. Потоки енергії самі собою замикаються в системі. Має місце тенденція до концентрації енергії в системі, оскільки самоорганізація постійно як би налаштовує її на прийом зовнішньої енергії. Концентрація енергії в реальних предметах незрівнянно більше, ніж в навколишньому просторі, і причини цього тепер зрозумілі. Проте, коли існують стійкі енергетичні рівні, як для зарядів в моделі атома, і вони досягнуті, зайва енергія не приймається, вона відображається або переизлучается.
Всі системи мікросвіту теж є коливальними. Ось цим явищем самоорганізації процесів ми можемо пояснювати відсутність випромінювань з усіх систем мікросвіту в їх стійких станах. Основна умова цієї самоорганізації - достатня складність коливально-хвильової системи, достатня різноманітність можливих випромінювань з неї. Відсутність випромінювань з атомів говорить нам про те, що навіть атом водню - коливальна система, що досить складна для цього.
Заряди в нашій моделі атома рухаються під дією не тільки електростатичних сил, але й сил динамічних, створюваних змінними полями випромінювання, тому ми не знаємо, як пов'язані частоти їх обертання з діаметрами орбіт. Можливо, електрони також слід розуміти як відкриті об'ємні резонатори, і тоді вони можуть обертатися по кожній орбіті з будь-якою частотою або зовсім не обертатися, утримуючись на відстані від ядра електродинамічними силами відштовхування частково або повністю. Мабуть, спектри випромінювання атомів все ж пояснюються частотами обертання електронів. А твердження, що класична теорія не здатна пояснити їх, засновані на свідомо помилковому припущенні, що електрони рухаються під дією тільки електростатичних сил.
Ми прийшли до висновку, що атомне ядро має здатність бути складною коливальної системою, таким собі резонатором, тобто нести в собі в безлічі різноманітні коливальні процеси, здатні випромінювати і приймати енергію електромагнітних хвиль. Будемо вважати це істиною до тих пір, поки не знайдеться кращого пояснення атома і причин, за якими в ньому зберігається енергія. Відповідно до уявлень класичної фізики (елементи мікросвіту - це об'ємні фізичні тіла з якимись внутрішніми електромагнітними властивостями), аналогічні коливальні властивості притаманні і електронам, і іншим елементам мікросвіту. Такого однаковості і слід чекати від природи. Це ж підтверджується всією безліччю експериментів, в яких елементи мікросвіту проявляють хвильові властивості. Мікроскопічна коливальна система, яка містить електромагнітні коливання і несуча хвильове поле, завжди виявиться в експериментах як "частинка-хвиля". І навряд чи можливо побудувати в рамках логіки і здорового глузду якесь інше її образне уявлення. Це якась коливальна система, здатна нести (і не нести) коливання і хвилі. І цього достатньо для розуміння з позицій класичної фізики всіх проявів частками мікросвіту хвильових властивостей.
На перший погляд здається, що таке розуміння суперечить результатам деяких дослідів по дифракції електронів, наприклад, на двох щілинах, з яких роблять висновок, що кожен електрон проходить відразу крізь обидві щілини, як хвиля. Але є й інше тлумачення: будь-яка дифракційна решітка утворена з таких же "частинок-хвиль", пов'язаних воєдино когерентним хвильовим полем, загальним для всієї цієї решітки. Поле всередині кожної щілини залежить і від наявності інших щілин. Пролітають електрони відхиляються цим полем, притому не тільки як резонатори, але і як заряди, тому давали б на екрані дифракційні картини, різні для однієї і двох щілин, навіть якщо зовсім не мали б хвильових властивостей. Тут сучасна теорія знову робить ламає логіку революційний висновок, ігноруючи для цього найважливіший фактор - хвильові властивості матеріалу, в якому зроблено щілини.
Представляючи елементи мікросвіту у вигляді коливальних систем, ми не будемо претендувати на знання про їх внутрішній устрій. Такі знання нам поки що не потрібні. Нас будуть цікавити лише зовнішні прояви їхніх властивостей - електромагнітні поля за межами самих частинок і між ними, там, де справедливі рівняння Максвелла. У цій області поле будь-якого елемента мікросвіту можна розглядати як поле точкового осцилятора, який, у свою чергу, може розглядатися як безліч елементарних магнітних і електричних осциляторів, різним чином фазованих і орієнтованих, суміщених в малому обсязі і діють з різними частотами. У зовнішній околиці точкового випромінювача не може бути полів, не підпорядкованих законам класичної електродинаміки, яким би чудовим не був випромінювач всередині. З цієї причини будь-який елемент мікросвіту у своєму зовнішньому прояві ніяк не відрізняється від "точкового" електромагнітного об'єкта макросвіту, тобто має в макросвіті і класичної теорії свій повний і точний аналог.
Навколишні поля збуджують у резонаторі коливання, різні в кожному випадку, перетворюючи його у різноманітні джерела полів безлічі різних частот і з різними числами пар полюсів. Самоорганізація ці поля зберігає. З таких коливальних систем самі, як мозаїка з магнітів, складаються "класичні" самоорганізуються моделі мікросвіту.
Не будемо стверджувати, що тут викладено єдино правильні варіанти рішень "принципово нерозв'язних" завдань класичної фізики. Важливо було показати, що такі рішення є - всупереч найавторитетнішим запевненнях всієї світової фізики. Можливо, є й кращі рішення.
Загальне уявлення про пружних тілах
Питання про те, чим і як пов'язані атоми в єдине макроскопічне тіло, стоїть перед фізикою з часів відкриття атомів, але понині до кінця не вирішене. До Резерфорда існувала думка, що атоми пов'язані механічно, контактно. З 1911 року ясно, що вони пов'язані полями, здатними утримувати їх на стійких відстанях один від одного. Статичні поля - гравітаційне, магнітне і електричне - до цього явно не здатні. Динамічні поля в мікросвіті фізика відкинула. Фізики помилково вважали, що хвильові поля будуть негайно випромінюватися з мікросвіту, і в ньому відсутні. Таким чином, фізикам минулого здавалося, що ніякі з відомих полів не здатні об'єднувати атоми в єдині структури.
Але атоми в тілах все ж чимось пов'язані, і фізики вирішили, що в мікросвіті діють поля інший, ще невідомої природи. З плином часу уявлення про ці полях змінювалося, але зберігалося і міцніла. У 1957 році були відкриті і потім вивчені лазери, і фізика дізналася, що хвильові поля здатні зберігатися у мікросвіті, отримала теоретичні пояснення цьому і навіть практичний приклад. Але на це питання це не вплинуло. Прийнявши до уваги, що поля іншої природи були введені в науку як результат минулого брак знань, і залишаючись у межах класичної фізики, ми тут думаємо, що полів іншої природи не існує.
Поставимося до питання як до технічної задачі: пояснити пристрій твердого тіла за допомогою відомих практиці полів, сил і явищ, не виходячи за межі класичних теорій, здорового глузду і логіки. Можна сказати навіть так: розглядаючи тіло як електромеханічний апарат, конструкція якого в загальних рисах відома, визначити і описати, як цей апарат працює. Природно, неможливо пояснити все, відразу і безпомилково. Пояснення буде лише первинним, емпіричним і неповним. Однак тут автор виступає все ж як фахівець, і добре подумавши. Те, що буде тут викладено, не буде надалі використовуватися, тобто для подальшого розуміння читати це не обов'язково. Викладати повно і доказово автор не бажає. Тому напружте уяву чи не читайте.
Раніше ми прийшли до висновку, що можемо розглядати елементи мікросвіту як точкові електромагнітні резонатори, які проявляються у зовнішньому просторі так само, як точкові резонатори макросвіту. Коливання в них порушуються зовнішніми полями і залежать, природно, як від властивостей самих резонаторів, так і від зовнішніх полів, тому що випромінюються ними поля непостійні, залежать від полів оточуючих. Говорити про динамічні полях, постійно властивих елементам мікросвіту, ми поки не можемо, хоча і можливо, що вони містять такі поля.
Атом, утримуючи в собі випромінюють електрони, не випромінює, і в стійкому стані є неізлучающей групою випромінюючих об'єктів. Але всередині атома хвильові поля є. У нестійкому стані він випромінює. Атоми, утворюючи різні молекули, переходять в тисячі різних станів на тисячі різних енергетичних рівнів, які не є стійкими неізлучающімі станами самого атома. Тому випромінюють (не може ж атом мати так багато стійких станів) - є ці поля і в молекулі. Але вільна від зв'язків молекула теж не випромінює. Отже, вільна молекула в стійкому стані - це неізлучающая група випромінюючих атомів. До неізлучающему станом її наводить те ж явище самоорганізації, що і в атомі. Стаючи частиною твердого тіла, молекули й окремі атоми переходять в інші стани, на інші енергетичні рівні, і теж випромінюють, утворюючи в стійкому стані неізлучающую групу з безлічі випромінюючих атомів і молекул. Те ж саме можна сказати про будь-яких частинах цілого тіла. Будь-яка частина випромінює, ціле - ні.
Макроскопічне тіло в його усталеному стані - це неізлучающее безліч випромінюючих хвильові поля елементів і частин. Тіло містить усередині себе хвильові поля і являє собою самоорганізується систему того ж роду, що розглядалися в першому розділі. Точніше, реальне тіло містить безліч коливань різних частот, в ньому випромінюється безліч хвиль різних довжин, які утворюють в одному тілі безліч однорідних систем, кожна з яких пов'язана воєдино своїм когерентним полем.
Не слід розуміти слово "неізлучающій" буквально, оскільки для стійкості будь-якого стану треба лише енергетичну рівновагу. Випромінювання має бути лише досить малим. Треба розуміти й те, що ніякої об'єкт не буває в стійкому стані, а лише поблизу нього, вагаючись.
Загальне уявлення про внутрішнє поле великої системи в її сталий неізлучающем стані можна скласти просто за допомогою здорового глузду. Система складається з елементів, кожен з яких випромінює поля в залежності від містяться в ньому коливань і у відповідності зі своїми властивостями. Амплітуди і фази коливань в елементах рухливі, і складаються так, що система в цілому майже не випромінює. Значить, вона містить спільне поле стоячих хвиль, яке майже не виходить за межі системи. Кожна довільно виділена частина системи випромінює, але інші частини системи поглинають енергію цього випромінювання. Відбувається обмін енергією між частинами системи, пов'язуючи їх воєдино. Система ж загалом випромінює енергію точно туди, де перебуває кожен її елемент, створюючи навколо нього згусток енергії - тривимірну пучність стоячих хвиль. Випромінювання ж кожного елемента поглинається системою в цілому. Кожен елемент розташовується в такому згустку, отримує в ньому енергію коливань і втягується в нього електромагнітними силами як в стійке положення. Утворюється пружне тіло, розглянуте нами у першому розділі.
"Зайві" поля між елементами і навколо системи підвищують її енергетичний рівень, тому мінімальні. Прибравши їх, ми і отримуємо описану картину. Однак стійких станів безліч, та їх енергетичні рівні і картини почасти різні.
Якщо б частину системи видалити, але не дозволити системі реорганізацію, то було б можна сфотографувати полі, випромінюється залишилася частиною системи туди, де перебувала віддалена. На такій фотографії колишнє положення кожного елемента віддаленій частині відзначиться згустком поля, а всі вони разом складуть просторове зображення всієї відсутньої частини системи, і не тільки її найближчих кордонів, - хвильові поля простягаються достатньо далеко. Коли відстані між елементами великі в порівнянні з довжиною хвиль, на фотографії буде чітко видно зображення кожного елемента. Інакше ж вони зіллються.
Друга частина системи дала б на фотографії зображення першої, показавши нам, як відбувається обмін енергією між частинами системи, причому, чим вона менша, тим більше "розмитим" буде зображення. Такою ж властивістю зберігати зображення володіють голограми та частини голограм. Система як би постійно створює в собі свій голографічний автопортрет, зберігає його до реорганізації, сама ж його "висвітлює" і створює свою голографічну копію, точно накладену на оригінал. Це і є мінімально випромінює стан системи на одному з її нижніх енергетичних рівнів - результат самоорганізації коливань і полів.
У реальному тілі подібні поля і системи неминучі - як наслідок настільки ж неминучих законів природи. Хвильові поля заповнюють тіло і, разом з полями статичними, утримують його елементи в стійких положеннях. Тепловий рух і інші впливу на системи виводять елементи з стійких положень, діючи проти сил стійкості, і передають енергію саме тим і тільки тих полів і коливань, які створюють цілісність. Відбувається електромеханічне перетворення хаотичної теплової енергії в упорядковану енергію системи та генерація коливань. Це самоорганізація енергії. Прийнята таким шляхом енергія поповнює енергію систем, потрібну для їх існування. Безліч осциляторів, енергія яких поповнюється, становить середу з негативним загасанням хвиль, тобто з їх посиленням. У цьому системи подібні лазеру, але з тепловою, а не світловий "накачуванням" енергії.
Оскільки тіло містить багато систем і полів з різними довжинами хвиль, створюється і безлад: стійкі стану одних і тих самих елементів в різних системах не завжди збігаються, утворюються биття частот і коливання елементів, при яких енергія однієї системи передається іншій шляхом електромеханічного перетворення. Всі системи пов'язані цим загальним механізмом перетворення енергії, через який конкурують, відбираючи один від одного енергію. Якщо б ми навіть створили поля іншої природи, але не статичні, а суто динамічні, і включили б їх у тіло, то вони теж були б втягнуті в таку конкуренцію, і, скоріше всього, перестали б існувати, втративши енергію. Тут процеси конкуренції істотно ширше, ніж "конкуренція мод" коливань в середовищах лазерів, що йде між процесами лише однієї частоти. Однак, "виживають" в ній теж "моди", що створюють цілісність і випромінюють мінімально або зовсім не випромінюють.
Коливання елементів навколо стійких положень також пов'язані між собою через поля, і також схильні до самоорганізації в якісь колективи, частиною тимчасові і неміцні. Тіло, як система, елементи якої пов'язані полями і впливають один на одного, є система зворотних зв'язків. Ніяких випадкових рухів і хаосу бути в ній довго не може. Рухи відбуваються за законами систем зворотного зв'язку, а відхилення від них придушуються зворотними зв'язками. Надлишок енергії, тобто енергія теплова, тимчасово зберігається в системі теж у вигляді безлічі когерентних процесів, випромінюючих мінімально, але не у вигляді хаосу. Безліч процесів лише здається хаосом.
Електрони рухаються в хвильовому полі під дією не тільки електростатичних сил. Хвильові поля організовують і їх руху, об'єднуючи їх в колективи і залишаючи лише "дозволені" траєкторії і фази руху.
Відхилення систем від їх стійких станів припиняються при абсолютному нулі температури, коли залишаються тільки процеси, зовсім не випромінюють, а окремі групи рухів зливаються воєдино. Будемо думати, що це якісь основні коливання і ті довжини хвиль, якими визначаються розміри тіл. Можливо, довжини цих хвиль визначаються резонансними властивостями атомів, або ядер, або частотами обертання. З'ясовувати походження, конкретні значення цих довжин і зіставляти їх з реальними відстанями в тілах ми тут не будемо (ще рано). З появою надлишкової енергії стають можливими нові процеси, все більш випромінюють. У конкуренції з ними основні процеси рвуться на частини, відновлюються і знову рвуться. Однак, цей безлад - все-таки не хаос. Надлишкова (понад сталого мінімуму) енергія служить резервом енергії основних систем і частково випромінюється назовні у вигляді теплових випромінювань. Ще більший надлишок енергії руйнує системи й саме тіло.
Квантування відстаней, траєкторій, швидкостей і пр. - природний наслідок хвильових зв'язків. Спектр резонансів не тільки елементів, а й системи теж дискретний. Система нелінійна (частоти обертання, наприклад, залежать від амплітуд). Тому спектри амплітуд і енергій у ній пов'язані зі спектром частот і також дискретні. Тиск хвиль на межі системи врівноважується силами взаємного тяжіння елементів (як зарядів і диполів), ніж, може бути, обмежені амплітуди динамічних полів. Можливо, в якихось випадках елементи розташовані в ближніх полях один одного, і тоді взаємодіють через ближні поля - більш складним чином, ніж ми розглядали в попередньому розділі. У цьому випадку сили взаємодії вже не обмежені величинами статичних полів і можуть бути дуже великими.
Так природа створює з найпростіших елементів, здатних лише утримувати коливання, нескінченна різноманітність складних багаторівневих систем - предметів природи. Усюди в ній самоорганізація і немає в ній нічого мертвого.
Ось таку первинну картину мікросвіту в тілах описує Вам класична фізика. Картина виходить досить складний. Ніщо в ній не суперечить будь-яким фактами або законам природи, немає ні надуманих полів, ні гіпотез, ні постулатів, ні навіть натяжок - є рядове рішення технічної задачі. Будь тут серйозна помилка, не склалася б наша мозаїка в таку складну комплексну картину. Напевно, на подальшому шляху ми зустрінемо і протиріччя, і невідповідності фактами. Але всі труднощі переборні, як переборними виявилися тупики, що стояли перед нами майже століття.
Незважаючи на те, що тут немає формальних доказів, вже не можна просто "відкинути" описану картину. Щоб знову затвердити поля іншої природи тепер, мало знайти недоліки в цьому викладі. Поля іншої природи залишаться фантастикою до тих пір, поки не вичерпані всі можливості полів реальних, відомих практиці. Для повторного затвердження полів іншої природи в якості наукової істини доведеться довести, що реальних недостатньо, до кінця вивчивши можливості динамічних полів. А це вимагає дуже високої кваліфікації і дуже великих труднощів, та і просто неможливо - чудес не буває.
Автор не відповів на багато тисяч питань. Але це зовсім не означає, що "класична фізика не здатна пояснити ...".
Зауважимо, що поклали тут одну з картин суто електромагнітного світу. Пишуть, що хтось колись намагався створити електромагнітну модель світобудови, але теорія прийшла до внутрішніх протиріч. Звичайно, погані теорії завжди такі. Ми користуємося теорією перевіреної, нових не вигадуємо, протиріч поки не бачимо, тому можемо заглянути далі.
Безперечно, поблизу елементів мікросвіту електромагнітні поля такі щільні, яких немає в макросвіті, хіба що у кульової блискавки. Ми не знаємо, що знаходиться ближче до центру цих полів. Може бути, поля ще більш щільні? Однак те, що там заховано, безсумнівно має якісь електромагнітні властивості, дуже відмінні від властивостей вакууму. Може бути, ці властивості і належать щільним полях як досить щільної матерії, а все інше, що там може знаходитися, не має значення? Та й навіщо тоді воно?
Кульові блискавки, як їх описують, іноді виглядають чорними кулями. Іонізоване повітря чорним не буває. Значить, поглинають світло самі щільні поля, тобто, подібно матеріалами, вони мають електромагнітні властивості, впливають на інші поля - значить нелінійні, і навіть можуть перетворювати енергію світла в щось інше. Нелінійність можна просто вигадати для того, щоб спробувати моделювати елементи мікросвіту нелінійними динамічними полями. Для нелінійних полів природні якісь дискретні ряди стійких форм і рівнів енергії, а також здатність до різноманітних коливань навколо стійких форм, тобто здатність бути складними коливальними системами, придатними для побудови самоорганізованих моделей. З того випливає, що потрібно шукати електромагнітні властивості щільних полів, якими, може бути, і вичерпуються властивості частинок мікросвіту. Ось коли їх вивчимо, тоді і будемо знати, до якої глибини вірна електромагнітна модель світобудови.
Поки ж будемо просто вірити, що наш Творець, як конструктор вищого класу, зробив всі з одного матеріалу і за єдиним законом. Йому і будемо слідувати. Різні матеріали: речовина, різні поля, різні частинки, безліч різних сил, фізичний вакуум зі складною геометрією простору, різні закони, - клас людський, не вищий. Це не істина.
Рух і реорганізація пружних систем
Ми не знаємо, що відбувається всередині природних тіл і чи відбувається що-небудь, коли вони зазнають прискорення і приводяться в рух, тому що слабо знаємо, як вони влаштовані. Штучні тіла дають нам можливість це з'ясувати. Виявляється, зміни швидкості тіл неможливі без певної внутрішньої їх реорганізації. Розглядаючи їх рух, ми відкриємо тут деякі принципово важливі властивості, властиві будь-якому об'ємному тілу або процесу. Ці властивості є наслідком загальної і неминучою причини: обмеженості швидкості полів або сигналів, які об'єднують тіло, процес або їх обидва в єдиний і цільний об'єкт. Тому й самі властивості носять загальний і неминучий характер.
При першій же спробі уявити собі як рухаються тіла, побудовані подібно до твердого тіла - з яких-небудь дискретних елементів, які займають стійкі положення або потенційні ями в якому-небудь полі, виявляється несподівана проблема. Справа в тому, що потенційна яма, в якій знаходиться елемент, в будь-якому випадку утворена полями, випромінювання інших елементами з інших місць трохи раніше і які пройшли певний шлях. Поля рухаються з кінцевою швидкістю, тому, якщо тіло привести в рух (наприклад, всі його елементи відразу), потенційні ями почнуть рухатися з деяким запізненням і будуть відставати від елементів; вони утворюються там, де елементи були в момент випромінювання поля і звідки вже пішли . Елементи потрапляють "на схили ям", і з'являються сили, що зупиняють рух. Руху по інерції не виходить. Якими б не були поля і сили, що створюють цілісність тіла, ця проблема залишається як неминучий наслідок самої цілісності й обмеженості швидкості полів.
Щоб привести, наприклад, всі три диполя на малюнку 1 у спільний рух вправо або вліво, потрібно прикласти до них сили, які виведуть диполі із стійких положень. Система буде рухатися лише до тих пір, поки її рухають зовнішні сили. Поля будуть завжди відставати від диполів, і будуть діяти сили, які рухають диполі назад до стійким положенням. Дія цих сил не припиниться, поки щось не зміниться, і елементи не будуть рухатися в "ямах". Що ж має змінитися, як і чому? Щоб ці сили не виникали зовсім, потрібно, щоб потенційні ями заздалегідь, ще до початку руху, випромінювалися туди, де виявляться елементи, коли поля дійдуть від своїх джерел до "ям". Якщо ж зміни почнуться після початку руху (що і відбувається в системах), то ці сили будуть діяти при прискореннях, виступаючи як сили інерції.
Поки поля і сили, що створюють цілісність тіл, залишалися в тумані, ця проблема не виникала. Тепер же, відмахнувшись від неї, ми не отримаємо стрункої картини руху, а звернувши на неї увагу, потрапляємо в скрутне становище. Адже інерція вважається фундаментальною властивістю матерії, а ми бачимо якусь інерцію разом з її причиною. І позбутися від неї не можемо. Це та ж сама інерція або якась друга? Ми займатися цим не будемо, але зауважимо: класична фізика підійшла до питання про походження інерції мас. Розглянемо це явище з іншою метою і на зовсім іншому прикладі, простіше.
Нехай два автоматичних рухомих об'єкта підтримують відстань між собою таким способом. Діючи кожен за своїми годинах, вони одночасно випромінюють періодичні імпульси звуку і, перебуваючи на заданому (усталеному) відстані, приймають їх один від одного точно в той момент, коли випромінюють черговий імпульс. Запізнення сигналу до цього моменту означає, що відстань велика, і об'єкт рухається, скорочуючи відстань. При випередженні - збільшує відстань.
Якщо цю пару привести у спільний рух, то задній в русі об'єкт буде приймати сигнали з випередженням, тому що рухається назустріч звуку, і буде гальмувати, намагаючись збільшити відстань. Передній же об'єкт буде отримувати сигнали з запізненням і теж гальмувати, намагаючись скоротити відстань. Об'єкти зупиняться. Система не може рухатися за інерцією. Система інша, але явище то ж і та ж причина: кінцева швидкість сигналів і цілісність системи.
Щоб пара рухалася, потрібно зрушити годинник переднього об'єкта назад або заднього - вперед на певний часовий інтервал, так, щоб компенсувати різницю в часі ходу сигналів вперед і назад при даній швидкості. Точніше: зрушити у часі поточні в об'єктах процеси (прийому-передачі та обробки сигналів). Тоді об'єкти будуть підтримувати цю швидкість і перешкоджати її зміни. Відстань же між ними зменшиться так, щоб сигнали знову проходили його взад-вперед за той же період, незважаючи на рух. Якщо швидкість звуку в повітрі дорівнює "с", швидкість об'єктів щодо повітря - "v", то швидкість сигналу щодо об'єктів буде рівною в одну сторону cv, в іншу c + v, а середня швидкість сигналу на всьому шляху виявиться рівною c (1 - v2/с2), тому віддаль між об'єктами теж зменшиться пропорційно величині 1 - v2/с2. При русі в напрямку, перпендикулярному відстані, розміри зменшаться як корінь квадратний з цієї величини.
Отже, рух тут скорочує розміри системи, а її стійка швидкість визначається тимчасовим інтервалом. Зауважимо, що, не знаючи, яка швидкість об'єктів щодо середовища, несучої звуковий сигнал, ми не зможемо визначити, як змінюється відстань між ними. Тому, уникаючи такої невизначеності надалі, будемо вважати, що всі наші об'єкти занурені в яку-небудь середовище (газоподібну, рідку), яка і служить провідником електромагнітних або звукових хвиль або сигналів. Крім того, розглядаючи рух електромагнітних об'єктів в середовищах, ми уникаємо зіткнення з теорією відносності, яка на рух у середовищах не поширюється.
Ті ж зміни будуть відбуватися і в штучних тілах - самоорганізованих системах. Наприклад, в системі з генераторів. Якщо помістити таку систему в електромагнітну середу і привести середу в рух, то рух середовища буде зносити поля і утворені ними стійкі положення у бік свого руху, і елементи опиняться поза стійких положень. Виникнуть сили, захопливі систему слідом за середовищем і протидіють їх відносного руху. Тут теж, щоб цих сил не стало, потрібно зрушити у часі коливальні процеси, що течуть у генераторах.
Щоб говорити тут про час, подумки зробимо так: підключимо до генераторів електронні лічильники коливань і виведемо результати рахунки - цілі числа коливань і їх дробові частки - на часові табло. Вийдуть звичайні електронні годинники, але пов'язані в єдину систему, тому що генератори входять в синхронізм мимовільно, підлаштовуються один до одного; те саме відбувається і з годинником.
Нехай години при нерухомій системі показують однаково. Через деякий час після початку руху встановиться новий синхронізм, з'являться різниці фаз коливань. Привівши в рух середу, будемо говорити про рух системи щодо середовища. Поля, які служать сигналами синхронізації генераторів, рухаються назад (щодо системи) швидше, ніж вперед, тому коливання в генераторах, передніх в русі, відстануть в часі і по фазах від коливань у задніх генераторах, що ми й побачимо на годиннику. Ми побачимо тимчасові інтервали між локальними коливальними процесами у вигляді різниць в показаннях годин. Встановляться тимчасові інтервали, точно відповідні швидкості руху. Кожен наступний у русі процес випереджає попереднього на певний часовий інтервал.
Коли тимчасові інтервали відповідають швидкості, сили протидії зникають. Розміри систем теж змінюються, зменшуючись зі збільшенням швидкості, оскільки зменшується середня швидкість електромагнітного поля в проміжках між елементами, зменшуються довжини стоячих хвиль і відстані між елементами. Після цього потенційні ями випромінюються точно туди, де проходять рухомі елементи, система рухається по інерції, і сили протидії не виникають.
Трійка диполів, показана на рис.1, при русі вправо за інерцією буде виглядати, як показано на рис.2. Тут диполь 3 (задній) випереджає у своєму обертанні диполя 2. Його негативний заряд вже був вгорі якийсь час назад, коли показаний на малюнку фрагмент хвилі проходив через нього. Диполь 1 (передній) відстає у своєму обертанні. Його негативний заряд виявиться вгорі тоді, коли через нього проходитиме хвиля, випроменена диполем 2 і показана на малюнку. Диполі 1 і 3 та в цьому положенні паралельні полю, але воно не паралельно площині малюнка і тому не показано. Таким чином, всі три диполя рухаються, залишаючись в стійких положеннях. Але при прискореннях вони не можуть миттєво повернутися відносно один одного. Для цього потрібно рухати систему деякий час, долаючи сили стійкості.
..
Їли б всі негативні заряди були тут у верхньому положенні, то на диполі 1 і 3 діяли б сили, які рухають їх назад - у ті ділянки поля, що показані на малюнку. А їх випромінювання опинилися б ліворуч від диполя 2 - ззаду, і на нього теж діяли б такі сили. Крім того, діяли б сили, які прагнуть докрутити диполі в положення, показані на малюнку 2. До тих пір, поки не сформуються тимчасові інтервали, тобто поки диполі не повернуться відносно один одного, сили протидії не зникнуть, і система не буде рухатися за інерцією.
Системі диполів на рис.2 зіставлено система годин, стрілки якого обертаються як би разом з диполями. Різниця ходу годинника показує часовий інтервал - відносне випередження або запізнення місцевих процесів обертання і випромінювання. Зображуючи елементи (точніше: процеси в них) у вигляді годинника в системі координат, можна одним значком показати і поточну фазу процесу, і його координати. Так і зробимо потім.
З точки зору класичної фізики, в природі не існують статичні поля, здатні утримувати елементи на відстанях один від одного, створюючи об'ємні тіла і структури, і ми змушені думати, що для цього необхідні когерентні хвильові поля і процеси. Значить, цілісність тіла або структури можлива лише тоді, коли в них присутній об'ємний когерентний процес - якась система "місцевих годин", єдиного внутрішнього часу. Будь-яка просторова структура, якщо ціла, містить у собі таку систему "годин". А зміна швидкості структур пов'язане з перебудовою цієї системи єдиного часу і без неї не відбувається.
Самоорганізована система є єдиний і цільний електромагнітний об'єкт, тому кінцевий результат змін, викликаних в ній рухом, описується перетвореннями Лоренца для електромагнітних об'єктів і процесів, що рухаються в порожньому просторі чи в тій електромагнітної середовищі, в яку вона вміщена і крізь яку рухаються в ній хвилі. Ми звикли розуміти Лоренцева "місцевий час" як щось суто теоретичне і абстрактне. Тепер же ми знаємо об'єкт, в якому можна розмістити цілком реальні годинник місцевого часу. Ми використовуємо це в наступному розділі, де розглянемо властивості систем, що самоорганізуються, які застосовуються як заходи простору-часу.
Сучасна теорія розглядає перетворення Лоренца тільки як властивість порожнього простору-часу. Але краще уявляти собі, що електромагнітний об'єкт знаходиться в рідкій електромагнітної середовищі (у рідкому діелектрику або ферромагнетике), і що в рух приводиться середовище, а об'єкт нерухомий. У такому випадку об'єкт також перетвориться по Лоренцу. Але стають спостережуваними ті зміни, що відбуваються в ньому при прискореннях середовища: скорочення розмірів і перебудова системи годин, а також "уповільнення часу" (тобто уповільнення коливань). Наблюдаеми і ті сили, що виникають при прискореннях, захоплюючи об'єкт слідом за середовищем і виступаючи в якості сил інерції об'єкта щодо середовища або інерції середовища щодо об'єкта. Об'єкт може бути будь-яким, але краще використовувати самоорганізуються, тому що в них, на відміну, наприклад, від поля статичних зарядів, є чітко визначені відстані і можуть бути встановлені години місцевого часу.
З одного боку, перетворення Лоренца описують реорганізацію в електромагнітному об'єкті, вироблену в ньому рухом, і це було відомо. З іншого боку - тимчасові інтервали управляють тут швидкістю об'єкта, виступають як причина і необхідна умова рухів за інерцією, і це щось нове, раніше не відоме. Протидіють змінам швидкості ті ж сили, що створюють цілісність тіла і його міцність, в природних тілах вони досить великі, і, якщо б реорганізації у них не було, швидкість тіл не могла б змінюватися.
Сили стійкості, виявляється, створюють інерцію руху. Якщо спочивають об'єкт піддати такій зміні, створити в ньому систему тимчасових інтервалів, то виникнуть внутрішні сили, які рухають об'єкт зі швидкістю, що відповідає цій зміні. Як виконуються при цьому закони збереження - нас тут не цікавить. Вони так чи інакше виконуються, в іншому випадку - тільки цікавіше.
І такі випадки, на перший погляд, можливі. Наприклад, такий. Нехай безліч синфазних випромінювачів (випромінюючих диполів) знаходяться в стійких положеннях під дією статичних сил тяжіння і електродинамічних сил, розташовуються при цьому на мінімальних відстанях один від одного (менших, ніж довжина хвилі) і утворюють структуру у вигляді довгої прямої лінії. Така структура випромінює, в основному, що розходяться від неї циліндричні хвилі. Якщо тепер змінити фази випромінювачів так, щоб кожний наступний випромінювач випереджав попереднього по фазі, то в ній виникнуть внутрішні сили, які рухають її, умовно кажучи, вперед. Випромінювання з неї також зміниться. Тепер вона буде випромінювати в основному розходяться конічні хвилі, але не назад, а теж вперед. Тут ніяк не можна сказати, що система зазнає прискорення під дією реактивних сил віддачі, створюваних випромінюванням.
Коли ця система занурена в електромагнітну середу, то діють сили, які рухають систему вперед, а середовище тому. Але чи виконується закон збереження імпульсу поза середовищем? Нагадаю, що класична електромагнітна теорія створювалася в рамках теорії ефіру, і з нею узгоджується. З цієї точки зору тут ніщо не суперечить закону збереження, тому що в даному випадку діють електромагнітні сили взаємодії зі "світлоносний" середовищем, яке заповнює простір. Теорія дальнодії теж не відчуває тут труднощів. Таким чином, класична фізика пропонує Вам принципово новий космічний рушій, що не вимагає викиду матерії.
Сучасна ж теорія, заперечуючи "ефір", призводить до протиріччя з законом збереження, а я, автор, не збираюся доводити ці дослідження до кінця і будь-кого переконувати. Думаю, моя справа - придумати приклад і поставити питання, а не відповідати на нього. Істинний вчений завжди цікавий, тому хто-небудь з таких розбереться і знайде відповідь. Проте закон збереження імпульсу не був доведений для загального випадку силового впливу на предмети. Він вірний для класичної механіки, для електростатики, магнітостатики, але в галузі електродинаміки був розглянутий лише на окремих прикладах (відображення плоскої хвилі) і прийнятий декларативно, тобто поки що викликає сумніви.
Не будемо тут робити висновків і що-небудь стверджувати, але звернемо увагу на наступне. Встановлено в експериментах, що деякі періодичні процеси (а може бути і всі процеси взагалі) сповільнюються полем тяжіння. Тоді сили тяжіння самоорганізуються до мас можуть бути повністю пояснені цим уповільненням як сили внутрішні. У нижній частині системи коливання сповільнюються більше, ніж у верхній, що в умовах постійної самосинхронізації коливань призводить не до неузгодженості їх по частотах, а лише до відставання коливань в нижній частині по фазах. Утворюється система тимчасових інтервалів, і система починає рухатися з прискоренням вниз. Якщо ж вона на що-небудь спирається, то її нижня частина виявляється стислій, що призводить до зменшення відстаней між її елементами, у зв'язку з чим поля (а вони служать сигналами синхронізації коливань) проходять ці відстані швидше, що призводить до деякого підвищення частот коливань в елементах стиснутій частині системи, що і компенсує їх зниження.
Є випадки, коли тимчасові інтервали не можуть змінюватися. Тоді сили протидії руху не зникнуть до тих пір, поки швидкість системи не стане відповідати тимчасових інтервалах. Наприклад, якщо система має форму замкнутого кільця і обертається в своїй площині навколо центру, то сума тимчасових інтервалів по периметру кільця може бути рівної лише цілому числу періодів коливань і не може змінюватися плавно. Тому кільце має лише дискретний ряд стійких швидкостей обертання. Тут ми бачимо механізм квантування рухів.
На малюнку 3 показано таке кільце. Елементи і процеси в ньому представлені у вигляді годинника, що показують поточну фазу процесу. Квантуються всі пов'язані хвильовими полями руху, і ми не звикли до цього лише тому, що сильних хвильових полів і дуже великих швидкостей немає в нашій практиці. А тут показаний лише найбільш простий і наочний приклад квантування.
Розраховуючи стійкі форми такої ось структури: кільце з однакових електрично заряджених джерел хвильових випромінювань і протилежно заряджене тіло в центрі, отримаємо серію стійко обертаються в полі кілець, діаметри яких і число елементів у яких (точніше: число місць в кільці) пропорційні 2n2 (2, 8, 18, 32 ...), тобто такі структури багато в чому подібні атому. Правда, ми вже втратили впевненість у тому, що електрони взагалі обертаються навколо ядра, оскільки електростатичні сили тяжіння можуть бути, в принципі, врівноважені не лише силами інерції, але й електродинамічними силами відштовхування. Оскільки електрони - теж якісь коливальні системи, то вони можуть складатися в подібні структури природним чином. У нас ще недостатньо причин для впевненості, але вже не можна говорити, що класична фізика не здатна пояснити будову атома.
Самоорганізація та принцип відносності
Як було сказано раніше, побудувавши найпростіші самоорганізуються і моделі пружних тіл, ми змушені змінити своє уявлення про класичному принципі відносності рухів. Ці ж системи допоможуть нам зрозуміти: в якому сенсі і чому постійні й непостійні розміри тіл і швидкість світла, з яких явищ, при яких умовах і як складаються перетворення Лоренца і принцип відносності рухів у самоорганізується світі.
Якщо Ви хочете краще зрозуміти приватну теорію відносності або усунути її нерозуміння, то Вам також буде корисно пізнати її з іншою, протилежної точки зору, для Вас, може бути, більш підходящою. Оскільки ця теорія була першим і головним знаряддям руйнування класичної фізики, ми не можемо тут її залишити без уваги. Однак перш зазначимо таке.
Приватна теорія відносності створена майже століття тому, коли про самоорганізованих системах ще не було і думок, але вже тоді містила про них відомості. Теорія надовго випередила свій час, тому не зрозуміла в цьому навіть сьогодні, і викладають її завжди неповно, недосказивая, не на всі питання відповідаючи. Пізніше стало ясно, що в природі не існує нічого, крім систем, що самоорганізуються, а значить обрана Ейнштейном міра простору-часу - матеріальна система координат, система стрижнів і годин - теж є що самоорганізується. Залишалося лише допустити в фізику "зворотну" точку зору: спостережувані відстані в просторі і перебіг процесів в часі не залежать від способу спостереження, в тому числі - від швидкості спостерігача, але залежать від властивостей заходи і самого спостерігача як гнучких систем, що самоорганізуються. Можна було приступати до вивчення таких систем засобами приватної теорії відносності. Але цього не сталося, і ми втратили більшу і головній частині творчих плодів цієї теорії.
Ось до цієї "зворотної" точці зору і приводить нас класична фізика. Ми не можемо, наприклад, декларативно стверджувати простір-час як єдиний континуум. Але, як з'ясували, будь-яка просторова міра, тобто будь-яке тіло, взяте в якості міри, може існувати тільки як об'єкт чотиривимірний, бо ніякої предмет не може бути цілим і служити мірою довжини, якщо не несе в собі ще й міри часу - єдиного процесу, який і робить предмет цілим, - системи взаємопов'язаних внутрішніх "годин". В одних випадках ми можемо не звертати на це уваги. В інших, - не можемо, і тоді змушені розглядати простір і час як адекватний мірою об'єкт, тобто теж єдиний і чотиривимірний, як і постулює теорія відносності.
Хоч ми відкриємо тут і щось нове, але в основному займемося переглядом того ж кола явищ з нової точки зору. Мета того - показати дієздатність класичної фізики в релятивістській області та світовому просторі, а також неспроможність її критики релятивісти.
Інструментом наших досліджень будуть служити самоорганізуються, у тому числі - описані вище системи з генераторів, що розуміються як реальні технічні пристрої, штучні пружні тіла або вимірювальні прилади. Такі системи можуть існувати автономно, рухатися і зазнавати прискорення, як і тіла природні, вони теж пружні і теж мають розміри, до яких відноситься все, що говорить теорія відносності про розміри тіл взагалі. Але в них не ховаються особливі закони мікросвіту, поля іншої природи або щось інше, на що можна б послатися, кажучи про сталість розмірів. Відстані в них завжди змінюються пропорційно довжинам стоячих хвиль. Неміцність цих систем і випромінювання з них не мають тут значення. Будемо вважати, що системи не деформовані зовнішніми силами, і їх елементи стоять у стійких положеннях.
Нам доведеться вивчати явища, які проявляються лише при швидкостях, порівнянних із швидкістю світла. Спостерігати ж за досліджуваним об'єктом ми можемо тільки за допомогою світла або інших електромагнітних хвиль, швидкість яких в таких випадках можна порівняти зі швидкістю спостережуваного об'єкта. З'являються пов'язані з цим помилки спостереження, які в ряді випадків не можуть бути обчислені і спотворюють або навіть повністю приховують спостережуване явище. Приватна теорія відносності відрізняється тим, що помилки спостереження не вважає помилками, навіть не говорить про них, а результати помилкових спостережень вважає відносною істиною, за якою зовсім не прихована істина інша - абсолютна. На рухи, які спостерігаються без помилок, ця теорія не поширюється. Ми не будемо дотримуватися тієї парадигми загальної відносності, яка заперечує абсолютні факти й істини, вважаючи всі істини, факти і критерії лише відносними, бо непостійними і необов'язковими. Помилки спостереження будемо чітко відокремлювати від спостережуваних явищ.
Розглядаючи системи в русі навколо нас по колу, ми спостерігали б без спотворень, що залежать від швидкості їх розміри та поточні в них процеси. У цьому випадку відстань між нами і об'єктом спостереження постійно, тому світло або інші електромагнітні сигнали, що несуть інформацію про спостережуваний об'єкт, приходять до нас із запізненням, але завжди однаковим і відомим, і ми бачимо події минулі, але не спотворені. Коли ж об'єкт рухається прямолінійно в порожньому просторі, інформація про нього спотворюється помилкою спостереження, пов'язаної зі змінним відстанню, змінним і не відомим за величиною запізненням сигналів спостереження, і системи стають, як кажуть в техніці, неспостережний. Для корекції помилок потрібно б знати не тільки величини швидкостей спостерігача та об'єкта спостереження, але і сигналу спостереження у світовому просторі, тобто абсолютну швидкість сигналу. Але така інформація нам поки недоступна. Вона і замінюється зазвичай постулатами і думками, які об'єктивною інформацією не є.
Ми розглянемо ті ж явища, що й теорія відносності, але в рухах спостережуваних, де немає помилок спостереження і всі величини определіми без знання абсолютної швидкості світла. Наші системи в прямолінійному русі повністю наблюдаеми тоді, коли для спостереження використовуються сигнали, більш швидкі, ніж хвильове поле, що зв'язує систему воєдино. У порожньому просторі таких сигналів немає. Однак, електромагнітні поля системи можна уповільнювати, поміщаючи системи в електромагнітні пристрої і середовища, і вони стають спостережуваними за допомогою звичайного (не уповільненої) світла. Електромагнітні явища в середовищах і в порожньому просторі описуються принципово тими ж рівняннями Максвелла, тому поведінку систем у середовищі й у порожнечі настільки ж принципово однаково.
Існують такі електромагнітні середовища, в тому числі рідкі, в яких швидкість електромагнітних хвиль (в певному діапазоні частот) багато менше, ніж у порожнечі. Будемо уявляти собі, що наші системи з генераторів занурюються в таку рідину, вона заповнює проміжки між елементами, і хвильові поля рухаються в ній. Існують хвилеводи, в яких швидкість хвиль може бути як завгодно малою. Наприклад, металеві труби зі стінками у вигляді щітки. Можна поміщати системи і в них, як у середу без тертя, що і будемо мати на увазі, ігноруючи тертя в подальшому. Системи з повільними хвилями стають спостережуваними через звичайні (не уповільнені) світлові сигнали, і помилки спостереження не приховують за собою істинних подій, як це відбувається при спостереженнях поза середовищем, де швидкості всіх електромагнітних хвиль однакові. Крім того, рух системи щодо середовища можна розглядати, приводячи в рух середу і залишаючи систему нерухомою. Тоді можна повністю виключити ці помилки.
Система координат класичної фізики пристосована до того розуміння простору і часу, що дано нам від природи. У застосуванні до світового простору це уявні прямі осі у всесвіті і єдине в ній час. Така система координат абстрактна, зате від розмірів тіл, швидкості світла, кривизни променів світла, ходу годинника і процесів не залежна. Система координат теорії відносності матеріальна. Це "система жорстких стрижнів" і розставлених вздовж них годин, які синхронізуються з допомогою світлових сигналів і залежно від їхньої швидкості. Жорсткі стрижні в ній - це реальні тверді тіла - самоорганізуються, від розмірів яких залежать її масштаби.
Матеріальну релятивістську систему координат можна скласти і з штучних тіл, побудованих з генераторів. Годинники, розставлені вздовж її осей, можна зробити, підключивши до генераторів лічильники числа коливань і вивівши результати рахунки на годинні табло. Годинники ці при змінах швидкості не потрібно синхронізувати, вони синхронізуються самі, і так, як вимагає теорія відносності. Ви можете не погоджуватися з автором у питанні про пристрій твердих тіл. Цього не потрібно. Система координат з генераторів реальна сама по собі, як технічний пристрій і вимірювальний прилад. Та й інша системи координат (з природних тіл і з генераторів) як релятивістські ідентичні і рівноправні, що можна строго довести на основі теорії відносності, розглянувши їх спільний рух в просторі з точки зору спостерігачів, що рухаються з різними швидкостями. Вони ідентичні і з класичної точки зору.
Про сталість розмірів природних тіл, як і масштабів побудованої з них системи координат ще можна було сперечатися. А ось масштаби системи координат, побудованої з генераторів, пропорційні довжинам електромагнітних хвиль безперечно. А довжини хвиль ми можемо в них зменшити. Уявімо собі, що проміжки між генераторами заповнюються рідким середовищем, поступово сповільнює швидкість хвиль. Це призводить до зменшення в тій же мірі довжин хвиль, скорочення розмірів системи координат і її масштабів. Але швидкість і довжини повільних хвиль в середовищі, будучи виміряні в цих нових зменшених масштабах, здаються колишніми, не зменшеними, такими ж, як були в порожнечі.
Нехай тепер це середовище затече і в самі генератори - в їх котушки і конденсатори, оточить дроти. Це призведе до збільшення індуктивності котушок і ємності конденсаторів, що в свою чергу призведе до зменшення частоти коливань у них, до уповільнення ходу годинника, збільшення довжин хвиль, розмірів системи координат і її масштабів аж до відновлення колишніх розмірів. І знову швидкість електромагнітних хвиль, виміряна в нових масштабах довжини і часу, буде здаватися самою. Природно: за кожну одиницю часу (період одного коливання) хвилі завжди проходять рівно одну одиницю відстані (довжину однієї хвилі).
Навіть якщо середу зробити анізотропної або привести в рух, і швидкість поля щодо координат стане різною в різних напрямках, то зміниться синхронізація годин системи координат, і так, що швидкість поля, виміряна в новій системі годин, знову буде здаватися колишньою і однаковою у всіх напрямках . І ми починаємо розуміти, що постулат Ейнштейна про сталість швидкості світла випливає з властивостей прийнятої ним системи координат. Установка масштабів і годинників в ній визначаються ходом електромагнітних хвиль. Довжина цього "гумового метра" змінюється пропорційно швидкості електромагнітних полів і тривалості процесів, які вимірюють час, а різниця ходу годинника залежить від ходу полів. Ці "гумові" властивості заходи, фактично знайдені ще Ейнштейном, теорія відносить до вимірюваного об'єкту - простору-часу, постулюючи сталість заходи. А та інформація, яку ми тут знаходимо, міститься в іншій формі в теорії відносності, і містилася в ній спочатку.
Якщо в реальному просторі швидкість світла або швидкість перебігу процесів (хід годин) не всюди і не завжди однакові, то релятивістська система координат цього не покаже. Вона сама буде змінюватися в залежності від ходу променів світла і процесів, і змінюватися так, що виміряна в її масштабах швидкість світла завжди буде здаватися однаковою. Така властивість самої системи координат.
Розглянемо тепер наші системи в русі.
Зробимо спочатку застереження. Колись Фізо своїм експериментом довів, що швидкість електромагнітних хвиль у середовищі визначається не цілком середовищем, а й ще чимось: "ефіром", простором, фізичним вакуумом - називайте, як завгодно. Електромагнітні хвилі в рухомому середовищі рухаються так, ніби у всякій реальному середовищі є ще одна всепроникна середовище - "ефір", який не рухається разом із середовищем. Рухомих середовищах захоплює хвилі за собою, але не в повній мірі і не всяке середовище. Це ускладнює нам міркування. Але, якщо швидкість хвиль уповільнена середовищем у багато разів, вона визначається в основному середовищем, і хвилі в тій же мірі тоді рухаються щодо середовища, але аж ніяк не щодо спостерігачів, тим більше - стоять поза середовищем.
Говорячи про швидкість середовища, будемо мати на увазі деяку середню швидкість двох середовищ: реальної і "ефіру". Якщо хвилі в середовищі рухаються в n разів повільніше, ніж у порожнечі, то ця середня швидкість буде менше швидкості середовища в n / (n-1) раз. Якщо ж середовище не уповільнює електромагнітні хвилі, то не є середовищем електромагнітної, і нас тут не цікавить. Будемо вважати хвилі в середовищі настільки повільними, що впливом на неї "ефіру" або абсолютної швидкості світла можна знехтувати, і тому неважливо, є ця гіпотетична середовище або її немає.
Системи, поміщені в середу, виявляються в тих умовах, які визначені класичною теорією ефіру для об'єктів в "ефірі". Хвилі в них рухаються щодо середовища. Середа ж замінює "ефір" і грає роль абсолютної системи координат. Системи, поміщені в хвилевід, перебувають в умовах, що визначаються теорією дальнодії. Хвилевід грає роль навколишнього порожнечу матерії і абсолютної системи координат в цьому поданні: система перебуває в порожнечі, а швидкість хвиль в ній визначається предметами, які розташовані в стороні.
Якщо середу привести в рух щодо вміщеній в неї системи координат, то середовище буде захоплювати електромагнітні хвилі за собою, як вітер - хвилі звуку, зменшуючи їхню середню швидкість на дорозі туди - назад, довжини стоячих хвиль і всі розміри системи. Нескладно вирахувати, що розміри уздовж руху скорочуються від цього в g2 раз (де g 2 = 1 / (1 - v2/с2), v - середня швидкість середовища щодо системи, c - середня швидкість хвиль у середовищі), "поперечні" - лише в g разів.
Коли середовище приведена в рух, то на частоту коливань у генераторах, і тому на хід підключених до них годин і на довжини випромінюваних ними хвиль впливає ще й Лоренцева "уповільнення часу", а точніше: уповільнення електромагнітних процесів рухом середовища крізь них. Якщо крізь котушки генераторів (крізь їх магнітні поля) прокачувати електромагнітну рідина, то частота коливань у генераторах буде зменшуватися зі збільшенням швидкості рідини, так як рух середовища крізь магнітне поле генерує додатковий електричне поле, чим збільшує енергію поля котушки і її індуктивність. Рух середовища крізь електричне поле конденсаторів генерує додатковий магнітне поле, збільшуючи енергію, накопичену в конденсаторах. Тому резонансна частота коливальних контурів і частота коливань у генераторах зменшуються в g разів. Таким же чином рух середовища уповільнює в g раз всі поточні в ній електромагнітні процеси. Так і слід розуміти "уповільнення часу" з точки зору класичної фізики.
Реальна середовище не може, як "світлоносний ефір", рухатися всередині проводів та деталей, з яких зібрані генератори, і невелика частина полів тому опиниться всередині проводів та деталей, поза рухається середовища, але будемо вважати, що це не позначається на результатах, і що формула Лоренца для часу залишається точною. Тоді зменшення частоти приводить до такого збільшення довжин хвиль і розмірів систем, що при будь-якій швидкості точно відновлює їх "поперечні" розміри, і скорочуються лише "поздовжні", але тепер в меншому ступені (лише в g разів).
Рух середовища щодо системи призводить також до реорганізації коливань у часі, до зміни синхронізації коливань і годин з утворенням тимчасових інтервалів, як було описано в попередньому розділі. Освіта тимчасових інтервалів, скорочення розмірів і уповільнення процесів, взяті разом, складуть ту картину змін у системі, яку описують перетворення Лоренца для електромагнітних об'єктів у середовищі (при обчисленнях швидкість світла у формулах Лоренца потрібно замінювати тут середньою швидкістю хвиль у цьому середовищі). Перетворення Лоренца виступають тут як результат трьох описаних вище елементарних явищ, і їх фізичний зміст і причини зрозумілі.
На малюнку рис.4 показана самоорганізована система у вигляді ланцюжка елементів, що рухається щодо середовища вздовж осі Х зі швидкістю V (праворуч). Елементи системи і процеси в них представлені у вигляді годинника, що дозволяє показати одним значком і розташування їх у просторі, і стан їх у часі (фази процесів). Можна вважати, що система побудована з генераторів, і на малюнку показані реальні годинник, підключені до генераторів. Ця ж система є відрізок осі Х матеріальної релятивістської системи координат, вміщеній в середу і рухається відносно середовища і координат (X, ct), пов'язаних з середовищем.
Годинник тут синхронізовані так, як того вимагає теорія відносності. Тут "з" - швидкість електромагнітних хвиль, які об'єднують систему. Таку картину бачив би в момент часу t = 0 спостерігач, що перебуває поза середовищем і спостерігає за системою за допомогою звичайного, не уповільненої світла і без помилки спостереження. Можна також вважати, що рухається тут середовище (ліворуч), а елементи нерухомі. Картина від цього не змінюється. Годинник показує стан (фази) процесів, і по них визначається Лоренцева "місцевий час". Кожен наступний у русі процес випереджає у своєму плині попереднього, що і показують ці години.
Ті ж елементи (точніше, процеси в них) показані в площині (Х, ct) точками, що лежать на осі X '. Їх координати по осі часу ct відповідають показанням годин. Відрізок oA відповідає відстані елементи A від початку координат (від елемента "o") у тривимірному просторі, відрізок AB - часового інтервалу між процесами в них. Відстань між елементами в системі (або між годинником) і часовий інтервал між ними, взяті разом, становлять чотиривимірний просторово-часовий інтервал (відрізок oB), довжина якого в чотирьох вимірах (у просторі та часі) визначається як гіпотенуза трикутника, катетами якого служать відстань (тривимірна довжина oA) і твір тимчасового інтервалу на швидкість електромагнітних хвиль у середовищі (AB).
Вісь ct '(графік руху елемента "о") служить віссю часу системи координат (X', ct '), яка рухається разом з елементами. З точки зору спостерігача, нерухомого щодо неї і здатного спостерігати за нею лише з допомогою тих же повільних хвиль, всі годинники показують однаково. Різниці в їхніх свідченнях він не бачить. Це повністю приховано від нього за помилкою спостереження.
Зображення системи координат на рис.4 виглядає незвично лише тому, що точками на осі Х 'показано не час, що визначається за місцевим годинах, а стану самих цих годин, тобто та ж величина з протилежним знаком.
Просторово-часовий інтервал (довжина в чотиривимірному просторі-часі) від швидкості системи в середовищі не залежить. Зі збільшенням швидкості зменшуються відстані між елементами системи, але тимчасові інтервали між ними збільшуються так, що довжини просторово-часових зберігаються. Відстань між годинами, спочатку рівне l, при швидкості v стає рівним l / g, і утворюється часовий інтервал, рівний lv/с2. Квадрат довжини гіпотенузи трикутника, катети якого дорівнюють l / g і c (lv/с2), дорівнює: (1 - v2/с2) × l2 + (lv / c) 2 = l2, тобто довжина гіпотенузи при будь-якій швидкості дорівнює її довжині при v = 0.
Ось це сталість чотиривимірний довжини і затверджується постулатом теорії відносності про сталість розмірів тіл. Розмірів не в звичайному сенсі, не в трьох вимірах, а в чотирьох. Постулат не відноситься до довжини тривимірної, рівної l / g. І не дозволяйте критикам плутати, як вони, зазвичай, плутають, довжину тривимірного відрізка, від швидкості залежить, з чотиривимірний "довжиною" просторово-часового інтервалу, від швидкості не залежить. Не дозволяйте їм також називати довжиною просторово-часовий інтервал. Ці дві величини розрізняються принципово, як кілограм маси від кілограма сили. Саме таку плутанину застосовують для критики Лоренца і Фіцджеральда, користуючись загальним розумінням.
Так класична фізика пояснює фундаментальний постулат теорії відносності про сталість розмірів тіл у чотиривимірному просторі-часу - його фізичний зміст, і механізм, який реалізує це сталість.
Те ж сталість інтервалів має місце і при криволінійних рухах. Уявіть собі гігантської довжини кільцеву залізницю і на ній такий довгий поїзд, що локомотив впирається в останній вагон. Зі збільшенням швидкості поїзда його довжина буде зменшуватися, а локомотив - віддалятися від останнього вагона, і зі збільшенням швидкості число вагонів можна додавати. Якщо ж на ньому організовано систему єдиного часу, наприклад, по вагонах встановлені наші генератори з лічильниками, то буде видно різницю ходу годин між локомотивом і останнім вагоном, що залежить від швидкості, - як сума тимчасових інтервалів по всій довжині поїзда. Можна обчислити просторово-часовий інтервал по довжині поїзда. Він і тут мінятися не буде. Зазор між останнім вагоном і локомотивом, природно, не буде постійним ні в якому сенсі.
Так класична фізика працює в області рухів, які теорія відносності не розглядає.
Кожна з наших систем - єдиний електромагнітний об'єкт, і перетворення Лоренца для кожної з них вірні так само, як і для інших електромагнітних об'єктів, що рухаються в середовищі або поза нею. Ми вже з'ясували фізичний зміст перетворень і бачимо, що їх причини та механізм дій знаходяться всередині об'єкта, тобто перетворення Лоренца - це властивість електромагнітних об'єктів, а не простору-часу і не середовища. Хоча розглянули ми лише окремий випадок, але бачимо в ньому наслідок явища спільного: обмеженості швидкості полів і сигналів, що зв'язують систему або процес воєдино, і розуміємо, що ті ж висновки застосовні скрізь і до всіх електромагнітним об'єктів і процесів, що становлять єдине явище. І можемо впевнено сказати, що перетворення Лоренца не будуть вірні фізично для групи предметів або процесів, не пов'язаних між собою і не становлять єдиного предмета чи процесу. Хоча вірні для кожного з них окремо і навіть здаються вірними для груп з точки зору змінює свою швидкість спостерігача. Розміри таких груп, відстані і тимчасові інтервали в них не залежать від швидкості і не змінюються при спільних прискореннях. Відсутні тому причини: зв'язки. Перетворення Лоренца застосовні не до всього, що є в просторі, і тому, представляючи їх у вигляді загальної властивості простору-часу, можна отримати помилки при обчисленнях, і потрібно бути обережним.
Розглянемо, як повторення пройденого, наступний приклад. Нехай вісь системи координат складається з пучка жорстких стержнів, які приводяться в обертання годинниковим механізмом і на які по всій довжині насаджені стрілки годинника - вартові, хвилинні, секундні і т.д., а також циферблат - на стрижень, який не обертається, і утворюють єдиний протяжний годинниковий механізм з безліччю стрілок. Тим не менш, якщо цей пристрій привести в рух (уздовж осі, зрозуміло), то показання годин перестануть бути однаковими, а стрижні будуть скрученими. Відбудеться наступне. У процесі обертання стрижня передній його кінець відстане на певний кут від заднього кінця (аналогічно трійці диполів на рис.2), тому передні годинник відстануть від задніх на певний часовий інтервал. Зігнувши пристрій у розімкнене кільце і привівши в рух навколо нас, ми могли б безпомилково і явно спостерігати всі ці зміни: і скручені стрижнів, і різниця в показаннях годин.
Однак, при прискореннях стрижні, сповільнюючи одні стрілки і прискорюючи інші, будуть передавати механічні зусилля і енергію, що наблюдаемо з будь-якої точки зору і при будь-яких видах руху. Якщо ж стрижні розділити на частини, позбавивши здатності передавати зусилля, то рух механізму перестане бути єдиним процесом. При прискореннях нові кінці стрижнів будуть провертатися відносно один одного, а показання годин, розташованих на стику частин з того чи іншого боку, розійдуться, що ніяк не відповідає перетворенням Лоренца для пристрою в цілому. За Лоренцу перетвориться лише єдиний механізм.
Розглянемо тепер коротко як діє принцип відносності в його новому класичному уявленні, уже з огляду на, що всі природні тіла - це самоорганізуються.
Якщо уявити собі світ, що складається з безлічі систем, що самоорганізуються (того ж типу, що розглядалися), які занурені в електромагнітну середу з повільними хвилями і рухаються в ній без тертя, то і в цьому світі має місце принцип відносності рухів. Якщо спробувати визначити за допомогою внутрішніх засобів такого світу швидкість середовища шляхом порівняння розмірів систем, що рухаються в ній з різними швидкостями, то це не вийде. Причини ті ж, що і в нашому реальному світі: "поперечні" розміри від швидкості не залежать, порівняння ж "поздовжніх" відводить до проблеми розуміння одночасності (тобто все відбувається так, як описують в підручниках, і повторювати немає сенсу). Спостерігається лише відносна швидкість, абсолютна ж (щодо середовища) таким шляхом не наблюдаема.
Нехай тепер спостерігач, що живе в цьому світі повільних хвиль і систем, що самоорганізуються (внутрішній по відношенню до такого світу спостерігач), спробує з уповільнення годин визначити швидкість щодо середовища. Дивлячись на рухому щодо нього вісь координат (зображену на рис.4) з розставленими уздовж неї годинами, нерухомий спостерігач побачить пробігають повз нього низку годин, хід яких фактично уповільнений рухом щодо середовища. Але кожні наступні години зрушені вперед на певний часовий інтервал, і спостерігач бачить їх, як змінюються кадри кіно, в якому хід годинника прискорений. Цей ефект прискорює спостережувану картину в g 2 разів. Годинники, фактично уповільнені в g раз, в цьому "кіно" бачаться як прискорені в g разів. Це - теж помилка спостереження. І спостерігач не може вирішити: чи то він сам рухається в середовищі, і це його годинник уповільнені рухом, чи то рухається система координат, і він бачить "кіно".
Уповільнення ходу рухомих годинників можна б, як здається, виявити, порівнюючи їх свідчення в два моменти часу з двома годинами своєї системи координат. Але і тут спостерігач може думати, що рухається його система координат, тому показання двох її годин зрушені на часовий інтервал, і знову не може вирішити, яка ж із систем нерухома. Завжди спостерігається тільки відносне час і тільки як наслідок відносного руху. І цим ми зобов'язані реорганізації систем рухом і "уповільнення часу" - властивостями електромагнітних об'єктів.
У поставлених умовах у внутрішнього спостерігача немає можливості визначити швидкість середовища ніякими експериментами. Тут середовище є за умовою, але за допомогою лише внутрішніх коштів цього світу ненаблюдаемость принципово. Спостерігається лише відносна швидкість систем і, доки рухи рівномірні і прямолінійні, відносний час. Спостерігач має точно ті ж, що і наші фізики, підстави для заяв, що ні середовища, ні абсолютної системи координат в його світі зовсім немає. Для з'ясування істини потрібні більш швидкі, не уповільнені середовищем сигнали, але таких в його світі немає. І нам в нашому світі для тієї ж мети теж потрібні сигнали, більш швидкі, чому світ, але їх у нас теж немає. Ненаблюдаемость абсолютного руху ще не доводить, що воно не існує.
Зробимо з цього висновок: ненаблюдаемость абсолютного (щодо середовища) руху самоорганізуються є властивістю самих цих систем. Абсолютна система координат, є вона чи ні її, не може бути в принципі виявлена шляхом порівняння рухомих систем, що самоорганізуються і ходу рухомих процесів. У цьому і полягає принцип відносності.
Переваги класичної фізики тут очевидна: і сам принцип відносності, і його причини, і всі пов'язані з ним явища нею пояснюються. Вона більш глибока. Ніякі постулати і гіпотези їй не потрібні.
Доказ тому, що абсолютна система координат, тобто абсолютні швидкість і час, хоч і ненаблюдаемость принципово, але існують, надає нам сама теорія Ейнштейна. Заперечення абсолютної швидкості, абсолютного часу і абсолютної системи координат вводить в цю теорію "тимчасової парадокс": годинник, відправлені в різних напрямках і потім повторно зустрілися, повинні відставати один від одного (годинник А відстають від годинника Б, а годинник Б відстають від годин А ), так як рухалися відносно один одного. Посилання на прискорення і вічну незавершеність теорії відносності - не виправдання, тому що Лоренцева "уповільнення часу" не залежить від траєкторії і прискорення, і причиною повторної зустрічі годин може бути не прискорення, а "викривлення простору" (відповідно до теорії відносності), та й не можуть годинник втекти за ту мить, коли їх швидкість змінювалася. Справа тут просто в спостережливості. А всі посилання мають на меті ухилитися від обговорення випадків, де годинник повторно зустрічаються і парадокс спостерігаємо.
Тимчасової парадокс не має місця, коли передбачається хоч довільно взята, але абсолютна система координат, тобто коли в міркуваннях використовується (навіть таємно) факт її існування. Ейнштейн писав, що за абсолютну систему координат може бути прийнята будь-яка інерціальна. Але тоді теорія діє вже в абсолютній системі координат, фактично визнавши її існування і спираючись на неї в логіці своїх міркувань. І тоді, як випливає з формули Лоренца для "уповільнення часу", і ті, й інші годинники відстають від годин абсолютної системи, і більше відстануть ті години, які рухалися з більшою середньоквадратичної абсолютної швидкістю. Абсолютна швидкість береться довільно, тому до уваги приймається лише різниця ходу двох годин, яка від абсолютної швидкості не залежить, що і дозволяє брати її довільно. І прискорення тоді не заважають, і посилатися на них не потрібно. Годинники, що рухалися відносно один одного, можуть показувати і однаково. При відсутності ж абсолютної швидкості третє (опорних) годин немає, у формулу підставляється відносна швидкість, квадрат її для двох об'єктів однаковий, і результатом стає взаємне та рівне відставання годин, тобто парадокс.
Усі міркування, що приводять до відсутності парадоксу при відсутності абсолютної системи координат, містять приховане використання абсолютної системи координат, приховане визнання факту її існування. Теорія відносності поза абсолютної системи координат стає парадоксальною, внутрішньо суперечливою.
Оскільки абсолютна швидкість в принципі не виявляється наявними сьогодні засобами, а прискорення абсолютні, ми можемо розуміти абсолютну швидкість як невизначений інтеграл від абсолютного прискорення - з точністю до невідомої константи, і довільно обирати будь-яку, але одну для кожного завдання інерційну систему як абсолютної, ніколи не приходячи до логічних суперечностей.
Абсолютна швидкість не позначається на результатах жодних експериментів, і фізики кажуть, що знання про неї не потрібні, що фізика без неї може обійтися. Теорія відносності теж не потрібна нам у роботі, без неї справляємося. Але знати її хочемо. Якщо фізики знову не зможуть знайти абсолютну систему координат, то ми знайдемо її самі.
Заперечення абсолютного руху служить критичним аргументом проти класичних теорій, але приносить в жертву зміст самої теорії відносності, спотворює її, робить парадоксальною, алогічною, і тому неприйнятною для технічно грамотних людей, як кажуть, "заумної". Критика ж, наполягаючи на відсутності абсолютної системи координат, вводить парадокс, призводить теорію в зіткнення з логікою і використовує як засіб повалення логіки: мовляв, теорія вірна і навіть геніальна, суперечить вашій логіці, а значить, не вірна ваша "побутова" логіка.
Інший критичний аргумент: скорочення розмірів тіл, про який говорили Лоренц і Фіцджеральд, просто називають нісенітницею, ніяк не пояснюючи. Кращих аргументів так і знайшли. Адже вже більше півстоліття фізика в принципі знає, що тіла - це самоорганізуються. Та й не можуть бути постійними звичайні тривимірні розміри. Адже один кінець тіла повинен хоча б знати про те, де знаходиться інший в даний момент. Будь-який сигнал запізнюється, приносить застарілі відомості - про те, де він був раніше, що й позначається на розмірах структур, навіть якщо вони розумні. Вони не можуть врахувати помилку без знання абсолютної швидкості. Сталість розмірів у принципі неможливо.
Ми всі вчили математику, і знаємо, що інтервали в чотиривимірному просторі, про сталість яких писав Ейнштейн, і інтервали в тривимірному, про які писав Лоренц, відрізняються як відрізок прямій від його проекції або як гіпотенуза від катета. Навіщо ж плутати людей, представляючи їм (від імені світової науки!) Гіпотенузу і катет як одну й ту ж довжину, про яку нібито і сперечалися? Ось такими трикутниками абсурду і були відкинуті потрібна нам наука, логіка і наш образ думок. Ця мета критики зовсім і не ховається, а успішне руйнування класичної фізики - фундаменту наших професій, нашого мислення, теоретичних основ наук і технологій - оспівується як перемога.