|
|
В.А. Шашлов
Пространство и время представляют собой числовое и (или) геометрическое представление Субстанции, имеющей физический смысл обобщенного пространства скоростей и математическую форму аффинно-проективного пространства.
Цель работы
Работа имеет своей целью приоткрыть покров тайны, которая испокон веков окутывала понимание природы пространства и времени.
Содержание работы
В первом разделе указаны стадии эволюции пространства-времени, определяемые изменениями математической формы Субстанции.
Во втором разделе описано, каким образом свойства пространства и времени порождаются атрибутами Субстанции.
В третьем разделе предложен эксперимент, способный пролить свет на природу гравитации и пространства-времени.
I. Физическая природа пространства и времени
В предыдущих работах [1,2] рассмотрена природа материи и взаимодействий, как объектов внешнего пространства, которое имеет форму проективного пространства и является математическим образом Субстанции.
Если материя и взаимодействия действительно обусловлены Субстанцией в форме проективного пространства, то естественно предположить, что свойства пространства и времени также являются следствием свойств проективного пространства и его подпространств, которые возникли на разных стадиях эволюции Субстанции.
Основополагающая гипотеза данной работы: пространство и время представляют собой совокупность всех значений координат, которые описывают математическую форму Субстанции в виде проективного пространства.
Исходное состояние Субстанции – это кватернионное бесконечномерное проективное пространство (НP∞). Данное пространство является наиболее общим линейным (однородным) пространством, содержащим бесконечность.
Наличие этих 2-х свойств является достаточным основанием, чтобы принять НP∞-пространство в качестве математической формы Субстанции Мироздания: Субстанция «должна быть» и однородной, и бесконечной.
Примечание. Более того, в исходном состоянии конечные и бесконечные элементы были равноправны друг с другом: это также является веским аргументом, чтобы признать проективное пространство в качестве Субстанции Мироздания.
Спонтанные нарушения симметрии Субстанции привели к сужению группы преобразований НP∞-пространства, что выразилось в возникновении следующих структур:
1) выделились комплексное (СP∞) и вещественное (RP∞) пространства,
2) произошло разделение конечных и бесконечно удаленных элементов, в результате чего все 3 пространства стали аффинно-проективными,
3) выделились подпространства, содержащие n = 3 измерения.
Примечание 1. Количество выделенных 3-мерных подпространств может быть бесконечным, и в каждом из этих подпространств может образоваться своя Вселенная. Таким образом, гипотеза «мультивселенной» может отвечать действительности, только в совершенно ином виде, чем предлагает инфляционная модель. Вселенные не образуют «дурной бесконечности», располагаясь на экспоненциально больших расстояниях в одном и том же 3-мерном евклидовом пространстве: для каждой Вселенной Субстанция предоставляет свою тройку (или больше?) измерений.
Примечание 2. Причина, по которой происходит выделение именно 3-мерных подпространств, нуждается в дополнительном исследовании.
Пространство-время представляет множество значений предпочтительных координат, которые описывают указанные пространства.
Данные координаты видоизменялись в следующей последовательности:
1) однородные проективные координаты (Х0 : Х1 : Х2 : Х3 : …),
2) однородные аффинные координаты (х0 : х1 : х2 : х3 : …),
3) n + 1 = 4 однородные аффинные координаты (х0 : х1 : х2 : х3).
Это означает, что сначала пространство-время было бесконечномерным проективным, затем преобразовалось в аффинно-проективное, и только на третьем этапе появились 4 однородные аффинные координаты (х0, х1, х2, х3), первая из которых является временной, а три другие – пространственными координатами. Данные преобразования составляли первые стадии эволюции Субстанции.
На следующей стадии в 3-мерном аффинно-проективном пространстве появился невырожденный вещественный Абсолют, который определил метрику этого пространства, а также метрику пространства-времени.
Примечание. Термин «Абсолют» имеет чисто математический смысл: такое название носит инвариантная поверхность в теории проективного мероопределения, которая определяет вид метрической геометрии, которую данный Абсолют порождает в проективном пространстве.
Итак, пространство-время не является самостоятельной сущностью, как утверждает субстанциональная концепция, а представляет собой математический объект, свойства которого определяются Субстанцией, лежащей в основе материального мира.
Вместе с тем, пространство-время не является системой отношений между частицами материи, как утверждает реляционная концепция. Основной недостаток реляционной концепции в том, что она априори ограничивает количество возможных видов материи только двумя видами, что заведомо обедняет физическую картину мира: во Вселенной может существовать более глубокая сущность, которая породила и частицы материи, и переносчики взаимодействий (а также и пространство-время).
II. Происхождение свойств пространства и времени
В 3-мерном пространстве имеется единственный вещественный невырожденный Абсолют: - (х0)2 + (х1)2 + (х2)2 + (х3)2 = 0. Данное уравнение совпадает с уравнением, которое задает в 4-мерном аффинном пространстве псевдоевклидову метрику. Это дает ответ на вопрос: «Почему пространство-время является псевдоевклидовым?».
Ответ состоит в следующем: «Метрика пространства-времени определяется Абсолютом внешнего аффинно-проективного пространства».
Примечание. Метрические свойства пространства-времени получаются в полном соответствии с теорией проективного мероопределения Кэли-Клейна.
Наличие у пространства-времени псевдоевклидовой метрики позволяет получить все результаты Специальной теории относительности: все релятивистские эффекты – это результат поворота пространственно-временных осей в псевдоевклидовом пространстве.
Однако, проективная модель пространства-времени объясняет и все остальные свойства, которыми обладают пространство и время, включая направленность и необратимость времени. Данные свойства обусловлены характерной особенностью строения аффинно-проективного пространства, которая состоит в том, что точка с координатами (0, 0, 0, 0) не входит в число элементов проективного пространства.
Примечание. Нулевое значение всех 4-х координат не соответствует никакой точке внешнего пространства: такой точки просто не существует «в природе».
Вместе с тем, нулевые значения всех 3-х пространственных координат х1 = 0, х2 = 0, х3 = 0 вполне допустимы: такие значения имеют координаты любой частицы материи, которая выбрана в качестве начала пространственной системы координат. Это означает, что для каждой частицы материи значение временной координаты х0 = 0 является невозможным. В свою очередь, недостижимость данного значения временной координаты не позволяет частице осуществить непрерывный переход через точку х0 = 0.
Для каждой частицы материи момент времени «настоящее» описывается точкой с координатами (ε, 0, 0, 0), где ε → 0. Отсутствие непрерывного перехода через точку х0 = 0 означает, что из момента времени «настоящее» координата х0 может изменяться только в сторону возрастания абсолютной величины ε, т.е. направление изменения временной координаты фиксировано, и знак координаты не может быть изменен.
Данные свойства означают направленность и необратимость изменения временной координаты: направленность и необратимость времени – следствие того, что Субстанция имеет форму проективного пространства.
III. Эксперимент
Экспериментальную проверку описанных выше стадий эволюции пространства-времени осуществить невозможно. Однако, вполне реально провести эксперимент, который позволит получить ответ на вопрос: «Является ли тяготение искривлением пространства-времени (как утверждает Общая теория относительности), или тяготение представляет собой искривление внешнего пространства, имеющего физический смысл пространства скоростей (проективная модель пространства-времени)?».
Эксперимент заключается в том, чтобы сравнить темп хода 3-х Часов: одни Часы расположены на уровне моря, а двое других Часов расположены на одной и той же высоте над уровнем моря, однако одни Часы находятся в состоянии свободного падения, а другие – жестко закреплены на этой высоте. Результат данного эксперимента позволит ответить на вопрос: «Каким образом гравитационное поле влияет на темп хода Часов, находящихся в различных состояниях движения?».
Согласно Общей теории относительности, если учесть поправку на замедление времени, обусловленное скоростью падения Часов в гравитационном поле, то темп хода Часов, находящихся на одной и той же высоте, должен быть одинаковым.
Примечание. По сравнению с Часами на уровне моря, эти двое Часов (с учетом поправки) должны идти быстрее, т.к. находятся в более слабом гравитационном поле.
Для Часов, которые находятся в состоянии свободного падения, этот вывод проверен многочисленными экспериментами, включая работу спутниковых систем навигации (спутники, на которых расположены квантовые стандарты частоты и времени, находятся в состоянии свободного падения). Показания Часов на спутниках учитывают гравитационную поправку, величина которой определяется высотой орбиты спутника.
Однако Часы, которые неподвижны относительно поверхности Земли, хотя они находятся при более высоком значении гравитационного потенциала, должны идти в том же самом темпе, что и Часы на уровне моря. Причина в том, что гравитация представляет собой искривление пространства скоростей, поэтому Часы, расположенные в одной и той же точке пространства скоростей (т.е. Часы на уровне моря и Часы, находящиеся на высоте, но жестко связанные с Землей), должны идти в одинаковом темпе.
Наличие у пространства скоростей кривизны не сказывается на показаниях Часов, находящихся в одной и той же точке пространства скоростей, вследствие чего жестко связанные с Землей Часы должны показывать одинаковое время независимо от того, на какой высоте они находятся.
Другими словами, данная пара Часов должна идти синхронно, что и должен подтвердить предлагаемый эксперимент (подробнее о проведении данного эксперимента см. [3] и указанные там более ранние работы).
На первый взгляд, данный вывод противоречит уже проведенным экспериментам. Согласно общепринятому мнению, эксперименты уже доказали, что чем глубже Часы погружаются в гравитационное поле, тем медленнее темп их хода.
Однако, большая часть проведенных экспериментов являются аналогами эксперимента 1960 года Паунда и Ребки, в котором исследовался не темп хода Часов на разных высотах, а на каких частотах будет происходить поглощение электромагнитных волн, прошедших между точками, находящимися при разном значении гравитационного потенциала. Данные эксперименты не являются прямыми экспериментами по сравнению темпа хода Часов в указанных точках, поскольку требуют дополнительного предположения, что гравитационное поле не влияет на частоту электромагнитных волн.
Примечание. Это странно: на энергетические уровни в частицах материи гравитация влияет, а на значительно более «эфемерные образования» (фотоны) – нет.
Прямой эксперимент должен состоять в сравнении показаний Часов, которые достаточно долго находились в точках с разным значением гравитационного потенциала. В прошлом веке подобные эксперименты проводились, но для этого вторые Часы поднимались на самолетах, или перемещались высоко в горы, что значительно снижало точность полученных результатов.
В 2010 году в Национальном Институте Стандартов и Технологии (США) был проведен лабораторный эксперимент, который, как утверждается, подтвердил замедление темпа хода Часов, находящихся ближе к центру Земли, и величина замедления соответствовала предсказаниям Общей теории относительности. Однако, имеются сомнения в методике проведения данного эксперимента. Кроме того, по непонятной причине за прошедшие 10 лет данный эксперимент не был перепроверен в других лабораториях, хотя точность Часов увеличилась на 1-2 порядка.
Поэтому имеет смысл повторить данный эксперимент, чтобы окончательно снять вопрос о том, как влияет гравитация на течение времени. Если эксперимент покажет, что неподвижные Часы, находящиеся на разной высоте относительно поверхности Земли, идут в одинаковом темпе, то ответ на вопрос о взаимосвязи тяготения со скоростью течения времени будет таким: «Для частиц, которые изменяют свое состояние движения под действием гравитации, временная ось искривлена, а для частиц, жестко связанных с тяготеющей массой, ось времени остается прямолинейной».
Заключение
В данной работе предпринята попытка обосновать утверждение, что существование и свойства пространства-времени обусловлены Субстанцией, имеющей форму проективного пространства.
Пространство-время не остается неизменным «с сотворения Мира», как полагают Библия и современная наука: свойства пространства-времени изменяются по мере того, как Субстанция претерпевает наиболее естественные с математической точки зрения трансформации (из бесконечномерного проективного пространства преобразуется в 3-мерное аффинно-проективное пространство).
Пространство-время представляет собой множество всех возможных значений однородных аффинных координат, с помощью которых описывается математическая форма Субстанции в виде аффинно-проективного пространства скоростей.
Дополнительные ограничения, накладываемые на это множество наличием Абсолюта, образованного скоростями всех существующих во Вселенной фотонов, формируют метрические (псевдоевклидовы) свойства пространства-времени.
Все свойства пространства-времени, как метрические, так и топологические, получаются в рамках проективной концепции Мироздания.
Предлагается эксперимент, реализация которого позволит ответить на вопрос: «Действительно ли тяготение представляет собой искривление пространства-времени, или тяготение – это искривление пространства скоростей?».
В заключение приведу уточненную формулировку полученных в [2] выводов, касающихся сильного взаимодействия и темной энергии.
1. Темная энергия имеет ту же самую природу, что и тяготение.
И тяготение, и темная энергия обусловлены натяжением проективных прямых (RР1), связывающих центральные коры частиц материи с бесконечно удаленной плоскостью проективного пространства. Отличие в том, что всемирное тяготение возникает за счет увеличения натяжения RР1-прямых на отрезке, расположенном между каждой парой частиц материи, тогда как темная энергия порождается увеличением натяжения на отрезках, которые соединяют каждую частицу с бесконечностью.
В первом случае более высокое натяжение приводит к ускоренному сближению частиц друг с другом (что проявляется в возникновении силы тяготения между каждой парой частиц), а во втором случае происходит ускоренное приближение всех частиц к бесконечности (что проявляется в ускоренном разбегании галактик друг от друга).
Примечание. Второй эффект гораздо слабее первого, поэтому проявляется только для наиболее массивных объектов Вселенной, какими являются галактики.
2. Сильное взаимодействие не является фундаментальным.
Сильное (цветное) взаимодействие между кварками в адронах вообще не требуется, поскольку кварки образуются на основе лепестков поверхности Боя, а лепестки являются неотделимыми частями поверхности Боя (в силу ее геометрической природы).
Сильное взаимодействие между адронами образуется благодаря тому, что кварковые заряды располагаются в вершинах лепестков поверхностей Боя. По этой причине, расстояние от кварковых зарядов до поверхности адронов в десятки раз меньше размера самих адронов и, следовательно, при сближении адронов вершинами лепестков, расстояние между кварковыми зарядами соседних адронов также становится в десятки раз меньше размера самих адронов. Вследствие этого, энергия кулоновского взаимодействия кварковых зарядов увеличивается в несколько десятков раз и достигает величины, которая характеризует сильное взаимодействие.
Примечание. Сильное взаимодействие – это кулоновское взаимодействие, интенсивность которого увеличена за счет сближения кварковых зарядов на расстояние, в десятки раз меньшее размеров адронов.
Выводы
1. Пространство и время представляют собой математическое описание свойств Субстанции, имеющей форму проективного пространства.
2. Существующее состояние пространства-времени образовалось в результате эволюции математической формы Субстанции.
3. Псевдоевклидова метрика пространства-времени формируется Абсолютом внешнего проективного пространства, имеющим вид: - (х0)2 + (х1)2 + (х2)2 + (х3)2 = 0.
4. Направленность и необратимость времени обусловлены тем, что пространственно-временные координаты имеют своим прообразом однородные координаты, в которых точка (0, 0, 0, 0) не имеет физического существования.
5. Эксперимент по сравнению темпа хода Часов, находящихся при одном и том же значении гравитационного потенциала в разных состояниях движения, способен стать веским аргументом в пользу проективной концепции пространства-времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Что такое материя? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26552, 16.07.2020
2. В.А. Шашлов, Что такое взаимодействия? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26580, 31.07.2020
3. В.А. Шашлов, Что есть Время? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23997, 26.11.2017
В.А. Шашлов, Что такое пространство и время? // «Академия Тринитаризма», М.,
 |