Некоторые подходы к вопросу о движении по инерции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоторые подходы к вопросу о движении по инерции

Мигунов-Миллер Сергей Николаевич

В статье показаны общие подходы к объяснению природы движения тел по инерции, основанных на новом взгляде на определяющие категории бытия материального мира - материю, пространство, движение, в их взаимосвязи, взаимозависимости.

Ключевые слова: движение по инерции, материя, пространство, движение, потенциалы, силовые факторы.

материя инерция пространство

В целях дальнейшего построения концепции пространства и движения, как формы и способа существования (проявления) материи, рассмотрим очень важный частный случай движения - движение по инерции. Точнее сказать некоторые подходы к этой важной проблеме.

К настоящему времени нет, по существу, единой точки зрения на природу инерции. Ни одна из существующих на сегодняшний день трактовок причин, лежащих в основе движения по инерции (инерции вообще) на наш взгляд не может претендовать по тем или иным причинам на роль единственно правильной. Ибо ни одна из таковых по существу ничего не объясняет, а только предполагает, в зависимости от воззрения того или иного исследователя, наличие тех или иных причин, порождающих инерцию.

С целью исследования движения по инерции обратимся к формуле определения скалярного потенциала равномерно и прямолинейно движущегося заряда, которая была получена нами ранее, в статье «Потенциалы движущихся зарядов» [4, с. 116 - 121]. Эта формула имеет вид

Q

ц (1,t) = [1/4ре0] • ------------------ (1)

r (1)1+a/2(1?V/c)

В этой формуле расстояние r(1)1 будем считать расстоянием от точки траектории, в которой определяется потенциал, создаваемый заряженным телом до соответствующей грани данного заряженного тела. В отличие от формулы (15) из упомянутой статьи, где r(1)1 есть расстояние от точки, в которой определяется потенциал, до геометрического центра последнего ломтика, на которые разбито данное заряженное тело. Для решения данной задачи (исследования движения по инерции) в том виде, который здесь ставится, это не имеет большого, определяющего значения. Для снятия всех вопросов, которые при этом всё же могут возникнуть, положим, что заряд тела значительно превосходит существующий единичный заряд. Далее, размеры тела очень и очень малы, хотя и имеют некоторую пространственную протяжённость. Кроме того, скорость тела не настолько велика по сравнению со скоростью света.

Подсчитаем теперь скалярный потенциал, создаваемый заряженным протяжённым телом. Так же как и в упомянутой выше статье [4, с. 116 - 121] пусть это будет кубик со стороной равной а, с объемной плотностью заряда с. Потенциал будем определять в некоторый, вполне определенный момент времени в точках, лежащих на траектории движения заряда перед передней и задней (относительно направления его движения) гранями заряда (кубика) (рис.1).

Сразу же отметим, что заряженное тело движется равномерно и прямолинейно со скорость V относительно некоторой инерциальной системы отсчёта (на рис. 1 показана только ось X этой системы). При этом тела, составляющие основу этой инерциальной системы координат, находятся на достаточно большом расстоянии от исследуемого заряженного тела. На таком расстоянии, что на момент выполнения измерений потенциалов эти тела основы системы координат не могут влиять на эти измерения (вследствие положения теории близкодействия). Кроме того, вблизи данного исследуемого тела нет других тел, тем или иным способом могущих влиять на измерения в момент их проведения.

Рис. 1

Задача состоит в том, чтобы в этот произвольно взятый момент времени, в который движущийся заряд находится во вполне определенной точке своей траектории движения, определить значения потенциалов в точках, расположенных на оси X. Или иначе на траектории движения данного заряда на расстояниях (от передней и задней граней кубика), соизмеримых с размерами самого заряда. Отметим, что эти расстояния вообще-то могут быть сколь угодно и большими, но нас будут интересовать точки, лежащие в непосредственной близости от граней данного заряженного тела. Самое главное заключается в симметричности расположения этих точек относительно геометрического центра заряженного тела в момент его нахождения на траектории своего движения. При условии равномерного расположения заряда внутри этого тела.

Определим скалярный потенциал, создаваемый заряженным телом, движущимся со скоростью V вдоль оси X в точке (1) (рис. 1) в некоторый момент времени t. Исходя из формулы (1) имеем

Q

ц (1,t) = [1/4ре0] -------------- (2)

r (1)1+a/2(1?V/c)

Здесь Q - заряд всего тела;

r(1)1 - расстояние от точки (1), в которой производится измерение потенциала, до передней по движению грани заряженного тела на момент испускания последнего кванта от заряда, сумма которых (всех квантов) достигнет точки (1) в некоторый момент времени t. То есть расстояние в некоторый запаздывающий момент времени

tзап = t ? r(1)1 / c

На момент фиксации значения потенциала, определяемого в точке (1) в это время t, само тело, вследствие наличия собственного движения и конечности скорости распространения взаимодействия, будет находиться на расстоянии, отличном от r(1)1. Как следует из самого смысла наших предыдущих исследований [2, с. 125 - 139], [3, с. 84 - 91], [4, с.116 - 121], а также из условия отсутствия каких бы то ни было силовых факторов со стороны других тел в пространстве в окрестностях исследуемого заряда, это расстояние определяется формулами преобразований Галилея. Следовательно, расстояние от точки (1) до передней грани заряженного тела на момент производства измерений в этой точке будет определяться

r(1)1,t = r(1)1 - V•tr(1)1 (3)

где tr(1)1 - время движения квантов взаимодействия от передней грани заряда до точки (1), т.е. запаздывающее время, равное

tr(1)1 = r(1)1 / с

Тогда, иначе, (3) будет иметь вид

r(1)1,t = r(1)1 - V•r(1)1 / с = r(1)1•(1?V/c) (4)

Откуда получаем

r(1)1 = r(1)1,t / (1?V/c) (5)

Таким образом, формула (2) принимает вид

Q

ц (1)1,t = [1/4ре0] • ------------------ =

r (1)1+a/2•(1?V/c)

Q

= [1/4ре0] • ---------------------------- =

r (1)1,t / (1?V/c) + a/2•(1?V/c)

Q (1? V/с)

= [1/4ре0] • -------------- (6)

r (1)1,t + a/2

Поставленная задача состоит в измерении значений потенциалов в точках, равноудаленных от геометрического центра заряженного тела (и соответственно от передней и задней его граней), и лежащих на траектории движения в один и тот же момент времени t. Следовательно, вторая точка, в которой необходимо измерить скалярный потенциал в этот же момент времени, будет находиться на расстоянии r(2)N,t от задней грани заряда на оси X против направления движения самого заряда. На таком расстоянии, что

r(2)N,t = r(1)1,t (7)

Значение потенциала в некоторый определенный момент времени, в который производятся измерения, как в первой, так и в этой второй точке траектории формируются, если так можно выразиться в некоторые более ранние моменты времени. В эти более ранние моменты времени сам заряд, так же как и в первом случае, находится на некотором, отличном от r(2)N,t расстоянии r(2)N от второй точки, в которой производятся измерения потенциала. Для этой точки, в этот более ранний момент времени можно записать:

r(2)N = c•tr(2)N (8)

Отсюда

tr(2)N = r(2)N / с (9)

Вследствие движения заряда и конечности скорости распространения взаимодействий, в соответствии с формулами преобразований Галилея, имеем

r(2)N,t = r(2)N+ V•tr(2)N (10)

Решая (10), используя при этом (9), получаем

r(2)N,t = r(2)N + V•r(2)N/c; r(2)N,t = r(2)N• (1+V/c).

Отсюда

r(2)N = r(2)N,t / (1+V/c) (11)

Тогда на основании (11) и согласно (1) имеем

Q

ц (2)N,t = [1/4ре0] • -------------------------- =

r (2)N,t / (1+V/c) + a/2(1+V/c)

Q (1+ V/с)

= [1/4ре0] • -------------- (12)

r(2)N,t + a/2

В (12), с помощью и посредством которой определяется потенциал, создаваемый движущимися со скоростью V зарядом Q в точке (2) в момент времени t, во втором из слагаемых знаменателя в скобках стоит знак (+), в отличие от (1). Это объясняется движением всего заряда от этой второй точки, т.е. их взаимном удалении.

Сравнивая (12) и (6) однозначно приходим к выводу о наличии разности значений потенциалов, создаваемых движущимся заряженным телом в симметрично расположенных относительно этого тела точках на его траектории в один и тот же момент времени. Эта разность потенциалов имеет значение

Q (1+V/c - 1+V/c)

ц (2)N,t - ц (1)1,t = [1/4ре0] • = ---------------------- =

r(1)1,t + a/2

2Q • V/c

= [1/4ре0] ---------------- (13)

r(1)1,t + a/2

Отметим, что значения ц(1)1,t и ц(2)N,t посредством (6) и (12) выражены через r(1)1,t именно для сравнения значений скалярных потенциалов в симметрично расположенных относительно заряда точках на траектории его движения в один и тот же момент времени. Другими слова здесь использовано равенство (7).

Из (13) видно, что эта разность потенциалов имеет положительное значение, т.е. потенциал ц(2,t) в любой произвольно взятый момент времени всегда больше значения потенциала ц(1,t) измеренного (и реально существующего) в этот же момент времени. Иными словами всегда при движении заряда со скоростью V выполняется условие

ц(2)N,t ? ц (1)1,t > 0 (14)

Условие (14) выполняется и в точках траектории, лежащих в непосредственной близости от граней движущегося заряда, т.е. при условии стремления r(1)1,t и r(2)N,t к нулю, иными словами при r(1)1,t = r(2)N,t >0. При этом разность потенциалов для этих точек стремиться к величине

ц (2)N,t ? ц (1)1,t > [1/4ре0] • 4Q • V/аc (15)

Естественно, что все рассуждения, которые выше велись относительно точек на траектории движения заряда, справедливы и для всех других точек в пространстве вокруг движущегося заряда с соответствующими изменениями в выражении (13). Главное же здесь это то, что разность потенциалов, создаваемых самим зарядом в симметрично противолежащих по движению заряда точках пространства, имеется. Здесь мы сделаем одно немаловажное замечание: любой заряд определённого знака движется к противоположному ему по знаку другому заряду, или же от заряда, имеющему тот же знак, что и данный. Смысл того, почему нами сделано это замечание, станет понятным впоследствии, когда нами будет рассматриваться вопрос о строении материи.

Из факта наличия разности потенциалов, рассматривая заряженное тело как единое целое, однозначно следует наличие соответствующих силовых факторов со стороны поля, источником которого является само заряженное тело, которое, несомненно, воздействует на источник возникновения этих силовых факторов, т.е. на сам заряд.

По существующим на сегодняшний день взглядам данное заряженное тело движется по инерции (прямолинейно и равномерно) по существу потому, что на это тело не действуют никакие силы (или действующие силы уравновешены). Другими словами любое тело покоится или же движется прямолинейно и равномерно, т.е. покоится или движется по инерции потому, … что это тело покоится или же движется по инерции.

Действительно первый закон Ньютона - закон инерции гласит - любое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если на данное тело не действуют никакие силы или действующие силы уравновешенны. Иначе - инерция есть краткое обозначение способности тела двигаться прямолинейно и равномерно без всякой причины.

Имеется еще одна формулировка закона инерции: - тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действие со стороны других тел не выведет это тело из данного состояния.

Эти две формулировки закона инерции на протяжении всего того времени, что прошли после его (закона) принятия физикой (т.е. начиная со времен Галилея и Ньютона) считаются полностью идентичными. Однако это абсолютно неверное утверждение, абсолютно неверный взгляд, казалось бы, на очевидную истину.

Сравнивая первую формулировку закона инерции с теми результатами, которые получены при исследовании равномерного и прямолинейного движения заряженного тела, однозначно приходим к выводу о наличии явного противоречия между ними (между полученными результатами и сутью формулировки законов). Вторая из приведенных формулировок закона инерции не находится в столь явном противоречии с результатами наших исследований. Вторая формулировка первого закона Ньютона всего лишь утверждает условия, при которых любое тело можно вывести из состояния покоя или равномерного и прямолинейного движения. И это утверждение верно.

Из всего сказанного следует, что эти две формулировки одного закона инерции не являются тождественными друг другу.

Таким образом, сейчас нам интересна первая формулировка закона инерции, точнее сказать соответствие или же несоответствие этой формулировки реалиям физического мира.

На этом этапе заметим, что сам первый закон Ньютона является чисто умозрительной закономерностью, выраженной в форме закона. Эта закономерность носит эмпирический характер с интерпретацией от наблюдений в реальном мире к чисто научному пониманию существа физического закона. Однако, как известно, не всегда, казалось бы, очевидные явления, закономерности являются таковыми с точки зрения реалий окружающей природы. То есть не всегда наши выводы о существе явлений совпадают с реальными закономерностями окружающего мира. С этой точки зрения наши сомнения в правильности принятого в настоящее время определения движения по инерции имеют под собой определенную почву.

Более того. Забегая вперед, скажем, что в причинном отношении движение по инерции есть движение под действием силовых факторов со стороны «полей», создаваемых самим телом в окружающем это тело пространстве. В связи с последним утверждением скажем лишь следующее. На сегодняшний день считается, что между гравитационным и электрическим полями существует формальная аналогия. Эта аналогия отражена во внешнем сходстве между выражениями для силы взаимного притяжения двух материальных тел и силы электростатического взаимодействия двух точечных зарядов. Однако по нашему глубокому убеждению это сходство не так уж и формально - эти два взаимодействия в фундаментальной области, принципиально являются различными проявлениями одной и той же материальной сущности.

Опираясь только на положение о формальной аналогии между гравитационным и электрическим взаимодействием, при определении потенциала в некоторой точке пространства от равномерно и прямолинейно движущегося тела, имеющего массу m и приведя при этом рассуждения, аналогичные тем, что были применены для электрически заряженного тела, получим соответствующие им результаты. Естественно с заменой во всех формулах (1 - 15) величины электрического заряда на массу тела. И с заменой соответствующих этим формулам коэффициентов пропорциональности, в основе которых лежат те или иные фундаментальные постоянные.

Таким образом, для тела, массой m (имеющего гравитационный заряд m), потенциал в некоторой точке пространства (1) в некоторый момент времени t, будет определяться формулой

m

цm(1,t) = G ------------------ (16)

r(1)1 + (1 - V/c)

где G - гравитационная постоянная, равная в системе СИ: 6,7•10-11 Н•м2/кг2.

Гравитационный потенциал, создаваемый телом массой m, в точках 1 и 2 на траектории его движения будет при этом определяться формулами (аналогичных формулам (6) и (12))

m (1 - V/c)

цm(1)1,t = G ------------ (17)

r(1)1,t + а/2

m (1 + V/c)

цm(2)N,t = G ------------ (18)

r(2)N,t + а/2

Соответственно, из совместного рассмотрения формул (17) и (18) видно, что имеется разность значений гравитационных потенциалов в рассматриваемых точках, создаваемых равномерно и прямолинейно движущимся телом массой m.

Во всем сказанном, кроме того, отметим, что наше мнение совпадает с современной точкой зрения, согласно которой энергия физического тела в любой форме пропорциональна его массе. В частности электромагнитное поле обладает электромагнитной массой.

Тем самым главное заключено в том, что при движении заряда по инерции на заряженное тело действуют силы со стороны создаваемого самим зарядом вокруг себя «поля» электрическими зарядами, заключенными в этом теле. Или же частицами в электрически нейтральном состоянии (атомами, молекулами и т.д.), из которых это тело состоит (гравитационное «поле»).

Здесь нужно сказать, что наша позиция в этом важном вопросе в корне отличается от положений классической физики (и соответственно от взглядов Галилея, Декарта, Ньютона). И естественно она отличается от современных взглядов по этой проблеме.

Ради справедливости необходимо сказать, что наша позиция в рассматриваемой области в некоторой степени не нова. В механике Аристотеля утверждалось, что движение тел есть результат постоянного действия приложенной силы. Конечно, при этом под действующими силами понималось совершенно иное, нежели утверждается нами. Но принцип, что самое главное, в причину движения тел по инерции при этом заложен один и тот же. И это, несомненно, верно.

В связи со всем вышеизложенным необходимо сказать следующее. По современным представлениям силы инерции являются силами особой природы по сравнению с «обычными» силами. В этом смысле «обычная» сила всегда есть результат взаимодействия материальных тел. И в этом же смысле считается, что на самом деле силы инерции в принципе ничего общего с силами не имеют. Другими словами только исторически было принято, что факторы, лежащие в основе сил инерции, являются силами, которые находятся с ускорениями в таких же соотношениях, как и обычные силы.

С позиции предлагаемой нами концепции силы инерции принципиально ничем не отличаются от «обычных» сил. Единственное, по существу, различие этих сил заключается в том, что силы инерции есть результат существования самого материального тела, а «обычные» силы есть результат существования и взаимодействия многих физических тел.

Формула (13) позволяет определять разность потенциалов в один и тот же момент времени на одинаковых расстояниях от центра заряженного тела в системе координат, в которой заряд движется со скоростью V. (Соответствующая формула получается и для гравитационного заряда). В своей собственной системе координат, в которой заряд покоится (V = 0), потенциалы на одинаковых расстояниях от геометрического центра заряда в любой момент времени равны между собой

Q

ц (1) = ц (2) = [1/4ре0]• ---------- (19)

r + a/2

и их разность равно нулю:

ц (2) ? ц (1) = 0 (20)

Таким образом, можно сделать следующий предварительный вывод из факта наличия разности потенциалов и как следствие соответствующих силовых факторов со стороны поля, создаваемого движущимся по инерции телом в окружающем это тело пространстве. Необходимо подвергнуть анализу законы механики Ньютона на соответствие их предлагаемой физической концепции и реалиями материального мира.

Сейчас же интересно совершенно иное в свете обсуждаемого основного круга вопросов данной статьи. Факт наличия силовых факторов со стороны «поля», создаваемого самим движущимся телом в окружающем это тело пространстве заставляет задаться вопросом как о самой сущности возникновения «поля» вокруг движущегося заряда (общая задача), так и об эффекте возникновения разности потенциалов между соответствующими друг другу точками в пространстве вокруг этого тела. И как следствие, возникновения силовых факторов со стороны этого «поля», действующих на это тело (частная задача).

Существующие на сегодняшний день объяснения природы возникновения соответствующего «поля» в окружающем тело пространстве удовлетворять ни в коем случае не могут. Во-первых, такие объяснения при детальном анализе противоречат многим законам сохранения. Во-вторых, и что самое главное, эти объяснения не согласуются с положением о пространстве, как о форме существования материи в том понимании, какое мы в это положение вкладываем, в отличие от трактовки понятия пространства Теорией относительности и соответственно всем современным взглядам на эту реальную физическую категорию.

Соответственно этому современная трактовка понятий пространства и «поля» не дают возможность правильно объяснить факт возникновения разности потенциалов между соответствующими точками в пространстве на траектории движения тела и возникновения силовых факторов, действующих со стороны создаваемого этим телом в пространстве на само это движущееся тело.

Объяснить же все то, что нами только что было затронуто, можно только с позиций трактовки понятия сущности пространства, как абсолютной формы существования материи. Иными словами это можно объяснить, только положив, что само материальное тело не просто находится в пространстве, которое является формой существования материи, а является его неотъемлемой частью, то есть самим в себе. Это не противоречит нашим взглядам, т.к. по этим взглядам пространство не только материально, но это сама материя.

Из только что сказанного естественно вытекают некоторые вопросы, которые требуют ответов. Но, как было замечено выше, для полного пояснения нашей позиции по рассматриваемой теме необходимо более детально рассмотреть такие понятия как вещество, различные «поля» и некоторые другие основные и сопутствующие понятия. Однако уже сейчас можно с уверенностью сказать, что решение рассматриваемой общей задачи лежит в точке пересечения решений этих частных вопросов. Другими словами все рассматриваемые физические категории настолько тесно связаны, что в основе своей составляют единое целое.

Опираясь на наши взгляды на природу инерции (которые были указаны здесь в предварительных и общих чертах, что, однако позволяет уже сейчас использовать их в дальнейших исследованиях) можно констатировать, что движение по инерции любого материального тела по существу является самодвижением. Инерция, как фундаментальное неотъемлемое свойство любого материального объекта обусловлено существованием (проявлением) материи в двух своих неотъемлемых атрибутах - в пространстве и в движении, а также (и в связи с этим, и исходя из этого) конечностью скорости распространения любого взаимодействия.

Тем самым наша позиция полностью отвергает тот взгляд на инерцию, который наиболее полно нашел своё отражение в пресловутом, так называемом «принципе Маха». И тем самым нами отвергаются взгляды Эйнштейна по этому вопросу.

Исходя же из нашей позиции по объяснению природы инерции, не трудно прийти к пониманию такого фундаментального свойства, как равенство инертной и гравитационной масс. Но для этого необходимо на более глубоком уровне рассмотреть такие определяющие бытие понятия как материя и пространство, как единое целое, их сущность, их структуру.

Литература

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, том 2 / Теория поля / М. «Наука», 1973, 504 с.

2. Мигунов - Миллер С.Н. К электродинамике движущихся тел: реальность или фальсификация / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №3 (105), Март 2015. 154 с.

3. Мигунов - Миллер С.Н. Некоторые следствия фундаментального характера, вытекающие из анализа теории относительности / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №8 (110), Август 2015. 98 с.

4. Мигунов - Миллер С.Н. Потенциалы движущихся зарядов / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №11 (113), Ноябрь 2015. 152 с.

5. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике / том 6 «Электродинамика» [пер. с англ.]. М., «Мир». 1977. 352 с.

6. Эйнштейн А. Работы по теории относительности / Альберт Эйнштейн; [пер. с нем. и англ.]. - СПб.: Амфора. 2008. 330 с.

Размещено на Allbest.ru