§8. Выводы из главы I.

Подведем краткие итоги по результатам, полученным в данной главе.
1. Мир материален. В основе всех явлений и физических взаимодействий лежит движение материальных объектов в пространстве. К материальным объектам принадлежат не только осязаемые нами предметы и сплошные среды, но и неосязаемые частицы и среды, такие, как физический вакуум или эфир, который, тем не менее, как это будет показано ниже, проявляет себя во многих физических явлениях.
В настоящее время законы движения механики относятся к жестким, то есть не деформируемым телам, что дает возможность рассматривать их как материальную точку, то есть точку, обладающую массой тела. Такое понятие, как материальная точка, бессмысленно, так как точка не имеет никаких размеров и является геометрическим аналогом нуля. В данном случае лучше было бы говорить о движении центра масс тел, это было бы правильнее с физической точки зрения. Представление тел в виде точечных материальных объектов привело к многим негативным последствиям. Так, без учета деформации тел нельзя было понять сущность сил инерции и их влияния на характер движения тел и т.п. Введение понятия материальной точки поставило барьер на дальнейшем развитии механики.
2. Движение является одним из основных свойств материи. Движение абсолютно в том смысле, что оно неуничтожимо, проявляется же оно в относительном движении тел или через посредство ускорения, наличие которого также говорит об абсолютности движения и независимости его от системы отсчета.
Движение невозможно определить статическими понятиями, такими как величина перемещения, нельзя говорить, что тело находится и не находится в один и тот же момент движения (в одно и то же время) в одном и том же месте. Это будет уже какая-то мистика. Движение – это непрерывный процесс перемещения материальных объектов в пространстве. Этот процесс необратим при любом характере движения, так как события, обусловленные движением, следуют одно за другим в последовательности, определяемой движением, от одной точки к другой, и всегда от предыдущей к последующей. Эта необратимость движения относится и к периодическим процессам, таким, например, как движение маятника, когда по истечении одного периода маятник возвращается в исходное пространственное положение.
Отсюда следует, что движение само по себе является исходным понятием, которое может быть выражено только по его результатам: по перемещению в пространстве для действительного движения или по каким-то событиям – для квазидвижения.
Зенон, наверное, не отрицал существования движения, как это принято считать, это было бы слишком глупо для ученого такого ранга. Он пытался понять сущность движения, выразить его в логических понятиях, что оказалось невозможным. В своих апориях он указал на это противоречие, ему было интересно узнать, как это противоречие разрешат его оппоненты. Собственно, это была постановка задачи для выяснения сущности движения. И эта задача не была разрешена в течение 25 веков!
Так как не было ясного и четкого понятия о движении, то возникали проблемы и с делимостью до бесконечности и с дискретностью. Следует отметить, что при решении этих проблем обсуждали делимость как материи, так и движения. Движение, как и пространство, может делиться до бесконечности, так как они состоят из совокупности бесконечного числа точек. Собственно, каждое движение и каждый элемент пространства состоят из актуальных бесконечностей. Все конечные величины представляют собой различные сочетания бесконечности и ее антипода – нуля. Движение не может быть дискретным, то есть состоять из каких-то неделимых элементов. Отсюда следует, что и при обосновании математического анализа, то есть дифференциального и интегрального исчисления, нельзя пользоваться понятием бесконечно малой величины, если не считать, конечно, ее нулем. Поэтому введение гипердействительных чисел не спасает положения.
Что же касается возможности делимости материи до бесконечности, то этот вопрос оказывается сложнее. Трудно представить себе, чтобы можно было разделить материальное тело до нулевых размеров, так как точка не может быть материальной. Однако в главе VII в качестве гипотезы будет показано, что такое все-таки возможно. И это будет главной причиной “рождения” материи из пустого пространства.
3. Время – это движение, под которым понимается процесс, связанный с перемещением материальных объектов в пространстве. Время, как и всякий процесс движения, необратимо. Времени, как какой-то особой физической сущности, не существует. Понятие времени было необходимо для ориентации человека в непрерывно происходящих вокруг него и в самом себе различных движений, проявляющихся через различные события или их сочетания. Эти события “привязываются” человеком к эталонному движению, которое, собственно, и называется временем. Такое “привязывание” упорядочивает события, устанавливает их последовательность и зависимость друг от друга. За эталонное движение в принципе можно использовать любое движение. В мозгу человека есть свое эталонное движение, поскольку все мы ощущаем время и его движение. Время необходимо также для оценки интенсивности (скорости) движения, так как интенсивность любого движения может быть найдена только путем сравнения его с другим движением, в данном случае с эталонным. Другого способа определения интенсивности движения нет.
Поскольку время является движением, то нельзя говорить, что какое-то движение происходит во времени: движение может происходить только в пространстве. Движение же во времени, как мы привыкли говорить, будет не настоящим движением, то есть квазидвижением. Квазидвижениями являются и многие другие движения: личное, социальное, общественно-историческое, геологическое и т.п. Единицы измерения времени (длительности) – единицы того или иного эталонного движения, причем интенсивность этого движения неизвестна и, в принципе, неопределима вообще.
4. Пространство – это геометрическое свойство материи, характеризующее ее протяженность. Это чисто математическое свойство, не обладающее материальностью и поэтому не могущее быть причиной тяготения или еще каких-то физических свойств или взаимодействий. Пространство не может быть ни однородным, ни изотропным. Эти свойства принадлежат материи. Пространство не существует без материи. Ниже будет показано, что пространство может быть абсолютным и относительным. Абсолютное пространство “порождает” материю и задает ей протяженность. Относительное пространство можно считать геометрическим свойством материи. Пространство трехмерно в связи с особенностью заполнения его точками: одномерное и двумерное расположение точек не заполняет ни малейшей части пространства и только трехмерное ограничивает полностью определенный объем пространства, что исключает возможность существования его дополнительных измерений. Поэтому не существует ни одномерных, ни двумерных пространств, которые часто любят приводить в качестве примера, ни четырех и больших размерностей.
Поскольку пространство является геометрическим свойством материи, оно может делиться до бесконечности. То, что мы ощущаем как пространство, есть окружающий нас со всех сторон и входящий в состав нашего тела физический вакуум, образно говоря, мы в основном состоим из вакуума и плаваем в нем как рыба в воде.
Для описания пространства, в принципе, можно использовать любую геометрию, однако, выбор геометрии определяется удобством ее практического использования. И только.
5. Для описания движения тел И. Ньютон использовал понятие силы. Что такое сила интуитивно понятно всем: это как бы мера взаимодействия материальных объектов. При более тщательном анализе этого понятия оказывается, что сущность силы нам не понятна. По этой причине многие ученые пытались создать механику, то есть описывать законы природы, без использования сил. Однако из этого ничего не получалось, очевидно, потому, что сила является реальным свойством, проявляющимся при взаимодействии материальных объектов. И это свойство, то есть сила, характеризует скорость изменения кинетической энергии в пространстве при движении и взаимодействии материальных объектов: чем быстрее происходит изменение энергии по пространственной координате, тем большая сила этому изменению будет соответствовать. Наглядно это легко представить, если изобразить графически изменение кинетической энергии в функции пространственной координаты: при большой скорости изменения энергии производная, которая и является силой, будет больше. Так что физическая сущность силы очевидна.
Однако, эта сущность силы до сих пор была не известна. Поэтому силе давали разные определения, но, самое главное, из-за этого не могли понять сущность сил инерции, о которых имелся широкий диапазон мнений: от полного их отрицания до признания их объективной реальности. Мы показали, что силы инерции возникают при реальном взаимодействии тел и представляют собой реакцию тел на внешнее воздействие, причем величина этой реактивной силы всегда равна силе внешнего воздействия. Физически сила инерции представляет собой упругую силу, возникающую при деформации тел от внешнего воздействия, что и характеризует ее реальность. Нам удалось установить связь между этими упругими силами деформации и кинетической энергией движения тел с помощью понятия поля кинетической энергии, существующего в объеме тела или сплошной среды. Это поле легко представить для любого вращательного движения, когда скорость частиц тела меняется от точки к точке и соответственно изменяется их кинетическая энергия. Пространственная совокупность кинетических энергий всех частиц тела и представляет собой поле кинетической энергии. Градиент этого поля, представляющий собой производную от кинетической энергии по пространственной координате в направлении наибольшего изменения поля, определяет максимальную величину силы инерции, что же касается направления силы инерции, то оно зависит от характера внешнего воздействия. Этот вопрос будет рассмотрен в других главах. Однако, надо иметь в виду, что определять силу инерции через поле кинетической энергии можно не всегда: для этого можно использовать только те поля кинетической энергии, которые связаны с деформациями тел и с сопутствующей этому потенциальной энергией, как это и имеет место, например, во вращательном движении. В этом случае имеется  прямая связь между энергией деформации и кинетической энергией. Это и дает возможность находить упругие силы деформации, представляющие собой силы инерции, через изменение кинетической энергии в пространстве (объеме тела). Поэтому при решении той или иной задачи, связанной с определением сил инерции, необходимо установить наличие связи между деформациями тел и их кинетической энергией. К счастью, такая связь легко устанавливается во многих случаях. В следующих главах будет рассмотрено много примеров с использованием сил инерции, которые оказывают существенное влияние на характер движения всех материальных объектов, как дискретных, так и в виде сплошной среды.
Предлагаемое нами определение сил вообще и сил инерции в частности полностью исключает любое их превратное истолкование, как это имеет место до сих пор, устанавливает реальность сил инерции.
Ради исторической справедливости следует сказать, что связь между силой и кинетической энергией была установлена еще К.Максвеллом (1831–1879) [43, с.61]: “…если мы вычислим для данной конфигурации быстроту возрастания энергии с перемещением,…то эта быстрота будет численно равна силе, приложенной внешним агентом по направлению перемещения”.
Однако это высказывание К.Максвелла нигде в научной и учебной литературе не упоминается и не обсуждается.
Теперь обратим внимание на следующее важное обстоятельство. Так как силы инерции являются упругими силами, обусловленными деформациями тел, то возникает следующий вопрос: а как быть с микрочастицами, такими, как протон или электрон, будут ли на них на самом деле действовать силы инерции, то есть будут ли они деформироваться? Очевидно, что для стабильности существования атомов силы инерции на них действовать должны, так как иначе центростремительные силы взаимодействия между частицами, например, между протоном и электроном ничем не будут уравновешиваться. Но тогда микрочастицы должны деформироваться, то есть быть упругими, а это будет возможно только тогда, когда сами микрочастицы будут составными, то есть будут состоять из более мелких структурных единиц, взаимодействующих друг с другом. Но теперь появляется следующий вопрос: а как быть с этими, более мелкими частицами, на них ведь тоже должны действовать силы инерции, то есть и они, в свою очередь, должны быть составными? И как долго это может продолжаться? Следуя логике вещей, придется признать, что такое деление частиц должно идти до бесконечности, то есть до нуля. Отсюда следует, что материя должна делиться до бесконечности. Это довольно удивительный вывод. Но может ли так быть на самом деле? Может, должны все-таки быть какие-то минимальные, неделимые, а, значит, и не деформируемые структурные единицы материи? Рассмотрение этого вопроса в последующих главах покажет, что деление материи должно быть бесконечным, так как только на уровне “ничто”, то есть нулевом, возможно возникновение материи.
6. С наличием сил инерции связано существование невесомости. Под невесомостью понимается состояние, в котором находится материальное тело, свободно движущееся в поле тяготения Земли под действием только сил тяготения. При этом действующие на частицы тела силы тяготения не вызывают взаимных давлений частиц тела друг на друга, то есть тело не деформируется. При движении тел в поле тяготения возможны два варианта возникновения невесомости: свободное падение и вращательное движение. При свободном падении на каждую частицу тела действует сила тяжести и сила инерции, направленные в разные стороны. Тело при этом в целом не деформируется, зато будут деформироваться частицы, к которым приложены силы. Однако эти деформации человек не ощущает. При вращательном движении вокруг Земли сила тяжести тоже уравновешивается центробежной силой инерции и тоже на уровне частиц тела. Поэтому и в этом случае тело в целом деформироваться не будет.
Можно также выделить еще один случай невесомости, когда движение тела будет происходить по инерции в отсутствии действия всех внешних сил, в том числе и полей тяготения. При наличии же любого сопротивления, действующего на тело в целом, возникнет деформация тела и ощущение силы
7. Выражение всех сил через посредство кинетической энергии приводит к изменению ее статуса в иерархии физических понятий. Из одного из свойств движущейся материи она превращается в одно из главных свойств ее движения: именно энергией обмениваются тела при взаимодействии, именно скорость ее изменения определяет величину возникающей при этом силы. В связи с этим энергию следует определять как меру взаимодействия материальных объектов. Можно также еще сказать, что энергия – это свойство движущихся тел, проявляющее себя при взаимодействии с другими телами.
Определение силы через количество движения, как это делается в соответствии со вторым законом Ньютона, является частным случаем определения силы через кинетическую энергию. Это можно обосновать тем, что есть случаи движения, когда сила может быть выражена только через изменение кинетической энергии по пространственной координате, как, например, при движении жидкости в трубе. Здесь в поперечном направлении действуют силы, которые невозможно найти через изменение количества движения во времени, так как такого изменения при установившемся движении не происходит.
8. При исследовании взаимодействий материальных объектов выявился еще один интересный аспект кинетической энергии, связанный с направлением ее подведения или действия. По формальным математическим признакам кинетическая энергия должна быть скалярной величиной, а поэтому все подводимые к телу энергии, в каком бы направлении они не подводились, должны по законам векторной алгебры просто суммироваться. Однако такое сложение не будет соответствовать действительности и не даст правильного результата, поэтому при сложении кинетических энергий необходимо учитывать их направление по осям координат, то есть энергии ведут себя как векторные величины. Но поскольку при этом будут выполняться не все правила, которым подчиняются вектора, кинетические энергии можно назвать псевдовекторами. Это свойство скалярных величин в векторной алгебре до сих пор не известно. Оно будет использовано в принципе возможных перемещений, рассмотренном во второй главе.
9. Реальность сил инерции приводит к пониманию того, что разделение систем отсчета на инерциальные и неинерциальные является условным, так как все законы природы будут одинаково выполняться во всех системах отсчета. Второй закон Ньютона будет выполняться всегда, если учитывать действие сил инерции. Что касается первого закона Ньютона, то есть закона инерции, то и он будет выполняться, если его рассматривать в дифференциальной форме, справедливой для любого момента движения. Это значит, что материальный объект в каждом его положении будет стремиться двигаться по направлению имеющейся у него в данный момент движения скорости, независимо от выбранной системы отсчета.
Что касается существующего определения закона инерции, то его можно считать интегральным законом, выполняющимся для конечных интервалов движения и справедливым только для частного случая движения с постоянной, то есть не изменяющейся, скоростью или с постоянной кинетической энергией.
10. Следует различать понятия инерции и инертности. Если понимать под инерцией стремление тел сохранять состояние своего движения или покоя, то под инертностью следует понимать свойство тел потреблять или отдавать кинетическую энергию при попытках изменить их состояние. Это свойство математически можно представить как отношение изменения энергии тела к изменению скорости его движения, что в пределе дает производную от кинетической энергии по скорости. Эта производная характеризуется произведением массы тела на его скорость, что в настоящее время трактуется как количество движения или импульс. Значит, произведение массы на скорость правильнее называть инертностью тела. Из такого определения инертности следует, что для неподвижного тела она равна нулю, а для движущегося будет тем больше, чем больше будет скорость движения. Эту разницу можно даже физически ощутить, если сравнить свои ощущения при движении вверх по неподвижному и движущемуся эскалатору в метро.
11. Потенциальная энергия тел представляет собой форму проявления кинетической энергии на микроуровне, то есть как свойство кинетической энергии микрочастиц, из которых тела состоят. При деформации тел деформируются орбиты электронов в атомах, что приводит к появлению дополнительных сил инерции, которые будут уравновешивать внешнее воздействие. Эти дополнительные силы инерции и будут представлять собой упругие силы, которые в настоящее время связываются с потенциальной энергией тел или среды, как, например, для сил тяготения.
Таким образом, можно сказать, что потенциальная энергия представляет собой свойство кинетической энергии, об этом, кстати, говорил еще Герц (1857-1894) в своей работе “Принципы механики, изложенные в новой связи” [44, с.244]: “Кинетическая и потенциальная энергии консервативной системы различаются не их природой, а лишь нашей точкой зрения или ограниченностью нашего знания о массах системы.
Та энергия, которая при известном состоянии нашего понимания и знания обозначается как потенциальная, при изменении нашего понимания и знания может оказаться кинетической”.
12. Необходимость понять сущность времени и движения привела к необходимости выяснения сущности дифференциального и интегрального исчисления, или, как еще его называют, математического анализа. Элементы математического анализа были известны еще до Ньютона, а приемы интегрального исчисления были известны еще Архимеду за 1800 лет до Ньютона. Но, тем не менее, действительную сущность дифференциального и интегрального исчисления не мог понять никто вплоть до наших дней. Правда, Ньютон, на наш взгляд, правильно понимал и был близок к объяснению сущности этого исчисления, но убедительно сделать это ему не удалось. Метод Лейбница с его мистическим обоснованием, несмотря на его выдающуюся ценность, еще более запутал суть дифференциального и интегрального исчисления, поскольку этот метод, во-первых, имеет чисто формальный, символический характер, в во-вторых, понятие дифференциала носит двойственный характер – это, с одной стороны, символ нуля, а с другой - бесконечно малое изменение переменных величин. Всего ближе к пониманию символического метода Лейбница подошел Л.Эйлер, объявив дифференциалы нулями, как на самом деле и должно быть, но ему никто не поверил, несмотря на весь его научный авторитет. Для полного понимания следовало объяснить и суть использования бесконечно малых изменений переменных величин, которые назывались бесконечно малыми величинами, хотя никто не мог объяснить что это такое. Суть использования этих величин в дифференциальном исчислении достаточно хорошо и точно объяснил К.Маркс в своих “Математических рукописях” [23]. Однако, он не смог дать такого же убедительного обоснования для интегрального исчисления.
Предлагаемый нами метод объяснения не требует использования понятия бесконечно малых величин и даже предела. Приращения, задаваемые сперва аргументу и функции в выбранной точке, которая таким способом как бы приводится в движение, можно рассматривать как небольшие, но конечные величины, которые затем, после проведения соответствующих преобразований, снова убираются, то есть принимаются равными нулю. В результате же находятся скорость движущейся точки или ее перемещение в зависимости от исходных данных: если задана скорость движения, может быть найден пройденный путь, то есть интеграл, если же задан путь – то скорость движения. Поэтому операция дифференцирования во всех случаях определяет скорость движения (или изменения) функции по отношению к аргументу, причем эта скорость не обязательно должна быть скоростью пространственного перемещения в функции времени.
Операции интегрирования дают еще более необычные результаты, чем операции дифференцирования. Так получается, что при интегрировании происходит суммирование бесконечного числа мгновенных значений функции, или, что одно и то же, бесконечного числа нулей, которые в итоге дают конкретный конечный результат. Это очень интересный момент интегрирования, который как раз и использовался еще в древности и другими учеными до Ньютона. В работе [21] с философских позиций доказано, что сочетание бесконечности и ее антипода – нуля дает все конечные величины.
Предложенное нами объяснение сущности дифференциального и интегрального исчисления показывает, что главной причиной непонимания этой сущности является непонимание сущности движения и, пожалуй, времени.

Полезная информация

Интересные предложения
В ближайшее время планируется опубликовать первую часть научной работы Макарова Б.И. "Законы управляющие вселенной"
  • Детская стоматологическая поликлиника тверь 14 отзывов детская стоматология отзывы тверь.

Популярные Материалы

Теория

Гидравлический теплогенератор с КПД 120-170 % - вымысел или реальность? КПД выше единицы означает, что количество выделяемого тепла будет больше, чем потребленная электродвигателем энергия. Однако, научного объяснения это важное обстоятельство до сих пор не имеет. Позже мы опубликуем свою версию объяснения этого явления.

Последние Публикации