Отношение мер движения тела и покоя

Понятие меры движения имеет свою историю, богатую именами выдающихся физиков, математиков и философов. Итальянский физик и астроном, создатель основ механики, Г. Галилей (1656-1642) высказал утверждение о том, что количество движения физического тела равно произведению массы на скорость mv . При постоянной массе тела его импульс пропорционален скорости. Французский философ, математик и естествоиспытатель Р. Декарт (1596-1650) положение Галилея о равенстве количества движения произведению массы на скорость mv возвёл в закон и назвал его мерой движения движущегося тела. Немецкий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646-1710) первым обнаружил, что мера движения Декарта mv противоречит галилеевскому закону свободного падения тел. Её правильность как общей меры была поставлена Лейбницем под сомнение.

И, несмотря на противоречие закону свободного падения тел, её правильность была подтверждена многочисленными экспериментами и на их основании мера движения Декарта признавалась верной.

Голландский физик, астроном и математик Х. Гюйгенс (1629-1695) экспериментально доказал, что для случаев движения соединённых в одну систему тел мера движения mv не имеет применения. В случае УПРУГОГО удара тел мерой движения является не мера движения mv, а произведение массы на квадрат скорости mv 2. Сумма произведений масс на квадраты скоростей соударяющихся тел, какой была до упругого удара, такой остаётся после него.

На основании экспериментальных данных Гюйгенс установил, что верной мерой движения является mv 2 и неверной мерой движения является мера движения Декарта mv.

Так появились в теоретической физике две меры движения: mv и mv 2, одна из которых применяется в одних случаях, а другая является незаменимой в других случаях.

Существование двух мер, которые противоречат друг другу, недопустимо, несмотря на то, что они имеют многочисленные экспериментальные подтверждения. Их обобщение и получение одной общей меры движения стало настоятельной необходимостью.

Немецкий математик и философ Лейбниц (1646-1716) меру движения mv 2 вывел прямо из закона свободного падения тел, которому противоречила мера движения mv.

По Лейбницу, необходима одна и та же сила для того, чтобы поднять:

  1. тело весом в 4 единицы на высоту, равную 1 единице и
  2. тело весом в 1 единицу на высоту, равную 4 единицам.

Проходимые телами пути при падении пропорциональны квадрату скорости.

В примере а) тело весом в 4 единицы, падая с высоты в 1 единицу, приобретает скорость, равную 1.

В примере б) тело весом в 1 единицу приобретает скорость, равную 2 единицам.

Экспериментально правильность меры движения mv подтверждается, а правильность меры движения mv опровергается.

Более того, мера движения mv противоречит положению Декарта о постоянстве количества движения. Будь она верна, то, по Лейбницу, при движении тел, соединённых в одну систему, общее количество движения увеличивалось бы или уменьшалось бы, и был бы возможен вечный двигатель, что нелепо.

Две меры движения могли быть равноправными и верными только в случае категорического равенства:

  mv 2 = mv  (1)

Из равенства (1) следует, что скорость движения тел, соединённых в одну систему, является величиной постоянной и абсолютной v=1 при всех допустимых значениях длины и промежутка времени. В то время в теории физики не существовало понятия абсолютной скорости. Абсолютная скорость v=1 тел, соединённых в одну систему, казалась лишённой смысла, ошибочной и недопустимой.

Были и другие причины, по которым скорость v=1 не удостоилась внимания теоретической физики. Её включение в теорию требовало признания правильности меры движения mv.

Меру движения mv нельзя было считать неверной потому, что она имела многочисленные экспериментальные подтверждения и в определённой области физических явлений была незаменима.

Ради сохранения в теоретической физике принципа относительности Галилея, первого закона Ньютона и принципа постоянства количества движения Декарта, меру движения mv не ввели в теорию, но были вынуждены сохранить её для области явлений, в которой она имела практическое применение.

Существование двух мер движения для одной и той же силы в теоретической физике заключало в себе противоречие, которое требовало своего разрешения.

С целью уменьшения остроты противоречия двух мер движения, Лейбниц разделил множество движущихся сил на два подмножества. В одно из них он включил «мёртвые давления» покоящихся тел и для них он принял за меру движения mv. Покоящееся тело двигалось бы с данной скоростью, если бы оно было приведено в состояние движения внешней силой.

В другое подмножество сил он включил «живые силы» движущихся тел. К нему были отнесены силы, которые требуются для того, чтобы поднять тело на определённую высоту. Пути свободно падающих тел с определённой высоты пропорциональны квадрату скорости и для них он принял за меру движения произведение массы на квадрат скорости mv 2.

В оценке двух мер движения математики Европы разделились на два непримиримых лагеря. В одном из них находились те, кто признавал меру движения mv и отвергал меру движения mv 2. В другом были те, кто признавал меру движения mv 2 и отвергал меру движения mv . Те и другие не могли себе представить реальных физических систем, в которых обе меры движения совмещались бы на равных правах. Спор продолжался, не приводя ни к чему, более сорока лет.

Французский философ и математик Д’Aламбера (1717-1783) в «Трактате о динамике» предложил описание эксперимента, в котором противоречащие друг другу меры движения почти совмещались на равных правах.

Эксперимент Д’Aламбера. Эксперимент Д’Aламбера включал в себя три варианта взаимодействия двух тел, объединённых в систему. Его эксперимент рассматривался и анализировался Ф. Энгельсом в «Диалектике природы»/К. М. и Ф. Э. Соч., т. 20, с. 412/.

  1. Масса 1, обладая скоростью 1, сжимает в 1 ед. времени  1 пружину.
  2. Масса 1, обладая скоростью 2, сжимает в 2 ед. времени  4 пружины.
  3. Масса 1, обладая скоростью 3, сжимает в 3 ед. времени  9 пружин.

Первой характерной особенностью эксперимента Д’Аламбера является то, что в нём три варианта взаимодействий тел реализуются в ТРЁХ различных промежутках времени.

Первый из них ограничен одной единицей времени и реализуется в одномерном времени, в котором обе меры движения mv и mv 2 имеют экспериментальное подтверждение.

Второй вариант происходит в течение 2 единиц времени. Экспериментальное подтверждение имеет только мера движения mv . Но если привести время к 1 единице, если общее количество движения разделить 2 единицы времени, то оно равно 2, а не 4.

Экспериментальное подтверждение имеет теперь и вторая мера движения mv 2.

Третий вариант происходит в течение трёх единиц времени. Он реализуется в трёхмерном времени. Экспериментальное подтверждение имеет только мера движения mv . Но если привести трёхмерное время к одномерному времени, если общее количество движения разделить на 3 единицы времени, то оно будет равно 3, а не 9. И вторая мера движения mv имеет экспериментальное подтверждение.

Второй характерной особенностью эксперимента является то, что во всех трёх его вариантах промежуток времени имеет определённое, точное значение, а длина, или трёхмерное пространство, не имеет определённого, точного значения.

Третьей особенностью эксперимента является то, что все его варианты сводятся к первому варианту как к своей основе. В первом варианте все параметры физических величин имеют значение натурального наименьшего числа. Масса m = 1 действующего на пружину тела, скорость v = 1 , масса упругой силы пружины F = 1 , время действия t = 1 , mv = 1 и Ft = 1 . Значения, равные 1, представляют собой выражения физических величин в наиболее простой классической форме.

Д ‘Aламбер в эксперименте наглядно показал:

  1. Единство двух количественно равных и качественно противоположных мер движения: mv и mv 2
  2. В обеих мерах движения масса m = 1 выражает собой меру количества движения безотносительно к его качеству, а скорость и квадрат скорости выражают собой её качество безотносительно к её количеству.

Количественно равные и неразличимые меры движения оказались выраженными в качественно противоположных формах.

Немецкий философ и естествоиспытатель И. Кант (1724-1804) высоко оценил результат эксперимента Д’Aламбера и заявил, что он своим «Трактатом о динамике» положил конец длившемуся больше сорока лет, бесполезному «спору о словах», которыми по-разному названа одна и та же мера движения.

Из единства мер движения можно было бы вывести целый ряд важных следствий. Но, к сожалению, их единство, установленное экспериментом Д’Aламбера, кроме Канта, ни кем другим не было понято и оказалось не принятым во внимание. В результате обе меры движения остались на своих прежних местах, и осталось неразрешённым их противоречие.

Противоречие, содержащееся в отношении друг к другу мер движения значительно обострилось, когда появилась и получила экспериментальное подтверждение третья мера движения:

mv2

2

Немецкий физик и физиолог Гельмгольц (1821-1894) предложил выражать живую силу формулой:

  mv 2  
 
 
  2  

В докладе Гельмгольца «Сохранение силы» его формула выражала величину работы, затрачиваемую на то, чтобы поднять массу m перпендикулярно вверх на высоту h .

Формула имела экспериментальное подтверждение в случаях передачи количества движения несжимаемыми твёрдыми и жидкими телами и при условии, что в их взаимодействии отсутствуют трение и удар неупругих тел.

В вариантах эксперимента Д’Aламбера отсутствует взаимодействие неупругих тел. В них, поэтому и не оказалось места для меры движения, предложенной Гельмгольцем.

Это могло свидетельствовать лишь о том, что эксперимент Д’Аламбера является односторонним, узким и неполным, что необходим другой эксперимент, двусторонний, более широкий и полный. Он должен включать в себя эксперимент Д’Аламбера в качестве одной своей стороны. Вторая сторона искомого эксперимента должна включать в себя взаимодействие несжимаемых твёрдых или жидких тел, способных принимать и передавать движение без механического трения.

При строгом выполнении данных условий мера движения, предложенная Гельмгольцем, занимала бы в искомом эксперименте своё определённое место наряду с двумя другими мерами движения.

В мысленном эксперименте Д’Аламбера с целью перехода к изучению внутренних процессом явлений и их внутреннего механизма можно заменить пружину маятником. На примере маятника было рассмотрено отношение движения и покоя и отношение времени и пространства. После этого подошла очередь рассмотреть во внутреннем процессе взаимодействия внутренних сил маятника внутреннюю связь мер всех выявленных и экспериментально подтвёрждённых мер движения.

В определённом пространстве маятника существует количество движения его взаимодействующих внутренних сил в состоянии покоя. В определённом времени маятника существует это же количество движения этих же сил в состоянии движения.

Из века в век физики, математики и философы ищут одну всеобщую меру движения для определения количества движения. Результат поиска остаётся неудовлетворительным, а его причина не имеет объяснения. Возможность её исчерпывающего понимания появляется после анализа отношения движения и покоя тела и отношения времени и пространства. До последнего времени искали меру движения, оставляя без внимания поиск меры покоя, которая столь же необходима для определения качества движения. Предположив необходимость меры покоя, количественно одинаковой и качественно противоположной мере движения, можно её обнаружить среди открытых мер движения.

Мерой движения является импульс, равный произведению массы на скорость mv, где «внутренняя» абсолютная скорость с = 1. Мерой покоя является энергия, равная произведению массы на квадрат скорости mv 2, где с = 1. Они являются количественно равными друг другу, но качественно противоположными.

При переходе маятника из состояния движения в состояние покоя, его количество движения не изменяется, но изменяется его качество, импульс обращается в энергию. При обратном переходе маятника из состояния покоя в состояние движения количество движения сохраняется, но изменяется его качество, энергия переходит в импульс.

Постоянный и переменный импульсы маятника находятся в состоянии движения в отношении притяжения. В положительном отношении друг к другу они стремятся объединиться, слиться, сбросить с себя развёрнутую особенную форму и принять на себя общую форму. Общая форма импульсом обращается в общую форму постоянной и переменной энергии маятника. В общей форме постоянная и переменная энергии находятся в состоянии покоя в отношении отталкивания. Их общая форма существования не удовлетворяет, становится тесной.

Когда в энергии маятника возрастание напряжения в отношении взаимного отталкивания достигает своего предела, тогда энергия сбрасывает с себя общую форму, разрывая её на части, и принимает на себя развёрнутую особенную форму существования.

Академика РАЕН В. А. Ацюковского интересует следующий парадокс.»Например, при движении двух одинаковых зарядов возникает парадокс: покоящиеся одинаковые заряды отталкиваются друг от друга по закону Кулона, а при движении они притягиваются, поскольку они токи. Но ведь относительно друг друга они по-прежнему покоятся, почему же они притягиваются при движении?» /В. А. Ацюковский. «Общая эфиродинамика», М., Энергоатомиздат, 2003, с.23-24/.

Покоящиеся одинаковые заряды существуют в определённом пространстве неопределённое время. Их количество движения находится в форме энергии и в отношении отталкивания. Мерой покоя является произведение массы на квадрат скорости с = 1.

Движущиеся одинаковые заряды существуют определённое время в неопределённом пространстве. Их количество движения находится в состоянии движения в форме импульса и в отношении притяжения. Мерой движения является произведение массы на скорость с = 1.

Относительно друг друга они как раз НЕ ПОКОЯТСЯ. В первом случае они находятся в отношении взаимного ОТТАЛКИВАНИЯ, а во втором случае они находятся в отношении взаимного ПРИТЯЖЕНИЯ. Может казаться, что они по-прежнему покоятся относительно друг друга только в том случае, когда не рассматривается КАЧЕСТВЕННОЕ изменение внутреннего процесса ОТНОШЕНИЯ зарядов друг к другу, а принимается во внимание только то, что в их отношении ничтожно малое расстояние между ними не изменяется.

В периодически повторяющихся колебаниях маятника постоянное ничтожно малое расстояние между взаимодействующими внутренними силами не имеет особого значения. Имеет значение КАЧЕСТВО отношения их количества движения, как в форме отношения импульсов, так и в форме отношения энергий.

Третья мера движения, равная полупроизведению массы на скорость с = 1, пока остаётся не раскрытой и не выясненной. Это может быть сделано позже, после раскрытия внутреннего процесса взаимодействия внутренних сил простого маятника, маятника часов типа ходиков, и напольных часов, которые находятся в амстердамском музее.

Их устройство кратко описано Альбертом Валентиновым в газете «На грани невозможного» №25, 2002 в рубрике новости «Энергопоиска».

«Вот уже более двухсот пятидесяти лет в амстердамском музее работают напольные часы, которые никто не заводит. Секрет прост: основу механизма составляет U-образная стеклянная трубка, в которую налит глицерин и вставлены два поршня со штоками, связанными с пружиной. Глицерин чутко реагирует на малейшие изменения атмосферного давления, сжимаясь и расширяясь. А поскольку давление постоянно хоть немного скачет, то поршни постоянно ходят вверх-вниз, заводя пружину. Конечно, это не классический перпетуум-мобиле, поскольку он использует внешнюю энергию атмосферы, но ведь работают же «сами по себе».

К сожалению, А. Валентинов, считая, что секрет работы напольных часов прост, заблуждается. Секрет их работы гораздо сложнее, чем может показаться с первого взгляда. В колебаниях маятника обычных часов типа ходиков, кроме известных двух сил, присутствует сила неизвестного происхождения. Маятник часов передаёт гире в конце каждого периода колебаний определённое количество движения неизвестного происхождения. Когда раскроется его происхождение, тогда раскроется и происхождение третьей меры.

В напольных часах маятник получает от гармонически колеблющегося глицерина количество движения, аналогичное тому, которое маятник обычных часов получает от гири. Он передаёт глицерину количество движения, аналогичное тому, которое маятник обычных часов передаёт гире.

Раскрытие внутреннего процесса образования в глицерине количества движения, передаваемого маятнику часов, требует помощи метода, проект создания которого оставил после себя неосуществлённым Лейбниц в виде очень сложной задачи, для решения которой у него не осталось времени. При оценке времени, необходимого для решения поставленной им задачи, он предполагал, «что несколько подходящих людей могут выполнить эту задачу за пять лет».

Мне тоже не посчастливилось найти «несколько подходящих людей» для осуществления его проекта и пришлось самому разрабатывать его общий «геометрический метод» анализа внутреннего процесса циклической механической формы движения материи. Его Лейбниц характеризовал следующим образом.

«Общий метод, с помощью которого все истины могут быть сведены к некоторому виду вычислений. В то же время это должен быть род универсального языка или записей, однако, коренным образом отличный от всех предложенных до сих пор; в нём символы и даже слова будут направлять мысль, и ошибки, исключая ошибки в данных, могут быть только ошибками вычислений. Очень трудно будет составить или изобрести этот язык, или характеристику, но его будет очень легко понимать без всяких словарей».

В письме от 8 сентября 1679 г. Лейбниц сообщал Гюйгенсу об «общем методе» как об «общей характеристике» геометрии, отличной от алгебры и от аналитической геометрии, но превосходящей её.

«Но главная его полезность состоит в выводах и рассуждениях, которые можно преобразовать с помощью действий над знаками (символами), которые для своего выражения графиками (или даже моделями) потребовали бы слишком большой обработки или образовали бы столь запутанную систему огромного количества точек и прямых, что разобраться в ней было бы немыслимо без неисчислимых тщетных попыток; в противоположность этому указанный метод вёл бы (к конечной цели) уверенно и просто.

Я думаю, что механику можно будет трактовать с помощью этого метода почти так же, как геометрию» /Э. Т. Белл. Творцы математики, М., «Просвещение», 1979, с. 105-106/.

С помощью «геометрического метода» Лейбница мне удалось раскрыть внутренний процесс гармонических колебаний глицерина в напольных самозаводящихся часах амстердамского музея.

Согласно моему первоначальному предположению, в напольных часах следовало ожидать одного общего промежутка времени, через который процесс движения повторяется вместе: маятником, глицерином и их системой в целом. Оказалось же, что через период времени маятник и глицин возвращаются в исходное состояние, а колебательная система в целом в исходное состояние не возвращается. Чтобы вернуть её в исходное состояние, требуется промежуток времени, за который обе подсистемы дважды возвращаются в исходное состояние и дважды повторяют процесс движения.

Данное явление, обнаруженное в циклическом действии напольных часов, примечательно тем, что его аналог обнаружен в физике микромира. Об этом свидетельствует следующая выдержка из статьи Paul Davies «SUPERFORCE»:

«При прохождении электрона через магнитное поле определённой конфигурации его спин может поворачиваться на всё больший угол, совершив поворот спина 360 є. Основываясь на здравом смысле, естественно ожидать, что электрон вернётся в исходное состояние. Однако это не так.

Свойства электрона, совершившего поворот спина 360 є, заметно отличается от свойства электрона, не подвергшегося воздействию. Чтобы вернуть в исходное состояние электрон, спин которого совершил поворот, его спин необходимо повернуть дополнительно на 360 є, т. е. заставить описать два полных оборота. Только после этого не обнаружится сколько-нибудь заметное различие между «повернувшимся» и «не повернувшимся» электронами».

Ход напольных часов может засвидетельствовать, что в мире субатомных частиц поворот спина на 720 є основан не только на здравом смысле, но и на всеобщей закономерности сложных самоорганизующихся систем.

ЛОГИЧЕСКОЕ выведение отношения движения и покоя, пространства и времени, импульса и энергии до настоящего времени не стало ДЕЛОМ самой теоретической физики, но ДОЛЖНО им стать.