Физика взаимодействия материи с пространством
Анатолий Трутнев
Сделан литературный обзор развития научных знаний о материи и пространстве в истории человечества. На принципиально новой основе даны описания методов познания этих компонент. Проведенные исследования определенно показали, что гравитация и электромагнитные излучения являются результатами взаимодействия материи с пространством. Изложены косвенные доказательства реального существования силовых нитей пространства.
Физика взаимодействия материи с пространством
Анатолий Трутнев
© Анатолий Трутнев, 2023
ISBN 978-5-0060-6423-2
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
На страницах книги представлен литературный обзор развития научных знаний о двух главных компонентах физического мира материи и пространстве в эпохах античности, средневековья, нового времени, и в настоящее время. В работах философов мыслителей этих эпох и современных ученых материя и пространства представлены как не зависимые и не взаимодействующие субъекты Вселенной. В данной книге они рассматриваются как непрерывно взаимодействующие компоненты Исследования, проводились по специально разработанной смоделированной системе. Использование её базисных принципов, позволило сделать выводы о том, что в момент Большого Взрыва произошло объединение двух видов энергий – энергии материи и энергии пространства. Из первого вида возникла материя, а из второго вида пространство
Физика наука, основанная на опытах, экспериментах, достоверно установленных фактах. Смоделированная система, которая положена в основу данной работы, базируется на предположении существования силовых нитей пространства, объективную реальность которых экспериментально в настоящее время невозможно установить. В то же время следует отметить, что в подобных случаях для подтверждения теоретических обоснований процессов, протекающих в недоступных для их измерения местах, используются косвенные доказательства. Например, недра звезд. Этот прием использован и в данной работе. Результаты моделирования находят косвенное подтверждение в реально протекающих физических процессах и явлениях. Смоделированная система позволяет внести определенную ясность в сущность физических процессов, явлений и в поведение отдельных элементарных частиц, о которых в науке до сих пор нет однозначных ответов. Выводы моделирования позволяют сделать прогнозы решения проблем и путей развития познания физических свойств материальных тел, процессов и их взаимодействий в свете современных о них представлений.
Это завершающий этап проведенных исследований. Их частичные результаты были опубликованы в книгах: «Физика пространства», «Сборник статей по физике пространства», «Таинственная гравитация», «Новый взгляд на природу материи и пространства», «Происхождение стабильных элементов», «Квантовая физика и нити пространства». «Парадоксы физики». Материалы исследований также были опубликованы в научных журналах, сборниках конференций в течение 2013 – 2022 гг.
Настоящая книга рассчитана на любознательных думающих читателей, в ней приоткрываются новые горизонты физики. Как во всем новом, в ней присутствуют спорные аспекты, исчерпывающие ответы, на которые будут получены со временем.
Глава 1. Научные познания мира от античности до эпохи просвещения
Развитие научных знаний о физическом мире в истории человечества шло и идет в направлении познании двух его основных компонентов материи и пространства.
1.1 Материя
1.1.1 Эпоха античности
В различные исторические эпохи развития человечества понятие материи определялось уровнем развития научного познания физического мира в этот период. Первоначальное представление о материи как о неизменной вещественной субстанции возникло в эпоху античной древности, которая длилась с X века до н. э. и по V век. н. э. Первым автором атомистической концепции считается Демокрит. Другой философ Платон создал учение, где утверждал, что вещественная субстанция является строительным кирпичиком окружающего мира. Родоначальником термина «материя» считается Аристотель. Материя по Аристотелю не может существовать без формы, а форма без материи. Он считал, что любая вещь становится материальной, если она соединяется с формой. Человеческое тело и душа у Аристотеля являются сторонами одного объекта и могут существовать, только совместно друг с другом. Не все философы античного мира разделяли концепцию Платона и Аристотеля об устройстве миропорядка. Такой была возникшая в Афинах философская школа под названием Расписная стоя. Её основателем был грек Зенон Кретинский. Последователи этой школы назывались стоиками. Они считали, что материальны не только тела и вещи, но также и их свойства. По их мнению, все процессы в мире определяются естественными законами. В поведении людей превыше всего они ценили храбрость и самообладания. Среди стоиков были греки и римляне, в том числе бывший раб Эпиктет и император Марк Аврелий.
По мере развития научных знаний философы античного мира вновь вернулись к концепции устройства мира Платона и Аристотеля. Основателем неоплатонизма был Плотин. Вместе со своими учениками Порфирием и Ямвлихом они разделяли идеи Платона и Аристотеля о вечности материи и всего физического мира, но отрицали возникновение материи из ничего. Плотин учил, что материя это беспредельна и бесчувственная субстанция, не имеющая массы. Она способна принимать различные формы и служит основой вещественного мира. У основателей школы неоплатонизма было много последователей. Яркими представителями этого направления были Антиох, Плутарх, Филон и Апулей. Отличительной особенностью Антиоха и Апулея были попытки соединить платонизм со стоицизмом. Они считали, что материя может разделяться на бесконечно малые части и не может исчезнуть. Плутарх проповедовал учение о злой душе мира, которая пребывает в материи, движет ею и поддерживает в хаотическом состоянии. А вот Филон не считал материю злом и приписывал ей божеское творение. Последователи неоплатонизма Прокл Диадох и другие, жившие в более поздние сроки, активно противостояли взглядам Плотина и его учеников. Они категорически отвергали их учение отождествления материи и зла. И считали материю ни доброй, ни злой, а необходимой и определяли её бесформенной и безбожной.
Подводя итоги обзора понятия материи представителями различных античных философских школ, можно заключит следующее. Материя ими обожествлялась. В их понятии она является субстратом основным кирпичиком мироздания. Космос они считали вечным и нетленным, а тело человека лишь отражающими красоту космоса. Истинная сущность человека, по их мысли, заключена в его бессмертной душе.
1.1.2 Эпоха средневековья
Эпоха античности закончилась в V веке новой эры. Началась эпоха средневековья, которая длилась тысячу лет и закончилась в XV веке. В средневековье понятие материи получила свое дальнейшее развитие в трудах метафизиков. Метафизики материалисты, как и античные философы, считали материю первоосновой всех видов вещества в природе, но в отличие от первых, они стали отождествлять понятие материи с её механическими свойствами. А именно массу, тяжесть, инерцию. Среди мыслителей метафизиков в те времена было распространение представление о том, что мир состоит из четырех элементов: воды, огня, земли и воздуха. Одной из самых острых вопросов понятия материи в средневековье была проблема её реальности или идеальности. Ведущими метафизиками мыслителями того времени выступали Альберт Великий и Фома Аквинский. Альберт Великий, как и Аристотель, признавал дуализм материи и формы. В форме он видел мысль, осуществленную в материи, поэтому он рассматривал каждую вещь, возникающую в результате соединения мысли и формы. По его мнению, форма имеет божественное начало, которое затем реализуется в определенную вещь. Фома Аквинский был систематизатором средневековой схоластики. В своих учениях он утверждал, что материя есть неопределенная и пассивная потенция, реальность ей придает форма. Чистая лишенная материи форма это Бог. Это он создал мир из ничего. Не все философы средневековья разделяли мысли Фомы Аквинского и его последователей. Против его учения выступили схоласты во главе с шотландцем Скотом. Материя по Скоту это единая основа всего творения. Она предшествует форме. Форма придает материи определенную действительность. Разум человеческий не сможет доказать о творении из ничего. Борьбу с реализмом последователей учения Скота продолжил философ Оккам, который считал, что материя есть действительность и не нуждается ни в каких формах. Общие понятия представляют собой определенные знаки, которые относятся одновременно к нескольким единичным вещам. Но реально существуют только единичные вещи.
1.1.3 Эпоха Новое время
Эпоху средних веков сменила эпоха нового времени, которая длилась с XV века по XIX век. Она состояла из двух эпох: эпохи возрождения и эпохи просвещения.
Эпоха Возрождения. Она началась в XV веке и закончилась в XVI веке. Философы этой эпохи высоко ценили эмпирические знания и принципы естественнонаучных исследований, Они не признавали дуализм материи и формы и отвергали схоластику. Форму они воспринимали как производную материи. Видными философами эпохи Возрождения были Николай Кузанский, Джордано Бруно. Они были активными сторонниками пантеизма. С их точки зрения природа и Бог едины. Под природой они подразумевали материю. Бруно считал, что природа это Бог в вещах. Это внутреннее, активное начало, находящееся в самой природе. По его мнению, Бог в отсутствии материального мира не существует. Он и природа, то есть материя, существуют вечно.
Эпоха просвещения. Длилась с XVII века по XIX век. Акцент в понимании материи в этот период сместился в сторону многообразия мира и его единства. Наиболее заметным мыслителем в начальный период эпохи просвещения считается Бэкон. Материю он рассматривал как основу всего сущего, наделенную ощутительной деятельностью. Наука, по его мнению, должна была идти по такому сценарию. Наблюдение фактов, их систематизация и проверка. Целью роста научных знаний человечества он ставил увеличение его власти над природой. Развития философской мысли в последующий период разделись на два основных направления: рационализм и эмпиризм. Ключевыми фигурами рационализма являются Декарт и Лейбниц, а эмпиризма Локк и Беркли
По мысли Декарта материю сотворил Бог. Она представляет собою материальную субстанцию, которой Бог сообщил первый толчок. В результате частицы материи передают определенное количество движения друг другу. Таким образом, и возник космос. Декарт также считал природу безжизненной и некачественной. Лейбниц не считал материю субстанцией. Он полагал, что субстанция должна быть абсолютно простой и «живой», а материя делима, поэтому Лейбниц выдвинул учение о монадах. Монады, по его мнению, вечны и неуничтожимы. Им свойственны, движение и стремление к восприятию. Если в монаде есть чувство, тогда она называется душой, а если есть разум, то тогда она является духом. Неделимые монады представляют собой сущность всей природы. По мнению Локка, основой научных знаний является опыт. Все идеи проистекают из опыта, а сам опыт это письмена на душе человека. Внешнее чувство души это внешний её опыт. А познание внутреннего мира человека, это внутренний его опыт. Локк считал внутренний опыт человека более достоверным, чем внешний, поэтому ум его способен комбинировать идеи, полученные посредством опыта. Беркли воспринимал материю как комплекс восприятий. Материя по нему пассивна и косна, поэтому она не может быть источником ощущений. Их может вызвать только бестелесная субстанция, которую он называет духом, обладающим актом воли. Исходя из этих предположений Лейбниц, считал материю, пространство и время фикциями. А предметом познания является только совокупность ощущений.
Самой яркой фигурой среди ученых и философов в начале эпохи просвещения является Исаак Ньютон. Он жил в философски бурное время и был натурфилософом. Его роль в развитии философии раннего времени эпохи просвещения была огромной, его влияние на неё простираясь далеко за пределы изучения природы. Ньютон является одним из величайших ученых своего времени. Его вклад в науку колоссальный. Ньютон считается родоначальником классической теоретической физики, создателем классической механики и математического анализа. Он открыл закон всемирного тяготения и разработал теорию движения небесных тел. Прославился своими трудами в физике и астрономии. Вместе с Лейбницем разработал методы математических исчислений, был великолепным экспериментатором. Создал концепцию дискретного строения материи. По его мнению, материя представляет собой субстанцию, состоящую из атомов корпускул. Атомы неделимы и имеют массу. Как и Локк, Ньютон считал материю косной и пассивной, но признавал её объективной реальностью, поэтому рассматривал материалистическую сущность как бытие самой материи. Также полагал, что в природе нет ничего случайного, а если она появляется, то это признавалась им как чудо.
В середине эпохи просвещения в трудах ведущих философов мыслителей того времени Вольтера, Гольбаха и Канта материализм получил дальнейшее развитие. Вольтер учил рассматривать материю как массу. Что она не может быть источником движения, поэтому она не вечна. Материю он отождествлял с природой и считал Бога неотделимым от природы. Гольбах является систематическим выразителем философских учений о материи. В своих трактатах он утверждал, что материя имеет свойство движения. Она является сущностью природы. Природа получила свое движение, сама от себя и ни какого божественного толчка не было. Все связи внутри природы строжайше необходимы. Ни какие случайности в природе происходить не могут. Кант среди своих соратников философов отличается противоречивостью своих взглядов. Он одновременно материалист и в тоже время идеалист. Познание, по Канту, начинается с воздействия «вещей в себе» на органы чувств человека и вызывают у него ощущения. В этом утверждении проявляется его материализм. В тоже время, когда он заявляет, что ни ощущения, ни понятия разума не могут дать знания о «вещах в себе», здесь он выступает уже как идеалист. Кант проповедовал ограниченность мира в пространстве и времени и утверждал, что он не имеет начало. Он отрицал противоречия разума и считал, что они мнимые. Также опровергал все понятия о боге и утверждал что теоретически можно доказать как бытие Бога, так и его отсутствие.
В конце эпохи просвещения в связи с развитием науки о познании мира, на понимание материи накладывались определенные ограничения. Видными учеными и философами мыслителями того времени были Гегель, Фейербах, Маркс и Энгельс. Гегель яркий представитель философского рационализма. Создатель принципа триединства философской системы: логики, философии природы и философии души. По мнению Гегеля, разум первооснова мира, а логика наука о вечном в изменяющемся мире. Абсолютная идея это интеллектуальная мощь человека, воплощенная в различные формы, а природа это небытие абсолютной идеи. Гегель основатель диалектики. Он сформулировал её законы и категории. Закон перехода количества в качество и закон отрицание отрицания. Фейербах в начале своей творческой деятельности был последователем Гегеля, но затем перешел на позиции материализма и создал антропологическую философию. В ней он заменил материю природой и положил её в основу учения о природе. По мысли Фейербаха, природа бесконечна в пространстве, является единственной реальностью в мире, а человек это её высший продукт. Природу он характеризовал, как субстанцию независимую ни от Бога, ни от людей. В своей антропологической философии Фейербах преодолел механицизм французских материалистов, но не смог выразить суть диалектического материализма. Диалектический материализм был развит в трудах Маркса и Энгельса. Прежние представители материалистических учений отождествляли материю с веществом и рассматривали материю как источник образования сознания. Энгельс указывал на недопустимость такого отождествления. Маркс же предлагал рассматривать развитее материи как двусторонний процесс. Он считал, что не только материя творит сознание, но и сознание действует на материю. Идея по Марксу, становится силой, если она овладевает массами. Идеальное, согласно диалектико-материалистического представления о материи, это преобразованное материальное. Диалектический материализм получил своё дальнейшее развитие на основе научных достижений. Таких открытий, как закон сохранения и превращения энергии, периодического закона химических элементов, открытого Менделеевым, теории электричества и магнетизма, открытых Фарадеем и Максвеллом. Благодаря этим открытиям в науке сложилось новое, диалектико-материалистическое представление о свойствах материи.
1.2. Пространство
1.2.1 Эпоха античности
Ещё в древние времена люди, пытались понять и осмыслить, что собой представляет пространство. В ходе развития этих понятий выдвигались различные гипотезы, порою взаимоисключающие друг друга. Одни отрицали возможность существования пустого пространства, а другие, наоборот, считали пространство пустотой. Первыми из античных мыслителей, сформировавшими научное представление о пространстве были Демокрит, Эпикур и Аристотель. Демокрит рассматривал пространство как пустое вместилище мельчайших частичек матери атомов. Атомы он считал неделимыми. Они и пустота являются первоначальными основами мира, причем атомы это бытие, а пустота представляет небытие. По Демокриту атомы не возникают и не уничтожаются. Атомы вечно двигаются в пустоте и в сочетании с ней образуют многообразие мира. Внутри каждого атома находится определенное количество материи, которое Демокрит назвал амерами. Амеры могут существовать только внутри атомов, в свободном состоянии они существовать не могут. Его последователь Эпикур рассматривал пространство дискретным, потому как он считал, что при движении один атом пространства проходит за один атом времени.
Аристотель, один из самых известных философов мыслителей античности, определял пространство как объективную категорию, как свойство природных вещей. Он отрицал пустоту пространства. Такое утверждение он связывал с трудностями, возникающими в понимания космоса, если её допустить. Согласно его взглядам пространство состоит из мест занимаемых телами. Каждое тело имеет свои границы, а также объемлющую границу этого тела. Эта граница и является местом. По представлению Аристотеля, любое тело, если нет препятствий, стремится занять соответствующее ему место. Место существует вместе с телом, и между ними нет промежуточного пространства. Основное материалистическое учение Аристотеля заключается в доказательстве объективности пространства, его существования в независимости от субъективного мышления.
1.2.2 Эпоха средневековья
Научные познания пространства у философов средневековья в значительной степени совпадали с представлениями о нем античных мыслителей Демокрита и Аристотеля, но в тоже время в плане изучения свойств этой категории существовали определенные различия. Если в античные времена центром были природа и космос, то философы средневековья исповедовали геоцентризм и ставили в центре мира Бога. Если для Аристотеля и Эпикура люди были частью природы, то Бэкон и Оккам рассматривали мир как творение Бога. По учению Фомы Аквинского мир, а это материя и пространство можно познать через веру и откровение, а не путем логических заключений, как считал Аристотель. Следует отдать должное средневековым мыслителям, они сохранили основные понятия о времени и пространстве развитые в период античности. Как их предшественники, они считали эти категории объективными, не зависящими от субъективности и значительно усовершенствовали логику Аристотеля.
1.2.3 Эпоха Новое время
Эпоха Возрождения. Она сменила эпоху средневековья, отличалась от неё бурным развитием естествознания и прогрессирующим развитием материалистической философии. Она дала миру ряд выдающихся философов мыслителей. Особенно ярко среди них выделялись Коперник, Бруно, Галилей. Коперник совершил глобальный переворот во взглядах ученых на положение Земли во Вселенной. Он собрал всеобъемлющие доказательства о том, что Земля не центр Солнечной системы, а является лишь её рядовой планетой. Джордано Бруно рассматривая пространство как субстанцию, обеспечивающую возможность движения материи. Он утверждал, что пространство является необходимым условием существования материи, она не может реализоваться, если не будет пространства. Поэтому Бруно выступал против Аристотеля, который отвергал пустоту пространства. По мнению Бруно, пустота является условием движения материи. Но в тоже время и существование пустого пространства без материи он не допускал и считал, что пространство неотделимо от движущейся материи. Теории и трактаты, написанные другим итальянским ученым мыслителем Галилеем, оказали огромное влияние на развитие физики и астрономии. Ему принадлежит открытие принципа относительности, а также преобразование координат и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Галилей совершил научный переворот в понятие пространства. Она окончательно отделилась от мифов и превратилась в научную категорию
Эпоха просвещения. Это время Декарта, Ньютона и Лейбница, которые внесли колоссальный вклад в развитие познания времени и пространства. Декарт первым из философов мыслителем материализовал пространство, разработал новую научную парадигму, согласно которой пространство является вместилищем материи, а не пустотой. Он писал, что материя не может существовать без пространства, а пространство также не может быть без материи. Декарт разработал систему координат, которая является основой аналитической геометрии. Его координаты являются важными инструментами современных исследований в астрономии, используются в компьютерной графике. Ньютон является самой яркой фигурой среди ученых мыслителей эпохи просвещения. Его заслуги в области развития естественных наук колоссальны. Он разработал концепцию пространства и времени и утверждал об их реальном существовании. Пространство, по Ньютону, представляет собой пустое место, в котором находятся и движутся материальные тела. Оно существует в двух видах абсолютном и относительном. Абсолютное пространство бесконечное и неподвижное, а относительное пространство является его частью. Он считал, что истинное движение тела возможно лишь в абсолютном пространстве. Лейбниц как Ньютон внес значительный вклад в естествознание, но в отношении пространства они занимали различные позиции. Если Ньютон считал пространство вместилищем всех частиц материального мира, то Лейбниц утверждал, что пространство реально не существует. В подтверждении своего понятии о пространстве он разработал теорию монадологии. Её суть заключалась в следующем. Весь мир состоит из огромного количества субстанций, так называемых монад. Монада неделима, не имеет протяжения, не является материальным образованием. Она непрерывно меняет своё состояние.
Выводы
Во все исторические времена развитие человеческого общества определялось уровнем научного знания окружающего мира. Ученые мыслители в период от античности до эпохи просвещения центром своих исследований мира ставили познание двух его основных компонентов материи и пространства.
Глава 2. Современные научные познания о материи и пространстве
Современная наука о материи и пространстве сформировалась в начале XX века. В этот период в физическую картину мира было введено понятие поля как особой формы материи. Все тела – это системы заряженных частиц, связанных между собой полем. Действия от одной частицы к другой передаются со скоростью света. При этом поле считалось как состояние эфира. Эфир же представлялся как абсолютно неподвижная среда, заполняющее мировое пространство. Затем в эту концепцию Лоренц внес преобразования. Согласно этим преобразованиям, при движении тел с субсветовыми скоростями, происходят изменения пространственных и временных свойств тел, Это приводит к сокращению длины тела в направлении их движения и замедлению происходящих в них физических процессов. Опираясь на эти преобразования, Эйнштейн разработал специальную теорию относительности, основанную на предельности скорости света и равноправности всех инерциальных систем отсчёта. Согласно этой теории пространство и время являются не абсолютными, а относительными величинами, поэтому понятие эфира потеряло всякий смысл. Все, что раньше, считалось свойствами эфира, сделалось, кинематикой СТО. А все физические поля теперь рассматривались не как процессы, проходящие в эфире, а как физические объекты особого состояния материи. Следует отметить, что не все ученые разделяли и разделяют до сих пор эту точку зрения. Часть ученых продолжает поддерживать, концепцию светоносного эфира.
В настоящее время существенно изменились и понятия материи и пространства. К видам материи относят: вещество, антивещество. кварк – глюонная плазма, квантовые поля различной природы, а также материальные объекты неясной физической природы – темная материя и темная энергия. Что же касается пространства, то принято считать его как физический вакуум, который пронизывает материю. Даже внутри твердого тела пространства неизмеримо больше, чем вещества. У него самая высокая плотность энергии. Это неисчерпаемый резервуар экологически чистой энергии. В нем беспрестанно образуются и исчезают пары частиц—античастиц. Он буквально наполнен ими. И в определенных условиях виртуальные частицы становятся реальными. Его нельзя наблюдать. Это делает физический вакуум парадоксальным объектом. Во Вселенной доминируют законы физического вакуума, которые науке ещё неизвестны. Как заявил американский физик Мартин Боджовалд исследование вариаций реликтового излучения, с помощью телескопа Хаббла, дает ученым шанс обнаружить первые признаки «нитей», составляющих ткань Вселенной. По его мнению «Структура пространства – времени – это новый, возможно последний рубеж на пути к полному пониманию природы». Петр Зенчиковский из Института ядерной физики Польской академии наук считает, что пространство состоит из дискретных частиц.
На сегодняшний день в научном мире доминирует теория рождения Вселенной в результате Большого Взрыва. До него она была» сжатой до точки, так называемым ничто, с колоссальной плотностью. В этом ничто шли процессы, которые довели его до определенного состояния и оно взорвалось. После Взрыва началось поэтапное рождение, становление и функционирование Вселенной.
Первой после Большого Взрыва считается Планковская эпоха с температурой 10
K и плотностью около 105 г/см
. Длительность её составляла 10
сек. В это время во Вселенной была только энергия
Через 10
секунды после наступления Планковской эпохи наступила эра инфляционной эпохи. В этот период Вселенная увеличилась в 10
раз. В ней всё ещё преобладает излучение, но здесь уже появились субатомные частицы: кварки и электроны, которые пока не имели массы.
Между 10
и 10
секунды после Большого Взрыва наступила кварковая эпоха. Температура в этот период развития Вселенной составляла более 10
К. При таких условиях кварки не могли образовывать адроны. В это время Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой.
В течение от10
