О размерности и прочем

   Этот опус есть некое продолжение моего последнего опуса «Энергомасса». Хотелось бы коснуться темы размерности основного уравнения общей теории относительности (ОТО), уравнения Гильберта-Эйнштейна. А, в сущности, немного поговорить о том, как была сделана попытка – «изгнать» физику из физики, заменить её геометрией, и почему квантовая теория не может говорить на одном языке с нынешней теорией гравитации.

   На чём стоит физика?! Стоит, как на трёх китах, на килограмме, метре и секунде (можно добавить ещё величину Пи, потому что все устойчивые динамика в физическом мире периодичны). Так вот, убрав хоть одну размерность из этих трёх – здание физики рушится. Но если здание физики ещё стоит, и уравнения работают, значит, все три размерности на месте. Но кое-где сильно упрятаны, завуалированы.   

   Не секрет, что основное уравнение ОТО Гильберта-Эйнштейна есть аналог уравнения Пуассона. Уравнение Пуассона в ньютоновской гравитации связывает величину гравитационного потенциала с величиной плотности массы: чем больше – тем больше. В уравнении Пуассона левая и правая части имеют одинаковые размерности, включающие кг, м, сек. В уравнении ОТО и левая, и правая  части имеют в размерности только метры (1/м^2, обратные квадраты), нет ни кг, ни сек. Но уравнение Пуассона для гравитации – это предельный случай уравнения ОТО, когда скорости тел и гравитационные поля относительно невелики. Как же быть с размерностями?! Откуда в предельном случае небольших скоростей из обратных квадратных метров уравнения ОТО появятся килограммы и секунды?

   В уравнении гравитационного поля ОТО Гильберта-Эйнштейна, в правой части, стоит тензор энергии-импульса. Этот тензор как раз и отражает энергомассу тела. Если следовать логике построений уравнений, размерность правой части уравнения должна быть тождественна с размерностью левой части уравнения. А что у нас в левой части уравнения? Тензор Риччи и метрический тензор с индексами. В таком виде по размерности это уравнение ОТО никак нельзя назвать верным. В правой части уравнения – тензор энергии-импульса с размерностью: килограммы, метры и секунды, а в левой части уравнения – тензор Риччи и метрический тензор с размерностью, включающей только метры! Но введение в правую часть уравнения гравитационной постоянной «убивает» килограммы и секунды тензора энергии-импульса, они взаимно сокращаются, оставляя в размерности лишь метры (1/м^2). Вот так и получилось, что размерности левой и правой части уравнения ОТО совпадают.

   Однако, по простому, по наивному разумению можно подумать: если уж на то пошло, то гравитационную постоянную нужно было вводить в левую часть уравнения ОТО, а не в правую! Гравитационная постоянная отражает специфику среды физ. вакуума, как посредника взаимодействующих масс, а не энергию-импульса массы! А этим фокусом с «убийством» килограммов и секунд энергии-импульса массы загнали физику гравитации в тупик, в мёртвый метр! Среда физ. вакуума – материальна, имеет энергомассу…

   Но дело в том, что в левой части уравнения ОТО всё же стоит значок гравитационной постоянной, как и в правой части вместе со значком тензора энергии-импульса! Но этот значок в левой части означает совсем не то, что значок гравитационной постоянной в правой части уравнения ОТО! Этот значок превращён гением Эйнштейна в тензор Эйнштейна – фундаментальный объект ОТО, связывающий геометрические свойства пространства-времени с распределением материи и энергии. Тензор Эйнштейна определяется как комбинация тензора Риччи и скалярной кривизны. Понятно, что ни килограммов, ни секунд тут нет, только размерность метра (1/м^2). Но можно пойти ещё дальше! Если константы гравитационной постоянной и скорости света приравнять к единице, то и правая часть уравнения ОТО, и левая часть уравнения станут вообще безразмерными, уйдут даже метры! На самом же деле, все три размерности физики (кг, м, сек) никуда не девались, все они присутствуют и в правой части уравнения ОТО, и в левой. Просто они перенесены в иные системы математических формализмов, переведены на другой язык, так сказать, фундаментальные размерности физики глубоко упрятаны. Как говорят учёные: это не значит, что в уравнении ОТО нет времени или массы: сигнатура (количество положительных и отрицательных собственных значений) определяет, как связаны интервалы в пространстве и времени. Именно через сигнатуру и структуру метрики «зашиты» временные и массовые масштабы. Так что уравнение ОТО Гильберта-Эйнштейна остаётся полным аналогом уравнения Пуассона: плотность массы определяет величину гравитационного потенциала этой массы.

   А корни этой темы с размерностями нужно искать у почтенного Галилео Галилея, в его опытах с маятником и со скатывающимися по наклонному жёлобу шарами. Оказывается, частота колебания маятника вовсе не зависит от массы груза и вещества, из которого сделан груз. А зависит лишь от длины подвеса и величины ускорения свободного падения, которая для Земли всегда одинакова. Точно также ускорение свободно падающего шара и катящегося по жёлобу шара всегда одинаково и не зависит от массы и вещества шара. Тогда что же на самом деле зависит от массы?! От массы зависит эта самая величина ускорения свободного падения, от массы планеты или звезды! У разных космических тел с разными массами – свои величины ускорения свободного падения! Так что от массы космического тела зависит многое! В частности, величина гравитационного потенциала и размер гравитационного поля.    

   Как это ни странно звучит, но, по-видимому, я нынче – единственный человек, неформально работающий в темах науки, который имеет примерное представление о природе частицы протон и природе среды физ. вакуума! Я, как тот ученик, не решая задачи, подглядел в конце учебника правильный ответ. И теперь  пытаюсь этот правильный ответ как-то увязать с существующими теориями в физике, найти какие-то точки соприкосновения. И если что-то получается – радуюсь! Например, как в случае с природой гравитации. Гравитация сегодня объясняется не как сила, а как проявление кривизны пространства-времени, которую создаёт массивное тело.   

   В ноябре 1983 года я получил примерную модель частицы протон, как радиальной колебательной динамики элементов среды физ. вакуума, как колебательной динамики «дыхания вакуума». Получил через критическое переосмысление понятия «кривизна пространства». И уже тогда стало понятно, что кривиться, изгибаться может только то, что имеет структуру! Бесструктурность – отличительная особенность сред с хаотичной, неупорядоченной динамикой её элементов, например, плазма или нагретая газовая среда. А структурная среда всегда упорядочена в геометрии своих элементов, вроде кристаллической решётки, или системы связанных осцилляторов. Так вот частица протон, как квантовый объект, – это локальная радиальная колебательная динамика элементов среды физ. вакуума, когерентное, согласованное сжатие-расширение элементов среды. Ещё проще можно сказать о протоне: это – энергия-импульс в трёхмерной системе связанных осцилляторов; и энергия-импульс протона квантованы. Протон, в сущности, не имеет границ, т. к. его волновое поле в системе связанных осцилляторов распространяется со скоростью света неограниченно в среде физ. вакуума. И величина скорости света, и её постоянство обусловлены именно этой упорядоченной квазикристаллической структурой среды физ. вакуума. Стало быть, и сама среда физ. вакуума есть квантовый объект. И явление гравитации есть явление квантовое!..      

   К слову сказать, плотность элементов-осцилляторов среды физ. вакуума чрезвычайно велика. Колебательная динамика элементов среды создаёт колоссальную энергию давления среды, без которой наш физический мир не мог бы существовать в целости и единстве. Элементы-осцилляторы среды физ. вакуума и их динамика – не электромагнитной природы, а хиггсовской. Можно подсчитать в привычных нам единицах плотность среды физ. вакуума. Если исходить из отношения скоростей распространения волновых возмущений в материальных средах и плотностей этих сред, то: скорость света в вакууме: 299 792 458 м/с. Скорость звука в воздухе при +20°C: 343 м/с. Отношение скорости света к скорости звука: 299 792 458 / 343 ; 874 000. Во столько раз скорость света больше скорости звука. Плотность воздуха: 1, 2 кг/м^3. Плотность вакуума: 874 000 х 1, 2 = 1 048 800 кг/м^3. Повторю словами: масса одного кубического метра среды физ. вакуума – один миллион сорок восемь тысяч восемьсот килограмм!

   В этой массе и плотности среды физ. вакуума нет ничего страшного и невозможного! Они вполне реалистичны! Повторяю, надо брать в расчёт то, что все частицы, квазичастицы и поля – есть волновые возбуждения квазикристаллической структуры среды физ. вакуума, трёхмерной системы связанных осцилляторов! Частица протон – радиальная колебательная динамика «дыхания вакуума», сжатие и расширение элементов среды физ. вакуума в локальной области среды. Частицы и поля – не инородны среде физ. вакуума, а есть сама среда в своей внутренней динамике! Только при такой массе и плотности среды физ. вакуума возможны такие колоссальные величины энергии и частиц, и полей!

   «Сила тяжести» пробного тела в гравитационном поле Земли, как ни странно это звучит, исходит не со стороны массивного тела Земли, а со стороны физ. пространства, которое мы называем теперь физ. вакуумом. И сила эта направлена именно к центру Земли, одинаково по всей сфере планеты. И сила эта зовётся вакуумным гравитационным давлением. Не имей среда физ. вакуума этой колоссальной энергии давления и большой плотности, то не было бы никакой силы! Массивное тело Земли лишь изменяет вокруг себя эту энергию давления и плотность среды физ. вакуума, создавая градиент энергии давления и плотности среды физ. вакуума, создавая разность давлений и плотностей. Так что, утверждение некоторых учёных, говорящих о том, что гравитация – это не сила, а кривизна пространства-времени, требует уточнения.   

   Наше пространство измеряется в условных единицах, в метрах. Условные метры сами по себе, пусть даже и с секундами, изгибаться не могут! Нужна материальная основа метров и секунд! А материальная основа – это килограммы! Если допустить, что пространство – материально, и представляет собой упорядоченную квазикристаллическую структуру из массивных элементов с большой плотностью, то изменение расстояния между этими элементами можно назвать изменением геометрии структуры. Но чтобы смещение элементов относительно друг друга произошло – нужна сила, энергия! Так что физика нашей Вселенной началась с того, что кто-то или некто дал первотолчок, первый импульс этим массам пространства! А они, эти массы, ведут себя как система связанных осцилляторов с ничтожной малой величиной декремента затухания колебаний! Так что вполне можно сказать, что мы живём в мире изменяющейся геометрии структуры среды физ. вакуума. Вот в этом смысле  Б. Риман, В. Клиффорд и А. Эйнштейн были правы: материя и поля – это изменение геометрии пространства, вернее, квазикристаллической структуры физ. вакуума, её плотности! Среда физ. вакуума – это океан колоссальной энергии давления, вот этой самой динамики от первотолчка, первоимпульса элементов структуры среды. А массивные тела и магнитны лишь изменяют вокруг себя подобную энергию и плотность среды физ. вакуума, создают градиенты давления. Т. е. имеет место постоянная динамика, плотность скоростей вакуумных колебаний! Вот почему говорят не просто о кривизне пространства, а кривизне пространства-времени! Потому что связь пространства и времени – это скорость! 

   Недавно на мой комментарий к одной из статей в сети я получил реплику от Анатолия Антонова. Вот что он пишет: «Есть интересная работа академика Я. Б. Зельдовича «Возможно ли образование Вселенной из "ничего"?». Там дана точная квалификация «сохранения» энергии в замкнутом мире. А Вселенная, действительно, может существовать только как замкнутая глобальная система. А про энергию замкнутого мира сказано следующее: «Ещё раньше в замечательной книге Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица "Теория поля" проводилось точное и строго формальное доказательство того, что масса (а значит, и энергия) замкнутого мира тождественно равна нулю». 

   Я ответил Анатолию такой репликой: «Ещё в середине 19-го века, когда учёные пришли к подтверждению закона сохранения энергии и массы, был высказан тезис: количество центробежных сил во Вселенной должно быть равно количество центростремительных, или, количество сжатий должно быть количеству расширений, иначе, количество эксплозий («разбрасывание» энергии наружу) должно быть равно количество имплозий («собиранию» энергии внутрь), а в сумме общая энергия должна быть равна нулю. Этот тезис можно встретить в книге Ф. Энгельса «Диалектика природы». А где прекращается работа энергии – там масса перестаёт быть физической реальностью. Колебательная динамика «дыхания вакуума» протона – как раз олицетворение тезиса учёных 19-го века и подтверждение теорий Зельдовича и Ландау».

   В заключение ещё раз вернусь к уравнению Пуассона и к уравнению ОТО. Как сказал выше, частица протон, как колебательная динамика «дыхания вакуума», не имеет границ, т. к. её волновое поле в трёхмерной системе связанных осцилляторов распространяется со скоростью света неограниченно в среде физ. вакуума. Частица протон есть «концентрат» энергии-импульса в своей колебательной динамике. Тогда, что представляет собой сверхмассивное тело, состоящее из этих протонов? Пуассон сказал бы: - Плотность массы. Но масса – это всё, что окружает это тело, и даже само тело, но в ином энергетическом состоянии. По Пуассону, волновые поля всех протонов тела и создают гравитационный потенциал вокруг этого массивного тела в массивной среде физ. вакуума! Эйнштейн бы сказал о массивном теле: - Это энергия-импульс, изменяющая метрику пространства-времени вокруг себя, изгибающая пространство-время. Об энергии-импульсе массы сказано физично и верно, а вот что касается «изгибания пространства-времени», то тут нужны пояснения, о чём и сказано в этом опусе. Кратко повторюсь. Массивное тело, всей суммой волновых полей протонов, создаёт вокруг себя градиент энергии давления и плотности среды физ. вакуума, их разность, иначе, градиент плотности скоростей вакуумных колебаний, что и зовётся ныне «кривизной пространства-времени». Именно этот градиент энергии давления и плотности создаёт силу, которую мы и называем «силой тяжести» тела, ускоряющей тела при их свободном падении. Никакая искривлённая пустота пространства-времени не создаст силу! Только материальная среда с её колоссальной энергией давления и плотностью есть исток тех сил, которые мы наблюдаем в Природе!            

   А о размерности обратных квадратов (1/м^2) левой и правой части уравнения ОТО можно добавить следующее. Эта размерность входит в два фундаментальных уравнения физики: в закон Ньютона о силе гравитационного взаимодействия двух масс, и в закон Кулона о силе взаимодействия двух электрических зарядов, как закон обратных квадратов. А почему эта зависимость так одинакова для масс и зарядов? А потому что и массы, и заряды изменяют состояние одной и той же материальной среды вокруг себя, изменяют её энергию давления и плотность, пусть и несколько различным способом…