Почему скорость света именно такая?
Казалось бы, простой вопрос, но ответа нет нигде. Теоретическая физика в ХХ веке достигла значительных успехов, но принципиальные проблемы остались нерешёнными.
На всякого мудреца довольно простоты. Но именно простоты не хватает в математике, теоретической физике и философии. В математике примерами достижения гениальной простоты явились труды Ферма, Эрдёша и Сельберга, в теоретической физике никто не превзошёл в этом отношении Декарта, Ньютона, Дирака, Гейзенберга, Фейнмана.
Не вдаваясь в многочисленные детали, здесь мы продемонстрируем самосогласованность простейшей классической модели, объясняющей и вычисляющей скорость света в вакууме как реальной физической величины, а не искусственного аксиоматически ложного ориентира.
Итак, положим в простейшем приближении, что наша вселенная представляет слоистый трёхмерный шар огромного радиуса R. В этом шаре находятся вся энергия, вся масса вселенной, а в поверхностном слое барионная материя, т.е. звёзды, галактики, метагалактики. В этом в разрежённом до вакуума слое фотон имеет скорость c (скорость света в вакууме). Вычислим эту скорость.
Рассмотрим известные физические величины:
гравитационная «постоянная» G=6.67384•;10;^(-11) m^3/(kg;s^2 ),
средняя плотность вселенной d=0.931•;10;^(-26) kg/( m^3 ),
радиус всей вселенной (всего шара) R=1.38216•;10;^26m.
Тогда классическая ньютоновская механика приводит к формуле
(1) c=2R;(;dG/3) ,
что и даёт в рамках данного приближения значение c=3•;10;^8m/s.
Поскольку нет логико-математических оснований для отличия фотона по фундаментальным параметрам от других элементарных частиц (и к тому же скорость света меняется в различных средах), имеет смысл скорость света рассматривать как переменную при построении модели вселенной.
Заметим, что из общей теории относительности вовсе не вытекает автоматически ньютонов закон тяготения: приходится закон тяготения Ньютона добавлять, что равносильно искусственной подгонке.
Если всерьёз рассматривать астрономические экспериментальные данные, они во многом остаются привязанными к земной, геоцентрической системе отсчёта, по сути птолемеевой.
В гелиоцентрической системе отсчёта данные планет Солнечной системы выглядят проще, но тогда данные земных наблюдений приходится переводить в другую систему.
Вообще, тут имеется конвенциональный принцип «относительности», замеченный ещё Анри Пуанкаре. Мы можем всё рассматривать с более простыми, «естественными» законами, простыми уравнениями в сложной неинерциальной системе отсчёта, или, напротив, считать систему отсчёта упрощённой, инерциальной, но тогда уравнения, законы движения примут сложный вид. И тут вторгаются в физику различные геометрии.
Можно оставаться в евклидовой геометрии и иметь дело с соответствующими уравнениями с поправками, но можно искать лучшую, «абсолютную» систему отсчёта, в которой уравнения более естественны, просты, красивы, но тогда представления пространства и времени станут весьма сложными, вбирая всю неинерциальность системы отсчёта с вложенными друг в друга вращениями.
В приведённом выше нашем построении мы оставались в простейшем классическом «нулевом» приближении.
WHY IS THE SPEED OF LIGHT IN VACUUM EXACTLY THIS?
It might seem like a simple question, yet an answer is nowhere to be found. While theoretical physics made significant strides in the 20th century, fundamental problems remain unresolved.
Even the wisest minds can overlook the simple. Yet, it is precisely this simplicity that is often lacking in mathematics, theoretical physics, and philosophy. In mathematics, the works of Fermat, Erd;s, and Selberg exemplify the achievement of brilliant simplicity; in theoretical physics, no one has surpassed Descartes, Newton, Dirac, Heisenberg, or Feynman in this regard.
Without delving into excessive detail, we will demonstrate here the self-consistency of a basic classical model that explains and calculates the speed of light in a vacuum—treating it as a real physical quantity rather than an artificial, axiomatically false benchmark.
Let us assume, as a first-order approximation, that our universe is a stratified, three-dimensional sphere of immense radius R. This sphere contains all the energy and mass of the universe, with baryonic matter—stars, galaxies, and metagalaxies—residing in its surface layer. Within this layer, which is rarefied to the state of a vacuum, a photon travels at speed c (the speed of light in a vacuum). Let us calculate this speed. Let us consider the following known physical quantities:
the gravitational "constant" G=6.67384•;10;^(-11) m^3/(kg;s^2 ),
the average density of the universe d=0.931•;10;^(-26) kg/( m^3 ),
and the radius of the entire universe (the sphere as a whole) R=1.38216•;10;^26m.
In this case, classical Newtonian mechanics leads to the formula:
(1) c=2R;(;dG/3) ,
which, within the framework of this approximation, yields a value of c=3•;10;^8m/s.
Since there are no logical or mathematical grounds to distinguish the photon from other elementary particles based on fundamental parameters (and, furthermore, the speed of light varies across different media), it is reasonable to treat the speed of light as a variable when constructing a model of the universe.
It should be noted that Newton’s law of gravitation does not automatically follow from the general theory of relativity; rather, it must be added—a procedure that is tantamount to an artificial adjustment.
If one examines astronomical experimental data seriously, it becomes clear that such data often remain tethered to an Earth-centered (geocentric) frame of reference—essentially a Ptolemaic one.
While data concerning the planets of the Solar System appear simpler when viewed from a Sun-centered (heliocentric) frame of reference, this necessitates the conversion of Earth-based observational data into a different system.
In general, there exists a conventional principle of "relativity" here—a point already noted by Henri Poincar;. We can approach everything using simpler, more "natural" laws—straightforward equations—within a complex, non-inertial reference frame; alternatively, we can treat the reference frame as a simplified, inertial one, though this forces the equations and laws of motion to take on a more complex form. This is where various geometries enter the realm of physics.
One could remain within the framework of Euclidean geometry and work with the corresponding equations—incorporating necessary corrections—or, conversely, seek a superior, "absolute" reference frame in which the equations appear more natural, simple, and elegant. In the latter case, however, our conceptions of space and time become significantly more intricate, as they must account for the full non-inertial nature of the reference frame, including nested, overlapping rotations.
In the construction presented above, we remained within the simplest, classical "zero-order" approximation.
Свидетельство о публикации №226110600105