3.7. Абсолютное и относительное движение

На этом разговор о классической механике можно было бы закончить. Мы уже поняли, как возникает это приближение полевой физики, получили классическое уравнение движения, и дальше становится совершенно ясно, как получить все остальные результаты. Такой подход был бы справедлив, если бы полевая физика служила лишь продолжением классической физики на более широкий круг явлений и процессов. Однако это не так.

Полевая физика не расширяет, а полностью заменяет практически все основные представления классической физики. Меняет почти все ее постулаты и основные принципы. Поэтому наш обзор этой области знаний только начинается. И обещает обнаружить еще очень много нового и интересного в самых обыденных вещах, которые веками лежали у нас «под носом».

Рассмотрим самый простой пример. Одну-единственную изолированную частицу. В классической физике принято считать, что такая частица обладает некой массой m . Более того, она может двигаться относительно выбранной системы отсчета с некой скоростью u. Согласно Ньютону – относительно некого абсолютного пространства. Согласно более поздним представлениям – относительно неподвижного эфира. Но так или иначе классическая физика (как и современная физика) вынуждена выделить некий особенный класс инерциальных систем отсчета, относительно которых скорость движения изолированной частицы будет оставаться неизменной.

А теперь давайте посмотрим, как все это будет выглядеть с позиций полевой физики. Прежде всего следует отметить, что полностью изолированная частица вообще не обладает массой! Ее масса равна нулю! Полевое уравнение движения в данном случае становится тривиальным.

Из-за условия W = 0 оно приобретает вид 0 = 0. Другими словами, движение изолированной частицы вообще лишено смысла. И примечательным является то, что в окружающем нас мире полностью изолированных объектов просто не существует! Изолированный объект – иллюзия!

Более того, для изолированной частицы является неопределенной скорость ее движения u . По той простой причине, что в полевой физике скорость, как и местоположение, могут быть определены только относительно каких-либо других тел, с которыми взаимодействует данная частица. А если других тел нет, то не имеет смысла ни скорость частицы, ни ее местоположение!

Но почему же все эти обстоятельства не возникают в классической физике? Потому что классическая физика на самом деле никогда не рассматривает изолированные объекты! Как только мы приписали нашей частице некую массу m, она сразу же перестала быть изолированной! Как мы теперь знаем, наличие у частицы некой массы означает, что она уже вовсе не изолированная, а находится под воздействием внешнего гравитационного поля, под влиянием глобального взаимодействия. Пусть даже источник этого поля находится очень далеко и полностью выпадает из обыденного внимания.

Тем не менее, мы можем даже определить величину такого внешнего поля. Потенциальная энергия связи частицы массой m с глобальным гравитационным полем есть:

Пусть гравитационный заряд нашей частицы равен q_g, тогда величина потенциала глобального поля в данной точке пространства равна:

А если мы смогли хотя бы примерно определить местоположение основного источника этого глобального поля и расстояние до него, то сможем даже вычислить его гравитационный заряд! Вот сколько информации об окружающей нас Вселенной можно получить только на основании того, что мы приписали нашей частице некую массу m! Несколькими разделами позже мы используем этот подход для того, чтобы «взвесить» нашу Галактику!

Более того, заметив наконец существование глобального взаимодействия, мы начинаем понимать, что у нас появился ориентир для определения положения и скорости нашей частицы. Мы определяем ее местоположение не относительно некого абсолютного пространства или какой-то умозрительной системы отсчета, а относительно источника глобального взаимодействия! Это может быть, например, наиболее массивный центр нашей Галактики, или так называемая система неподвижных звезд. И именно относительно центра Галактики имеет смысл отсчитывать скорость движения нашей частицы.

И все это имеет очень важное значение для закона инерции. Ведь если масса нашей частицы определяется наличием внешнего глобального поля, то именно относительно него частица и будет сохранять постоянную скорость, когда на нее не действуют никакие иные силы! Именно система неподвижных звезд является той самой инерциальной, или предпочтительной, системой отсчета, относительно которой скорость свободной частицы будет оставаться постоянной. А Земля и Солнечная система могут считаться инерциальными только с натяжкой, когда мы пренебрегаем их движением относительно системы неподвижных звезд.

Хотя во многом равномерное и прямолинейное движение – это тоже идеализация классической механики. Потому что если существует внешнее глобальное взаимодействие, которое обуславливает массу частицы, то это же самое поле будет приводить и к действию силы! Даже если нет больше никаких локальных полей. Поэтому под действием глобального взаимодействия частица, вообще говоря, не будет двигаться равномерно и прямолинейно. Она будет вращаться вокруг центра Галактики, как это происходит с Солнечной системой и другими звездными системами. Однако в очень малых областях космоса, которые рассматривает классическая механика, это криволинейное движение вокруг источника глобального взаимодействия будет казаться отрезком прямой!

Математически это выглядит так. Если на тело не действуют никакие локальные силы, то ∇W₁ = 0. В малых областях космоса, таких как Земля и Солнечная система, можно считать W_g = const. В результате этого масса исследуемой частицы остается постоянной m = –W_g/c² = const, а дополнительные силы, вызванные глобальным взаимодействием, тоже отсутствуют, ∇W_g = 0.

Вообще говоря, эти силы могут быть достаточно велики, даже если и потенциал W_g является почти постоянным. Это происходит за счет очень большой величины гравитационного заряда Галактики по сравнению с зарядами обычных тел на поверхности Земли. Но эти силы не проявляются в земных экспериментах, так как Земля и Солнечная система движутся под их влиянием как единое целое. Так что суть результата от этого не меняется.

Итак, в земных условиях при отсутствии локальных полей частица будет двигаться равномерно и прямолинейно в согласии с уравнением движения:

которое теперь принимает более знакомый вид:

В этом и состоит суть принципа инерции Галилея. Он выполняется только в малых областях космоса и является, по сути, только локальным земным правилом.

Важно отметить, что согласно нашей логике полевое уравнение движения для отдельной частицы должно быть записано в системе поля, связанной с источником глобального взаимодействия. А значит, частица будет сохранять свою скорость не относительно пространства как такового или некой инерциальной системы отсчета, а относительно системы неподвижных звезд или центра нашей Галактики. Хотя с учетом оговорки, приведенной выше, сохранение величины скорости движения будет происходить и относительно Земли. В результате чего Земля для большинства классических явлений становится подходящей инерциальной системой.

Если же мы говорим о движении частицы уже не в малой области космоса, то принцип инерции Галилея существенно меняется. Даже при отсутствии локальных полей уравнение движения частицы приобретает вид с переменной величиной W_g:

Это уравнение описывает уже далеко не равномерное прямолинейное движение. Даже если рассматривать движение частицы только относительно Земли, которая также вместе с Солнечной системой движется под действием глобального взаимодействия как единое целое, то это позволяет исключить из уравнения только слагаемое ∇W_g, как внешнюю силу, не приводящую к относительным перемещениям объектов на Земле. При этом уравнение движения приобретает вид с переменной величиной W_g:

или

Получается, что даже при отсутствии всяких внешних сил скорость частицы не остается постоянной! Возникает некая внутренняя сила инерции, стоящая в правой части уравнения движения. И зависит эта сила инерции от изменения потенциала глобального поля. В этих условиях скорость частицы определяется соотношением:

и без какого-либо действия внешних сил возрастает или уменьшается по мере перемещения частицы в область меньшего или большего (по модулю) потенциала глобального поля! Это типичный пример движения тела с активной инертностью, совершенно непривычный и новый как с точки зрения классической механики, так и всей современной физики, которая не имеет подобных аналогов. Мы подробно разберемся с этим режимом движения в пятой и шестой главах.

Принцип инерции Галилея является локальным правилом, справедливым только для малых областей космоса. По мере перемещения тела из области более сильного поля в область более слабого поля, или наоборот, даже при отсутствии всяких внешних сил его скорость меняется за счет изменения величины инертности.

При движении тела в малых областях космоса, в которых глобальное поле можно считать постоянным, состояние равномерного прямолинейного движения сохраняется. Это происходит не по отношению к какой-либо системе отсчета, а по отношению к источникам массы тела – основным гравитирующим объектам нашей Галактики.

Таким образом, мы теперь на более основательном уровне пришли к осознанию нескольких принципов, интуитивно сформулированных в первой главе. И прежде всего к принципу предпочтительной системы отсчета.

Система неподвижных звезд, или центр нашей Галактики, является предпочтительной или инерциальной системой отсчета для всех классических явлений. А точнее, для всех тех объектов, чью массу обуславливает глобальное взаимодействие. Если другую часть массы тела обуславливает не глобальное, а иное локальное взаимодействие, то для этой компоненты массы инерциальной системой будет источник именно этого локального поля. Что мы и получили в первой главе.

В полевой физике теряет смысл выделенное положение инерциальных систем отсчета, в которых справедливо классическое уравнение движения. Первостепенное значение приобретают системы отсчета, связанные с источниками полей, которые мы назвали системами поля. Именно в системе поля является справедливым полевое уравнение движения. И если необходимо рассчитать движение какого-то объекта, то следует сначала определить, что является источником поля, под воздействием которого объект движется, и записать полевое уравнение движения в системе отсчета, связанной с источником этого поля. В следующей главе мы научимся записывать полевое уравнение движения в произвольной системе отсчета.

Полевое уравнение описывает только относительное движение. Движение исследуемого объекта относительно другого объекта, с которым происходит взаимодействие. В полевой физике нет абсолютного пространства, абсолютного движения и абсолютных скоростей. И абсолютных систем отсчета, каковыми являются все инерциальные системы. В полевой физике имеют смысл только относительные системы отсчета, призванные описывать движение одного взаимодействующего тела относительно другого.

В следующей главе мы поставим точку в вопросах относительности. А именно, мы окончательно выведем правила комбинации нескольких движений, когда исследуемый объект взаимодействует одновременно с разными телами, движущимися неодинаково, и существует сразу несколько различных систем поля. А пока, рассматривая движение тела под влиянием одновременно локального и глобального взаимодействий, мы вынуждены совмещать системы поля этих двух источников. Другими словами, наше уравнение движения справедливо пока только для тех случаев, когда источник локального взаимодействия покоится относительно системы поля глобального взаимодействия, то есть относительно системы неподвижных звезд. Или проще говоря – относительно Земли, если пренебречь ее движением и вращением.

В следующей главе мы также научимся записывать уравнение движения не только в системе поля, а в любой другой системе отсчета. Без разницы, является ли она инерциальной в понимании классической механики или неинерциальной. Потому что в полевой физике различия между этими классами систем отсчета полностью стираются.