Что такое покой в физике

Отношение движения тела и покоя

Физическое тело, существующее в собственном времени и собственном пространстве, находится либо в состоянии движения, либо в состоянии покоя. Темой данной работы является отношение друг к другу неразличимых состояний движения тела и покоя и различимых состояний движения и покоя тела.

Великий итальянский физик и астроном, создатель основ механики Г. Галилей (1564-1642) установил закон инерции:

В нём Земля принималась за инерциальное тело, на которое не действуют другие тела и которое сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Признаком инерциальных тел и систем было принято такое их отношение к Земле, при котором они сохраняют состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Позже, когда было доказано, что Земля вращается вокруг своей оси и совершает годовое обращение вокруг Солнца, она уже не могла считаться инерциальной системой отсчёта для всех остальных инерциальных тел и систем. Формулировка закона инерции Галилея не должна была содержать понятия Земли.

Великий английский физик, астроном и математик, основоположник классической механики И. Ньютон (1642-1727) обновил формулировку закона инерции Галилея:

Признаком инерциальных систем было принято их соответствие второму закону Ньютона.

Закон инерции Галилея-Ньютона устанавливал различимость состояния покоя и состояния движения тела в различное время существования тела: в одно время тело находится в состоянии покоя, в другое время это же тело находится в состоянии равномерного прямолинейного движения. Короче, движение не есть покой, покой не есть движение.

Другой закон, названный принципом относительности Галилея устанавливал:

Из него следовало, что поступательное, равномерное и прямолинейное движение Земли в целом не оказывает никакого влияния на физические процессы, происходящие внутри и на земной поверхности, никакими механическими экспериментами, проводимыми внутри инерциальной системы, нельзя определить, покоится она или движется равномерно и прямолинейно. Короче, движение есть покой, покой есть движение.

Может показаться, что принцип относительности Галилея противоречит закону инерции, что один из них является истинным, а другой — ложным.

На самом же деле не отношение закона инерции и принципа относительности заключает в себе противоречие, а отношение состояния покоя к состоянию движения заключает в себе противоречие, которое отражено и выражено отношением закона инерции и принципом относительности Галилея. Закон инерции и принцип относительности вводят теоретическую механику в область диалектики.

Состояние движения и состояние покоя тела являются едиными, имеющими одинаковыми все признаки и неразличимыми. С другой стороны, они имеют различные признаки, являются различимыми и противоположными.

Анализ единства противоположностей требует не только рассмотрения состояния движения тела, не только рассмотрения состояния покоя тела, но ещё и рассмотрения процесса обращения состояния движения в состояние покоя и состояния покоя в состояние движения. Подходящим телом для такого рассмотрения может служить маятник, совершающий гармонические колебания. Колебания маятника можно рассматривать как процесс взаимодействия его внутренних сил: единых и противоположных, друг друга определяющих и друг другу исключающих, т. е. представляющих собой единство противоположностей.

В классической механике инерциальные системы, для которых строго выполняются основные законы Ньютона, находятся на переднем плане, а неинерциальные колебательные системы находятся на заднем плане. В квантовой механике неинерциальные колебательные системы находятся на переднем плане, а инерциальные системы — на заднем плане. Поэтому квантовая механика первоначально называлась волновой механикой.

Знаменитый французский физик Луи де Бройль в 1924 г. выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Прежде было установлено, что фотоны, для которых не существует основной системы отсчёта, обладают корпускулярными и волновыми свойствами. Гипотеза Луи де Бройля устанавливала, что не только фотоны, но и электроны, нейтроны, атомы и молекулы, для которых существуют основные системы отсчёта, обладают корпускулярными и волновыми свойствами. Потом гипотеза де Бройля получила экспериментальное подтверждение и стала собой представлять достоверную научную теорию. Не смотря на это, универсальность корпускулярно-волнового дуализма ограничивалась областью физики микромира.

В статье «Интерпретация волновой механики» (пер с фр. опубликован в журнале «Вопросы философии» №6, 1956г.) Луи де Бройль писал: «Я старался представить себе корпускулу как очень маленькое местное нарушение, включённое в волну, а это привело меня к тому, чтобы рассматривать корпускулу как своего рода маленькие часы, фазы которых всегда должны быть согласованы с фазами той волны, с которой они объединены. Изучая различие между поведением частоты корпускулы-часов и частоты сопровождающей её волны я заметил, что согласование фаз навязывало прямолинейно и равномерно перемещающейся корпускуле совершенно определённое движение по отношению к плоской монохроматической волне, которую мне пришлось с ней ассоциировать»/ «Философские вопросы современной физики». Под ред. И.В. Кузнецова и М.Э. Омельяновского, М., 1958, с. 80/.

В мысленном эксперименте де Бройля движение корпускулы-часов пилотировала волна, игравшая в их взаимодействии активную роль. Корпускула-часы находилась в подчинённом отношении к волне, играла в нём пассивную роль, находилась с волной в одной общей форме, лишалась своих корпускулярных свойств и приобретала волновые свойства. Поэтому в волне она становилась ненаблюдаемой нелокализованной и неуловимой.

Хотя де Бройль предполагал и ожидал, что корпускула-часы, включённые в волну, обнаружат себя в определённом месте волны «как очень маленькое местное нарушение», но его предположение и ожидание не подтвердились.

Волна не вкушает корпускулу, как уж лягушку, которая расширяет его желудок и образует в определённом месте его тела наблюдаемое местное нарушение. Де Бройлю пришлось искать корпускулу в волне с помощью двойного решения уравнения волны и уравнения корпускулы-часов. Значения волновой функции показывали де Бройлю, что в очень маленькой области, в центре её, имеется математическая сингулярность с бесконечным значением. Его происхождение было неизвестным, а его значение — лишённым смысла. Поэтому оно было заменено большим конечным значением и не было включено в корпускулярно-волновую теорию и в теорию двойного решения.

Так как полученный результат мысленного эксперимента Луи де Бройля остался непонятым и невключённым в теорию, то в эксперимент мною были внесены изменения и дополнения. В частности, корпускула-часы были заменены маятником настенных часов типа ходиков. И не маятник был включён в волну, а волна была включена в маятник. Только лишь эти изменения в мысленном эксперименте Луи де Бройля имели своим следствием распространение универсального корпускулярно-волнового дуализм на все физические тела, состоящие из атомов и молекул.

Можно было сравнивать наблюдаемые гармонические колебания маятника с ненаблюдаемыми гармоническими колебаниями частицы линейного гармонического осциллятора и посредством сравнения установить их взаимно однозначное соответствие. В моём распоряжении оказалась прекрасная параллель, раскрывающая многие тайны. В их числе раскрылась тайна происхождения нулевого уровня энергии линейного гармонического осциллятора. Энергия нулевого уровня оказалась обменной энергией, присутствующей в гармонически колеблющейся частице, но ей не принадлежащей. Линейный гармонически осциллятор оказался нелинейным и открытой физической системой. Маятник тоже оказался не консервативной закрытой колебательной системой, внутри которой ничего не изменяется и не развивается, а открытой физической системой. Взаимодействие маятника и волны оказалось существующим в подчинённом отношении к ненаблюдаемой третьей внешней силе.

Собственное пространство маятника и волны и внешнее пространство сообщаются посредством очень маленькой области, через центр которой в маятник входит извне порция количества движения в одной форме в начале периода колебаний и выходит вовне в другой форме в конце периода. Причём, в один определённый момент времени выходящее во внешнее пространств количество движения завершает период, а входящее во внутреннее пространство количество движения начинает собой новый период.

Эта маленькая область и была обнаружена Луи де Бройлем, в центре которой находилась математическая сингулярность с бесконечным значением. За бесконечным значением волновой функции укрывалось двустороннее движение двух порций количества движения, принадлежащих ненаблюдаемой внешней силе. Количество движения, поступающее в маятник извне, проводит в нём всю свою «жизнь».

С начала и до конца периода проходит «детство», «юность», «молодость», «зрелость», «старость» и «дряхлость» вселённого в маятник количества движения. В конце периода происходит обмен старого количества движения на новое количество движения. Описание акта обмена — дело недалёкого будущего времени.

Теперь рассматривается отношение друг к другу состояния движения и состояния покоя маятника, начиная с его самой простой формы, которая соответствует принципу относительности Галилея.

А). Неразличимые состояние движения и состояния покоя принадлежат телу, существующему в своём времени и пространстве, которые неразличимы. Поэтому можно полагать, что

В). Изменение и развитие формы отношения состояний тела ведёт к тому, что неразличимые состояние движения и состояние покоя становятся различимыми состояниями тела, существующего во времени и пространстве, которые стали различимыми в отношении друг к другу и в отношении к самим себе. Определённое время существования тела отличается от его неопределённого времени. Определённое пространство существования тела отличается от его неопределённого пространства.

Движение маятника от верхнего правого положения через нижнее положение до верхнего левого положения осуществляется за половину периода Т времени, имеющему определённое точное значение. Оно осуществляется на неопределённой изменяющейся длине пространства. Определённое время делимо на определённые делимые моменты времени, а неопределённое время не слагается из неделимых «теперь» /Аристотель/.

Покоящийся маятник в верхнем правом положении, или в верхнем левом положении, существует на определённой длине L пространства неопределённое время. Определённая длина пространства делима на делимые свои части, а неопределённая длина пространства не слагается из неделимых «здесь».

Признаки состояний маятника можно обобщить и выразить в форме математического предложения, которое состоит из условияи из вытекающего из него заключения.

Предложение 1. Если тело находится в состоянии равномерного прямолинейного движения, то оно существует в своём определённом времени и неопределённом линейном пространстве.

Предложение 2, обратное. Если тело существует в определённом времени и неопределённом пространстве, то оно находится равномерного прямолинейного движения.

Наблюдаемое движение маятника не является равномерным и прямолинейным. Но из этого не следует, что маятник не находится в равномерном прямолинейном ненаблюдаемом движении. Если возможно воздействие на маятник и волну ненаблюдаемой внешней силы, то возможно и равномерное прямолинейное ненаблюдаемое движение маятника и волны под командной властью внешней силы.

Предложение 3. Если тело находится в состоянии покоя, то оно существует в определённом линейном пространстве неопределённое время.

Предложение 4, обратное. Если тело существует в определённом линейном пространстве неопределённое время, то оно находится в состоянии покоя.

Маятник обладает постоянным весом Р, Б а взаимодействующая с ним волна обладает переменным весом Р, по закону равенства действия и противодействия. Маятник находится в верхнем крайнем правом, или левом, положении в неустойчивом равновесии в состоянии покоя и невесомости. Переменный вес, присутствуя в веществе маятника, не изменяет его величины ни на один атом. Посредством наложения их друг на друга без взаимного искажения, согласно принципу суперпозиции, постоянный вес маятника как бы подпирается снизу переменным весом волны и приобретает свойство невесомости.

В нижнем крайнем положении маятник пересекает на предельно высокой скорости вертикаль справа налево, или слева направо. На его постоянный вес накладывается сверху переменный вес волны. В результате наложения переменного веса постоянный вес возрастает в два раза.

С). Дальнейшее изменение и развитие отношения состояния движения и состояния покоя приводит к тому, что их различие обращается в их прямую противоположность.

Тело переходит из состояния движения, которое соответствует низшему уровню развития отношения, в состояние покоя, которое соответствует высшему уровню развития отношения. Переход из состояния движения в состояние покоя возможен не раньше, чем закончится время Т состояния движения.

За время Т импульс неоднократно переходит из одной, менее развитой, своей формы в другую, более развитую, форму. Формы импульса следуют одна за другой в строгом порядке. И только последняя форма импульса способна обращаться в первую форму энергии. Обращение импульса в энергию происходит не мгновенно, не за один определённый момент времени, а весь период Т колебаний от первого до последнего его момента.

Другими словами, сколько времени существует импульс и состояние движения тела, столько же времени существует процесс обращения импульса в энергию и столько же времени существует энергия и состояние покоя тела.

Параллельно обращению импульса РТ в энергию РL происходит обращение времени Т в длину L пространства посредством их наложения друг на друга без взаимного искажения. В результате образуется пространственно-временной интервал. Его началом является конец «чистого», незамутнённого пространством, определённого времени. Его концом является начало «чистого», незамутнённого временем, определённого линейного пространства.

В каждом из четырёх математических предложений имеется неразлучная пара или определённого времени и неопределённого пространства тела, или определённого пространства и неопределённого времени тела. Эти пары показывают, что любая физическая система не может находиться в состоянии движения или в состоянии покоя, в которых время и пространство системы одновремённо принимают определённые, точные значения. Это значит, что отношение времени и пространства друг к другу любой физической системы представляет собой соотношение неопределённостей, одним из частных случаев которого является принцип неопределённости, открытый в 1927 г. В. Гейзенбергом. Координата центра инерции системы представляет собой линейное пространство, а импульс, в размерности которого имеется размерность времени, представляет собой время.

Закон всемирного тяготения Ньютона описывает силу тяготения как величину, которая зависит от расстояния, т. е. от длины пространства между взаимодействующими телами, и не зависит от времени.Почему? Ответ на вопрос помогает найти предложение 3. Взаимодействующие тела находятся на определённом расстоянии друг от друга в состоянии покоя. Покоящиеся тела существуют в определённом линейном пространстве неопределённое время, которое не имеет определённого, точного значения. Сила тяготения не может зависеть от неопределённого времени. По этой же причине сила взаимодействия электрических зарядов описывается законом Кулона как величина, которая зависит от расстояния и не зависит от времени. Покоящиеся электрические заряды существуют в определённом линейном пространстве неопределённое время.

Основные уравнения электродинамики — уравнения Максвелла — означают, что вихри электрического и магнитного полей определяются производными по времени и не зависят от значения длины пространства. Почему?

Движущиеся вихри электрического поля определяются производной по времени от магнитного поля, а магнитного поля — производной по времени от электрического поля. Электрические и магнитные вихри существуют определённое время в неопределённом пространстве, которое не имеет определённой длины.

В основе утверждения концепции дальнодействия находится существование вихреобразного движения эфира в определённом времени и неопределённом пространстве, а в основе утверждения принципа близкодействия находится существование взаимодействующих покоящихся тел в определённом линейном пространстве неопределённое время.

Можно было бы поставить ещё и другие вопросы и попытаться найти на них ответы. Но лучше подождать их самостоятельного появления. Тогда и ответы на них возникнут сами собой.

К состоянию движения и к состоянию покоя тела имеют непосредственное отношение знаменитые апории Зенона Элейского

См. статью Отношение движения и покоя в апориях Зенона Элейского

Источник

Движение и покой

Понятия движения и покоя:

Если тело меняет свое положение относительно других тел – это означает, что тело в состоянии движения.

Машина едет по дороге. Относительно дороги, деревьев и домов, машина движется.

Если тело не меняет свое положение относительно других тел, значит, оно находится в состоянии покоя.

Дом, дорога и деревья в состоянии покоя относительно друг друга.

Если тела движутся относительно друг друга с одинаковой скоростью и в одном направлении, то относительно друг друга они тоже находятся в состоянии покоя.

Человек, который едет в машине, не ощущает движения, поскольку движется вместе с автомобилем в одном направлении и с одной скоростью.

Редактировать этот урок и/или добавить задание Добавить свой урок и/или задание

Добавить интересную новость

Добавить анкету репетитора и получать бесплатно заявки на обучение от учеников

Добавление комментариев доступно только зарегистрированным пользователям

Lorem iorLorem ipsum dolor sit amet, sed do eiusmod tempbore et dolore maLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborgna aliquoLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempbore et dLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborlore m mollit anim id est laborum.

28.01.17 / 22:14, Иван Иванович Ответить +5

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetu sed do eiusmod qui officia deserunt mollit anim id est laborum.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing sed do eiusmod tempboLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod temLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempborpborrum.

28.01.17 / 22:14, Иван Иванович Ответить +5

Источник

Что такое покой в физике

© Репченко Олег Николаевич, 2005-2021

Все права защищены и заверены нотариально. Никакие материалы этого сайта не могут быть заимствованы целиком или частично в каком бы то ни было виде без письменного разрешения автора.

4.9. Что такое масса покоя или как возникают «тяжелые» частицы?

Мы вплотную подошли к тому, чтобы расставить все точки над i в вопросах массы и энергии. И прежде всего нам приходится констатировать факт, что теория относительности во многом сохранила классические представления о массе. Согласно этому подходу масса является внутренним «врожденным» свойством тел, своеобразной мерой количества материи, содержащейся в них. Различие с классической физикой состоит лишь в том, что в теории относительности возникает рост массы со скоростью, который интерпретируется как своеобразная «трансформация» энергии движения в материю, что и приводит к росту количества материи – массы.

В этом свете и сама масса покоя M₀ приобретает интерпретацию носителя некой внутренней энергии тела – энергии массы. Учитывая немалую величину выражения M₀c 2 для обычных классических объектов, этот взгляд приводит к представлениям о колоссальной энергии, содержащейся в материи. Энергии, которая вроде как может высвобождаться при определенных условиях. А также эти взгляды позволяют думать, что вся материя произошла из энергии.

Посмотрим теперь на эти вопросы с точки зрения полевой физики. Ведь мы смогли понять структуру релятивистской массы покоя, используемой в теории относительности, и проследить, как возникает эта величина! Во многом масса покоя M₀ похожа на классическую массу m и определяется выражением:

В большинстве случаев интенсивность локальных полей мала по сравнению с интенсивностью глобального поля, и релятивистская масса покоя совпадает с величиной классической массы:

Природа возникновения колоссальной энергии массы является в полевой физике совершенно прозрачной. Она есть не что иное, как потенциальная энергия взаимодействия каждого тела с совокупным гравитационным полем Вселенной! Энергия массы, как и сама масса, не связана с материальным объектом и заключенными в нем свойствами, а обусловлена глобальным взаимодействием. Она никак не проявляется в обычных земных условиях, потому что Земля вместе со всеми телами на ее поверхности движется под влиянием глобального взаимодействия как единое целое. Выделение колоссальной энергии массы, приписанной тому или иному телу, было бы возможно лишь в случае падения этого тела на центр Галактики!

В этом смысле релятивистское приближение во многом аналогично классическому поведению, рассмотренному нами в предыдущей главе. Помимо понимания динамической природы массы и роли глобального взаимодействия релятивистское поведение не требует более никаких дополнительных понятий или приемов. А развитые теорией относительности мистические представления об энергии массы и трансформации материи и энергии в полевой физике полностью теряют свой смысл.

Зато полевая физика позволяет по-иному посмотреть на результаты всех экспериментов с быстрыми частицами. Прежде всего потому, что в подобных экспериментах всегда обнаруживается переменный характер масс частиц. И это полностью соответствует нашей концепции динамической массы. Хотя подобное изменение масс быстрых частиц и связывается сегодня с зависимостью от скорости их движения, эта зависимость численно совпадает с формулами полевой физики, как мы уже видели ранее.

Помимо этого на основании измерений в таких экспериментах вычисляются массы покоя исследуемых частиц, например массы покоя электрона или протона. И проводятся эти вычисления в согласии с современными представлениями на основании релятивистской формулы массы. А все посчитанные по этим формулам массы покоя элементарных частиц известны сегодня как фундаментальные физические константы.

Вторая компонента массы покоя также является константой. Важно понимать, что это не есть переменная полевая добавка к массе, а лишь ее значение в одной из точек траектории. Условно говоря, в точке покоя частицы, которая может совпадать с точкой начала движения связанной в атоме или ядре частицы, или с точкой максимального сближения частиц при их столкновении.

Зависимость массы покоя частицы от интенсивности локального поля в одной из точек ее траектории (в точке покоя) является крайне важной. Это обстоятельство означает, что одна и та же частица в разных физических условиях и в разных экспериментах будет обладать как бы разной массой покоя! Такое различие обусловлено тем, что в одних условиях частица находится в слабом локальном поле, а в других – в сильном. И чем сильнее локальные поля, в которых исследуется движение частицы, тем к более высокой массе покоя будет приводить релятивистский расчет!

Однако когда интенсивности локальных полей возрастают, добавка к массе покоя перестает выглядеть безобидно. Так, например, на ускорителях протонов при бомбардировке мишеней или на встречных пучках достигается очень сильное сближение частиц, в результате которого могут происходить разные реакции, в том числе и с образованием свободного электрона. И этот электрон «рождается» и начинает свое движение из области очень сильного поля. В результате вычисленная по релятивистским формулам масса покоя такого электрона окажется намного выше массы покоя электрона, зарегистрированного в слабых полях!

Так что же мы получаем в результате обработки подобных экспериментов? Новую частицу! Потому что согласно релятивистским расчетам мы должны приписать такому электрону намного большую массу покоя, чем у свободного электрона! А в современных представлениях масса покоя считается величиной, однозначно характеризующей частицу.

Вот каким образом в современной физике возникло такое множество новых элементарных частиц! Часто такие частицы очень похожи на прежние и обладают теми же свойствами, но только их масса покоя заметно больше, а время жизни невелико. Если говорить об электроне, то его клоны известны под названием мезонов, о чем мы уже упоминали.

Дополнительно следует отметить еще одно важное обстоятельство. Рождение электрона в тех или иных реакциях на ускорителях может возникать только при реализации одних и тех же физических условий. Например, при бомбардировке ядер протонами это может быть одна и та же типовая реакция распада нейтрона. Поэтому несмотря на все множество вариаций в условиях экспериментов меняются только параметры причин, вызывающих базовую реакцию образования конечной частицы – электрона. Разные условия определяют только вероятность возникновения базовой реакции, или другими словами, количество образовавшихся электронов. А сами условия образования электрона в каждом случае идентичны! Это и приводит к появлению одной и той же величины добавки к массе электрона, позволяющей каждый раз идентифицировать его как один и тот же мезон с известной массой покоя!

Мезоны «рождаются» на ускорителях частиц с энергией в несколько сотен МЭВ. Эта энергия в несколько сотен раз превышает энергию, обуславливающую массу покоя обычного электрона, которая равна половине МЭВ. В результате этого массы покоя тяжелых электронов – мезонов – также в несколько сотен раз превышают массу покоя электрона. В условиях более высоких энергий возникает эффект «рождения» еще более тяжелых мезонов и других частиц.

Впрочем, как мы уже отмечали, превращения элементарных частиц не так просты, чтобы полностью описать их с ходу. Возникает еще очень много нюансов, которые требуют объяснения. Мы не готовы сейчас решать все эти вопросы, но можем отметить суть проделанных рассуждений. Они сводятся к тому, что формальная релятивистская зависимость массы от скорости имеет еще один негативный аспект.

И состоит он в том, что, согласно релятивистской философии, масса покоя частицы может быть только одна, и она всегда полностью совпадает с классической массой. На самом же деле величина, известная как масса покоя, для одной и той же частицы может быть разной! И зависит она от интенсивности локальных полей, в которых движется частица. Это своеобразная константа движения, зависящая от его начальных условий подобно полной энергии частицы (ведь как мы видели выше, она именно так и определяется!) Масса покоя остается постоянной только в процессе одного конкретного движения, но может быть совершенно иной при движении этой же самой частицы, но уже в других условиях.

Применение релятивистской механики к расчету результатов экспериментов приводит к тому, что в разных физических условиях одна и та же частица имеет разную массу покоя. В результате вместо одной частицы в современной физике возникают целые группы похожих частиц, отличающихся в основном только величиной массы покоя (и «временем жизни»). Наиболее яркими примерами могут служить электрон и мюон, а приведенные выше рассуждения являются самым естественным объяснением электронмюонной инвариантности.

Это обстоятельство требует серьезного пересмотра всей системы известных на сегодня элементарных частиц. Потому что большинства из них на самом деле просто не существует! Они суть иллюзия – плод релятивистской философии и математического формализма.

Источник