Что такое скалярное движение
Скаляры и векторы: что это такое
В физике используется много различных математических величин. Например, ускорение, скорость, сила, работа, мощность и так далее. Ученые делят эти величины на два типа: «скалярные» и «векторные». Что же означают эти типы и чем они отличаются?
Скаляр – это величина, которая описывается только значением. Значение этой величины выражает только число. Примеры скалярных величин: скорость, объем, масса, температура, мощность, энергия, время и т.д. Более о скорости читайте в учебнике по физике за 7 класс В.Г. Баряхтяра.
Вектор – это величина, которая имеет как значение, так и направление. Векторные величины важны при изучении движения. Некоторые примеры векторных величин: сила, скорость, ускорение, перемещение и импульс.
Вектор имеет и направление, и значение, а скаляр имеет только значение. Вы можете сказать, является ли величина вектором, просто если поймете, имеет ли эта величина направление.
Как нарисовать вектор?
Вектор нарисован в виде стрелки с головой и хвостом. Величину вектора часто описывают длиной стрелки. Стрелка указывает в направлении вектора.
Векторы обычно пишутся в виде жирных букв. Они также могут быть написаны в виде стрелки над буквой.
Пример вопросов: скаляр или вектор?
1) Футболист бежал со скоростью 15 км в час по направлению к концу зоны.
Это вектор, так как он представляет и значение (15 км/ч) и направление (по направлению к концу зоны).
2) Температура помещения составляет 15 градусов по Цельсию.
Это скаляр, направления нет.
3) Автомобиль разогнался на север со скоростью 4 м/с2 (четыре метра в секунду в квадрате).
Это вектор, поскольку он имеет как направление, так и величину. Мы также знаем, что ускорение – это векторная величина.
Два вида физических величин: скалярные величины и векторные величины
«Что-то я не помню такой темы в физике» — первое, что, наверное, пришло вам в голову. Да, вы правы — тема незаметная, но в некоторых учебниках она присутствует. «А нужна она мне для ЕГЭ?» Нужна. Точно нужна. Очень нужна. Постоянно нужна.
Давайте приступим. Надо запомнить, что в физике (школьной) есть два типа физических величин:
Векторная величина. Что это такое? Давайте вспомним (а для тех, кто не знал — узнаем), что
Направление вектора изображается на картинке. Куда показывает вектор — туда он и направлен. Например, бывает так, что вектор направлен вверх, вниз и т.д. Вектор может быть направлен вдоль какой-то плоскости. Примеры можете видеть на картинках.
Ну, самое простое — это опыт. Решая задачи, читая теоретический материал, вы со временем запомните, какие величины векторные, а какие скалярные. Физических величин не так много, как может показаться.
А способ чуть посложнее — это представить эти величины и решить для себя: могут они иметь направление? Если да — то это вектор, если нет — скаляр.
Например: заряд конденсатора. Если заряд имеет направление, то куда он направлен? Непонятно — поэтому, скорее всего, заряд — это скалярная величина.
Другой пример: длина отрезка. Если эта физическая величина имеет направление, то откуда куда она направлена: от точки 1 до точки 2? Или от точки 2 до точки 1? Трудно выбрать — поэтому, скорее всего, длина отрезка — это скаляр.
Какие из представленных на рисунках величин являются скалярными, а какие — векторными?
Что такое скалярное движение
Глава 12: Скалярное движение
Современная физика не осознает существование скалярного движения. Конечно, движение обычно определяется так, что скалярное движение исключается. Этот вид движения входит в наблюдаемые физические явления довольно ненавязчивым образом, поэтому неудивительно, что долгое время его существование оставалось неосознанным. Таким образом, прошло четверть века прежде, чем оно привлекло внимание научного сообщества в первом опубликованном описании вселенной движения. Трудно понять, почему так много людей не способно осознать наличие нескольких наблюдаемых видов движения, которые не могут быть никакими иными, кроме как скалярными.
Например, астрономы утверждают, что отдаленные галактики движутся радиально наружу друг от друга. Полное значение движения галактик не очевидно при случайном рассмотрении, поскольку мы видим каждую из отдаленных галактик, движущуюся от нашего расположения, и можем поместить каждое из наблюдаемых движений в нашу пространственную систему отсчета так же, как знакомые движения нашего повседневного опыта. Но истинный характер движения становится ясен, когда мы исследуем отношение галактики Млечный Путь к этой системе движений. Хотя мы считаем нашу галактику единственным стационарным объектом во вселенной (допущение, которое защищают некоторые ученые современности), следует осознать, что наша галактика тоже движется от всех других; то есть, она движется во всех направлениях. И поскольку признается, что наша галактика не уникальна, из этого следует, что все широко разделенные галактики движутся наружу во всех направлениях. Такое движение, которое совершается постоянно во всех направлениях, не обладает определенным направлением. Оно целиком и полностью определяется величиной (положительной или отрицательной), а потому является скалярным.
Мелкомасштабный пример такого вида можно видеть в движении пятен на поверхности расширяющегося воздушного шара, часто использующегося в качестве аналогии теми, кто пытается объяснить природу движений отдаленных галактик. Каждое пятно движется наружу от всех других. Если расширение прекращается и за ним следует сжатие, движения переворачиваются, и каждое пятно движется вовнутрь ко всем другим, как при гравитационном движении.
В случае расширяющегося шара имеется известный физический механизм, вызывающий расширение, и наше понимание этого механизма делает очевидным, что все положения на поверхности шара движутся. Пятна на поверхности не обладают собственным движением. Они просто переносятся движением положений, которые занимают. Согласно мнению астрономов, разбегание отдаленных галактик – тот же вид процесса. Как объясняет Пол Девиес:
“Многие люди (включая некоторых ученых) думают о разбегании галактик как о результате взрыва совокупности материи в существующей до жизни пустоте, с галактиками как фрагментами, разбросанными в пространстве. Это абсолютно неверно. Расширяющаяся вселенная – это не движение галактик в пространстве из какого-то центра, а постоянное расширение пространства”. 22
Постулаты теории Обратной Системы, теории вселенной движения, обобщают данный вид движения. Они определяют вселенную, в которой скалярное движение физических положений является базовой формой движения, из которого выводятся все физические сущности и феномены. Следовательно, способ, которым этот вид движения проявляется наблюдению, имеет важное отношение к природе фундаментальных физических явлений.
Обычно, ученые (с достаточным оправданием) сопротивляются принятию гипотезы, постулирующей существование феноменов, неизвестных наблюдению. Следует подчеркнуть, что скалярное движение – это наблюдаемый феномен, истинный характер которого еще не осознан. Как только критически исследуются движения, описанные в предыдущих параграфах, и осознается их скалярный характер, существование скалярного движения больше не гипотеза; это демонстрируемый физический факт. Тогда существование других скалярных движений, как этого требует теория вселенной движения, становится естественным и логическим следствием, а наблюдаемые феномены, обладающие теоретическими свойствами скалярного движения, могут правомерно определяться как скалярные движения.
Результаты распределенного скалярного движения полностью отличаются от результатов комбинации векторных движений в разных направлениях. Комбинированные эффекты величин и направлений векторных движений могут быть выражены как векторы. Результаты прибавления векторов очень чувствительны к влияниям направления. Например, векторное движение А прибавляется к векторному движению AB равной величины, но диаметрально противоположного направления, и создает нулевой результат. Аналогично, векторные движения равной величины во всех направлениях от данной точки дают нуль. Но скалярное движение сохраняет ту же положительную (наружу) или отрицательную (вовнутрь) величину, независимо от способа распределения направлений.
Ни один из определенных видов скалярного движения не может быть представлен в фиксированной пространственной системе отсчета в его истинной характеристике. Такая система отсчета не может представлять одновременное движение во всех направлениях. Конечно, она не может представлять движение больше, чем в одном направлении. Чтобы представить систему двух или более скалярных движений в пространственной системе отсчета, необходимо определить точку отсчета для системы в целом; то есть, скалярная система должна присоединяться к системе отсчета так, чтобы одно из движущихся положений в скалярной системе случайно определялось как неподвижное (со скалярной точки зрения) относительно системы отсчета. Тогда направление, введенное в движение каждого из других объектов или физических положений в скалярной системе, является движением относительно точки отсчета.
Например, если мы обозначим нашу галактику как А, тогда направление движения отдаленной галактики Х, как мы его видим, будет АХ. Но наблюдатели в галактике Б, если таковые существуют, видят галактику Х как движущуюся в другом направлении БХ, наблюдатели галактики В видят направление как ВХ и так далее. Значимость зависимости направления от точки отсчета можно оценить, если сравнить его с соответствующим аспектом векторного движения. Если объект Х векторно движется в направлении АХ, если рассматривается из положения А, он также движется в том же направлении АХ, если рассматривается из любого другого положения в системе отсчета.
Следует понять, что иммобилизация точки отсчета в системе отсчета относится лишь к представлению скалярного движения. Ничего не мешает объекту, расположенному в точке отсчета (мы можем назвать его объектом отсчета), обретать дополнительное движение векторного характера. Например, расширение шара может происходить на полу движущегося автомобиля, в данном случае точка отсчета пребывает в векторном движении. Если имеется дополнительное движение такой природы, оно рассматривается так же, как и любое другое векторное движение.
Соединение системы скалярных движений с фиксированной системой отсчета в точке отсчета не меняет скорости разделения членов скалярной системы. Следовательно, случайное обозначение точки отсчета как неподвижной (со скалярной точки зрения) вынуждает приписывать движение точки отсчета или объекта к другим точкам или объектам в системе.
То же справедливо и для движений отдаленных галактик. Измеренное разбегание – это просто увеличение расстояния между нашей галактикой и галактикой, убегающей от нас. Из этого следует, что часть увеличения разделения, которую мы приписываем разбеганию другой галактики, на самом деле, происходит за счет движения нашей собственной галактики. Это не трудно понять, если, как в случае галактик, причина, по которой кажется, что объекты движутся быстрее, чем на самом деле, является случайным допущением стационарности нашего положения. Сейчас необходимо осознать, что это общепринятое допущение. Тот же результат получится, если с целью отсчета за стационарный принимается любой случайный объект. Движение любой точки отсчета скалярного движения рассматривается системой отсчета так же, как мы рассматриваем наше движение в галактической системе; то есть, движение, замороженное системой отсчета, рассматривается как движение отдаленных объектов.
Из-за способа, которым скалярное движение представляется в системе отсчета, передача движения от одного объекта другому не имеет значимых следствий в галактической ситуации, поскольку нам не важно, удаляется ли галактика Х от нас или мы удаляемся от нее, или оба удаляются вместе. Но тогда вопросы, какие объекты реально движутся, и как они движутся, оказывают важное влияние на другие скалярные движения, такие как гравитация. Сейчас при наличии доступной информации очевидно, что вращение атомов в материи, описанное в томе 1, является вращательно распределенным отрицательным (вовнутрь) скалярным движением. Посредством этого движения каждый атом, не зависимо от того, как он может или не может двигаться векторно, движется вовнутрь по направлению ко всем другим атомам материи. Очевидно, движение вовнутрь можно определить как гравитацию. Тогда у нас имеется ответ на вопрос о происхождении гравитации.
Хотя Ньютон упорно отказывался делать какие-либо выводы о механизме гравитации, тот факт, что в его уравнении нет термина времени, подразумевает, что гравитационное влияние мгновенно. В свою очередь это приводит к выводу, что гравитация – это “действие на расстоянии”, процесс, при котором масса действует на другую отдаленную массу без промежуточной связи. Не существует экспериментального или наблюдаемого свидетельства, противоречащего мгновенному действию. Как отмечалось в томе 1, даже астрономия, где допускается, что любая неточность была бы серьезной при рассматривании огромных включенных величин, признает, что “почти во всех случаях теория Ньютона используется для вычисления движений звездных тел”. 23
Однако для большинства физиков мгновенное действие на расстоянии неприемлемо, и они прибегают ко всяческим уловкам, чтобы избежать признания его существования. Теория передачи через “светоносный эфир” служила именно этой цели, когда предлагалась впервые, но когда выполнили дальнейшие исследования, стало очевидно, что никакая субстанция не может обладать противоречивыми свойствами, требующимися от этой гипотетической среды.
Статус пространства продолжений как чисто ментальной концепции выведен с целями отсчета, а не как физическая сущность. Это значит, что оно не контейнер и не основа для физической деятельности вселенной, как полагает традиционная наука. С традиционной точки зрения все физически реальное содержится в пространстве и времени пространственно-временной системы отсчета. Когда в целях удовлетворения требований построения теории требуется постулировать нечто вне пределов этих ограничений, допускается, что такие феномены нереальны. Как выражает это Гейзенберг, они “не существуют в том смысле, в котором существуют камни или деревья”. 30
Развитие теории вселенной движения показывает, что традиционная пространственно-временная система отсчета не содержит ничего физически реального. Напротив, это незавершенная система, не способная представить всю область движений, существующих в физической вселенной. Она не может представлять движение больше, чем в одном скалярном направлении. Она не способна представлять скалярную, систему, в которой все элементы движутся. И не может правильно представлять положение отдельного объекта, движущегося во всех направлениях одновременно (то есть, объект, чье движение скалярное и, следовательно, не обладает конкретным направлением). Многие другие недостатки этой системы отсчета не очевидны до тех пор, пока мы не исследуем влияния движения с очень высокой скоростью в томе 3; но уже упомянутые дефекты оказывают значимое влияние на феномены, которые мы исследуем сейчас.
Неспособность представлять больше одного измерения скалярного движения – это особенно серьезный недостаток, поскольку постулированная трехмерность вселенной движения обязательно позволяет существование трех измерений движения. Возможно лишь одно измерение векторного движения, потому что для представления направлений одномерного движения требуются три измерения пространства, но скалярное движение обладает лишь величиной, и трехмерная вселенная может изображать скалярное движение во всех трех его измерениях.
Популярная ныне гипотеза о природе гравитационной силы считает гравитацию исключением. Общая теория относительности Эйнштейна предпринимает попытку объяснения ее возникновения. Согласно этой теории, гравитационная сила возникает за счет искажения пространства из-за присутствия материи. Насколько можно выявить из научной литературы, ни у кого не имеется ни малейшей идеи о том, как достигается такое искажение. Артур Эддингтон выразил отношение научного сообщества к этой проблеме в следующем утверждении: “Мы не спрашиваем, как масса сжимает пространство-время и создает искривление, которое постулирует теория”. 31 Но пока задается такой вопрос, ответ не придет. В теории Ньютона гравитационная сила возникает из массы абсолютно необъяснимым способом. В теории Эйнштейна это результат искажения или “искривления” пространства, которое создается массой абсолютно необъяснимым способом. Таким образом, каковы бы ни были другие достоинства, нынешняя теория (общая относительность) достигает не больше в рассмотрении возникновения гравитационной силы, чем ее предшественница.
Чтобы прийти к такому объяснению, следует осознать, что сила – это не самостоятельная сущность; это свойство движения. Движение отдельной единицы массы измеряется в терминах скорости (или быстроты). Тогда итоговое количество движения в материальной совокупности является произведением скорости на число единиц массы, величиной, раньше называемой “количеством движения”, а сейчас известной как “момент”. Степень изменения движения индивидуальной единицы – это ускорение, а степень изменения общего количества движения – это сила. Следовательно, сила – это общее количество ускорения.
В нынешней связи значение данного утверждения в том, что, будучи приложена к массе, сила не только создает ускорение (ныне осознаваемый факт), она сама является ускорением, существующим до такого приложения (рассматриваемый или отвергаемый факт). Иными словами, когда ракета воспламеняется, общее “количество ускорения”, доступное ракете (сила), – это сумма величин ускорения отдельных частиц газа, создаваемых ракетным топливом. Деление общего количества на единицы массы ракеты определяет ускорение каждой индивидуальной единицы и ракеты в целом.
Поскольку сила – это свойство движения, а не самостоятельная сущность, из этого следует, что там, где есть сила, обязательно должно быть движение, свойством которого является сила. Это приводит к выводу, что поле гравитационной силы – это область пространства, в которой существуют гравитационные движения. В контексте традиционной физической мысли подобный вывод неприемлем, поскольку в незанятом поле нет движущихся сущностей.
Информация о природе скалярного движения, развитая на предыдущих страницах, проясняет ситуацию. Материальная совокупность гравитационно движется во всех направлениях, но традиционная пространственная система отсчета не способна представить истинную природу такой системы движений. Как указывалось раньше, если скалярное движение АБ объекта А (рассматриваемого как массивный объект) к объекту Б (контрольной массе) не может быть представлено в системе отсчета из-за недостатков этой системы, движение АБ показывается как движение БА; то есть, движение контрольной массы Б к массивному объекту А, представляющему дополнение к реальному движению контрольной массы А. Из-за сферического распределения скалярных движений атомов массы А, величина движения, приложенного к массе Б, зависит от его расстояния от А и обратно пропорциональна квадрату этого расстояния. Таким образом, каждая точка в области, окружающей А, соответствует определенной части движения А, представляющей количество движения, которое было бы приложено к единице массы, если эта масса реально помещается в данную конкретную точку.
Бесспорно, допущение, что движение одного объекта по большей части является частью движения другого объекта, сбивает с толку тех, кто привык к традиционным идеям о движении. Но как только осознается существование скалярного движения, и то, что оно не обладает направлением, которое может распределяться на все измерения, очевидно, что система отсчета не может представлять истинного характера этого движения. В предшествующем анализе мы определили, что система отсчета представляет движение, которое не способна правильно представлять.
Это может показаться возвращением к действию на расстоянии, которое так неприятно большинству ученых, но, фактически, явное действие на отдаленные объекты – это иллюзия, созданная введением концепции самостоятельных сил в целях компенсации недостатков системы отсчета. Если система отсчета могла бы представлять истинные характеристики всех скалярных движений, проблемы бы не было. Каждая масса рассматривалась бы как следующая своему пути, двигаясь вовнутрь в пространстве, независимо от других объектов.
В данном случае принятая научная теория оказалась несостоятельной из-за предубеждения, возникшего в результате позволения абстрактной теории отмахиваться от результатов физических наблюдений. Наблюдатели продолжают привлекать внимание к отсутствию свидетельства конечного распространения времени, которое современная теория приписывает гравитационному влиянию. Это ясно видно из цитаты из новостей конференции, на которой обсуждалась эта тема:
“Когда оно (расстояние) астрономическое, трудность возникает за счет посредников, требующихся для пересечения измеряемого времени, в то время как силы появляются мгновенно”. 33
Но это допускает, что мы должны принять либо конечное распространение времени, либо действие на расстоянии; последнее, как однажды выразился Бриджмен, является “концепцией, вызывающей жестокую аллергию у многих физиков”. 34 Теории Эйнштейна, поддерживающей гипотезу распространения, придается статус превосходства над наблюдениями. Нижеприведенное утверждение физика эксплицитно освещает это положение:
“Сейчас мы убеждены, что гравитация движется со скоростью света. Однако такое убеждение не произрастает из эксперимента или нового наблюдения, а является результатом исключительно теории относительности”. 35
Это еще один пример практики, которая стала темой критического комментария на предыдущих страницах данного и предыдущего тома. Самоуверенность существующего научного знания привела исследователей к допущению, что в данной ситуации уже рассмотрены все альтернативы. Тогда приходят к выводу, что следует принять явно порочные гипотезы, не смотря на их недостатки, поскольку “другого пути нет”. Время и развитие теории вселенной движения показали, что другой путь есть, путь, свободный от нежелательных характеристик. Так и в этом случае. Вовсе не обязательно либо противоречить наблюдению, допуская конечную скорость распространения, либо принимать действие на расстоянии.
Некоторые из наиболее значимых следствий существования скалярного движения связаны с его измерениями. Термин “измерения” используется в нескольких разных смыслах, в этой работе преимущественно используются два из них. Если физические количества выражаются в компонентах величин фундаментальной природы, величины компонентов называются измерениями. В этом смысле определение измерений базовых физических величин являлось важной характеристикой развития теории на предыдущих страницах. В другом смысле этот термин осознается как пространство, которое трехмерно.
Традиционная физика осознает движение в трехмерном пространстве и представляет движения такой природы линиями в трехмерной пространственной системе координат. Но движения, существующие в трех измерениях пространства, являются лишь одномерными движениями. Каждое отдельное движение такого вида можно характеризовать вектором, и результирующая любого числа векторов является одномерным движением, определяющимся вектором суммы. Для представления одномерного движения требуются все три измерения пространственной системы координат. Отсутствует способ, которым система может указывать изменение положения в любом другом измерении. Однако постулат, что вселенная движения трехмерна, идет рука об руку с существованием трех измерений движения. Таким образом, в физической вселенной имеются два измерения движения, которые невозможно представить в традиционной пространственной системе отсчета.
Именно поэтому осознание существования скалярного движения радикально меняет физическую картину. До тех пор пока движение рассматривается полностью в терминах векторов, то есть как изменение положения относительно пространственной системы отсчета, не может быть другого движения, кроме движения, представленного в этой системе. Но поскольку скалярное движение обладает только величиной, движение такого рода может существовать во всех трех существующих измерениях физической вселенной. Следует подчеркнуть, что измерения скалярного движения являются математическими измерениями. Их можно представить геометрически лишь частично из-за ограничений геометрического представления. Чтобы отделить математические измерения движения от геометрических измерений пространства, в котором имеет место одно измерение движения, мы пользуемся термином “скалярное направление”, так же как мы пользовались этим термином на предыдущих страницах данного и предшествующего томов.
22 Davies, Paul, The Edge of Infinity, Simon & Schuster, New York, 1981, p. 137.
23 Alfven, Hannes, Worlds-Antiworlds, W. H. Freeman & Co., San Francisco, 1966, p. 92.
24 Einstein and Infeld, The Evolution of Physics, Simon & Schuster, New York, 1938, p. 185.