T8heses - Pedsovet.su

Время и ритм природы.
Юсупов Р.А.
свободный исследователь,
Виртуальный университет, лаборатория физики и космологии.
Россия, Владивосток, 6 июня 2013 года.
В настоящей статье представлены результаты исследования автора по вопросам
естественного, натурального времени, его ритма. Этот вопрос в свою очередь тесно связан с
вопросом о смысле и месте планковских констант в системе современного естественнонаучного, в
первую очередь физического знания о природе. Еще один вопрос, затрагиваемый в статье, это
вопрос эволюционного развития Вселенной.
Ключевые слова: постоянная тонкой структуры, натуральное время, фундаментальные физические
константы, планковские константы, космологическая постоянная, Вселенная.
УДК: 53.01, 530.1, 539, 524.85.
PACS: 04.20.Cv, 04.20.Ex, 06.20.Jr, 98.80.Bp.
Введение. В настоящей статье рассмотрены вопросы о времени и ритме природы и Вселенной.
Также рассмотрены вопросы, относящиеся к фундаментальным физическим величинам
(константам) и к планковским величинам (константам), как к их неотъемлемой части. Вопросы
эволюционного развития Вселенной также рассмотрены в настоящей статье. Автор
придерживается материалистического взгляда на природу и Вселенную. Это подразумевает, что
основными сущностями природы являются материальные субстанции материя, пространство и
время. Существует их неразрывная связь в природе, в том числе и на планковском масштабе. С
точки зрения физики эти субстанции проявляют себя в форме массы, заряда (электрического),
протяженности или длины, длительности или времени (частоты) и подчиняются физическим
законам. На планковском масштабе природа оперирует определенными дискретными
количествами этих физических величин. Назовем их элементарными физическими величинами и
будем обозначать массу 𝑚𝛼 , заряд 𝑞𝛼 (планковский) или 𝑒𝛼 (элементарный), длину 𝑙𝛼 , время 𝑡𝛼 ,
частоту 𝑓α . Определим систему единиц измерения. Основными, независимыми величинами этой
системы будут масса, заряд, длина, время. Это соответствует независимым сущностям природы.
Единицами этих величин будут соответственно килограмм, α-Кулон (определяется в статье), метр
и секунда. Автор в настоящей статье в форме кратких тезисов и пояснений к ним выдвигает и
обосновывает ряд предложений.
Тезисы и пояснения.
1.
Основным предложением является утверждение о неразрывном единстве трех основных
сущностей природы. Это единство отражается в физическом законе
𝒎𝜶 𝒍𝜶 = 𝒕𝜶 или 𝒎𝜶 𝒍𝜶 = 𝒇−𝟏
𝜶 .
Пояснение. Это основной закон природы. Это утверждение нужно принять в качестве
постулата. Необходимые пояснения будут даны по ходу изложения материала статьи.
2.
Природа имеет свое собственное естественное, натуральное время и свой собственный ритм.
Все процессы в природе совершаются в ритме природы. В природе и Вселенной существует
естественная, природная единица времени, своя секунда, назовем ее α-секунда. Ее значение
равно значению постоянной тонкой структуры 𝛼 = 7,2973525698 − 03:
𝟏 𝜶 − секунда = 𝜶 секундам = 𝟕, 𝟐𝟗𝟕𝟑𝟓𝟐𝟓𝟔𝟗𝟖 − 𝟎𝟑 с.
Пояснение. Это раскрывает смысл постоянной тонкой структуры 𝛼.
3.
С природой и Вселенной неразрывно связана космологическая постоянная (частота),
безразмерная величина 𝑈𝛼 . Космологическая постоянная задает, определяет ритм природы,
Вселенной. В этом ритме совершаются все процессы природы на микроуровне.
Космологическая постоянная определяется равенством:
𝑼𝜶 = 𝟏, 𝟐𝟏𝟎𝟑𝟒 + 𝟒𝟒.
Пояснение. К определению этого значения можно подойти, выписав цепочку равенств,
определяющих гравитационную постоянную на основе планковских констант:
𝐺 = 𝑙 3 𝑚−1 𝑡 −2 = 𝑙 3 𝑡 −3 × 𝑡𝑚−1 = 𝑐 3 𝑡𝑐 = 𝑐 3 𝑙 = 𝑐 4 𝑡 = 𝑐 4 𝑓 −1 .
Следует иметь в виду, что здесь используется постулат из первого пункта в форме 𝑚𝑐 = 1.
Единица в правой части этого равенства является размерной величиной. Отсюда следует, что
𝑓 = 𝑐 4 𝐺 −1 =1,21034 +44. Следует иметь в виду, что в этой цепочке равенств используются
уточненные (согласно формуле 𝑚𝑐 = 1) планковские константы. Эти планковские константы
отличаются от официальных, представленных на сайте NIST1 на множитель 𝑚𝑝 𝑐 = 6,525.
Числовое значение уточненной планковской частоты и есть космологическая постоянная 𝑈𝛼 .
4.
В природе и Вселенной существует минимальная временная длительность 𝑡𝛼 . Ее значение
определяется равенством:
𝒕𝜶 = 𝟏 𝛂 − секунда⁄𝑼𝜶 = 𝟔, 𝟎𝟐𝟗𝟏𝟖𝟎𝟖𝟏𝟑𝟖 − 𝟒𝟕 с.
Назовем эту величину элементарным временем.
5.
α-секунда является мерилом длительности всех процессов, происходящих на макроуровне.
Время эволюции Вселенной имеет предел. Максимальный возраст 𝐴𝛼 Вселенной в αсекундах равен значению величины 𝑈𝛼 :
𝐴𝛼 = 𝑈𝛼 𝛼 − секунд = 𝛼 × 𝑈𝛼 с = 8,8322702822 + 41 с.
6.
Uα –ая часть (доля) α-секунды 𝑡𝛼 , является мерилом длительности всех процессов,
происходящих на микроуровне.
Пояснение. α-секунда по сути дела является границей, «водоразделом по времени» между
микро и макро процессами природы и Вселенной.
1
http://physics.nist.gov/сonstants
7.
Закон Кулона, закон взаимодействия двух точечных электрических зарядов 𝑞1 и 𝑞2 ,
находящихся на расстоянии 𝑟 друг от друга для планковского масштаба (здесь вакуум и
поэтому величина 𝜀 = 1), должен иметь вид:
𝑭𝑪𝒐 = 𝒄𝟐 × 𝒒𝟏 𝒒𝟐 𝒓−𝟐 .
(1)
Пояснение. Здесь c, -скорость света в вакууме. Множитель 10−7, который присутствует в
обычной записи закона Кулона, здесь отнесен к числовому значению зарядов.
8.
Планковская и кулоновская элементарные силы равны между собой и численно равны
значению космологической постоянной 𝑈𝛼 :
𝐹𝑃𝑙 = 𝐺𝛼 × 𝑚𝛼2 𝑙𝛼−2 = 𝑚𝛼 𝑙𝛼 𝑡𝛼−2 = 𝑚𝛼 𝑙𝛼 𝑈𝛼2 = 𝑈𝛼 ,
𝐹𝐶𝑜 = 𝑐𝛼2 × 𝑞𝛼2 𝑙𝛼−2 = 𝑞𝛼2 𝑡𝛼−2 = 𝑈𝛼−1 𝑈𝛼2 = 𝑈𝛼 .
Эти равенства надо воспринимать с точностью до опущенной размерной единицы.
9.
Числовое значение планковского заряда 𝑞𝛼 определяется по формуле (1), с учетом равенства
планковской и кулоновской элементарных сил:
𝐹𝐶𝑜 = 𝑐 2 × 𝑞𝛼2 × 𝑙𝛼−2 = 𝐹𝑃𝑙 = 𝑐 4 𝐺 −1 =1,21034 +44 н.
Отсюда следует, что числовое значение планковского заряда 𝑞𝛼 будет равно
𝒒𝜶 = 𝑼−𝟎,𝟓
= 9,08964 -23 α-Кулон.
𝜶
(2)
Числовое значение элементарного заряда 𝑒𝛼 , будет соответственно равно
𝒆𝜶 = 𝜶𝟎,𝟓 𝒒𝜶 = 𝜶𝟎,𝟓 𝑼−𝟎,𝟓
= 7,76478 -24 α-Кулон.
𝜶
(3)
Пояснение. Заметим, что эти значения приведены не в Кулонах, а в α-Кулонах. Равенство (2)
является определением понятия α-Кулон и значения величины заряда в α-Кулонах. Заряд
является основной величиной в авторской системе единиц. В системе единиц измерения, где
единицей времени является наша обычная секунда, числовым значением элементарного
заряда будет значение из формулы (3). В системе единиц измерения, где единицей времени
является естественная, природная секунда, α-секунда, числовым значением элементарного
заряда будет значение из формулы (2). Это есть числовое значение элементарного
естественного, природного заряда (заряда электрона и протона по модулю) взятого в
отношении к природному, естественному времени.
10. Между возрастом Вселенной 𝐴𝑈 в секундах нашего обычного времени и в α-секундах
естественного, натурального времени существует простая зависимость:
𝐴𝑈 с = 𝛼 −1 × 𝐴𝑈 α-секунд.
11. В процессе эволюционного развития Вселенной элементарные величины массы, заряда, длины
и времени принимают следующие значения в зависимости от возраста Вселенной 𝐴𝑈 в
секундах:
𝒎𝜶 = (𝑨𝑼 ⁄𝜶)𝟎,𝟏𝟐𝟓 × 𝑼−𝟎,𝟐𝟓
для массы в кг,
𝒇
𝒆𝜶 = 𝜶𝟎,𝟓 × 𝑼−𝟎,𝟓
для заряда (элементарного) в α-Кулон,
𝒇
(4)
𝒒𝜶 = 𝑼−𝟎,𝟓
для заряда (планковского) в α-Кулон,
𝒇
𝒍𝜶 = (𝑨𝑼 ⁄𝜶)−𝟎,𝟏𝟐𝟓 × 𝑼−𝟎,𝟕𝟓
для длины в м,
𝒇
(5)
𝒕𝜶 = 𝜶 × 𝑼−𝟏
𝒇 для времени в с.
Пояснение. Значения элементарных величин в вышеприведенных формулах даны в
соотнесении к нашему обычному времени. Значения элементарного времени и элементарного
заряда не зависят от возраста Вселенной. Величина элементарного заряда определяется
значением космологической константы (частоты) и не зависит от минимальной временной
длительности 𝑡𝛼 . Существует определенная аналогия между элементарными величинами и
планковскими константами. Фиксированные для определенного возраста Вселенной значения
элементарных величин по своей сути являются планковскими константами. Но надо иметь в
виду, что их значения отличаются от значений официальных планковских констант на сайте
NIST.
12. Скорость света в вакууме 𝑐𝛼 и гравитационная постоянная Ньютона 𝐺𝛼 оказываются
зависимыми от возраста Вселенной величинами:
𝒄𝜶 = 𝒍𝜶 ⁄(𝜶−𝟏 × 𝒕𝜶 ) = (𝑨𝑼 ⁄𝜶)−𝟎,𝟏𝟐𝟓 × 𝑼𝟎,𝟐𝟓
𝒇 ,
(6)
−𝟏
𝑮𝜶 = 𝒍𝟑𝜶 𝒎−𝟏
× 𝒕𝜶 )−𝟐 = (𝑨𝑼 ⁄𝜶)−𝟎,𝟓 .
𝜶 (𝜶
(7)
Пояснение. Заметим, что имеет место, следующее числовое равенство:
𝑐𝛼 = 𝑚𝛼−1. Это соотношение использовалось выше при отыскании значения космологической
постоянной. Численное значение величины скорости света в вакууме и численное значение
величины элементарной массы в каждый момент эволюции Вселенной являются взаимнообратными значениями.
13. Формулы (4), (5), (6), (7) позволяют вычислить возраст Вселенной, если известны значения
соответствующих величин. Особенно простая формула вычисления возраста Вселенной
получается из формулы (7) 𝐴𝑈 = 𝛼 × 𝐺𝛼−2 .
Пояснение. Для современной эпохи Вселенной мы знаем значение гравитационной
постоянной 𝐺𝛼 = 𝐺 = 6,67384 − 11. Отсюда для современного возраста Вселенной получаем
следующее значение 𝐴𝑈 = 1,63838 +18 с =51,92 млрд. лет. Для вычисления возраста
Вселенной через скорость света формула будет такой 𝐴𝑈 = 𝛼 × 𝑈𝛼2 × 𝑐𝛼−8.
14. По формулам (4) и (5) для современного возраста Вселенной (51,92 млрд. лет) легко
рассчитываются современные значения элементарных величин массы и длины. Они
соответственно равны:
𝒎𝜶 =3,33564 -09 кг,
(8)
𝒍𝜶 =2,476929 -36 м.
(9)
Пояснение. Легко проверяется равенство 𝑚𝛼−1 = 𝑐 =299792458, с точностью до опущенной
размерной единицы.
15. Понятно, что фундаментальные физические величины должны быть пересчитаны в связи с
приведенными в этой статье значениями элементарных физических величин массы, заряда,
длины, времени. В краткой статье этого не сделаешь. Приведем лишь значения некоторых
наиболее важных величин:
планковская энергия 𝐸𝛼 = 𝑚𝛼 𝑐𝛼2 = 𝑐𝛼 = 𝑐 = 299792458 Дж (3,86093 +31 эВ),
постоянная Дирака ħ𝛼 = 𝐸𝛼 ⁄𝑓𝛼 = 𝑙𝛼 = 2,476929 -36 Дж c (3,18995 -13 эВ с),
постоянная Планка ℎ𝛼 = 2𝜋ħ𝛼 =1,55630 -35 Дж c (2,00431 -12 эВ с).
Расчеты эти сделаны для значения элементарного заряда 𝑒𝛼 = 7,76478 -24 α-Кулон. В связи с
этим единица электрон-вольт в этих равенствах требует соответствующего уточнения. Все эти
величины являются функциями времени, зависят от возраста Вселенной.
16. Для всех элементарных частиц природы с массой m и комптоновским радиусом r, справедливо
числовое равенство:
𝒎 × 𝒓 = 𝑼−𝟏
𝒇 .
(10)
Пояснение. Это уточнение смысла предложения, сформулированного в первом пункте. Это
математическое выражение физического закона, являющегося отражением основного закона
природы о неразрывной связи основных сущностей природы материи (массы), пространства,
протяженности (длины), времени (частоты, космологической постоянной).
17. Для гипотетической элементарной частицы с массой, равной элементарной массе 𝑚𝛼 и
комптоновским радиусом, равным элементарной длине 𝑙𝛼 , имеет место числовое равенство:
𝑚𝛼 × 𝑙𝛼 = (𝐴𝑈 ⁄𝛼 )0,125 × 𝑈𝑓−0,25 × (𝐴𝑈 ⁄𝛼 )−0,125 × 𝑈𝑓−0,75 = 𝑈𝑓−1 .
Пояснение. Это означает, что эта гипотетическая элементарная частица может существовать в
реальности, а максимальная масса элементарной частицы в природе равна элементарной
массе 𝑚𝛼 . Назовем эту частицу U-частицей. Минимальная длина в природе 𝑙𝛼 равна
комптоновскому радиусу этой частицы.
18. Элементарные частицы, находящиеся в возбужденном, более высоком энергетическом
состоянии должны иметь большую массу и меньший комптоновский радиус, в соответствии с
формулой (10) и формулой А. Эйнштейна 𝐸 = 𝑚𝑐 2.
19. Вселенная, - это динамически развивающийся объект с ограниченным временем
существования, ограниченный в пространстве и по массе. В каждый миг существования
Вселенной, в соответствии с ритмом природы, Вселенная увеличивается в массе на
элементарную массу и в линейном размере на элементарную длину. Это увеличение
объясняется тем, что в каждый такт природного ритма, во Вселенную «вбрасывается»
элементарная U-частица. В результате распада этих U-частиц образуется все вещество
Вселенной.
20. О числе Авогадро. Для современной эпохи Вселенной имеют место следующие равенства для
значения величины скорости света в вакууме 𝑐𝛼 = 𝑐 = 299792458, 𝑐𝛼−1 = 𝑐 −1 = 3,335640952-
09. Ранее было установлено числовое равенство 𝑐𝛼 = 𝑚𝛼−1. Для молярного объема 𝑉𝑚
идеального газа равного 𝑉𝑚 = 22,413968 -03 м3 , при условиях T = 273,15 K, p = 101,325 kPa,
имеет место, следующее числовое равенство:
𝑽𝒎 × (𝒄−𝟑 )−𝟏 = 𝑽𝒎 × с𝟑 = 𝑽𝒎 × 𝒎−𝟑
𝜶 = 6,03922008 +23.
(11)
Пояснение. Число Авогадро по данным NIST равно 𝑁𝐴 = 6,02214129 +23. Формула (11)
показывает, что один атом идеального газа содержится в объеме численно равном 𝑐 −3 .
Другими словами расстояние между атомами идеального газа при нормальных, указанных
выше условиях численно равно значению обратной величины скорости света. Легко доказать,
что на расстоянии численно равном 𝑐 −1 сила Кулоновского взаимодействия между
элементарными зарядами 𝑞𝛼 равна гравитационной силе взаимодействия между
элементарными массами 𝑚𝛼 и обе они равны числовому значению величины гравитационной
постоянной Ньютона 𝐺.
Заключение. Космологическая постоянная является уникальной постоянной нашей Вселенной.
Космологическая постоянная задает ритм всем процессам в природе. Она же задает
продолжительность эволюции Вселенной в α-секундах. Космологическая постоянная определяет
значение величин минимальной длительности времени в природе и элементарного заряда.
Космологическая постоянная и возраст Вселенной определяют величины элементарной массы и
элементарной длины. В статье раскрыта суть постоянной тонкой структуры. Постоянная тонкой
структуры является коэффициентом, связывающим секунду, произвольно выбранную нами
единицу времени, и α-секунду, натуральную единицу времени. Скорость света оказалась
величиной, зависящей от космологической постоянной и возраста Вселенной. Гравитационная
постоянная оказалась функцией возраста Вселенной. По сути дела она сама есть гравитационный
возраст Вселенной. Планковские уточненные (согласно формуле 𝑚𝑐 = 1) константы массы и
длины определяют собой лишь мгновенные значения элементарных физических величин массы и
длины для данного возраста Вселенной. Время и заряд становятся абсолютными величинами.
Вселенная имела свое начало и имеет свой конец. В статье приведен теоретически рассчитанный
возраст современной Вселенной, и указан максимальный возраст Вселенной. Предложено
объяснение значения числа Авогадро. В данной работе был представлен взгляд автора на природу,
Вселенную и природу вещей.
Автор выражает благодарность внуку Максиму за совместные прогулки, во время которых
хорошо думалось над теми вопросами, которые нашли отражение в этой статье. Автор выражает
благодарность Ли Смолину, чья книга “ Неприятности с физикой …” стала одним из
побудительных стимулов в его исследованиях по физике и космологии.