Симметрия времени. Альтернатива ОТО.

Сообщение №79163 от ielkin 02 июня 2013 г. 22:08
Тема: Симметрия времени. Альтернатива ОТО.


Модель двух пространств.

Аннотация.
Предлагается модель, которая объясняет некоторые не совсем ясные разделы современной физики элементарными формулами. В частности объясняет возникновения инерционной и гравитационной массы, объясняет причину возникновения гравитации и разбегания материальных точек Вселенной, объясняет причину «сокращения» длины при движении, объясняет «Красное смещение» и причину изменения постоянной Хаббла, которую приписывают тёмной энергии.

Ключевые слова: Инерционная масса, гравитационная масса, гравитация, «Красное смещение», ускоренное расширение Вселенной, сокращение длины, разбегание галактик.

Введение.
Всем известно, что существует симметрия уравнений, описывающих законы физики, по отношению к операции замены времени t на (-t) (то есть к обращению времени). На этом основании не делая каких-то немыслимых предположений можно попробовать построить модель, в которой будет использоваться два пространства на месте одного. Эти пространства будут отличаться направлением времени. При этом наблюдатель считает, что находится в одном пространстве. Исследуем, что будет видеть наблюдатель в этом случае. Одно пространство назовём (+), другое (-).
Наблюдатель считает, что находится только в (+). Выберем за положительное направление перемещения в (+) и (-) - перемещения материальной точки от наблюдателя. Тогда в (+) это будет удаление, соответственно для (-) это приближение, если рассматривать во времени (+t). Чтобы не путаться с пространствами будем считать, что в каждом пространстве существует только положительное направление движения. То есть, как только точка движется от наблюдателя – она рассматривается в (+), как только к наблюдателю – она рассматривается в (-). Иными словами осуществляется переход из одного пространства в другое при смене направления движения.
Так как пространства два и их свойства абсолютно одинаковы (за исключением направления времени), то сразу встаёт вопрос о так называемой скорости света в этих пространствах. Для наших абстрактных пространств – это максимальная зарегистрированная скорость для положительного направления в физическом пространстве. Известно, что пока скорость света не измерена в одну сторону в физическом пространстве. Скорость света в каждом (+) и (-) пространстве будем называть односторонней скоростью света (ОСС), их среднюю скорость будем называть двухсторонней скоростью света (ДСС). Но так как мы договорились, что свойства пространств одинаковы, то в точке наблюдения мгновенная скорость света одинакова для (+) и (-). Но для дальних расстояний это не так. Так как вспоминаем о возможном расширении Вселенной – это для (+), поэтому для (-) сужение, так как время в другую сторону. Понятно, что расстояние для одной и той же точки в таких пространствах будут немного отличаться, соответственно будет отличатся и время прохождения этого расстояния светом, соответственно наблюдатель (если бы он мог всё измерить) должен воспринимать это, как разные скорости света по направлению к нему и от него. Так как наблюдатель измерить не может, то можно пока просто считать, что скорости для удалённых точек будут немного отличаться.
Цель введения данной модели описания пространства наблюдателем – объяснение многих наблюдаемых явлений космологии без введения неизвестных множителе, непонятных явлений и составляющих самой Вселенной, непонятную пока природу гравитации. Это относится к масштабному множителю, тёмной энергии. То есть можно попробовать все задать в объемлющем пространстве при этом локально в районе рассматриваемой материальной точки будем использовать пространство событий соответствующее пространству Минковского. Элементарно можно объяснить природу гравитационного поля, масс гравитационной и инерционной – без привлечения сомнительных поля Хиггса и бозона Хиггса. Тем более, что не обнаружены ни носители, ни волны поля гравитационного, а с полем Хиггса и бозоном Хиггса не всё ясно.

1.0. Массы гравитационная и инерционная в модели «двух пространств».

Пока не будем вдаваться в природу возможно существующего некоторого разбегания материальных точек (её рассмотрим в части 4.0.). Примем пока, что оно существует с некоторой скоростью u. Понятно, что если оно существует, то существует абсолютно для всех материальных точек. При этом наличие сдерживающих сил не влияет на существование этого разбегания – оно существует, только потом компенсируется именно тем притяжением, которое и возникает, как следствие этого разбегания. Возьмём в виде тела пару материальных точек с положительным и отрицательным зарядом одинаковым по абсолютной величине. Понятно, что такое тело можно рассматривать, как одну электрически нейтральную материальную точку A. Ясно, что вблизи A все скорости в (+) и (-) одинаковы. Другое тело электрически нейтральное для A выберем в виде заряженной материальной точки B, заряд по абсолютной величине такой же, как и у материальных точек A (это для простоты расчёта – пока интересует только природа гравитационного взаимодействия). Так как локально вблизи A рассматривается пространство событий, то можем воспользоваться формулой сложения скоростей Эйнштейна. Требуется небольшое пояснение: заметить сближение или удаление объектов можно только относительно одного, выбранного неподвижным, объекта. Поэтому выбираем неподвижным объектом B, относительно него удаляется A со скоростью u. При этом A, находясь одновременно в (+) и (-) получает в одном пространстве (+v), в другом (-v) из-за электрического взаимодействия с B. Поэтому скорости u и v рассматриваются в разных системах отсчёта и складываются соответственно.

Поэтому в формуле для силы (выражение силы через импульс) появляются дополнительные члены:
, где - зависимость импульса от скорости – интересует только вариант изменения скорости по величине (см. литература [1]). Тогда:
,
Где (это из того же источника),
а – производная по времени формулы сложения скоростей. Подставим её в формулу силы:

,

где – выражение для силы (из того же источника), при изменении скорости по величине. Средняя сила, полученная из сил с (+v) и (-v):
(1)
– в этой формуле f,v - абсолютные значения, ясно, что Fcp<. Ясно, что при достаточно малых значениях скоростей требуемое соотношение в 40 порядков достигается. При этом сила всегда отрицательна, значит всегда притяжение.
Хочу отметить особо: скорость +u входит, как разбегание и имеет один знак +. Но, если вдруг пришлось бы рассматривать формулу (1) для некоторой скорости на сближение, то есть скорость -v то, тогда формула (1) была бы формулой силы отталкивания.
Формула (1) – дает возможность определить гравитационную массу. Теперь можно попробовать построить модель образования инерционной массы. Если рассмотреть все частицы Вселенной (считаем, что она изотропна), то A будет взаимодействовать с каждой. То есть каждая материальная точка Вселенной притягивает к себе A, если рассматривать A неподвижной. При этом притягивать будут одинаково во все стороны, так как Вселенная однородна и нет причин притягивать в какую-то сторону A сильнее. Если A ускорить, то в момент ускорения скорость разбегания по движению с материальными точками Вселенной уменьшиться, а скорость разбегания в противоположную сторону – увеличится. Соответственно, по-формуле (1) притяжение в сторону движения уменьшится, а в другую сторону – увеличится. Вот и две модели инерционной и гравитационной масса. Сомнений не вызывает, что в том и другом случае сила, действующая на A, пропорциональна зарядам составляющих этой материальной точки, то есть массы пропорциональны.
Примерная оценка масс.
1) Понятно, что гравитационная масса должна получиться из формулы (1). Если представить, что в материальной точке A находится 2n зарядов со средним зарядом q. Эти заряды взаимодействуют с 2N зарядов средним зарядом q'. Если отбросить множители порядка единицы, то формула (1) будет:
(2)
ясно, что к массе A может быть отнесено только
(3)
где M - некий множитель. К гравитационной постоянной тогда относится:
(4)
2) В случае инерционной массы так же отбросим множители порядка единицы
Но вместо скорости v надо взять её изменение (считаем, что только уменьшение и увеличение на одинаковую величину, хотя этот не так), связанное с ускорением тела A. Это изменение dv, за малое время .
Надо заметить, что и v тоже было определено за этот же малый промежуток времени. Считаем, что число заряженных частиц во Вселенной 2P, а средний их заряд Q и находятся они на среднем расстоянии R.
Тогда для некого тела D:
(5)
(Пояснение: масса инерционная тела D = сила притяжения Вселенной, деленное на ускорение - обозначение условное)
Остаётся «только» выяснить эти электрические составляющие тел, чтобы сравнить инерционную и гравитационную массы. И хватит ли описания кварками для исчерпывающего задания этой модели массы.

2.0. Красное смещение и метрика Вселенной в модели «двух пространств».

Все перечисленные проблемы решаются моделью двух пространств элементарно и без привлечения неведомых энергий, сомнительного построения многообразия с различными масштабными множителями и т.п.
Разные (ОСС) объясняют появление «красного смещения» совсем элементарно, остальное будет несколько сложнее. Рассмотрим нашу и некую дальнюю галактику. Считаем, что двухсторонние скорости света везде неизменны, значит и излучение в этих двух галактиках с точки зрения двухсторонней скорости света неизменно и имеет одну длину волны, обозначим её . На самом деле, ведь двухсторонней скоростью света измеряется метр. Поэтому даже при изменении этой скорости света изменится и метр, и обнаружить это изменение, будет невозможно. Теперь считаем, что свет, идёт в нашу сторону из района дальней галактики со скоростью < c где c – это двухсторонняя скорость света, - это (ОСС) в (-).
Разница во времени прихода переднего и заднего фронта волны
, но, как известно, на Земле мы воспринимаем это время, как прохождение световым сигналом некоторого пути с двухсторонней скоростью света. Или на не больших расстояниях односторонние скорости света на много меньше отличаются от двухсторонних скоростей света, чем на больших расстояниях. Поэтому мы на Земле считаем, что длина волны светового сигнала
(6)
То есть – длина волны увеличилась. Соответственно частота уменьшилась – получили “Красное смещение”, у которого

Более 100 лет назад процесс синхронизации часов и установка одновременности в двух точках были изучены Пуанкаре. Пуанкаре установил, что весь промежуток времени между отправлением и из точки синхронизирующего сигнала до прихода этого сигнала назад можно назвать промежутком одновременности. То есть можно выбрать не только среднюю точку этого промежутка, как это сделано у Эйнштейна, а можно выбрать любую точку этого промежутка (промежуток открытый). Выбрав эту точку, можно строить соответствующую механику. Но это для одного пространства. Пространства (+) и (-) с (ОСС) должны иметь синхронизацию с точкой из этого промежутка времени, при этом должна быть возможность установки синхронизации без движения сигнала в обратную сторону. Это возможно только для предельной точки – точки закрытия этого промежутка. Это возможно, так как Пуанкаре рассматривал возвращающейся сигнал и было необходимо время на его возвращение. Для «двух пространств» возвращения сигнала не требуется. Поэтому можно использовать и точки закрывающие «промежуток одновременности». Другими словами:
СИНХРОНИЗАЦИЯ: считаем, что с выходом светового сигнала (или сигнала аналогичного световому) устанавливается ноль и с приходом светового сигнала устанавливается ноль в соответствующих точках пространств (+) или (-).
Теперь надо построить соответствующую механику для данных пространств и написать выражение для интервала.
Тогда в одной синхронизируемой точке устанавливаем центр координат и время в этой точке обозначим q. В другой синхронизируемой точке время обозначим . Тогда
В (+) будет соотношение (7)
В (-) будет соотношение (8)
Где и – евклидово расстояние (длина) между рассматриваемыми точками, в единицах отложенных соответственно (ОСС) и в пространствах (+) и (-), R – длина, в единицах отложенных (ДСС) c. Пока записаны только буквенные обозначения неизвестных односторонних скоростей и длин, полученных с их помощью, так как они ещё не могут быть определены.
Рассмотрим пока только пространство (-), то есть движение в сторону нуля или центра координат. Предположим, существует зависимость (ОСС) от координаты x. Будем искать эту зависимость в виде:
(9)
Координата x отложена (ДСС), координата - отложена (ОСС) на приближение.
В начале темы мы договорились рассматривать пространство Минковского в двухсторонних скоростях света, но произведена замена переменной для каждого введённого пространства (+) и (-), поэтому известный интервал пространства событий запишем в новом виде:
(10)
(11)
В выражении

для пространства событий (соответствующего пространству Минковского) буква q обозначает время в точке наблюдения, то есть t, а значит тогда в координатах односторонней скорости света время:

или
(12)
Подставим в (10) выражения (11) и (12). И рассмотрим только пространственную часть интервала:

(13)
(за скобку общий множитель и разность квадратов в произведение)
Будем искать решение по методу бритвы Оккамы. Ясно, что наиболее простой вид интервала в случае: , замечу, что тогда формулу:
, где
легко представить в виде несколько изменённого закона Хаббла, но легко объяснимого для случая разных односторонних скоростей света. Этот закон выполняется в случае:
и B=1, где H – постоянная Хаббла – её мы пока считаем неизменной, но при желании можно её сделать переменной. То есть односторонняя скорость света уменьшается с увеличением расстояния. Или

Квадратная скобка в формуле интервала упростится так:

Пространственные составляющие интервала, то есть метрика пространства по данному направлению тогда:
(14)
Понятно, что теорема Пифагора не работает, то есть (14) - односторонняя метрика в односторонних координатах – неевклидова. Эта метрика имеет вид метрики пространства, описываемого геометрией Лобачевского.
3.0. Объяснение результата эксперимента Майкельсона-Морли и расчет средней скорости света в модели «двух пространств».

3.1. Рассмотрим интервал в новых координатах подробнее.
Ели подставить в (10) выражения (11) и (12), то получим интервал в (ОСС) в (-):

Или
(15)
С учётом:
(16)
(17)
Эта длинная формула только показывает, что на больших расстояниях пространственная метрика – метрика Лобачевского.
Не трудно проверить, что для (+) получится аналогичная формула (только пространственная координата будет и задана она (ОСС) на удаление).
Теперь интересует эксперимент Майкельсона-Морли и физический смысл сокращения размера при движении. Ведь СТО не даёт физических причин сокращения и физического смысла этого сокращения и совершенно непонятно – зачем вдруг телам (и пространству) сокращать свои размеры. Даже измерением из другого ИСО это не объяснить, так как процедура измерения длины Эйнштейна это не даст сделать.
На малых расстояниях вид интервала упрощается:
(18)
Где

Тогда пространственная часть интервала даст пространственную метрику (для упрощения записи в данной части будем использовать вместо обозначение x):

- масштабный множитель, понятно, что его в дальнейшем можно положить равным единице.
или
(19)
Эта формула показывает, какая в действительности метрика должна рассматриваться на малых расстояниях. Размерности учитывает единичный масштабный множитель.
Сама формула означает, что метрика, то есть расстояние между двумя точками, равна штук единиц одинаковых промежутков координат dx или то же самое – единиц измерения координат односторонней скоростью света. При условии, что одна точка находится в начале координат с координатой x=0, а другая точка имеет координату x.
Естественно, не будем повторять рассуждения (все отрезки пути светового сигнала в координатах, измеренных светом описаны в тысячах работ), а запишем сразу уравнение со световыми часами, движущимися от наблюдателя со скоростью U. Координата измерена соответствующей односторонней скоростью света, тогда учтём формулу (15) для каждого отрезка (длина часов L) (по аналогии расчёта световых часов у Лоренца):

Понятно, что все значения берутся по абсолютной величине.
Или
,
по аналогии при движении в другую сторону:
,
общее время движения сигнала:
(20)
Теперь аналогично рассмотрим известное уравнение с поперечным расположением световых часов.

отсюда общее время:
(21)
Видим, что общее время формула (20) и формула (21) отличается на множитель:
(22)
Можно также, как и в СТО, начать придумывать, что это свойство пространства, и оно неведомыми путями сокращается и вместе с пространством сокращается L, а можно посмотреть, что нам даст временная часть интервала (18), ведь мы рассматриваем как раз время в пути. Понятно, что интервал (18) на небольших, по космологическим меркам, расстояниях и при постоянной скорости U движения зеркала (движения ИСО), временная часть интервала будет:
, что даст (на приближение):
(23)
Понятно так же, что тот же временной интервал со скоростью света на удаление дает:
(24)
Так же понятно, что рассматривается в каждом случае движение светового сигнала и движение другой ИСО, поэтому для случая с экспериментом со световыми часами (или что тоже самое – с экспериментом Майкельсона-Морли), необходимые нам интервалы времени будут выглядеть:
(25)

или
(26)
А формула, описывающее время полного прохождения сигнала будет (расписывать не буду – это и так понятно):

(27)
То есть, оказывается, есть увеличение единицы времени по направлению движения в движущейся ИСО.
А так как есть такое изменение, и есть определение метра, связанное с единицей времени. Получается, что и метр в движущейся ИСО увеличивается в соответствующее число раз, поэтому этих метров наши световые часы вмещают меньше (соответственно и плечо в эксперименте Майкельсона-Морли). То есть:
(28)
Поэтому, если в формуле (20) вместо L написать L'и подставить значение по формуле (28), то останется отличие между (20) и (21) - множитель n:
(29)
На него отличаются значения времени прохождения световым сигналом пути в продольном и поперечном направлении. И этот множитель объясняется отличием временной метрики в продольном и поперечном направлении. И кратко объяснение:
в ИСО движущемся со скоростью U относительно неподвижного наблюдателя наблюдается анизотропия временной метрики в сторону движения. Ведь измерять то неподвижный наблюдатель пытается в движущемся ИСО. А только в Эйнштейновском варианте пространства событий положение наблюдателя не влияет, в нашем варианте приходится положение учитывать.
За счет анизотропии временной метрики возникает анизотропия метрических единиц для измерения в этом ИСО с точки зрения неподвижного наблюдателя (ведь метр измеряют скоростью света и временем). Оба этих фактора и – убирают отличие во времени прохождения сигналом продольного и поперечного пути в световых часах (и соответственно в эксперименте Майкельсона-Морли) с точки зрения неподвижного наблюдателя.
3.2. Теперь попробуем определить формулу расчета средней скорости света. Этот вопрос важен, так как в случае определения величины пути световых сигналов с помощью двухсторонней скорости возникает ограничение снизу величин односторонних скоростей. Это ограничение содержится в формуле:

А так как содержится ограничение в величине (снизу) односторонней скорости света, то тогда не получится произвольного соотношения длин волн (по данной теории) в излучениях далёких и близких галактик. А ведь именно такие соотношения наблюдаются.
На самом деле надо исходить из определения средней скорости и расстояния определять в односторонних скоростях, как это делали для эксперимента Майкельсона-Морли:


Тогда,
(30)
- эта формула уже ограничений снизу для односторонних скоростей света не содержит, и соотношение длин волн может быть любым. Следовательно, расхождений эксперимента и теоретических предположений теперь нет. [2], [3], [4].
Теперь можно записать z в (ОСС):

или
(31)
Без объяснений понятно, что z может принимать практически любые значения. Величина 10 и 20 легко объяснимы и не требуют, как это придумали в настоящее время в космологии, оправдывать появление таких значений локальными участками и масштабными множителями. То есть это значение средней скорости света и соответствующие возможные значения для z дают возможность использовать объемлющее пространство событий.

4.0. Причина возникновения разбегания материальных точек.

Установили метрику Вселенной при одностороннем движении – метрика соответствует пространству с геометрией Лобачевского. Существует всем известный факт – движение в реликтовом излучении. Так же существует для геометрии Лобачевского разбегание на плоскости прямых, перпендикулярных некой третьей прямой.
Вывод причины разбегания двух материальных точек понятен из этих первых предложений. Понятно, что инерциальная система отсчёта – это реликтовое излучение. Поэтому две неподвижные материальные точки в действительности надо рассматривать, как движущиеся по разбегающимся (с точки зрения геометрии Лобачевского) прямым. Понятно, что с точки зрения наблюдателя связанного с этими точками, движения в реликтовом излучении не обнаружить, но разбегание точек во времени обнаруживается.
То есть получили необходимое разбегание для объяснения возникновения так называемого «гравитационного» притяжения и при этом не потребовалось введения изменения метрики во времени. Фактически и Большой Взрыв не требуется, для объяснения разбегания с точки зрения «двух пространств». Хотя всё выше сказанное не исключает и существование временной зависимости у метрики и существование Большого Взрыва.

5.0. Объяснение «ускоренного» разбегания галактик.

Попробуем теперь объяснить «ускоренное» расширение Вселенной.
Описание этого «ускорения» описано на многих сайтах, например, хорошо изложено [5]. См. рис 1 и рис.2.
Надо разобраться, как должна вести себя постоянная Хаббла за всё время развития Вселенной и если это развитие можно объяснить полученными формулами, то введение тёмной энергии не требуется.

Рис.1.

Рис.2.
Легко можно обойтись без «тёмной энергии». Достаточно в части 1.0. окрыть формулу (1):
(32)
Она легко переходит в:


Шкала красного смещения: из [6]:
z – коэффициент из соотношения длин волн.
H – «постоянная» Хаббла
r_comov – расстояние в мега парсеках
time – возраст (с минусом)


Рис. 3.
1) Какие факторы влияют на скорость удаления материальных объектов?
a)Сначала вспомним, что есть постоянное разбегание из-за геометрии порядка R.
b) Рост массы с расстоянием – порядка
c) Уменьшение притяжения с расстоянием – порядка
Получилось, что фактически разбегание полностью сдерживается, если нет дополнительных факторов, влияющих на силу притяжения.
2) Объяснение дополнительных факторов, влияющих на силу притяжения с помощью формул (1) и (32):
Легко видеть, что указанные формулы сначала дают уменьшение силы притяжения дальних объектов с ростом скорости этих объектов.
При значении сила притяжения начинает уменьшаться, в пределе уменьшается до нуля. Это уменьшение силы притяжения воспринимается нашими наблюдателями – астрономами, как возникновение некой расталкивающей силы, возникающей из-за воздействия некой тёмной энергии.
Оценить всё в одной статье сложно, но ясно одно, что только по красному смещению дать оценку скорости нельзя. Из рис. 3 видно, что если принять оценки расстояния космологов, то примерно на расстоянии 5000 – 7000 мега парсек начинаются сильные не линейные отклонения. Это если строить график в осях расстояния и возраста. Видимо, именно на этих расстояниях скорость разбегания начинает достигать , и именно на этих расстояниях начинает уменьшаться действие силы по формуле (1). До этих расстояний действие силы гравитации должно увеличиваться, но это пока не видно, так как данные по красному смещению от скорости разбегания и от - совмещены.

Литература:
1)Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц, «Теория поля», Т.2, Москва главная редакция физико-математической литературы, 1967г., печ. л. 28,75., Стр. 43.
2) http://www.rusarticles.com/fizika-statya/metrika-vselennoj-krasnoe-smeshhenie-istinnaya-prichina-sinxronizaciya-6259900.html
3) http://www.rusarticles.com/fizika-statya/metrika-vselennoj-chast-2-istinnye-prichiny-sokrashheniya-razmera-opyt-m-m-6345275.html
4) http://vixra.org/pdf/1301.0064v1.pdf
5) http://www.astro.spbu.ru/staff/resh/Books/acceluniv.pdf
6) http://www.astronet.ru/db/msg/1284617


29 мая 2013 года. Игорь Елкин.


Отклики на это сообщение:

Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100