О материи и пространстве
Согласно авторскому мировоззрению Черные дыры, существование которых не вызывает никакого сомнения, следует назвать «Черными бубликами с постоянно увеличивающейся кривизной к внутреннему экватору». Ну а чисто гипотетическую Белую дыру – «Белой щелью на внутреннем экваторе Черного бублика». Именно через такую «щель» осуществляется связь между пространством Черной дыры (дочерней Вселенной) и пространством материнской Вселенной. Ну а теперь поговорим об эволюции материи. Согласно нынешним научным воззрениям, звезды образуются из холодных разреженных облаков межзвездного газа, которые сжимаются из-за действия гравитационных сил, и в процессе сжатия разогреваются настолько, что в их недрах начинаются термоядерные реакции синтеза гелия из водорода. В момент начала термоядерных реакций протозвезда становится звездой главной последовательности (исключение могут составлять субкарлики и коричневые карлики), на которой будет находиться большую часть своей жизни. Наше нынешнее Солнце находится именно на этой стадии эволюции звезд. Дальнейшая эволюция звезд различается в зависимости от начальной массы и химического состава (металличности) звезды. Так, звезды средних масс при эволюции проходят стадии субгигантов, красных гигантов, горизонтальную ветвь, голубую петлю и асимптотическую ветвь. В любом случае, по мере выгорания водорода как внешние, так и внутренние характеристики звезд меняются, и при достаточной массе в определенный момент в звездах начинается тройная гелиевая реакция, при которой в них образуется углерод. В более тяжелых звездах далее могут синтезироваться ядра более тяжелых элементов, но в любом случае синтез более тяжелых ядер химических элементов останавливается на железе, так как синтез более тяжелых элементов энергетически невыгоден. В определенный момент, когда в ядре накапливается слишком много гелия, горение водорода не может продолжаться в том же режиме, что и до этого. Дальнейшая эволюция звезд существенно зависит от их массы. Звезды малой массы. Исследование эволюции звезд малой массы осложняется тем, что длительность стадии главной последовательности для них больше возраста Вселенной — среди звезд малой массы еще нет таких, которые сошли с главной последовательности. Однако некоторые данные получены теоретическими расчетами: звезды с массами менее 0,2 массы Солнца (M⊙) не станут красными гигантами, так как их недра полностью конвективны, и, следовательно, химически однородны. Эти звезды будут, по мере накопления гелия, нагреваться, превращаясь в голубые карлики.
Звезды средней массы. Когда ядро звезды средней массы становится практически полностью гелиевым, термоядерные реакции в нем прекращаются. Водород все еще присутствует во внешней оболочке вокруг ядра, где у звезд массой до 1,5 M⊙ уже идет синтез гелия. В звездах с большей массой гелий в оболочке еще не синтезируется: сначала начинается кратковременное сжатие, которое приводит к разогреву оболочки ядра и началу горения водорода в ней. Звезда немного нагревается и становится ярче. Новый источник энергии горения водорода называется слоевым источником, и он постепенно перемещается наружу, при этом гелиевое ядро увеличивается. Эта стадия называется ветвью субгигантов, ее продолжительность составляет около миллиона лет для звезд массой 6 M⊙ и около 700 миллионов лет — для звезд массой 1 M⊙. В это время радиус звезды увеличивается, а температура снижается. Малая продолжительность стадии субгигантов для массивных звезд приводит к тому, что на ней находится небольшое количество наблюдаемых звезд. Массивные звезды, проходя эту стадию, временно оказываются на полосе нестабильности и становятся цефеидами, однако, прохождение полосы нестабильности происходит относительно очень быстро, примерно за 100 лет. Из-за этого, у некоторых цефеид, за время наблюдательной астрономии замечено изменение периода пульсаций со временем, но, по этой же причине, таких цефеид известно немного. В конце стадии субгигантов гелиевое ядро у звезды становится достаточно массивным и начинает сжиматься, но то, как проходит этот процесс, зависит от массы звезды. В звездах с массой более 2,3 M⊙ сжатие ядра начинается из-за того, что в какой-то момент его масса превышает предел Шенберга — Чандрасекара, при этом вещество ядра остается в состоянии, близком к идеальному газу. В звездах с меньшей массой гелиевое ядро начинает сжиматься после того, как станет вырожденным. На прохождение стадии красного гиганта это не влияет, но от состояния гелиевого ядра зависит, как именно эта стадия окончится. Сжатие ядра приводит к его нагреву и сильному расширению внешних слоев звезды. После стадии субгигантов звезда, в любом случае, переходит на ветвь красных гигантов, однако у звезд меньшей массы гелиевое ядро оказывается вырожденным, а у звезд большей массы остается в состоянии, близком к идеальному газу. В итоге, у звезд с начальной массой более 2,3 M⊙ постепенно, с ростом температуры и плотности ядра, загорается гелий: при тройной гелиевой реакции из трех ядер гелия в ядре синтезируется ядро углерода. Для таких звезд ветвь красных гигантов на этом заканчивается, и они переходят на голубую петлю. Важная особенность голубой петли заключается в том, что на ней звезда может пройти через полосу нестабильности, из-за чего она становится переменной — в этом случае, звезда становится цефеидой.
Большинство цефеид — это именно звезды голубой петли, так как её прохождение длится значительно дольше, чем стадия субгигантов. В зависимости от массы и металличности переход полосы нестабильности может случиться дважды (при росте температуры и при ее снижении), но может и единожды, если температура звезды на голубой петле не превышает высокотемпературной границы полосы, а может не случиться вообще. Длительность прохождения голубой петли зависит от массы звезды: при начальной массе звезды в 10 M⊙ время прохождения составит 4 миллиона лет, а при массе в 5 M⊙ — 22 миллиона лет. Звезды большой массы. Эволюционные стадии звезд большой начальной массы (более 8 M⊙) имеют сходства с таковыми для менее массивных звезд, однако есть и отличия. Так, например, горение гелия в таких звездах начинается еще до того, как звезда переходит на ветвь красных гигантов, поэтому самые массивные звезды становятся сверхгигантами, постепенно увеличиваются и охлаждаются, либо, если теряют оболочку из-за сильного звездного ветра — превращаются в звезды типа Вольфа — Райе. Эволюция звезд с массами 8-10 M⊙ проходит так же, как и для менее массивных. Однако на завершающих стадиях эволюции они способны зажечь углерод в своих недрах. Запуск этого процесса получил название «углеродная детонация»; он происходит взрывообразно, как и гелиевая вспышка. При углеродной детонации выделяется очень много энергии, что не только снимает вырождение газа ядра, но и способно привести к взрыву звезды как сверхновой типа II. Если же звезда не взрывается, то в ядре начинает накапливаться неон, и, возможно, более тяжелые элементы. Рано или поздно ядро становится вырожденным, после чего возможны две ситуации: либо звезда сбрасывает оболочку после фазы температурных пульсаций, либо взрывается как сверхновая. В первом случае на месте звезды остается белый карлик, во втором — нейтронная звезда. В звездах с массами более 10 M⊙ углеродно-кислородное ядро, которое в ней образуется, не вырождено и углеродная детонация не происходит — углерод загорается постепенно, когда заканчивается горение гелия в ядре. Аналогичный процесс происходит и с более тяжелыми элементами, и в звезде образуется несколько слоевых источников и слоев разного химического состава, которые распространяются от центра звезды. Железо образуется в звездах с начальной массой более 10—15 M⊙, но в любом случае в звезде появляется ядро, в котором не идут термоядерные реакции, а его масса увеличивается. В какой-то момент происходит коллапс ядра с нейтронизацией вещества, и сама звезда взрывается как сверхновая типа II. В зависимости от массы остатка после взрыва звезды, он становится либо нейтронной звездой, либо черной дырой. В любом случае происходит коллапс ядра, при котором большая часть его вещества нейтронизуется: электроны «вдавливаются» в протоны, образуя нейтроны и излучая нейтрино. При ядерных плотностях вещества бета-распад нейтронов становится энергетически невыгодным и нейтроны становятся стабильными частицами.
В случае, когда масса ядра будет превышать предел Оппенгеймера — Волкова, равный 2-2,5 M⊙, нейтронная звезда также не будет устойчивой по отношению к гравитационному сжатию, и коллапс продолжится. В какой-то момент его радиус становится равным радиусу Шварцшильда, при котором вторая космическая скорость становится равной скорости света, и возникает черная дыра. Однако, существует и иной сценарий образования черных дыр, при котором взрыв сверхновой не происходит — вместо этого происходит коллапс звезды и ее превращение в черную дыру, такая звезда называется неудавшейся сверхновой. Предположительно, от 10 до 30 % массивных звезд заканчивают жизнь именно так, однако, астрономами до сих пор было обнаружено лишь два таких события. Как видите, современные ученые различают два вида коллапса материи, первый – коллапс с образованием стабильных нейтронов, и второй – «дальнейшее коллапсирование материи», однако физическую сущность второго типа коллапса они не объясняют. Ну а, по мнению автора этого сайта, «дальнейшее коллапсирование материи» представляет собой не переход одной формы материи в другую, а изменение структуры всего объекта в целом. Сфера, состоящая из стабильных нейтронов (нейтронная звезда), трансформируется в «бублик с постоянно увеличивающейся кривизной к внутреннему экватору». Другими словами, изменяется геометрия всего пространства-времени внутри Черной дыры. И главной причиной протекания данного процесса является слишком большая масса материи, а стало быть, и чрезмерное искривление пространства-времени. Иначе говоря, «дальнейший коллапс материи» потому так и называется, что затрагивает не только саму материю, но и пространство-время. Если внутри нейтронной звезды время течет с одинаковой скорость, то внутри Черной дыры скорость течения времени увеличивается от внутреннего экватора «бублика» к его наружному экватору. Что и приводит к изменению масштаба пространства-времени внутри Черной дыры (дочерней Вселенной), когда в «меньшее помещается большее». Согласно Википедии, пространство-время (пространственно-временной континуум) — это физическая модель, дополняющая пространство равноправным временным измерением и, таким образом, создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет собой многообразие с лоренцевой метрикой (метрика Лоренца — псевдоевклидова метрика пространства Минковского, естественно возникающая в специальной теории относительности, и в качестве тривиального частного случая — в общей теории относительности). В нерелятивистской классической механике использование Евклидова пространства, не зависящего от одномерного времени, вместо пространства-времени уместно, так как время рассматривается как всеобщее и неизменное, будучи независимым от состояния движения наблюдателя.
В случае релятивистских моделей время не может быть отделено от трех измерений пространства, потому что наблюдаемая скорость, с которой течет время для объекта, зависит от его скорости относительно наблюдателя, а также от силы гравитационного поля, которое замедляет течение времени, тем сильней, чем выше силы гравитации. В космологии и релятивистской физике вообще концепция пространства-времени объединяет пространство и время в одну абстрактную Вселенную. Математически она является многообразием, состоящим из «событий», описанных системой координат. Обычно требуется три пространственных измерения (длина, ширина, высота) и одно временное измерение (время). Измерения — независимые составляющие координатной сетки, необходимые для локализации точки в некотором ограниченном «пространстве». Например, на Земле широта и долгота — две независимые координаты, которые вместе однозначно определяют положение. В пространстве-времени координатная сетка, которая простирается в 3+1 измерениях, локализует события (вместо просто точки в пространстве), то есть время добавляется как еще одно измерение в координатной сетке. Таким образом, координаты определяют, где и когда происходят события. Единая природа пространства-времени (и его независимость от выбора координат) позволяют предположить, что для того, чтобы выразить временную координату в одной системе координат, необходима, как временная координата, так и пространственные. В отличие от обычных пространственных координат, в пространстве-времени возникает понятие светового конуса, накладывающее ограничения на допустимые координаты, если одна из них везде должна быть временной. Эти ограничения жестко связаны с особой математической моделью, которая отличается от евклидова пространства с его очевидной симметрией. В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое. Все они являются равноправными и способными переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчета. В рамках общей теории относительности пространство-время имеет и единую динамическую природу, а его взаимодействие со всеми остальными физическими объектами (телами, полями) и есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в рамках ОТО и других метрических теорий гравитации есть теория пространства-времени, полагаемого не плоским, а способным динамически менять свою кривизну. До начала двадцатого века время полагалось независимым от состояния движения, протекающим с постоянной скоростью во всех системах отсчета; однако затем эксперименты показали, что время замедляется при больших скоростях одной системы отсчета относительно другой. Это замедление, названное релятивистским замедлением времени, объясняется в специальной теории относительности. Замедление времени подтвердили многие эксперименты, такие как релятивистское замедление распада мюонов в потоке космических лучей и замедление атомных часов на борту космического челнока, ракет, относительно установленных на Земле часов.
Поэтому длительность времени может меняться в зависимости от событий и системы отсчета. Термин пространство-время получил широкое распространение далеко за пределами трактовки пространства-времени с нормальными 3+1 измерениями. Это действительно соединение пространства и времени. Другие предложенные теории пространства-времени включают дополнительные измерения, обычно пространственные, но существуют некоторые умозрительные теории, включающие дополнительные временные измерения, и даже такие, которые включают измерения, не являющиеся ни временными, ни пространственными (например, суперпространство). Вопрос о том, сколько измерений необходимо для описания Вселенной, открыт до сих пор. Так теория струн, предсказывают 10 или 26 измерений, однако существование более четырех измерений может иметь значение только на субатомном уровне. Слово «событие», используемое в теории относительности, не следует путать с использованием слова «событие» в обычном разговоре, где оно может означать нечто вроде концерта, спортивного события или сражения. Это не математические «события» в том смысле, в котором это слово используется в теории относительности, потому что они имеют конечную и ненулевую длительность. Математические же события имеют нулевую продолжительность и представляют собой единственную точку пространства-времени. Путь частицы через пространство-время можно рассматривать как последовательность событий. Ряд событий можно связать вместе, чтобы сформировать линию, которая представляет движение этой частицы в пространстве-времени. Эта линия называется мировой линией частицы. Математически пространство-время является многообразием, то есть локально «плоским» рядом с каждой точкой так же, как при достаточно малых масштабах глобус кажется плоским. Очень большой масштабный коэффициент, обычно называемый скоростью света, соотносит расстояния, измеренные в пространстве, с расстояниями, измеренными во времени. Величина этого масштабного коэффициента (почти 300 000 км в пространстве, что эквивалентно 1 секунде во времени), а также тот факт, что пространство-время является многообразием, означает, что при обычных, нерелятивистских скоростях и на обычных расстояниях на человеческом уровне никто не может заметить отличия от евклидового пространства. Только с появлением высокоточных научных измерений в середине XIX века, таких как опыт Физо и эксперимент Майкельсона, возникли загадочные расхождения между наблюдениями и прогнозами на основе неявного предположения о евклидовом пространстве. Предполагая же, что скорость света является постоянной во всем наблюдаемом человеком пространстве, он неизбежно приходит к выводу, что это пространство бесконечно.
Однако стоит отказаться от этого предположения, картина наблюдаемого мира тут же кардинально меняется – Вселенная перестает быть бесконечной (обретает вполне конкретные размеры), а скорость течения времени в пространстве такой конечной Вселенной постоянно увеличивается от центра Вселенной к ее наружной границе (а скорость света, соответственно, уменьшается). При этом величина (1/с) является непосредственной характеристикой масштаба пространства в той или иной области Вселенной, и является показателем «кривизны» этого пространства. В специальной теории относительности термин «наблюдатель», в большинстве случаев, означает систему отсчета, в которой производятся измерения объектов или событий. Это использование значительно отличается от обычного значения термина. Системы отсчета являются нелокальными конструкциями, и в соответствии с таким использованием термина не имеет смысла говорить о том, что наблюдатель имеет какое-либо положение. Ну а в нашем случае, каждая точка пространства имеет связанные с ней часы, и поэтому часы регистрируют каждое событие мгновенно, без задержки между событием и его записью. И любой реальный наблюдатель увидит задержку между испусканием сигнала и его обнаружением из-за конечности скорости света. Физики различают понятия измерять и наблюдать (после установления задержки распространения сигнала) от того, что визуально видно без таких корректировок. Ошибки в понимании отличий того, что измеряется/наблюдается от того, что видится, является источником многих ошибок человека. Авторский же подход к пространству-времени не только исключает эти ошибки, но и позволяет понять, как в меньшем объеме пространства может разместиться его больший объем. Что мы и наблюдаем на примере Черных дыр, когда размер, измеряемый снаружи Черной дыры, никак не соотносится с размером, измеряемом внутри нее. Величина (1/с), измеряемая в центре Черной дыры и на границе ее «Белой щели», равна такой же величине, измеряемой рядом со сферой Шварцшильда (или гравитационного радиуса) в пространстве материнской Вселенной. Ну а после пересечения границы «Белой щели» (после попадания в пространство дочерней Вселенной) скорость течения времени начинает постоянно возрастать (тем сильней, чем дальше от «Белой щели»), а масштаб дочерней Вселенной — увеличиваться. Все наблюдатели согласятся, что для любого заданного события О, любое событие в световом конусе будущего (относительного заданного события) происходит после заданного события. Для этого же события, любое событие в световом конусе прошлого (относительно заданного события) происходит до заданного события. Отношение «до-после» остается неизменным независимо от системы отсчета наблюдателя, то есть, независимо от движения наблюдателя. Для пространственно-разделенных событий ситуация кардинально отличается. В такой системе отсчета любое событие может происходить, как после события O, так и до него. Так что, одновременность событий не является абсолютной, а зависит от системы отсчета наблюдателя.
И ярким примером подобных пространственно-разделенных событий являются события, происходящие внутри сферы Шварцшильда (внутри дочерней Вселенной), и снаружи (внутри материнской Вселенной). В евклидовом пространстве (имеющем только пространственные размеры) множество точек, эквидистантных (с использованием евклидовой метрики) из некоторой точки, образуют круг (в двух измерениях) или сферу (в трех измерениях). В (1+1)-мерном пространстве-времени Минковского (имеющем одно временное и одно пространственное измерение) точки с постоянным пространственно-временным интервалом от начала координат (с использованием метрики Минковского) образуют кривые, задаваемые двумя уравнениями: (ct)2 – x2 = ± s2, где: s2 — положительная действительная константа. Эти уравнения описывают два семейства гипербол на пространственно-временной диаграмме x; ct, которые называются инвариантными гиперболами. Один тип гипербол соединяет все события, имеющие некоторое фиксированное пространственно-подобное отделение от начала координат, в то время, как другой тип связывают события с равным времениподобным разделением. Первый тип гипербол, которые пересекают ось х, называются времениподобными (в отличие от пространственно-подобных) гипербол, потому что все «расстояния» до начала координат вдоль гипербол являются времениподобными интервалами. Из-за этого эти гиперболы представляют собой пути, которые могут иметь (постоянно ускоряющиеся) частицы в пространстве-времени: между любыми двумя событиями на одной гиперболе возможно отношение причинности, поскольку обратный наклон, представляющий необходимую скорость — для всех секущих меньше скорости света. Второй тип гипербол, которые пересекают ось ct, называются пространственно-подобными, так как все интервалы вдоль этих гипербол являются пространственно-подобными интервалами: никакой причинности нет между любыми двумя точками на одной из этих гипербол, потому что все секущие представляют скорости, превышающие скорость света. Нарисуем инвариантную гиперболу для всех событий, которые могут быть достигнуты из начала координат за собственное время 5 метров (приблизительно 1,67⋅10−8 сек). Различные мировые линии представляют собой часы, движущиеся с разной скоростью. Часы, которые являются стационарными относительно наблюдателя, имеют вертикальную мировую линию, а время, измеренное наблюдателем, совпадает с собственным временем. Для часов, движущихся со скоростью 0,3 c, время, измеренное наблюдателем, составляет 5,24 метра (1,75⋅10−8 сек), а для часов, движущихся со скоростью 0,7 c , время, измеренное наблюдателем, составляет 7,00 метров (2,34⋅10−8 сек).
Это обстоятельство иллюстрирует явление, известное как замедление времени. У часов, которые перемещаются быстрее, занимает больше времени (в системе отсчета наблюдателя), чтобы отсчитать то же самое количество собственного времени, и они перемещаются дальше по оси x, чем они могли бы без замедления времени. Замедления времени двумя наблюдателями в разных инерциальных системах отсчета — взаимны. Если наблюдатель O наблюдает часы наблюдателя O’ как более медленные в своей системе отсчета, наблюдатель O’ в свою очередь, будет также наблюдать часы наблюдателя O как замедленные. Лоренцево сокращение длины, подобно замедлению времени, также является проявлением относительности одновременности. Измерение длины требует измерения интервала пространства-времени между двумя событиями, которые одновременно находятся в одной системе отсчета. Но события, которые одновременно в одной системе отсчета, в общем, не являются одновременными в других системах отсчета. Взаимное замедление времени, и сокращение длины имеют тенденцию запутывать новичков как бы своей противоречивой концепцией. Непонимание состоит в том, что если наблюдатель A наблюдает часы наблюдателя B замедленными, просто потому, что B движется со скоростью v по отношению к A, тогда принцип относительности требует, чтобы наблюдатель B также наблюдал часы A как замедленные. Это важный вопрос, который «лежит в основе понимания специальной теории относительности». В целом, A и B выполняют два разных измерения. Чтобы измерить скорость тикания одних из часов B, A должен использовать двое своих собственных часов, первые для записи времени, когда часы B сначала отмечены в первом местоположении B, и вторые, чтобы записать время в другом местоположении B. Наблюдателю A требуется двое часов, потому что B движется, поэтому в измерениях задействовано всего трое часов. Двое часов A должны быть синхронизированы в системе отсчета A. Напротив, B требует двух синхронизированных часов в своей системе отсчета для записи показаний часов A в двух разных местах. Следовательно, A и B выполняют свои измерения с различными наборами из трех показаний каждый.
Поскольку они не выполняют измерение с одним набором часов, то нет необходимости в том, чтобы измерения были взаимно «согласованными», когда один наблюдатель наблюдал бы часы второго замедленными, а второй наблюдатель наблюдал бы ускоренные часы первого. Другими словами, если события A и C отделены от события O равными времениподобными интервалами, то из несобственной системы отсчета, события A и B измеряются как одновременные. Однако для несобственного наблюдателя прошло больше времени, чем для собственного. В собственной системе отсчета события C и D измеряются как одновременные. Однако для собственного наблюдателя прошло больше времени, чем для несобственного. Каждый наблюдатель измеряет часы другого наблюдателя как замедленные. Короче говоря, состояние движения наблюдателя не может влиять на наблюдаемый объект, но оно влияет на измерения этого объекта. Элементарные введения в специальную теорию относительности часто иллюстрируют различия между галилеевой относительностью и специальной теорией относительности, создавая ряд предполагаемых «парадоксов». Все парадоксы в действительности представляют собой просто не совсем понятые проблемы, вызванные движением со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Выходом является решение многих задач в специальной теории относительности и ознакомление с ее так называемыми контр-интуитивными предсказаниями. Парадокс близнецов — мысленный эксперимент, включающий идентичных близнецов, один из которых совершает путешествие в космос на скоростной ракете, возвращаясь домой, чтобы обнаружить, что близнец, который остался на Земле, постарел больше, чем он сам. Этот результат кажется странным, потому что каждый близнец наблюдает за другим близнецом как движущимся, и поэтому на первый взгляд кажется, что каждый должен обнаружить другого в более молодом возрасте. Парадокс близнецов уклоняется от обоснования взаимного замедления времени, представленного выше, избегая требования третьих часов. Тем не менее, «парадокс близнецов» не является истинным парадоксом, потому что его легко понять в контексте специальной теории относительности. Парадокс существует из-за непонимания того, о чем говорит специальная теория относительности. Специальная теория относительности объявляет не все системы отсчета эквивалентными, а только инерциальные. Система отсчета движущегося близнеца не является инерционной в моменты, когда он ускоряется. Различие же между близнецами в наблюдаемом мире заключается во включении двигателей ракеты путешествующим близнецом, для того, чтобы вернуться домой, в то время как близнец-домосед ничего не делает.
В классической механике состояние движения частицы характеризуется ее массой и ее скоростью. Импульс, как произведение массы и скорости частицы, является векторной величиной, обладающей тем же направлением, что и скорость: p = mv. Это консервативная величина, что означает, что если на закрытую систему не влияют внешние силы, ее полный линейный импульс не может измениться. В релятивистской механике вектор импульса расширен до четырех измерений. К вектору импульса добавляется компонента времени, которая позволяет вектору импульса пространства-времени преобразовываться подобно вектору положения (x, t) в пространства-времени. При изучении свойств импульса в пространстве-времени мы начинаем с рассмотрения частицы в состоянии покоя. В системе отсчета покоя пространственная составляющая импульса равна нулю, то есть p = 0, но компонента времени равна mc. Мы можем получить преобразованные компоненты этого вектора в движущейся системе отсчета, используя преобразования Лоренца. Очевидно, что пространственная и временная составляющие импульса в четырехмерном пространстве-времени уходят в бесконечность при приближении скорости движущейся системы отсчета к скорости света. В физике законы сохранения утверждают, что определенные измеримые свойства изолированной физической системы не меняются по мере развития системы со временем. В 1915 году Эмми Нетер обнаружила, что основой каждого закона сохранения является фундаментальная симметрия природы. Тот факт, что физические процессы не волнует, где они происходят в пространстве (Трансляционная симметрия), дает закон сохранения импульса, тот факт, что такие процессы не волнует, когда они происходят (трансляционная симметрия времени) дает закон сохранения энергии, и так далее. Впрочем, релятивистский взгляд на физику элементарных частиц заставляет взглянуть на законы сохранения с иного ракурса. Чтобы понять, как необходимо изменить ньютоновский взгляд на сохранение импульса в релятивистском контексте, мы рассмотрим проблему двух сталкивающихся тел, ограниченных одним измерением. В механике Ньютона можно выделить два крайних случая этой проблемы, которые дают математику минимальной сложности: 1. Два тела отскакивают друг от друга при полностью упругом столкновении. 2. Два тела склеиваются и продолжают двигаться как одна частица. Этот второй случай — случай полностью неупругого столкновения. Для обоих случаев сохраняются импульс, масса и полная энергия. Однако кинетическая энергия не сохраняется в случаях неупругого столкновения. Определенная доля исходной кинетической энергии преобразуется в тепло.
Ну а в нашем случае, инвариантная масса склеенной частицы, заданная точкой, где инвариантная гипербола полного импульса пересекает ось энергии, не равна сумме инвариантных масс отдельных частиц, которые столкнулись, она больше суммы отдельных масс: m > m1 + m2. Рассматривая события этого сценария в обратной последовательности, мы увидим, что несохранение массы является обычным явлением: когда неустойчивая элементарная частица спонтанно распадается на две более легкие частицы, полная энергия сохраняется, а масса нет. Часть массы преобразуется в кинетическую энергию. В общем и целом, автор этого сайта согласен с подобной трактовкой (в его модели мира масса нейтрино больше суммы масс составляющих его частиц — электрона и позитрона, и недостающая часть массы возникает после преобразования кинетической энергии сталкивающихся частиц). Другими словами, автор не видит разницы между массой и энергией, и силу гравитации нельзя рассматривать, как какую-то отдельную силу. Примерно также рассуждают и релятивисты. Теории Ньютона предполагают, что движение происходит на фоне жесткой евклидовой системы отсчета, которая распространяется во всем пространстве и во все времена. Гравитация опосредована таинственной силой, действующей мгновенно на расстоянии, действие которой не зависит от свойств промежуточного пространства. Эйнштейн же отрицает существование какой-либо евклидовой система отсчета, которая распространяется во всем пространстве. По его мнению, нет такой вещи, как сила тяготения, а есть только структура самого пространства-времени. И автор сайта, в данном случае, склоняется к мнению Эйнштейна, однако, в отличие от него, объясняет действие сил гравитации наличием в пространстве эфира, подверженному электромагнитному взаимодействию. Другими словами, силы гравитации обусловлены не только структурой пространства, но и его свойствами. В пространстве-времени путь спутника, вращающегося вокруг Земли, не продиктован отдаленными влияниями Земли, Луны и Солнца. Вместо этого спутник перемещается в пространстве только под влиянием локальных условий. Поскольку пространство-время везде локально плоское, если рассматривать его в достаточно малом масштабе, спутник всегда следует по прямой в своей локальной инерциальной системе координат. В основе общей теории относительности лежат два основных положения. Первым важным понятием является координатная независимость: законы физики не могут зависеть от того, какую систему координат использовать. Это важное расширение принципа относительности по сравнению с версией, используемой в специальной теории относительности, в которой говорится, что законы физики должны быть одинаковыми для каждого наблюдателя, движущегося в неускоренных (инерциальных) системах отсчета.
В общей теории относительности, чтобы использовать собственные слова Эйнштейна, «законы физики должны быть такого характера, что они применимы к системам отсчета в любом виде движения». Это приводит к проблеме: в ускоренных системах отсчета ощущается сила, которая, позволит обнаружить наличие ускорения в абсолютном смысле. Эйнштейн разрешил эту проблему при помощи принципа эквивалентности. Принцип эквивалентности утверждает, что в любой достаточно малой области пространства эффекты гравитации не отличаются от ускорения. Иначе говоря, можно сказать так: «Ньютоновская гравитация — теория искривленного времени, а Общая теория относительности — теория искривленного времени и искривленного пространства». И с этой точки зрения, авторский взгляд на мир ближе к взгляду Эйнштейна. Первые признаки того, что с ньютоновской гравитацией было что-то не так, обнаружились полтора века назад. В 1859 году Урбен Леверье в анализе доступных временных наблюдений за смещениями Меркурия над диском Солнца с 1697 по 1848 год сообщил, что известная физика не может объяснить орбиту Меркурия, кроме как допустить существование на орбите Меркурия другой планеты или пояса астероидов. Перигелий орбиты Меркурия показал наличие избыточной скорости прецессии по сравнению с тем, что может быть объяснено влиянием других планет. Возможность обнаруживать и точно измерять минутное значение этой аномальной прецессии (всего 43 угловых секунды за тропический год) является свидетельством большой точности астрометрии XIX века. Как и знаменитый астроном, который когда-то обнаружил существование Нептуна «на кончике пера», анализируя колебания орбиты Урана, объявление Леверье вызвало двухлетний период «Вулканомании», когда астрономы-профессионалы и астрономы-любители охотились за гипотетической новой планетой. Этот поиск включал несколько ложных наблюдений Вулкана. В конечном итоге было установлено, что никакой планеты или пояса астероидов не существует. В 1916 году Эйнштейн, наконец, показал, что эта аномальная прецессия Меркурия объясняется пространственными членами в кривизне пространства-времени. Кривизна во временном члене, будучи просто выражением ньютоновского тяготения, не имеет никакого отношения к объяснению этой аномальной прецессии. Успех расчета Эйнштейна стал мощным показателем, что его общая теория относительности может быть верной. Кстати, концепцию пространства-времени допускает и классическая механика, но в ней это объединение искусственно, так как пространство-время классической механики — прямое произведение пространства на время, то есть, пространство и время независимы друг от друга. Однако уже классическая электродинамика требует при смене системы отсчета преобразований координат, включающих время «наравне» с пространственными координатами (т. н. преобразований Лоренца), если желать, чтобы уравнения электродинамики имели одинаковый вид в любой инерциальной системе отсчета.
Непосредственно наблюдаемые временные характеристики электромагнитных процессов (периоды колебаний, времена распространения электромагнитных волн и т. п.) уже в классической электродинамике оказываются зависящими от системы отсчета. Иначе говоря, они зависят от относительного движения наблюдателя и объекта наблюдения, то есть оказываются не «абсолютными», а определенным образом связанными с пространственным движением и даже положением в пространстве системы отсчета, что и явилось первым толчком для формирования современной физической концепции единого пространства-времени. Однако, из-за особенностей устройства человеческой психики, большинство людей, в том числе и среди ученых, стремятся найти «точку опоры» в виде единой для всего мира «точки отсчета». Автор этого сайта не является исключением, и все его мировоззрение как раз и базируется на этом неотъемлемом желании человека, найти «точку опоры». И такой точкой опоры для него является электромагнитное взаимодействие друг с другом всего сущего в нашем мире. А современные ученые-физики пошли другим путем – они начали искать новую частицу – переносчицу сил гравитации, а «кто ищет, как известно, всегда найдет», хотя бы что-то похожее. Однако надо честно признать, что такой путь неизбежно ведет к излишнему усложнению «картины мира», что и произошло с современной «стандартной моделью микромира». Которая стала настолько сложной, что с ней не справляются и сами физики. У автора же этого сайта все предельно упрощено и понятно – МАТЕРИЯ, ВРЕМЯ и СОЗНАНИЕ являются ИЗНАЧАЛЬНЫМИ И НЕИЗМЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ ПРОСТРАНСТВА, и постоянно появляются в нем, в том же самом порядке – сначала материя, следом за ней время, в результате чего возникает и сознание.