Структура пространства и материи. Природа инерции и гравитации


Е. П. Лепешев






            СТРУКТУРА
            ПРОСТРАНСТВА И МАТЕРИИ


ПРИРОДА ИНЕРЦИИ И ГРАВИТАЦИИ











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 53.01
ББК 22.3
     Л48










     Лепешев, Е. П.
Л48       Структура пространства и материи. Природа инерции и гравита     ции / Е. П. Лепешев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. -252 с. : ил.

           ISBN 978-5-9729-0608-6

           Рассмотрены основные этапы формирования представлений о пространстве как эфирной среде - от вихревого эфира Декарта и обязательного светоносного эфира Гюйгенса до «принципиальной» невозможности постичь природу несводимых сущностей «по Эйнштейну» и открытия темной материи и темной энергии. Приведены модели, с помощью авторских иллюстраций поясняющие состав и структуру пространства, материальных тел и различные наблюдаемые явления.
           Книга написана как естествознание в стиле Стивена Хокинга и рассчитана на читателей, стремящихся сформировать собственное непротиворечивое понимание законов природы.


УДК 53.01
ББК 22.3








ISBN 978-5-9729-0608-6

     © Лепешев Е. П., 2021
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.............................................................5
Часть I. Развитие научных представлений о материи и пространстве.
Дальнодействие и близкодействие от Галилея до Эйнштейна. Открытие темной материи и темной энергии.............................................7
Часть II. Модель реализации единства материи и движения.............62
  2.1. Гюйгенс об условиях распространения света....................62
  2.2. Анализ и упрощение принципов Гюйгенса........................66
  2.3. Эволюция материи и движения...................................72
  2.4. Периодические перемещения единичных элементов материи в компактных группах...............................................79
  2.5. Минимальная длина волн. Ячейки пространства, решетка пространства.
  Упругость материальных тел как следствие состояния пространства. Вложенность кратных волн пространства.............................93
Часть III. Атомы как непрерывно отвергаемый пространством остаток материи и движения. Мнимая поперечность света..............................101
  3.1. Образование и слияние локальных пространств...................101
  3.2. Образование атомов............................................104
  3.3. Формирование пространственных зон, описываемых набором волн кратной длины....................................................114
  3.4. Основные элементы конструкции атома. Согласующие волны, редуцирование периодических колебаний............................116
  3.5. Эволюция атомов, расширение пространства....................123
  3.6. Излучение. Фотон, постоянство скорости распространения......125
  3.7. Эфир Декарта и поляризация света. Механическая модель Максвелла....................................133
Часть IV. Механизм инерции. Физическое ограничение скорости материальных тел...................................................140
  4.1. Взаимодействие атомов.......................................140
  4.2. Два способа равномерного распределения возмущений в пространстве...................................................142
  4.3. Редукция колебаний пространства конструкцией атома как механизм инерции атома....................................................143
  4.4. Дуализм как способ учета волновой структуры пространства....154

3

  4.5. Инерция и масса материальных тел...........................156
  4.6. Пространство...............................................158
  4.7. Влияние скорости перемещения в пространстве на материальное тело............................................164
  4.8. Электрон как простейшая конструкция для формирования атомов и межатомных связей................................................168
Часть V. Гравитационные явления и вихревые конструкции как принципиально различные состояния пространства..................................178
  5.1. Гравитация как независимо существующее состояние пространства.178
  5.2. Модуляция фундаментальных волн. Увеличение зон периодических перемещений элементов материи в составе волн....................184
  5.3. Формирование длительно устойчивых конструкций макроразмеров в масштабе Вселенной............................................187
  5.4. Предел делимости материи. Невозможность существования «чистой энергии»................................................189
  5.5. Формирование вихревого движения. Контакт двух пространств..191
  5.6. Макролокализации...........................................202
Часть VI. Плоскость эклиптики как доказательство трехмерности пространства. Промежуточное состояние материи внутри Солнца.....................209
  6.1. Образование планетарной системы............................209
  6.2. Механизм гравитации........................................224
  6.3. Движение по орбитам........................................231
Часть VII. Одинаковость гравитационного ускорения как следствие закона Авогадро. Живая материя....................................235
  7.1. Ощутимое материальное тело. Распространение света в прозрачной среде..............................................235
  7.2. Отличие электромагнитных явлений от гравитации. Невозможность экранировать гравитацию. Существование неизвестных
  способов изменения инерции......................................246

4

ВВЕДЕНИЕ


    Книга написана как естествознание в стиле Стивена Хокинга и рассчитана на читателей, стремящихся сформировать собственное непротиворечивое понимание законов природы. В книге использовано 33 авторских рисунка и «механическая модель Максвелла» (рисунок и описание Д. К. Максвелла).
    Текст составлен как словесное описание рисунков. Использовано минимальное количество простых формул, известных из школьной программы. Все использованные формулы имеют простое словесное описание. Понимание формул не обязательно для восприятия основного текста.
    Рассмотренные вопросы естествознания, например распространение света, также известны по школьной программе. Для понимания книги «в полном объеме» достаточно высшего технического образования и личного интереса.
    Рисунки и их описания могут использоваться при создании компьютерных программ для моделирования и конструирования возможных состояний пространства и ощутимых материальных тел. Например, модель может быть создана для понимания процесса получения энергии, описанного на новостном портале «Новости энергетики»¹.
    В первой части книги изложены основные этапы формирования представлений о пространстве как эфирной среде. Показана последовательность от вихревого эфира Декарта и обязательного светоносного эфира Гюйгенса до «принципиальной» невозможности постичь природу несводимых сущностей «по Эйнштейну». Затем последовало открытие темной материи и темной энергии - виток познания замкнулся.
    Исходя из того, что хотя бы на 96 % Вселенная является совокупностью невидимой («темной») материи и «темной энергии», предлагается построить механическую модель, имеющую понятное словесное описание. Для построения модели использован принцип единства материи и движения. Предполагаемая модель должна показать механизм реализации этого принципа.
    В последующих частях книги приводятся модели, поясняющие состав и структуру пространства, материальных тел и различные наблюдаемые явления:
     1. Утверждается первичность пространства. Формирование пространства показано как процесс, завершением которого является равномерное распределение всего изначального движения на всю изначальную материю.
     2. Образование и устойчивость атомов в пространстве показаны как одна из форм трансформаций пространства.
     3. Приведена и описана графическая модель, поясняющая механизм инерции.

   ¹ URL: https://novostienergetiki.ru/neutrino-energy-group-testiruet-ustrojstvo-dlya-polucheni ya-chistoj-elektroenergii-iz-kosmicheskogo-izlucheniya.

5

     4. Гравитация описана как специфическое состояние пространства вблизи материальных тел. Действие гравитации реализуется через механизм инерции. Показано: гравитация не может распространяться в пространстве как электромагнитное излучение.
     5. Обосновывается невозможность создать сосуд (как материальное тело), экранирующий действие гравитации.
     6. Объясняется природа одинакового гравитационного ускорения для различных материальных тел, состоящих из различных наборов атомов в их различных сочетаниях.
     7. Приведена и описана модель формирования Солнечной системы как результата слияния двух «промежуточных» пространств. В этой модели, в частности, поясняется природа колец Сатурна и «спиц» в этих кольцах.

   Солнце описано как специфическое состояние пространства. Процессы, происходящие внутри Солнца, не могут быть описаны или воспроизведены по аналогии с явлениями, наблюдаемыми в земных условиях. Графически обосновано образование Солнечной системы при слиянии именно двух исходных пространств. Только в этих условиях равновероятно формирование одинарной или двойной звезды. Это подтверждается астрономическими наблюдениями.
   На основании сопоставления природы стабильности атомов с параметрами межатомных связей делается вывод о невозможности движения материального тела в пространстве со скоростью, сопоставимой со скоростью света. По результатам астрономических наблюдений максимальная скорость движения материальных тел приближенно оценивается до 1000 км/с. При таком ограничении мысленные построения со сверкой часов, размещенных на объектах, перемещающихся с околосветовыми скоростями, не имеют материального соответствия.
   Рассмотрение различных вариантов межатомных связей приводит к выводу об уникальности свойств естественных минералов. В частности, невозможно изготовить искусственный алмаз, твердость которого такая же, как у алмаза естественного.
   Рассматривается специфика прохождения света через прозрачное тело. Делается вывод о принципиальном постоянстве скорости распространения света. Объясняется регистрируемое уменьшение курсовой скорости распространения света в прозрачной среде.
   В заключительной части книги известные технологические способы изменения инерции материальных тел сопоставляются с управлением инерцией в живых организмах. Утверждается перспективность изучения «живых» способов изменения инерции.

6

ЧАСТЬ I


РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ
О МАТЕРИИ И ПРОСТРАНСТВЕ.
ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ ОТ ГАЛИЛЕЯ ДО ЭЙНШТЕЙНА.
ОТКРЫТИЕ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ И ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ

   В конце XVI века Галилео Галилей в опытах с шарами на наклонном желобе установил, что скорость скатывания шара возрастает пропорционально времени и не зависит от веса шара. При этом любой шар, набравший скорость при скатывании вниз, двигаясь вверх по такому же желобу, может подняться на высоту немного ниже той, с которой скатился.
   Галилей впервые показал, что все тела, независимо от их веса и материала, падают на Землю (стремятся вниз) с одинаковым ускорением. Тогда это выглядело противоречием с интуитивным мнением ученых о том, что тело падает на Землю тем быстрей, чем больше его вес. Экспериментами Галилея было положено начало пониманию того, что следует считать научным подходом и чем этот подход должен отличаться от интуитивного восприятия.
   Галилей сформулировал закон, согласно которому любое материальное тело покоится или сохраняет свое движение без изменения, если на это тело не действует сторонний фактор, способный изменить движение рассматриваемого тела. Он дал строгое определение инерции, впервые введенной Кеплером, и ввел понятие ускорения.
   В работах Галилея был впервые сформулирован принцип относительности. Этот принцип следует использовать для рассмотрения и сопоставления процессов, происходящих в разных системах, для каждой из которых может быть определена собственная инерция, присущая всей системе и всем отдельным телам, которые могут быть отнесены к этой системе и рассмотрены в ее составе.
   Для пояснения принципа относительности Галилей приводил пример с движущимся кораблем, в помещениях которого можно наблюдать поведение рыбок в аквариуме или падение предметов. Все эти наблюдения не будут отличаться от таких же наблюдений, сделанных относительно тех же предметов, находящихся на неподвижном корабле или на суше, если наблюдатель находится на корабле и движется вместе с ним.
   Галилей ввел понятие сложения движений. Например, траектория падения камня, имеющего начальную горизонтальную скорость, должна иметь форму параболы, в которой постоянная горизонтальная начальная скорость складывается с нарастающей скоростью падения. Находясь на палубе движущегося судна, можно видеть отвесное падение камня, заранее зная, что относительно неподвижного берега траектория движения этого камня выглядит как

7

парабола. Этот феномен объясняется тем, что наблюдатель на палубе имеет ту же скорость, что и вся система (корабль), внутри которой производится наблюдение. В данном случае результат наблюдения зависит от того, движется ли наблюдатель относительно наблюдаемого события хотя бы по одной из координат, в которых происходит наблюдаемое событие, или наблюдатель неподвижен в этих координатах. Благодаря Галилею системы, в которых все тела всегда движутся вместе с системой, независимо от того, движутся ли они относительно друг друга внутри системы, получили название «инерциальных». Для таких систем общая скорость всей системы никак не проявляется на взаимодействии друг с другом тел внутри инерциальной системы.
   Для перехода от инерциальной системы A к инерциальной системе B с использованием преобразований относительности Галилея достаточно сдвинуть координаты тела, рассматриваемого в системе А, на разницу координат между системами A и В. После этого тело можно рассматривать в системе B с учетом скорости движения этой системы относительно системы А. Таким образом, преобразование Галилея заключается в замене трех координат X; Y; Z в одной системе на такие же, но со сдвигом, координаты в другой системе. Время для всех инерциальных систем, для которых совершаются преобразования, считается общим, не зависящим ни от одной из инерциальных систем.
   Почти каждый человек хотя бы один раз оказывался в стоящем поезде, рядом с которым стоит еще один поезд, загораживающий обзор наблюдателю. Когда один из поездов трогается, невозможно определить - движется соседний поезд или тот, в котором находится наблюдатель. В данном случае наблюдатель уверенно может констатировать только относительное движение двух поездов с формулировкой: «два поезда перемещаются относительно друг друга». При этом относительно неподвижного рельсового пути может двигаться один из этих поездов или оба поезда. В современной жизни такие ситуации возникают настолько часто, что являются скорей нормой, чем исключением. Это был распространенный пример субъективного восприятия относительности движения.
   Есть пример простого сложения движений, вошедший в историю науки.
   В 1727 году английский астроном Джеймс Брэдли, наблюдая за одной из звезд, обнаружил, что в разных наблюдениях одной и той же звезды, сделанных в разное время, звезда не остается на месте, но как бы смещается по замкнутой траектории. При этом за один год наблюдений звезда смещается в пределах круга с радиусом около двадцати угловых секунд. Брэдли объяснил это движением Земли относительно луча света, попавшего в оптическую систему телескопа. Земля движется по орбите вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с. Луч света, вошедший в трубу телескопа, не движется вместе с Землей. От момента входа луча в оптическую систему телескопа до достижения этим лучом экрана (окуляра), на котором производится наблюдение, телескоп смещается вместе с Землей, а луч света такого «бокового» смещения не имеет. Поэтому свет достигает экрана не точно в том месте, где оказался бы так же направленный луч, вошедший в оптическую систему в том же месте,

8

если бы телескоп не двигался относительно луча. В результате линия, проведенная от точки входа луча до точки его падения на экран, имеет немного разный наклон в случае, если телескоп движется относительно луча света, и в случае, если бы телескоп не двигался относительно луча. Поскольку Земля все время движется по замкнутой орбите, точка наблюдения звезды также смещается по замкнутой кривой.
   Вычислив, насколько смещается телескоп относительно светового луча за время прохождения светом длины оптической системы, и зная скорость и направление движения Земли в разных точках орбиты относительно попадающего в телескоп света наблюдаемой звезды, Брэдли определил скорость света равной примерно 308 000 км/с. Само явление смещения наблюдаемого положения звезды в результате движения телескопа вместе с Землей получило название аберрация (отклонение) света.
   Для компенсации аберрации света наблюдаемой звезды Брэдли предложил ориентировать телескоп не точно на звезду, а под углом a, тангенс которого равен Уорб. / с, где Уорб. - скорость движения Земли вокруг Солнца, c - скорость света. Тогда tg a ~ 30 / 300 000 = 1/10 000.
   Если выполнить это условие, то телескоп за время прохождения света через него смещается относительно света как раз настолько, насколько выход оптической системы телескопа смещен относительно входа. Это справедливо для любой длины оптической системы телескопа.
   Объяснение аберрации света наблюдаемой звезды является типичным примером сложения скорости света, распространяющегося в космическом пространстве независимо от Земли, и скорости движения Земли по ее орбите, независимо от распространения света в космосе.
   Приемы рассмотрения преобразований относительности Галилея для инерциальных систем отрабатывались учеными нескольких поколений, в том числе с учетом соотношения времени свершения событий в разных системах и времени распространения информации о свершенных событиях от одной системы к другой системе.
   Труды Галилея стали отправным пунктом целой эпохи в науке, в течение которой постепенно вводился термин «энергия» с последующим разделением видов энергии на кинетическую и потенциальную.
   В конце XVII века Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и три основных закона механики. В законах механики даны определения массы, силы и ускорения. В этой формулировке перечисленные определения используются и сейчас.
   Эти определения не раскрывают природу массы, силы и ускорения, но они в высшей степени удобны для определения результата взаимодействий материальных тел независимо от природы взаимодействий.
   В фундаментальной работе «Математические начала натуральной философии» Ньютон, кроме доказательств, выводов, формул, изложил методические основы научного подхода. Эта часть «Начал..» Ньютона оформлена автором как «правила».

9

   Например, Правило 1: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. <...> Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей».
   Выполнение самим Ньютоном этого поучения хорошо прослеживается на примере закона всемирного тяготения, словесная формулировка которого приведена ниже.
   Сила притяжения между двумя материальными точками пропорциональна массам обеих точек и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
   Математическая запись закона всемирного тяготения Исаака Ньютона в современной форме выглядит так:

F = G • (mi • m2) / R².

   Здесь F - сила притяжения между двумя материальными точками, массы которых равны mi и m2, а расстояние между точками равно R;
   G - гравитационная постоянная. Эта постоянная определяется как сила тяготения, действующая на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.
   Применив законы механики Ньютона к формуле закона всемирного тяготения, можно увидеть то, что не следует очевидно из словесной формулировки, но содержится в определениях использованных символов.
   Рассмотрим два относительно небольших материальных тела («точки» по Ньютону) с массами mi и m2, находящихся на одном и том же расстоянии R от массивного тела (например, от Земли), имеющего массу Z.
   Для каждого из малых тел закон всемирного тяготения записывается так:

Fi = G • (Z • mi) / R²,

(1)

где Fi - сила взаимного притяжения, действующая между Землей и малым телом с массой mi.

F2 = G • (Z • m2) / R²,

(2)

где F2 - сила взаимного притяжения, действующая между Землей и малым телом с массой m2.
   Разделив выражение (i) на выражение (2), можно получить отношение сил притяжения к Земле, действующих на тела с массами mi, m2.

Fi / F2 = mi / m2,

(3)

   Полученное соотношение можно выразить словами так: отношение друг к другу сил земного притяжения, действующих на тела, расположенные на одинаковом расстоянии от Земли, пропорционально массам этих тел, и больше ни от чего это отношение не зависит.

10

   Эта формулировка, казалось бы, соответствует тем интуитивным соображениям, руководствуясь которыми современники Галилея считали, что чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает.
   Нет. Из законов механики, сформулированных Ньютоном, следует: сила, скорость и ускорение - это не одно и то же.
   Соотношение между силой, ускорением и массой дано во втором законе механики Ньютона:
a = F / m.
   Словесная формулировка: ускорение (а) тела прямо пропорционально силе (F), действующей на тело и обратно пропорционально массе (m) этого тела.
   Другая форма записи этого же закона, с помощью которой удобно определить силу:
                              F = m • a.                           (4)
   Словесная формулировка: сила, действующая на тело, прямо пропорциональна ускорению тела, умноженному на массу этого тела.
   Теперь выражение силы (4), полученное непосредственно из второго закона Ньютона, можно использовать вместо сил Fᵢ, F₂ в левой части уравнения (3). При этом вместо Fi следует подставить (mi • ai), а вместо F₂ подставить (m2 • a2). Правая часть уравнения (3) останется без изменений и будет записана как mi / m2.
   После подстановки уравнение (3) приобретает вид:
(mi • ai) / (m2 • a2) = mi / m2.
   После простейшей перестановки сомножителей можно записать:
(mi / m2) • (ai / a₂) = mi / m2.
   Поделив обе части полученного уравнения на mi / m2, получим:
                              ai / a2 = i.                         (5)
   Словесная формулировка уравнения (5) такова: если два относительно небольших тела находятся на одинаковом расстоянии от большого тела (например, от Земли), то ускорение свободного падения этих тел одинаково и не зависит от соотношения их масс.
   Масса свободно падающих малых тел в формуле (5) не фигурирует, следовательно, значения не имеет. Ускорение любого свободно падающего малого тела определяется только расстоянием между этим телом и тем большим телом, на которое малое тело падает.
   Таким образом, непосредственно из формулы закона всемирного тяготения, используя основные законы механики Ньютона, можно вывести тот

11

результат, который Галилей получил опытным путем, регистрируя параметры скатывания различных по массе шаров по наклонным желобам.
    Введя всего несколько символов, Ньютон в простейших формулах записал опыт нескольких поколений ученых. Законы Ньютона и в настоящее время являются эталоном научного подхода. Только с использованием научного подхода знания, полученные на основе многих отдельных наблюдений, делаются общедоступными для познания мира и для применения в науке и в практике.
    Наблюдения Галилея и его современников показывали: различные по весу и сделанные из разных материалов тела падают на Землю с одинаковым ускорением. Благодаря работам Ньютона стало понятно, что при этом тела подчиняются закону всемирного тяготения и выполняют законы механики. Осталось ответить всего на три вопроса:
     1. Почему все тела вблизи земной поверхности падают с одинаковым ускорением?
     2. За счет чего однажды начавшие двигаться тела сохраняют свое движение (инерцию)?
     3. Каким образом ускорение постоянно добавляется к скорости тела, уже движущегося по инерции?

    В законе всемирного тяготения в современной формулировке использована гравитационная постоянная G. Эта постоянная введена позже основной формулировки закона, данной Ньютоном. Ньютон использовал «гравитационный параметр», равный произведению гравитационной постоянной на массу тела. Возможности определить по отдельности массы небесных тел и гравитационную постоянную вплоть до начала XIX века не было.
    В конце XVIII века Генри Кавендиш поставил несколько опытов с использованием изобретенных им крутильных весов. По результатам этих опытов Кавендиш очень точно вычислил среднюю плотность Земли. Затем было точно вычислено числовое значение гравитационной постоянной Gземли на поверхности Земли. Оказалось, такое же значение G следует и из астрономических наблюдений и расчетов применительно к небесным телам. В начале XIX века Пуассон предложил считать измеренное значение G фундаментальной физической постоянной, значение которой определяет развитие Вселенной. Сейчас (как и триста лет назад) считается, что значение G едино для всей Вселенной и остается таковым хотя бы несколько сотен миллионов лет.
    В современной формуле закона всемирного тяготения F = G • (mi • m2) / R² гравитационная постоянная вынесена как известная константа, а массы притягивающихся тел (mi; m2) фигурируют отдельно. В данном случае имеются в виду массы гравитационные - притягивающиеся. Для вывода формулы (5) гравитационные массы тел из закона всемирного тяготения заменены массами из второго закона механики Ньютона. В нем определяется ускорение массы под действием силы. Масса в этом случае является инерционной. Замена гравитационной массы в законе всемирного тяготения на массу инерционную дала результат, проверенный множеством экспериментов и не подвергающийся

12