Чтение онлайн

Получается, что хоть у нас и трёхмерное пространство, трёх переменных для полноценного описания явлений часто недостаточно. Когда надо, добавляют ещё ориентационные свойства предмета. Для самолёта это крен, рыскание и тангаж. В повседневной механике у детали есть 3 поступательных степени свободы и 3 вращательных. И там, и там шесть переменных – три координаты и три угла. Новая физика, то есть учёные – теоретики, работающие в направлении геометризации физики, предлагают ввести для каждой точки пространства понятие "ориентация". Предлагают учитывать ориентацию во всех случаях, вне зависимости от наличия предмета. То есть для каждой точки пространства ввести «крен, тангаж и рыскание». Предложим такую аналогию. Старая физика (теория Эйнштейна) оперировали бесконечным набором "сплющенных шариков", размеры которых стремятся к нулю. Новая теория предлагает оперировать бесконечным набором "самолётиков" с креном, тангажем и рысканьем каждого из них. При этом размеры самолётиков тоже стремятся к нулю. Нашей новой теории надо заново "соткать" из "самолётиков-точек прямые, из прямых плоскости, из плоскостей пространство и в завершение добавить время.

Продолжим пользоваться аналогией с авиацией и рассмотрим фигуру высшего пилотажа "бочка". Но рассмотрим мы её не как процесс во времени. Не как развёртку процесса во времени, а как мгновенный снимок. Представьте что это "точки-самолётики", из которых мы соткали прямую. Мысленно устремите размеры самолётиков к нулю и вы получите.... перекрученную прямую.

Есть и другая наглядная аналогия – перекрученная нитка. Можно даже не полениться и самостоятельно смоделировать: к нитке приклеить полоски-стрелочки, как зубья у расчёски. Пока нитку мы не крутим, все полоски-зубья смотрят в одну сторону. Начнём закручивать нитку. Полоски расположатся по спирали. А теперь мысленно устремляем толщину нитки к нулю и получим перекрученную прямую пространства.

Это мы попытались объяснить кручение точек пространства с помощью аналогии, можно даже сказать, что попытались представить. Теперь надо изложить этот же вопрос более научным языком, ибо аналогии и примеры не передают существенных особенностей. Элементарное вращение может происходить только в одной плоскости. Например, вращение вокруг оси z в привычном нам понимании есть поворот в плоскости x^y. Но, строго говоря, это только в трёхмерной геометрии поворот в плоскости однозначно выражается через поворот вокруг оси. Для пространства-времени можно спросить, «а почему не вокруг оси t?» Описание вращения через плоскость, в которых находится изменяющийся угол, однозначно конкретизирует данное движение. Сложные виды вращений (поворот вокруг нескольких осей) раскладываются на сумму элементарных движений в разных плоскостях. В привычной нам геометрии пространства мы используем 3 координаты х, у, z. Трёх пространственных координат и времени t достаточно, чтобы иметь возможность однозначно обозначить любое событие в любой точке пространства в любой момент времени. Последняя фраза на научном языке звучит как "пространство событий". Для построения новой геометрии окружающего нас пространства с учётом ориентаций мы должны использовать уже 10 независимых размерностей: четыре линейные (трансляционные) координаты x, y, z, t и шесть угловых: углы в плоскостях между осями x^y, x^z, y^z и в плоскостях x^t, y^t, z^t. Можно сказать по-другому: из трёх привычных нам пространственных измерений мы получили десятимерное «пространство событий», т. е. набор из десяти параметров для каждого отдельного события "в данном месте в данное время".

Ранее мы "на пальцах", при помощи "самолётиков-точек" и их крена, рыскания и тангажа попытались объяснить, как возникает 10-мерное пространство событий. Теперь в нашем построении вместо самолётиков-точек будем использовать "ориентированную точку" или «единичный координатный базис».

На первый взгляд, вроде бы всем знакомые оси координат. Но если говорить более точно – это всего-навсего одна ориентированная точка "0". Просто она никуда не повёрнута. Вектора её единичного базиса направлены вдоль осей координат. Возможна и другая ситуация:

Та же самая точка "0", только повёрнутая относительно осей координат. Обратите внимание: оси координат показаны пунктиром, а стрелками – ориентация точки. Если кому-то из читателей будет понятнее: стрелки – это оси "самолётика". Как именно повёрнута это "ориентированная точка" = "самолётик" – по двумерному рисунку не сообразить.

В математике из множества точек получается прямая, из прямых – плоскость, из плоскостей – пространство. Поступим и мы также – соберём из этих "ориентированных точек"="единичных базисов" прямую (оси координат пунктиром уже не рисуем).

Из простых, никуда не повёрнутых точек получаем обычную банальную прямую.

А вот следующие случаи поинтереснее.

Поворот в плоскости y^z

Поворот в плоскости x^z

Для лучшего представления кручёных прямых можно повторить наглядную аналогию. Перекрученная нитка с приклеенными полосками-стрелочками. С одной стороны, нитка прямая, т.е. без изгибов, с другой – она может быть вся закручена. Допустим, у некрученой нитки все стрелочки направлены вниз. При закручивании они уже будут менять своё направление. Если устремить толщину нитки к нулю, то и получим кручёную прямую с первого рисунка (y^z). Кручение в плоскости x^z со второго, равно как и аналогичное в плоскости x^y, аналогией наглядно не передать.

Надеемся, читатель и без рисунка сможет понять (а некоторые – даже представить), что возможно сочетание кручений в двух и в трёх плоскостях. Тоже несложно понять, что кручение вдоль прямой может быть разным:

Неравномерное кручение в плоскости x^z.

На этом можно пока остановиться с пересказом новых научных достижений и попытаться подвести первый итог. Современные научные теории утверждают, что пространство и время в отсутствии вещества, силовых полей и элементарных частиц «сами по себе» обладают теми или иными свойствами, сходными со свойствами материи. До Эйнштейна была модель пространства, сотканного из бесконечного числа абсолютно твёрдых шариков, размеры которых стремятся к нулю. Из точек получают прямую, из прямых – плоскость, из плоскостей – пространство. Теория относительности «наделяет» шарики-точки пространства упругостью, они могут сплющиваться. Новый научный подход, помимо этого, предлагает ввести ещё три угловые величины: аналог тангажа, крена и рыскания для самолёта. Если перейти к пространству-времени, то получится уже 10: между 4 осями координат возможно 6 углов. В итоге получается "10-мерное пространство". При этом мы имеем все те же наши 3 пространственные координаты, время и 6 углов между ними.

Что мы сейчас уже можем сказать об этом новом поле кручений? Кстати, термин «поле кручений» используют достаточно редко. Почему-то русские учёные – первопроходцы чаще на английский манер говорят «спинорные» или «торсионные» поля. Теория предсказывает, что любые вращательные действия с материей, такие как вращение, перекручивание, спиральность и другие подобные приводят к возникновению какой-либо структуры в поле кручений. Видов такого вращения может быть очень много. Самое "глубинное" – спин элементарных частиц. Спин определяется наукой как квантовый аналог вращения. Все основные стабильные элементарные частицы, из которых состоит всё вещество: протон, нейтрон, электрон – обладают спином. Любая комбинация и любое движение этих основополагающих частиц вещества сопровождается «следом» в поле кручений. Кроме вращения как движения, существует множество статических вариантов создания структур поля кручений. Яркий пример – двойная спираль ДНК. Вращение может быть не только вещества, но и электромагнитного поля. Это и вращающиеся магнитное поле трёхфазного электродвигателя, и круговая поляризация излучения, и явление электромагнитной индукции. Наконец, может быть и макроскопическое вращение вещества. Из механических природных явлений укажем турбулентность и водовороты. Все эти и подобные им вращения порождают поле кручений «на своём уровне» или со своими параметрами.

Очевидно, что закручивание может происходить на нескольких уровнях одновременно (вольфрамовая нить).

Теория говорит, что каждый предмет всегда обладает ещё одной составляющей – своим полем кручений. Все элементарные частицы предмета обладают спином. Спин, как вращение, порождает поле кручений. Спинорные поля элементарных частиц объединяются в общее поле, к нему добавляются поля, созданные молекулами и поля кручений на макроуровне (ДНК и вольфрамовая спираль). Всё это вместе даёт свой неповторимый "автограф" предмета в рассматриваемом поле кручения. Если беспристрастно поразмышлять, в этом нет ничего удивительного. Любой предмет обладает совершенно аналогичным «автографом» в электромагнитном поле. Именно электромагнитным полем обеспечивается, например, восприятие нами цвета и температуры предмета. А вес предмета – это проявление его гравитационных свойств. Можно вспомнить и другую формулировку – каждый предмет обладает «аурой» или «тонкоматериальной компонентой». Постараемся зафиксировать этот вывод в своём сознании: «любой предмет обладает помимо электромагнитной "оболочки-ауры" ещё и "тонкоматериальной оболочкой" – в поле кручений».

Даже такого начального понимания достаточно, чтобы начать проводить исследования. Если новое неизвестное поле связано с кручением, то логично попытаться создать и зарегистрировать его тоже при помощи кручений, вращений и т. п. На сегодняшний день разработан большой класс генераторов, где идёт попытка создать поле кручений при помощи специальных форм (спирали, конуса…) и при помощи вращения вещества или электромагнитного поля. Равным образом много попыток зарегистрировать поле кручений при помощи вращательных элементов или свойств. В качестве иллюстрации рассмотрим методику, предложенную сотрудниками нашей лаборатории на кафедре теплофизики ИТМО.

Тепловой поток с поверхности предмета можно измерять различными методами. Один из способов использует двойную спираль. Берётся спираль типа цилиндр из константановой проволоки и при помощи электролиза покрывается медью на полвитка. Тем самым получается большое количество медь-константановых термопар, соединённых последовательно. Далее наши термопары скручивают в диск так, чтобы переходы медь-константан термопар оказались на разных поверхностях диска. При необходимости измерения температуры добавляется обычная термопара и всё это заливается компаундом.