Введение в физику с неньютоновым временем

Введение в физику с
неньютоновым временем
• На основе холистского системного принципа единства синтеза и
анализа рассмотрено обобщение равновесной и линейной
области неравновесной термодинамики с
введением
неньютонова времени и реализовано активное включение
обобщенной термодинамики в структуру фундаментальной и
прикладной физики.
• Литература:
В.П. Майков. Расширенная версия классической термодинамики — физика
дискретного пространства-времени. МГУИЭ, Москва (1997).
Cайт: «Физика неньютонова времени» maikov.chat. ru
1
К методологическим особенностям
• Гипотеза о переопределении пост. Больцмана до
макрокванта
энтропии
и,
как
следствие,
рассмотрение физики четырех мировых констант
(G, , c, k ) вместо используемых сегодня трех.
•
Получение
на
этой
основе
элементарного
термодинамического объема вместо точки, и отказ
от дифференциально малых величин. Переход к
дискретным,
физически
предельно
малым
параметрам
(макроквантование).
Появление
дискретного времени. Исчезновение в теории
калибровочных полей и перенормировок.
• Описание непроявленных состояний как частный
случай проявленных. Двухуровневый физический
вакуум и др.
2
Дискретное время
Исходная гипотеза: энтропия квантована. Квант энтропии
равен постоянной Больцмана – k.
Из соотношения неопределенностей КМ энергия-время
Et  / 2
при E=kT
получаем макроскопически элементарный
t  / 2kT
интервал времени
14

t

1.3

10
c.)
(Например, при Т=300K,
При
фиксированной
температуре
обе
неопределенности
известны,
т.е
принцип
дополнительности КМ в обобщенной термодинамике
не реализуется.
3
Термодинамическая элементарная
ячейка вместо точки
Макроскопическая ячейка – основной элемент теории.
Из соотношения неопределенностей импульс-координата
2
при p  c ' m
px  / 2

mc
 kT ;
'
а также
x  r имеем c  c
Макроскопически элементарный радиус макроячейки
r=ct (приТ=300K, r=3,8 мкм.)
Тогда минимальный макроскопический,
или
максимальный микроскопический термодинамический
объём (макроячейка) составит:
4
 ( c )3
3
V  r 
3
6 ( kT )3
Объем
макроячейки
зависит
только
от
термодинамической температуры.
4
Примеры неопределенности
• E  v  Квант механической энергии
• Q  kT  Макроквант тепловой энергии
• S  k  Макроквант энтропии
• t  / 2kT  Макроквант (дискрет) времени
• Известно: V (Р / V )S   KS ; (J /P)S  V
• В дискретном варианте: (V )S  kT / KS ; (P)S  kT / V
5
Процедура макроквантования
• Нелокальная
версия
термодинамики (НВТ)
позволяет вычислять предельно малые величины
-- макроквантование (см.предыдущий слайд). Для
перехода к макроквантованию
используются, как
правило, фундаментальные дифференциальные
закономерности.
• Как свидетельствует практика НВТ, прерывание
процедуры
макроквантования
может
служить
сигналом о методологической или теоретической
ошибке.
•
Последнее может указывать, что Код Природы
«записан» на языке обобщенной термодинамики.
6
Термодинамическая иерархия
Наблюдаемая субстанция
1.
Вещественная среда в четырех агрегатных
состояниях.
Ненаблюдаемая субстанция
2. Времениподобный, светоносный, физический
вакуум.
3.Пространственноподобный, дальнодействующий,
физический вакуум.
4. Две сингулярности с нулевой метрикой Минковского
7
Страты макроскопической ячейки
•
Элементарный термодинамический цикл Карно, в
котором разностью температур выступает квантовое
рассеяние абсолютной температуры .
• Элементарный
объемный
резонатор,
без
привлечения калибровочных полей и без первичных
расходимостей.
• Суперсимметричная
система
с
рассмотрением бозонов и фермионов.
совместным
8
Природа необратимости времени
T
T =const
S=const
S+S=
const
T- T =const
Элементарный цикл Карно
S
• Необратимость времени связана со слабым нарушением суперсимметричного цикла за счет явления гравитации.
• Иначе, в элементарном цикле Карно нарушается параллельность изотерм (проявляется геометрия Лобачевского !).
9
Существуют ли калибровочные поля в
нелокальной термодинамике?
В элементарной ячейке НВТ силовые злектромагнитные
поля симметричны,
т.е
divE   q /  o .
В уравнениях Максвелла
divB   m / o1
divB  0.
Это позволяет отказаться от нефизических калибровоч-
ных полей и ведет к отсутствию расходимостей в теории.
Отсутствие расходимостей – основная предпосылка для
непротиворечивого введения квантовой гравитации.
10
Существуют ли магнитные монополи?
НВТ прогнозирует:
Электрический объемный заряд
Магнитный векторный монополь,
где коллективная скорость частиц
в макроячейке................................
Отношение зарядов.......................
q   o c  5.856eo
qm  qv  q kT / m
v
kT / m
qm / q  v  kT / m
qm / q  c
То же для вакуума...........................
Последнее отношение позволяет ответить на вопрос,
почему скорость света физически нельзя складывать со
скоростью источника света и др.
11
Пример верификации теории
Косвенная: через раскрытие физики постоянной тонкой
2
структуры
  (e0 / 2q)
Прямая: вычисление отношения фундаментальных
зарядов, известного в физике только
экспериментально 2
2
eo (eeo )

 0.21568
2
g
 o c
2
2
eo / g  0.215
Эксперимент*):
*) Физ. энцикл. Т.1. 1988. С.234.
12
Физика константы скорости
В нелокальной версии термодинамики с  qv / q
Из этого отношения следует:
• Константа скорости в физике лишь по формальным
соображениям размерности является «скоростью».
• В действительности это фундаментальная постоянная
пространственно- временной метрики физического
времениподобного вакуума.
• Независимость с=const от скорости источника света.
• Почти классическое дальнодействие при с=const.
• Ошибочность эйнштейновского принципа относительности
одновременности ( фантазии о путешествии во времени).
13
Контрольные вопросы к
пройденному материалу
•
•
•
•
•
•
•
Системный анализ и НВТ.
Минимальный термодинамический масштаб.
Сущность макроквантования.
Физика константы скорости.
Методологические особенности НВТ.
О перенормируемости физических теорий
Верификация теории.
14
Из векторного анализа
В электродинамике широко используются
производные от векторных функций
E E
E
-дивиргенция


 divE
x
y
z
r
E

E
(
r
)
При шаровой симметрии
r
Тогда в электродинамике доказывается,
dE 2 E
что
divE 

x
y
z
dr
r
15
Массаотдача
• Уравнение сохранение массы  / t  divj  0
m
• Для сферических коорднат divj  j / r  2 j / r
 m  j 2 j
В дискретной форме


0
t
r r
где j / r  2 j / r
• Откуда j  j  mr / t
• где
 m  m p / V , V / V  v 2 / cs2 , v  kT / m,
cs  3  / t , t  / 2kT .
16
Особенности ур. массобмена кг / м 2с
•
•
•
•
•
Движущая сила по умолчанию (химич. потенциал)
Ур.прямого действия (без коэф. массообмена)
Расчет на основании табулированных параметров
Массообмен с минимумом производства энтропии
Легкость формулирования термоодинамического КПД
на основании плотности потока массы

J ЭКСП
J ТЕОР
17
Глобальные проблемы экологии и НВТ
• НВТ устанавливает единство законов эволюции в
физике и биологии (см. слайд «Два закона
эволюции»)
• НВТ рассматривает все необратимые процессы
только вблизи равновесного состояния, т.е. с
минимумом производства энтропии
• Это означает, что теория НВТ изначально
ориентирована на энергосбережение
18
Два физических закона эволюции
Первый - результирующий, квантово-релятивистский закон понижения энтропии, определяющий
«стрелу времени» в обобщенной термодинамике
(аналог биологической эволюции Ч. Дарвина).
Второй – классический,
диссипативный
закон
повышения энтропии (второе начало классической
термодинамики).
Результирующая «стрела времени» направлена на
понижение энтропии.
19
Последовательность введения
и рассмотрения квантовой гравитации
mи a  F  mг g
1.Доказательство существования в макроячейке равных
по величине гравитационных зарядов двух знаков
очень большой массы (ур. Пуассона).
2.Формулирование аналога принципа эквивалентности
ОТО: инерционная масса термодинамич. ячейки
порождена
положительной
разностью
двух
гравитационных зарядов (вторая гипотеза НВТ).
3. Привлечение метрики Минковского приводит
к виртуальной массе бозонных и фермионных
гравитонов
и
рассмотрению
особенностей
времениподобной,
пространственноподобной
и
нулевой метрик.
20
Термодинамическое квантоворелятивистское определение времени
• Физическое
время
–
осредненная,
интегративная,
мера
изменчивости,
порождаемая
квантово-релятивистской
природой фундаментального элементарного термодинамического уровня материи, где
время
необратимо,
дискретно,
неоднородно, иерархично, динамичеcкиэволюционно и циклично.
• Учитывая
вечную
эволюцию
метрики,
заключаем:
«В любое место нельзя ступить дважды...»
21
Квантово-релятивистская
термодинамическая космология
Майков Виктор Павлович, д.т.н., проф
Московский государственный университет инженерной экологии
• Введение
в
структуру
современной
фундаментальной физики недостающего элементарного
макроскопического
уровня
обобщенной
термодинамики приводит к новой области физики –
термодинамической космологии.
• Литература:
В.П. Майков. Расширенная версия классической термодинамики —
физика дискретного пространства-времени. МГУИЭ, Москва
(1997).
22
Аналог принципа эквивалентности ОТО
• Гравитационные
заряды
макроячейки
использования ур. Пуассона) :
qgr  c3 / 6GkTкг
21
qgr  10 кг
• Например, при Т=300К величина
масса)
(поспе
(скрытая
• Аналог принципа эквивалентности гравитационной и
инерционной массы (гипотеза о происхождении массы
макроячейки - m)
откуда
qgr 
qgr
T
TF  m
TF  6GkT 2m / c 3
23
Метрика Минковского
Времениподобная: сt  r (фермионные гравитоны),
порождает силы инерции, «пятую силу».
Пространственноподобная: сt  R
(бозонные
гравитоны), порождает дальнодействие, нелокальность,
слабое взаимодействие, многомирие. R – радиус вакуумного
горизонта событий, или радиус термодинамического
окружения макроячейки,четвертая пространственная
координата.
сt  R
Нулевая:
порождает два предельных
сингулярных непроявленных состояний:
Вакуумное
высокотемпературное
состояние
с
планковкими масштабами, «белая дыра».
Вещественное
низкотемпературное
чернотельное
состояние, «черная дыра».
24
Времениподобная метрика
и «пятая сила»
( ct )  r
r  vt
Порождает виртуальные фермионные гравитоны с
массой
mF  6Gm 2kT / c 3
v  kT / m
со скоростью взаимодействия
Например, для воды при нормальной температуре
TF  1032 K
mF  1045 кг
Метрика ответственна за проявление сил инерции«пятая сила» F  с 2 с  / 3 , а также за связь гравитации с электромагнитодинамикой.
25
Пространственноподобная метрика
и дальнодействие
( c t )   r
r  Rgr
Порождает
бозе-гравитационное
возмущение
2 3
5
температуры Tgr  2Gk T / c и дальнодействующие
3
7

m


2
G
(
kT
)
/
c
гравитоны
gr
образуя пространственноподобное вакуумное окружение
макроячейки с горизонтом событий
Rgr  c6 2 / 6G(kT )3 м; T  300K Rgr  1037 парсек
Rgr  четвертая пространственная координата
Дальнодействие связано со свойствами метрики, а
не с превышением скорости света.
Rgr  Rgr  ct gr  c / 2k Tgr
26
Нулевая метрика
Порождает два особых предельных, сингулярных,
состояний, в которых радиус макроячейки равен радиусу
горизонта событий.
r  Rgr
Высокотемпературная вакуумная сингулярность,
известная как планковский масштаб, а также как «миничерная дыра», «белая дыра» - локальное начало
эволюции материальной среды из высокотемпературной
области с локальным явлением «Большого взрыва»,
принимаемое физикой за абсолютное « начало» Мира.
Низкотемпературная вещественная сингулярность,
известная как «макро-черная дыра»- предельное
локальное состояние эволюции вещественной среды в
низкотемпературной области.
27
КМ и обобщённая термодинамика
(К проблеме интерпретации квантовой механики)
КМ – приближенная модельная система для описания

элементарного метастабильного
состояния без участия
квантовой гравитации.
Минимальная макроскопическая термодинамическая
ячейка есть максимальный микроскопический объем КМ.
Однако термод. ячейка – макроквантовая, релятивистская.
Ячейка КМ – микроскопическая, только механическая.
Вывод: проблемы необратимости времени, «коллапса
волновой функции», нелокальности, (дальнодействия),
квантовых корреляций, многомирия, планковских
масштабов и мн. другие проблемы необходимо обсуждать и решать в рамках обобщенной термодинамики.
28
Относительна ли одновременность?
Дальнодействие
• В обобщенной
термодинамике физический смысл
фундаментальной константы скорости в пространственновременном вакууме принципиально меняется.
• Последняя
выступает как
константа физического
вакуума в форме отношения двух фундаментальных
зарядов, а также как характеристика дискретной
пространственно-временной метрики
qm
k T
L
c


q
m
t
• В пространственноподобной метрике
дискретные
L
величины
и
космологически огромны, и
t
дальнодействие
определяется
не
константой
«скорости» с а, величиной дискрета времени
L  ct
29
Уточненный планковский масштаб
(вакуумная сингулярность)
rpl  c G / 2c  1.14  1035 м
Планковский радиус
Термодинамическая температура
Tpl  Tpl 
c5 / 2Gk 2  1032 K
Планковская масса= массе фотона = массе гравитона
m pl 
c / 2G  1.5  108 кг
Величины электромагнитного, гравитационного излучения и давления фотонного газа равны:
c7
112 Дж
 el   gr  PF 
 7  10
2
2 G
м3
т.е. имеет место аналитическое объединение
электромагнитного и гравитационного взаимодействий
30
Сравнение электромагнитного и
гравитационного излучения
• Электромагнитное когерентное излучение
 / c  kT / 3V  2(kT )4 /  (c )3 Дж / м3
• Гравитационное излучение
gr / c  4G(kT ) /  c
6
8 4
Дж / м
3
• Их отношение по величине
 /  gr    c / 2(kT ) G
• Для Солнца T  5800К   1056 (оценка ОТО
5
2
• Для планковского масштаба в НВТ   1.0
  1030 )
(точно)
31
«Происхождение» фундаментальных
констант
Определены через r, t, m, T (Подстрочные индексы
c  r / t
сингулярности опущены)
• Фундаментальный параметр метрики («скорость»
c  r / t
света)
• Гравитационная постоянная G  4mr 2c 5 / t  Fc 4
• Постоянная Больцмана k  G 2 t 2 / c8mT  F 2 t 2 / Tm
• Постоянная Планка
 2kT t  F 2 t 4 / m
• Это означает, что система основных единиц СИ в
физике может быть, по- видимому, сведена к
четырем параметрам.
32
Черные дыры ( критическая стадия)
Температура......
Масса...........
Плотность......
Tbh  Tbh 
mbh  Vbh bh 
c
2Gm2p
m 2p
2Gc 3
 1.2  106 K
k
m3pl
c
 2  2.3  1030 кг  1.15M
2G m p
mv 6mv (kTv )3 6c3mv 4
20
3
 


3.5

10
кг
/
м
Vv
 ( c )3
 3
Дискрет времени.....
tbh 
2kTbh

2m2p 2Gc3
Радиус «гравитационный»... Rbh 
Квант скорости..........
cmin
 3.2  106 с

Gmbh
 967.7 м
2
c
2m2p 2Gc
2
kTbh 2m pG
 vbh 

 3.54  10-30 м / с
mbh
Планковский радиус !.... cmin tbh  rpl  c G / 2c  1.14  1035 м
33
Космологическая «постоянная»
теории относительности
• Согласо ОТО плотность энергии вакуума
  c 4  / 8 G
• Согласно НВТ
  3c 4 / 4 Gr 2
• Из этих соотношений следут значение космологической
«постоянной»:
2
1
  6 
r
• где радиус элементарной ячейки 0  r , т.е значение
параметра  полностью определяется гауссовой
кривизной пространства.
34
К проблеме верификации квантовой
гравитации

Согласно современной теоретической физике
30
32
время жизни протона составляет to  10  10 лет
Косвенный эксперимент (T  300 K ) :
Первая попытка: t0  1031 лет
34
Вторая попытка: t0  10 лет
Обобщенная термодинамика дает: t0  3  1037 лет
35
Фрагменты термодинамической
«Картины Мира»
•
Вселенная - вечно расширяющаяся система физического
•
Размеры всей Вселенной определяются потенциальной
бесконечностью (см. далее).
вакуума в области Т  0 с относительно ничтожно малым
вещественным ядром (метагалактикой).
• Метагалактика – космологически стационарная, постоянно
локально обновляемая, в основном вещественная подсистема с
метагалактическим
циклом для отдельных обновляемых
элементов
подсистемы
(галактик).
Стадии
цикла:
высокотемпературная сингулярность – эволюция материальной
среды
с
понижением
температуры
и
энтропии
–
низкотемпературная
сингулярность
–
диссипативный
фазовый переход, переводящий элементы подсистемы
вновь к высокотемпературной сингулярности.
36
Метагалактический цикл
•
Период метагалактического цикла существования
отдельных галактик между двумя сингулярностями:
c5
82
65
t0 
 1.6  10 c.  5  10 млрд. лет
3
3G(kTbh )
• Верхняя оценка радиуса Метагалактики с «реликтовым»
излучением составляет
R0  ct0  4.8  10 м  5.10 св. лет
90
74
• Текущий радиус Вселенной определяется
потенциальной бесконечностью при T  0
.
R  c5 / 3G(kT )3
37
Некоторые другие особенности НВТ
Выход:
• в квантовую механику, наномасштабы, «многомирие»;
• синергетику;
• биофизику (физику жизни).
Отсутствие:
• наблюдателя в структуре теории,
• антропного принципа,
• причинно- следственных связей на микро- и мегауровнях,
• принципа «одновременности» частицы и волны в
дискретной интерпретации НВТ,
• абсолютно точных законов сохранения в локальных
теориях (некорректность теоремы Нетер) и др.
38