ФИЛОСОФСКИЕ ОСНОВЫ НАТУРАЛЬНОЙ АСТРОФИЗИКИ И МАТЕМАТИКИ

PHILOSOPHICAL FOUNDATIONS OF NATURAL ASTROPHYSICS AND MATHEMATICS

Vladimir Korolev

candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant professor, Saint-Petersburg State University,

Russia, Saint-Petersburg

АННОТАЦИЯ

Актуальным является преобразование натуральной философии в огромное множество наук и возможных направлений дальнейшего развития со времен Галилея, Кеплера, Ньютона, Эйлера и Гамильтона. Предлагается обсуждение и анализ принципов и аксиом, фундаментальных понятий и классических определений в современных условиях исследования: пространство и время, движение, материя, энергия, взаимодействие, силы, гравитация, современные открытия, гипотезы и теории.

ABSTRACT

Actual is the conversion of natural philosophy in the set of science and possible directions of further development from the time of Galileo, Kepler, Newton, Euler and Hamilton. It is proposed to discuss and analyze the principles and axioms, basic concepts and definitions of classical studies in modern conditions: space and time, motion, matter, energy, interaction forces, gravity, modern discoveries, hypotheses and theories.

Ключевые слова: астрофизика и математика; пространство и время; силы и гравитация; материя и энергия; гипотезы и теории.

Keywords: astrophysics and mathematics; space and time; gravity; matter and energy; hypotheses and theories.

Лицо свое скрывает день;

Поля покрыла мрачна ночь;

Взошла на горы черна тень;

Лучи от нас склонились прочь;

Открылась бездна звезд полна;

Звездам числа нет бездне дна.

Михаил Ломоносов

Размышление о свойствах фундаментальных понятий и современных открытиях может стимулировать новые идеи для решения задач, методы исследования, свойства, ограничения, условия и утверждения, гипотезы, которые со временем превращаются в теории. Математические истины выводятся из небольшого числа очевидных предположений при помощи цепи логических рассуждений.

Еще в древние времена человечество научилось замечать, осознавать, использовать в своей жизни, передавать другим, а также создавать новую информацию. Позднее смогли придумать средства хранения информации и передачи другим с помощью алфавита и записи на различных носителях.

Философские школы Пифагора, Платона, Аристотеля [1–3] собирали и обсуждали утверждения, разрабатывали гипотезы или новые теории на основе формальных логических построений, удобных определений и аксиом, которые все принимали на веру без доказательства. Платон анализировал понятие времени в контексте деления на бытие и становление. Время есть образ вечности, подобие вечности в эмпирическом мире становления. Он мыслил время как категорию космическую: оно творится вместе с космосом, проявлено в движении небесных тел. Аристотель считал, что время определяется движением и изменением, и не случайно некоторые философы отождествляли его с движением небосвода. Но тем не менее его нельзя отождествить с движением, ибо движение может быть быстрее и медленнее, а время нет. Время не есть движение, но не существует и без движения.

Математическое время само по себе и по самой своей сущности, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Ньютон [7] был убеждён в том, что абсолютное время не зависит ни от чего внешнего, его самостоятельность настолько велика, что оно не зависит даже от того, существует или не существует мир. В классической механике закон всемирного тяготения и основные законы динамики хорошо описывают движение планет Солнечной системы или многих других небесных тел.

Учение Ньютона об абсолютных времени и пространстве было критически воспринято частью научного сообщества.

Пуанкаре [8] считал, что физика должна строиться на следующих представлениях: «Абсолютного пространства не существует, а мы познаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени. Утверждение, что два промежутка времени равны, не имеет смысла и можно принять его только условно. Мы не способны к непосредственному восприятию не только равенства двух промежутков времени, но даже факта одновременности двух событий, происходящих в различных местах. Наша евклидова геометрия есть лишь род условного языка. Мы могли бы изложить факты механики, относя их к неевклидову пространству, которое было бы основой, менее удобной, но столь же законной, как и наше обычное пространство».

Пуанкаре писал: «Объектом науки может быть только то, что измеримо, а измеримое время по существу своему относительно. Отсюда вытекает важный вывод: время и пространство по своему существу инструментально; это содержание определяется свойством измерительных инструментов. Свойства времени – это только свойства часов.»

Аристотель [1] указывает, что существует причина изменений, которую нельзя отожествлять с самим изменением. Он находит, что есть действия, которые обусловливаются не своим началом, а своим концом, и объясняются только из своего конца, составляющего их цель. Всякое разумное человеческое действие объясняется из своего конца, из своей цели. Из материи не объясняется форма материи, ее вид или род, из субстрата изменения не объясняется та окончательная форма, которую он получает.

Многие признавали Вселенную единой как материю, считая телесным и непрерывным, бесконечно протяженным, хотя возможно ошибались в каких-то отношениях. Они указывали элементы только для тел. Точно так же, пытаясь указать причины возникновения и уничтожения, они отвергали причину движения. Ошибка в том, что они суть вещи не признавали причиной чего-либо и необдуманно объявляли началом любое из простых тел, не выяснив при этом, как возникают эти тела.

Гипотезы о строении окружающего мира и границах Вселенной были в работах многих философских школ. Те, кто признавал мир как единое, непрерывное и бесконечное образование, указывали на материю и с разных сторон изучали элементы тел, как основу всего существующего, забывая объяснить причины возникновения и изменения или причины движения.

Взаимодействие физики и математики привело к созданию новых представлений о вечности и бесконечности, а также породило новые теории о возникновении и развитии Вселенной: Пуанкаре одним из первых разработал и опубликовал основы теории относительности, которую в полной мере развили Эйнштейн и последователи [10; 11]. При моделировании Вселенной они делают вывод, что пространство-время возникли в результате Большого Взрыва [9]. Математические модели возможной структуры пространства-времени пытаются подтвердить или проверить астрофизики. Находят косвенные признаки для момента зарождения всего существующего мира из абстрактной точки.

При этом нарушаются прежние представления других великих ученых, что материя и энергия не исчезает и не возникает из ничего. Просто происходит возможное преобразование формы или структуры, переход из одного состояния в другое.

Если Вселенная когда-то вдруг образовалась, это должно было происходить во взаимодействии материи–пространства–времени–информации, которые начинали бы формировать первоначальную структуру и создавать основные элементы или кирпичики нового мира [4; 5]. Если бесконечное разнообразие Вселенной появилось из первоматерии, то откуда она появилась и когда? Что породило структуру пространства и времени, материи, энергии, информации?

Наблюдая природу на Земле и в космосе, мы получили много возможностей для описания отдельных сторон и проявлений, для открытия законов и разработки теорий. Но создать «единую теорию поля» пока не получается. Были попытки наделить Вселенную «эфиром» или межзвездным газом. Сейчас предлагают темную материю и энергию или считают фундаментальными кирпичиками материи не элементарные частицы, а некие струны [6].

Находясь внутри теории или учения невозможно доказать его непреложную истину или опровергнуть. Человек религиозный не может доказать другим, что «Бог есть». Он может просто верить в это. Атеист не может доказать, что бога нет. Невозможно доказать, что нет того, что им не определено.

Можно разрабатывать непротиворечивые теории или учения и даже пытаться применять это на практике. Можно вообразить кривизну трехмерного физического пространства в «других измерениях» многомерного мира или заметить это в параллельных Вселенных. Но трудно увидеть или измерить это, находясь внутри.

В начале ХХ века обнаружили явление разбегания галактик благодаря красному смещению в спектре их излучения, для которого указали линейную зависимость скорости от расстояния. Вскоре стали объяснять это следствием Большого Взрыва при образовании Вселенной. Сейчас утверждают, что галактики разбегаются ускоренно, и даже получили за открытие премию, хотя пока не нашли причину такого поведения.

Могу предложить свою гипотезу, если этого ранее никто не делал:

«Ускоренное разбегание Вселенной является результатом вращения сферического слоя S³ или движения многообразия D³ в n-мерном пространстве-времени Rⁿ, в котором располагается вся видимая часть Вселенной».

Это позволит определить радиус кривизны физического трехмерного пространства по законам классической механики, если будем знать зависимость ускорения от взаимных расстояний между галактиками.

Главное здесь, что наш реальный мир может находиться в более общем пространстве (5, 10 или 26-мерном) и двигаться в неинерциальной системе, которую мы пока считаем абсолютной. Появляются силы инерции, которые определяют кажущееся относительное ускоренное разбегания всех звездных систем от нашей галактики при условии, что в этом пространстве продолжают действовать известные нам принципы. Наглядно это можно представить себе, как движение слоя сливок на поверхности чашки кофе, которое раскрутили. Особенно если на эти сливки бросили шоколадные крошки. Наблюдателю будет казаться, что они разбегаются. Аналогично пассажир поезда, если он крепко держится за поручни, сможет увидеть, как различные предметы начинают улетать, падать и ускоренно двигаться при крутом повороте или резком торможении транспорта.

А параллельные миры, о которых говорят фантасты и другие мечтатели, не такие уж параллельные. Они могут как-либо и где-то пересекаться с нами, двигаясь по своим законам. Многообразие природы окружающего мира еще не полностью проявилось для нас. Если Вселенная будет существовать бесконечно долго, то человечеству будет чем заняться.

В математике [2] есть много полезных понятий и определений. В аналитической геометрии прямая и точка определяются с помощью чисел (элементов множества вещественных чисел) и элементов аффинного и векторного пространств, которые связывает алгоритм ассоциированности.

В классической физике элементы пространства и времени считают бесконечно малыми (то есть не имеющими размера) и непрерывными в своем единстве при формировании прямой, кривой, плоскости или более сложной поверхности. Позднее пытались трактовать элементарные частицы как кирпичики пространства или создавать кванты времени, пренебрегая непрерывностью. Если на прямой «выколоть» одну точку, то потеряет ли она свою непрерывность так же как график кусочно-непрерывных функций при отображении с разрывами первого рода, которые считают устранимыми? Как можно удалить то, что не имеет размера? Фактически рассматривается отображение и подмена множества точек на множество чисел. Можно ли точки считать реальными объектами пространства или это всего лишь условные границы выделяемых множеств на прямой? Если на прямой выделить отрезок и удалить, то разрыв заметен. Прямые и кривые линии, плоскости и поверхности также не имеют размера под названием «толщина», а являются лишь условными границами множеств.

В квантовой физике придумали много разных сложностей, так что многие не могут разобраться и представить себе: как это частица одновременно может находиться здесь и везде, да еще связана с себе подобными мгновенными сообщениями, то есть может передавать информацию быстрее скорости света. Но говорят, что это позволит создать супермощный квантовый компьютер.

В астрофизике для описания наблюдаемых процессов движения звездных скоплений придумали темную материю, которую невозможно увидеть, хотя предполагается, что ее в десятки раз больше той реальной материи, которую мы можем наблюдать. С помощью темной материи и такой же темной энергии пытаются описать или обосновать некоторые особенности и странности в наблюдаемом движении звезд и галактик с помощью математического моделирования. Необходимо только установить законы взаимодействия на глобальном уровне. Возможно, вся наша действительная материя в галактиках и звездных системах как-то преобразовывается из невидимой темной материи или залетает из параллельных миров, продолжая обновление Вселенной.

Можно отметить очевидные и полезные утверждения в качестве аксиом, которые не требуют доказательств.

• Вселенная существует в том виде, который удается наблюдать и изучать.
• Вселенная существует и проявляется в движении материи в различных формах.
• Движение – это изменение положения и состояния тел и всех объектов.
• Вселенная является самодостаточным и саморазвивающимся явлением.
• Существуют различные гипотезы и теории возникновения или создания и дальнейшего развития Вселенной до нынешнего состояния.
• Математические, физические, химические и другие теории, алгоритмы и методы предлагают для возможного и доступного пониманию представления природы или использования свойств окружающего нас мира.
• Пространство и время – это абстрактные математические модели для удобства описания, исследования и прогнозирования процессов или событий.
• Результаты опыта и полученные знания в различных направлениях наук помогают нам в дальнейшем изучении или использовании различных свойств и проявлений единой материи Вселенной.

В классической механике главным считается текущее положение всех элементов системы, условия взаимодействия, внутреннего и внешнего влияния различных сил. Получаются простые модели, для которых можно получить решения и определить основные свойства. В теории относительности делается переход на события, где вместе с координатами учитывается как важный параметр время для описания процессов, а также пытаются моделировать взаимовлияние пространства и сил гравитации.

Современные попытки построения новых моделей рождения и развития Вселенной лишь иллюстрирует процесс всеобщего внимания к изучению мира, рассматриваемого как единое целое. Единая субстанция проявляется в разных обстоятельствах в различных формах и свойствах материи-энергии.

В действительности следует рассматривать единый набор параметров для единого комплекса, которые учитывают состояние Вселенной как движение материи, энергии, информации, пространства и времени.

Пространство и время относительны!

Абсолютны материя и движение!

Создание новых гипотез или формирование логически непротиворечивых теорий полезно и даже необходимо. В процессе обсуждения и развития в разных направлениях фундаментальных исследований они могут давать замечательные результаты, способствуя ускорению или совершенствованию науки, а также новые возможности практического применения.

Список литературы:

1. Аристотель. Сочинения. – М., 1975.
2. Даан-Дальмедико А., Пейффер Ж. Пути и лабиринты. Очерки по истории математики / Перевод с французского А.А. Бряндинской (Routes et dedales. Histoire des mathematiqeus). – М.: Наука, 1986.
3. Жмудь Л.Я. Пифагор и его школа. – Л.: Наука, 1990.
4. Королев В.С. Структура окружающего мира при образовании и развитии Вселенной // Сб. статей: «Актуальные направления научных исследований: от теории к практике» – Чебоксары: «Интерактив плюс», 2014. – С. 188–192.
5. Королев В.С. Размышления о структурном строении и возможном развитии вселенной. // Variety of Interaction Forms of Material Objects through a Prism of the Latest Analytical Concepts. – London: GISAP, 2014. – P. 25–27.
6. Новоселов В.С., Королев В.С. Пространство, время и кватернионы. // Наука вчера, сегодня, завтра. 2016, № 2-1 (24). – С. 28–41.
7. Ньютон И. Математические начала натуральной философии // В серии «Классики науки» / Перевод с латинского и комментарии А.Н. Крылова. – М.: Наука. 1989. – 687 с.
8. Пуанкаре А. О науке. / Перевод с французского под ред. Л.С. Понтрягина. – М.: Наука, 1990.
9. Хокинг С. Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр. – СПб: Амфора, 2007.
10. Фридман А.А. Мир как пространство и время. – М.: Наука, 1965.
11. Эйнштейн А. Собрание сочинений в 4-х томах. – М.: Наука, 1967.