Мир таков, каким мы его измеряем

Мир сложен, но красив (создано в Gnofract 4D)

Мир таков, каким мы его измеряем

Александр Беард

Конечно, как можно представить себе физические величины, не имея способа их измерить? Но что бы что-либо измерить, нам необходимы единицы измерения. Человек придумал множество различных единиц измерения, некоторые из них он принял, как основные. Метр, килограмм, Кулон, градус Кельвина, моль, кандела, секунда… Это только в системе СИ.

А сколько реально необходимо основных единиц, чтобы построить систему физических величин?

Можно придумывать сколько угодно. Но есть некоторый минимум, который определён самой природой.

А какие эталоны есть в природе?

Пожалуй основным эталоном на сегодня стала скорость света. Выбрав произвольную единицу длины, присовокупив к ней единицу скорости, можно построить систему физических величин, по крайней мере в механике, электростатике и электродинамике. Возможно и в термодинамике. Температура может рассматриваться, как вид энергии, соответственно, возможно определение температуры из энергетических измерений. Например, из выбранных величин хорошо получается единица времени, ставшая производной единицей. Выводится и единица массы, единица электрического заряда.

По отзывам читателей на эту статью необходимо сделать замечание относительно эталона скорости света. Реализовать его в чистом виде можно только в вакууме и при отсутствии разнообразных внешних излучений и полей. Определяя скорость света вблизи планеты Земля, необходимо учесть влияние имеющихся факторов, оценив точность эталона. Пока для практических нужд вполне подходит значение скорости света, полученное в условиях земной поверхности. Вопрос точности измерений всегда будет одним из важнейших для физики.

Как инструмент познания мира, системы физических величин или системы единиц физических величин физики и инженеры применяют давно. Международная система единиц СИ и другие, описанные в статье по ссылке выше, имеют в своей основе некоторые искусственные эталоны. Есть ещё естественные системы физических величин, например планковская. В естественных системах физических величин применяются единицы, выбранные на основе фундаментальных свойств материи. В планковской системе, например, в качестве единиц величин используются фундаментальные постоянные, значение которых принимается равным единице, например, единице приравнена скорость света. Это позволяет существенно упростить вид физических формул, но делает единицы измерения далёкими от практики человека. Так, планковское время имеет величину 5,39116 * 10-44 c. Планковскую систему физических величин удобно применять для расчётов в квантовой механике, но не очень удобно в инженерных расчётах и классической физике. Есть и другие естественные системы величин. Например Абсолютная система физических величин Владимира Ерохина (авторское название системы LT). В ней основными и выбираемыми произвольно являются единицы длины и времени. Масса при этом, становится единицей производной и имеет размерность м32. Но величина единицы массы оказывается довольно большой. 1 кг в этой системе равен ~ 8,4 *10-10 системных единиц массы.

Позволю себе смелость предложить ещё одну систему физических величин, которая может быть и не очень удобна для технического применения, но предполагает тесную связь единиц измерения с фундаментальными свойствами нашего мира. В отличие от LT, упомянутой выше, в предлагаемой системе единиц эталон времени также не может быть выбран произвольно. Это обусловлено тем, что есть природный эталон скорости – скорость света. При наличии эталона длины, можно получить производную единицу измерения времени. По аналогии с LT новую систему можно назвать CL. В качестве промежуточной по пути вывода величин в CL будем использовать дополнительную систему TL, где время ещё не производная величина.

Для начала посмотрим, что из скорости расстояния можно получить в механике.

Система единиц физических величин CL

Длина, скорость, время

Эта система учитывает факт отсутствия в природе физической сущности «Время». В интернете на эту тему можно найти достаточно информации.Время имеет информационную сущность. Мы можем получить некоторые параметры механического движения, используя эту информацию. Информация о перемещении тела на расстояние L может быть определена из отношения L/V, где V скорость тела, выраженная в долях от скорости света C. Это и будет то, что мы обозначаем, как время.

Обозначим единицу скорости – S (speed, спиид).

Скорость окажется величиной с максимально возможным значением равным 1 и размерностью S.

1 S соответствует скорости света.

Размерность времени получится в единицах L/S. Название единице можно дать «тайм» (time) и обозначить Т.

Единица длины должна быть выбрана произвольно (природного эталона нет). Учитывая, что единица скорости определяется скоростью света, единицу длины для удобства применения в расчётах можно выбрать достаточно большой. Можно принять за единицу линию L (line), где 1 линия равна 30663318,99длинам волн излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Такая длина соответствует 1000000 метров или 1000 километров. Величина не маленькая, но вполне представляемая.

Интервал в теории относительности, как и раньше, будет иметь размерность длины.

Единица измерения времени может быть установлена, как интервал ΔT между началом и завершением прохождения плоской волной в вакууме расстояния в 1 линию.

Единица времени тайм 1 T(time)в этом случае будет соответствовать30663318,99 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 или 299,792458 секунд. Величина вполне пригодная для восприятия.

Фундаментальные константы и единицы измерения в TL

Начнём с отказа от лишних основных единиц измерения. Пока примем в качестве основных единицы длины и времени.

Для констант примем обозначения, которые позволят отличить их от значений в СИ.

Обозначения констант из СИ будем использовать в расчётах в качестве численных величин.

Скорость света Сtl=1L/T по определению.

1м=10-6 L = 0,000001 L (line)

1c=1/C*10-6 T = 1/299, 792458=0,003335641 T (time)

Гравитационная постоянная и масса

Гравитационная постоянная в значении принятом сегодня в СИ G=6,67428*10-11 м3/кг*с2.

Для корректировки значения гравитационной постоянной в соответствии с применяемой системой физических величин используем формулу для определения гравитационного радиуса:

Из неё получаем:

Чтобы равенство осталось верным, достаточно обе его части умножить на один и тот же множитель , определяемый соотношением старых и новых единиц. Для для новых единиц длины и времени появилось новое значение гравитационной постоянной:

Единицу массы можно выразить как производную единицу если воспользоваться теоремой Остроградского-Гаусса для случая точечного заряда, но для гравитационного поля. Масса представлена в данном случае, как гравитационный заряд (такой подход применён Владимиром Ерохиным в системе LT).

A)

Включим в рассмотрение ещё один известный закон:

Приняв в законе всемирного тяготения гравитационную постоянную, как безразмерный коэфициент k, определяем массу как

B)

Приравняв A) и B), получаем значение k=1/4π. В новой системе гравитационная постоянная оказывается выражена коэффициентом, определяющим сферическую структуру гравитационного поля в опыте определения единицы массы.

Закон всемирного тяготения окажется выражен формулой:

Обратите внимание, гравитационная постоянна стала безразмерной, получив чисто геометрическое толкование!

В этом случае новая единица массы должна определяться как:

= 1кг = 9,33*10-21 W (weight)

W (weight) — производная единица массы в TL и CL.

Полученный результат можно проверить, рассчитав гравитационный радиус для массы 1кг в двух системах.

В СИ =1,485*10-21 м

В TL =1,485*10-27 L

Точность до третьего знака… Это связано с эмпирическим определением G и погрешностями в расчётах с многозначными числами в Calc. Но соотношение между единицами длины сохранено (10^6). Видимо, следует оптимизировать методику расчёта для снижения погрешности.

Переход к основным единицам длины и скорости

В наших вычислениях использовались единицы длины и времени. Но в самом начале мы говорили о выборе в качестве основной единицы — скорость. Применим две основные единицы для определения расстояния и скорости.

Масса в TL имеет размерность L3/T2, сила L4/T4.

В новых единицах CL получим S2L и S4 (S единица скорости в CL).

Импульс должен иметь размерность S3L, энергия S4L, мощность S5.

В электрических единицах всё похоже. Заряд S2L, электрический ток S3.

Соответствует ли такая размерность действительности?

Основные единицы можно выбирать произвольно, если нет природных эталонов. Природный эталон скорости есть. Эталон длины мы выбрали произвольно. Других единиц для расчётов нам не потребовалось. Похоже, что выбор верен.

Не всегда новые единицы удобны ввиду нашей привычки. Применение скорости, как основной единицы, весьма не привычно. Можно оставить L и T для практических расчётов. Численно все величины и результаты вычислений будут совпадать.

Что мы на измеряли, и что увидели

Взгляд на мир через призму системы физических величин даёт свои плоды. Уже в этой статье вслед за Владимиром Ерохиным обнаружено, что гравитационная постоянная имеет исключительно геометрический смысл. Если применять расчёты гравитационного взаимодействия в искривлённом пространстве, то значение гравитационной постоянной будет зависеть от этого искривления. Но с космологической точки зрения нет причин для её изменения в процессе эволюции плоской вселенной.

Некоторые величины в СИ и CL

Величина

СИ

CL

Скорость

1 м/с

1S (speed) = 299792458 м/с

Скорость света

299792458 м/с

1S

Расстояние

L (line) = 1000000 м

Время

1 T (time [L/S]) =299,792458 c

Ускорение

1 м/с2=0,0899 S2/L

1 S2/L = 11,127м/с2

Гравитационная постоянная G

6,67428*10-11 м3·с−2·кг−1.

1/4π (безразмерна)

Масса

1кг =9,35*1021 W

1 W (weight)= 1,07*1020кг

Сила

1Н = 8,42435*1022F

1 F (force) = 1,19*1021Н

 В следующей статье тоже интересная информация 🙂

С автором можно связаться и через форму обратной связи

(Visited 26 times, 1 visits today)

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *