Наука и технологии России

Вход Регистрация

К вопросу о единстве физики (таблица Бартини-Кузнецова)

Известная ученым таблица Бартини-Кузнецова, по мнению обозревателя STRF Андрея Бахура, предлагает человеку посмотреть в своеобразные «очки», которые открывают иной взгляд на мир и его единство.

Конгломерат теорий, описывающих различные явления природы, мы привыкли обозначать словом «физика». Однако в силу того, что эти теории, очевидно, фрагментированы одна от другой, говорить о физике, как о единой науке, сложно. Такое состояние дел сложилось не так давно – при формировании физики нового времени. «Отцом науки» Аристотелем понятие «фюзис», «физис» (от древнегреческого φúσις - природа) рассматривалось как знание о росте, движении природы.

         Фрагментация физики нового времени не могла не вызвать обратного стремления к поиску общих оснований, объединяющих разрозненные знания в единую картину. Первые попытки создания единой, объединяющей существующие представления теории были предприняты Давидом Гильбертом и Германом Вейлем. Но зачастую такая постановка задачи ассоциируется с личностью Альберта Эйнштейна.

В данной заметке речь пойдет о другой, менее известной и принципиально отличной от работ Эйнштейна, идее создания единой теории физики, в основу которой легла необходимость появления системы корреспондирующих между собой понятий и величин.

Следует отметить, что принятая сегодня система физических единиц, которую вообще-то нельзя называть системой в строгом смысле этого понятия, является следствием фрагментированности современной физики: для каждой теории формируется свой набор измеряемых единиц.

Идея реализовалась в виде таблицы физических единиц, предложенной выдающимся советским авиаконструктором  Роберто Бартини – человеком, необыкновенная судьба и одаренность которого, по ряду сведений, сказались на формировании у М.А. Булгакова образа профессора Воланда. Позже эта таблица была дополнительно осмыслена Побиском Георгиевичем Кузнецовым, которого американский и немецкий журнал Executive Intelligence Review (№ 5, декабрь 2001) объявил русским Леонардо да Винчи ХХ века.

Но прежде, чем перейти непосредственно к таблице Бартини-Кузнецова, обратимся к истории.

В 1832 году Карл Гаусс показал: если выбрать независимые друг от друга единицы измерений нескольких основных физических величин, то можно с помощью физических законов установить единицы измерений всех физических величин, входящих в тот или иной раздел физики. Совокупность единиц, образованных таким путем, получила название «системы единиц», и первой из них стала предложенная Гауссом система СГС, в которой в качестве основных фигурировали единицы длины, массы и времени: сантиметр, грамм и секунда. Но эта система единиц касалась только механики. Она была дополнена Максвеллом и Томсоном в 1874 году. Однако при разработке этих дополнений Максвелл в 1873 году высказал идею создания системы единиц измерений на базе только длины и времени. Более того, он выразил массу через целочисленные степени длины и времени.

Эта история ставит вопросы. Почему Гаусс принял в качестве основных именно три единицы? Почему их число впоследствии пришлось увеличить до семи? Есть гарантии, что в будущем не придется расширять этот список дальше? Имеется ли строгое обоснование у всех существующих систем, или в основе их лежат неподдающиеся строгому определению соображения удобства пользования?

Для Роберто Бартини непосредственным толчком к возникновению идеи таблицы, о которой идет рассказ, стало наблюдение того, что множество приборов, устанавливаемых на приборной панели самолета, фиксируют изменение измеряемых величин изменением пространственного положения стрелок и шкал во времени.

Здесь мы опять должны обратиться к истории. Еще Готфрид Лейбниц стал рассматривать пространство-время как двойственную пару, определяющую порядок сосуществования телесного пространства и бестелесного времени. Идея особой роли пространства и времени в восприятии нами мира далее стала проявляться в разных видах у разных ученых (Мах, Эйнштейн и др.). Философскую завершенность ей придал А.А. Богданов, определивший пространство и время как формы согласования опыта людей.

Создание Роберто Бартини таблицы размерностей физических величин можно рассматривать как реализацию этой философской идеи. Размерности всех существующих физических величин представлены в виде целочисленных степеней длины и времени. Для Роберто Бартини разработка этой таблицы стала важным шагом к развитию идеи шестимерного мира, где не только пространство, но и время имеют по три измерения.

Непривычность, неочевидность этой таблицы были таковы, что понять ее, как научный феномен смогли только весьма неординарные фигуры. В 1965 году по представлению Б.М. Понтекорво и при поддержке М.В. Келдыша и Н.Н. Боголюбова в № 4 Докладов Академии наук СССР Роберто Бартини опубликовал статью «Кинематическая система физических величин».


увеличить

Рисунок

Представленная на рисунке таблица содержит только часть системы и может быть продолжена в любую сторону путем изменения степеней m и n у Lm и T n. В этой таблице представлены размерности физических величин в базисе длины L [м] и времени T[c]. Например, сила имеет размерность L4T-444], давление - L2T-424], энергия и статистическая температура – L5T-454] и т.д.

Своеобразными «осями» таблицы являются столбец L0 и строка Т0, на перекрестии которых находится опорная точка системы; совокупность всех безразмерных физических констант. Примером последних может служить угол, выраженный в радианах. Идя от этой точки по горизонтали вправо, мы получаем все чисто геометрические величины – длину, площадь, объем, перенос объема вдоль прямой, перенос объема на анизотропной площади и перенос объема в анизотропном пространстве. Перемещение же от нее влево дает распределение каких-либо безразмерных величин на единицу длины, площади и объема. Простейшим примером величины L–1 · T 0 может служить изменение угла поворота на единицу длины – кривизна.

Сложнее понять смысл величин, находящихся в клетках столбца при перемещении по вертикали. Двигаясь вверх, мы получаем сначала частоту – изменение безразмерной величины за единицу времени. В простейшем случае это угловая скорость – изменение во времени угла поворота, выраженного в радианах. Затем следует изменение изменения безразмерной величины за единицу времени. В случае вращательного движения это представляет собой изменение угловой скорости, то есть угловое ускорение и т.д.

Перемещение вниз от опорной точки дает «временную длину», то есть время, в течение которого происходит то или иное изменение безразмерной величины. В простейшем случае колебательного или вращательного движения это – период. Считая их время независящим от направления перемещения, мы можем ограничиться только «временной длиной», которая в совокупности с изотропным трехмерным пространством образует всем нам знакомое по учебникам четырехмерное пространство – время. Но могут существовать и более сложные случаи. Скажем, два скрепленных взаимно перпендикулярных маятника в зависимости от направления ускорения будут давать различные показания. Для учета этого обстоятельства требуется представление о «временной площади». Добавив третий маятник, перпендикулярный к первым двум, необходимо ввести представление о «временном объеме».

Уяснив себе суть изменений, происходящих при перемещении по горизонтали и вертикали, поняв, что смещение вверх на одну клетку эквивалентно изменению величины за единицу времени, а вправо – переносу величины на единицу длины, нетрудно заполнить все клетки кинематической системы. Скажем, в столбце L1 переход на этаж над единицей длины дает линейную скорость, то есть изменение длины во времени. Поднявшись выше, мы получаем изменение этой величины за единицу времени – то есть линейное ускорение. Еще выше расположено логически представимое, но не использующееся в физике понятие – изменение линейного ускорения за единицу времени и т.д. Ниже клетки L1T0 расположена встречающаяся в физике, но не имеющая специального названия величина – время, необходимое на изменение длины на единицу. Построив точно таким же образом все остальные столбцы, мы получим таблицу, в которой перемещение по диагонали вправо и вверх эквивалентно умножению исходной величины на линейную скорость. Подробные комментарии к таблице можно прочитать в статье.

Теперь о том, почему в наименовании этой таблицы появилась фамилия Кузнецова. Знакомство его с Роберто Бартини произошло в 1944 году. Тогда Побиск Кузнецов был направлен в 3-е отделение Новосибирских лагерей, где работал на обслуживании авиазавода им. В.П.Чкалова. Здесь в это же время работал Роберто Бартини. Однако сотрудничать они начали только в 70-х годах. О том, как знакомство с таблицей физических величин «пересеклось» с идеями П.Г. Кузнецова о физической экономике и, как, и к каким выводам это его привело, мне рассказал Спартак Петрович Никаноров, который не только работал совместно с Побиском Георгиевичем, но и был с ним в дружеских отношениях.

В таблице, предложенной Бартини, Кузнецов нашел идею нового взгляда на описание физического мира. Он увидел, что таблица выражает физические законы сохранения. Так, приравнивая размерность ячейки L1T 0 константе, получаем закон сохранения длины твердого тела: L=Const. Равенство L+5T -4=Const дает закон сохранения энергии. Равенство L+2T -4=Const отражает закон Гука. Равенство L+3T -2=Const является записью закона Кеплера (отношение куба планетарного радиуса к квадрату периода вращения есть величина постоянная).

Бартини и Кузнецов получили для  физики своеобразный аналог таблицы Менделеева. В ней пустые клетки – это законы, которыми мы не пользуемся для описания природы. Пока. Кузнецов превратил исходную таблицу Бартини в своеобразные «очки», которые открывают иной взгляд на мир и его единство, возвращая нас к исходному смыслу понятия φúσις.

P.S. Безусловно, таблица Бартини-Кузнецова, «конкурируя» с идеей построения общей теории поля, ни в коем случае не является отрицанием последней. Она именно предлагает «сменить очки», давая шанс на разрешение проблем разработки общей теории поля.

РЕЙТИНГ

4.04
голосов: 54

Обсуждение