Бесплатный фрагмент - Пространство

Вместо предисловия

Вам знакома мысль: любой объект инфраструктуры, любое произведение искусства, любое достижение, прорыв, научное открытие когда-то было идеей, мыслью, застрявшей в голове.

Без тени преувеличения и капли скромности, у вас в руках больше чем книга, это подарок всему человечеству, маленький шанс шагнуть в новую Эру, Эру четвертых космических скоростей.

Можете показаться странной сама мысль освоить солнечную систему, сделать возможным добираться до ближайших планет в течение двух — шести месяцев. Для этого потребуется разгонять космические корабли до четвертой космической скорости, это порядка 200—400 км/с.

Любой человек, хоть немного интересующийся космосом, может ехидно улыбнуться и назвать сотни нерешаемых препятствий и технических сложностей, ответив на вопрос, почему не получится.

Здесь базово, на принципиальном уровне описано решение основных задач для преодоления преград на пути в дальний космос.

Желание сделать что то в этом направление родилось в самый насыщенный и невероятный период жизни, полный любовью, радости, отчаяньем, сомнением и полной неопределенности.

На тот момент, единственное логическое объяснение, которое мог дать сам себе, это защитная реакция мозга, на события в течение жизни, некая ментальная жвачка. Думаю у каждого есть способ немного отключится от мира и немного не думать о бытовых сложностях.

Приходилось сомневаться в всем, проклинать небеса и верить в прекрасное далеко. В подобные периоды не осознаешь, что это то, самое лучшее, что могла подарить Вселенная.

Мысли, были направленны на то, как реализовать и протестировать безумные нереализуемые гипотезы. Шли годы, вера угасала, точнее ее совсем не было, размышление о решение очередного неразрешимого противоречия часто было просто забавой, нежеланием принять мир с его обыденностью. Порой, в трудные моменты жизни, от беспомощности и безвыходности ситуации вновь убегая от мира, я видел решение, следующий маленький шаг, на пути к решению нерешаемой задачи.

Идея, как техническое решение, простое, легко воспроизводимое, доступное с точки зрения технологии и финансов, можно реализовать уже сейчас, сформулирована в измеримой и удобоваримой форме здесь, в этой книге.

В первую очередь придется изменить свое представление и восприятие окружающего нас пространства, как минимум допустить возможность другой интерпретации известных фактов.

Мы вспомним, как изменялось представление о пространстве и времени. Посмотрим на пространство и время по-другому, наберемся наглости и сформулируем новое представление о пространстве и времени, как минимум допустим саму возможность переопределить представление о действительности.

Рассмотрим принцип локального реализма, как фундамент определения что реально, а что нет, и принцип наименьшего действия, как способ описания течения природных процессов и определения оптимальной траектории и времени движения. Рассмотрим «другие» частные случаи движения и пример описания действия гравитационных сил, не представленных в школьных учебниках.

Исходя из более широкого представления о гравитации, пространстве и времени, рассмотрим альтернативный способ развить вторую, третью и четвертую космическую скорость.

Вас ждет описание принципиальной модели нового типа двигателя, назову его фазово-инерционным двигателем, сам процесс движения будем называть движением 2 типа. Приведем совсем немного расчетов показывающие как такое возможно.

Дадим ответ на вопрос, что делать и как преодолеть 3 главных препятствия для полноценного освоения солнечной системы, а именно времени, объёма топлива необходимого для космических путешествий и воздействия радиации — элементарных частиц, пронизывающих космическое пространство.

Подумаем о том, как человек сможет пережить двухсоткратные перегрузки.

Представим грубый расчет сколько потребуется финансового ресурса для проверки принципа работы двигателя.

Я вас понимаю, на первый взгляд, может казаться — практическая реализация написанного крайне мало вероятна, либо потребуются многие годы дополнительных исследований и обоснований или у парня совсем потекла крыша.

Сам порой удивлен, как так, прошло 17 лет с момента рождения желания создать новый тип двигателя, до описания принципиальной схемы и грубых расчетов, теоретических обоснований показывающие разумность и возможность осуществить задуманное в реальности.

Спойлер, получилась простая конструкция, дешёвая в производстве, пригодная для ремонта и замены частей в процессе работы, возможно создать уже сейчас.

Все главы этой книги требуют более глубокое изучение и являются темой написания отдельных работ.

План безумен и прекрасен одновременно, существует крайне малая вероятность реализации задуманного, скорее всего, это невозможно.

И Я клянусь, осуществить план полностью, потому что Я есть добрый, любящий мужчина, создающий счастье и Любовь во Вселенной.

Пространство что ты такое?

---

Что мы думаем об окружающем нас пространстве?

Задайте себе вопрос — пространство что ты такое?

Какое ты? Теплое, холодное, живое — неживое, враждебное, дружественное. Плоское, выпуклое, в форме бублика?

Существует бесчисленное множество характеристик и критериев, по которым мы оцениваем и описывать пространство.

Самое удивительное заключается в том, что для большого количества людей, пространство может быть воспринято по-разному.

Представьте сырую, промозглую погоду, идем по мокрому асфальту, местами покрытым лужами, косые капли мелкого и редкого дождя, иногда попадают на лицо, Вы по какой-то причине вынужденные идти до остановки, а потом ехать в автобусе, наполненным мокрыми людьми, транслирующими свое состояние…

Представили? Какие ощущения, запишите, где ни будь.

Мало приятного, у нас сформировалось определённое представление о таком состояние пространства. При этом, мы может воспринимать тоже самое пространство иначе.

Представьте те-же погодные условия и думайте как ваш организм реагирует. Благодаря повышенной влажности и снижение температуры на 5—7 градусов ниже ожидаемой, организм воспринимает обстановку как угрожающую, для увеличения шанса выжить, активируется иммунитет, в кровь выплескивается большое количество гормонов, таких как серотонин, дофамин, эндорфин, мы сразу получаем прилив сил и уверенности, даже ощущаем как мозг работает эффективнее.

Кажется странно, причем тут окружающее нас пространство, это всего лишь мысли о нем, и тем не менее, фокусируясь на разных критериях оценки ситуации, мы «враждебную» среду заменяем на «благоприятную». На всякий случай уточню пространство как часть природы, нейтрально по отношению к нашим эмоциям и мыслям, конечно же мы можем загрязнять его, или улучшать, можем делать все что угодно, решающим фактором выступает наше собственное представление о пространстве.

Совсем недавно, относительно продолжительности жизни солнечной системы, человек на прямую обращался к пространству, в надежде получить дополнительные бонусы за проживание на этой планете, пространство отвечало не так уж и часто.

Некоторые представители вида, периодически продолжают это делать, ругают природу как и другие объекты окружающие нас, особенно восхищают любители пообщаться с автомобилями.

У человека видно есть особенность, наделять разумом и осознанность некоторые предметы и явление и удивительно, иногда это работает.

Когда ты обращаешься к богу — это молитва.

Когда он тебе отвечает — шизофрения.

Шутка

Порой, наступают действительно удивительные события, человек замечает очередной критерий для описания пространства, очередное свойство пространства, о котором раньше даже не мог догадываться и в сознание большинства жителей планеты происходят изменения, мы понимаем и начинаем воспринимать пространство по-другому, происходит массовая переоценка представлений об окружающем мире, необратимый сдвиг в сознание.

Такое представление о пространстве как сейчас, было не всегда. Для лучшего понимания, того, что мы пытаемся описать в этой книге, рассмотрим интересные события в прошлом.

В качестве примера можно привести «Магдебургские полушария», это название эксперимента физика Отто фон Герике, для демонстрации силы давления воздуха и работоспособности изобретённого им воздушного насоса. Опыт повторили в 1656г. в городе Магдебурге, после этого представление о наличие и влиянии атмосферы изменилось.

В эксперименте использовались два медных полушария около 14 дюймов (35,5 см) в диаметре, полые внутри и прижатые друг к другу, с уплотнением из специально сшитого и пропитанного смесью воска и скипидара кожаного кольца. Из собранной сферы выкачивался воздух, и полушария удерживались давлением внешней атмосферы.

До этого большинство людей не задумывалось о том, как каждое мгновение на нас воздействует внешняя атмосфера. Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство. Сейчас мы слышим об этом с самого рождения, и не можем представить, как воспринимать атмосферу по-другому.

Несколькими годами ранее, в 1638 году, герцог Тосканский не смог украсить сады Флоренции фонтанами — вода не поднималась выше 10,3 метров. Эванджелистой Торричелли искал причин этого провала чтобы все можно было исправить. Предпринятые им опыты с более тяжёлым веществом — ртутью, привели к тому, что в 1643 году он доказал — воздух имеет вес. Совместно с В. Вивиани, Торричелли провёл первый опыт по измерению атмосферного давления, изобретая первый ртутный барометр, который представлял из себя стеклянную трубку запаянную с одного конца, в которой нет воздуха. В такой трубке ртуть поднимается на высоту около 760 мм.

Так в научном мире сформировалось представление о воздухе как об особом виде материи, которая давит на нас своим весом и сжимает предметы, в которых воздуха нет. Безвоздушное пространство получило название вакуума.

Подобных примеров изменения представления об окружающем нас пространстве, можно привести достаточно много, чтобы задать себе вопрос, насколько верно отражает действительность наше представление о пространстве.

Представление о действительности настолько верно, насколько соответствует поставленными задачам и предсказывает результаты экспериментов.

Вспомним, когда сложились фундаментальные представления для описания мира.

Основные закономерности измерения и описания нашего трехмерного пространства собраны и обобщены в труде «Начала», написанное Евклидом в 3 в. до н. э. Сочинение, содержало основы античной математики. В «Началах» Евклида рассматривались вопросы элементарной геометрии, теории чисел, алгебры, общей теории отношений и метод определения площадей и объёмов, включающий элементы теории пределов.

Теорема Пифагора — одна из основополагающих теорем евклидовой геометрии, устанавливающая соотношение между сторонами прямоугольного треугольника: сумма квадратов длин катетов равна квадрату длины гипотенузы.

Соотношение в том или ином виде было известно различным древним цивилизациям задолго до нашей эры, первое строгое доказательство приписывается античному философу Пифагору. Утверждение появляется как Предложение 47 в «Началах» Евклида.

Предложение XLVII (47) дословно гласит: в прямоугольных треугольниках квадрат на стороне, стягивающей прямой угол, равен квадратам на сторонах, заключающих прямой угол.

Более двух тысяч лет мы описываем наше пространство как Трехмерное Евклидово пространство.

Как мы описываем пространство сейчас?

Трехмерное Евклидово пространство

Существуют несколько разделов «Физики», так или иначе описывающих разные грани окружающего мира.

В школьном курсе Физики, традиционно, описание окружающего пространства начинается с раздела «Кинематика», основная задача которого — описать положение тел в пространстве с течением времени. Для описания вводим систему координат, тело отсчета, возьмем прибор для измерения времени, вводим понятия материальная точка, путь, перемещение, скорость, ускорение.

Мы начнем с полировки и упорядочивания знаний о трехмерном Евклидовом пространстве.

Рассмотрим куб, будем считать, длина его ребра равняется ровно одному метру, и в какую сторону не мери, все равно намеришь один метр.

Сторон или граней куба шесть, восемь вершин, двенадцать ребер.

Сейчас нас интересует только три взаимно перпендикулярные грани, пересеченных в одной вершине. Именно тремя числами мы можем целиком и полностью описать куб: это длина, ширина и высота. Три измерения, при этом мы считаем объект трехмерным.

Мы можем крутить этот куб вокруг разных осей и ребер, это ничего не изменит. В любом случае длина его ребра останется ровно один метр, это очевидные свойства пространства, в которое помещен наш с вами мир. Это настолько очевидно, что даже немного раздражает.

Общепризнанно считать, что изучением и обобщением этих свойств, почти две с половиной тысячи лет назад занимался древнегреческий математик Евклид.

В этом пространстве существуют определенные правила, которые каждому из нас кажутся совершенно банальными, к примеру, если мы возьмем одну палочку, отрезок, длиною один метр и положим рядом другую, тоже длинны один метр, то получим отрезок длинной два метра, и так далее, можем продолжать до бесконечности.

Используя при этом единичный отрезок, мы можем измерить различные объекты.

Возьмем точку, мы не можем ее измерить, она ноль-мерная. Эту точку мы примем за начало отчета, в одном направлении будем откладывать отрезки одинаковой длинны.

Мы можем измерить длину отрезков, отрезок считаем одномерный.

Отметим точку на первом отрезке и проведем через нее еще оду прямую, эти прямые находятся в плоскости — двумерное пространство.

Отметим направление прямых, получим вектора. Помимо длинны, вектор указывает направлении, определим единичный вектор. И мы получим систему отсчета, где каждое положение в пространстве можно описать двумя цифрами, координатами.

Перпендикулярно плоскости направим прямую в верх. Мы получим трехмерное Евклидово пространство. Объекты помимо длины и высоты, получают толщину. Для описания положения точки, потребуются три цифры — координаты.

Больше невозможно нарисовать взаимно перпендикулярных линий. Получаем, что мерность пространства есть не что иное, как количество взаимно перпендикулярных линий, которые мы можем провести через одну точку. И так вышло, что в нашей с вами вселенной это три.

В полученной трехмерной системе координат теперь очень удобно записывать положение других точек, Полученная система координат называется Декартова прямоугольная система координат. Существуют другие системы координат, цилиндрическая система координат, сферическая система координат и прочие.

Плоскость, прямая, отрезок, вектор, это фундаментальные понятия в геометрии, на их основе все строится.

Трехмерное пространство нам легко представить, мы в нем живем.

Ключевое слово — ПРЕДСТАВИТЬ!

Мы ведь буквально представляем пространство, информацию о том, как оно выглядит, мы получаем в формате двухмерных картинок — проекции пространства, воспринимаемые глазом посредством света, отраженного от различных объектов. В мозгу творится какая-то магия и благодаря двум изображениям наложенных друг на друга, мы видим трехмерную картину реальности.

Как видят и воспринимают мир другие живые существа — порой неизвестно. Зато известно, если с рождения или в течение длительного времени, сознательно искажать визуальную информацию поступающую из вне, животные, в том числе и человек, будут видеть мир по другому, или не видеть каких либо его частей, эксперименты с котятами показали — возможно сделать так, чтобы кошки не воспринимали горизонтальные или вертикальные линии, они жили и вели себя так, как будто вертикальных или горизонтальных линий нет.

Эксперимент 1963г. карусель Хелда-Хайна и эксперимент Блэкмора и Купера 1970г.

Нужно осознавать, мы видим мир через узкую щель шириной от 380 нанометров до 740 нанометров, 360 нанометров это 0.00000036 часть метра.

Насколько это малая величина можем понять из сравнения, к примеру толщина человеческого волоса одна десятая часть миллиметра или одна десятитысячная часть метра — 0.0001метра, средний размер бактерий порядка одной миллионной части метра — 0.000001 метра. Чем глубже мы будем уменьшать размеры, тем сильнее будут изменяться представления о пространстве.

Можем отметить тот факт, что мы в принципе не знаем как пространство и заполняющие его объекты выглядят на самом деле. На бытовом уровне пространство — это внешняя среда, некий трехмерный куб или шар в которой помешены все что нас окружает, оно определяется положение физических тел (вещей). Размеры окружающего нас пространства настолько велики, что в каком бы направление мы не смотрели, какими бы устройствами не пользовались — мы никогда не увидим конца и края окружающего нас пространства, даже если будем двигаться с максимально возможной скоростью в течение миллионов и миллиардов лет. Мы можем смело считать пространство бесконечно большим в любом направление. В рамках пространства происходит видимое механическое движение, или умозрительное перемещение различных физических тел или объектов.

Исаак Ньютон считал, что пространство и время существуют независимо друг от друга. Время — это интуитивно понятная величина, равномерно проходит, указывая направление от прошлого к будущему, находясь в вечном моменте сейчас. В классической физике время — это абсолютная и неизменная величина, основанная на некой последовательности событий, которые происходят через равные промежутки времени. Именно на этом принципе периодичности и основаны часы.

Физические уравнения из классической механики работают одинаково, вне зависимости от того, движется ли время в будущее или в прошлое. Однако в реальности секунды идут только в одном направлении, только вперед. Причина необратимости времени состоит в том, что окружающая нас действительность подчиняется законам термодинамики, согласно которым все процессы в мире стремятся из упорядоченной системы к хаосу, то есть к увеличению энтропии. Другими словами, опавший листок никогда не прирастет обратно к ветке, необходимо приложить усилие чтобы склеить разбитую вазу, труха не соберется в бумагу, а Вселенная никогда не сможет вернуться точно в то же состояние, в каком находилась в предыдущий момент.

Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени» пишет:
«Законы науки не делают различия между направлением вперед и назад во времени. Но существует по крайней мере три стрелы времени, которые отличают будущее от прошлого. Это термодинамическая стрела, то есть направление времени, в котором возрастает беспорядок; психологическая стрела — направление времени, в котором мы помним прошлое, а не будущее; космологическая стрела — направление времени, в котором Вселенная не сжимается, а расширяется. Я показал, что психологическая стрела практически эквивалентна термодинамической стреле, так что обе они должны быть направлены одинаково».

В философии время — это всеобщая форма бытия и протекания всех механических, органических и психических процессов. Время является условием для движения, изменения и развития, причем только в одном направлении — вперед.
Некоторые ученые утверждают, что то, как мы воспринимаем время, всего лишь иллюзия, артефакт нашего сознания.

То, что мы ощущаем как поток времени, является побочным продуктом работы нашего мозга, когда мы обрабатываем сенсорную информацию из окружающей среды.
О том, что такое время, размышлял еще Аристотель почти два с половиной тысячелетия назад. «Время — самое неизвестное из всех неизвестных вещей», — говорил греческий философ. С тех пор мало что изменилось, ученые продолжают ставить эксперименты и проводить расчеты, чтобы подчинить время рациональному объяснению.

Ньютон объединил самые передовые исследования и смог точно описать взаимодействие тел в ограниченный момент времени, для упрощения описания взаимодействия тел ввел понятие сила тяжести, опираясь на результаты экспериментов и наблюдения за звездами сформулировал закон всемирного тяготения, тем самым определил вектор научного познания мира.

Люди видели вокруг себя повторяющиеся, периодические явления и учились сверять собственные ощущения текущих процессов с природными циклами. Время в концепции Ньютона ─ это некая величина, которая может быть определена во всей Вселенной сразу, и поэтому можно говорить о том, что существует абсолютное время, которое мы можем определять без привязки к каким-то произвольным договоренностям.

Как бы это странно не звучало — время и пространство — это фундаментальные физические величины, и мы не знаем, что это такое.

На что мы можем опираться, изучая пространство?

В первую очередь, мы можем опираться на свое собственное или на коллективное представление о времени и пространстве. Мы можем опираться на взаимное расположение предметов, мы можем описывать пространство опираясь на три момента во времени: здесь и сейчас, прошлое, будущее, а промежуток между ними, все что происходит внутри промежутка неопределённо, как только мы определяем момент в промежутке, он сразу превращается в здесь и сейчас или в прошлое или будущее. Этого достаточно чтобы определить взаимное расположение тел.

Чаще всего под пространством имеется в виду трёхмерная организация нашего повседневного мира это отражает обычное представление людей об окружающем их пространстве.

Что такое время? Особенности нашего восприятия или вид материи, или особенность пространства? Может время это особенность нашего восприятия, конструкция, которую выстраивает мозг, отмечая промежутки между взаимным расположением планет или других объектов.

Все, о чем мы говорили выше, относится к обычному или физическому пространству и наше представление о нем, наши знания об особенностях и наблюдаемых закономерностях, определяют достижения и блага, которыми оперирует все человечество с целью жить и процветать в окружающем нас пространстве.

Математики, придумали целый ряд пространств: риманово пространство, банахово пространство, афинное пространство, гильбертово и множество других. Все эти пространства не имеют практически ничего общего с обычным физическим пространством, когда мы о них говорим, мы обязаны делать оговорки, например, так и говорить фазовое пространство, либо четырехмерное пространство- время.

Удивителен следующий факт, мы не вправе говорить о времени как о четвертом измерении в обычном смысле этого слова, мы с вами в нем живем и сами его характеризуем, не имея точного представления о том, что это такое, и тем не менее, изменяя сове представление о времени и пространстве, мы можем получать другие результаты.

Время — это не есть четвертая пространственная ось, это отдельная четвертая координата в особом фазовом пространстве — времени. Более того, если все же мы захотим приравнять время к расстоянию через скорость света, то получим не евклидово пространство, которое называется пространством Минковского — четырёхмерное пространство, объединяющее физическое трёхмерное пространство и время, введено Г. Минковским в 1907—1908.

Альберт Эйнштейн объединил самые передовые идеи своего времени и подарил миру новое представление о пространстве, определив взаимодействие между телами не силой, действующей со стороны двух тел, а свойством самого пространства.

Эйнштейн связал пространство и время в одну физическую модель, теперь мы считаем, время и пространство неразрывно связанны, они могут искривляться, «течь» — изменяться не равномерно.

Планеты, подобно железным ядрам брошенные в центр батута, искривляют пространство-время подобно поверхности батута, благодаря чему другие объекты, вращаясь и двигаясь по поверхности, стремятся к железному ядру.

Еще раз, не тела действуют друг на друга, не некая сила действующее на другое тело, притяжение тел обусловлено свойствами самого пространства. Ньютон говорил что потомки разберутся в природе этой силы и откуда она берется. Подробнее об этом поговорим в главе «Классическая механика».

Вспомните определение из школьного учебника физики закон всемирного тяготения, справедливый для всех тел в пространстве: два тела притягивают друг друга с силой пропорциональной массе этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Только пространство искривится со всех сторон, а другие объекты, попадая в искривление и при наличие достаточной скорости, вращается по эллиптической орбите вокруг более массивного тела.

Чем больше скорость, тем более массивное тела будет оказывать ключевое влияние на траекторию движения тела.

В по следующих главах покажем возможно ли телу катиться не по «склону» сформированным не ближайшим телом, а по другому «склону», сформированным более далеким и массивным объектом. Возможно ли взять и «перескочить» на тот гравитационный склон — который сформирован более далеким телом.

В последующих главах осознаем какую роль ВРЕМЯ — как физический термин и физическая величина определяет траекторию движения.

Специальная теория относительности предсказала и описала удивительные эффекты при движении со скоростями близкими к скорости света. Массовое представление о пространстве вновь изменилось.

Самое удивительное, чем больше скорость движения в пространстве, тем медленнее течет время. Что же такое время? Представьте, напротив вас в 10 метрах стоит человек, у него на груди настенные часы, у вас на груди такие — же. Вы начинаете двигаться на встречу человеку, со скоростью света, при этом посмотрите на часы, вы заметите, для вас время почти остановилось, все в округе буквально остановилось, для сторонних наблюдателей восприятие времени не изменилось.

Чем больше скорость движения, тем медленнее течет время, абсолютного времени не существует.

Подумайте, что при этом происходит с массой тела?

Воспринимая пространство и время как взаимосвязанные характеристики, мы понимаем, изменяя пространство сейчас — вокруг него появятся гравитационные волны — соответственно будет изменяться и время.

При Земных скоростях мы никак не можем этого заметить, есть экспериментальное подтверждение за это вручили нобелевскую премию по физике в, по-моему, 2017году.

11 февраля 2016 года коллаборации LIGO и VIRGO объявили об обнаружении гравитационных волн, произошедшем 14 сентября 2015 года на установках LIGO[2], обнаруженный сигнал исходил от слияния двух чёрных дыр массами 36 и 29 солнечных масс на расстоянии около 1,3 млрд световых лет от Земли, при этом три солнечных массы ушли на излучение[3][4][5].