Закон сохранения энергии уравнение эйнштейна

Сотворение мира 7 Эквивалентность массы и энергии

Александр Сергеевич Суворов (Александр Суворый)

Часть 7. ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ МАССЫ И ЭНЕРГИИ.

Всем, вероятно, известна знаменитая формула Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» E = mc2, где E – полная энергия объекта, m – его масса, c – скорость света в вакууме, равная 299 792 458 метров в секунду (около 300 000 км/с).

Скорость света в вакууме (в пустоте космоса) – это абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Пока это фундаментальная постоянная величина, которая не зависит от выбора «инерциальной системы отсчёта». Считается, что скорость света одинакова в любой точке пространства-времени-материи современной физической Вселенной.

Также считается, что скорость света – это «предельная скорость движения» элементарных частиц материи и сил взаимодействий этих частиц друг с другом.

Формула Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» E = mc2 означает алгоритм или процесс взаимного превращения массы, то есть физического вещества, материи-пространства-времени и энергии, то есть некоего движения, состояния, превращения, преобразования, процесса существования этой материи-пространства-времени…

Дело в том, что пространство, материя и время не могут существовать друг без друга. Все они физические или вещественные, то есть количественно-качественные феномены (физические явления, фактические события, реальные процессы, действительные вещи).

Материя – это параметры феномена существования какого-либо вещества, вещи, субъекта или объекта. Пространство – это феномен места, области или сферы существования какой-либо материи. Время – это феномен изменения количественно-качественных состояний существования феноменов пространства-материи.

При этом слово-понятие или феномен «существование» означает всевозможные моменты, события, варианты, фазы, периоды и циклы «жизнедеятельности» пространства-материи-времени, то есть возникновения, развития, изменения, исчезновения, преобразования, взаимодействия и т.д.

Формула Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» раскрывает взаимозависимость энергии и массы пространства-материи-времени и «читается» просто:

«Энергия – это некая (любая?) материальная вещественная масса, движущаяся со скоростью равной квадрату скорости света в вакууме».

Иными словами, если некую (любую?) материальную вещественную массу разогнать до скорости равной квадрату скорости света, то есть до скорости 90 000 000 000 км/с (девяносто миллиардов километров в секунду), то эта масса превратится в полную энергию.

Получается, что энергия – это некое состояние пространства-времени-материи в движении, в превращении, в преобразовании, во взаимодействии, выражение и проявление пространства-времени-материи при переходе из одних в другие формы своего существования и жизнедеятельности.

Тогда, что такое масса?

По формуле Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» получается, что:

«Масса – это некая (любая?) энергия, «затормозившаяся» в своём движении со скоростью равной квадрату скорости света в вакууме».

Иными словами, если некий (любой?) энергичный феномен (процесс, событие, действие) затормозить или остановить со скоростью равной квадрату скорости света, то есть со скоростью 90 000 000 000 км/с (девяносто миллиардов километров в секунду), то эта энергия превратится в полную массу.

Вероятно, многие из читателей могли ощутить и почувствовать эту закономерность при езде на велосипеде, в машине, в поезде, в самолёте. При резком торможении тело просто «наливается» тяжестью, тяжелеет, становится по ощущениям массивнее…

Другой пример. Маленькая пистолетная пуля весит всего 9 грамм. Пуля, выпущенная из ствола пистолета с начальной дульной скоростью (на срезе дула пистолета) 300-500 м/с, при попадании в некий объект (цель, физическое тело, материю разной плотности) почти мгновенно тормозится.

Скорость торможения пули в теле зависит от многих факторов, в том числе от плотности этого тела. В результате удара уже не девятиграммовой пули образуется мощная ударная волна с энергией в несколько тысяч джоулей. Эта энергия «передаётся» в концентрированном (точечном) виде объекту, телу, цели.

Вот так маленькая девятиграммовая пуля, спокойно лежащая на столе, может превратиться в страшную разрушительную энергию и массу…

Отсюда в соответствии с формулой Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» простой вывод:

«Некая (любая?) масса тождественно равна энергии покоя»

«Некая инвариантная масса (масса тела, масса покоя) равна энергии покоя или внутренней энергии, заключённой в этой массе, которая может полностью «выплеснуться», проявиться, «выразиться», осуществиться со скоростью равной квадрату скорости света в вакууме».

Из формулы Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» получается, что «любому виду энергии (их много) физического или материального объекта (любого, не обязательно вещественного тела) соответствует некая масса» и наоборот, «любой некоей массе физического или материального объекта соответствует некая полная энергия, заключённая в этом объекте, в том числе соответствующие виды иных энергий».

Как видно из формулы Эйнштейна «эквивалентности массы и энергии» не меняется только одна составляющая этой системы взаимодействия и эквивалентности (взаимозависимости) энергии и массы – скорость света, возведённая в квадрат, то есть 90 000 000 000 километров в секунду.

С такой скоростью, вероятно, схлопывалось (коллапсировалось) пространство-материя-время в мгновения гибели «родительской» Анти- Вселенной и одновременно зарождалось (возрождалось) пространство-материя-время нашей современной «сыновьей» физической Вселенной.

С такой, вероятно, скоростью происходят процессы глобальной или абсолютной аннигиляции – взаимного уничтожения и одновременно преобразования, превращения, преображения, превращения некоей материи и антиматерии при их проникающем взаимодействии.

С такой скоростью (точно) происходит превращение (преобразование) полной энергии в полную массу (в некий физический объект) и полной массы (некоего физического объекта) в полную энергию (движение).

При меньших (не полных) энергиях и массах, которые взаимодействуют со скоростями меньше 90 000 000 000 км/с, происходят процессы дробления, частичной аннигиляции, соответствующего превращения, преобразования, изменения и т.д.

Например, при разных скоростях (энергиях) столкновения электрона и позитрона (частицы и античастицы) в результате неполной аннигиляции получаются два или три фотона (гамма-кванта), или много фотонов, а при процессе близком к полной аннигиляции – андроны.

Кстати, андроны (барионы и мезоны) – продукты аннигиляции электронов и позитронов – опять состоят из неких элементарных частиц (кварков), «подвержены сильному взаимодействию» и обладают такими феноменальными свойствами, как «странность», «очарование», «красота, «экзотика» и др.

Преобразование и эквивалентность массы и энергии по формуле Эйнштейна должно взаимно влиять на характеристики любых физических феноменов. Например, если материальный объект поглощает энергию, то его масса растёт. Если материальный объект излучает энергию, то масса объекта уменьшается на величину потерянной энергии.

Особенно ярко и зримо преобразование и эквивалентность массы и энергии проявляется в ядерных реакциях, например, в атомном взрыве при реакции ядерного распада, в термоядерной реакции при реакции ядерного синтеза, в ядерных реакциях распада и синтеза в недрах звёзд и «чёрных дыр».

Там, в этих ядерных реакциях участвуют мельчайшие или элементарные частицы, вероятно, «осколки первичной материи» родительской Анти- Вселенной (античастицы) и элементарные частицы нашей физической современной Вселенной.

Они:
взаимодействуют друг с другом,
обмениваются массами и энергиями,
группируются в разнообразные частицы с разнообразными характеристиками и свойствами,
формируют устойчивые и/или неустойчивые масс-образования и энерго-поля,
создают места, области и сферы пространства-материи-времени,
образуют
атомы,
группы атомов,
молекулы,
скопления газов и космической пыли,
кусочки, куски и огромные скопления масс разнообразной материи,
проявляются в виде и в формах различных излучений и выплесков энергии
и
осуществляют ещё множество разнообразных взаимодействий, которые известны науке лишь частично.

Наименование этих элементарных образований масс-энергий ядерных реакций одно – элементарные частицы.

Одним из таких элементарных образований масс-энергий является то, что первым создал Бог в момент начала первого дня библейского сотворения мира – это свет.

Что же это такое «свет»? Каким образом он был создан или возник?

Спросите Итана: по какой фундаментальной причине E = mc²?

Альберт Эйнштейн в 1920 году. Хотя он и совершил множество прорывов в физике, от специальной и общей теорий относительности до фотоэлектрического эффекта и статистической механики, многие задачи он решить не сумел. Самым его знаменитым уравнением остаётся E = mc².

Спросите любого человека, даже не разбирающегося в науке, о достижениях Эйнштейна, и вам приведут в пример самое его знаменитое уравнение: E = mc². Проще говоря, оно означает, что энергия равняется массе, перемноженной с квадратом скорости света. И это очень многое говорит о нашей Вселенной. Единственное уравнение говорит о том, сколько энергии содержится в массивной частице в состоянии покоя, и сколько энергии требуется для создания частиц и античастиц. Оно говорит нам о том, сколько энергии высвобождается в ядерных реакциях, и сколько энергии порождает аннигиляция материи с антиматерией.

Но почему? Почему энергия равняется массе, перемноженной с квадратом скорости света? Почему не как-то иначе? Об этом спрашивает наш читатель:

Уравнение Эйнштейна потрясающе элегантное. Но реальна ли его простота, или же только кажется? Выводится ли оно напрямую из эквивалентности энергии любой массы и квадрата скорости света (а это вообще кажется удивительным совпадением)? Или оно существует только потому, что его члены определены удобным способом?

Отличный вопрос. Давайте исследуем самое знаменитое уравнение Эйнштейна, и посмотрим, почему оно не могло быть другим.

Подготовка к испытаниям ракеты с ядерным двигателем, 1967. Она работает на преобразовании массы в энергию, в основе которого лежит знаменитое уравнение E = mc².

Для начала нужно кое-что понять касательно энергии. Её очень сложно определить, особенно далёкому от физики человеку. Навскидку мы можем придумать несколько примеров.

• Существует потенциальная энергия, т.е. некая форма сохранённой энергии, которую можно освободить. Например, бывает гравитационная потенциальная энергия, когда мы поднимаем массу на большую высоту. Химическая потенциальная энергия, хранящаяся в таких молекулах, как сахара, и способная производить окисление. Электрическая потенциальная энергия, когда накопленный в аккумуляторе или конденсаторе заряд можно разрядить, высвобождая её.
• Существует кинетическая энергия, присущая движущимся объектам.
• Существует электрическая энергия – кинетическая энергия, присущая движущимся зарядам и электрическим токам.
• И ядерная энергия, или энергия, высвобождаемая переходами атомов в более стабильные состояния.

И, конечно же, множество других типов. Энергия – это одна из тех вещей, которые «мы узнаем, когда увидим». Но физикам требуется более универсальное определение. Одно из лучших такое: извлечённая или извлекаемая энергия – это количественная оценка нашей способности произвести работу.

Фотоэлектрический эффект описывает ионизацию электронов фотонами в зависимости от длин волн отдельных фотонов, а не от интенсивности света, суммарной энергии или какого-либо ещё свойства. Если у кванта света достаточно энергии, он может взаимодействовать с электроном, ионизировав его, выбив его из материала, что даст сигнал, который можно обнаружить. Такие фотоны переносят энергию и выполняют работу над ударяемыми ими электронами.

У работы есть своё физическое определение: это сила, прикладываемая в направлении, совпадающем с направлением движения предмета, умноженная на расстояние его перемещения. Поднятие штанги на определённую высоту требует провести работу против силы гравитации, и увеличивает гравитационную потенциальную энергию. Отпустив штангу, мы преобразуем её гравитационную потенциальную энергию в кинетическую. Ударяющая пол штанга преобразует кинетическую энергию в комбинацию из тепловой, механической и звуковой энергии. Энергия в этих процессах не создаётся и не уничтожается, а преобразуется из одной формы в другую.

Большинство людей размышляют о формуле E = mc² в терминах анализа размерностей. Они говорят: так, энергия измеряется в Джоулях, а Джоуль – это килограмм на метр в квадрате на секунду в квадрате. Поэтому, чтобы превратить массу в энергию, нужно умножить это на метр в квадрате, делённый на секунду в квадрате. При этом у нас есть фундаментальная константа с размерностью метр/секунда. Эти рассуждения разумны, но не достаточны.

Фотографии с «Тринити», первого в мире испытания технологии ядерного оружия. Показана ситуация спустя 16, 25, 53 и 100 мс после зажигания. Самая высокая температура достигается в самом начале взрыва, до того, как его объём многократно вырастает.

Ведь вы можете измерять любую скорость в метрах в секунду, а не только скорость света. Кроме того, природе никто не запрещает выдать пропорциональную константу – какой-нибудь множитель типа ½, ¾, 2π, и т.п., чтобы сделать уравнение верным. Чтобы понять, почему уравнение должно выглядеть, как E = mc², и почему других вариантов быть не может, нам надо представить физическую ситуацию, в которой можно будет различить разные интерпретации. Такой теоретический инструмент известен, как «мысленный эксперимент» (или gedankenexperiment, как сказал бы Эйнштейн), и стал одной из великих идей, появившихся в голове Эйнштейна и укоренившихся в научном мейнстриме.

Мы можем представить, что у частицы есть энергия, присущая её массе покоя, и энергия её движения – кинетическая. Можно представить, что частица начала свой путь, находясь высоко в гравитационном поле, то есть с большим запасом потенциальной энергии, но изначально не двигалась. Если мы её уроним, потенциальная энергия превратится в кинетическую, а энергия массы покоя останется той же. Перед самым ударом о землю никакой потенциальной энергии у неё не останется – только кинетическая и энергия массы покоя, какие бы они ни были.

У обозначенной оранжевым частицы, покоящейся над поверхностью земли, не будет кинетической энергии, но будет большой запас потенциальной. Если её отправить в свободное падение, она приобретёт кинетическую энергию, в которую превратится потенциальная.

Теперь добавим ещё одну идею: что у всех частиц есть двойники-античастицы, и что когда они сталкиваются друг с другом, то аннигилируют, выделяя чистую энергию.

Да, E = mc² описывает взаимоотношение массы и энергии, включая количество энергии, необходимое для создания из ничего пар частица-античастица, и то, сколько энергии вы получите, когда такая пара аннигилирует. Но мы пока этого не знаем, мы хотим это доказать!

Давайте представим, что у нас не одна частица находится высоко в гравитационном поле, а сразу и частица, и античастица, и они готовы упасть. Рассмотрим два разных сценария развития, и изучим их последствия.

Появление пар частица-античастица (слева) из чистой энергии – реакция полностью обратимая (справа), они могут аннигилировать, превратившись в энергию. Но для многих систем частиц обратимость не гарантирована.

Сценарий 1: частица и античастица падают, и аннигилируют прямо перед ударом о землю. Ситуация похожа на описанную ранее, просто мы её удвоили. И частица, и античастица начинали с некоего количества энергии массы покоя. Мы не знаем, сколько её было, просто знаем, что у частицы и античастицы они одинаковые, поскольку массы частиц идентичны массам соответствующих античастиц.

Теперь они обе падают, превращая потенциальную гравитационную энергию в кинетическую, в дополнение к их энергии массы покоя. Как и в предыдущем случае, перед ударом о землю вся их энергия заключена в двух видах – энергии массы покоя и кинетической. Только теперь перед самым столкновением они аннигилируют, превращаясь в два фотона, общая энергия которых должна равняться сумме энергий массы покоя и кинетических энергий обеих частиц.

Однако для фотона, массы не имеющего, энергия описывается одним только импульсом, помноженным на скорость света: E = pc. Какой бы ни была энергия обеих частиц перед столкновением с землёй, энергия этих фотонов должна в сумме давать сумму энергий частиц.

Если пара частица-античастица аннигилирует в чистую энергию (два фотона), имея в запасе много гравитационной потенциальной энергии, то в энергию фотона перейдёт только масса покоя (оранжевый). Если уронить эти частицы вниз, чтобы они аннигилировали непосредственно перед ударом, у них будет больше энергии, что приведёт к появлению более синих фотонов.

Сценарий 2: частица и античастица аннигилируют в чистую энергию, а потом падают вниз до земли в виде фотонов с нулевой массой покоя. Тогда вся их энергия массы покоя превратится в энергию фотонов.

Получается, что в данном случае общая энергия этих фотонов, у каждого из которых есть энергия E = pc, должна быть равной сумме энергий масс покоя частицы и античастицы.

Теперь представим, что эти фотоны добрались до поверхности планеты, и после этого мы измеряем их энергию. По закону сохранения, их энергия должна равняться энергии фотонов из первого сценария. Значит, фотон должен набирать энергию, падая в гравитационном поле. Это явление известно, как гравитационный синий сдвиг. Кроме того, из этого следует идея о том, что масса покоя частицы должна равняться E = mc².

Когда квант излучения покидает гравитационное поле, его частота должна испытать красный сдвиг, чтобы энергия сохранилась. При падении частота должна сдвинуться в синий диапазон. Это имеет смысл, только если гравитация связана не только с массой, но и с энергией. Гравитационное красное смещение – одно из ключевых предсказаний Общей теории относительности Эйнштейна. Но его только недавно проверили в окружении с такими сильными полями, как центр нашей Галактики.

Есть только одно определение энергии, подходящее ко всем частицам, и имеющим, и не имеющим массу, и удовлетворяющее сценариям 1 и 2, которые должны выдать одинаковые результаты. E = √(m 2 c 4 + p 2 c 2 ). Посмотрим, что с ним будет в разных ситуациях.

• У массивной частицы в состоянии покоя и без импульса энергия будет равной √(m 2 c 4 ), то есть, E = mc².
• Безмассовая частица обязана двигаться, а её масса покоя равна нулю. Её энергия равняется √(p²c²), или E = pc.
• У массивной частицы, движущейся значительно медленнее скорости света, импульс можно записать как p = mv, и тогда её энергия становится равной √(m²c 4 + m²v²c²). Это можно переписать как E = mc² * √(1 + v²/c²), если v значительно меньше c.

Если вам незнаком последний член, не расстраивайтесь. Если v очень мало по сравнению с c, вы можете выполнить разложение в ряд Тейлора, и получите E = mc² • [1 + ½(v²/c²) + . ]. Взяв первые два члена, вы получите E = mc² + ½mv²: массу покоя плюс старую добрую, нерелятивистскую формулу кинетической энергии.

Вверху: фотон движется внутри коробки. В середине: коробка поглотила фотон. Внизу: фотон переиспущен в противоположном направлении. Из такого эксперимента, принимая законы сохранения энергии и импульса, можно вывести знаменитое E = mc².

Конечно, так выводить E = mc² не стоит, но это мой любимый способ иллюстрации этой задачи. Могу порекомендовать ещё три способа иллюстрации, а также описание того, как это сделал сам Эйнштейн. Второй моей любимой иллюстрацией вывода этой формулы будет рассмотрение фотона, движущегося в неподвижной коробке с зеркалом на одной из стенок.

Когда фотон сталкивается с зеркалом, он на некоторое время поглощается, в результате чего коробка должна приобрести немного энергии, и начать двигаться в том же направлении, что и фотон – это единственный способ сохранить энергию и импульс.

После переиспускания фотон движется в противоположном направлении, поэтому коробке (потерявшей немного массы после переиспускания фотона) нужно двигаться вперёд ещё быстрее.

И хотя тут много неизвестных, в такой ситуации можно написать множество уравнений, которым необходимо совпадать. Общая энергия всех частей системы и общий момент должны быть эквивалентными. Если решить эти уравнения, получится только одно определение энергии массы покоя: E = mc².

Эйнштейн выводит Специальную теорию относительности перед зрителями, 1934 год. Если потребовать сохранения энергии и применить теорию относительности к подходящим системам, необходимо, чтобы E = mc².

Можно представить себе совсем не такую вселенную, в которой мы живём. Возможно, там не сохраняется энергия – и тогда формула E = mc² может не быть универсальным выражением массы покоя. Возможно, мы могли бы нарушить закон сохранения импульса – тогда наше определение общей энергии, E = √(m 2 c 4 + p 2 c 2 ), не было бы верным. А если бы там не действовала Общая теория относительности, или импульс и энергия фотона не были бы связаны соотношением E = pc, тогда E = mc² не была бы универсальной формулой для массивных частиц.

Но в нашей Вселенной энергия сохраняется, и работает Общая теория относительности. Поэтому нужно просто подобрать подходящие условия эксперимента. И даже не проводя его на самом деле, можно прийти только к одному непротиворечивому значению для энергии массы покоя частицы. Можно представить себе вселенную, в которой взаимоотношение массы и энергии были бы другими, но она была бы совсем непохожей на нашу. И это не просто удобное определение – это единственный способ сохранить энергию и импульс с имеющимися у нас законами физики.

Новый сборник статей по физике пространства. Наука будущего

В сборнике изложены статьи, в которых на основании смоделированной системы представлен новый взгляд на сущность физических законов, процессов явлений, по которым у традиционной физики много неясностей и сомнений. В частности дано объяснение механизма гравитационных взаимодействий между материальными телами, удаленными на большие расстояния друг от друга, а также физической сущности постоянства скорости света. Предложены новые пути поиска источников энергии.

Оглавление

• Предисловие
• Образование химических элементов в недрах звезд —. результат взаимодействия материи и пространства
• К вопросу о проблеме закона сохранения энергии в общей теории относительности Эйнштейна

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Новый сборник статей по физике пространства. Наука будущего предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

К вопросу о проблеме закона сохранения энергии в общей теории относительности Эйнштейна

Одной из самых загадочных природных явлений, к которому приковано внимание ученых всего мира на протяжении многих столетий, является свойство материальных тел взаимно притягиваться друг к другу. Первым по — настоящему осознавшим, что в основе этого явления лежит масса тела, был Иссак Ньютон. Он попытался решить эту проблему, описав её математическими законами. Согласно его теории все гравитационные эффекты обусловлены силами взаимодействия материальных тел. По Ньютону масса тела обладает двояким свойством. В первом случае она инертна (m_i) и представляет собой отношение негравитационной силы к ускорению, а во втором гравитационная (m_g) и определяет силу притяжения тела другими телами, а также притяжение самим телом других тел Обе эти величины тождественны друг другу, хотя и получены экспериментально в ходе разных экспериментов и имеют принципиально разную физическую природу.

Теория гравитации Ньютона базируется на силах тяготения, которые являются дальнодействующими и распространяются мгновенно. Она получила всеобщее признание с момента опубликования и продержалась до 1905 года, когда была замена теорией относительности Эйнштейна.

Необходимость такой замены привело осознание противоречий в основных принципах классической механики — несовместимости принципа относительности закона распространения света.

Как считал Эйнштейн [5],. это связано с тем, что классическая механика опирается на неоправданные гипотезы: промежуток времени между двумя событиями не зависит от движения тела отсчета, не зависит также от него и пространственное расстояние между двумя точками твердого тела, а это означает, что время и пространство абсолютны и разделены между собой.

Противоречия классической механики Эйнштейн разрешил в разработанной им специальной теории относительности/, в основу которой положил два постулата:

— Принцип относительности Эйнштейна, который утверждает, что все физические процессы и явления в одних и тех же условиях в инерциальных системах отсчета протекают одинаково. Все эти ИСО совершенно равноправны и физические законы в них инвариантн

— Скорость света в пустоте постоянна и не зависит от движения источника или приемника света, одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Она предельна и ни какое материальное тело или информация ни могут двигаться быстрее света.

В соответствии с этими постулатами совершенно изменились представления о пространстве и времени Если в классической механике они рассматриваются как абсолютные величины, то в СТО они изменяются при переходе от одной системы отсчета к другой. Так, длина тела в движущейся системе отсчета будет несколько меньше, чем длина того же тела в покоящейся системе отсчета, по формуле

где l — длина тела в движущейся системе отсчета со скоростью v по отношению к покоящейся системе отсчета.

l_o — длина тела в покоящейся системе отсчета.

Время же в движущейся системе будет, наоборот, течь медленнее, чем в покоящейся системе, по формуле:

где t — время, текущее в движущейся системе отсчета.

t_o — время, текущее в покоящейся системе.

И только единое четырехмерное пространство — время обнаруживается, как абсолютная величина, которая выражается в, так называемом, пространственно-временном интервале (s), по формуле

Главным теоретическим следствием СТ О Эйнштейна является новое понимание массы и энергии физических тел и их систем. Масса в ней определяется энергией тела, а не через силу и ускорение как в механике Ньютона, по формуле:

В СТО также раскрывается возможность превращения энергии покоя в другие виды энергии, здесь закон сохранения массы и закон сохранения энергии объединяются в единый закон сохранения массы — энергии.

Специальная теория относительности получила широкое экспериментальное подтверждение и многие её следствия используются на практике. В настоящее время она является краеугольным камнем современной физики, занимает свою область применения. В ней не учитывается гравитационное воздействие на хотя как и всякая теория она пространство — время, поэтому ее выводы применимы для локальных участков пространства — времени, а в масштабах Вселенной они не приемлемы. Для описания Вселенной используются общая теория относительности (ОТО). — геометрическая теория гравитации,

Главное различие этих теорий заключается в том, что в СТО связаны воедино пространство и время (пространство — время), а в ОТО установлена триединая связь: пространство — время — масса.

В СТО пространство-время рассматривается плоским, имеющим нулевой тензор кривизны, а в ОТ О оно искривлено, с тензором кривизны больше нуля. В ОТ О гравитационный эффект обусловлен не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве — времени, а деформацией самого пространства, — времени, которая связана с присутствием в ней массы.

В настоящее время построено много альтернативных ОТО теорий, Это гравитации — теория струн, петлевая квантовая гравитация, теория мембран, которые позволяют квантовать гравитацию, но все они обладают существенным недостатками, которые не позволяют считать их физическими теориями [3].

В отличие от них ОТО завершенная физическая теория, предсказания которой подтверждены наблюдениями и экспериментами, включающие в себя гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержание сигнала в гравитационном поле [1]. С помощью ОТО объяснены аномальная прецессия перигелия Меркурия и причины отклонения лучей света в гравитационном поле Солнца.

Несмотря на всеобщее признание и ошеломляющий успех, общая теория относительности, как и всякая физическая теория имеет свою область применения и, по мнению, многих физиков [4] имеет существенные недостатки.

Основным из них считается нарушение главного закона физики — закона сохранения энергии. Дело в том, что, с точки зрения математической физики, в ОТО из-за неоднородности времени закон сохранения энергии является следствием уравнений Эйнштейна и может быть выражен только локально по формуле:

где точка с запятой обозначает взятие ковариантной производной.

Переход от него к глобальному закону невозможен, потому что в ОТО нет величины эквивалентной энергии, чтобы интегрировать от неё сохранялся при движении по времени Это видно, если переписать выше приведенное уравнение в следующем виде:

Но в искривленном пространстве, где второй член не равен нулю данное выражение не может представлять закон сохранения энергии. В тоже время ряд физиков считает [2], что в полную энергию, кроме энергии материи, можно включать и энергию гравитационного поля. Тогда соответствующий закон сохранения можно записать в следующем виде:

где Т μ _υ энергия-импульс материи

t μ _υ энергия-импульс гравитационного поля.

Но величина представляет собой псевдотензор и приписываемый ему отрицательный вклад гравитационного поля в общую энергию не состоятелен. На самом деле он положителен, а это лишает смысла саму идею. Некоторые физики определяют тензор энергии-импульса гравитационного поля как тензор Эйнштейнаи и она точно уравновешивает энергию — импульс материи в любом объеме, тогда их сумма тождественно равна нулю, но это утверждение не нашло всеобщего признания.

Таким образом, выше приведенный литературный обзор проблемы закона сохранения энергии в ОТО, о не разрешимости которой ещё в одной из последних работ в 1946 году писал Эйнштейн [5], несмотря на усилия многих ученых, остаётся неразрешимой до сих пор.

Для более глубокого осмысления взаимосвязи материи и пространства была смоделирована система, в основу которой были положены утверждения Эйнштейна:

— Если исчезнет материя, то исчезнет и пространство;

— Все в физическом мире держится на взаимном отталкивании и притяжении.

Изложены в статье «Образование химических элементов в недрах звезд-результа взаимодействия материи и пространства.

В соответствии с базовыми принципами смоделированной системы энергия является формой взаимосвязи материи и пространства. В всех процессах, протекающих в физическом мире, имеет место обмен энергиями между материей и пространством. При этом энергия матери (E_m) переходит в энергию пространства ( — E_p) и наоборот, а их общая сумма (E_s) равна нулю. В этом и заключается фундаментальность закона сохранения энергии или вернее превращение одних видов энергии в другие.

1. Тело с массой m движется вертикально вверх, совершая работу (А) против силы тяжести.

На это затрачивается сообщенная телу кинетическая энергия (E_k)

При движении тела вертикально вверх оно движется в силовых линиях пространства деформированных (сжатых) массой Земли, при этом кинетическая энергия, а это энергия материи, переходит в энергию пространства и расширяет силовые линии пространства в направлении действия сил тяжести, В результате силовые линии пространства деформируются (сжимаются) в направлении противоположном действию сил тяжести и тело движется от Земли. Как только степени деформации (сжатия) впереди и сзади тела сравниваются, а это происходит в момент полного перехода энергии материи (E_k) в энергию пространства (E_P), тело начинает движение по силовым линиям пространства в обратном направлении, то есть к Земле

При движении тела по силовым линиям пространства по направлению к Земле также происходит сжатие их в этом направлении с выделением энергии материи, затраченной массой Земли на их сжатие. В результате энергия пространства переходит в энергию материи и тело приобретает кинетическую (механическую) энергию движения к центру Земли. В следствие того, что степень деформации (сжатия) силовых линий пространства увеличивается по мере приближения к Земле, возрастает и величина выделяющейся энергии. В результате тело движется с ускорением.

В процессе фотосинтеза энергия света (E) переходит в энергию пространства (E). При этом 70% её затрачивается на образование сложных молекул органических веществ (глюкоза) из молекул простых неорганических веществ (вода, углекислый газ), а 30% её запасается в химических связях молекул органических веществ (Рис.1).