ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Игорь Баяк / Запись

СКОРОСТЬ ПРОТИВ "СКОРОСТИ"

bayak
15.05.2009
21:17
Речь идёт о противоречии между абсолютной и релятивистской скоростью материальной точки. Как известно, в теории относительности нет места понятию "абсолютной скорости материальной точки", а под скоростью м.т. понимается отношение (с коэффициентом) импульса к энергии либо отношение приращения пространственного вектора положения к приращению временнОй координаты материальной точки.

А что, если материальная точка всё же обладает абсолютной скоростью, но в 4-пространстве Минковского, причём модуль этой скорости равен её массе. Можно ли это проверить? Интересно, существуют ли прямые эксперименты по измерению расстояний, пройденных релятивистскими частицами, имеющими равные релятивистскиие скорости, но разные массы, за конечный промежуток времени?
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

16.05.2009 05:46#
seasea
Скорость против "скорости"
>>А что, если материальная точка всё же обладает абсолютной скоростью, но в 4-пространстве Минковского...
Давно, еще студентом, я всерьез обдумывал такую идею:
1. Локально скорость света равна корню квадратному из величины гравитационного потенциала (ГП) в данной точке. Поэтому (локально) она всегда постоянна.
2. Величина ГП определяется суммой ГП всех галактик Вселенной.
Примитивные численные оценки давали, помнится, довольно правдоподобные величины. Правда, тогда еще не было "темных сущностей".
Так вот, в этих допущениях масса покоя любой частицы/тела равна ее кинетической энергии, которую она получила бы при падении с "края Вселенной", т.е. где ГП равен нулю.
16.05.2009 18:16#
bayak
Скорость против "скорости"
Вашу идею не понял. Если упростить "всю Вселенную" до двух материальных точек, при том, что масса одной м.т. значительно превосходит массу другой, то согласно теории относительности кинетическая энергия, которую получила бы лёгкая м.т. при падении с "края Вселенной" на тяжёлую, вроде бы, ничем не ограничена.

Кроме того, моя идея даёт интерпретацию только инертной массы, поэтому в рамках этой идеи говорить о каких-то аналогиях с гравитационной массой я пока не готов.

Воспользуюсь, однако, Вашим комментарием, чтобы сделать некоторые уточнения в предложенной идее. Во-первых, хочу подчеркнуть, что применение понятия абсолютной скорости материальной точки в пространстве Минковского предполагает признание существования абсолютного времени, поскольку абсолютная скорость м.т. есть производная вектора положения м.т. в пространстве Минковского по эволюционному параметру, т.е. по абсолютному времени. Во-вторых, замечу, что равный массе материальной точки модуль вектора её абсолютной скорости вычисляется в пространстве Минковского, где расстояния вычисляются по псевдоевклидовой формуле.
18.05.2009 21:35#
vlady
Скорость против "скорости"
Прежде чем говорить о скорости (абсолютной, относительной - любой), было бы неплохо сначала разобраться с понятием "расстояние", которое является первичным по отношению к понятию скорости.

Поясню на примере. Если взять ту же упрощенную вселенную, в которой нет ничего, кроме двух материальных точек, между которыми необходимо определить расстояние, то возникает вопрос: как именно это расстояние определяется? Ведь в этой вселенной нет ничего, что могло бы быть использовано для определения расстояния.

Обычно вводят систему координат и определяют расстояние с помощью этой системы координат. Но что именно есть эта система координат во вселенной, в которой нет ничего, кроме двух материальных точек? Если мы вводим систему координат, то это означает, что мы привносим в изначально рассматриваемую физическую систему (простейшую вселенную) некую дополнительную систему (координат), которая в реальной вселенной вряд ли может быть умозрителной - она должна тоже быть некоей физической системой (или совокупностью физических систем).

Исключительно важным является еще и масштаб (единичная длина), используемая для определения расстояний. Как можно задать единичную длину, если во вселенной изначально нет никаких фиксированных точек? Простейшая вселенная изначально инвариантна к масштабным преобразованиям. Но в реально наблюдаемой вселенной эта симметрия очевидным образом нарушена, и нарушена она похоже на всех доступных эксперименту уровнях шкалы расстояний. Откуда же взялась эта шкала расстояний и как именно нарушилась симметрия масштабного преобразования? Является ли это нарушение симметрии (фиксирование шкалы расстояний) абсолютным или же оно относительно? Как это может соотноситься с возможностью наличия или отсутствия абсолютной скорости?

Извиняюсь за большое число вопросительных знаков, но мне кажется, что эти вопросы довольно важные.



18.05.2009 23:09#
bayak
Скорость против "скорости"
>Прежде чем говорить о скорости (абсолютной, относительной - любой), было бы неплохо сначала разобраться с понятием "расстояние", которое является первичным по отношению к понятию скорости. ...

Насколько я понял, разобраться надо с понятием расстояния в мире Минковского. Действительно, это очень важный вопрос, ответа на который нет в учебниках, поэтому попробуем разобраться самостоятельно. Прежде всего вспомним, что функция расстояния является производной от функционала скалярного произведения векторов, а значит сначала надо дать "физическую" интерпретацию скалярному произведению.

Мне кажется, что скалярное произведение c*b есть результат воздействия векторного поля c на вектор b, т.е. количество потока, переносимого векторным полем c вдоль вектора b. А псевдевклидов функционал скалярного произведения в пространстве Минковского, скорее всего, связан с тем, что это пространство имеет свою "форму".

Что касается системы координат и масштабов вселенной, то мне кажется, что все эти компоненты являются производными от векторного поля с.
19.05.2009 13:47#
vlady
Скорость против "скорости"
>Насколько я понял, разобраться надо с понятием расстояния в мире Минковского.

Не обязательно в пространстве Минковского - мне кажется, что эта проблема общая для любого пространства. Вопрос в том, можно ли задать понятие расстояния в "пустом" пространстве? Если в пространстве имеется векторное поле, то можно ли такое пространство считать пустым? Вполне допускаю, что масштаб расстояний простейшей вселенной является вторичным (производным) по отношению к векторному полю, но действительно ли векторное поле фиксирует этот масштаб или такое пространство все еще инвариантно к масштабным преобразованиям?

19.05.2009 17:07#
bayak
Скорость против "скорости"
Если нас интересует общая проблема, то давайте обратимся к простейшему примеру, когда наша вселенная одномерна. Мне кажется, что расстояние в такой одномерной вселенной должно определятся следующими факторами. С одной стороны, линия вселенной на самом деле не прямая а винтообразная, и поэтому локально она имеет форму окружности, диаметр которой служит масштабным фактором. Один виток нашей вселенной можно принять за единицу расстояния, а если диаметр окружности, задающей локальную форму вселенной, плавает в пространстве и во времени, то можно получить переменный масштабный фактор для этого расстояния. С другой стороны, если наша вселенная движется, т.е. на ней задано векторное поле, то скорость её движения, равная отношению расстояния ко времени, тоже может служить масштабным фактором для вычисления расстояний в нашей вселенной.

Забегая немного вперёд, замечу, что по моим представлениям локальная форма мира Минковского определяется произведением трёхмерной сферы на окружность.
19.05.2009 17:26#
vlady
Скорость против "скорости"
>Один виток нашей вселенной можно принять за единицу расстояния

Это одна из возможностей. Но фиксируется ли при этом масштаб расстояний или нет? - вот в чем вопрос. Я так понимаю, что винтовую линию можно можно масштабно преобразовать. При этом ничего не измениться. Но в реальной вселенной такого сделать нельзя. Поэтому в винтовой или S1xS3-вселенной нужно каким-то образом нарушить симметрию масштабного преобразования.
19.05.2009 23:45#
bayak
Скорость против "скорости"
Да, скорее всего, масштаб расстояний не фиксируется локальной формой вселенной (она определяет лишь формулу для измерения расстояний), а фиксируется он эталонным векторным полем.
19.05.2009 17:18#
vlady
Скорость против "скорости"
Еще несколько соображений на тему расстояния и скорости. Вводя понятие расстояния в простейшей вселенной мы скорее-всего неизбежно должны ввести и понятие времени потому что в статике мы не можем в принципе знать какой объем пространства (в случае расстояния - какая часть одномерного сечения множества, используемого для математического представления пространства) отделяет одну материальную точку от другой. Для того, чтобы это узнать, мы должны сравнить эту часть одномерного сечения с единичной длиной - то есть мы должны измерить эту часть сечения (подразумевается, что единица длины, эталон, уже каким-либо образом зафиксирована). Само слово "измерить" подразумевает некое действие, процесс, упорядочивание. Так что в скрытом виде понятие длины похоже включает в себя понятие времени, которое обычно как раз и вводится для обозначения упорядоченных множеств (в данном случае времени). Ясно, что измерение расстояния в принципе не может быть сделано мгновенно по всей длине сечения, так как концы эталона длины (или копий этого эталона) должны последовательно прикладываться один к другому, причем каждое последующее прикладывание не может быть выполнено до того, как завершено предыдущее, потому что неизвестно "куда прикладывать". Таким образом, пространство автоматически преобразуется в пространство Минковского (или в псевдо-Риманово пространство) - по крайней мере, в математическом представлении. Расстояние преобразуется в 4-интервал. При этом должно также появиться некое ограничение на скорость. Скорость - не может быть бесконечной, так как это приведет к потере упорядоченности множества, используемого для измерения расстояния. Может быть эта скорость имеет какое-либо отношение к вашему векторному полю?
19.05.2009 23:56#
bayak
Скорость против "скорости"
А может быть имеет место и другой вариант, когда абсолютная скорость не ограничена а ограничение релятивистской скорости означает лишь то, что направление движения материальной точки против векторного поля с невозможно. Тем самым, мы бы дали интерпретацию и 4-импульсу (как абсолютной скорости) и релятевистской скорости (как направлению в 4-пространстве).
21.05.2009 15:39#
vlady
Скорость против "скорости"
>А может быть имеет место и другой вариант, когда абсолютная скорость не ограничена

Если скорость не ограничена, то нельзя ввести понятие времени, так как теряется возможность определения того, какое событие предшествовало какому и какое является причиной, а какое - следствием. В терминах, например, пространства-времени Минковского остается лишь пространственное сечение, на котором вряд ли даже можно задать понятие расстояния.

Теперь, если мы хотим говорить, например, о направлении движения материальной точки, то наверное сначала следует ввести само понятие материальной точки, а также понятие движения. Если в простейшей вселенной, математически представленной в виде одномерного многообразия, имеющего форму винтовой линии, определяется понятие материальной точки, то скорее всего это должно быть некое отклонение от регулярной структуры многообразия - то есть некая топологическая особенность. Если в этой вселенной имеется лишь одна материальная точка, то вряд ли можно ввести понятие движения - сравнивать то положение этой точки не с чем. Так что по необходимости придется ввести вторую материальную точку. Если за единицу расстояния принять длину одного витка, то под движением материальных точек можно наверное понимать изменение числа витков между точками.

Если теперь пропорционально изменить все размеры, то длина одного витка изменится, но число витков между материальными точками сохранится прежним. Отсюда видно, что длину витка нельзя выбрать в качестве единицы измерения расстояния, так как эта единица годится лишь для измерения расстояний в пустой вселенной - без материальных точек (то есть без частиц). Тогда не имеет смысла и само масштабное преобразование, что говорит об изначально ненарушенной масштабной симметрии вселенной. Во вселенной с материальными точками за единицу расстояния логичнее всего было бы выбрать число витков между двумя материальными точками, когда данная система находится в основном состоянии. Потенциальная энергия при этом минимальна, а силы, действующие на материальные точки (частицы), полностью сбалансированы, так как в минимуме градиент потенциала равен нулю. При этом видно, что масштабная симметрия нарушается как раз по причине появления во вселенной частиц материи (материальных точек), так как при каком угодно изменении размеров вселенной расстояние (в виде числа витков) между двумя частицами, находящимися в равновесном состоянии, не изменяется. Естественно, такое равновесное состояние - математическая идеализация, возможная только для случая системы с двумя частицами. Если во вселенной где-то имеются еще частицы, то рассматриваемая система из двух частиц будет осциллировать вблизи равновесного состояния, так как получается система не двух а большего числа тел, поведение которой, как известно, - стохастично. Но при этом все-равно остается известным точное положение равновесия между двумя точками, так что единица измерения расстояния в такой вселенной никуда не исчезает. После этого единицы измерения времени и скорости определяются автоматически, и вся система физических единиц самопроизвольно возникает по причине появления во вселенной материальных точек (частиц).
22.05.2009 00:21#
bayak
Скорость против "скорости"
Конечно, если абсолютная скорость не ограничена, то это как-то неестественно. С другой стороны, скорее всего, ограничение на массу материальной точки (частицы) имеется, и если модуль 4-импульса соответствует величине абсолютной скорости частицы в пространстве Минковского, то ограничена и эта скорость. Тем более, что частица вряд ли может двигаться быстрее чем векторное поле, которое её увлекает.

Теперь о материальной точке. Действительно, если на винтовой линии задано регулярное (постоянное) векторное поле, то никаких отметок не будет, т.к. не за что будет зацепиться глазу. А вот если имеется нерегулярность (топологическая особенность) векторного поля, то её можно рассматривать как частицу, поскольку в динамике (т.е. в зависимости от абсолютного времени) эта нерегулярность будет двигаться по винтовой линии.

Что касается единицы измерения расстояния, то в нашем простейшем случае можно было бы считать, что единица расстояние есть число витков, заметаемых частицей за единицу абсолютного времени.

А вобще говоря, чтобы почувствовать все тонкости надо, наверно, рассмотреть двумерный случай, векторного поля псевдоевклидовой плоскости, намотанной на трубу.
22.05.2009 19:24#
vlady
Скорость против "скорости"
>скорее всего, ограничение на массу материальной точки (частицы) имеется, и если модуль 4-импульса соответствует величине абсолютной скорости частицы в пространстве Минковского, то ограничена и эта скорость. Тем более, что частица вряд ли может двигаться быстрее чем векторное поле, которое её увлекает.

Теперь тут незаметно прокралось еще одно новое понятие - массы. А где определение этого нового понятия? Что есть масса в данном контексте?

Если частицы "сделаны" из векторного поля (скажем, поля скоростей), то трудно не согласиться с тем, что эти частицы не смогут превысить скорости, задаваемой полем скоростей. В этом плане верхний предел скорости СТО - тоже можно наверное назвать абсолютной скоростью.

>А вобще говоря, чтобы почувствовать все тонкости надо, наверно, рассмотреть двумерный случай, векторного поля псевдоевклидовой плоскости, намотанной на трубу.

А почему одномерный случай не годится? От него по аналогии наверное можно сразу перейти к трехмерному случаю и воспроизвести с нуля все частицы и взаимодействия наблюдаемой вселенной. Это является основной задачей физики сегодняшнего дня. Ею никто не занимается (если не принимать во внимание струнных теоретиков, которые топчутся на месте, то есть по сути - ничего не делают). Во всех существующих теориях (кроме теории струн) набор частиц, населяющих вселенную, постулируется, то есть берется из наблюдений, а не получается с нуля. Теория струн, которая претендует на получение с нуля как раз того набора частиц, который наблюдается и описывается стандартной моделью, генерирует такое множество всевозможных частиц, что с ним вряд ли разберутся все те теоретические физики, которым еще предстоит родиться в ближайший миллион лет. Так что этот путь - скорее всего заказан. Физики должны искать что-нибудь попроще, вроде вселенной намотанной на окружность или сферу. Вряд ли исходный материал вселенной может быть переусложненным, таким как, например, пространство Калаби, используемое в теории струн. Если бы это было так, то резонно возник бы вопрос: откуда берется это переусложнение и что лежит в его основе? И тогда можно опять начинать искать истоки этой переусложненности, найти ее, и опять задать этот же вопрос и т.д. - до тех пор, пока не получится окончательное заключение что исходно вселенная должна быть абсолютно простой, а все ее сложности появляются эволюционным путем и разрастаются на пустом месте, как какой-нибудь фрактал.
В этом плане неплохо было бы для начала получить возможный набор композитных структур (частиц), состоящих из топологических особенностей (простейших частиц) одномерного винтового многообразия. Для этого нужно расчитать потенциалы взаимодействий между топологическими особенностями и посмотреть, какие их конфигурации возможны, а какие - нет. Это и будет искомый набор частиц в данной модели вселенной.
23.05.2009 12:40#
bayak
Скорость против "скорости"
>Теперь тут незаметно прокралось еще одно новое понятие - массы. А где определение этого нового понятия? Что есть масса в данном контексте?

Ну почему же незаметно, в головном посте этой темы как раз и постулпрована эквивалентность модуля 4-импульса и модуля абсолютной скорости.

>А почему одномерный случай не годится?

Для тех целей, которые вы описали ниже, он может быть и годится, но тогда мы ограничиваем себя одномерной ньютоновой динамикой. А может быть вы и правы - пусть Эйнштейн с Минковским пока отдохнут.

>...В этом плане неплохо было бы для начала получить возможный набор композитных структур (частиц), состоящих из топологических особенностей (простейших частиц) одномерного винтового многообразия. Для этого нужно расчитать потенциалы взаимодействий между топологическими особенностями и посмотреть, какие их конфигурации возможны, а какие - нет. Это и будет искомый набор частиц в данной модели вселенной.

Ну для начала необходимо разобраться с потенциалами взаимодействия, которые могут возникать в рамках этой модели. Насколько я понимаю, в качестве "обобщенного потенциала" топологической особенности векторного поля можно было бы принять натуральный логарифм от коэффициента деформации модуля вакуумного векторного поля. Но если мы хотим приблизиться к реальным потенциалам взаимодействия, то надо будет вводить понятие цветного потенциала. Можно конечно ввести его феноменологически, но лучше сделать это геометрически, через коэффициент кручения вакуумного векторного поля, которое происходит в компактном пространстве, дополнительном к нашему одномерному. Кстати, потенциал, соответствующий кручению векторного поля по окружности, имеет глобальную группу симметрий U(1), локализация которой в нашем одномерии приведёт нас к "электромагнитным полям".

В этой связи, наверное, необходимо, чтобы наши построения немного соответствовали стандартной модели, по крайней мере, надо найти ту геометрию, которая делает потенциал таким же симметричным как группа U(1)xSU(2)xSU(3).
24.05.2009 15:20#
vlady
Скорость против "скорости"
>в головном посте этой темы как раз и постулпрована эквивалентность модуля 4-импульса и модуля абсолютной скорости.


Тут есть одно "но": если под абсолютной скоростью понимать максимально достижимую скорость, то 4-импульс не помогает. Масса (на примере фотона) равна нулю и вряд ли этот нуль годится для введения понятия массы. Но для начала этот вопрос можно замять.


>но тогда мы ограничиваем себя одномерной ньютоновой динамикой


Как раз наоборот - я уже упомянул, что с самого начала при введении понятия расстояния (будь то на одномоерном, двумерном или трехмерном многообразии) нам вряд ли можно обойтись без введения понятия скорости, причем скорость эта должна быть ограничена, иначе нельзя определить расстояние. В ньютоновской механике максимальная скорость равна бесконечности. Эта механика получается если в релятивистских формулах принять c= . А использование временной координаты совместно с пространственными - это уже вторичный вопрос.

Важнее действительно понять окуда берется потенциал взаимодействия. Он должен быть естественным, возникающим из исходных принципов поставленной задачи. Конечно, надо будет вводить цветное взаимодействие, но это потом. А на начальном этапе из двух предложенных вариантов (1: натурального логарифма коэффициента деформации векторного поля и 2: коэффициента кручения векторного вакуумного поля) более естесттвенным кажется второй. То есть, если мы рассматриваем многообразие, имеющее форму винтовой линии, то кручение уже заложено в исходной постановке задачи.

Кстати, если кручение является отправным пунктом задачи, то наиболее естественной топологической особенностью будет не замыкание какого-то витка на самое-себя, а перекручивание самого винтообразного многообразия (см. прикрепленный рисунок, иллюстрирующий перекручивание в одномерном случае). По-моему, такого рода топологические особенности уже где-то рассматривались в качестве возможных частиц - источников электрического поля. У них имеется естественный потенциал взаимодействия, а также два возможных знака полярности: закрученность по часовой стрелке и против оной. При одноименной закрученности такие топологические особенности отталкиваются друг от друга, а при разноименной - притягиваются и, в конечном счете, аннигилируют, так как закрутка пропадает.



Иллюстрации :
25.05.2009 02:40#
bayak
Скорость против "скорости"
>Тут есть одно "но": если под абсолютной скоростью понимать максимально достижимую скорость, то 4-импульс не помогает. Масса (на примере фотона) равна нулю и вряд ли этот нуль годится для введения понятия массы. Но для начала этот вопрос можно замять.

Можно конечно и замять, но я уточню всё же свою идею. Нулевая масса фотона означает, что его скорость относительно абсолютного пространства равна нулю, в то время как скорость фотона в относительном пространстве максимальна и равна скорости движения относительного пространства в абсолютном пространстве. Замечу при этом, что относительное пространство (пространство реального наблюдателя) движется вместе с вакуумным векторным полем и на цилиндре это будет движущаяся винтовая линия, а абсолютное пространство привязано к геометрии и на цилиндре это будет образующая цилиндра, фотон же движется по окружности цилиндра. Тем самым, фотон не увлекается вакуумным векторным полем, а материальные точки, котрые имеют массу, увлекаются так, что их скорость относительно абсолютного пространства равна их массе.

>>но тогда мы ограничиваем себя одномерной ньютоновой динамикой

>Как раз наоборот - я уже упомянул, что с самого начала при введении понятия расстояния (будь то на одномоерном, двумерном или трехмерном многообразии) нам вряд ли можно обойтись без введения понятия скорости, причем скорость эта должна быть ограничена, иначе нельзя определить расстояние. В ньютоновской механике максимальная скорость равна бесконечности. Эта механика получается если в релятивистских формулах принять c=∞ . А использование временной координаты совместно с пространственными - это уже вторичный вопрос.

В принципе да, вы правы, даже в одномерном случае, если наблюдатель движется вместе с вакуумным векторным полем, то мы получаем естественное ограничение и абсолютной и относительной скорости.

>Важнее действительно понять окуда берется потенциал взаимодействия. Он должен быть естественным, возникающим из исходных принципов поставленной задачи. Конечно, надо будет вводить цветное взаимодействие, но это потом. А на начальном этапе из двух предложенных вариантов (1: натурального логарифма коэффициента деформации векторного поля и 2: коэффициента кручения векторного вакуумного поля) более естесттвенным кажется второй. То есть, если мы рассматриваем многообразие, имеющее форму винтовой линии, то кручение уже заложено в исходной постановке задачи.

Похоже, что с винтовой линией я вас запутал. Когда мы говорим об одномерном случае, то берём одно пространственное измерение (прямую) и увязываем евклидовость этого измерения (прямой) с тем, что оно имеет форму винтовой линии. Векторное поле этой винтовой линии конечно может иметь кручение, но мне кажется, что мы должны отделить пространственные измерения от дополнительных измерений, ответственных за потенциалы взаимодействия. Впрочем, может быть можно обойтись и без этого трюка.

>Кстати, если кручение является отправным пунктом задачи, то наиболее естественной топологической особенностью будет не замыкание какого-то витка на самое-себя, а перекручивание самого винтообразного многообразия (см. прикрепленный рисунок, иллюстрирующий перекручивание в одномерном случае). По-моему, такого рода топологические особенности уже где-то рассматривались в качестве возможных частиц - источников электрического поля. У них имеется естественный потенциал взаимодействия, а также два возможных знака полярности: закрученность по часовой стрелке и против оной. При одноименной закрученности такие топологические особенности отталкиваются друг от друга, а при разноименной - притягиваются и, в конечном счете, аннигилируют, так как закрутка пропадает.

Ваш пример с перекручиванием многообразия конечно наглядный, но в этом случае мы не вписываемся в концепцию векторного поля и не получаем точечной особенности. Вместе с тем, если работать с дополнительным измерением, замкнутым в окружность, то можно будет рассматривать кручение векторного поля на цилиндре. Тогда представьте, что линии тока вакуумного векторного поля параллельны образующей цилиндра, а "электромагнитный" потенциал увяжите с кручением этих линий, и вы получите те же эффекты взаимодействия и аннигиляции, но в точечном исполнении.

Если мы будем двигаться дальше, то нам не обойтись без определения геометрии дополнительного пространства, в котором кручение векторного поля имеет симметрии группы SU(2) или SU(3).

26.05.2009 14:03#
vlady
Скорость против "скорости"
>Похоже, что с винтовой линией я вас запутал. Когда мы говорим об одномерном случае, то берём одно пространственное измерение (прямую) и увязываем евклидовость этого измерения (прямой) с тем, что оно имеет форму винтовой линии.

Поэтому то я хотел сначала разобраться с одномерным случаем (соответствующим двумерному пространству-времени). Не совсем понятно, что понимать под евклидовостью в одномерном случае, ведь евклидовость изначально определяется для случая, как минимум, с двумя пространственными измерениями (определяя расстояние через квадратичную форму приращений двух координат). В одномерном случае квадратичная форма получается тавтологичной, так что одномерное пространство конечно можно называть евклидовым, а можно и нет - разницы от этого никакой не будет. То есть в одномерном случае нет никакой разницы между прямой или кривой линией. Поэтому-то наверное и можно представить одномерное многообразие намотанным на цилинр в виде винтовой линии.

>Ваш пример с перекручиванием многообразия конечно наглядный, но в этом случае мы не вписываемся в концепцию векторного поля и не получаем точечной особенности.

В этом-то, по-моему, и заключается положительный момент. Ведь при отсутсвии точечной особенности мы избавляемся от проблемы сингулярности. За точку, обозначающую центр частицы можно принять точку симметрии топологической особенности, в которой поле и потенциал не бесконечны, как в случае с точечными частицами. Более того - они там будут равны нулю.

Не совсем понятно, почему в одномерном случае мы не вписываемся в концепцию векторного поля. Разве нельзя задать векторное поле на одномерном многообразии? Конечно вектора в этом случае будут однокомпонентными, но ведь они будут отличаться от скаляров тем, что они будут иметь направление (например, направление скорости). Если такое многообразие намотано на цилиндр в виде винтовой линии, то это направление будет ортогонально направлению образующей цилиндра. Если материальную частицу представить в виде топологической особенности (неважно - сингулярной или несингулярной), то такая частица сможет двигаться лишь вдоль образующей цилиндра. Для такой частицы пространство будет выглядеть как двумерное - с одним скрытым измерением, соответствующим направлению векторного поля (на самом деле конечно пространство остается одномерным). Если для частицы одно (истинное) имерение скрыто, то можно рассматривать динамику частицы в одномерном случае, используя в качестве пространственного измерения образующую цилиндра (то есть "кажущееся" измерение). При этом, как я уже упоминал, масштабная инвариантность "истинного" пространственного измерения не нарушается, а для образующей цилиндра - нарушается. Более того, масштабная инвариантность сохраняется в смысле калибровочной инвариантности Вейля - то есть в смысле локальной симметрии, такой, что к каждой точке образующей цилиндра можно применить произвольное масштабное преобразование, а взаимодействие между частицами при этом не изменится, так как это взаимодействие зависит от расстояния вдоль образующей цилиндра (числа витков), а не от размера витков.
27.05.2009 01:58#
bayak
Скорость против "скорости"

>Поэтому то я хотел сначала разобраться с одномерным случаем (соответствующим двумерному пространству-времени). Не совсем понятно, что понимать под евклидовостью в одномерном случае, ведь евклидовость изначально определяется для случая, как минимум, с двумя пространственными измерениями (определяя расстояние через квадратичную форму приращений двух координат). В одномерном случае квадратичная форма получается тавтологичной, так что одномерное пространство конечно можно называть евклидовым, а можно и нет - разницы от этого никакой не будет. То есть в одномерном случае нет никакой разницы между прямой или кривой линией. Поэтому-то наверное и можно представить одномерное многообразие намотанным на цилинр в виде винтовой линии.

Евклидова прямая это прямая, которую нельзя растягивать (сжимать), поскольку её группа допустимых линейных преобразований тривиальна (SO(1)- тождественное преобразование). Если прямую намотать на окружность и зафиксировать две противоположные точки окружности и её диаметр, то мы получим тождественное преобразование окружности, которое индуцирует тождественно преобразование прямой, т.е. прямая становится евклидовой. Когда я говорил, что винтовая линия может интерпретироваться как евклидова прямая, то имел ввиду её наматывание на окружность цилиндра с фиксированным шагом, иначе винтовая линия должна рассматриваться как линия псевдоевклидовой плоскости. По-моему путаница как раз здесь. Давайте далее первый случай называть одномерным а второй - двумерным. В первом случае векторное поле одномерно (лежит на линии) а во втором - двумерно (лежит на цилиндре).

>В этом-то, по-моему, и заключается положительный момент. Ведь при отсутсвии точечной особенности мы избавляемся от проблемы сингулярности. За точку, обозначающую центр частицы можно принять точку симметрии топологической особенности, в которой поле и потенциал не бесконечны, как в случае с точечными частицами. Более того - они там будут равны нулю.

Сингулярность тут только с потенциалами, а геметрически это означает, что линия тока векторного поля в какой=то точке образующей цилиндра выродилась в окружность, т.е. в этой точке линия перекрутилась. По-моему это не плохо, да и электроны у нас точечные частицы.

>Не совсем понятно, почему в одномерном случае мы не вписываемся в концепцию векторного поля...

Имелось ввиду, что пример с перекручиванием 2-многообразий не вписывается в концепцию векторного поля. Вместе с тем, мой пример с перекручиванием одномерных подмногообразий 2-многообразия подходит, поскольку 1-многообразия это линии тока векторного поля.

27.05.2009 14:01#
vlady
Скорость против "скорости"
>Сингулярность тут только с потенциалами, а геметрически это означает, что линия тока векторного поля в какой=то точке образующей цилиндра выродилась в окружность, т.е. в этой точке линия перекрутилась. По-моему это не плохо, да и электроны у нас точечные частицы.

Понятно, что электроны точечные, если их постулировать точечными, а если при построении модели ничего не постулировать, а отталкиваться от первых принципов, то точечность электронов совсем не очевидна. Возникает законный вопрос: если электроны (или какие другие частицы) точечные, то откуда берутся наблюдаемые свойства электрона, которые отличают его от других частиц, скажем, того же фотона или нейтрино? Получается, что эти различия между частицами следует постулировать (как это везде сейчас и делается). Если все свойства запостулировать с самого начала, тогда лучше использовать стандартную модель, в которой это уже сделано. Имеет смысл только такая модель, в которой не постулируется ничего, кроме свойств пространства и времени, и не используется никаких произвольных входных параметров, которые требовалось бы подбирать таким образом, чтобы предсказания модели хотя бы приблизительно были похожи на то, что наблюдается в природе.

В предлагаемой вами модели не совсем понятна причина, по которой ни с того, ни с сего винтовая линия вдруг иногда вырождается в окружность. Да еще после этого по неизвестным опять же причинам она опять должна вернуться в состояние регулярной винтовой линии.

>Евклидова прямая это прямая, которую нельзя растягивать (сжимать)

Я и не говорю, что мы должны растягивать или сжимать прямую линию, наматывая ее на окружность (это как раз и будет произвольным масштабным преобразованием). Возможность этого преобразования без ущерба для потенциала взаимодействия между частицами (топологическими особенностями) появляется уже после наматывания. И эта возможность является важной, так как позволяет естественным образом объяснить нарушение симметрии масштабной инвариантности вселенной, каковое реально и наблюдается, но каковое не объяснияется ни одной из ныне существующих моделей. Даже вопрос такой стараются обходить стороной, как очень неприятный. Только Фейнман (как видимо один из самых смелых) слегка коснулся этого вопроса в одной из своих лекций. А так - глухое молчание.

28.05.2009 00:55#
bayak
Скорость против "скорости"

>Понятно, что электроны точечные, если их постулировать точечными, а если при построении модели ничего не постулировать, а отталкиваться от первых принципов, то точечность электронов совсем не очевидна. Возникает законный вопрос: если электроны (или какие другие частицы) точечные, то откуда берутся наблюдаемые свойства электрона, которые отличают его от других частиц, скажем, того же фотона или нейтрино? Получается, что эти различия между частицами следует постулировать (как это везде сейчас и делается). Если все свойства запостулировать с самого начала, тогда лучше использовать стандартную модель, в которой это уже сделано. Имеет смысл только такая модель, в которой не постулируется ничего, кроме свойств пространства и времени, и не используется никаких произвольных входных параметров, которые требовалось бы подбирать таким образом, чтобы предсказания модели хотя бы приблизительно были похожи на то, что наблюдается в природе.

Вы правы, точечность электрона (фотона) это физический факт а у нас векторная модель, у которой могут быть (или не быть) особенности векторного поля. Просто если в этой модели возникает особенность, то она возможно имеет топологию окружности а в пространстве наблюдателя проявляет себя как точка. Возможно также, что разнообразие точечных частиц связано с формой топологической особенности, которую она приобретает в дополнительном (компактном) пространстве, а не в основном пространственно-временном цилиндре.

>В предлагаемой вами модели не совсем понятна причина, по которой ни с того, ни с сего винтовая линия вдруг иногда вырождается в окружность. Да еще после этого по неизвестным опять же причинам она опять должна вернуться в состояние регулярной винтовой линии.

Вы правы, геометрия векторных полей должна подчиняться некоторым уравнениям. В этой связи, для пространства Минковского можно задать уравнение минимальности векторного поля, но как модифицировать это уравнение для пространственно-временного цилиндра я не знаю. А если на пространственно-временной цилиндр навесить ещё и дополнительное пространство, то задача усложняется вдвойне. Впрочем, может быть задача и не такая уж сложная, просто надо её корректно сформулировать.

>Я и не говорю, что мы должны растягивать или сжимать прямую линию, наматывая ее на окружность (это как раз и будет произвольным масштабным преобразованием). Возможность этого преобразования без ущерба для потенциала взаимодействия между частицами (топологическими особенностями) появляется уже после наматывания. И эта возможность является важной, так как позволяет естественным образом объяснить нарушение симметрии масштабной инвариантности вселенной, каковое реально и наблюдается, но каковое не объяснияется ни одной из ныне существующих моделей. Даже вопрос такой стараются обходить стороной, как очень неприятный. Только Фейнман (как видимо один из самых смелых) слегка коснулся этого вопроса в одной из своих лекций. А так - глухое молчание

 А что такое нарушение симметрии масштабной инвариантности вселенной?

28.05.2009 14:24#
vlady
Скорость против "скорости"
Масштабная инвариантность (в английском варианте scale invariance) это довольно важное понятие. В двух словах - теория (в данном случае - теория поля) масштабно инвариантна, если в ней нет характеристической длины. Тогда, растягивая или сжимая все расстояния, получаем исходные уравнения теории без изменений. В квантовой механике понятие масштабной инвариантности несколько модифицируется, но мы говорим не о квантовой теории. В википедии есть более-менее сносная статья о масштабной инвариантности. В качестве примера масштабно-инвариантной теории там приводится теория Максвелла при отсутствие зарядов. Последний момент как раз и говорит о том, что масштабная инвариантность вселенной нарушена с того момента, когда в ней появилась материя (заряды). Многообразие, математически описывающее пространство, изначально масштабно-инвариантно в том случае, когда в нем нет частиц (топологических особенностей). Оно даже остается масштабно-инвариантным при появлении одной топологической особенности, так как мы можем все размеры увеличить или уменьшить в произвольное число раз, но все останется тем же самым, так как этой топологической особенности (частице) не с чем взаимодействовать. Но, как только появляется вторая частица (вторая топологическая особенность), то сразу возникают взаимодействия между этими двумя частицами. Это приводит к тому, что сразу становится известным расстояние между частицами, соответствующее их основному состоянию (или минимуму потенциала взаимодействия между ними). Это расстояние является характеристическим. Его можно использовать в качестве единицы длины. Можно конечно придумать модель, в которой при изменении всех размеров многообразия с двумя топологическими особенностями характеристическое расстояние изменяется пропорционально всем остальным размерам. Но для этого нужно чтобы потенциал взаимодействия масштабировался линейно при изменении масштаба расстояний. Но естественным образом - без каких либо ухищрений в модели - такое линейное масштабирование потенциала вряд ли возможно. Отсюда возникает естественное (самопроизвольное) нарушение симметрии масштабного преобразования. Известно, что в природе эта симметрия действительно нарушена, так как нельзя взять, да и произвольно изменить размеры какого-либо физического тела или системы - взаимодействия между молекулами, атомами, компонентами составных частиц (например, кварками в протоне или нейтроне) и т.п. не будут масштабироваться линейно. Скорее всего в масштабной инвариантности вселенной нет никакой мистики - все происходит из-за нелинейности природы. В естественных моделях, описывающих пространство, время и материю, все должно происходить точно также, как и в природе., то есть из-за нелинейности модели в ней должна возникать естественная единица длины, которая автоматически влечет за собой возникновение естественных единиц времени, скорости, углового момента (энергии) и т.д. Отсюда следует, что модель, наиболее точно описывающая частицы, их взаимодействия между собой и соотношения между фундаментальными постоянными природы, должна быть самодостаточной и не должна иметь произвольных входных параметров. Все в такой модели должно возникать естественным образом - и потенциал взаимодействия между частицами, и число полярностей этих частиц, определяющее состав возникающих стабильных конфигураций этих частиц (разнообразие наблюдаемых форм материи). Точно также и массы (энергии) этих конфигураций должны возникать естественным образом. Это можно использовать в качестве исходного принципа для построения такой модели.
29.05.2009 10:24#
bayak
Скорость против "скорости"
Я так понял, что относительно нашей модели, нарушение масштабной инвариантности означает следующее - вакуумное векторное поле конформно-симметрично, и поэтому в модели можно менять расстояния, но если векторное поле включает в себя фиксированное вакуумное поле и более одной топологической особенности, то конформная симметрия такого векторного поля нарушается.
29.05.2009 14:51#
vlady
Скорость против "скорости"
Да, именно это я и имел ввиду. Единственное, что тут требуется, - это найти как можно было бы естественным образом получить реально расчитываемое взаимодействие между частицами. Здесь возможны три типа топологических особенностей (может вы сможете увидеть еще какие-нибудь?):

1) когда витки замыкаются сами на себя (ваш исходный вариант);

2) когда плотность витков на единицу длины вдоль образующей цилиндра локально возрастает (что соответствует возбуждению типа солитона);

3) когда плотность витков вдоль образующей цилиндра остается постоянной, но сам цилиндр однократно (или многократно) перекручивается - как показано на моем рисунке в одном из предыдущих постов.

Мне кажется, что 2-й и 3-й варианты более естественны, так как известны естественные пути образования солитонов, а перекручивание винтообразных многообразий всегда наблюдается в природе если крутильные напряжения превосходят некий предел, определенный внутренними свойствами многообразия (в качестве примера можно взять длинную тонкую пружину). Эта естественность дополняется тем, что потенциал взаимодействия в двух последних случаях расчитывается автоматически и ничего дополнительного, кроме исходных свойств многообразия постулировать не надо
(естественно, мы пока говорим о пространственно-одномерном многообразии).

В качестве одного из основных свойств многообразия выступает упругость (опредляющая параметры солитона или предел кручения, после которого происходит образование топологической особенности в виде перекрутки). Эта упругость эквивалента наличию верхнего предела на скорость, математически представленную в виде вашего векторного поля. Как мы уже выяснили, этот же предел определяет масштаб расстояний вдоль образующей цилиндра. Таким образом, в вашей модели похоже можно задаться одним единственным параметром - упругостью или, - что то же самое - предельной (абсолютной?) скоростью. Этот параметр можно положить равным единице. Тогда получается, что ваша модель может работать вообще без входных параметров - все будет выражено в единицах этой абсолютной скорости.

Это как раз то, что и нужно для создания самодостаточной модели вселенной с нуля.

30.05.2009 08:37#
bayak
Скорость против "скорости"
Тут есть над чем подумать. Действительно, диффеоморфизмы (изгибания) нашего цилиндра можно описывать векторными полями а кручению цилиндра приписать упругость. Самое замечательное, что при этом, наверное, можно обойтись без введения дополнительных измерений. Однако меня смущает то, что фактически мы постулируем упругость движущейся матери, т.е. "идеальной жидкости", которая заполняет наш цилиндр. Если такое совмещение возможно, то я бы соединил вариант 1 и 3, причём первый вариант (для масс) реализуется топологической особенностью векторного поля скоростей частичек "идеальной жидкости", а второй (для зарядов) реализуется топологическим перекручиванием упругой "идеальной жидкости".
31.05.2009 14:27#
vlady
Скорость против "скорости"
>что при этом, наверное, можно обойтись без введения дополнительных измерений.

!!!!

А я о чем говорю? В вашей модели все необходимые пространственные измерения можно смоделировать используя всего лишь одно-единственное одномерное многообразие. В одном из предыдущих комментариев я упомянул, что при навивке одномерноно многообразия на цилиндр возможные топологические особенности (частицы) могут двигаться только вдоль образующей цилиндра. То есть для таких частиц реальное пространственное измерение (перпендикулярное образующей цилиндра) как бы не существует, а существует лишь "кажущееся" измерение вдоль образующей цилиндра. Таким образом, получается "как бы" двумерное многообразие с одним скрытым измерением. Аналогичным образом можно получить "кажущиеся" второе и третье пространственные измерения, имея в качестве основы лишь исходное одномерное многообразие (скрытое измерение).

В вашем ответе на такое предложение, как мне показалось, была высказана мысль, что полученное при навивке на цилиндр многообразие и нужно трактовать как двумерное, используя математику двумерных поверхностей. Но ведь это неверно - топологически многобразие как было одномерным, так оно и осталось, как бы мы плотно его ни навивали. В этом то и заключается суть одномерного варианта вашей модели. Конечно можно навивать и двумерные и трехмерные многообразия, но это уже топологически другие варианты вашей модели. В одномерном же варианте, постулируя упругость многообразия (что равносильно постулированию ограничения на максимальную скорость), мы получаем все необходимые параметры взаимодействия материальных точек (частиц) между собой и вообще - все физические законы - практически из ничего (из первых принципов модели).

Если при этом окажется, что после рассмотрения всех деталей модели, получающихся для эффективного трехмерного пространства (т.е. - для "кажущегося" трехмерного пространства, основанного на многократно скрученном одномерном многообразии), эти детали будут соответствать физическим характеристикам реально наблюдаемой вселенной, то такая модель может рассматриваться в качестве кандидата на модель, объединяющую все фундаментальные взаимодействия, включая гравитационное. Основными физическими характеристиками, которые требуется воспроизвести, являются

- состав наблюдаемых фундаментальных частиц (электрон, фотон, u- и d-кварки, их аналоги второго и третьего семейств частиц, бозоны слабого взимодействия и т.д.);

- относительные силы гравитационного, электромагнитного, слабого и цветного взаимодействий);

- число полярностей (цветов) цветного взаимодействия;

- причину спонтанного нарушения симметрии электрослабого взаимодействия;

- зарядовую асимметрию вселенной;

и т.д. и т.п.

Но для начала было бы достаточным определить потенциал взаимодействия между топологическими особенностями, число цветов цветового взаимодействия и состав получающихся фундаментальных частиц, в качестве которых можно рассматривать конфигурации различного числа топологических особенностей, соответствующие наиболее глубоким минимумам потенциала взаимодействия между этими топологическиеми особенностями в эффективном трехмерном пространстве. После этого можно было бы рассмотреть динамику получающихся систем частиц.

31.05.2009 18:28#
bayak
Скорость против "скорости"
Однако крутой излом мысли. Я имел ввиду возможность избавиться от измерений, дополнительных к пространственно-временной размерности, т.е. превышающих цифру 4, а вы пошли ещё дальше - усмотрели возможность остаться в одномерии.

Не исключено, что указаная вами возможность имеется, но всё же надо знать геометрию объемлющего многообразия, в котором одномерное многообразие приобретает форму, тогда только можно будет говорить о свойствах топологических особенностей одномерного многообразия. Например, если мы рассматриваем 4-многообразие, которое получается сворачиванием протсранства Минковского на произведение S3xS1, то свёрнутое в колечко одномерное моногообразие (топологическая особенность винтовой линии), лежащее на произведении 3-сферы и окружности, описывается алгеброй, изоморфной алгебре матриц Дирака. С другой стороны, если мы рассмотрим алгебру больших окружностей, лежащих на 3-сфере, то она будет изомофна всего лишь алгебре матриц Паули. Тем самым, из этого примера видно, что геометрия объемлющего многообразия очень важна.

Конечно, ваша идея об упругости одномерного многообразия может привести нас к механизму потенциального взаимодействия, но без геометрии объемлющего многообразия здесь тоже не обойтись. В этой связи замечу, что по моим наблюдениям одномерное многообразие, обвивающее без самопересечений всю сферу за исключением её полюсов, обладает симметриями группы SU(2), а обвивающее 3-сферу, - симметриями группы SU(3).
01.06.2009 16:09#
vlady
Скорость против "скорости"
>В этой связи замечу, что по моим наблюдениям одномерное многообразие, обвивающее без самопересечений всю сферу за исключением её полюсов, обладает симметриями группы SU(2), а обвивающее 3-сферу, - симметриями группы SU(3).


Хорошо. Скорее всего я тут для пущего эффекта несколько перегнул палку. Можно оставить это в виде отдаленной гипотезы. А насчет упомянутых симметриий одномерного многообразия, намотанного на 2- или 3-сферу, это я тоже заметил. При этом, если вселенную математически представить в виде 3-сферы, то тогда естественным образом возникает объяснение числу цветовых полярностей цветного взаимодействия (которое, согласно экспериментальным данным, должно быть равно трем). Остается найти потенциал взаимодействия между материальными точками. Из всех рассуждений предыдущих комментарив - этот потенциал скорее-всего должен однозначно определяться предельной (абсолютной) скоростью. Вопрос в том каково конкретное математическое выражение для этого потенциала?. Проще всего наверное было бы получить его для скрученного одномерного случая. Но это "проще-всего" все-таки не так уж и тривиально. Простой является только формулировка задачи для скрученного многообразия. Ввиду простоты формулировки наверняка такая задача уже кем-нибудь из математиков уже была решена. Так что вместо ее решения надо наверное поискать, кто, когда и как ее решил. Напрашивающимся разделом математики для поисков может быть теория узлов.
01.06.2009 22:16#
bayak
Скорость против "скорости"

>Хорошо. Скорее всего я тут для пущего эффекта несколько перегнул палку. Можно оставить это в виде отдаленной гипотезы.

А мне кажется, что это полезная идея. Ведь всякое гладкое векторное поле имеет семейство линий тока, а ваше одномерное многообразие и есть одна из линий этого семейства. Конечно, рассматривая одну кривую линию вместо совокупности кривых линий, мы получим не полную картинку (представление) векторного поля, но зато более наглядную

 >...Вопрос в том каково конкретное математическое выражение для этого потенциала?...

В качестве потенциала можно попробовать взять гиперболический угол наклона винтообразной линии, который, кстати, стремится к бесконечности, когда линия вырождается в окружность. Предварительно, для вычисления этого гиперболического угла, надо псевдоевклидову плоскость намотать на цилиндр так, чтобы одна изотропная прямая легла на образующую а другая намоталась на окружность цилиндра. Однако так можно получить только однополярный (гравитационный) потенциал, при этом нулевой потенциал будет соответствовать регулярной винтовой линии. А как получить математическое выражение для двухполярного (зарядового) потенциала я не представляю. Только мне кажется, что он должен быть величиной производной от модуля векторного поля, т.е. связан с коэффициентом сжатия (растяжения) одномерного многообразия, которое мы ассоциируем с линией тока векторного поля. Тогда локальное кручение винтовой линии в одну сторону мы зададим с помощью локального растяжения вдоль линии, а кручение в другую сторону - с помощью сжатия вдоль винтовой линии.

Владимир, а что это мы ухватились за потенциалы, когда в физике есть такое замечательное понятие как калибровочные поля. Здаётся мне, что электромагнитное калибровочное поле будет эквивалентно полю продольных (вдоль окружности) изгибаний нашего цилиндра. Про калибровочные поля обобщённо и с примерами написано на стр. 333 и далее в книге Новикова Тайманова "Современные геометрические структуры и поля".

03.06.2009 13:37#
vlady
Скорость против "скорости"
>В качестве потенциала можно попробовать взять ...

Хотелось бы, чтобы характер взаимодействия между топологическими особенностями возникал в модели самопроизвольно, а не путем специального выбора. Если использовать гиперболический угол, то не совсем понятно, каким образом реализуются заряды и притягивающие и отталкивающие силы между ними. А насчет полей и потенциалов - мне кажется это две стороны одной медали (разные способы описания характера взаимодействия между частицами). Я поищу книгу Новикова и Тайманова, но насколько я себе представляю, впервые попытку объяснить характер электромагнитного взаимодействия с помощью калибровочных полей предпринял Вейль. Вроде бы у него это получилось. Он как раз использовал калибровочную инвариантность в смысле возможности произвольного масштабного преобразования в каждой точке, которое мы тут как раз и обсуждали.. За счет этого из чистой геометрии у него получилось что-то вроде уравнений Максвелла. Скорее всего об этом должно упоминаться в книге Новикова и Тайманова.
03.06.2009 20:38#
bayak
Скорость против "скорости"

>Хотелось бы, чтобы характер взаимодействия между топологическими особенностями возникал в модели самопроизвольно, а не путем специального выбора. Если использовать гиперболический угол, то не совсем понятно, каким образом реализуются заряды и притягивающие и отталкивающие силы между ними.

Безусловно, взаимодействие должно определяться естественным образом. Если мы рассматриваем топологические особенности как особенности векторного поля псевдоевклидовой плоскости, накрывающей цилиндр, то взаимодействие топологических особенностей должно определяться геометрией векторного поля (с особенностями) псевдоевклидовой плоскости, а геометрия векторного поля должна задаваться вариационным принципом максимальности векторного потока. А поскольку такое векторное поле должно быть единичным, то врьируя гиперболический угол, можно получить необходимые дифференциальные уравнения для гпотенциала. Так, наверное, можно получить взаимодействие точечных масс, а взаимодействие зарядов, похоже, вне этого механихма.

>А насчет полей и потенциалов - мне кажется это две стороны одной медали (разные способы описания характера взаимодействия между частицами).

Не совсем так, поле это векторная (или матрично-векторная) функция, а потенциал это скалярная функция. Насколько я помню, електрический потенциал это всего лишь одна компонента вектор-потенциала.

> Я поищу книгу Новикова и Тайманова, но насколько я себе представляю, впервые попытку объяснить характер электромагнитного взаимодействия с помощью калибровочных полей предпринял Вейль. Вроде бы у него это получилось. Он как раз использовал калибровочную инвариантность в смысле возможности произвольного масштабного преобразования в каждой точке, которое мы тут как раз и обсуждали.. За счет этого из чистой геометрии у него получилось что-то вроде уравнений Максвелла. Скорее всего об этом должно упоминаться в книге Новикова и Тайманова.

О калибровочной инвариантности по Вейлю в книге Новикова и Тайманова не упоминается, но об этом кажется есть в примечаниях к книге Паули о теории относительности. Кстати, современное понимание термина калибровочной (масштабной) инвариантности по Вейлю, наверное, можно связать с локальным сохранением группы конформных преобразований.

И ещё, вот здесь Владимир Наседкин дал мне ссылку на электронную версию книги Новикова и Тайманова.

04.06.2009 14:18#
vlady
Скорость против "скорости"
>Не совсем так, поле это векторная (или матрично-векторная) функция, а потенциал это скалярная функция.

По-моему, упоминаемая векторная функция является векторным потенциалом, соответствующим пространственным компонентам 4-потенциала (временному компоненту соответствует скалярный потенциал). Полю же в данном случает соответствует тензор Fij, в котором в компактной форме закодированы электрическое и магнитное поля. Я же имел виду то, что потенциалы и поля можно использовать взаимозаменяемо, так как поле определяется через градиент потенциала, а потенциал - через интегрирование поля (как в одномерном, так и в четырехмерном вариантах).

Мне не совсем понятно насчет трудностей с поиском в вашей модели положительной и отрицательной полярностей зарядов, соответствующих топологическим особенностям. Если выбрать в качестве зарядов топологические особенности в виде перекрутки многообразия, то два таких заряда с одноименным направление перекрутки (скажем, оба - в направлении по часовой стрелке) будут отталкиваться друг от друга чтобы минимизировать перекрутку. И наоборот, минимизация перекрутки при разноименно закрученных топологических особенностях возможна только тогда, когда эти особенности притягиваются друг другу ( с конечным результатом в виде нулевой перекрутки при совпадении центров топологических особенностей).

05.06.2009 09:10#
bayak
Скорость против "скорости"

>По-моему, упоминаемая векторная функция является векторным потенциалом, соответствующим пространственным компонентам 4-потенциала (временному компоненту соответствует скалярный потенциал). Полю же в данном случает соответствует тензор Fij, в котором в компактной форме закодированы электрическое и магнитное поля. Я же имел виду то, что потенциалы и поля можно использовать взаимозаменяемо, так как поле определяется через градиент потенциала, а потенциал - через интегрирование поля (как в одномерном, так и в четырехмерном вариантах).

Если в качестве поля брать производный от вектор-потенциала А тензор, т.е. внешнюю производную Fij=dA, то потенциал это всего лишь одна компонента вектор-потенциала А, поэтому, вычисляя градиент потенциала, мы получаем напряженность одной из (электрической) компонент поля.

>Мне не совсем понятно насчет трудностей с поиском в вашей модели положительной и отрицательной полярностей зарядов, соответствующих топологическим особенностям. Если выбрать в качестве зарядов топологические особенности в виде перекрутки многообразия, то два таких заряда с одноименным направление перекрутки (скажем, оба - в направлении по часовой стрелке) будут отталкиваться друг от друга чтобы минимизировать перекрутку. И наоборот, минимизация перекрутки при разноименно закрученных топологических особенностях возможна только тогда, когда эти особенности притягиваются друг другу ( с конечным результатом в виде нулевой перекрутки при совпадении центров топологических особенностей).

В качественном плане действительно трудностей не возникает, но как тут выйти на формулы не знаю. Кроме того, в моей базовой модели из условия минимальности векторного поля следует постоянство модуля векторного поля.

04.06.2009 14:49#
vlady
Скорость против "скорости"
Мне бы еще раз хотелось вернуться к масштабному преобразованию и введенному вами вектроному полю скоростей - в плане вопроса о том, откуда вообще берется это векторное поле.

Предположим, что заряды (топологические особенности) уже каким-то образом заданы на одномерном спиралеобразном многообразии. Предположим также, что мы уже нашли потенциал (или поле) взаимодействия между различными зарядами и что минимуму этого потенциала соответствует некоторое вполне определенное ненулевое расстояние между двумя взаимодействующими зарядами, выраженное в единицах числа витков многообразия.

К этой системе можно применить преобразование изменения масштаба. При этом возможны два варианта: (1) изменяется радиус витков и (2): радиус витков остается фиксированным. Для обоих вариантов расстояние равновесия - число витков - между зарядами, соответствующее минимуму потенциала системы остается неизменным.

Выберем второй вариант, когда радиус цилиндра, на который намотано одномерное многообразие, - зафиксирован. Масштабное преобразование является математической операцией, поэтому в принципе нельзя говорить о том, что оно осуществляется в каких-либо временных рамках (то есть следует принять, что скорость такого преобразования - бесконечна). Но, если мы предположим, что это преобразование является физическим процессом, то оно должно осуществляться с некоторой конечной скоростью.

Если, например, мы растягиваем многообразие, то вопрос заключается в том, что это означает для системы из двух зарядов, находящихся в равновесии? Это означает, что при фиксированном радиусе цилиндра длина этого цилиндра будет расти. При этом расстояние между зарядами, выраженное в единицах числа витков, будет сохраняться, а заряды будут постоянно сдвигаться вдоль образующей цилиндра навстречу друг другу для того, чтобы сохранить это расстояние равновесия. Если где-то на большом расстоянии от равновесной системы двух зарядов имеется еще одна подобная система, то с ней будет происходить то же самое, но расстояние между двумя системами будет постоянно увеличиваться со временем.

Используя эту такую упрощенную модель, можно предположить, что физическим источником векторного поля скоростей в вашей модели может являться динамика расширяющейся или сжимающейстя вселенной как целого.
06.06.2009 09:31#
bayak
Скорость против "скорости"

>...Используя эту такую упрощенную модель, можно предположить, что физическим источником векторного поля скоростей в вашей модели может являться динамика расширяющейся или сжимающейстя вселенной как целого.

Если использовать накрытие цилиндра псевдоевклидовой плоскостью, тогда растягивание цилиндра по образующей вместе с равным ему стягиванием цилиндра по окружности эквивалентно псевдоевклидову повороту постоянного (вакуумного) векторного поля. Тем самым, эволюционное изменение вакуумного векторного поля, т.е. его псевдоевклидов поворот, можно сопоставить с динамикой расширяющейся вселенной, но его мгновенную составляющую надо ассоциировать с чем-то другим. В моей базовой модели вакуумное векторное поле вместе с его топологическими особенностями приравнивается к полю скоростей частичек материи ("идеальной" жидкости), движущейся на цилиндре.

10.06.2009 14:23#
vlady
Скорость против "скорости"
...Тем самым, эволюционное изменение вакуумного векторного поля, т.е. его псевдоевклидов поворот, можно сопоставить с динамикой расширяющейся вселенной, но его мгновенную составляющую надо ассоциировать с чем-то другим...

Еще до рассмотрения возможности эволюционного изменения векорного поля требуется понять откуда вообще это вектроное поле может взяться. Поэтому я и предложил в качестве источника поля взять процесс расширения или сжатия многообразия. Если процесс расширения стационарный, то поле - постоянное и о его динамике говорить не приходится. Да этого пока и не требуется - требуется определить локальную мгновенную составляющую, связанную с наличием топологических особенностей. Если использовать поле скоростей идеальной жидкости, то в одномерном спиралеобразном случае локальные изменения поля могут быть выявлены в виде локальных поворотов поля, рассмотренных во внешнем по отношению к одномерной спирали пространстве. В пределах же одномерного многообразия скорость для каждой точки будет одной и той же. Для такого одномерного случая наверное в принципе не должно быть проблемой получить количественные оценки локальных изменений поля (формулы).
11.06.2009 01:56#
bayak
Скорость против "скорости"

>...Для такого одномерного случая наверное в принципе не должно быть проблемой получить количественные оценки локальных изменений поля (формулы).

Если рассматривать вариационную задачу для интегрального функционала от квадрата потенциального векторного поля псевдоевклидовой плоскости, то мы получим 1-мерное волновое уравнение, которому должен удовлетворять потенциал. Можно ещё рассматривать вариационную задачу для функционала потока векторного поля переносимого через произвольную площадку (пространственноподобный отрезок) псевдоевклидовой плоскости. Тогда мы получим другое (более сложное) дифференциальное условие, которому должны удовлетворять поверхности (линии) уровня потенциала градиентного векторного поля. Все эти дифференциальные условия справедливы вне особенностей векторного поля, а как включить в модель особенности векторного поля псевдоевклидовой плоскости что-то не соображу.

11.06.2009 14:36#
vlady
Скорость против "скорости"
...Все эти дифференциальные условия справедливы вне особенностей векторного поля, а как включить в модель особенности векторного поля псевдоевклидовой плоскости что-то не соображу.

Мне кажется, что для случая с топологической особенностью в виде перекрученной спирали надо искать готовое решение в такой области, как нелинейная динамика. Там известны методы, использующие аналогии между статическими и динамическими системами. В качестве примера можно назвать динамическую аналогию Кирхгоффа между статическими деформациями эластичного стержня и движениями крутящегося маятника или между перекрученным стержнем и движением волчка (там динамической аналогией спиральной деформации соответствует прецессия волчка). Я нашел ссылку по поводу деформации перекрученного стержня, но пока еще ее не смотрел: A.R.Champneys, Homoclinic orbits in reversible systems and their applications in mechanics, fluids and optics, Physica D, 112, 158-186 (1998); A.R.Champneys, G.W.Hunt,J.M.T.Thompson (eds.), Localization and Solitary Waves in Solid Mechanics (World scientific, Singapore, 1999)

В случае замыкания витка спирали самого на себя наверное есть похожии аналогии, но мне кажется, что в этой деформации есть что-то неестественное. Если мы перекручиваем стержень или длинную пружину, то состояние с наименьшей энергией соответствует локализованной петле в середине стержня с концами стержня асимптотически приближающимися к прямой. Если мы замыкаем виток у спирали, то энергия такого состояния вряд ли будет минимальна.

12.06.2009 11:01#
bayak
Скорость против "скорости"

>В случае замыкания витка спирали самого на себя наверное есть похожии аналогии, но мне кажется, что в этой деформации есть что-то неестественное. Если мы перекручиваем стержень или длинную пружину, то состояние с наименьшей энергией соответствует локализованной петле в середине стержня с концами стержня асимптотически приближающимися к прямой. Если мы замыкаем виток у спирали, то энергия такого состояния вряд ли будет минимальна.

Действительно, есть что-то неестественное в образовании топологической особенности в виде компактификации спирали, но если мы наделим нашу спираль внутренней степенью свободы, полагая, что линия спирали сама по себе обладает упругостью, т.е. сопротивлением к её перекручиванию как струны, то локальная топологическая скрутка спирали по идее должна вызвать локальную топологическую компактифмкацию спирали. Кстати, это свойство топологических особенностей могло бы объяснить механизм приобретение массы частицами с электрическим зарядом.

И ещё, всё это очень созвучно с теорией Александра Кирьяко, в которой частицы суть закольцованные электро-магнитные волны. Приглянитесь к ней, возможно там мы найдём нужные аналогии.

15.06.2009 21:49#
vlady
Скорость против "скорости"
...локальная топологическая скрутка спирали по идее должна вызвать локальную топологическую компактифмкацию спирали

Это требуется показать математически. Я подозреваю, что такое формирование будет неустойчивым, то есть, что там не будет локального минимума энергии. А вот то, что при глобальной скрутке спирали такой локальный минимум имеется - факт достоверный. Это известно как из теории, так и из практики. Например, если спираль замкнута в кольцо (чтобы не закреплять концы спирали в бесконечности), то устойчивость петли демонстрируется весьма наглядно. Я думаю каждый пробовал перекручивать резиновое или пружинное кольцо и наблюдал, что само по себе оно никогда не раскручивается. На этом основаны многие модели элементарных частиц.

Скорее всего идея Александра Кирьяко о представлении частиц в виде закольцованных электромагнитных волн - из той же серии. Но эта идея далеко не нова. Довольно интересная теория электрона, представленного в таком виде подробно описана в статье Дж. Вильямсона и М. ван дер Марка:

J.G.Williamson, M.B. van der Mark, "Is the electron a photon with toroidal topology?"
http://www.cybsoc.org/electron.pdf

Когда я исследовал движение преонов с цветовыми зарядами (в соответсвующей модели цветных преонов), то у меня тоже получилась очень похожая конфигурация цветовых токов. При замыкании структуры в кольцо (будь то обычная молекула, нуклон или гипотетические компоненты элементарных частиц, которые я называю преонами) энергия такой структуры минимизируется, а структура приобретает стабильность. И наоборот, - если структура по какой-либо причине не может замкнуться в кольцо, то наиболее вероятно, что такая структура быстро распадется из-за постоянных хаотических колебаний.
16.06.2009 10:44#
bayak
Скорость против "скорости"

>Это требуется показать математически. Я подозреваю, что такое формирование будет неустойчивым, то есть, что там не будет локального минимума энергии. А вот то, что при глобальной скрутке спирали такой локальный минимум имеется - факт достоверный. Это известно как из теории, так и из практики. Например, если спираль замкнута в кольцо (чтобы не закреплять концы спирали в бесконечности), то устойчивость петли демонстрируется весьма наглядно. Я думаю каждый пробовал перекручивать резиновое или пружинное кольцо и наблюдал, что само по себе оно никогда не раскручивается. На этом основаны многие модели элементарных частиц.

Безусловно, всякое геометрическое представление должно быть подкреплено математическими формулами, но я подозреваю, что вы не уловили собственно геометрическую идею, поэтому попробую всё же уточнить свою мысль.

Представьте, что спираль сделана из упругой ленты, которая касательна к поверхности цилиндра (или тора), и навита на цилиндр (тор) с постоянным шагом. Пусть такая лента-спираль имеет минимальную энергию. Теперь допустим, что в каком-то месте цилиндра (тора) делают хирургическую (топологическую) операцию, а именно: разрезают ленту и перекручивают её один раз в какую либо сторону. Тогда по идее такая скрученная лента-спираль должна иметь другой минимум энергии, который соответствует локальной закольцованости ленты-спирали с образованием ленточного кольца, ортогонального к поверхности цилиндра (тора), при этом шаг ленты должен увеличиваться от нулевого значения на кольце до нормального значения вдали от кольца ленты-спирали, соответствующим образом должен меняться и угол между нормалью к ленте и к поверхности цилиндра (тора).

Если взять за основу эту идею, то мы одним выстрелом убьём двух зайцев, поскольку упргость ленты к скручиванию вполне можно сопоставить с электрическим потенциалом, а упругость к деформации шага спирали - с гравитационным потенциалом.

18.06.2009 12:43#
vlady
Скорость против "скорости"
разрезают ленту и перекручивают её один раз в какую либо сторону. Тогда по идее такая скрученная лента-спираль должна иметь другой минимум энергии, который соответствует локальной закольцованости ленты-спирали с образованием ленточного кольца, ортогонального к поверхности цилиндра (тора), при этом шаг ленты должен увеличиваться от нулевого значения на кольце до нормального значения вдали от кольца ленты-спирали

Перекручивание один раз можно понять в смысле на пол-оборота (180 градусов), а может быть и на один оборот (360 градусов). Но я все-равно должен извиниться за непонятливость: если для объяснения перекручивания используется лента, то я автоматически понимаю перекручивание (с перерезанием) в том примерно плане как при создании ленты Мебиуса. Такая топологическая особенность (частица) действительно должна быть устойчивой. Модель с такой частицей рассматривали Финкельштейн и Миснер в 1959 году (D.Finkelstein, C.W.Misner, Ann. Phys.,6,230,1959) и тут теоретически все в порядке. Но меня тогда смущает другая фраза о том, что ленточное кольцо получается перпендикулярным к поверхности цилиндра. Это что-нибудь вроде того, что я попытался изобразить на прикрепленном здесь рисунке? Я подозреваю, что я пока так и не понял, как спираль замыкается в кольцо.
Иллюстрации :
18.06.2009 14:47#
bayak
Скорость против "скорости"
Я имел ввиду перекручивание ленты-спирали на пол-оборота. При этом перекручивание ленты происходит не по поверхности цилиндра (тора) а вокруг оси спирали. Поэтому нормаль к ленте поворачивается на 180 градусов, причём в том месте где нормаль к ленте ортогональна нормали к поверхности цилиндра (тора) лента вырождается в кольцо, т.е. лента почти замыкается а шаг спирали становится нулевым. Тем самым, ваш рисунок не соответствует моим представлениям. При этом понятно, что кручение ленты вокруг собственной оси это лишь наглядная модель а по сути речь идёт о кручении линии тока нашего векторного поля в дополнительном измерении.
18.06.2009 19:01#
vlady
Скорость против "скорости"
....Я имел ввиду перекручивание ленты-спирали на пол-оборота...
...лента почти замыкается а шаг спирали становится нулевым...
...по сути речь идёт о кручении линии тока нашего векторного поля


Теперь наконец -то мне стало понятно устройство этой топологической особенности (ключевым словом тут было "почти замыкается"). Эта модель в точности соответствует модели Финкельштейна и Мизнера 1959 года. Только у них одномерное многообразие, несущее векторное поле, рассматривалось без закручивания его в спираль. В качестве простейшей закрутки они тоже использовали закрутку поля на 180 градусов. Потенциал для такой топологической особенности наверное можно взять из их модели, скорректировав (смасштабировав) его в соответствии с предполагаемым шагом витков спирали. Положительные и отрицательные заряды наверное опять же будут соответствовать скручиванию векторного поля по часовой стрелке или против.
18.06.2009 19:30#
bayak
Скорость против "скорости"
С Финкельштейном я переписывался, но не хотел бы его теперь беспокоить по пустяшным вопросам. Не могли бы вы дать мне ссылку на его с Мизнером работу в электронном виде.
18.06.2009 19:59#
vlady
Скорость против "скорости"
Я статью взял из журнала Annals of Physics. Не знаю, доступен ли вам этот журнал, поэтому пересылаю ее по е-мейлу
21.06.2009 10:15#
bayak
Скорость против "скорости"

>...Потенциал для такой топологической особенности наверное можно взять из их модели, скорректировав (смасштабировав) его в соответствии с предполагаемым шагом витков спирали. Положительные и отрицательные заряды наверное опять же будут соответствовать скручиванию векторного поля по часовой стрелке или против.

Но формулы для потенциала точечного заряда у них нет, да и собственно топологическая особенность у них слишком абстрактна - описывается деформацией пространства Минковского, заданной врщением светоподобного конуса. Впрочем, в статье Финкельштейна с Мизнером постулирован некий лагранжиан, дающий уравнение синус-гордона, которое имеет солитонное решение, но мне их путь не нравится.

У нас красивше будет, надо только получить потенциал точечного заряда. Насколько я понимаю, в электростатике потенциал точечного заряда теоретически можно получить как предел решения уравнения Максвелла (Пуассона) для шара с однородной плотностью заряда, а уравнения Максвелла теоретически получаются как решение соответствующего вариационного уравнения для действия поля с зарядом и поля самом на себе. Может быть и нам попробовать растянуть точечную особенность, получить решение для растянутого заряда, а затем стянуть это решение?

23.06.2009 17:06#
vlady
Скорость против "скорости"
надо только получить потенциал точечного заряда

Финкельштейн и Мизнер описывают методику получения нужного потенциала. Нужно только закрутить их одномерное многообразие в спираль. Тогда получится и потенциал "точечного" заряда из первых принципов модели. Если же задаться целью получить потенциал истинно-точечного заряда в трехмерном пространстве, то мне кажется, что наиболее корректно это было сделано C.М.Блиндером на основе модели с поляризованной средой вокруг точечного заряда.
http://download.scientificcommons.org/237885
В вашем же случае точечный заряд на самом деле не является точечным - ведь он получен при перекрутке одномерного многообразия на 180 градусов. Эта перекрутка происходит гладко и там никакой реальной особенности или сингулярности нет.
24.06.2009 08:52#
bayak
Скорость против "скорости"
Да, в статье Финкельштейна и Мизнера потенциал увязан с принципом наименьшего действия, но лагранжиан вводится "ручками", а мне бы хотелось сделать это более естественно. Статью Блиндера я посмотрю обязательно (но чуть позже), а сейчас хотел бы заметить, что у нас действительно рассматривается топологическая особенность, которая на первый взгляд не имеет сингулярности. Однако если рассматривать проекцию этой особенности на поверхность цилиндра, то явно просматривается сингулярность.
24.06.2009 16:18#
vlady
Скорость против "скорости"
Однако если рассматривать проекцию этой особенности на поверхность цилиндра, то явно просматривается сингулярность

Прошу прощения, но у меня опять где-то что-то ускальзывает от понимания. Я всегда считал, что сингулярность - это когда какая-либо переменная принимает бесконечное значение. В случае с вращением вектора на 180 градусов при движении вдоль одномерного многообразия угол поворота меняется плавно и нигде не становится бесконечным. Его проекция на поверхность цилиндра в одной из точек принимает нулевое значение, но в окрестности этой точки угол меняется плавно. Там нет ни разрывов, ни бесконечностей. Где тут сингулярность? В примере Финкельштейна и Мизнера произвольным образом вводится эластичность и инертность одномерного многообразия. Эти величины можно рассматривать как входные параметры, которые в принципе можно положить равными единице. Данным примером авторы хотели показать, что сохранение заряда можно моделировать перекруткой многообразия. Однократной перекрутке (или перекрутке на 180 градусов) можно сопоставить единичный заряд. От этого заряда топологически избавиться никак невозможно - будь многообразие компактно (замкнуто в кольцо) или некомпактно - неважно. Отсюда получается возможность сохранения заряда. Поэтому для задания потенциала взаимодействия нужно ввести численное значение параметров эластичности и инертности и ничего больше
24.06.2009 18:54#
bayak
Скорость против "скорости"

>Прошу прощения, но у меня опять где-то что-то ускальзывает от понимания. Я всегда считал, что сингулярность - это когда какая-либо переменная принимает бесконечное значение.

Если говорить об особенностях векторного поля, то там векторное поле может принимать и нулевое значение, причём нулевыми могут быть либо все компоненты векторного поля либо его модуль (в случае векторного поля, заданного в метрических пространствах). Например, единичное векторное поле, заданное на псевдоевклидовой плоскости, имеет особенность если оно наклоняется к изотропной прямой, т.е. гиперболический угол его наклона к ближайшей оси устремляется к бесконечности. Я понимаю, что в нашем случае угол кручения ленты евклидов, и поэтому не имеет особенностей (сингулярностей), но мне представляется, что евклидов угол, который мы видим, надо заменить на гиперболический угол, которого мы не видим. Угол, которого мы не видим, виден на плоскости, которая накрывает тор S^1xS^1, где одна окружность принадлежит нашему цилиндру, а другая лежит в дополнительном измерении.

25.06.2009 15:05#
vlady
Скорость против "скорости"
мне представляется, что евклидов угол, который мы видим, надо заменить на гиперболический угол, которого мы не видим

Если цель такой замены - получить сингулярность в виде бесконечности, то стоит ли овчинка выделки? С сингулярностями очень трудно выполнять вычисления, а задача по-моему заключается в том, чтобы найти поле и соответствующий потенциал, который можно было бы использовать для конкретных расчетов динамики взаимодействующих частиц. Если поле в центре частицы обращается в нуль, а на некотором расстоянии от этого центра ведет себя подобно кулоновскому, то энергия этого поля (при интер=грировании по всему объему пространства) получается конечной, что выгодно отличает такое поле от кулоновского. В работах Блиндера такое поле получено в виде
(1/r2) exp(-1/r) где r есть расстояние от центра частицы в сферических координатах. Такое поле работает, но оно получено с использованием поляризуемой среды. Было бы интересно получить что-нибудь похожее на основе топологических соображений.
26.06.2009 15:02#
bayak
Скорость против "скорости"

>...Было бы интересно получить что-нибудь похожее на основе топологических соображений.

Как раз из топологических соображений следует, что обычный угол вращения не имеет сингулярностей а гиперболический угол имеет сингулярности. Дело в том, что в евклидовом случае плоскость наматывается на сферу а в псевдоевклидовом случае - на тор. Поэтому длина вектора в первом случае вычисляется как длина намотки вектора на большую окружность сферы, а во втором случае - как произведение длин намоток вектора на задающие окружности тора. (Всё это легко проверяется.)

Нашу ленту-спираль мы подкручиваем (без сингулярностей) в 3-мерном евклидовом пространстве, но если кручение ленты это всего лишь модельная условность, а дополнительное компактифицированное измерение (заданное декартовым произведением на окружность) это реальность, то образуется тор, на котором и получается имеющий сингулярности гиперболический угол.

Всяко может быть на самом деле, поэтому не стоит сходу отбрасывать ни один из этих случаев. Кстати, не мешало бы прояснить вопрос о том, что такое кручение нашего (модельного гравитационного) векторного поля. Если следовать геометрической теории электромагнитного поля, то это кручение должно измеряться кривизной связности, а квадрат кривизны связности должен служить лагранжевой плотностью действия электромагнитного поля самого на себе. Но это соответствие не проясняет вопроса об образовании особенностей электромагнитного поля.

30.06.2009 18:32#
vlady
Скорость против "скорости"
Но это соответствие не проясняет вопроса об образовании особенностей электромагнитного поля.

Все-таки не совсем понятно зачем следует воспроизводить особенности, связанные с бесконечностями? Если гиперболический угол стремится к бесконечности, то наверное его лучше было бы заменить чем-нибудь другим или показать, что эта бесконечность в точности компенсируется другой бесконечностью с противоположным знаком. Тогда можно было бы приблизить модель к физической реальности, в которой ни бесконечных скоростей, ни бесконечных энергий не наблюдается. Поэтому я и предлагаю искать такое поле (и соответствующий потенциал) которое бы не приводило к бесконечным значениям в точке, принятой за центр топологической особенности.
01.07.2009 12:49#
bayak
Скорость против "скорости"
А мне кажется, что с бесконечностями можно работать. Например, когда мы изображаем линейную функцию y=ax, то коэффициент (a) равен тангенсу угла наклона прямой линии, изображающей функцию на евклидовой плоскости. Такая особенность не устраняется поворотом базиса евклидовой плоскости. Другой пример доставляет та линия особенности единичного векторного поля псевдоевклидовой плоскости, которая связана с наклоном (по мере приближения к линии особенности) векторного поля к направлению изотропных прямых. Здесь к бесконечности устремляются координаты вектора, и эти бесконечности также не анулируются псевдоевклидовым поворотом базиса плоскости. Однако, в обоих случаях мы понимаем, что бесконечности связаны с положением прямой на плоскости, которое изменяется непрерывно, т.е. не имеет особенностей. Что касается отсутствия беконечных скоростей и энергий, то предел скорости как раз и задаётся изотропным направлением векторного поля, в свою очередь, теоретического предела энергии (как временной координаты 4-импульса) не существует, а отсутствие бесконечных энергий можно связать с абсолютной невозможностью наклона линии особенности к изотропной прямой.

В этой связи можно также сослаться на ОТО. Если псевдориманово многообразие ОТО представить как конусное расслоение с базой в фоновом пространстве Минковского, то топологическая особенность этого многообразия, в которой светоподобный конус схлопывается в прямую, также имеет бесконечность в метрических коэффициентах уравнения конуса. Однако мы понимаем, что эта особенность чисто топологическая а бесконечность есть условность изображения вырожденного конуса.
02.07.2009 15:08#
vlady
Скорость против "скорости"
предел скорости как раз и задаётся изотропным направлением векторного поля, в свою очередь, теоретического предела энергии (как временной координаты 4-импульса) не существует, а отсутствие бесконечных энергий можно связать с абсолютной невозможностью наклона линии особенности к изотропной прямой

Хорошо. С координатными сингулярностями проблем действительно нет никаких. Я старался выделить проблему с бесконечностью энергии, например, точечного кулоновского заряда с полем обратно-пропорциональным квадрату расстояния от заряда. Эта бесконечность - чисто теоретического свойства, а в природе энергия такого заряда конечна. Поэтому при моделировании зарядов с помощью топологических особенностей было бы неплохо получить конечную энергию поля из первых принципов модели.

А существование предела скорости следует только из принципа причинности. Проблема - с определением численного значения этого предела. Если моделировать пространство в виде многообразия, образованного векторным полем идеальной жидкости или газа, то должно получится, что из-за наличия предела скорости пространство (многообразие) должно быть гладким - без сингулярностей, так как разрывы или деформации сдвига могут быть возможны лишь при мгновенном изменении скорости, что противоречит принципу причинности. Скорее-всего другими словами это формулируется как невозможность наклона линии особенности к изотропной прямой. Вопрос остается прежним: как посчитать энергию поля гладкой топологической особенности (например, типа перекрутки) и проверить, что эта энергия конечна?
03.07.2009 20:55#
bayak
Скорость против "скорости"

>Вопрос остается прежним: как посчитать энергию поля гладкой топологической особенности (например, типа перекрутки) и проверить, что эта энергия конечна?

Вопрос о потенциальной энергии топологической особенности сложный (поскольку он предполагает взаимодействие топологических особенностей) и я не готов на него ответить сходу, но давайте сначала дадим определение энергии свободной топологической особенности.

Для простоты возьмём векторное поле цилиндра, которое почти всюду регулярно (там его линии тока - спирали), кроме окрестности топологической особенности, где его линия тока вырождается в колечко (очерченное по задающей окружности цилиндра). Данное векторное поле изменяется во времени T (абсолютном), т.е. имеет свою динамику, которая может задаваться вращательным и поступательным движением колечка его топологической особенности на цилиндре. С другой стороны, если сделать развёртку цилиндра на плоскость, то траектория колечка, заметаемая им на этой плоскости есть полоса, которая при малом диаметре колечка вырождается в линию. На плоскости развёртки имеются также пространственная и временная полосы наблюдателя, которые при малой ширине вырождаются соответственно в оси x и t псевдоевклидовой плоскости развёртки цилиндра. Пусть величина Ф измеряет угол поворота колечка на цилиндре. Тогда величина dФ/dt есть проекция вектора угловой скорости колечка на ось t, а величина dФ/dx есть проекция угловой скорости колечка на ось x. Если Ф сопоставить с действием свободной частицы, то dФ/dt = E/c,  dФ/dx = p, а (E/c)2-p2=m2. Тем самым,  в модели с топологическими особенностями энергия свободной частицы получает довольно прозрачную интерпретацию.

Что касается устранения бесконечностей потенциальной энергии частицы, то тут надо ещё подумать, но возможно определённую роль играет размытость потенциала в полосе наблюдателя. Кстати (в том же ракурсе), неопределённость ширины пространственной полосы наблюдателя должна быть связана с неопределённостью энергии свободной частицы, а неопределённость ширины временной полосы наблюдателя - с неопределённостью импульса. Стоит также отметить, что если рассматривать векторную модель с цилиндром R3 x S1, то развёртка этого цилиндра совпадает с пространством Минковского, а топологическая особенность может иметь форму сферы S3, которая замечательна тем, что алгебра эндоморфизмов её касательного векторного поля изоморфна алгебре матриц Паули, и тем, что половину длины линии тока касательного векторного поля сферы, совпадающую с большой окружностью сферы, можно сопоставить со спином h/2.

Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 640

Пользователей
в системе: 2724

Всего записей
и комментариев: 48547

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 21

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия