ОСНОВИ РЕЛЯТИВІСТСЬКОЇ ГРАВІТЕРМОДИНАМІКИ

Кардинальна відмінність релятивістської гравітермодинаміки (РГТД) від загальної теорії відносності (ЗТВ) полягає у використанні в тензорі енергії-імпульсу позаядерних термодинамічних характеристик речовини для опису лише її квазірівноважного руху. Для опису ж руху за інерцією в РГТД використовуються тільки гіпотетичні внутрішньоядерні гравітермодинамічні характеристики речовини, на основі яких і отримано канонічне в РГТД диференціальне рівняння динамічного гравітаційного поля. Саме це і дозволяє принципово уникнути потреби у Всесвіті небаріонної темної матерії. Еволюційне самостискання мікрооб'єктів нижніх шарів гравітермодинамічно пов'язаної речовини завжди випереджає таке ж самостискання мікрооб'єктів її верхніх шарів. Саме це і є причиною кривини власного простору речовини. Тому саме гравітаційне поле слід розглядати, перш за все, як поле просторової неоднорідності еволюційного зменшення розмірів мікрооб'єктів речовини в фоновому евклідовому просторі Всесвіту. Відповідно до цього воно є і полем просторово неоднорідного гравітермодинамічного стану як щільної речовини компактних астрономічних об'єктів, так і як завгодно сильно розрідженої газопилової речовини космічного вакууму, яка підкорюється законам термодинаміки подібно ідеальному газу невзаємодіючих молекул. І отже, воно принципово не може існувати без речовини і, тому, не є будь-якою самостійною формою матерії. Показано, що рівняння гравітаційного поля ЗТВ слід розглядати лише як рівняння просторово неоднорідного термодинамічного стану гранично остиглої речовини. Цією речовиною можуть бути тільки гіпотетичні субстанції – ідеальний газ, ідеальна рідина і речовина абсолютно твердого тіла. Реальна ж речовина приречена остигати нескінченно довго, так ніколи і не досягнувши стану, що описується рівняннями гравітаційного поля ЗТВ. Обґрунтовано лише умовну тотожність інертної маси рухомої речовини її гравітаційній масі за гравіквантовим годинником, що міститься в точці, з якої речовина почала рухатися за інерцією, і при використанні в її псевдоцентричній власній системі відліку просторових координат та часу (СВ) коригованого значення гравітаційної сталої. Це пов'язано з еквівалентністю інертної маси речовини Ньютоніану (ГТ-Гамільтоніану) її інертної вільної енергії, тоді як гравітаційна маса речовини еквівалентна Кеплеріану (ГТ-Лагранжіану) її ординарної енергії спокою. Обґрунтовано тотожність мультиплікативного компонента вільної енергії Гіббса ординарній енергії спокою речовини, що є еквівалентною її гравітаційній масі. Доведено, що термодинамічна внутрішня енергія та вільна енергія Гіббса речовини тіла, що рухається за інерцією, є однаковими в усіх глобальних гравітермодинамічних СВ (ГТ-СВ), що рухаються відносно нього теж за інерцією. Обґрунтовано темпоральну інваріантність не тільки імпульсу, а і ГТ-Лагранжіана ординарної енергії спокою речовини та еквівалентної їй гравітаційної маси. І саме тому має місце як темпоральна інваріантність, так і конформна лоренц-інваріантність термодинамічних потенціалів і параметрів в розглянутій модифікації перетворень спеціальної теорії відносності (СТВ). Показано, що ортодоксальній СТВ суворо відповідають лише альтернативні Гамільтоніану та Лагранжіану відповідно ГТ-Гамільтоніан (Ньютоніан) і ГТ-Лагранжіан (Кеплеріан). Отримано конформні релятивістські перетворення приростів метричних просторових відрізків і метричних інтервалів часу (замість приростів координат і координатного часу СТВ). Саме це і дозволяє уникнути не лише парадоксу близнюків при русі їх за інерцією, а й потреби у Всесвіті темної енергії. Також показано, що тензор енергії-імпульсу речовині (права частина рівняння гравітаційного поля) повинен утворюватися ніяким чином не на основі зовнішніх термодинамічних параметрів, а саме на основі внутрішньоядерних гравітермодинамічних параметрів. Розглянуто канонічне диференціальне рівняння динамічного гравітаційного поля, відповідного речовині, що рухається в ньому лише за інерцією. Саме це рівняння і задає просторовий розподіл середньої щільності маси речовини в квазірівноважному стані її руху за інерцією. Показано, що на краю галактики немовби надмірно великі відцентрові псевдосили інерції компенсують переважно доцентрові псевдосили еволюційного самостискання речовини, а не дуже слабкі там гравітаційні псевдосили. Тому-то стандартне значення середньої густини гравітаційної маси речовини на краю галактики і визначається космологічною сталою Λ і різницею між одиницею та максимальним значенням параметра b_c. І воно є ненульовим стандартним значенням, незважаючи на те, що локальний гравітаційний радіус на краю галактики приймає нульове значення. Показано як спадання напруженості гравітаційного поля плоских галактик обернено пропорційно радіальній відстані, а не її квадрату, так і збільшення гравітаційної «сталої» обернено пропорційно четвертому ступеню граничної швидкості індивідуального (окремого) руху поверхневого водню. І отже, наявність у Всесвіті темної небаріонної матерії не потрібна. Звичайно ж, падіння тіл в гравітаційному полі є своєрідною реалізацією прагнення їх до надолуження еволюційного самостискання мікрооб'єктів своєї речовини, а всієї гравітаційно-пов'язаної неоднорідної речовини – до мінімуму інтегральних значень її інертної вільної енергії та термодинамічної внутрішньої (вільної теплової) енергії. Тіло, що вільно падає, самостійно розганяється у просторово неоднорідній космосфері або ж атмосфері, перетворюючи свою внутрішньоядерну енергію, яка безперервно вивільняється, у кінетичну. Показано, що при вільному падінні тіл повністю компенсується рухом гравітаційне уповільнення плину їхнього власного часу завдяки ізотропному всебічному конформно-калібрувальному самоскороченню розмірів падаючих тіл в фоновому евклідовому просторі Всесвіту. Вільно падаючий годинник рухається за інерцією і тому продовжує відраховувати час у тому ж темпі, що і в стані колишнього свого спокою. Аналогічно і темп плину часу астрономічного тіла не змінюється у процесі його руху по еліптичній орбіті. Також відсутнє і уповільнення власного часу далеких галактик, що вказує на невідповідність реальності тотожності Етерінгтона. Обґрунтовано лінійну залежність Габбла червоного зсуву довжин хвиль випромінювання від поперечної супутньої відстані замість некоригованої фотометричної відстані (luminosity distance). Показано відповідність саме її астрономічним спостереженням. У зв'язку з цим наявність у Всесвіті темної енергії також не потрібна. Для колективних гравітермодинамічних мікростанів Гіббса визначені зв'язки між усіма термодинамічними потенціалами і параметрами речовини. Ці зв'язки реалізуються за допомогою декількох прихованих хвильових функцій, здатних приймати з певною ймовірністю будь-які довільні значення. Знайдено квантове рівняння гравітаційного поля, розв'язки якого задають просторовий розподіл гравітаційного радіусу речовини в кожному її новому гравітермодинамічному стані ступеневою функцією з черговим вищим ступенем. Показник ступеня цієї функції речовини, що поступово остигає, може набувати послідовно лише цілі та напівцілі значення. Тому процес остигання всієї РГТД-пов'язаної речовини є квантовим процесом, зумовленим спонтанним переходом її до ступеневої функції з більш високим значенням ступеня, а отже, і до чергового квантованого колективного гравітермодинамічного стану.

Ключові слова: гравітермодинаміка, термодинаміка, гравітація, тяжіння, ЗТВ, СТВ, вакуум, інертна вільна енергія, вільна енергія Гельмгольця, вільна енергія Гіббса, поле, еволюційна і гравітаційна конформно-калібрувальна самодеформація, всебічне ізотропне конформно-калібрувальне самоскорочення розмірів речовини, що рухається, колективний просторово-часовий мікростан, мікростани Гіббса, конформні перетворення Лоренца, принцип неспостережливості кінематичного і гравітаційного самоскорочення розмірів речовини, гранична швидкість руху, координатна швидкість світла, внутрішній масштабний чинник, приховані змінні, хвильові функції, квантова гравітація, фоновий регулярний простір, спіральні хвилі, мікрооб'єкт, космосфера, фотосфера, червоний зсув, плоска галактика, квазар, наднова.

PACS: 05.70.-a, 04.40.-b, 04.20.-q

«Але вона (ЗТВ, – П.Д.) схожа на будівлю, одне крило якої зроблено з витонченого мармуру (ліва частина рівняння), а інше – з деревини низької якості (права частина рівняння). Феноменологічне пред'явлення матерії лише дуже недосконало замінює таке пред'явлення, яке відповідало б усім відомим властивостям матерії»

Альберт Ейнштейн, (Фізика і реальність)

Зміст

Від автора

Останнім часом до таких епохальних непорозумінь як «Великий вибух» Всесвіту та «чорні діри» долучилися ще два не менш значні непорозуміння – «небаріонна темна матерія» та «темна енергія». І це яскраво свідчить про наявність затяжної кризи в теоретичній фізиці. Вона поступово стає простим ремісництвом замість творчого відображення дійсності. Бо виявлені проріхи в сучасних інтерпретаціях дуже струнких побудов спеціальної (СТВ) і загальної (ЗТВ) теорій відносності стали просто замовчуватись або ж «лататися» введенням нових матеріальних сутностей (Кантівських «речей в собі») замість переосмислення фізичних сутностей самих цих теорій.

Розпочалася ця криза вже після виявлення Хенріхом Оттом [Ott, 1963: 70] і незалежно від нього Хенріхом Арзельсом [Arzelies, 1966] можливості побудови релятивістської теорії термодинаміки альтернативної теорії Планка-Хазеньорля. В зв'язку з бурхливими дебатами з цього питання Х. Арзельс заявив про «сучасну кризу термодинаміки» (а зовсім не СТВ). Хоча більшість фізиків все ж таки прийшла до висновку щодо релятивістської інваріантності термодинаміки. І дійсно це є так. Бо, незважаючи на принципову можливість релятивістського сповільнення плину власного часу речовини, речовина, що рухається у гравітаційному полі лише за інерцією, цього сповільнення власного часу принципово не зазнає. І це забезпечується більш складними конформно-лоренцевими релятивістськими перетвореннями приростів просторових координат та часу. Тому-то тензор енергії імпульсу на основі термодинамічних параметрів і характеристик речовини може формуватися лише у супутніх суцільній речовині системах відліку координат та часу. На жаль народну мудрість «простота гірше за крадіжку» замінено у сучасній фізиці твердженням, що «все геніальне повинно бути лише простим».

Правомірність використання в тензорі енергії-імпульсу суцільної речовини замість внутрішньоядерних позаядерних (тобто термодинамічних) параметрів і характеристик речовини обґрунтував Ричард Толмен [Толмен, 1969], довівши взаємоузгодженість (кореляцію) позаядерних і внутрішньоядерних параметрів і характеристик речовини. Адже в її квазірівноважному стані добуток абсолютної температури, що характеризує інтенсивність позаядерних термодинамічних процесів, і координатної швидкості світла, що характеризує внутрішньоядерний стан речовини, є просторово однорідною величиною. Але ж у несуцільної речовини галактик така кореляція відсутня і тому-то тензор енергії-імпульсу несуцільної речовини галактики треба формувати лише на основі релятивістські неінваріантних внутрішньоядерних параметрів і характеристик речовини. Не дарма ж сам Альберт Айнштайн сумнівався в можливості універсальної будови тензора енергії-імпульсу, порівнюючи його з деревиною низької якості на відміну від метричного тензору, що ототожнювався ним з витонченим мармуром.

Всі ці непорозуміння викликані як спотвореною фізичною інтерпретацією самої теорії відносності, так і недостатньо глибоким розумінням фізичної сутності різних форм таких основних фізичних понять, як простір та час, а також і незнанням фізичних процесів, прихованих за математичною моделлю просторово-часового континууму (ПЧК). Фактично ігноруються як розкрита Анрі Пуанкаре фізична природа кривини власного простору речовини, так і встановлена Германом Вейлем можливість принципово неспостережливої в світі людей калібрувальної деформації речовини на рівні її мікрооб'єктів, а отже, і відповідного їй ПЧК. До того ж не всіма розуміється і єдина природа термодинамічних та гравітаційних властивостей речовини, відповідно до якої рівняння гравітаційного поля ЗТВ є рівняннями просторово неоднорідного гравітермодинамічного стану речовини, що калібрувально еволюціонує. Нехтування ж як принциповою нездійсненністю сингулярностей в ЗТВ (з огляду на відповідність нульового значення координатної швидкості світла лише нескінченно великим значенням абсолютної температури та тиску), так і можливістю самоутворення речовиною і антиречовиною дзеркально симетричної конфігурації власного простору відповідальне не тільки за підміну надзвичайно масивних порожнистих нейтронних зірок «чорними дірами», а і за нерозуміння природи надзвичайно високої світності квазарів та наднових. Несприйняття ж того, що Всесвіт принципово не може бути однорідним у власних ПЧК астрономічних об'єктів, і заснована на уявному уповільненні плину власного часу далеких галактик, що рухаються за інерцією, помилкова тотожність (паралогізм) Етерінгтона відповідальні за хибну потребу у Всесвіті фантомної «темної енергії». Нерозуміння ж того, що тензор енергії-імпульсу треба формувати зовсім не на підставі зовнішніх термодинамічних характеристик, а саме на підставі внутрішньоядерних гравітермодинамічних характеристик несуцільної речовини, вочевидь, відповідальне за уявну потребу у Всесвіті фантомної «небаріонної темної матерії». Обґрунтуванню всього цього і присвячені наукові дослідження автора, результати яких викладені в пропонованій до розгляду його роботі.

Вступ

Висунута Клаузіусом гіпотеза про можливість теплової смерті Всесвіту (1865), а також хибні уявлення про неінваріантність рівнянь термодинаміки щодо релятивістських перетворень призвели до помилкового висновку про непридатність методів термодинаміки до аналізу еволюційних процесів у мегасвіті. Наразі ж відомо, що остигнути за будь-який як завгодно великий, проте, кінцевий проміжок часу Всесвіт принципово не може. Повному охолодженню речовини перешкоджає самоутворення нею просторово неоднорідних термодинамічних станів і відповідних їм гравітаційних полів. Необмеженому росту ентропії у Всесвіті перешкоджає самоутворення в ньому також і різних структурних одиниць, складність яких зростає з кожним новим ієрархічним рівнем самоутворення природних об'єктів, що складаються з них. Релятивістське ж узагальнення термодинаміки з інваріантною абсолютною температурою розглядається зараз як її найбільш прийнятне узагальнення [Van Kampen, 1968; Базаров, 1964; 1991].

Термодинаміка в тій чи іншій мірі залучалася до аналізу процесів формування мегаскопічних об'єктів Всесвіту і раніше [Антонов, 1962; Lynden-Bell & Kalnajs, 1972; Поляченко, Фридман, 1976; 1984; Saslaw, 1968; 1969; 1970; 1985; Binney & Tremaine, 1987]. Особливо слід виділити дослідження з гравітаційної плазми [Binney & Tremaine, 1987; Binney, 1993] і на основі кінетичної теорії розріджених газів [Жданов, Ролдугин, 1998], а також теорію просторово-часової еволюції нерівноважних термодинамічних систем [Олемской, Коплык, 1995]. Останнім же часом на основі аналізу процесів самоутворення в нерівноважних системах [Пригожин, Николис, 1977; 1979; Пригожин, 1985] і більш широкого використання методів статистичної фізики термодинаміка самогравітуючих систем досягла досить таки істотних успіхів [Chavanis, 2002; 2005; Katz, 2003]. Однак термодинамічний і гравітаційний описи процесів самоутворення астрономічних об'єктів Всесвіту все ж ще не поєдналися органічно між собою. Деякі автори [Gogberashvili & Kanatchikov, 2010] все ще продовжують пошук більш вагомих суто термодинамічних причин, відповідальних як за кривину, так і за фізичну неоднорідність власних просторів речовини. Інші ж автори [Jacobson, 1995; Verlinde, 2010] ототожнюють силу тяжіння з ентропійною силою[3] не тільки на основі термодинаміки, а навіть і на основі незвичайних властивостей нереальних «чорних дір»[4] (за які в астрономічних спостереженнях приймають надзвичайно масивні нейтронні зірки, що володіють як топологією порожнистого тіла в фоновому евклідовому просторі [Zeldovich & Grischuk, 1988], так і дзеркальною симетрією власного простору). Хоча, звичайно ж, тяжіння може бути обґрунтованим лише самоутворенням всією гравітермодинамічно пов'язаною речовиною просторово неоднорідних гравітермодинамічних станів з гравітаційним випередженням еволюційного самостискання мікрооб'єктів речовини в надрах астрономічних об'єктів [Пуанкаре, 1892; Сойер, 1955]. І це принципово можливо завдяки досягненню всією речовиною мінімуму інтегрального значення не тільки зовнішньоядерної вільної енергії Гіббса, а і внутрішньоядерної інертної вільної енергії. Тому важливе значення для вивчення як мегаскопічних астрономічних об'єктів, так і глобальних процесів у Всесвіті має і феноменологічне обґрунтування єдиної природи термодинамічних і гравітаційних властивостей речовини [Даныльченко, 2008: 19; 2008a; 2009: 75; 2010: 64; 2010a: 38; Данильченко, 2020: 5; 2022; Danylchenko: 2009: 20/2].

Термодинамічні стани речовини, що розглядаються у загальній теорії відносності (ЗТВ), є самонаведеними речовиною її просторово неоднорідними станами. Це пов'язується з наявністю у речовині гравітаційного поля, що відповідає за просторову неоднорідність темпів відбування внутрішньоатомних фізичних процесів у ній, а отже, і наводить не тільки кривину, а і фізичну неоднорідність власного простору речовини [Даныльченко, 1994a; 2004: 35; 2008b: 45]. В жорстких системах відліку просторових координат та часу (СВ) ця фізична неоднорідність простору проявляється у вигляді неоднаковості в різних його точках такої прихованої термодинамічної властивості (параметра) речовини, як координатна швидкість світла  [Мёллер, 1972; 1975].

Рівняння ж гравітаційного поля ЗТВ слід розглядати лише як рівняння просторово неоднорідного термодинамічної стану гранично остиглої речовини. І цією речовиною можуть бути тільки гіпотетичні субстанції – ідеальний газ, ідеальна рідина та речовина абсолютно твердого тіла. Реальна ж речовина приречена нескінченно довго остигати, так ніколи і не досягнувши стану, що описується рівняннями гравітаційного поля ЗТВ. Її стан поступового квазірівноважного остигання описується розглянутими тут модифікованими тензорними рівняннями ЗТВ – рівняннями релятивістської гравітермодинаміки (РГТД).

Збільшення координатної швидкості світла разом з віддалянням від компактної речовини астрономічного тіла може розглядатися як наслідок поступової зміни термодинамічних параметрів навколишньої атмосфери чи космосфери. Тоді просторові розподіли координатної швидкості світла, що задаються гравітаційним полем, строго будуть відповідати конкретним просторово неоднорідним термодинамічним станам речовини. Доповнення в ЗТВ будь-яких двох взаємно незалежних термодинамічних параметрів третім незалежним параметром – координатною швидкістю світла забезпечує лише умовну несуперечність цієї теорії об'єктивній реальності. Бо ж розв'язки рівнянь гравітаційного поля для будь-яких скупчень гравітацією пов'язаної речовини завжди розглядаються в умовно порожньому Всесвіті. Однак, насправді ж, Всесвіт не є порожнім. І, як показує спільний розв'язок рівнянь гравітаційного поля та рівнянь термодинаміки для ідеальної рідини [Даныльченко, 2005b; 2008: 4], значення координатної швидкості світла насправді є не вакуумними, а гравібаричними значеннями. Вони визначаються значеннями термодинамічних параметрів ідеальної рідини з точністю до калібрувального коефіцієнта, лише який і може розглядатися як псевдовакуумне значення координатної швидкості світла. При наявності як механічної, так і теплової рівноваги у ідеальній рідині це псевдовакуумне значення координатної швидкості світла однакове в межах усієї рідини, що самоутворила свій просторово неоднорідний рівноважний стан та відповідне йому гравітаційне поле [Даныльченко, 2005b; 2008: 4]. Це дозволяє розглядати його лише як калібрувальний параметр, що пов'язує поміж собою просторову та часову метрики і є принципово неспостережливим як у гравіквантових власних СВ (ГК-СВ) речовини, так і у СВ світу людей.

Постоянный адрес данной публикации: