СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

Прежде чем перейти к рассмотрению различных видов механического движения необходимо уделить некоторое внимание системам измерения физических величин. В зависимости от выбранной в той или иной системе измерения размерности физические величины могут иметь разное количественное значение. Однако это ни в коей мере не затрагивает их физической сущности, т.к. во всех системах измерения одноимённые физические величины отражают одни и те же свойства материального мира. Тем не менее, в научной среде в этом отношении существуют две диаметрально противоположные точки зрения.

Макс Планк, например, считает: «…размерность какой-либо физической величины не есть свойство, связанное с существом ее, но представляет собой просто некоторую условность, определяемую выбором системы измерений». Далее он поясняет: «…то обстоятельство, что какая-либо физическая величина имеет в двух различных системах не только разные числовые значения, но даже и различные размерности, часто истолковывалось как некоторое логическое противоречие, требующее себе объяснения и, между прочим, подало повод к постановке вопроса об истинной размерности физических величин.… Нет никакой особой необходимости доказывать, что подобный вопрос имеет не больше смысла, чем вопрос об «истинном» названии какого-либо предмета». (М., Планк., Введение в теоретическую физику, ч. 3 Электричество и магнетизм, § 7, ГТТИ, 1933.)

Другую точку зрения представляет Зоммерфельд: «Мы не придерживаемся точки зрения Планка, согласно которой вопрос о действительной размерности физической величины лишен смысла». (А. Зоммерфельд, Электродинамика, И.Л., 1958 г.) Сторонники этой точки зрения считают, что выбор размерности физических величин не может быть произвольным и должен быть связан с их физической сущностью. Однако фактически этот спор абсолютно лишён каких-либо реальных оснований, т.к. и Планк, и Зоммерфельд фактически говорят об одном и том же.

Первостепенное значение для естествознания, конечно же, имеет физическая сущность любой физической величины. Однако Планк вовсе этого не отрицает. Он лишь утверждает, что название физической величины или название её размерности может быть только условно истинным. Можно, например, килограммы назвать метрами, но от этого количество вещества не превратиться в геометрический размер пространства, а только поменяется истинность этих размерностей (терминов). Именно поэтому на наш взгляд слово «истинное» заключено у Планка в кавычки.

Если физическая величина неправильно характеризует физическое явление, то надо полагать, что причина этого кроется вовсе не в её названии и даже не в её размерности, а в неправильной оценке её физической сущности. Такая физическая величина не соответствует истине в любой системе измерения физических величин не зависимо от названия её размерности.

Во всех официально применяемых в физике системах единиц измерения физических величин используется размерность, отражающая настолько реальный физический смысл физических величин, насколько это позволяют современные знания о природе. При этом в разных системах меняется только численное значение единиц измерения физических величин, которое в основном зависит от кратных или дольных множителей принципиально одних и тех же размерностей, что никак не сказывается на физическом смысле самой физической величины.

Среди систем измерения физических величин, не получивших широкого распространения существует Естественные системы измерения. В них за основные единицы приняты фундаментальные физические постоянные. — Гравитационная постоянная G, скорость света в вакууме с, постоянная Планка h, постоянная Больцмана k, число Авогадро N_A, заряд электрона e, масса покоя электрона m_e и другие. По идее М. Планка, впервые (1906) предложившего Естественную систему единиц с основными единицами h, с, G, k, она была бы независима от земных условий и пригодна для любых времен и мест Вселенной. Однако точность воспроизведения единиц в них на несколько порядков ниже, чем основных единицах Международной системы (СИ), так как ограничивается точностью знания о физических константах.

Кроме того, для Естественных систем характерны чрезвычайно малые размеры единиц длины, массы и времени (например, в системе Планка — соответственно 4,03*10^-35м, 5,42*10^-8 кг и 1,34*10^-43 сек) и, наоборот, громадные размеры единицы температуры (3,63*10³²С). Вследствие этого Естественные системы единиц неудобны для практических измерений. Это обусловлено тем, что размер основных единиц в Естественных системах единиц определяется отдельными явлениями природы, а не требованиями практики измерений. Этим естественные системы принципиально отличаются от других систем. Однако даже в Естественных системах размерность основных физических величин определяется основными инвариантами природы MLT.

К естественным системам измерения относят также неофициальную систему единиц измерения физических величин LT. По мнению её сторонников, естественность систем измерения заключается не в выборе за эталоны измерения физических величин фундаментальных физических констант, а в естественной размерности физических величин, что не вызывает никаких возражений. Однако сторонники системы LT считают, что единственными естественными инвариантами природы в единицах, измерения которых должны отображаться все без исключения физические величины являются только длина и время (LT)!

В системе LT отсутствует размерность массы, как количества вещества, а также отсутствует размерность заряда. Поэтому размерность всех физических величин, кроме тех которые связанны исключительно с геометрическим перемещением материи в пространстве, принципиально отличается от размерности этих же величин во всех других существующих системах измерения.

По поводу Естественной системы единиц М. Планка приверженцы системы LT высказываются критически. Так Ерохин Владимир Викторович, 1950, в статье «Абсолютная система физических единиц», сайт vev.50@narod.ru, почта vev.50@mail.ru высказывается на этот счёт следующим образом:

«Под «естественными» системами физических единиц, как правило, понимаются системы, построенные на искусственно выбранных основных единицах, таких, как скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная и т.п. Все остальные  (производные) единицы выводятся из основных.  При этом  вводятся так называемые «естественные» единицы измерения длины, массы, времени (такие, как масса протона, Боровский радиус орбиты электрона), не всегда удобные для практического использования даже в тех узких областях применения, для которых они предназначались. Примером таких систем могут служить «Естественная система единиц релятивистской квантовой механики», или система, предложенная в 1906 году Максом Планком. Запись уравнений в этих системах якобы упрощается (скорее – сокращается, что не одно и то же – Е.В.), но при этом начисто теряется «прозрачность» уравнений. Из уравнений «выпадают» те размерные величины, которые искусственно приравниваются к единице, что отнюдь не способствует наглядному отражению уравнениями физической сути описываемых ими процессов и явлений. Кроме того, подобные системы применимы лишь в узкой области (что само по себе говорит о  «неестественном» характере размерностей  применяемых единиц измерения физических величин). К тому же выбор единиц измерения влияет только на количество нулей до или после запятой, это не принципиально и ничего не меняет по сути. Гораздо важнее определить естественные размерности единиц.

Все вышесказанное ставит под сомнение право подобных систем физических единиц называться естественными».

В связи с чисто количественным сокращением параметров размерности физических величин в системе LT до единиц длины и времени у сторонников системы возникает иллюзия, что все физические величины связаны между собой несравненно более значительными связями и приобретают более глубокий смысл, чем это есть на самом деле. Они обосновывают это сокращением лишних сущностей в соответствии с принципом Оккаяма

Вот что говорит об этом Владимир Викулин (v_vikulin@mail.ru), родился в 1964 г. В 1986 г. закончил ЛЭТИ по специальности «Прикладная математика», автор статьи «Система физических величин в размерности LT без подгоночных коэффициентов» v1.21, 04-08-2011 г., Владимир Викулин (nfp-team@yandex.ru):

Хочется остановиться на вопросе, а в чем заключается преимущество подобных систем? Зачем создавать еще одну систему? Не все ли равно, в чем измерять физические величины? По нашему мнению, отличие между системой СИ (это же относится и к системам СГС и Гауссовой) и предлагаемой системой LT существует, и оно имеет фундаментальный характер. Вышеперечисленные системы своими дополнительными псевдо-независимыми размерностями вводят лишние сущности, что является прямым нарушением принципа Оккама. Но главный вред от “лишних” размерностей заключается в том, что, принимая их невыводимыми из других физических размерностей, мы наделяем физические явления, имеющие такие размерности самостоятельным и независимым от других физических явлений “бытием”. Тем самым, мы перекрываем пути к выяснению их сущности. Они становятся “вещью в себе” и принимаются как своеобразные физические “аксиомы”, не позволяющие исследовать их внутреннее устройство и взаимосвязь с другими физическими явлениями.

Вместе с тем, система LT естественно отражает взаимосвязь различных физических явлений. Дополнительным преимуществом является простота системы, отсутствие подгоночных коэффициентов (многие из которых носят гордое имя фундаментальных физических констант и физической сущности которых посвящены целые научные трактаты [5],[6]). В этой системе различные физические величины естественно и наглядно можно расположить в клетках двумерной таблицы (подобно таблице Д. И. Менделеева). По нашему мнению, система LT должна явиться своеобразной картой на пути к единой физической теории, которую так упорно (и пока безрезультатно) пытаются построить лучшие умы человечества».

Ерохин Владимир Викторович в статье «Системы физических единиц», размещенной на его сайте vev50.narod.ru, почта vev.50@mail.ru высказывает подобную же точку зрения: «Почему в Гауссовой системе физических единиц существуют дробные размерности? Размерность, например, электрического поля в этой системе содержит корень из грамма и сантиметра. Какой смысл в корне из массы или расстояния? Откуда такая размерность?

…Мы смотрим на мир через призму системы СИ как через калейдоскоп, создающий иллюзию множества разных фигур там, где есть всего две стекляшки. Трудно было создать систему более нелепую, чем это сделали.

…Что имеем в результате такой системы? Имеем деление единого целого на якобы различные и самостоятельные, существующие только в нашем воображении сущности - такие, как масса или заряд, например. …

…Откуда же в физике взяться целостности взглядов? Вместо того чтобы стараться привести разрозненную мозаику теорий к единой основе, физика, продолжает старую традицию флогистонов и магнитных жидкостей, выдумывая все новые и новые физические сущности – монополи, кварки, глюоны, струны, бесчисленные поля – для каждой частицы непременно свое, персональное, и обязательно квантовое. Хотя квантуется не поле, а его динамика. И все это нагромождение выдумок якобы призвано объединить физику. …

…Одной из главных причин неоправданного усложнения физических представлений является некорректная система физических единиц. Не такая уж это безобидная вещь. Это единицы измерения не имеют значения, но размерности выражают самую суть величины. Не менее 80 процентов заблуждений в физике имеет причиной именно то, что суть физических понятий искажена, что массу выражают в килограммах вместо м³/c². …

…Вся псевдонаучная мистика основывается на нежелании немного вникнуть в суть размерностей физических величин, и дальше – в их физическую суть. А сон разума рождает чудовищ. …

…LT система физических единиц уже сегодня позволяет понять сущность понятия поля, понять механизм тяготения и отсутствие грани между электричеством и гравитацией. Поэтому она, несомненно, будет лежать в основе единой теории физических взаимодействий».

Выше мы уже говорили, что физическая сущность физических величин заключена в них самих и непосредственно вытекает из тех закономерностей, которые они характеризуют независимо от того, в каких системах единиц они представлены и в каких размерностях они выражены. Во всяком случае, их физическая истинность определяется вовсе не их размерностью в разных системах измерения, а законами природы. И если приверженцы системы LT не могут этого понять ни в какой другой системе, кроме системы LT, то это больше их личные проблемы, чем проблемы естествознания, которое традиционно опирается на системы MLT.

Независимая размерность массы, наряду с независимой размерностью заряда в официальных системах измерения (MLT) является основным предметом критики сторонников системы LT. Количество вещества, сторонники системы LT предлагают измерять в единицах длины. Однако это противоречит реальной действительности, в которой масса является объективной реальностью несколько отличной от реальности простой геометрии пространства.

Как говорит Макс Планк название может быть только условно истинным. Поэтому единице измерения количества материи можно теоретически присвоить любое название, в том числе и название геометрической меры длины - метр. Но поскольку двух истин быть не может, то в этом случае метр перестанет быть мерой длины и превратится в меру количества материи – килограммы. Однако в системе LT масса измеряется не просто в [м] вместо [кг]. В ней всё настолько абсурдно и запутано, что приверженцы системы LT сами не могут в этом разобраться и поэтому вполне искренне верят в справедливость своих заблуждений. А суть этих заблуждений заключается в следующем:

Размерность массы в системе LT получена из сопоставления силы инертного взаимодействия и закона всемирного тяготения. Вот что пишет по этому поводу в статье «Абсолютная система физических единиц» Ерохин В. В.: «Совершенно очевидно, что, при использовании корректных размерностей, не возникает никакой необходимости вводить размерные коэффициенты пропорциональности ни для инертных, ни для гравитационных, ни для электрических, ни для любых иных сил.

Пусть k_g = k_i = 1 (безразмерный коэффициент). Тогда инертная сила F = m·a, а гравитационная сила F = kg * m₁ * m₂ / r² = m * g, где g - ускорение свободного падения.

Не нужно быть чрезмерно проницательным (жирный шрифт наш – ААА), чтобы заметить некоторое сходство между выражениями F = m·a и F = m·g.

Если m₁ * m₂ / r² = m₁ * g₂ , то, очевидно, размерность массы [m] = [g·r²] = м³/с²».  

Однако для того чтобы представить силу тяготения в виде второго закона Ньютона в поле тяготения, то в ускорении массы необходимо обязательно учитывать гравитационную постоянную (G):

g ₁₍₂₎ = G * m₂₍₁₎ / r²

Тогда:

[m] = [g·r²/G] = [(м³/с²) /( м³ / (кг * с²)] = [кг]

То есть Ерохин В. В., как минимум не достаточно проницателен в обосновании системы LT. Он, как минимум незаконно устранил гравитационную постоянную. Но об этом чуть ниже в совокупности с другими доводами Ерохина и других защитников системы LT. А пока приведём эти другие доводы.

Ерохин В. В. пишет:

 «В природе не могут существовать размерные коэффициенты, существование гравитационной постоянной оправдано только тем фактом, что массу мы измеряем в килограммах, а силу - в ньютонах, поэтому необходим некий коэффициент пропорциональности между ними, как следствие искусственного характера этих единиц. Но можно ли искусственный коэффициент пропорциональности называть фундаментальной константой? Последняя должна отражать нечто реальное и фундаментальное, а не наш произвол в выборе единиц измерения».

Такой вывод действительно могут сделать только те, кто не обладает не только чрезмерной, но и вообще какой-либо проницательностью. Если (G) это по-Ерохину всего лишь связь между килограммами и ньютонами, то она должна присутствовать и во втором законе Ньютона, в котором так же есть килограммы и ньютоны. Однако, как это ни странно для Ерохина и его коллег, во втором законе Ньютона (G) нет. Вывод может быть только один. Гравитационная постоянная это не просто коэффициент пропорциональности, это по совместительности ещё и физическая величина, недоступная для проницательности Ерохина и других LT-шников.

Бессмысленность и абсурдность системы LT проявляется ещё и в том, что несмотря на заявленное устранение в ней инварианты массы M, метры в ней, тем не менее, изменяют свой смысл в соответствии с традиционными физическими инвариантами MLT. Масса в системе LT представляет собой уже не материю, действующую или находящуюся в пространстве, а что-то сделанное из самого пространства, но уже не само это пространство. Поэтому геометрические метры длины и массовые метры – это в системе LT фактически разные метры, которым правомерно присвоить свои индивидуальные символы. Например:

Длина – [м_L] – символ размерности [L]

Масса – [м_m³/с²] – символ размерности [m]

Сила –    [м_m³ * м_L/с⁴] – символ размерности [F]

Работа – [м_m³ * м_L²/с⁴] = [м_Q⁵/с⁴] – символ размерности [Q]

Как видно, количество сущностей в системе LT не только не изменилось по сравнению с системами MLT, но появилась дополнительная путаница с физически разными метрами и соответственно с разделением их степеней.

Так стоило ли городить огород ради такой мнимой красоты?

***

Далее