2026-08-25
Происхождение Лоренц-фактора из бесконечного идемпотентного расщепления
Теорема о расщеплённом пространстве
В этой работе мы рассмотрим пространство не как изначально готовую систему независимых измерений, а как структуру, способную последовательно расщепляться на новые взаимно ортогональные состояния. Каждый следующий уровень возникает внутри ещё не раскрытой части предыдущего и повторяет устройство всего пространства. Если продолжать такое расщепление неограниченно, единичное пространство превращается в бесконечную последовательность связанных, но независимых геометрических направлений.
Мы покажем, что в таком пространстве естественно возникает особое самоподобное состояние: при переходе на каждый следующий уровень его вклад уменьшается в одно и то же число раз. Полная геометрическая длина этого бесконечного состояния оказывается равной Лоренц-фактору. Таким образом, его можно рассматривать не только как известный коэффициент теории относительности, но и как внутреннее метрическое свойство бесконечно расщепляемого пространства.
Введение
В работе «Теорема о преобразовании скаляра в вектор» было показано, что Лоренц-фактор можно представить как длину бесконечномерного вектора:
\[
\tag{1}
\gamma(\beta)
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}
=
\left\|
\mathbf j_0+\beta\mathbf j_1+\beta^2\mathbf j_2+\cdots
\right\|,
\]
где \(\mathbf j_0,\mathbf j_1,\mathbf j_2,\ldots\) — взаимно ортогональные единичные векторы. Однако в той работе этот базис вводился уже в готовом виде. Оставался открытым вопрос: откуда геометрически возникает бесконечная последовательность ортогональных направлений и почему коэффициенты при них должны иметь вид
\[
1,\quad \beta,\quad \beta^2,\quad \beta^3,\quad\ldots
\]
В статье «Многоуровневое идемпотентное расщепление фазовых плоскостей» было показано, что введение новых независимых гиперболических единиц последовательно увеличивает число взаимно ортогональных каналов пространства. Каждая новая единица создаёт дополнительный уровень бинарного расщепления.
В настоящей работе мы объединим эти два результата. Будет показано, что бесконечное последовательное расщепление единицы создаёт счётное множество ортогональных состояний, а единственное масштабно-самоподобное состояние такого пространства имеет длину
\[
\tag{2}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
}
\]
После физического отождествления
\[
\beta=\frac{v}{c}
\]
эта естественная длина состояния пространства совпадает с Лоренц-фактором.
Таким образом, Лоренц-фактор можно рассматривать не только как внешний коэффициент преобразования физических величин, но и как собственную метрическую характеристику бесконечно расщепляемого самоподобного пространства.
1. Векторное представление Лоренц-фактора
Рассмотрим обычный Лоренц-фактор:
\[
\tag{3}
\gamma(\beta)=\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}},
\qquad |\beta|<1.
\]
Квадрат этого выражения раскладывается в геометрический ряд:
\[
\tag{4}
\gamma^2(\beta)
=
\frac{1}{1-\beta^2}
=
1+\beta^2+\beta^4+\beta^6+\cdots.
\]
Если каждому члену этого ряда сопоставить отдельное ортогональное направление, получим вектор
\[
\tag{5}
\boxed{
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0
+\beta\mathbf j_1
+\beta^2\mathbf j_2
+\beta^3\mathbf j_3
+\cdots,
}
\]
где базис удовлетворяет условиям
\[
\tag{6}
\mathbf j_n\cdot\mathbf j_m
=
\delta_{nm}
=
\begin{cases}
1,&n=m,\\
0,&n\ne m.
\end{cases}
\]
За счёт ортогональности смешанные произведения исчезают:
\[
\begin{aligned}
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2
&=
\left(
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^n\mathbf j_n
\right)
\cdot
\left(
\sum_{m=0}^{\infty}\beta^m\mathbf j_m
\right)\\
&=
\sum_{n,m=0}^{\infty}
\beta^{n+m}
\left(\mathbf j_n\cdot\mathbf j_m\right)\\
&=
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^{2n}\\
&=
\frac{1}{1-\beta^2}.
\end{aligned}
\]
Следовательно,
\[
\tag{7}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}
=
\gamma(\beta).
}
\]
Формула (7) уже была получена в предыдущей работе. Но пока это только аналитическое разложение заранее известной функции. Теперь нужно показать, что вектор (5) естественно возникает из внутреннего устройства многоуровневого пространства.
2. Полное и последовательное расщепления
При полном многоуровневом расщеплении каждая новая независимая гиперболическая единица разделяет все существующие компоненты. Если введено \(N\) таких единиц, то возникают
\[
2^N
\]
минимальных комплексных каналов.
Для построения вектора Лоренц-фактора нам понадобится частный случай этой общей конструкции. На каждом уровне одна из ветвей будет фиксироваться как новое состояние, а вторая — оставаться активной и расщепляться дальше.
Получается последовательность:
\[
\text{исходная единица}
\longrightarrow
\text{первое состояние и остаток}
\longrightarrow
\text{второе состояние и новый остаток}
\longrightarrow\cdots.
\]
Такое расщепление не отменяет полного бинарного дерева. Оно выделяет внутри него одну бесконечно продолжающуюся цепочку. Именно эта цепочка будет порождать состояния
\[
E_0,E_1,E_2,E_3,\ldots.
\]
3. Идемпотенты отдельного уровня
Пусть каждому уровню расщепления соответствует независимая гиперболическая единица \(\j_n\):
\[
\tag{8}
\j_n^2=1,
\qquad
\j_n\j_m=\j_m\j_n.
\]
Определим для неё два идемпотента:
\[
\tag{9}
p_n^+
=
\frac{1+\j_n}{2},
\qquad
p_n^-
=
\frac{1-\j_n}{2}.
\]
Они удовлетворяют условиям
\[
\tag{10}
(p_n^\pm)^2=p_n^\pm,
\qquad
p_n^+p_n^-=0,
\qquad
p_n^++p_n^-=1.
\]
В рассматриваемой последовательной конструкции ветвь \(p_n^-\) будет фиксировать состояние, образовавшееся на данном уровне, а ветвь \(p_n^+\) — обозначать остаточную часть, которая продолжает расщепляться.
Знаки \(+\) и \(-\) здесь не имеют физического смысла направления, скорости или заряда. Они лишь различают две ортогональные ветви каждого расщепления.
4. Последовательная цепочка состояний
На первом уровне единица раскрывается так:
\[
1=p_1^-+p_1^+.
\]
Первое слагаемое фиксируется, а второе расщепляется дальше:
\[
p_1^+
=
p_1^+p_2^-
+
p_1^+p_2^+.
\]
Поэтому
\[
1
=
p_1^-
+
p_1^+p_2^-
+
p_1^+p_2^+.
\]
На следующем уровне:
\[
p_1^+p_2^+
=
p_1^+p_2^+p_3^-
+
p_1^+p_2^+p_3^+.
\]
В результате
\[
1
=
p_1^-
+
p_1^+p_2^-
+
p_1^+p_2^+p_3^-
+
p_1^+p_2^+p_3^+.
\]
Введём состояния:
\[
\begin{aligned}
E_0&=p_1^-,\\
E_1&=p_1^+p_2^-,\\
E_2&=p_1^+p_2^+p_3^-,\\
E_3&=p_1^+p_2^+p_3^+p_4^-,\\
&\ \vdots
\end{aligned}
\]
В общем виде:
\[
\tag{11}
\boxed{
E_n
=
\left(
\prod_{k=1}^{n}p_k^+
\right)p_{n+1}^-,
\qquad n=0,1,2,\ldots
}
\]
При \(n=0\) произведение перед \(p_1^-\) отсутствует, поэтому
\[
E_0=p_1^-.
\]
Остаточная ветвь после \(N+1\) расщеплений имеет вид
\[
\tag{12}
\boxed{
R_{N+1}
=
\prod_{k=1}^{N+1}p_k^+.
}
\]
5. Ортогональность полученных состояний
Докажем, что состояния \(E_n\) являются идемпотентными и взаимно ортогональными.
Лемма 1
Для любых \(n\) и \(m\):
\[
\tag{13}
\boxed{
E_nE_m=\delta_{nm}E_n.
}
\]
Доказательство
Сначала проверим идемпотентность. Поскольку все проекторы коммутируют и каждый из них является идемпотентом,
\[
\begin{aligned}
E_n^2
&=
\left[
\left(
\prod_{k=1}^{n}p_k^+
\right)p_{n+1}^-
\right]^2\\
&=
\left(
\prod_{k=1}^{n}(p_k^+)^2
\right)(p_{n+1}^-)^2\\
&=
\left(
\prod_{k=1}^{n}p_k^+
\right)p_{n+1}^-\\
&=E_n.
\end{aligned}
\]
Теперь пусть \(m>n\). Проектор \(E_n\) содержит множитель \(p_{n+1}^-\), тогда как проектор \(E_m\) на том же уровне содержит множитель \(p_{n+1}^+\). Поэтому их произведение содержит
\[
p_{n+1}^-p_{n+1}^+=0.
\]
Следовательно,
\[
E_nE_m=0,
\qquad n\ne m.
\]
Лемма доказана.
Геометрически это означает, что два состояния, возникшие на разных уровнях, расходятся в одной из точек расщепления и после этого не имеют общей компоненты.
6. Разложение единицы
Лемма 2
После \(N+1\) последовательных расщеплений единица представляется в виде
\[
\tag{14}
\boxed{
1
=
\sum_{n=0}^{N}E_n+R_{N+1}.
}
\]
Доказательство
При \(N=0\):
\[
1=p_1^-+p_1^+=E_0+R_1.
\]
Предположим, что для некоторого \(N\) справедливо
\[
1=\sum_{n=0}^{N}E_n+R_{N+1}.
\]
Расщепим остаточную ветвь с помощью следующей пары идемпотентов:
\[
\begin{aligned}
R_{N+1}
&=
R_{N+1}(p_{N+2}^-+p_{N+2}^+)\\
&=
R_{N+1}p_{N+2}^-
+
R_{N+1}p_{N+2}^+.
\end{aligned}
\]
По определениям (11) и (12):
\[
R_{N+1}p_{N+2}^-=E_{N+1},
\]
\[
R_{N+1}p_{N+2}^+=R_{N+2}.
\]
Следовательно,
\[
1
=
\sum_{n=0}^{N+1}E_n+R_{N+2}.
\]
Лемма доказана методом математической индукции.
При любом конечном числе уровней остаточная ветвь сохраняется. В бесконечном метрическом завершении она уходит на неограниченную глубину, а последовательность состояний
\[
E_0,E_1,E_2,\ldots
\]
образует счётное множество взаимно ортогональных каналов.
7. От идемпотентных каналов к многомерному пространству
Алгебраическое условие
\[
E_nE_m=0,\qquad n\ne m
\]
показывает независимость каналов. Но для вычисления длины состояния необходимо дополнительно определить метрику.
Сопоставим каждому идемпотентному каналу единичный базисный вектор:
\[
\tag{15}
E_n\longleftrightarrow\mathbf j_n.
\]
Введём скалярное произведение:
\[
\tag{16}
\boxed{
\mathbf j_n\cdot\mathbf j_m=\delta_{nm}.
}
\]
Тогда произвольный вектор имеет вид
\[
\mathbf u
=
u_0\mathbf j_0+
u_1\mathbf j_1+
u_2\mathbf j_2+\cdots,
\]
а его квадрат длины равен
\[
\tag{17}
\|\mathbf u\|^2
=
u_0^2+u_1^2+u_2^2+\cdots.
\]
Так многоуровневое идемпотентное расщепление создаёт счётномерное ортогональное пространство
\[
\mathcal H
=
\operatorname{span}
\{\mathbf j_0,\mathbf j_1,\mathbf j_2,\ldots\}.
\]
Его можно понимать как бесконечномерное пространство, в котором определены направления, ортогональность, длина и сходимость состояний.
8. Пространство, которое воспроизводит себя
Рассмотрим полное пространство
\[
\mathcal H
=
\operatorname{span}
\{\mathbf j_0,\mathbf j_1,\mathbf j_2,\ldots\}.
\]
После выделения первого направления \(\mathbf j_0\) остаётся подпространство
\[
\mathcal H_1
=
\operatorname{span}
\{\mathbf j_1,\mathbf j_2,\mathbf j_3,\ldots\}.
\]
Оно имеет такую же структуру, как исходное пространство: отличается только нумерация направлений. Поэтому
\[
\mathcal H_1\simeq\mathcal H.
\]
Введём оператор перехода на следующий уровень:
\[
\tag{18}
\boxed{
S\mathbf j_n=\mathbf j_{n+1}.
}
\]
Для произвольного вектора:
\[
S
\left(
u_0\mathbf j_0+
u_1\mathbf j_1+
u_2\mathbf j_2+\cdots
\right)
=
u_0\mathbf j_1+
u_1\mathbf j_2+
u_2\mathbf j_3+\cdots.
\]
Оператор \(S\) сохраняет длину:
\[
\tag{19}
\|S\mathbf u\|=\|\mathbf u\|.
\]
Кроме того, всё перенесённое состояние ортогонально начальному направлению:
\[
\tag{20}
\mathbf j_0\cdot S\mathbf u=0.
\]
Поэтому пространство обладает рекурсивной структурой:
\[
\tag{21}
\boxed{
\mathcal H
=
\operatorname{span}\{\mathbf j_0\}
\oplus
S\mathcal H.
}
\]
Формула (21) означает, что пространство состоит из начального единичного направления и полной копии самого себя, перенесённой на следующий уровень.
Именно это свойство будем называть геометрическим самоподобием пространства.
9. Естественное состояние пространства
Теперь требуется определить состояние, согласованное с самоподобной структурой (21).
Пусть при переходе на каждый следующий уровень амплитуда состояния умножается на один и тот же безразмерный коэффициент \(\beta\). Тогда полное состояние должно состоять из:
- начального единичного состояния \(\mathbf j_0\);
- копии самого себя, перенесённой оператором \(S\);
- коэффициента масштаба \(\beta\) между соседними уровнями.
Следовательно, состояние должно удовлетворять рекурсивному уравнению
\[
\tag{22}
\boxed{
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
}
\]
Это уравнение не является специально подобранным представлением Лоренц-фактора. Оно непосредственно выражает устройство рассматриваемого пространства:
\[
\boxed{
\text{целое состояние}
=
\text{начальное состояние}
+
\text{масштабированная копия целого}.
}
\]
Будем называть решение уравнения (22) естественным самоподобным \(\beta\)-состоянием пространства.
10. Почему это состояние является естественным
Определение (22) выделяет состояние не по заранее известной формуле, а по его внутренним геометрическим свойствам.
Естественное состояние:
- сохраняет свою форму на всех уровнях;
- не требует отдельного выбора коэффициента для каждого направления;
- отличается на соседних уровнях только общим множителем \(\beta\);
- согласовано с бесконечной структурой самого пространства;
- при \(|\beta|<1\) имеет конечную норму;
- является единственным состоянием с перечисленными свойствами.
Именно существование и единственность такого состояния позволяют говорить, что оно является естественным свойством пространства, а не произвольной конструкцией.
11. Теорема о естественном состоянии расщеплённого пространства
Теорема
Пусть пространство \(\mathcal H\) образовано бесконечной последовательностью взаимно ортогональных состояний
\[
\mathbf j_0,\mathbf j_1,\mathbf j_2,\ldots,
\]
а оператор \(S\) переводит каждое состояние на следующий уровень:
\[
S\mathbf j_n=\mathbf j_{n+1}.
\]
Тогда при \(|\beta|<1\) уравнение самоподобия
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta
\]
имеет единственное решение конечной нормы:
\[
\tag{23}
\boxed{
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^n\mathbf j_n.
}
\]
Норма этого состояния равна
\[
\tag{24}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
}
\]
12. Доказательство существования
Начнём с уравнения самоподобия:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
Подставим правую часть этого же уравнения вместо \(\boldsymbol{\Gamma}_\beta\):
\[
\begin{aligned}
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
&=
\mathbf j_0+
\beta S
\left(
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta
\right)\\
&=
\mathbf j_0+
\beta\mathbf j_1+
\beta^2S^2\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\end{aligned}
\]
После следующей подстановки:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+
\beta\mathbf j_1+
\beta^2\mathbf j_2+
\beta^3S^3\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
После \(N+1\) повторений:
\[
\tag{25}
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\sum_{n=0}^{N}\beta^n\mathbf j_n
+
\beta^{N+1}S^{N+1}\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
Поскольку оператор \(S\) сохраняет норму,
\[
\left\|
\beta^{N+1}S^{N+1}\boldsymbol{\Gamma}_\beta
\right\|
=
|\beta|^{N+1}
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|.
\]
При \(|\beta|<1\):
\[
\lim_{N\to\infty}
|\beta|^{N+1}
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
0.
\]
Поэтому остаток в формуле (25) исчезает, и мы получаем
\[
\boxed{
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+
\beta\mathbf j_1+
\beta^2\mathbf j_2+
\beta^3\mathbf j_3+\cdots.
}
\]
Ряд имеет конечную норму, поскольку
\[
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^{2n}
\]
сходится при \(|\beta|<1\). Следовательно, естественное состояние существует.
13. Доказательство единственности
Предположим, что существуют два состояния конечной нормы, удовлетворяющие одному и тому же уравнению:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(1)}
=
\mathbf j_0+
\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(1)},
\]
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(2)}
=
\mathbf j_0+
\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(2)}.
\]
Вычтем второе уравнение из первого и обозначим
\[
\boldsymbol{\Delta}
=
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(1)}
-
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(2)}.
\]
Тогда
\[
\boldsymbol{\Delta}
=
\beta S\boldsymbol{\Delta}.
\]
Возьмём нормы обеих частей:
\[
\|\boldsymbol{\Delta}\|
=
|\beta|\,\|S\boldsymbol{\Delta}\|.
\]
Так как \(S\) сохраняет норму,
\[
\|\boldsymbol{\Delta}\|
=
|\beta|\,\|\boldsymbol{\Delta}\|.
\]
При \(|\beta|<1\) это равенство возможно только в случае
\[
\|\boldsymbol{\Delta}\|=0.
\]
Следовательно,
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(1)}
=
\boldsymbol{\Gamma}_\beta^{(2)}.
\]
Таким образом, естественное самоподобное состояние пространства является единственным.
14. Первое доказательство Лоренц-фактора
Мы получили состояние
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^n\mathbf j_n.
\]
Вычислим квадрат его нормы:
\[
\begin{aligned}
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2
&=
\left(
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^n\mathbf j_n
\right)
\cdot
\left(
\sum_{m=0}^{\infty}\beta^m\mathbf j_m
\right)\\
&=
\sum_{n,m=0}^{\infty}
\beta^{n+m}\delta_{nm}\\
&=
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^{2n}\\
&=
1+\beta^2+\beta^4+\cdots\\
&=
\frac{1}{1-\beta^2}.
\end{aligned}
\]
Поэтому
\[
\tag{26}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
}
\]
Это выражение совпадает с Лоренц-фактором.
15. Второе доказательство: геометрическая теорема Пифагора
Существует более короткий и геометрически более наглядный вывод.
Естественное состояние пространства состоит из двух ортогональных частей:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\underbrace{\mathbf j_0}_{\text{исходное состояние}}
+
\underbrace{\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta}_{\text{масштабированная копия пространства}}.
\]
Поскольку
\[
\mathbf j_0\cdot S\boldsymbol{\Gamma}_\beta=0,
\]
по теореме Пифагора:
\[
\begin{aligned}
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2
&=
\|\mathbf j_0\|^2
+
\beta^2
\left\|S\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2\\
&=
1+
\beta^2
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2.
\end{aligned}
\]
Следовательно,
\[
\left(1-\beta^2\right)
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2
=
1.
\]
Отсюда снова получаем
\[
\tag{27}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
}
\]
В этом доказательстве Лоренц-фактор возникает без предварительного разложения функции в ряд. Он является прямым следствием ортогональности и самоподобия пространства.
Именно поэтому формулу (27) можно считать естественной метрической характеристикой рассматриваемой геометрии.
16. Вложенная форма состояния
Скалярная идея, лежащая в основе построения, может быть записана в виде
\[
1+x\left[
1+x\left(
1+x\left(
1+\cdots
\right)
\right)
\right].
\]
Однако в нашем случае каждый следующий член относится к новому ортогональному направлению. Поэтому векторная вложенность имеет вид
\[
\tag{28}
\boxed{
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+
\beta S
\left[
\mathbf j_0+
\beta S
\left(
\mathbf j_0+
\beta S(\cdots)
\right)
\right].
}
\]
После вычисления квадрата нормы операторные переходы превращаются в множители \(\beta^2\):
\[
\tag{29}
\boxed{
\gamma^2
=
1+\beta^2
\left[
1+\beta^2
\left(
1+\beta^2
\left(
1+\cdots
\right)
\right)
\right].
}
\]
Всё выражение внутри первой квадратной скобки снова равно \(\gamma^2\), поэтому
\[
\gamma^2=1+\beta^2\gamma^2.
\]
Отсюда
\[
\gamma^2=\frac{1}{1-\beta^2}.
\]
Таким образом, вложенная конструкция
\[
1+x(1+x(1+x+\cdots))
\]
соответствует Лоренц-фактору при
\[
x=\beta^2,
\]
если каждая новая единица представляет отдельное ортогональное состояние пространства.
17. Почему возникают степени \(\beta^n\)
Важно уточнить, что пространство не состоит из бесконечного числа состояний с одинаковой амплитудой \(\beta\). Вектор
\[
\mathbf j_0+
\beta\mathbf j_1+
\beta\mathbf j_2+
\beta\mathbf j_3+\cdots
\]
имел бы бесконечную норму при любом \(\beta\ne0\).
В нашей конструкции коэффициент \(\beta\) применяется не отдельно к каждому новому состоянию, а ко всей остающейся копии пространства:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
Чтобы достичь уровня \(n\), необходимо выполнить \(n\) последовательных переходов. Поэтому амплитуда этого уровня равна
\[
\beta^n.
\]
Получается последовательность:
\[
\boxed{
1,\quad
\beta,\quad
\beta^2,\quad
\beta^3,\quad\ldots
}
\]
Следовательно, степени \(\beta\) не назначаются каждому уровню вручную. Они автоматически возникают из повторения одного и того же масштабного перехода.
18. Пространство с конечным числом уровней
Если расщепление заканчивается после \(N+1\) состояний, получаем конечномерный вектор:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_{\beta,N}
=
\sum_{n=0}^{N}\beta^n\mathbf j_n.
\]
Его квадрат нормы:
\[
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_{\beta,N}\right\|^2
=
\sum_{n=0}^{N}\beta^{2n}
=
\frac{1-\beta^{2N+2}}{1-\beta^2}.
\]
Поэтому конечномерный аналог Лоренц-фактора равен
\[
\tag{30}
\boxed{
\gamma_N(\beta)
=
\sqrt{
\frac{1-\beta^{2N+2}}
{1-\beta^2}
}.
}
\]
Первые приближения имеют вид:
\[
\begin{aligned}
\gamma_0&=1,\\
\gamma_1&=\sqrt{1+\beta^2},\\
\gamma_2&=\sqrt{1+\beta^2+\beta^4},\\
\gamma_3&=\sqrt{1+\beta^2+\beta^4+\beta^6}.
\end{aligned}
\]
При увеличении числа уровней:
\[
\tag{31}
\boxed{
\lim_{N\to\infty}\gamma_N(\beta)
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}},
\qquad |\beta|<1.
}
\]
Таким образом, точный Лоренц-фактор соответствует бесконечно глубокому расщеплению пространства, а конечное число уровней даёт его конечномерное приближение.
19. Геометрический смысл параметра \(\beta\)
В чисто математической конструкции \(\beta\) является коэффициентом масштабного перехода между соседними уровнями:
\[
\mathbf j_n
\longrightarrow
\beta\mathbf j_{n+1}.
\]
После физического отождествления
\[
\tag{32}
\boxed{
\beta=\frac{v}{c}
}
\]
естественное состояние принимает вид
\[
\boldsymbol{\Gamma}(v)
=
\mathbf j_0
+
\frac{v}{c}\mathbf j_1
+
\left(\frac{v}{c}\right)^2\mathbf j_2
+
\left(\frac{v}{c}\right)^3\mathbf j_3
+\cdots.
\]
Его длина равна
\[
\tag{33}
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}(v)\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}.
}
\]
При таком подходе скорость определяет степень проявления внутренних уровней пространства.
При малой скорости:
\[
|\beta|\ll1,
\]
высшие компоненты быстро уменьшаются:
\[
1\gg|\beta|\gg\beta^2\gg|\beta|^3\gg\cdots.
\]
Поэтому состояние пространства практически ограничивается первыми направлениями.
При увеличении \(|\beta|\) последующие уровни убывают медленнее, и в полной длине состояния начинает участвовать всё больше ортогональных компонент.
20. Эффективное число проявленных уровней
Можно оценить число уровней, амплитуда которых превышает некоторое малое значение \(\varepsilon\). Условие заметности \(n\)-го уровня имеет вид
\[
|\beta|^n\geq\varepsilon.
\]
После логарифмирования:
\[
n\leq
\frac{\ln\varepsilon}{\ln|\beta|}.
\]
Поэтому эффективное число проявленных уровней можно оценить как
\[
\tag{34}
\boxed{
N_{\mathrm{eff}}
\approx
\frac{\ln\varepsilon}{\ln|\beta|}.
}
\]
При \(|\beta|\to1\):
\[
\ln|\beta|\to0,
\qquad
N_{\mathrm{eff}}\to\infty.
\]
То есть по мере приближения \(|\beta|\) к единице существенно проявляется всё больше уровней расщеплённого пространства.
21. Граничные состояния
Случай \(\beta=0\)
Если
\[
\beta=0,
\]
то
\[
\boldsymbol{\Gamma}_0=\mathbf j_0,
\qquad
\|\boldsymbol{\Gamma}_0\|=1.
\]
Проявлено только исходное состояние. Все последующие уровни имеют нулевую амплитуду.
Случай \(0<|\beta|<1\)
В состоянии участвует бесконечное число уровней:
\[
1,\beta,\beta^2,\beta^3,\ldots,
\]
но их амплитуды убывают. Поэтому полная норма остаётся конечной.
Предел \(|\beta|\to1\)
При приближении к единице подавление высших уровней исчезает:
\[
\beta^n\to1.
\]
Тогда
\[
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|^2
=
1+\beta^2+\beta^4+\cdots
\longrightarrow\infty.
\]
Геометрически это означает, что бесконечное число ортогональных состояний получает практически одинаковый вес. Такое состояние уже не имеет конечной нормы.
Случай \(|\beta|>1\)
Коэффициенты
\[
1,\beta,\beta^2,\beta^3,\ldots
\]
не убывают, а возрастают. Поэтому состояние не принадлежит построенному пространству конечной нормы.
Таким образом, условие
\[
|\beta|<1
\]
возникает как математическое условие существования конечного естественного состояния бесконечно расщеплённого пространства.
22. Лоренц-фактор как внутренняя длина пространства
В обычной скалярной записи
\[
\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}
\]
Лоренц-фактор выглядит как коэффициент, который необходимо дополнительно применить к некоторой физической величине.
В рассматриваемом представлении он получает непосредственный геометрический смысл:
\[
\tag{35}
\boxed{
\gamma
=
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|.
}
\]
Координатами естественного состояния являются
\[
\{1,\beta,\beta^2,\beta^3,\ldots\},
\]
а Лоренц-фактор является полной длиной этого состояния во всех ортогональных направлениях.
Получается следующая логическая последовательность:
\[
\boxed{
\begin{aligned}
&\text{многоуровневое идемпотентное расщепление}\\
&\Downarrow\\
&\text{бесконечная последовательность ортогональных каналов}\\
&\Downarrow\\
&\text{самоподобное состояние с коэффициентом }\beta\\
&\Downarrow\\
&\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta\mathbf j_1+\beta^2\mathbf j_2+\cdots\\
&\Downarrow\\
&\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
\end{aligned}
}
\]
Следовательно, Лоренц-фактор не требуется вводить в эту геометрию отдельно. Он появляется как норма единственного самоподобного состояния, согласованного с внутренним строением пространства.
23. В каком смысле это свойство является естественным
Слово «естественное» здесь имеет точный математический смысл.
Мы не назначаем отдельно коэффициенты
\[
1,\beta,\beta^2,\ldots
\]
и не подбираем их специально для получения известной формулы. Вместо этого задаются только основные свойства пространства:
\[
\boxed{
\begin{aligned}
&\text{1. Бесконечная расщепляемость;}\\
&\text{2. Ортогональность возникающих состояний;}\\
&\text{3. Самоподобие остаточной части;}\\
&\text{4. Единый коэффициент перехода }\beta.
\end{aligned}
}
\]
Из них следует рекурсивное уравнение
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
Это уравнение имеет единственное решение конечной нормы, а его длина неизбежно равна
\[
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
\]
Поэтому Лоренц-фактор является не случайным результатом выбранного разложения, а необходимой метрической характеристикой пространства с перечисленными свойствами.
24. Границы полученного результата
Для точности необходимо разделять результаты, полученные непосредственно из алгебры, и дополнительные свойства рассматриваемой модели пространства.
Многоуровневое идемпотентное расщепление даёт:
- систему взаимно ортогональных каналов;
- возможность последовательного выделения состояний \(E_n\);
- бесконечно продолжающуюся структуру расщепления;
- алгебраическую основу многомерного пространства.
Дополнительно вводятся:
- метрическое соответствие \(E_n\longleftrightarrow\mathbf j_n\);
- самоподобие оставшейся части пространства;
- единый коэффициент масштаба \(\beta\);
- физическое отождествление \(\beta=v/c\).
Одно только наличие идемпотентных расщеплений ещё не выбирает Лоренц-фактор среди всех возможных функций. Его однозначно выбирает сочетание расщепления, ортогональности и масштабного самоподобия.
Именно совокупность этих свойств определяет рассматриваемую модель пространства.
Заключение
В работе о преобразовании скаляра в вектор Лоренц-фактор был представлен как длина бесконечномерного вектора:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+
\beta\mathbf j_1+
\beta^2\mathbf j_2+\cdots.
\]
Настоящая работа показывает возможное внутреннее происхождение этого вектора.
Последовательное многоуровневое идемпотентное расщепление создаёт цепочку взаимно ортогональных состояний:
\[
E_0,E_1,E_2,\ldots.
\]
После введения метрики им соответствует ортонормированный базис:
\[
\mathbf j_0,\mathbf j_1,\mathbf j_2,\ldots.
\]
Оставшаяся после выделения первого направления часть пространства имеет ту же структуру, что и целое пространство. Если переход на следующий уровень сопровождается единым масштабным коэффициентом \(\beta\), естественное состояние должно удовлетворять уравнению
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\mathbf j_0+\beta S\boldsymbol{\Gamma}_\beta.
\]
Было доказано, что при \(|\beta|<1\) это уравнение имеет единственное решение конечной нормы:
\[
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\sum_{n=0}^{\infty}\beta^n\mathbf j_n.
\]
Его длина равна
\[
\boxed{
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
}
\]
После отождествления \(\beta=v/c\) эта длина совпадает с Лоренц-фактором.
Таким образом, Лоренц-фактор можно рассматривать не как внешнюю поправку, наложенную на пространство, а как длину его собственного бесконечно глубокого состояния. Чем больше \(|\beta|\), тем медленнее убывают компоненты высших уровней и тем больше ортогональных состояний участвует в формировании полной геометрической длины.
Основной результат работы можно выразить следующим образом:
\[
\boxed{
\begin{gathered}
\text{бесконечная расщепляемость}
+
\text{ортогональность}
+
\text{масштабное самоподобие}\\
\Downarrow\\
\boldsymbol{\Gamma}_\beta
=
\{1,\beta,\beta^2,\beta^3,\ldots\}\\
\Downarrow\\
\gamma
=
\left\|\boldsymbol{\Gamma}_\beta\right\|
=
\frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}.
\end{gathered}
}
\]
Следовательно, Лоренц-фактор является естественной метрической характеристикой бесконечно расщеплённого самоподобного пространства.

