Текст книги "Таинственная гравитация"

Таинственная гравитация
Анатолий Трутнев

«Если исчезнет материя, то исчезнет и пространство»

А. Эйнштейн

© Анатолий Трутнев, 2017

ISBN 978-5-4485-3326-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

По современным представлениям ученых все физические процессы, явления в природе, в конечном счете, подчинены действиям четырех типов взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного, и что все эти взаимодействия имеют гравитационную основу.

В настоящее время основной теорией гравитации считается ОТО Эйнштейна, но в связи с последними достижениями физической науки, большая часть физиков теоретиков считает, что она нуждается в модификации и работают над её усовершенствованием. Другая часть физиков, наоборот, считают, что ОТО чрезмерно усложнена, её выводы подтверждены только в узких областях физики, в ней много логических противоречий, поэтому разрабатывают теорию гравитации на совершенно новой основе. Деятельность по созданию теорий гравитации была и остается очень бурной.

В предлагаемой книге сделана попытка дать определенный ответ на одну из глубинных проблем физики – сущность гравитации. Ведь до сих пор, несмотря на многовековые исследования, физике неизвестна причина существования массы, а это источник гравитации, и природа электромагнитного заряда. В книге представлен новый взгляд на сущность гравитации. Для этого была смоделирована система взаимодействия материи и пространства и на её основе описаны механизмы гравитационного взаимодействия материальных тел, удаленных на большие расстояния друг от друга, связи самогравитации с выделением материальной энергии, рождения новых химических элементов в недрах звезд, возникновения и распространения гравитационных волн. Объяснены причины неизменности скорости фотонов различных энергий в данной среде, несущих разное количество материальной энергии, а также, почему при пересечении проводником магнитных силовых линий, в нем возникает электрический ток. Высказаны предположения о времени образования темной материи, о кандидате на роль темной энергии и сделан прогноз о продолжительности процесса ускорения движения галактик. Приведены примеры, косвенных доказательств реальности существования силовых нитей пространства.

Побудительным мотивом моделирования системы взаимодействия материи и пространства явилось возобновление публикаций в научной литературе о реальности существования светоносного эфира. Появлений в ней в последнее время интригующих и важных идей о том, что пространство состоит из дискретных частиц и первые признаки «нитей», составляющих ткань Вселенной, экспериментально могут быть обнаружены в ближайшее время. А также, экспериментальный результат аномалии «Пионеров», вызывающий интерес ученых, задающих себе вопрос, не может ли она порождаться до сих пор неизвестными факторами. Исходным положением смоделированной системы служит постулат существования силовых нитей пространства, из которых «соткана» отрицательно заряженная Мировая сеть пространства.

Настоящая книга рассчитана на любознательных думающих читателей, в ней приоткрываются новые горизонты физики. Как во всем новом, в ней присутствуют спорные аспекты, исчерпывающие ответы, на которые будут получены со временем

Глава I. Гравитация – основа многих физических процессов, явлений, взаимодействий

История вопроса

Одним, из самых загадочных природных явлений, к которым приковано внимание ученых всего мира на протяжении многих столетий, является свойство материальных тел взаимно притягиваться друг к другу. Первым по-настоящему осознавшим, что в основе этого явления лежит масса тела, был Иссак Ньютон. Он попытался решить эту проблему, описав её математическими законами в своей книге «Математические начала натуральной философии», которую писал в течение 45 лет.

Согласно его теории все гравитационные эффекты обусловлены силами взаимодействия материальных тел. По Ньютону масса тела обладает двояким свойством. В первом случае она инертна (m_i) и представляет собой отношение негравитационной силы к ускорению, а во втором случае она гравитационна (m_g) и определяет силу притяжения тела другими телами, а также притяжение самим телом других тел. Обе эти величины тождественны друг другу, хотя и получены экспериментально в ходе разных экспериментов и имеют принципиально разную физическую природу.

 
m_i = m_g
 

Теория гравитации Ньютона базируется на силах тяготения, которые являются дальнодействующими и распространяются мгновенно. Она получила всеобщее признание с момента опубликования и продержалась до 1916 года, когда была заменена обшей теорией относительности Эйнштейна.

Необходимость такой замены привело осознание противоречий в основных принципах классической механики, несовместимости принципа относительности и закона распространения света. Как считал Эйнштейн, это связано с тем, что классическая механика опирается на неоправданные гипотезы: промежуток времени между двумя событиями не зависит от движения тела отсчета, не зависит также от него и пространственное расстояние между двумя точками твердого тела, а это означает, что время и пространство абсолютны и разделены между собой.

Противоречия классической механики Эйнштейн разрешил в разработанной им в 1905 году специальной теории относительности (СТО).

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

 
E = mc²
 

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

Специальная теория относительности получила широкое экспериментальное подтверждение. Её многие следствия используются в настоящее время на практике. Она является краеугольным камнем современной физики, занимает свою область применения. Но её выводы применимы лишь для локальных участков пространства —времени, а в масштабах Вселенной они не приемлемы. Для описания Вселенной используются общая теория относительности (ОТО), которую Эйнштейн опубликовал в 1916 году.

Главное различие этих теорий заключается в том, что в СТО связаны воедино пространство и время (пространство – время), а в ОТО установлена триединая связь: пространство – время – масса. В СТО пространство-время рассматривается плоским, имеющим нулевой тензор кривизны, а в ОТО оно искривлено, с тензором кривизны больше нуля. В ОТО гравитационный эффект обусловлен не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве – времени, а деформацией самого пространства – времени, которая связана с присутствием в ней массы, то есть сила взаимодействия гравитирующих тел определяется кривизной окружающего эти тела пространства.

ОТО завершенная физическая теория, предсказания которой подтверждены наблюдениями и экспериментами, включающие в себя гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержание сигнала в гравитационном поле. С помощью ОТО объяснены аномальная прецессия перигелия Меркурия и причины отклонения лучей света в гравитационном поле Солнца. Осенью 2015 года были обнаружены гравитационные волны, возникшие в ходе столкновения двух крупных черных дыр с массами в 29 и 36 раз превышающими массу Солнца, которое произошло более 1,3 млрд лет назад, Волны были обнаружены на усовершенствованных детекторах LIGO и зарегистрированы, как прямое доказательство предсказанного Эйнштейном явления.

Но несмотря на всеобщее признание и ошеломляющий успех, общая теория относительности, как и всякая физическая теория имеет свою область применения и, по мнению многих физиков, имеет существенные недостатки. Основным из них считается нарушение главного закона физики – закона сохранения энергии. Дело в том, что, с точки зрения математической физики, в ОТО из-за неоднородности времени закон сохранения энергии является следствием уравнений Эйнштейна и может быть выражен только локально по формуле:

где точка с запятой обозначает взятие ковариантной производной.

Переход от него к глобальному закону невозможен, потому что так интегрировать тензорные поля в римановом пространстве, чтобы получать тензорные результаты невозможно. Поэтому, чтобы выполнялся закон сохранения энергии необходимо уравнение представить в таком виде:

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

Но величина (1) представляет собой псевдотензор и приписываемый ему отрицательный вклад гравитационного поля в общую энергию не состоятелен. На самом деле он положителен, а это лишает смысла саму идею. Некоторые физики определяют тензор энергии-импульса гравитационного поля, как тензор Эйнштейна и он точно уравновешивает энергию-импульс материи в любом объеме, тогда их сумма тождественно равна нулю, но это утверждение большинство современных физиков считают спорным.

ОТО имеет ряд и других существенных проблем, поэтому в настоящее время многие физики предпринимают попытки модифицировать её или разработать новые теории гравитации. К ним относятся следующие теории. Это релятивистская теория гравитации Логунова, скалярная теория Нордстрема, модифицированная ньютоновская динамика (МОНД), теория струн, петлевая квантовая гравитация, теория мембран, которые позволяют квантовать гравитацию, но все они обладают существенным недостатками, которые не позволяют считать их физическими теориями. В отличие от них ОТО до сих пор является самой востребованной теорией гравитации, и используется во многих фундаментальных исследованиях. Это тензорная теория, потому что её уравнения имеют только тензорные величины. Авторы современных теорий гравитации при их разработке, так или иначе, стремятся получить результаты не хуже, чем они получаются у ОТО на тех позициях, где она подтверждается.

Общая теория относительности всего лишь модель для описания природных явлений, поэтому её предсказания не всегда могут совпадать с реальными показателями этих явлений. Результаты последних исследований в физике фундаментальных говорят о необходимости модификации ОТО.

В этой книге представлен новый взгляд на гравитацию, как физическую силу с позиции смоделированной системы, базирующейся на следующих принципах.

Принципы моделирования

Реалии (R) окружающего нас мира можно представить как:

R = W + P где W – материя, P – пространство

Т – время форма взаимодействия материи и пространства.

Е_S – энергия форма взаимосвязи материи и пространств

В смоделированной системе, чтобы глубже понять роль каждой из компонент, материя и пространство были разделены до последних неделимых (гипотетических) частиц и обозначены следующим образом:

g – положительно заряженная частица – гравитон

p – отрицательно заряженная частица пространства – простон.

Гравитон это («горячий») сгусток энергии материи, а простон это («холодный») сгусток энергии пространства Оба сгустка образовались в начальной стадии образования Вселенной. Частицы одинаковы по модулю и обратны по знаку

Пространство в смоделированной системе представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов.

Материя в смоделированной системе представляет собой совокупность гравитонов, размещенных определенным образом между силовыми нитями пространства. Способами этих размещений определяется все многообразие физического мира.

Все материальные тела (от частиц до галактик) движутся в силовых нитях пространства и деформируют их. Протон сжимает, а электрон расширяет силовые нити пространства В этом их фундаментальное сходство и различие. Несмотря на то, что протон тяжелее электрона в 1840 раз, у обоих частиц одинаковые по величине, но разные по знаку заряды.

Энергия является формой связи между материей и пространством. Здесь она выступает в двух ипостасях – энергии материи и энергии пространства. В современном мире все физические, химические, биологические, ядерные процессы, явления, взаимодействия происходят при непосредственном участии обоих видов энергии. Они взаимно переходят друг в друга и служат основой для формирования всего многообразия различных видов материальной энергии и способов их перехода одного вида в другой.

Гравитация и масса

Несмотря на существенные недостатки теории гравитации Ньютона и ОТО Эйнштейна, современная традиционная физическая наука рассматривает их как основные фундаментальные теории гравитации. При этом считается, что при слабой гравитации целесообразнее использовать теорию гравитации Ньютона, а при сильной гравитации более надежные результаты дает применение теории Эйнштейна. Остальные теории гравитации, с точки зрения большинства современных физиков, считают на данный момент как незавершенные или не полные, другие не могут быть признаны полностью успешными, третьи заслуживать внимания, либо быть сколько-нибудь значимыми, а четвертые вообще лженаучными.

Согласно теории гравитации Ньютона, чем тяжелее тело, тем сильнее оно притягивает к себе другие тела. Но вот сам механизм гравитационного взаимодействия материальных тел, Ньютон даже не пытался объяснить. На все вопросы современников, каким образом воздействуют между собой материальные тела, удаленные на большие расстояния друг от друга, он отвечал «…гипотез не измышляю».

Эйнштейн остроумно связал гравитацию с кривизной пространства и тем самым лишил её физической силы, а раз у неё нет силы, поэтому она не может влиять на движение тела, следовательно сама постановка вопроса о механизме гравитационного взаимодействия материальных тел теряет смысл. Чтобы выйти из этого положения он пытался создать единую теорию поля для всех физических взаимодействий, но этого сделать ему не удалось.

Попробуем внести определенную ясность в вопрос о механизме гравитационного воздействия на материальные тела с помощью смоделированной системы взаимодействия материи и пространства, суть которой изложена выше в Принципах моделирования.

1. Её базовое положение о том, что физический (R) мир есть результат взаимодействия и взаимосвязи двух компонент материи (W) и пространства (P) не требует ни каких доказательств.

2. Формой их взаимосвязи является энергия (E_s), которая здесь выступает в двух ипостасях – энергии материи (E_m) и энергии пространства (-E_p), которые взаимно переходят друг в друга. Доказательства данному утверждению приведены выше.

3. Пространство в смоделированной системе представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов. Этому базовому положению представлено обоснование в разделе «Гравитация и энергия»

4. Материя в смоделированной системе представляет собой совокупность гравитонов, размещенных определенным образом между силовыми нитями пространства. Данное положение системы также постулируется.

Если поместить гравитоны между силовыми нитями пространства, то в силу их разнородности зарядов, последние будут испытывать деформацию (Рис. 1).

Рис. 1. Схема взаимодействия гравитона (g) с силовыми линиями пространства (u)

Деформация (сближение) силовых нитей пространства будет сопровождаться выделением энергии, при этом будет совершаться работа по перемещению гравитона в силовых нитях пространства:

 
А = Fd
 

Согласно второго закона Ньютона F = gа. Следовательно, на гравитон будет действовать сила в направлении движения, придавая ему ускорение.

При этом деформация силовых нитей будет увеличиваться, а выделение энергии возрастать. Вместе с тем следует также отметить, что процесс этот будет постоянно замедляться из-за нарастающего сопротивления деформации силовых нитей пространства.

В предлагаемой модели взаимодействия материи и пространства все материальные тела представляют собой совокупность гравитонов, размещенных в определенной последовательности в силовых нитях пространства. Именно эти два фактора – организация и размещение материи в силовых нитях пространства и определяют форму и свойства материальных тел, а так же все процессы, протекающие в них, формируют все многообразие реального мира.

В такой смоделированной системе у всех материальных тел будет просматриваться одна общая закономерность. Наибольшей деформации будут подвержены силовые нити, находящиеся в их центральной части (Рис. 2)

Рис. 2. Нарастание деформации силовых нитей пространства от периферии к центру материального тела

При этом будет проявляться эффект мнимости, то есть как будто вся масса материального тела сосредоточена в его центре.

Степень деформации (сжатия) силовых нитей пространства, окружающего материальное тело эквивалентна массе тела, а ее величина пропорциональна количеству гравитонов, приходящихся на одну силовую нить пространства внутри материального тела. Степень сжатия силовых нитей пространства внутри тела нарастает от периферии к центру. Она определяется расстоянием между соседними силовыми нитями пространства как внутри тела, так и в окружающем тело пространстве.

Каждому материальному телу соответствует свое гравитационно-пространственное поле с определенной степенью сжатия силовых нитей пространства (S), окружающих данное тело. Рассмотрим это на примере Солнце-Земля (Рис. 3).

Как известно, любое материальное тело может быть сжато до объема, поверхность которого не могут покинуть даже фотоны электромагнитных излучений. Радиус такого объема тела называется гравитационным. У всех материальных тел, находящихся в таком физическом состоянии, один кубический сантиметр их вещества содержит одинаковое количество силовых нитей с одинаковой степенью их сжатия S₀. 1 кубический сантиметр сферы с гравитационным радиусом способен оказывать эффективное гравитационное влияние на материальные тела на расстоянии K_g, а вся сфера соответственно на R_g..

 
K_g = 1/ S₀  где S₀ = 10^—31см
 

R_g = V_gK_g где V_g – объем сферы с гравитационным радиусом.

Гравитационный радиус Солнца составляет 3*10⁵ см, а у Земли он равен 0,89 см. Объем сферы с гравитационным радиусом у Солнца составляет 1.1*10¹⁷ см³, а у Земли она соответственно равна 2,95 см³. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Солнца достигает 2,3*10^—27 см, а на земной поверхности она сравняется 7,2*10^—24 см.

Теперь рассмотрим с позиции смоделированной системы сам механизм гравитационного взаимодействия звезды и планеты. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Солнца в 3100 раз выше, чем у поверхности Земли, но с удалением от звезды она уменьшается.

 
7,2*10^—24 / 2,3*10^—27 = 3,1*10³
 

При взаимодействии Солнца и Земли их гравитационно-пространственные поля накладываются друг на друга. Земля удалена от Солнца на 1,5*10⁸ км. На расстоянии 10⁶ км степени сжатия ими силовых нитей пространства уравновешиваются. Это место носит название точки Лагранжа (Рис.5).

Рис. 3. Сближение силовых нитей в окружающем материальное тело пространство в зависимости от массы тела

Силы, действующие в гравитационно-пространственных полях всех материальных тел универсальны, потому что первоисточником их действия являются взаимодействия положительно заряженных гравитонов с отрицательно заряженными простонами. Их действия суммируются в одну результирующую силу и в зависимости от направления их действия они усиливают или ослабляют друг друга.

Так в примере гравитационно-пространственного взаимодействия Солнца и Земли они проявляются по-разному.

С освещенной стороны Земли вектор напряженности силовых нитей пространства в гравитационно-пространственных полях Земли и Солнца, имеют противоположное направление, поэтому они здесь будут ослаблять друг друга. Их результирующая, хотя и будет направлена к центру Земли, но по величине она будет значительно уступать результирующей векторов с теневой стороны Земли, где они совпадают по направлению.

В итоге в направлении центра Земли действуют две противоположные силы, одна из которых, действующая с теневой стороны, значительно превосходит противоположную (Рис.4).

Рис. 4. Действие движущих сил на земную ось в зависимости от ориентации к Солнцу поверхности земного шара.

S_с – степень сжатия силовых нитей пространства Солнцем; S_з – тоже самое Землей; V_с – вектор движения в направлении центра Солнца; V_з – тоже самое в направлении центра Земли.

Под действием этой силы Земля падает на Солнце, но из-за наличия у нее поперечной скорости она движется по эллиптической орбите, совершая обороты вокруг Солнца (Рис.5).

Рис.5. Взаимодействие гравитационно-пространственных полей Земли и Солнца

L – точка Лагранжа; F₁ – движущая сила; F₂ – поперечная сила.

В результате вращения Земли ее освещенная и теневая стороны постоянно меняются местами. Плотность же сложения земного шара неравномерна, поэтому движение силы в направлении центра Солнца, которая в основном зависит от массы сосредоточенной на теневой стороне Земли, также постоянно меняется по величине. Вследствие этого движение Земли по орбите происходит хаотично и орбита у нее не замкнута.

Гравитационные взаимодействия материальных тел, с точки зрения академической науки, могут проявляться на любом сколь угодном большом расстоянии, то есть теоретически до бесконечности. Фактически же расстояния, на которых материальные тела оказывают реальное гравитационное воздействие друг на друга, рассчитывают, исходя из закона всемирного тяготения Ньютона. В рамках смоделированной системы, предел расстояния, на котором данное тело оказывает доминирующее гравитационное воздействие на другое тело, носит название гравитационной эффективности материальных тел. Под этим термином подразумевается способность тела создавать существенную разницу в гравитационных силах на обращенных к нему и теневых сторонах, действующих внутри взаимодействующих с ним материальных тел. В результате чего они будут притягиваться к данному материальному телу. Поясним это на следующих примерах:

Как было показано выше, каждое тело имеет свой предел гравитационного влияния (R_g) на другие тела, исходя из объема её сферы (V_g) с гравитационным радиусом. В таблице 1 приведены границы эффективного гравитационного влияния различных космических объектов друг на друга в солнечной системе. Доминирующим в гравитационном отношении телом здесь является Солнце. Оно способно притягивать и удерживать материальные тела на расстоянии 2400 а.е, на втором месте находится газовый гигант Юпитер. Предел его эффективного гравитационного влияния распространяется на расстоянии 10,4 а.е, а у Сатурна, 3емли, Венеры и Марса он располагается соответственно на расстоянии 0,69; 0,007; 0,006; 0,002 а.е.

Таблица 1.

Каким образом осуществляются гравитационные взаимодействия между телами, рассмотрим на примере гравитационного взаимодействия планет солнечной системы при отсутствии гравитационного поля Солнца, когда её место займет Юпитер. В этом случае Юпитер будет притягивать и удерживать в качестве спутников все четыре планеты (Рис. 6), потому что у него радиус эффективной гравитации составляет 1,57*10⁹ км, а у Венеры, Земли, Марса и Сатурна он будет, соответственно, составлять 8,68*10⁵,1,08*10⁶, 2,56*10⁵, 1.04*10⁸ км (Таблица 1). Максимальное расстояние от Юпитера до Венеры, Земли, Марса и Сатурна соответственно составляют 6,26*10⁸, 5,88*10⁸, 5,32*10 ⁸ и 6,1*10⁸ км, поэтому все четыре планеты станут его спутниками.

Рис.6. Гравитационные взаимодействия между планетами солнечной системы при отсутствии солнечного притяжения.

Наивысшая степень гравитационной эффективности материальных тел находится на их поверхности. При гравитационном взаимодействии материальных тел, удаленных на расстояния их гравитационно-пространственные поля накладываются друг на друга.

Если при этом степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности одного материального тела окажется ниже таковой в гравитационно-пространственном поле, создаваемой другим материальным телом, вокруг первого материального тела, то произойдет гравитационный захват первого тела вторым.

Рассмотрим это на примерах падения челябинского метеорита на Землю и столкновения кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером (Таблица 2).

Таблица 2.

Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Юпитера составляет 2,5 10 ^{— 25} см, а на поверхности кометы 0,2 10^—15см. Расчеты показывают, что степени гравитационной эффективности на поверхности кометы и в гравитационном поле Юпитера сравняются (Рис. 7), если комета приблизится к нему на расстоянии 198 тысяч километров. В этом случае произойдет гравитационный захват кометы Юпитером. В начале она станет его спутником и будет вращаться вокруг него по незамкнутой орбите, постепенно сближаясь с ним. При этом будет увеличиваться разница в степенях сжатия силовых нитей пространства в пользу гравитационно-пространственного поля Юпитера, а внутри кометы появятся приливные силы, которые при достижении критических величин разорвут её на части. Это наблюдали исследователи 7 июля 1992 года.

Что касается падения на Землю челябинского метеорита, то здесь наблюдается следующая картина. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Земли составляет 7,2*10^—24 см, а на поверхности метеорита 1.14*10^—13 см. Гравитационный захват метеорита Землей совершился на расстоянии 35 тысяч километров.

Рис.7. Гравитационный захват Юпитером кометы Шумейкеров-Леви

S₁ – степень сжатия силовых нитей пространства в гравитационном поле – Юпитера, S₂ – на поверхности кометы. S_{1 =} S₂.

Вывод. Масса – источник существования гравитации. При движении в силовых нитях пространства она их сжимает и, тем самым, создает условия для возникновения гравитации.