Костная гарнитура. Костная проводимость звука: разбираемся, что это такое и насколько это безопасно. Технические характеристики Aftershokz
Теории гравитации альтернативные ОТО
Ничто не делает нашу жизнь столь
приятной, как ее неизбежная
альтернатива.
Народная мудрость
Все течет, все изменяется. Было время, казалось, что лучшей теории гравитации, чем ньютоновская, незачем желать. Но шаг за шагом общая теория относительности «занимала свое место под солнцем». Осталось всего несколько лет до ее 100-летнего юбилея. Каков же сейчас ее статус? Без сомнения, ОТО является самой востребованной теорией гравитации, прежде всего, в астрофизике и космологии. Теория строения и эволюции звезд, особенно на заключительных этапах; эффекты на поверхности компактных и сверхплотных объектов; космологические модели в разные эпохи эволюции и многое другое не могут быть удовлетворительно рассчитаны без использования ОТО. На основе эффектов, предсказанных ОТО, создаются целые направления исследований - поиск гравитационных волн, исследование гравитационных линз и т. д. Являясь частью теоретической физики, ОТО используется также во многих фундаментальных исследованиях.
Фактически сразу после подтверждения классическими тестами ОТО завоевала невиданную популярность. Но, конечно, измерениями отклонения луча света далекой звезды в гравитационном поле Солнца, смещения перигелиев планет в Солнечной системе, а также красного гравитационного смещения в поле Земли дело не закончилось и не могло закончиться. В течение всего времени после ее завершения в 1915 году, как основные принципы, так и уравнения непрерывно проверяются и перепроверяются со все возрастающей точностью. Однако результатов, которые бы противоречили ОТО, так и не было получено. Мало того, она давно используется в практических целях, таких как расчет орбит спутников, планет и траекторий межпланетных аппаратов.
Можно сказать, что эффекты ОТО уже используются и в быту: для повышения точности систем навигации и слежения типа GPS. Постоянно на орбитах на высоте 20 000 км находится от 24 до 27 спутников. Для повышения точности используются сигналы от нескольких спутников, обмен сигналами с устройствами на Земле. Для этого необходима строгая синхронизация часов на всех объектах. Оказывается точности атомных часов недостаточно. Необходимо учитывать замедление хода часов, которое происходит, согласно ОТО, в гравитационном поле Земли. Другими словами, одни и те же часы на Земле идут медленнее, чем на орбите. Для высоты 20 000 км эта разница составляет 38 мкс в сутки и приведет к ошибке в определении расстояния до 10 м. Чтобы компенсировать этот эффект, ход часов «по паспорту» на орбите настраивают медленнее. Если их спустить с орбиты и поместить рядом с земными - они будут запаздывать на 38 мкс в сутки.
До сих пор наше изложение фактически демонстрировало успехи ОТО, и может показаться, что в силу этой радужной картины, кроме ОТО никакие другие теории не рассматривались, ничего другого не предлагалось, или вовсе все «неэйнштейновское» наотмашь отметалось. Вовсе нет. Деятельность по созданию теорий гравитации была и остается очень бурной. Развитие теорий и их активная и всесторонняя проверка продвигались рука об руку весь XX век и далее.
Большинство проверок могут быть отнесены к специальным классам, предложенным американским релятивистом Клиффордом Уиллом в 2001 году:
Простейшие основания.
Эйнштейновский принцип эквивалентности.
Параметризованный пост-ньютоновский формализм.
О соответствии двум последним классам поговорим ниже, а сейчас обсудим, что же такое «простейшие основания»?
В начале 1970-х годов группа ученых из Калифорнийского технологического института под руководством идеолога проекта LIGO профессора Кипа Торна, а также Клиффорда Уилла и тайваньского физика Вей-Тоу Ни составила список теорий гравитации XX века. По каждой теории они задались следующими вопросами по проблеме простейших оснований:
Является ли теория самосогласованной?
Является ли она полной?
Согласуется ли она, в пределах нескольких стандартных отклонений, со всеми проведенными к настоящему времени экспериментами?
Критерий «согласование со всеми экспериментами, проведенными к настоящему времени», часто заменялся критерием «согласования с большинством следствий механики Ньютона и специальной теории относительности».
Самосогласованность неметрических теорий включает требования, например, отсутствия в ее решениях тахионов, гипотетических частиц, движущихся со скоростями больше световой; отсутствия проблем в поведении полей на бесконечности и т. п.
Для того чтобы теория гравитации была полной, она должна быть способна описать результаты любого мыслимого эксперимента, она должна быть совместной с другими физическими теориями, подтвержденными экспериментом. Например, любая теория, которая не может из первых принципов предсказать движение планет или поведение атомных часов, является неполной.
Примером неполной и несамосогласованной теории может служить теория тяготения Ньютона в сочетании с уравнениями Максвелла. В такой теории свет (как фотоны) отклоняется гравитационным полем (хотя и вдвое слабее, чем в ОТО), а свет (как электромагнитные волны) - нет.
Если теория не проходила по этим критериям, то ее, тем не менее, не спешили отбрасывать. Если теория была неполна в своих основах, группа пыталась дополнить ее с помощью малых изменений, обычно сводя теорию в отсутствие гравитации к специальной теории относительности. Только после этого делался вывод, достойна ли она дальнейшего рассмотрения. Теорий, которые заслуживают внимания, в 70-х годах насчитывалось несколько десятков. Трудно сказать, но за последние два-три десятилетия их число, возможно, достигло сотни и более. Все зависит от ответа на вопрос, что считать одной теорией, а что классом теорий. Поэтому отбор по различным критериям проводится и сейчас, и с еще большим пристрастием. Это крайне важно, поскольку есть предпосылки, что в ближайшие десятилетия или на малых масштабах, или на больших, или одновременно ОТО будет изменена.
Проверка ОТО на масштабах планетных систем
Теперь вспомним, что основой ОТО как метрической теории является принцип эквивалентности и постулат движения по геодезическим. Известно, что этим основам, если они установлены с абсолютной точностью, удовлетворяют лишь «чисто» метрические теории (с небольшими оговорками), т. е. теории, где гравитационное поле представлено только метрическим тензором. Оказывается, что ОТО это лишь простейший вариант метрической теории. Нисколько не нарушая этих основ, можно представить бесчисленное (без преувеличения) множество метрических теорий. Как тогда можно изменить теорию? За что же зацепиться в этом случае? Конечно, лишь эксперимент и наблюдения могут поставить все на место. Но для классификации альтернативных предложений нужна своя стратегия.
Работу над стандартным формализмом для проверки альтернативных моделей гравитации начал еще в 1922 году Артур Эддингтон (1882–1944). Усовершенствование этого формализма, так или иначе, продолжалось на протяжении десятилетий, а закончили дело американские физики Клиффорд Уилл и Кеннет Нордведт в 1972 году. Ими предложен так называемый параметризованный пост-ньютоновский (PPN) формализм. Он создан для теорий либо чисто метрических, либо с эффективной метрикой, представляющей искривленное пространство-время, где происходят физические взаимодействия. Рассматриваются лишь отклонения от механики Ньютона, поэтому формализм применим только в слабых полях. В общем случае существует 10 PPN-параметров. В случае ОТО 2 из них равны единице, а остальные 8 - нулю.
Чем полезен PPN-формализм в проверке ОТО? Новые технологии позволяют достаточно точно отслеживать движения небесных тел, и современная стандартная проверка происходит следующим образом. С помощью уравнений ОТО именно в PPN виде рассчитываются траектории тел в Солнечной системе. Этот вид оказывается наиболее конструктивным. Затем их сравнивают с данными наблюдений. Современный результат таков, что соответствие теоретических PPN параметров ОТО наблюдаемымподтверждается с точностью от десятых до сотых долей процента - это очень высокая точность.
Другие точные тесты - это наблюдения двойных пульсаров: систем, состоящих из двух нейтронных звезд, их известно сейчас около десятка. Кроме этого, есть системы, состоящие из радиопульсара и белого карлика, они тоже подходят для тестов. На основании этих наблюдений вычисляются параметры орбит. Оказывается, что отклонения от кеплеровских значений совпадают с отклонениями, предсказанными ОТО, также с точностью до десятых и сотых долей процента. Специалисты испытывают большой оптимизм в перспективах повышения точности при изучении именно двойных пульсаров. Он основан на том, что нейтронные звезды имеют размеры в десятки километров в системах с размерами орбит в миллионы километров. В таких системах звезды фактически являются точечными объектами. Их внутреннее строение, внутренние движения, а также деформации практически не влияют на траектории. В отличие от этого, в Солнечной системе все эти факторы, а также влияние многочисленных «соседей» существенно ограничивают повышение точности. Резюмируя, можно сказать, что на масштабах планетных систем ОТО подтверждена с высокой точностью и точность измерений будет повышаться.
Необходимость модификации ОТО
Надо жизнь сначала переделать,
переделав - можно воспевать.
Владимир Маяковский
Однако исследования по созданию теорий альтернативных ОТО, в большей части как раз метрических, не прекращаются. Почему? ОТО хорошо подтверждается, как только что было сказано, на масштабах Солнечной системы. Проверить теорию на больших или меньших масштабах существенно сложнее. ОТО, как и любая другая теория, всего лишь модель для описания реальных явлений. Поэтому реальная природа может совпадать с предсказаниями ОТО на масштабах планетных систем, но отличаться на других масштабах.
Вместе с этим, многие современные теоретические и эмпирические данные говорят о том, что так и должно быть, и модификации необходимы. Например, во многих решениях ОТО необходимо рассматривать сильные гравитационные поля, огромные плотности и т. д. А это требует квантования гравитационного поля. Несмотря на значительные усилия, решающего успеха на этом поприще добиться не удалось. Это наводит на мысль, что на малых масштабах, где требуется квантование, гравитационная теория должна быть изменена. С другой стороны, недавнее открытие ускоренного расширения Вселенной многие ведущие специалисты склонны интерпретировать как геометрический эффект, который можно «получить», модифицировав ОТО на космологических масштабах. Независимо от этого, к необходимости изменений ОТО на больших и малых масштабах приводят результаты исследований в физике фундаментальных взаимодействий.
Если говорить о жизнеспособных теориях, то нет установившейся терминологической разницы для альтернативных, модифицированных или новых теорий. Все они, так или иначе, развивают ОТО, поскольку должны работать не хуже на тех масштабах, где она подтверждается. Разрабатывая модификации ОТО или новые теории, авторы сравнивают их с ОТО в соответствующих режимах точно так же, как ОТО сравнивается с гравитацией Ньютона. Если угодно, должен быть удовлетворен все тот же принцип соответствия, но на новом витке познания.
В настоящее время на многих конференциях по теории гравитации обобщенным (или альтернативным) теориям посвящаются целые секции, по этой тематике выходят отдельные сборники, некоторые теории становятся все более и более самостоятельными. Каковы же основные наиболее популярные и перспективные направления в этих разработках?
Во-первых, ОТО является чисто метрической (или чисто тензорной) теорией. Это означает, что геометрия пространства-времени и материя воздействуют друг на друга без посредников. Таких теорий можно построить бесконечно много (о чем мы уже говорили), и они активно разрабатываются. Как правило, уравнения этих теорий отличаются от уравнений ОТО тем, что они дополняются квадратичными и более высокого порядка по кривизне слагаемыми. Дополнительные члены обычно входят с малыми коэффициентами, которые обеспечивают согласие с наблюдениями, скажем, на масштабах планетных систем, но существенно изменяют решения на космологических масштабах.
Другой класс альтернативных теорий характеризуется тем, что воздействие друг на друга геометрии и материи осуществляется через дополнительное поле, чаще всего это скалярное или векторное поле. Однако вклад этих полей не может быть существенным. Отклонение современных альтернативных теорий от ОТО должно выразиться в разнице соответствующих PPN параметров. Чтобы оценить жизнеспособность отличной от ОТО теории (проверить ее) необходимо регистрировать отклонения от значений PPN параметров в ОТО на уровне 10–6–10-8. Это означает, что точность измерений, как в Солнечной системе, так и в двойных пульсарах, должна быть улучшена на 1–3 порядка.
Теория гравитации Хоржавы
Эта теория является одним из вариантов векторнотензорных теорий гравитации и, пожалуй, самая популярная на настоящий момент. Именно поэтому мы рассказываем о ней. Теория была предложена в 2009 году американским теоретиком-«струнником» чешского происхождения Петром Хоржавой. Она несколько отличается от обычных векторно-тензорных теорий, поскольку в ней вместо векторного поля используется градиент скалярного. С одной стороны, сохраняются свойства векторных теорий, с другой - есть специфические собственные полезные свойства.
Еще раз вспомним, что непротиворечивую квантовую теорию гравитации, в которой не было бы расходимостей, на основе ОТО создать не удалось. Поэтому предлагаются различные модификации, которые на квантовых масштабах существенно расходятся с ОТО и становятся «подходящими» для квантования. Для этого при их построении некоторые принципы, лежащие в основе ОТО, изменяются, т. е. оказываются нарушенными. Конечно, это нарушение должно быть настолько незначительным, чтобы не противоречить лабораторным тестам, и чтобы не изменилось действие теории на масштабах планетных систем, где есть хорошее соответствие с наблюдениями. Именно такой является теория Хоржавы. Мы не будем рассказывать насколько она замечательна в смысле квантования, это несколько в стороне от темы книги , зато расскажем о ее свойствах как гравитационной теории - в чем и насколько они отличны от аналогичных свойств ОТО.
Лоренц-инвариантность. Мы уже обсуждали тот факт, что ОТО как бы «выросла» из специальной теории относительности - механики высоких скоростей, сравнимых со скоростью света. Напомним, что в СТО все инерциальные системы отсчета, движущиеся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эквивалентны. Важно вспомнить об измерениях времени в СТО. В каждой инерциальной системе отсчета часы идут в своем собственном темпе, отличном от темпа часов других систем, если их сравнивать. Однако нельзя выбрать ни «лучший», ни «худший» темп, если часы конструктивно идентичны. То есть собственное время каждой инерциальной системы равноправно в отношении других. Это означает, что в СТО нет выделенного течения времени.
Мы также говорили, что на геометрическом языке инвариантность в СТО при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой эквивалентна инвариантности относительно лоренцевых вращений во всем плоском пространстве-времени. В ОТО из-за «включения» гравитации и, соответственно, искривления пространствавремени лоренц-инвариантность во всем пространстве-времени уже невозможна. Тем не менее, ОТО остается лоренц-инвариантной локально, то есть в малой окрестности каждого наблюдателя. Эта инвариантность является одним из принципов, лежащих в основе ОТО, и связана с принципом соответствия ОТО и СТО.
Хронометрическая теория. В ряде модификаций ОТО нарушена как раз локальная лоренц-инвариантность. Среди них и теория Хоржавы. В последнее время особой популярностью пользуется одна из ее реализаций, так называемая «жизнеспособная» («healthy») непроективная версия, разрабатываемая американскими физиками Диего Бласом и Ориолом Пуйоласом и нашим соотечественником Сергеем Сибиряковым. Эффекты, обсуждаемые ниже, в основном относятся именно к этой модификации ОТО.
Итак, чем же теория Хоржавы отличается от ОТО? В дополнение ко всем обычным полям ОТО добавляют скалярное полеφ, но не обычным образом. Направление его изменения в пространстве-времени определяет специально выделенное направление времени.Именно поэтому скалярное поле называют полем хронона. Тогда поверхности постоянных значений скалярного поля - это поверхности постоянного времени, или «одновременности». В уравнения скалярное поле входит только через производные, поэтому не стоит опасаться бесконечных значений поля хронона. Существенным является только его изменение, а не значения. Поскольку в пространстве-времени есть выделенное направление, то существуют выделенные системы отсчета. Это не свойственно ни СТО, ни ОТО, но свойственно векторно-тензорным теориям. Для наглядности приведем простейший «игрушечный» пример. Одно из решений новой теории - это плоское пространство-время (такое как в СТО) плюс поле хронона, которое оказывается просто временем, φ = t. В СТО мы можем перейти с помощью лоренцевых преобразований из одной координатной системы x, t в другую x", t", где время течет по-другому. В новой теории - не можем, поскольку значение скалярного поля при координатных преобразованиях не меняются, а это есть время. Таким образом, здесь, в отличие от СТО, существуют часы, которые отсчитывают выделенное время.
Поскольку в ОТО гравитационным полем является поле метрики пространства-времени, то ясно, почему новую теорию называютхронометрической. Допустимые ограничения на параметры хронометрической теории дают возможность избежать расходимости при квантовании. Еще раз повторим: это и было главной целью ее построения. Но это теоретический успех, а проверить квантовые эффекты такого уровня сейчас вряд ли возможно.
Однако новая теория должна измениться и в классических (не квантовых) проявлениях. А это дает возможность доказать или опровергнуть ее право на существование. Далее мы покажем, в каких классических явлениях и насколько хронометрическая теория отличается от ОТО, можно ли выявить в наблюдениях эффекты новой теории, проиллюстрируем разницу для некоторых теоретических моделей. Для этого обсудим наиболее яркие, на наш взгляд, примеры.
Гравитационно-волновое излучение. Вспомним, что гравитационная волна в ОТО - поперечная, тензорная, имеет две поляризации и распространяется со скоростью света. Гравитационные волны в теории Хоржавы также существуют. Однако помимо двух уже упомянутых тензорных поляризаций имеет место скалярная степень свободы. Это означает, что под действием такой волны к движению пробных частиц добавятся продольные (в направлении распространения волны) смещения. Важно то, что тензорная и скалярная составляющие имеют разные скорости распространения. Кроме того, обе скорости, имея зависимость от параметров модели Хоржавы, должны превышать (!) скорость света, хотя и незначительно. Эти отличия от ОТО интересны, но к сожалению пока только теоретически. До сих пор нет хотя бы непосредственного детектирования гравитационных волн, поэтому фиксация отмеченных различий представляется делом отдаленного будущего.
Тем не менее существует косвенное подтверждение существования гравитационного излучения. Это наблюдения за двойными пульсарами, уменьшение размеров орбит которых свидетельствует о потере энергии на гравитационно-волновое излучение. Этот эффект находится в соответствии с ОТО с относительной точностью 10-2, о чем мы уже говорили. Но предсказания ОТО и теории Хоржавы различны. Поэтому если последняя жизнеспособна, то есть шанс, что уже дальнейшее увеличение точности выявит эти различия и уточнит параметры новой теории.
Взаимодействие частиц. Мгновенное действие. Теперь для хронометрической теории рассмотрим взаимодействие гравитационного поля с веществом. Обсудим только первое (линейное) приближение, которое может быть доступно для наблюдений. В этом порядке эффекты, связанные с нарушением лоренц-инвариантности, подавлены в силу различных причин, но поле хронона присутствует, оно включено лоренц-инвариантным образом в так называемую эффективную метрику. То есть метрика ОТО модифицируется, и материя распространяется не в исходном пространстве-времени, а в некотором эффективном пространстве-времени, причем универсальным образом. Возможно в будущем именно это взаимодействие позволит обнаружить классические явления, представленные хронометрической теорией.
В приближении слабых полей и малых скоростей пределом гравитационной теории должна стать гравитация Ньютона. В последней взаимодействие двух частиц представлено известным законом Ньютона, где сила пропорциональна массам, гравитационной постоянной, обратно пропорциональна квадрату расстояния, но не зависит от скоростей этих частиц. Присутствие поля хронона изменяет и дополняет и этот закон следующим образом. Незначительно меняется гравитационная постоянная, теперь ее называют эффективной, и появляется зависимость от скоростей. Возможность детектирования этих эффектов определяется константами связи хронометрической теории.
Влияние поля хронона проявляется также в том, что некоторые взаимодействия могут распространяться мгновенно (!), т. е. с бесконечной скоростью. Как сделан этот вывод? Обычно уравнения для возмущений содержат волновой оператор, который состоит из двух частей: пространственной и временной. Величина, обратная коэффициенту при второй части - это квадрат скорости распространения возмущений. Полное отсутствие второй части означает, что эта скорость бесконечна. Именно такую структуру имеет часть уравнений теории Хоржавы. Здесь уместно провести аналогию с теорией Ньютона. В ней точно так же, как и в хронометрической теории, выделено течение времени («абсолютное время») и гравитационное взаимодействие распространяется мгновенно.
Рис. 1. Причинно связанные события в СТО и теории Хоржавы
Как представить мгновенное распространение? Вообразите поверхность постоянного времени, тогда сигнал, распространяясь на ней (то есть без изменения времени), мгновенно проходит любые расстояния. Это недопустимо в таких релятивистских теориях как СТО или ОТО. Обратимся к диаграмме на рис. 1. Рассмотрим три точки в пространстве: A, B и C. В момент t = 0 эти точки соответствуют событиям A0, B0, C0, которые, в рамках СТО причинно не связаны. Только в момент t1 событие A0становится причинно связанным с событием B1 в точке B, а в момент t2 и с событием C2 в точке C. Как и должно быть в СТО (или ОТО), распространение сигналов жестко связано и ограничено световыми конусами. В теории Хоржавы для некоторых взаимодействий это вполне может быть не так. Мгновенное распространение означает, что все три события A0, B0, C0, в момент времени t = 0, произошли как следствие одного мгновенно распространяющегося сигнала, то есть они могут быть причинно связанными. Однако такая «фантастическая» возможность не ограничивает хронометрическую теорию решающим образом. Выделенность направления времени означает, что понятие одновременности определено однозначно, поэтому не возникает проблем с причинностью, хотя бы и такой экзотической.
Солнечная система. Для проверки какой-либо гравитационной теории при измерении движений в планетной системе используется PPN-формализм. Как в любой векторной теории, в теории Хоржавы должны присутствовать эффекты привилегированной системы отсчета.Это приводит к тому, что оказываются ненулевыми PPN-параметры группыα. Действительно, кроме двух PPN-параметров, присущих ОТО, хронометрическая теория имеет еще два: α1 и α2. Чтобы не было противоречий с наблюдениями, они должны быть достаточно малыми: α1 ≤ 10-4 и α2 ≤ 10-7 Будем ждать повышения точности измерений, тогда, возможно, существование α1 и α2 (а значит и теории Хоржавы) будет подтверждено или опровергнуто.
Черные дыры. В ОТО черная дыра представляет объект, где центральная часть, обычно сингулярная, окружена сферической поверхностью, названной горизонтом событий. Его наличие связано с тем, что в ОТО существует предельная скорость - это скорость света. Основное свойство черной дыры состоит в том, что в ОТО никакая частица, никакое поле и даже световой сигнал не могут ее покинуть, то есть уйти за пределы горизонта событий.
В хронометрической теории есть также решения, описывающие объекты типа черных дыр. Однако вспомним, что в этой теории нет предельной скорости, возможно распространение взаимодействий со скоростью большей, чем скорость света и даже мгновенно. Если бы эта возможность была в ОТО, то само понятие горизонта событий потеряло бы смысл, поскольку появляется возможность покинуть объект, находясь и на горизонте событий, и под ним. При этом появляются противоречия, связанные с термодинамикой системы, такие как уменьшение энтропии. Сейчас не известны все решения для черных дыр в теории Хоржавы в силу ее молодости, однако среди известных есть такие, которые позволяют избежать этих осложнений. Оказывается, что в черной дыре в рамках хронометрической теории может быть так называемый универсальный горизонт. Он находится под горизонтом событий («ближе» к сингулярности) и замечателен тем, что поверхности постоянного времени, находящиеся под ним, не пересекают его. Это означает, что сигнал даже бесконечной скорости (мгновенный) не может выйти из-под этого промежуточного горизонта. А для таких объектов вышеупомянутые противоречия снимаются.
На рис. 2 представлена так называемая диаграмма Пенроуза черной дыры Шварцшильда. Точки i–и i+ представляют всю временную бесконечность прошлого и всю временную бесконечность будущего, точка i0 объединяет всю пространственную бесконечность. Прямая Bi+ является горизонтом событий шварцшильдовой черной дыры - это видно из расположения световых конусов. Действительно, квадрат Bi+i0i– - это все внешнее пространство-время вне горизонта событий, в то время как треугольник i+Bi+ - это пространство-время под горизонтом событий, откуда сигнал не может выйти во внешнюю область, и где ломаная линия - это сингулярность r = 0. На диаграмму шварцшильдовой дыры наложена диаграмма черной дыры хронометрической теории. Все кривые, соединяющие i0 и i+, - это сечения постоянного поля хронона j = const, то же самое, постоянного времени (одновременности). Жирная дуга - это тот самый универсальный горизонт ζ= ζ+, под ним, ближе к сингулярности, дуги i+ i+, соединяющие концы ломаной линии - это тоже сечения постоянного времени (одновременности). Ясно, что если сигнал в хронометрической теории распространяется даже мгновенно, то есть вдоль сечений одновременности, то он не сможет пересечь универсальный горизонт и покинуть хронометрическую черную дыру.
Рис. 2. Диаграмма хронометрической черной дыры
Космология. В масштабах Вселенной теория Хоржавы также имеет шанс заявить о своей жизнеспособности. Обсудим космологические решения в новой теории. Они будут примерно такими же, как в ОТО, с той разницей, что вместо обычной гравитационной постоянной G будет фигурировать эффективная гравитационная постоянная GE. Теперь вспомним модифицированный закон Ньютона, о котором говорилось выше. Там появляется своя эффективная гравитационная постоянная, отличная от G, обозначим ее GI. Сделаны оценки для разницы: |GI - GE | ≤ 0,1.
Нет запрета на то, что в будущем будет определена значимая величина для этой разницы, но так же возможно, что она будет исключена.
На основе ОТО разработана хорошо согласованная с наблюдениями теория космологических возмущений. Она позволяет, например, объяснить структуру, то есть распределение галактик и их скоплений в доступной наблюдениям области Вселенной. Тем не менее, если при повышении точности наблюдений будет обнаружена, скажем, анизотропия, не предсказанная ОТО, то это повод обратиться к теории Хоржавы. Теория Хоржавы настолько молода, что вряд ли ее саму и выводы, сделанные на ее основе, можно считать устоявшимися и всеми признанными. Несмотря на это, как теория в целом, так и выводы, представляются очень интригующими и важными.
Многомерные модели
На протяжении всего последнего столетия различные теории гравитации конструировались, так или иначе, как самостоятельные теории, т. е. «снизу». В последние десятилетия ситуация изменилась: построение теорий гравитации стимулируется развитием фундаментальных теорий, различные модели гравитации являются их частью и «выкристаллизовываются» в границах этих теорий. То есть их создание идет «сверху». Будучи претендентами на «теории всего», фундаментальные теории включают и гравитацию.
«Теория всего» должна работать при самых фантастических условиях, в том числе при планковских энергиях. Тогда все взаимодействия выступают как единое. Поэтому построение таких теорий в определенной степени - экстраполяция. А переход от теории, работающей при самых общих условиях, к условиям нашего мира будет ее приближением, которое называетсянизкоэнергетическим. Как минимум, наблюдательные эффекты в «приближеннойтеории всего» должны иметь место в наблюдаемом нами мире. «Гравитационная часть теории всего» в низкоэнергетическом пределе приобретает привычный для нас вид, и она должна выдержать все тесты, которые выдержала ОТО. Заметим, что некоторые варианты «теории всего» в низкоэнергетическом пределе в качестве гравитационной части содержат ОТО в точности.
Важное свойство фундаментальных теорий заключается в том, что, как правило, как на космологических масштабах, так и на масштабах микромира используется размерность пространства-времени больше, чем 4. Концепция многомерного пространства необходима, например, для теории суперструн, которая, по общему признанию, представляет собой наиболее перспективную теорию высоких энергий, объединяющую квантовую гравитацию и теорию так называемых калибровочных полей. Низкоэнергетические следствия этой теории требуют, например, (9+1)-мерного фундаментального пространства-времени (иногда (10+1)-мерного), в то время как другие размерности запрещены.
Но как же тогда быть, мы же ощущаем только 3 пространственных и одно временное измерение? На микромасштабах дополнительные измерения компактифицированы (как бы свернуты в «трубочки»), и это причина, по которой они и не должны восприниматься нами. Такое пространство обладает симметриями по дополнительным измерениям, которым отвечают законы сохранения для различных зарядов, точно так же, как симметриям пространства Минковского отвечают законы сохранения для энергетических характеристик.
Уже на современном уровне технологий для подтверждения фундаментальных теорий могут оказаться важными эксперименты на ускорителях. Например, если на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе будут открыты так называемые суперсимметричные партнеры известных частиц - это будет означать, что идея суперсимметрии работает, а значит и более продвинутая теория гравитации, действительно, может быть построена в рамках теории струн.
Но может ли мир иметь протяженные (некомпактифицированные) измерения? Первые утверждения по этому поводу были сделаны в 1983 году Валерием Рубаковым и Михаилом Шапошниковым, продолжающими активно работать в этой области. Они показали, что в 5-мерном пространстве-времени (с 4-мерным пространством) вся материя может быть сосредоточена только на 3-мерном пространственном сечении. Возникает понятие моделей с бранами, где мир, в котором мы живем, эффективно сосредоточен в 3-мерном пространстве, и поэтому мы не чувствуем дополнительных протяженных пространственных измерений.
Некоторое время модели типа Рубакова-Шапошникова не привлекали большого внимания. Интерес к ним стал стимулироваться, в первую очередь, проблемой иерархии взаимодействий, к которой относится и чрезвычайная слабость гравитационного взаимодействия. Описывая взаимодействие элементарных частиц, о гравитационном взаимодействии можно забыть, как о совершенно несущественной поправке. Но если уж мы взялись объяснять устройство нашего мира, то должны ответить и на вопрос, почему гравитация так слаба.
Оказалось, что многомерные модели с протяженными дополнительными измерениями могут быть очень полезны для решения этих проблем. Таких моделей существует много. Пожалуй, самой известной является модель, предложенная в 1999 году американскими космологами Лизой Рэндолл и Раманом Сундрумом. На самом деле они предложили одну за другой две модели.
В первой из них 5-мерный мир с двух сторон ограничен двумя 4-мерными постранственно-временными сечениям, одно из которых - наша Вселенная (три пространственных измерения плюс одна временная координата). Пространство между двумя бранами сильно искривлено вследствие их «механического» напряжения. Это напряжение приводит к тому, что все физические частицы и поля сосредоточены только на одной из бран и не покидают ее, за исключением гравитационного взаимодействия и излучения. Гравитация на этой бране есть, но очень слаба, и это тот мир, в котором мы живем. На другой же границе 5-мерного мира, недоступной нам, гравитация, наоборот, очень сильна, а вся материя значительно легче и взаимодействия между частицами материи слабее.
Во втором варианте модели Рэндолл и Сундрума обходятся без второй границы. Эту модель теоретики любят больше. Она позволяет превратить любимую ими теорию струн в пятимерном пространстве-времени в обычную квантовую теорию на его четырехмерной границе. Пространство в этой модели также сильно искривлено, и его радиус кривизны определяет характерный размер дополнительного пятого пространственного измерения. Окончательно признанной модели с бранами нет, они находятся в активной фазе разработок, выявляются проблемы, решаются, появляются новые, снова решаются и т. д.
На рис. 3 (слева) схематически представлен мир на бране, где свет (фотоны) распространяется внутри нее, но не может покинуть саму брану. На рис. 3 (справа) показано, что если бы наш мир был на бране, то он мог бы «плавать» в великом просторе дополнительных измерений, остающихся недоступными для нас, поскольку видимый нами свет (и никакие другие поля, кроме гравитационного) не может покинуть нашу брану. Могли бы существовать и другие миры на бранах, плывущие рядом с нами.
Рис. 3. Мир на бране и несколько непересекающихся бран
Еще одной идеей, ведущей к рассмотрению многомерных моделей, является так называемое AdS/CFT соответствие, которое возникает как одна из конкретных реализаций теории суперструн. Геометрически это означает следующее. Рассматривается многомерное (чаще, 5-мерное) антидеситтерово (AdS) пространство-время. Без деталей, AdS-пространство - это пространство-время постоянной отрицательной кривизны. Хотя оно и искривлено, но обладает таким же количеством симметрий, что и плоское пространство-время той же размерности, т. е. максимально симметрично. Далее, рассматривается пространственная бесконечно удаленная граница AdS-пространства, размерность которой, соответственно, на единицу меньше. Так, для 5-мерного AdS-пространства граница будет 4-мерной, то есть где-то аналогичной пространству-времени, в котором мы живем. Само же соответствие означает некую математическую связь этой границы с так называемыми конформными (масштабно инвариантными) полевыми теориями, которые могут «жить» на этой границе. Вначале это соответствие изучали только в чисто математическом плане, но около 10 лет назад осознали, что эту идею можно использовать и для изучения теории сильных взаимодействий в режиме сильной связи, где обычные методы не работают. С тех пор исследования, в которых привлекается (или изучается) AdS/CFT соответствие, только набирают обороты.
Из того, что сказано в предыдущем абзаце, для нашего рассмотрения важно, что изучается искривленное пространство-время - AdS пространство и его граница. В рабочих моделях рассматривают не идеальные AdS-пространства, а более сложные решения, которые ведут себя как AdS при асимптотическом приближении к границе. Такое пространство-время может быть решением той или иной многомерной теории гравитации. То есть идея AdS/CFT соответствия - это еще один из стимулов для развиватия многомерных теорий.
Одна из основных проблем моделей с бранами (и других многомерных моделей) - понять, насколько они близки к реальности. Опишем один из возможных тестов. Вспомним эффект квантового испарения черных дыр Хокинга. Характерное время испарения для черных дыр, которые возникают при взрывах массивных звезд, на много порядков превышает время жизни Вселенной; для сверх-массивных черных дыр оно еще больше. Но ситуация меняется в случае с 5-мерным пространством-временем Рэндолл и Сундрума. Черные дыры на нашей бране (она же наша Вселенная) должны испаряться гораздо быстрее. Оказывается, что с точки зрения 5-мерного пространства-времени черные дыры нашей Вселенной движутся с ускорением. Поэтому они должны эффективно терять энергию (испаряться в дополнение к обычному эффекту Хокинга) до тех пор, пока размеры уменьшающихся черных дыр остаются больше размера дополнительного измерения (что-то вроде трения об это измерение). Например, если бы характерный размер дополнительного измерения составлял 50 микрон, вполне измеряемые в лаборатории, то черные дыры в одну солнечную массу не смогли бы прожить больше 50 тысяч лет. Если бы такое событие произошло у нас на глазах, то мы бы увидели, как внезапно гаснут рентгеновские источники, в которых светилось вещество, падавшее на черную дыру.
Черные дыры в многомерной ОТО
Итак, шаг за шагом многомерные пространства становятся неотъемлемой частью различных физических моделей. Вместе с этим все больше внимания привлекает и обобщение ОТО на более чем четыре измерения (без других модификаций и дополнений), так как такая ОТО в некоторых вариантах сама является частью новых теорий. А это является одним из существенных стимулов для поиска и изучения возможных решений многомерной ОТО. В частности, интересными и важными являются решения для черных дыр. Почему?
1) Эти решения могут быть теоретическим базисом для анализа микроскопических черных дыр в струнных теориях, где они неизбежно возникают.
2) AdS/SFT соответствие связывает свойства D-мерных черных дыр со свойствами квантовой полевой теории на (D–1)-мерной границе, о чем мы кратко говорили выше.
3) Будущие эксперименты на коллайдерах предполагают рождение многомерных черных дыр. Их регистрация невозможна без представления об их свойствах.
4) И наконец, изучение решений классической 4-мерной ОТО начиналось с изучения черных дыр - решения Шварцшильда. Кажется естественным следовать логике исторического развития.
Интуитивно ясно, чем больше измерений, тем разнообразней будут свойства решений теории. В чем это проявляется в решениях для черных дыр? Разнообразие решений в многомерной ОТО обязано двум новым особенностям: нетривиальной динамике вращений и возможности формирования протяженных горизонтов событий. Обсудим их. В обычной ОТО с 4-мерным пространством-временемнезависимое вращение в 3-мерном пространстве может быть только одно. Оно определяется своей осью (или, что то же самое, плоскостью вращения, перпендикулярной к ней). В 5-мерной ОТО пространство (без времени) становится 4-мерным, но это свойство 3-мерного пространства иметь единственное независимое вращение сохраняется. А вот в 6-мерной ОТО, где пространство становится 5-мерным, возможны два независимых вращения, каждое со своей осью, и т. д. Другое новое свойство, которое имеет место для решений в размерностях больше 4-х - это появление протяженных горизонтов. Что под ними подразумевается? Это «черные струны» (одномерные) и «черные браны» разных размерностей.
Комбинация этих двух новых возможностей в разных вариациях привела к тому, что в рамках многомерной ОТО построена масса решений типа черных дыр, имеющих свою сложную иерархию. На рис. 4 приведены некоторые из этих решений. Если в 4-мерной ОТО горизонт событий известных черных дыр, как правило, имеет сферическую форму, то в многомерии ситуация существенно изменяется. Горизонты вырождаются в струны (как мы уже упомянули), могут быть в форме тора, и т. д. Следует иметь в виду, что изображения горизонтов на рис. 4 должны восприниматься в определенной степени символически, поскольку в реальности они представляют собой 3-мерные поверхности в 4-мерном пространстве.
Рис. 4. Стационарные 5-мерные черные дыры
Эти образования называют уже не «черными дырами», а «черными объектами». Они могут быть многосвязными, например, черная дыра, окруженная «черным тором» называется «черным сатурном». Часть из этих объектов определяется нестабильными решениями, для другой части оказывается невозможным корректно рассчитать сохраняющиеся величины, но многие не имеют таких дефектов. Однако несмотря на все разнообразие свойств (приемлемых или вызывающих сомнения) и вычурную форму некоторых объектов, их горизонты событий имеют все то же основное свойство, что и горизонт черной дыры Шварцшильда: история материального тела после его пересечения перестает быть доступной внешнему наблюдателю.
Эта картина выглядит весьма и весьма экзотично и, вроде, не имеет отношения к действительности. Но кто знает - когда-то решения для черных дыр казались далекими от реальности, а сейчас нет сомнений, что эти объекты повсеместно населяют Вселенную. Возможно, что мы живем на бране, а внешний 5-мерный мир включает что-нибудь типа «черного сатурна», и его влияние на брану будет обнаружено.
Биметрические теории и теории с массивным гравитоном
Вспомним, чтобы описать слабые гравитационные волны, мы разбивали динамическую метрику ОТО на метрику плоского пространства-времени и возмущения метрики. Оказалось, что возмущения в виде волн могут распространяться в пространстве Минковского, которое играет роль фонового. Фон может быть и искривленым, однако должен оставаться фиксированным, т. е. его метрика должна быть решением ОТО. В этой картине метрика фонового пространства-времени и метрические возмущения являются независимыми. Такое представление есть один из вариантов биметрической теории гравитации, где одна метрика известна и представляет фоновое пространствовремя, а вторая, динамическая, играет роль распространяющегося в нем гравитационного поля. В данном случае такое описание индуцировано самой ОТО.
Однако биметрические теории строятся и без ссылок на существование ОТО, а как независимые теории. Их характерные черты в том, что фоновая и динамическая метрики объединяются в эффективную метрику, которая в свою очередь определяет эффективное пространство-время, где распространяются и взаимодействуют все физические поля. Как правило, в пределе слабого поля и малых скоростей предсказания ОТО и биметрических теорий совпадают, и они удовлетворяют всем или большинству тестов, которым соответствует и ОТО. Из-за чего уделяется внимание биметрическим теориям? Их устройство, например, позволяет более просто и непротиворечиво определять сохраняющиеся величины. Также они имеют преимущества при квантовании.
Обычно для биметрических теорий существует хотя бы принципиальная возможность определить «подстилку» - фоновое пространство-время. Но такого может и не случиться. Например, без ссылок на слабость поля (то есть точно, без приближений) ОТО можно переформулировать как биметрическую теорию. В этом случае принципиально невозможно придумать эксперимент или тест, чтобы определить фоновое пространство-время, которое поэтому играет роль вспомогательного. А реальным и доступным для наблюдений является лишь эффективное пространство-время - оно же, собственно, пространство-время ОТО.
Такое биметрическое представление ОТО называется ее теоретико-полевой формулировкой, в том смысле, что гравитационное поле рассматривается на равных правах со всеми остальными физическими полями во вспомогательном (поскольку ненаблюдаемом) фоновом пространстве-времени.
Теперь вернемся к старшим классам школы и вспомним, что в учебниках по физике говорится о так называемом корпускулярно-волновом дуализме. Что это значит? Оказывается, распространение того или иного поля можно рассматривать в зависимости от условий либо как частицу, либо как волну. Снова обратимся к электродинамике. Низкочастотный сигнал с достаточной амплитудой будет зафиксирован, скорее, как волна с помощью колебаний зарядов в ее поле. С другой стороны, высокочастотный, но слабый сигнал, скорее, будет зафиксирован как частица, которая выбивает электрон в фотодетекторе. Частица фотон - безмассовая (с нулевой массой покоя). Обратимся к другой известной частице - электрону, он имеет массу. Но оказывается, электрону тоже можно сопоставить волну, несмотря на его «массивность».
После этого вспомним о гравитационных волнах, которые предсказаны ОТО. В рамках ОТО этим волнам соответствуют частицы с нулевой массой покоя - гравитоны. А можно ли построить такую теорию гравитации, в которой гравитон имеет ненулевую массу покоя? Почему нет, если такая теория в слабополевом пределе и пределе малых скоростей будет совпадать с ОТО и удовлетворять ее тестам. История этих теорий начинается с массивной гравитации, предложенной швейцарскими теоретиками Маркусом Фирцем (1912–2006) и Вольфгангом Паули в 1939 году.
С тех пор варианты таких теорий появляются более или менее регулярно. В последнее время интерес к ним повысился в связи с тем, что варианты массивной теории гравитации возникают в фундаментальных теориях, таких как теория суперструн. В некоторых моделях с бранами более предпочтительным оказывается именно массивный гравитон. Массивные теории гравитации являются в определенном смысле разновидностью биметрических теорий: их общая черта состоит в том, что динамическое тензорное поле распространяется в фиксированном пространстве-времени, которое, как правило, принципиально наблюдаемо. Обычно в пределе, при стремления массы гравитона к нулю, такие теории переходят в ОТО. Если в пределе слабого поля и малых скоростей они совпадают с ОТО, то в сильных полях и на космологических масштабах расходятся с ОТО, предлагая другие эффекты. Например, может оказаться, что вместо решений для черных дыр появятся решения для сингулярностей без горизонтов («голых сингулярностей»), вместо расширяющейся вселенной появляются осциллирующие вселенные.
Проверить достоверность этих предсказаний напрямую пока невозможно, это остается предметом дальнейших исследований. До сих пор теории массивной гравитации имели общий изъян, их решения дают некие состояния с отрицательной энергией. Эти состояния называются «духами», объяснить их в рамках разумных представлений не получается, и поэтому они нежелательны. Однако буквально в последнее время появились варианты массивной гравитации без «духов».
Закон Ньютона
Закон всемирного тяготения после
обсуждения в третьем чтении был
отправлен на доработку...
Фольклор
Проверка закона Ньютона. Осмысление закона Ньютона до сих пор играет очень важную роль для осмысления представлений о гравитации вообще. Как можно проверить в лабораторных условиях, живем ли мы на бране (или каком другом многомерном мире), хотя и не можем «выйти» в дополнительное измерение? Вспомним, что гравитация, в отличие от остальных взаимодействий, распространяется во всех пяти измерениях. Чтобы использовать этот факт, озадачимся геометрическим смыслом закона Ньютона. Как мы помним, он утверждает, что сила гравитационного взаимодействия падает обратно пропорционально квадрату расстояния ~ 1/r2. Теперь вспомним картинку из школьного учебника физики, где действие силы описывается силовыми линиями. На такой картинке сила на данном расстоянии r определяется плотностью силовых линий, «прошивающих» сферу радиуса r: чем больше площадь сферы, тем меньше плотность линий и, соответственно, сила. А площадь сферы пропорциональна r2, откуда прямо следует зависимость от расстояния в законе Ньютона. Но это в 3-мерном пространстве, где площадь сферы пропорциональна r2! В 4-мерном пространстве площадь окружающей сферы будет пропорциональна r3, и, соответственно, изменится закон Ньютона - сила гравитационного взаимодействия будет падать обратно пропорционально кубу расстояния ~ 1/r3, и т. д.
Если бы закон обратных кубов имел место на масштабах Солнечной системы, то ясно, что именно он был бы сформулирован Ньютоном. Значит нужно его искать на малых масштабах. Вместе с тем, проверка закона Ньютона важна и для некоторых перспективных многомерных теорий, где дополнительные размерности компактификацированы (свернуты) и их размеры, конечно, меньше планетарных. Тем не менее, они могут достигать десятков микрометров. Когда Рэндолл и Сундрум только предложили свою теорию, закон Ньютона был проверен лишь до масштабов в метры. С тех пор ученые сделали несколько сложнейших (ввиду слабости гравитации) экспериментов с крутильными весами крохотных размеров, и сейчас лабораторные ограничения существенно снизились и приближаются к размерам компактификации.
Рис. 5. Крутильные весы для проверки закона обратных квадратов
Современными измерениями установлено, что размер дополнительного измерения составляет не более 50 микрон. На меньших масштабах закон обратных квадратов может нарушиться. На рис. 5 представлена схема крутильных весов для проверки закона обратных квадратов Ньютона. Сам прибор помещен в вакуумную колбу, тщательно изолирован от шумов и снабжен современной электронной системой детектирования смещений.
Ясно, что подобного рода эксперименты сопряжены с колоссальными технологическими трудностями, и дальнейший прогресс связывают с вынесением эксперимента в космос. Дело в том, что малые коррекции закона Ньютона ведут также к расчетному смещению планетных перигелиев (наряду с эйнштейновским). Лазерная локация Луны подтвердила эйнштейновское смещение с точностью до 10–11 радиана в столетие. А вот уже в следующем порядке может проявить себя эффект некоторых многомерных моделей.
Первые попытки такой локации проводились в начале 60-х, как американскими, так и советскими исследователями. Но лазерный луч сильно рассеивался поверхностью, и точность измерений была невысока - до нескольких сот метров. Ситуация сильно изменилась после того как в рамках американских миссий «Аполлон» и советских «Луна» на Луну были доставлены уголковые отражатели, которые и используются до сих пор (к сожалению, советская программа по Луне была свернута в 1983 году).
Как это происходит? Лазер посылает сигнал через телескоп, направленный на отражатель, при этом точно фиксируется время, когда сигнал был излучен. Площадь пучка от сигнала на поверхности Луны составляет 25 км2 (площадь уголковых отражателей около 1 м2). Отраженный от прибора на Луне свет в течение примерно одной секунды возвращается в телескоп, далее происходит от порядка 30 пикосекунд. Время путешествия фотона позволяет определить расстояние, и это сейчас делается с точностью около двух сантиметров, иногда точность до стигает нескольких миллиметров. И это при расстоянии между Землей и Луной 384 500 км!
Модифицированная ньютонова динамика (МОНД). Но закон Ньютона может нарушаться на масштабах существенно больше планетных систем. Аномальные движения и вращения в звездных системах «спровоцировали» поиски «темной материи», в которую погружены галактики, скопления галактик и т. д.
А что если сам закон Ньютона нарушен на этих масштабах? Оригинальная теория МОНД была разработана израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1983 году как альтернатива «темной материи». Отклонения от ньютоновского закона обратных квадратов по этой теории должны наблюдаться при определенном ускорении, а не на определенном расстоянии (вспомните теорию Хоржавы, где закон Ньютона изменяется из-за влияния скоростей).
МОНД успешно объясняет наблюдаемые движения в галактиках. Эта теория также показывает, почему отклонения от ожидаемого характера вращения наиболее велики в карликовых галактиках.
Недостатки исходной теории:
1) не включает релятивистских эффектов типа СТО или ОТО;
2) нарушаются законы сохранения энергии, импульса и момента импульса;
3) внутренне противоречива, так как предсказывает различные галактические орбиты для газа и звезд;
4) не дает возможности вычислить гравитационное линзирование скоплениями галактик.
Все это вызвало ее дальнейшее существенное совершенствование - с включением скалярных полей, приведения к релятивистскому виду и т. д. Каждое изменение, снимая одно возражение, вызывало другое, завершенной теории пока нет, но исследователи не теряют оптимизма.
Аномалия «Пионеров». Автоматические межпланетные станции «Пионер-10» и «Пионер-11» были запущены в 1972 и 1973 годах для исследования Юпитера и Сатурна. Они вполне справились со своей миссией сблизиться с этими планетами и передать данные о них, что называется, из первых рук. Последний сигнал от «Пионера-10» был получен в начале 2003 года после более чем тридцати лет непрерывной работы. В тот момент космический аппарат находился уже в 12 млрд километров от Солнца. На рис. 12.6 представлена фотография аппарата «Пионер-10».
Удивление вызвал тот факт, что как только «Пионеры» миновали орбиту Урана (примерно в 1980 году), на Земле стали замечать, что частота радиосигналов, посланных аппаратами, смещается в коротковолновую часть спектра, чего быть не должно, если их движение соответствует динамике Ньютона (влияние релятивистских эффектов ОТО на таком удалении от Солнца и планет значительно слабее).
С житейской точки зрения эффект, конечно, кажется мелочью - он в 10 млрд раз меньше, чем ускорение, которое мы испытываем со стороны гравитационного поля Земли. Но он значительно превосходит релятивистские эффекты ОТО! Наиболее банальными объяснениями загадочного явления могли бы стать, например, утечка остатков газообразного топлива из двигателей малой тяги, торможение на космической пыли, и т. д. Но эти эффекты временные, а аномалия стабильна на протяжении более чем 20-ти лет.
Некоторые ученые задались вопросом, не может ли аномалия «Пионеров» порождаться до сих пор неизвестные факторами, которые действуют лишь за пределами Солнечной системы (изменение закона Ньютона). Рассматривались даже модели с привлечением антиматерии, темного вещества и темной энергии.
Норвежский физик Кьелл Танген всесторонне проанализировал создавшуюся ситуацию и пришел к выводу, что ни одна из известных модификаций закона гравитации не в силах описать аномалию. Действительно, эти изменения не должны привести к изменению описания движения внешних планет Солнечной системы. Так, изменяя закон Ньютона, Танген неизбежно получал неправильные результаты для описания движения Урана и Плутона.
Загадка «Пионеров» была разрешена совсем недавно в результате 20-летней работы группы Вячеслава Турышева, выпускника ГАИШ МГУ, работающего ныне в Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA в Пасадене. В разное время группа насчитывала от 20 до 80 сотрудников. Сравнительно недавно удалось в достаточной мере расшифровать чудом сохранившиеся дополнительные данные от «Пионеров», которые ранее были недоступны из-за архаичных форматов файлов и информационных носителей (магнитофонные ленты). Изначально анализировалось более 20 факторов, которые могли бы привести к эффекту. В распоряжении группы была хранившаяся в музее копия аппаратов-двойников - третий «Пионер», оставленный на Земле после предполетных тестов, позволивших отобрать самые качественные детали для космоса. Этот аппарат исследовался досконально.
Один за другим, по разным причинам, кандидаты на эффект отклонялись. Наконец осталась лишь одна возможная причина, которая и подверглась исследованию с пристрастием. Аппарат представляет собой параболическую антенну для связи диаметром около 3 метров, снабженную аппаратурой, помещенной в коробку несколько меньшего размера. Аппаратура работает так долго благодаря энергии атомного элемента, также помещенного в эту коробку. Как результат, коробка греется. Антенна все время ориентирована на Землю, так что коробка находится позади нее.
Группа Турышева составила компьютерную карту распределения тепла во всем аппарате. Оказалось, что обратная часть аппарата (противоположная от Земли) немного теплее, чем передняя. То есть в противоположную от Земли сторону аппарат покидают более энергичные фотоны, чем те, которые летят к Земле. Фактически работает «фотонный двигатель», который в данном случае тормозит «улет» аппаратов из Солнечной системы. Данные расчетов очень хорошо согласуются с данными наблюдаемого эффекта. Мощность этого «двигателя» сравнима с мощностью «отдачи» света фар автомобиля, которая тоже его тормозит как фотонный двигатель. Это образное сравнение привел сам Турышев.
Возникают вопросы. Почему эффект обнаружили только через 8 лет? Дело в том, что есть еще такое явление, как солнечный ветер. До тех пор, пока аппараты не достигли орбиты Урана, его влияние было превалирующим, и «аномалия» просто в нем тонула. При большем удалении эффект «аномалии» стал сильнее эффекта ветра и ее обнаружили. Почему считается, что аномальная сила направлена к Солнцу, ведь антенна ориентирована на Землю? Дело в том, что уже на удалении орбиты Урана, орбита Земли видится как кружок в небольшом угле раствора. В этом случае различить, куда смотрит антенна (на Землю, на другую точку земной орбиты, на Солнце) невозможно - это примерно одно и то же.
Подведем итог. Аномалия «Пионеров» объяснена обычными простыми явлениями и пересмотра закона Ньютона и вообще гравитационных теорий для ее объяснения не требуется.
Что даст дальнейшее повышение точности наблюдений
Точность очень часто
оборачивается неточностью.
Дмитрий Лихачев
Весьма важной является проверка постоянства фундаментальных констант. Для этого сравнивают разнообразные наблюдения за самыми отдаленными объектами во Вселенной с наблюдениями в Солнечной системе, а их - с результатами лабораторных экспериментов на Земле и даже с данными, полученными в геологии и палеонтологии. При анализе используются разные временные шкалы, с одной стороны, обусловленные космологической и астрофизической эволюцией, с другой - основанные на современных атомных стандартах. Кроме этого, явления, существенно зависящие от этих констант, сопоставляются для разных эпох.
Для гравитации прежде всего важна гравитационная постоянная. Ее точное значение необходимо для определения параметров той или иной альтернативной теории или даже для определения ее жизнеспособности - вспомните теорию Хоржавы. От стабильности гравитационной постоянной зависит постоянство параметров планетных орбит. Исследования в Солнечной системе подтвердили неизменность гравитационной постоянной с относительной точностью от 10–13 до 10–14 в год. И точность измерений постоянно повышается.
Насколько важен в смысле построения новой теории поиск гравитационных волн от астрономических источников? В этом смысле сама по себе регистрация гравитационных волн вряд ли сразу даст много информации. Но факт регистрации окончательно подтвердит правоту современных исследований и можно будет отвергнуть совсем уж маргинальные теории. Лишь позже, когда станет возможным анализировать детали излучения (например, поляризацию), станет возможным использовать его для выбора или модификации гравитационных теорий. Определение скорости гравитационного излучения также даст ограничения на альтернативные теории, например, с массивным гравитоном; и т. д.
Нужен ли какой-то экспериментальный прорыв для создания новой теории или выбора из уже построенных? Да, конечно, необходимы новые и более точные эмпирические данные. Но это стоит называть не прорывом, а, скорее, результатом последовательных усилий. Положение дел таково: за последние 100 лет точность измерений увеличилась на 3–4 порядка. Современные технологии обещают существенно ускорить процесс. По разным оценкам ожидается, что в ближайшие 25–30 лет точность увеличится еще на 3–5 порядков. А это по многим прогнозам дает полные основания (и мы попытались это показать), если не в ближайшие годы, то в ближайшие 10–20 лет, ожидать потрясающе интересных и важных открытий. Кроме того, большинство исследователей считает, что такого повышения точности будет достаточно, чтобы определиться с новой теорией.
Не смотря на то, что гравитация – это слабейшее взаимодействие между объектами во Вселенной, ее значение в физике и астрономии огромно, так как она способна оказывать влияние на физические объекты на любом расстоянии в космосе.
Если вы увлекаетесь астрономией, вы наверняка задумывались над вопросом, что собой представляет такое понятие, как гравитация или закон всемирного тяготения. Гравитация – это универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми объектами во Вселенной.
Открытие закона гравитации приписывают знаменитому английскому физику Исааку Ньютону. Наверное, многим из вас известна история с яблоком, упавшим на голову знаменитому ученому. Тем не менее, если заглянуть вглубь истории, можно увидеть, что о наличии гравитации задумывались еще задолго до его эпохи философы и ученые древности, например, Эпикур. Тем не менее, именно Ньютон впервые описал гравитационное взаимодействие между физическими телами в рамках классической механики. Его теорию развил другой знаменитый ученый – Альберт Эйнштейн, который в своей общей теории относительности более точно описал влияние гравитации в космосе, а также ее роль в пространственно-временном континууме.
Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что сила гравитационного притяжения между двумя точками массы, разделенными расстоянием обратно пропорциональна квадрату расстояния и прямо пропорциональна обеим массам. Сила гравитации является дальнодействующей. То есть, в независимости от того, как будет двигаться тело, обладающее массой, в классической механике его гравитационный потенциал будет зависеть сугубо от положения этого объекта в данный момент времени. Чем больше масса объекта, тем больше его гравитационное поле – тем более мощной гравитационной силой он обладает. Такие космически объекты, как галактики, звезды и планеты обладают наибольшей силой притяжения и соответственно достаточно сильными гравитационными полями.
Гравитационные поля
Гравитационное поле Земли
Гравитационное поле – это расстояние, в пределах которого осуществляется гравитационное взаимодействие между объектами во Вселенной. Чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное поле – тем ощутимее его воздействие на другие физические тела в пределах определенного пространства. Гравитационное поле объекта потенциально. Суть предыдущего утверждения заключается в том, что если ввести потенциальную энергию притяжения между двумя телами, то она не изменится после перемещения последних по замкнутому контуру. Отсюда выплывает еще один знаменитый закон сохранения суммы потенциальной и кинетической энергии в замкнутом контуре.
В материальном мире гравитационное поле имеет огромное значения. Им обладают все материальные объекты во Вселенной, у которых есть масса. Гравитационное поле способно влиять не только на материю, но и на энергию. Именно за счет влияния гравитационных полей таких крупных космических объектов, как черные дыры, квазары и сверхмассивные звезды, образуются солнечные системы, галактики и другие астрономические скопления, которым свойственна логическая структура.
Последние научные данные показывают, что знаменитый эффект расширения Вселенной так же основан на законах гравитационного взаимодействия. В частности расширению Вселенной способствуют мощные гравитационные поля, как небольших, так и самых крупных ее объектов.
Гравитационное излучение в двойной системе
Гравитационное излучение или гравитационная волна – термин, впервые введенный в физику и космологии известным ученым Альбертом Эйнштейном. Гравитационное излучение в теории гравитации порождается движением материальных объектов с переменным ускорением. Во время ускорения объекта гравитационная волна как бы «отрывается» от него, что приводит к колебаниям гравитационного поля в окружающем пространстве. Это и называют эффектом гравитационной волны.
Хотя гравитационные волны предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, а также другими теориями гравитации, они еще ни разу не были обнаружены напрямую. Связано это в первую очередь с их чрезвычайной малостью. Однако в астрономии существуют косвенные свидетельства, способные подтвердить данный эффект. Так, эффект гравитационной волны можно наблюдать на примере сближения двойных звезд. Наблюдения подтверждают, что темпы сближения двойных звезд в некоторой степени зависят от потери энергии этих космических объектов, которая предположительно затрачивается на гравитационное излучение. Достоверно подтвердить эту гипотезу ученые смогут в ближайшее время при помощи нового поколения телескопов Advanced LIGO и VIRGO.
В современной физике существует два понятия механики: классическая и квантовая. Квантовая механика была выведена относительно недавно и принципиально отличается от механики классической. В квантовой механике у объектов (квантов) нет определенных положений и скоростей, все здесь базируется на вероятности. То есть, объект может занимать определенное место в пространстве в определенный момент времени. Куда переместиться он дальше, достоверно определить нельзя, а только с высокой долей вероятности.
Интересный эффект гравитации заключается в том, что она способна искривлять пространственно-временной континуум. Теория Эйнштейна гласит, что в пространстве вокруг сгустка энергии или любого материального вещества пространство-время искривляется. Соответственно меняется траектория частиц, которые попадают под воздействие гравитационного поля этого вещества, что позволяет с высокой долей вероятности предсказать траекторию их движения.
Теории гравитации
Сегодня ученым известно свыше десятка различных теорий гравитации. Их подразделяют на классические и альтернативные теории. Наиболее известными представителем первых является классическая теория гравитации Исаака Ньютона, которая была придумана известным британским физиком еще в 1666 году. Суть ее заключается в том, что массивное тело в механике порождает вокруг себя гравитационное поле, которое притягивает к себе менее крупные объекты. В свою очередь последние также обладают гравитационным полем, как и любые другие материальные объекты во Вселенной.
Следующая популярная теория гравитации была придумана всемирно известным германским ученым Альбертом Эйнштейном в начале XX века. Эйнштейну удалось более точно описать гравитацию, как явление, а также объяснить ее действие не только в классической механике, но и в квантовом мире. Его общая теория относительности описывает способность такой силы, как гравитация, влиять на пространственно-временной континуум, а также на траекторию движения элементарных частиц в пространстве.
Среди альтернативных теорий гравитации наибольшего внимания, пожалуй, заслуживает релятивистская теория, которая была придумана нашим соотечественником, знаменитым физиком А.А. Логуновым. В отличие от Эйнштейна, Логунов утверждал, что гравитация – это не геометрическое, а реальное, достаточно сильное физическое силовое поле. Среди альтернативных теорий гравитации известны также скалярная, биметрическая, квазилинейная и другие.
- Людям, побывавшим в космосе и возвратившимся на Землю, достаточно трудно на первых порах привыкнуть к силе гравитационного воздействия нашей планеты. Иногда на это уходит несколько недель.
- Доказано, что человеческое тело в состоянии невесомости может терять до 1% массы костного мозга в месяц.
- Наименьшей силой притяжения в Солнечной системе среди планет обладает Марс, а наибольшей – Юпитер.
- Известные бактерии сальмонеллы, которые являются причиной кишечных заболеваний, в состоянии невесомости ведут себя активнее и способны причинить человеческому организму намного больший вред.
- Среди всех известных астрономических объектов во Вселенной наибольшей силой гравитации обладают черные дыры. Черная дыра размером с мячик для гольфа, может обладать той же гравитационной силой, что и вся наша планета.
- Сила гравитации на Земле одинакова не во всех уголках нашей планеты. К примеру, в области Гудзонова залива в Канаде она ниже, чем в других регионах земного шара.
4.11. Магнитная теория гравитации.
Памяти Оливера Хевисайда посвящается.
Вступление .Обсуждая в сети различные теории гравитации и коснувшись эфирной теории в той части, согласно которой гравитационное поле есть ни что иное как нисходяший поток эфира направленный к центру Земли. И он то как раз и придавливает или увлекает к центру Земли материю. Возник очень интересный вопрос "А что дальше?" Что происходит с этим "сверхтонким веществом" далее в центре Земли. В итоге мнения разделились, одни считают, что все растет, то есть никим образом эта материя трансформируется или кавитируеться в центре Земли и звезд в элементарные частицы и далее. Другие же просто отвергают саму такую возможность основываясь на том, что слабые гравитационные поля есть у всех малых тел и веществ например метеоритов. И их то размеры всегда стабильны. Поэтому в этой статье будет изложена иная точка зрения на природу гравитации которая будет корениться или иметь своей отправной точкой, как бы "эфир" и в то же время будет самодостаточной, способной существовать и без привязки к эфиру. История магнитного поля .
Итак, в начале в свое время люди, обнаружили магнитное поле вокруг естественных магнитнов, а много позже пионеры электротехники обнаружили и описали магнитные поля и вокруг проводников с током. Прошло совсем не много времени и стало понятно, что магнитное поле всегда возникает вокруг электрического заряда который движется в свободном пространстве. Естественно раз заряд движется и в проводнике то магнитное поле возникает и вокруг проводника с током. И тогда в эпоху "эфира" это никого не удивляло. Все было естественно, есть эфир и двигаясь в нем, электрон вызывает по мере прождвижения завихрение в этом же эфире вокруг себя. Аналог это тонущий корабль. Когда он идет ко дну его сопровождает кольцевое завихрение на поверхности, это воспринимается как воронка. Скорость, вращение этого вихря задается именно скоростью погружения корабля. Естественно, что если электрон будет очень быстро двигаться в этом эфире, то вокруг него будет возникать не воронка, а то, что сейчас принято называть "цыклотронным излучением". Аналог это камень кинутый в воду, при соударении с поверхностью вода разбрызгивается, разлетается в сторону. И вокруг него образуются круги на воде, волны бегущие от центра или места падения камня на переферию. Электрон как бы взрывает эфир на своем пути, разбрасывая его в сторону. Долгое время до Эйнштейна всех эта наглядное объяснение природы магнитного поля устраивало. Но тут я оговорюсь, существование эфира не доказано. А значит это не эфир "взрываетья" это цыклотронное излучение. Магнитное поле вокруг двигающегося заряда это форма существования прострнства. Тут увы само пространство принмает форму магнитного поля и циклотронного излучения. При таком подходе "эфир" становится лишней сущностью с чем полностью согласен. Магнитные эфффекты это формы которые принимает пространство и не более. История гравитации.
Приблизительно в это же время люди начали строить и эфирные теории гравитации. Например Р. Декарт, так изложил суть наиболее известной тогда эфирной теории гравитации "Тяжесть заключается не в чем ином,как в том, что земные тела толкаются к центру Земли тонкой материей" . Конечно, эта теория все же далека до совершенства, так как остались несколько вопросов, на которые, Декарт так и не дал ответа. Вот они: 1. Что толкает или тянет саму тонкую материю к центру Земли? 2. Как утилизируется эта тонкая материя? 3. Каков механизм взаимодействия "тонкой" и "грубой" материи? Но в целом, все просто на самом то деле магнитное поле и гравитационное поле это все движение эфира, причем в случае с зарядами это движение кольцевое или вихревое. А гравитационное поле это движение того, же эфира но уже строго направленное, к центру Земли. Далее при Эйнштейне эфир отменили. И объединить эти две теории, в одну, а тем более доработать, так никто и не пробовал. Хотя возможно определенные гипотетические предположения, что гравитация и электромагнитизм это суть явления некой единой общей природы и выдвигались. Великое объединение?
Итак предлагаю пока оставить в покое "эфир" и просто как это принято в современной физике ввести постулат или предположение. Суть которого в том, что гравитационное поле это тоже магнитное поле но особой непривычной конфигурации. Смотрим рисунок.
Так гравитационное поле это магнитное поле, северный полюс или "N" которого это весь небесный свод. А южный полюс, собственно говоря то место куда направлены или двигаются условные силовые линии магнитного поля это центр Земли, именно центр Земли и есть южный полюс "N" данного постоянного магнитного поля. Возьмем два электромагнита. Включим их в сеть постоянного тока так, чтобы они отталкивались друг от друга. При этом будет наблюдаться сильное взаимодействие, выражающееся в отталкивании одноименных полюсов электромагнитов при их сближении. Отсоединим источник постоянного тока и подключим вместо него переменное напряжение такого же напряжения. Несмотря на то, что катушки включены как ранее, отталкивания мы не наблюдаем. Наоборот, наблюдается весьма слабое пульсирующее притяжение двух электромагнитов. Переменные поля способны только притягивать. Отталкивать они не способны . Точно так же ведут себя якобы гравитационные поля микро тел. Они взаимно притягиваются. Так как каждый атом Земли по существу является источником чрезвычайно слабого переменного магнитного поля,
Опять же мы видим, что притяжение вне сильных гравитационных полей обусловлено тем, что глубинно атомы это источники переменных магнитных микрополей.
Второе возражение.
Заключается в том, что магнитное поле должно быть замкнутым или закольцованным. И в рамках данного возражения можно предложить альтернативную модель гравитации. Так ранее на заре электродинамики. Эфирный вихрь вокруг двигающегося электрона считался "магнитным полем", а вот движение электрона в проводнике задавалось продольным движением эфира. От минуса к плюсу. То есть электрическое поле тоже есть по сути смещение эфира. Но прямолинейной в теле проводника. И поэтому гравитационное поле есть скорее аналог электрического поля. И взаимодействие тел с нисходящим потоком обусловлено наличием электронов в "теле" всех веществ. То есть на все тела действует ЭДС которая и тянет их к центру земли. Смелая идея но фишка в том, что ЭДС действует не только на электроны, а и на положительные ионы в тех же проводниках. Но протоны жестко вшиты в структура ионов, атомов и поэтому неподвижны. А вот если предположить, что гравитационное поле это электрическое поле, то электроны под действием ЭДС должны тянутся к центру Земли. И эта же гравиЭДС должна выталкивать ионы строго вверх. А так как количество отрицательно заряженных и положительно заряженных электронов и протонов в веществе приблизительно одинаково. То суммарная сила действующая на все тела. будет равна нулю. Что не так. Поэтому считать гравитационное поле электрическим ни к чему. Либо надо доказать почему гравиЭДС выборочно действует только на электроны игнорируя протоны, входящие в состав вещества. Что сложно если вообще возможно.
Но и тут есть очень интересное объяснение. Так ведётся довольно много рассуждений на тему того, почему наблюдаемая часть Вселенной состоит почти исключительно из вещества, и существуют ли другие места, заполненные, наоборот, практически полностью антивеществом; но на сегодняшний день наблюдаемая асимметрия вещества и антивещества во вселенной - одна из самых больших нерешённых задач физики .Так как общепринятые модели Большого взрыва утверждают, что вскоре после рождения наша Вселенная содержала одинаковое количество частиц и античастиц. Так почему же первые сохранились, а вторые исчезли?
Предположим, что Вселенная все же дуальна или зеркальна. Эту зеркальность мы наблюдаем на квантовом уровне. Так "каждому заряженному лептону соответствует своя пара нейтрино/антинейтрино:
электронное нейтрино/электронное антинейтрино; мюонное нейтрино/мюонное антинейтрино . И ничто не мешает нам предположить, что Вся Вселенная на самом деле состоит из двух половинок состоящих из вещества и антивещества. А центр гравимагнитного поля это всего лишь точка сингулярности или же точка перехода магнитного потока от обычного вещества к антивеществу в анти Вселенную. Нечто подобное мы наблюдаем в экспериментах с рождением ультрарелятивистских частиц, так в них показано, что нейтрино обладают отрицательной спиральностью, а антинейтрино - положительной .Следовательно, цепочки нейтрино и антинейтрино и создают слабое магнитное давление, а глобальном маштабе цеопчка вещество антивещество - Гравитацию. Или же направленное радиальное магнитное поле от вещества к антивеществу и наоборот, через точку сингулярности, в нашем понимании это центр Земли. Да теория сырая. Но возможно она открывает свет на проблему топлива для Звезд. При определенных условиях точка сингулярности может пропускать не только радиальной магнитной поле и инвертировать его обратно, а и пропускать антивещество из параллельной анти Вселенной в наш мир. И в этом месте или вокруг этого места, точки сингулярности и возникают звезды. Об этом процессе свидетельствуют испущенные нашим светилом нейтрино которые всегда считались побочным эффектом реакции аннигиляции .
Об отклонении электронов..
Возможно именно опыты с элементарными частицами которые двигаются в гравитационном поле могут дать ответ на вопрос о природе гравитационного поля. Это все же магнитное поле, электрическое или некое поле иной природы. Так если гравитационное поле, это все же магнитное поле особой радиальной конфигурации, то все заряженные частицы, при движении в гравитационном поле должны вести себя, так, как будто они двигаются в магнитном поле, то есть они они должны отклонятся о первоначальной прямолинейной траектории движения.
Возможно отклонение было зафиксировано при определении массы электрона?!. Но тут не все так просто.
Можно встретить, два мнения о том как была определена масса электрона.
Первый способ.
Так и не найденный автором статьи, в учебниках по физике, это то, что масса электрона была определена по снижению средней точки попадания узкого пучка относительно медленных электронов в длинной электрически нейтральной трубе. При этом электрон отклонялся в низ, на боковое же отклонение никто не обращал никогда внимание, а если оно и было, то принималось, как таковое, что находиться в пределах ошибки измерения. Что и не удивительно. Так как электроны "медленные", а величина отклонения под действием силы Лоренца сильно зависит от скорости движения заряженной частицы во внешнем поле. Так, что предполагаемое отклонение могло быть просто не обнаружено, в силу того, что целью опытов было именно определить массу электрона, а не боковые отклонения, находящиеся в прямой зависимости от скорости движения заряженных частиц.
Второй способ.
Он присутствует во всех официальных учебниках физики, согласно нему, масса электрона была обнаружена и подсчитана благодаря опыту Толмена-Стюарта . Опыт Толмена-Стюарта по наблюдению инерционного тока в металлах. Определение знака заряда носителей тока в них и соотношения e/m . Так что шанс обнаружить отклонение в электрически нейтральной трубе все же есть.
Об отклонении элементарных частиц.
Хотя тут надо уточнить, что есть мнение о том, что электрон, как это ни странно может и не отклонятся в гравитационном поле. Хотя он обладает массой покоя "Масса покоя электрона
me = 9.10938215 · 10-31 кг и отлично подвержен инерции согласно опытам Толмена=Стюарта и тем не менее. В Большой советской энциклопедии в статье "Нейтрон" (Ф. Л. Шапиро, В. И. Лущиков) написано следующее. "...Гравитационное взаимодействие нейтрона. Нейтрон - единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие - искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел." Акцентируем фразу "единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц". Она означает, что ни одна отдельно взятая элементарная частица, кроме нейтрона, не способна к самостоятельному гравитационному взаимодействию с гравитационным полем притяжения планеты . Включая электрон.
Следующим объектом, способным участвовать в гравитационном притяжении является атом водорода, где вокруг положительно заряженного протона вращается отрицательно заряженный электрон.
При распаде нейтрона образуются протон, электрон и антинейтрино. По сути дела нейтрон также как и атом водорода состоит из протона и электрона. Нейтрон и атом водорода имеют близкие гравитационные массы, а значит, процессы, которые порождают в них гравитационное притяжение, одинаковы.
Отдельные же неподвижные или даже подвижные элементарные частицы не взаимодействуют с гравитационным полем, если не вращаются по орбитальной или искривленной траектории. А почему? Да все просто диамагнитный ответ возникает только тогда когда протон или электрон двигаются по круговой орбите и создает электромагнитное поле. По сути диамагнитный ответ есть либо замедление движение электрона по орбите или его ускорение под действием силы Лоренца. То есть у магнитного монополя которым есть предположительно гравитационное поле открывается новое свойство оно не отклоняет свободные электроны, либо Ф. Л. Шапиро, В. И. Лущиков выдают желаемое за действительное. Мое мнение, электрон должен отклонятся при движении в гравимагнитном поле но не в низ или в вверх. Как нейтрон. А строго влево или вправо вдоль поверхности планеты. Просто если опыты и проводились с электроном то старались фиксировать ожидаемое отклонение к Земле. Тогда как боковые отклонения игнорировались. А в состоянии покоя заряженные частицы действительно игнорируют присутствие гравитационного поля, ввиду того, что точечные неподвижные заряды не взаимодействуют с внешними магнитными полями. Естественно, что опыты с элементарными частицами провести сложно тем более в обычных условиях. Поэтому надо искать другие опыты доказывающие наличие магнитной составляющей в гравитационном поле Земли и такие опыты возможно уже проводились или же их можно предложить. Конечно возникает вопрос, откуда инерция у электрона в Опытах Толмена-Стюарта, может это вовсе и не "инерционное ускорение", а действие сил Лоренца, на движущийся в гравимагнитном поле Земли электрон?
Практическая проверка
.
Отклонение света гравитацией.
Давно известен эффект предсказанный Альбертом Эйнштейном и обнаруженный на практике. Так свет от звезд преломляется в гравитационном поле Солнца. Ученый этот эффект попытался объяснить неким искривлением пространства-времени. Хотя это лишь одно из возможных объяснений, тем более, что как раз радиоволны отклоняются в гравитационном поле в обратную световым волнам сторону . Так как данный факт вызывает сомнение приведу прямо в тексте источник [Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме М., 1960.] и этот эффект никак уже не объясняется в рамках теории гравитации Эйнштейна. Попытка объяснить этот аномальный эффект обратного отклонения электромагнитных волн, была предпринята автором книги "Физика Эфира" Прусов П.Д. § 18. Почему свет отклоняется в сторону Солнца, а радиоволны - от него? . Другие попытки объяснить этот эффекты мне неизвестны. Хотя если рассматривать гравитационное поле как радиальное магнитное или хотя бы допустить наличие в нем магнитной составляющей все становиться на свои места. Цитирую "... в магнитной среде волны, поляризованные по часовой стрелке и против нее, преломляются по-разному - возникает явление циркулярного двойного лучепреломления, или гиротропии среды. Явление гиротропии связано с эффектом Зеемана, т. е. с расщеплением линий поглощения света в магнитном поле" . Вот и все, электромагнитные волны различных спектров и будут преломляться в радиальном магнитном или по другому гравитационном поле Солнца по разному. И нет никакой нужды привлекать к объяснению "преломления" некое "искривление пространства-времени". Достаточно просто открыть учебник и прочитать как себя ведут электромагнитные волны в магнитных полях. И провести аналогии с гравитационным или же радиальным магнитным полем Солнца.
Экранирование ферромагнетиками.
Итак как нам практически проверить данную теорию. На вскидку, если мы берем за аксиому, предположение о том, что сила тяжести обусловлена диамагнитными свойствами вещества
А само гравитационное поле есть магнитно
е поле. Можно реально подумать об его экранировании. Мы точно знаем,
что любое магнит
ное поле нельзя экранировать, но
можно искривить
траекторию движения условных силовых линий магнитного поля образующих некий магнитный поток или ветер при помощи ферромагнетиков. Этот эффект получил название "магнитное экранирование".
То есть Эффект Мейснера
(в некоторых источниках -- эффект Мейсснера) -- полное вытеснение
магнитного поля
из объёма проводника при его переходе в
сверхпроводящее состояние
. Впервые явление наблюдалось в
1933 году
немецкими физиками
Мейснером
и
Оксенфельдом
. Должен наблюдаться и при опытах с "магнито-гравитационным" полем Земли. 2. При перевороте кольца с магнитами вес уменьшается на 120мг!
3. На железе Южный полюс магнитов, чаши весов уравновешены
4. При перевороте вес увеличивается на 160мг!
Этот опыт очень явно, доказывает "Магнитную природу гравитациионного поля". Металлическое кольцо выполняет роль шунта, которая локализует в пространстве магнитное поле вокруг полюсов магнитов, и перенаправляет условные силовые линии данных магнитных полей перпендикулярно к условным силовым линиям внешнего гравимагнитного поля Земли. Тем самым уменьшая способность магнитных полей находящихся в шунте, эффективно взаимодействовать с внешними направленными в цент Земли условными силовыми линиями внешнего гравимагнитного поля Земли.
Конечно при проведении данного опыта надо учитывать "вертикальную составляющую" естественного магнитного поля Земли. Но тут важно знать, что "Как показывают наблюдения, ни один из элементов земного магнетизма не остается постоянным во времени, а непрерывно меняет свою величину от часа к часу и от года к году. Такие изменения получили название вариаций элементов земного магнетизма" . То есть если дело в "вертикальной составляющей" вес магнитов должен был бы меняться в течении суток. Этот опыт для чистоты, что бы исключить влияние в том числе и "вертикальной составляющей" достаточно провести длительное время. Хотя бы в течении суток. Наблюдать за изменениями веса. Чего Владимир Блящев скорее всего не делал. И если отклонение в весе будет постоянным, во времени, то влияние земного магнетизма, а именно его "вертикальной составляющей" ни при чем. А если будет "плавать" в течении суток. То да можно утверждать о наличии влияние неких составляющих земного магнитного поля. Тогда, надо подумать о том, как эти составляющие магнитного поля, убрать. Поместив магниты уже в сферу из ферромагнитека , в которой магнитное поле Земли будет отсутствовать.Эти опыты может легко при желании может провести любой желающий. Благо "исходники" весьма доступны. Но есть и другие опыты которые указывают на магнитную природу гравитации. К тому же надо знать, что сами автора считали причиной изменения в весе, металлический намагниченную осноау весов, труба слева на фотографиях. Но про результаты опытов без этой намагниченной трубы не сообщали.
Опыты Сергея Година и Василия Рощина
Два российских физика создали очень интересный генератор. По факту это постоянные магниты помещенные в специальный диск с полостями для магнитов.
При вращении "диска с магнитами" по часовой стрелке вес генератора уменьшался, а при вращении против часовой стрелки уменьшался.
Ученые экспериментируют но никаких адекватных теория своим экспериментам пока не предлагают.
А вот рамках "магнитной теории гравитации" этот опыт объясняется достаточно просто. Но тут есть одно но, кроме нисходящего гравимагнитного поля, в любой точке пространства присутствует также и "вертикальные составляющие магнитного поля Земли" . Так что тут еще вопрос с чем взаимодействуют магнитны в опытах Рощина и Година?!
По сути ученые по сути столкнулись с классическим законом электромагнитной индукции. "закон электромагнитной индукции". "Если в плоскости, перпендикулярной магнитному полю H, двигать со скоростью V проводник длиной l так, что он будет пересекать линии магнитного поля, то упомянутому выше закону э-м индукции на концах этого проводника будет возникать разность потенциалов U=-dф/dt/c=-H*V*l*cos (V
Скорость этого "магнитного ветра" направленного к Земле извести равна скорости свободного падения. Свобо?дное падИние
-- это
равноускоренное движение
под действием
силы тяжести
. На поверхности
Земли
(на
уровне моря
)
ускорение свободного падения
меняется от 9,81
м/с"
на полюсах до 9,78
м/с"
на экваторе.
[
2
]
О радиальном магнитном поле
Надо отметить, что существование выше описанного магнитное поля, имеющего радиальную конфигурации в современной теоретической физике допускается. По сути идея "РАДИАЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ" принадлежит Дираку см. цитату: "Магнитный монополь - гипотетическая элементарная частица, обладающая ненулевым магнитным зарядом - точечный источник радиального магнитного поля". То есть радиальное магнитное поле в принципе возможно. И гравитационное поле очень так на это радиальное магнитное поле похоже. Да конечно эта схожесть еще не идентичность. Ее еще доказать надо. И такие попытки объединить магнитизм и гравитацию делались. Смотрите "Единая теория электоромагнетизма и гравитации", автор Оливер Хевисайд
Хотя можно привести косвенное подтверждения. Таким доказательством того, что гравитационное поле это именно радиальное магнитное поле, можно считать все "Теории всемирного отталкивания". Слабым место которых есть именно момент отталкивания. Чем это "всемирное отталкивание" обусловлено?! Что является причиной отталкивания?! А вот если признать гравитационное поле идентичным радиальному магнитному полю. То это вполне может пролить свет на природу предполагаемого отталкивания. Так как об отталкивании однознаковых полюсов магнитного поля давно известно. Конечно при желании можно оспаривать, что это распространяется и на радиальные магнитные поля. Пока же объективно нет причин предполагать, что моно-полюса радиальных магнитных полей будут взаимодействовать иначе чем полюса обычных магнитных полей. То есть отталкиваться.
Теперь перейдем к такой проблеме как "механизм взаимодействия "тонкой и грубой материи".
О взаимодействии "тонкой" и "грубой" материи.
Итак теперь надо понять, а как же этот поток взаимодействует с материей. Оказывается все тела это "диамагнетики
"
,
термин "
диамагнетизм
" был введен (в сентябре 1845 года)
Майклом Фарадеем
, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.
[
3
].
Диамагнетиками называются вещества, молекулы которых не обладают собственным магнитным моментом. Под действием внешнего магнитного поля в атомах и молекулах наводится (индуцируется) магнитный момент, направленный противоположно вектору индукции внешнего поля.
Такое направление индуцированного магнитного момента приводит к тому, что диамагнетики выталкиваются из магнитного поля
[
4
]
Детальный механизм возникновения магнитного момента несколько различен для различных видов веществ (атомов, многоатомных молекул, кристаллов) и корректно объясняется только в рамах квантовой теории строения вещества .
К тому же он детально описан в учебниках и перегружать статью описанием, которое есть в любых учебниках нет никакого смысла.
Важно
лишь
понимать, что вещество как бы противиться проникновению в себя этого
нисходящего
магнитного потока или же "магнитного ветра" вечно "дующего" к центру Земли. При этом внешние условные силовые линии частично стремятся
обогнуть вещество
.
[
5
]
Таким образом пронизывая все вещества "магнитное поле" получившее название "гравитационное поле"
увлекает их к центру Земли.
Поэтому "вес" тела должна находиться в прямой зависимости от его диамагнитных свойств и его плотности.
По крайней мере в рамках предлагаемого подхода или теории.
Таким образом шуточный вопрос, "что легче килограмм железа или килограмм пуха?", теряет свою актуальность. Без привязки к килограммам. Легче то вещество, чья плотность меньше, а диамагнитные свойства менее проявлены.
При чем обратите внимание, диамагнетики всегда выталкиваются в ту область магнитного поля где условные силовые линии разряжены.
То есть магнитное поле менее плотное. Отсюда кроме как тянущей к центру Земли силы заданной нисходящим магнитным потоком. На все тела действует и менее проявленная выталкивающая сила направленная строго вверх, туда где силовые линии магнитного поля, разрежены. Эта сила пока современной науке не известна. К тому же данный подход подразумевает уход от эфира и как следствие нам уже нет нужды придумывать куда и как утилизировать выпадающий на Землю и звезды эфир. Так магнитное поле это просто временное возмущение в эфире если он есть. А если его нет то нам надо просто понять где и как эти силовые линии столь странного магнитного поля под названием гравитация замыкаются и замыкаются ли вообще.
О возражениях или альтернативная модель.
.
Первое возражение.
Итак первое возражение, слабым местом данной теории являться то, что она не объясняет того почему же притягиваются абсолютно все как микро та и макро объекты во вселенной.
Гравитационное притяжение сложно объяснить на уровне микрообъектов за счет диамагнитного ответа. Если следовать логически диамагнитном подходу то микротела астероиды например в космосе должны были бы отталкиваться чего не происходит. Что же предложу вариант ответа на этот вопрос.
Проведем эксперимент с магнитным полем (см рис. 7).
Аналогично если гравитационное поле это поле магнитное то теоретически то можно также искривить траекторию силовых линий и "магнито-гравитационного" поля, условные силовые линии, которого всегда направлены к центру Земли,
и получить полость внутри которой будет наблюдаться невесомость при чем в пределах Земли.
В любом случае скорее всех успех "экранирования" гравитации заявленный физиком Подклетовым в экспериментах со сверхпроводниками
[
11
]
может быть объяснен именно "экранирующим" эффектом сверхпроводника по отношению к любому магнитному полю, в том числе и
гравитационному,
по
сути,
тоже магнитному полю.
При условии, что будет объяснено, почему столь мощное магнитное поле, которым, как было оговорено, является гравитационное поле Земли, не разрушает такое явление как "сверхпроводимость".
Либо же все же разрушает, а охлаждение просто восстанавливает. При приложении же дополнительного магнитного поля, Влияние "магнито-гравитационного" поля и внешнего приложенного суммируется и явление сверхпроводимости исчезает.
А то, что образцы в опытах Подклетова взвешивались вне сверхпроводящего диска и все же теряли в весе, объясняется тем, что при "ударе" об диск частично нисходящий поток отражается вверх.
При увеличении вращения
сверхпроводящего
эффект "отражения" просто усиливается. То
есть,
возможно,
вращающийся диск отражает падающий на него
магнитно-гравитационный
поток интенсивней,
чем неподвижный. Нечто похожее мы наблюдаем каждый
день,
когда струя
воды,
из крана контактируя с рако
виной,
разбрызгивается,
разлетается в стороны.
Отсюда взвешиваемые образцы нужно помещать вовнутрь охлажденной до абсолютного нуля сферы, а не просто над ней. А если же есть желание успешно повторить опыты Подклетова, то нужно изначально брать керамику, в состав которой входят вещества с максимально возможными диамагнитными свойствами.
К тому, же по логике диамагнитные свойства шара по мере охлаждения возрастают, шар становиться идеальным диамагнетиком. А это подразумевает разницу в весе до охлаждения и после охлаждения.
Такого простого опыта как взвешивание сверхпроводника до охлаждения и
после
, при
чем в вакууме
,
никто не проводил.
Экранирование теплом.
Но мы имеем опыты с
"тепловым экранированием".
Так, известен опыт с нагреванием стального шара, осуществленный А.П. Щеголевым [
12
]. Центральная область стального шара (r = 50 мм), установленного на точные весы, нагревалась лучом лазера через
отверстие
, просверленное до центра шара. Во время работы лазера, нагревавшего стальной шар, вес шара стал меньше первоначального на 200 мг. При остывании шара его вес восстанавливался. В контрольном опыте с этим же шаром, нагретым в электропечи и перенесенным на весы для остывания, изменения веса зафиксировано не было. Объясняется изменение веса стального шара появлением потока энергии, направленного от центра к поверхности шара: поток тепловой энергии уменьшал гравитационный поток к центру шара. В результате наложения противоположных потоков энергии вес стального шара уменьшался"
[
12
]
.
Хотя это все можно попытаться объяснить и без привязки к некой "энергии". Шар начинает излучать интенсивно в пространство фотоны теплового спектра, "светиться" в инфракрасном спектре. А это уже электромганитное явление, электромагнитная волна. А волна это и есть собственно говоря отклонение или своего рода изгибание среды.
Т
акже есть опыты доктора технических наук Мстислава Мирошникова. "Беспокойная масса покоя". (ТМ. 1988.1).Тот же Мирошников показал, что вес запаянных колб с дистиллированной водой внутри в диапазоне температур от 20 - 100 С отличается. Замеры веса проводились во избежание побочных эффектов в вакуумной камере. Именно он подтвердил существование эффекта уменьшения веса под воздействием тепловых пульсаций или же Броуновского движения.
[
12
]
Но тут может иметь место обычное изменение магнитных свойств вещества.
Возможно его диамагнитных свойств. Надо принимать во внимание, что магнитное поле влияет на свет и на оборот свет влияет на магнитное поле и даже на магнитные свойства вещества . А раз мы допускаем, что в гравитационном поле есть магнитная составляющая, то изменение магнитных свойств вещества в любом случае потянет за собой и изменения в весе.
Экранирование вибрацией.
Если мы рассматриваем гравитационное поля как магнитное, и причина взаимодействия с ним это диамагнитные свойства всех веществ. То совершенно очевидно, что любое тело это своего рода динамик. Так как частично условные силовые линии грави-магнитного поля, как и обычные условные силовые линии любого магнитного поля, проникая в проводник все же частично стремятся его обогнуть . И если тело вибрирует, то оно как бы отбрасывает чуть от себя эти нисходящие и обтекающие его "магнитные потоки". Как динамик вибрируя генерирует вокруг себя звуковую волну. Эта волна по сути, есть обычное локальное изменение плотности, в случае с динамиком то воздуха, а в случае с любым вибрирующим телом, изменяеться плотность грави-магнитного нисходящего потока, вокруг данного тела вибрирующего тела. Проникновение "гравимагнитного" потока во внутрь тела усложняется. Поэтому все вибрирующие системы должны терять в весе. То есть внутри них возможно также зафиксировать уменьшения веса контрольных образцов. Опыты подтверждающие это уже есть. Так тот же Мирошников описывает эффект изменения веса и давления в вибрирующих механических системах. Иначе это экранирование можно назвать "экранирование гравитации фононами".
Опыт Владимира Блящева
Логично будет предположить, что постоянный магнит в гравитационным поле должен иметь различную массу при разной ориентации полюсов в пространстве.
Но тут есть одна изюминка. В нормальных условиях все магнитны находятся на поверхности Земли или где-то приблизительно в середине гравимагнитного колодца, а значит этот магнитный ответ полюсов на внешнее гравимагнитное поле Земли, будет скомпенсирован, так как расстояние до "плюса" и "минуса" гравимагнитного поля Земли приблизительно одинаковое. Поэтому нужно как-то один из полюсов постоянного магнита нейтрализовать, сделать магнитное поле создаваемое им локализованным в пространстве и направить условные магнитные линии этого поля перпендикулярно к внешним силовым линиям гравимагнитного поля Земли. Звучит, наверное так туманно, но на практике это означает просто зашунтировать его ферромагнетиком. Именно Ферромагнетик локализует условные силовые линии магнитного поля постоянного магнита нужным образом. И мы четко будем фиксировать изменение веса системы "магнит-шунт" во внешнем гравитационном поле. И этот опыт уже был поставлен "Опыт Владимира Блящева"
1. На железе Северный полюс магнитов, чаши весов уравновешены
Есть опыты показывающие, что при таком сендвиче, возникает электрическое поле и было бы интересно проверить, как оно изменяется при вращении. Вполне возможно, что мы получим в результате автономные не привязанный к электрическим зарядам генератор электрического поля. Опыты с металлическим стержнями Теперь о металлических стержнях. С точки зрения закона электромагнитной индукции даже обычный стальной стержень если его вращать перпендикулярно к предполагаемым магнитным составляющей гравитационного поля Земли, должен становится источником как минимум электрического поля то есть на его концах будет возникать разность потенциалов, а где движение зарядов там и магнитное поле и взаимодействовать по типу отталкивания притяжения с гравимагнитным полем Земли. (Не надо также забывать про вертикальную составляющую магнитного поля Земли ) Это кстати тоже наталкивает на мысль, что при вращении естественное для диска магнитное поле изменяется. Так например известен опыт при котором металл "латунь" помещенная между двумя кольцевыми магнитами давал на выходе разность потенциалов, между осью вращения и внешним краем латунного диска . А тут стальные стержни размешены рядом с магнитами. Так, что в любом случае. Стержни вполне создают очень интересный рисунок магнитного поля, который может быть отличным от естественной до вращательной конфигурации. И уже эти изменения предположительно ответственны за колебания веса генератора. Магнитное поле диска изменяется и диск то отталкивается то больше притягивается к гравимагнитному полю Земли. По памяти также приведу описание опыта который может провести любой желающий нужен металлический штырь, палка или ящик. Чем длиннее тем лучше. И никакого заземления. Так вот если его разместить вертикально. То мы обнаружим разность потенциалом между верхом и низом. Причем самое интересное. Днем и вечером полярность будет различная . Объяснить этот опыт тоже можно легко в рамках "магнитной теории гравитации". Дело в том, что штырь находится на поверхности Земли и планета его вращает более менее перпендикулярно к магнитным силовым линиям уже гравимагнитного поля Солнца. При чем днем когда штырь обращен к Солнцу он пересекает условные силовые линии гравимагнитного поля Солнца условно в одну сторону, а ночью в обратную таким образом возникающая ЭДС имеет одно направление днем, а ночью противоположное. Причем в описании опыта всегда фигурировала цифра 1 Вольт и не более. Но более интересны опыты с экранированием гравитации постоянными магнитными полями. Экранирование гравитации магнитными полями. Также на наличие электромагнитной составляющей в гравитации прекрасно доказывают опыты по экранированию проводников постоянными магнитными полями. Так оказывается эффект уменьшения веса наблюдается также при электрических пульсациях. Работы инженера из Москвы Юрия Кунянского . По сообщениям автора, в опытах проводники под воздействием постоянного электромагнитного поля "обезвешивались" в вакууме на 0,3 - 0,4%, что в пересчёте на "тягу" проектируемого "антигравитационного двигателя" составляло 4 г. "Тяга", прямо скажем, не большая, но вдохновлённый первыми успехами Кунянский считал, что если ещё поднажать с силой тока, то эту цифру можно было бы поднять до планки в 3 - 5% от общего веса "гравиталёта". Также явление снижения веса проводника в гравитационном поле Земли при прохождении через него постоянного электрического тока пропорциональное силе тока обнаружено также В.Шабетниковым. . Эти опыты также можно объяснить исходя из магнитной теории гравитации.
Так магнитная составляющая гравитационного поля о существовании которой предполагал еще OLIVER HEAVISIDE (Единая теория электоромагнетизма и гравитации Оливера Хевисайда) , беспрепятственно проходит сквозь проводник чем обусловлен обычный естественной для гравитационного поля Земли вес проводника. Но как только электроны приходят в движение вокруг них возникает постоянное магнитное поле и оно естественным образом частично вытесняет гравимагнитный поток пронизывающий проводник. И условные силовые линии радиального магнитного поля которым по сути является гравитационное поле Земли, частично отклоняются возникающим вокруг проводника магнитным полем.
Диамагнитный ответ на приложенное гравимагнитное поле уменьшается и проводник теряет в весе. Иначе говоря, в проводнике образуется разряжение нисходящего гравимагнитного потока. Это сразу же сказывается на весе проводника. Надо понимать, что нет никакой тяги. Просто в проводнике стремится возникнуть невесомость. Или же пространство с нулевым весом. Поэтому если на этом принципе и можно создать летательный аппарат, то нечто по типу "дирижабля" . То есть это будет аппарат легче воздуха. И он все равно будет нуждаться в дополнительном двигателя для перемещения в пространстве. О гравилетах. Хотя если пофантазировать, то можно попробовать получить в гравитационном поле именно тяги и опять же за счет постоянных магнитных полей. Для этого следует взять металлическую полусферу, так как эффективно вытеснять внешнее магнитное поле можно только если электрический заряд движется с полусферой или же как в нашем случае полусфера неподивижна, а движется заряд в ней. И получаем некий полусферный двигатель.
Обратите внимание на рисунок автору опыта удалось создать притяжение между двумя рамками с током в том, месте где притяжения не должно быть. К сожалению он не провел серию опытов, которые бы показали, что это поле притягивает к себе не только рамку, а иные немагнитные тела. Тогда бы теория идентичности скалярного и гравитационного поля была бы доказана. А генератор скалярного поля, по факту окажется просто генератором магнитного поля по типу "монополь Дирака", а также и генератором гравитационного поля. У меня вопрос по данному опыту. В видео. Где две рамки притягиваются. Почему этот уважаемый ученый известный как Николаев Г.В. В миру директор "Научно-Технического Центра Нетрадиционной Электродинамики" г.Томск . В открытое им скалярное поле не поместил другие в том числе и диамагнитные и парамагнитные материалы. Я хочу знать, как они выталкиваются или притягиваются этим скалярным полем? Почему он не подвесил эту рамку на весах и не направил эту рамку вверх или в низ тем местом, которое якобы генерирует, это поле. С целью проверки как это скалярное поле взаимодействует с гравитационным полем? Если его направить на встречу или против гипотетического гравимагнитного потока. Далее почему он не уточняет это поле скалярное по его мнению переменное или все же постоянное? Да скорее всего оно постоянное в силу постоянного притяжение то есть нет челночного отталкивания притягивания. Но все же?! Этот момент нужно уточнить. Также интересно как в этом скалярном магнитном поле ведут себя заряженные частички, например электроны? Отклоняются при движении как в обычном магнитном поле?! Отсюда дальнейшее телодвижение это посмотреть как это мифическо-теоретическое монопольное скалярное магнитное поле взаимодействует с гравитационным. Схема предлагаемого опыта предельно проста см.рис..
Рамка подвешена на весах и "скалярное поле" направлено против гипотетического гравимагнитного потока или по его ходу. Весы должны фиксировать некие изменения в весе рамки. При условии, что будет решена проблема шунтирования скалярного магнитного поля с обратной стороны рамка. Что весьма сложно учитывая то, что скалярное поле очень плохо взаимодействует с металлами. Возможно проблему шунтирования удастся решить за счет технологических разрывов в рамках. В любом случае это просто набросок опыта
Так же важным фактом, который открыли исследователи магнитного эффекта известного как "скалярное магнитное поле" есть то, что это скалярное поле очень слабо взаимодействует с металлом. Это очень сближает данное скалярное магнитное поле или же аналог "монополь Дирака" с гравитационным полем. Это сразу показывает, что гравимагнитное поле Земли очень сложно "экранировать" металлической сферой. так же и получение толкающей силы с помощью просто металлической полусферу под сомнением. Надеюсь суть идеи понятна?! Далее просто через это поле "погонять" например ионы воздуха. Что бы понять отклоняет ли это поле заряженные частички двигающиеся в нем. Предполагаю, что "скалярное магнитное поле" есть одновременно и аналог "монополя Дирака" и по сути своей идентично полю известному как "гравитационное поле".
Эпилог.
В целом можно заключить, что в рамках предлагаемой теории, эф
фект экранирования гравитации
может
зависеть
как
от диамагнитных свойств
вещества. А охлаждение либо нагревание вещества всего лишь влияют как на его диамагнитные свойства. И это приводит к изменению веса контрольных образцов. До и после нагрева или охлаждения. Напомню, что в рамках данной теории вес тела зависит от диамагнитных свойств тела. Также предлагаемая "грави-магнитная", оставляя концепцию Р.Декарта о движении сверхтонкой материи к центру Земли, все же позволяет отказаться от "выпадающего на землю эфира", а значит снимает проблему утилизации этого падающего на Землю эфира. При этом тонкая материя, или же условные силовые линии грави-магнитного поля продолжают "течь" в центр, Земли увлекая за собой все тела. Также предложен механизм того, как "тонкая материя" Р.Декарта движащаяся к центру Земли из которой состоит предположительно гравитационное поле, взаимодейстует со всеми телами, увлекая их за собой. И в рамках предложенной теории становиться понятно, что гравитационных волны это электромагнитные волны. Звучит парадоксально но если гравитационное поле, это магнитное поле необычной конфигурации, по другом в нем присутствует магнитная составляющая, то все, что могут генерировать гравитационные волны это опять таки электромагнитные волны и только.
Я не претендую на правильность данной теории, это лишь попытка дать некое направление, двигаясь в котором, возможно и удастся создать новую магнитную теорию гравитации.
Литература.
1.Об экранировании гравитации.
2. Свободное падение.
Материал из Википедии свободной энциклопедии
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
3.
Диамагнетики
Материал из Википедии свободной энциклопедии
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8
4.
Слободянюк А.И. Физика 10/13.3
ї13. Взаимодействие магнитного поля с веществом
9. В.Д.Шабетник "Свет. - Природа и человек" сентябрь 1998 год. "Старт в... пекло"
10. Гиперзвуковой Дирижабль -магнитоплан?
11. Наука и жизнь. N1, 1999
ЭКРАНИРОВАНИЕ ГРАВИТАЦИИ?
http://www.nkj.ru/archive/articles/8146/
12. Об экранировании гравитации.
13. Генератор Нуль-веса.
14. Опыт Толмена-Стюарта по наблюдению инерционного тока в металлах.
Определение знака заряда носителей тока в них и соотношения e/m.
http://novmysl.finam.ru/Electrodynamics/TolmanStuart.html
15. Опыт Владимира Блящева
http://blogs.mail.ru/mail/antis_/38C3A69062236A17.html
16. Элементы магнитного поля Земли http://www.wdcb.ru/sep/magnetic_measurements/magn_elements.ru.html
dd> 17. Магнитный монополь. Материал из Википедии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%8C
dd> 18. Межмолекулярные взаимодействия. Материал из Википедии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B6%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B2%D0%B7%D0%B0%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5
dd> 19. Диамагнетики. Материал из Википедии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8
dd> 20. Единая теория электоромагнетизма и гравитации.
Оливера Хевисайда
http://www.univer.omsk.su/omsk/Sci/Heaviside/p2.htm
21. Строение Вакуума (Леннаучфильм) https://www.youtube.com/watch?v=PqqgYpUrd7I
22. Униполярный магнитолет..shtml
23. Источник уточняется.
24. "Известия", - N 7 от 11,01,94; N 11 от 20.01.94; N 15 от 26.01.94.
25. Слово о Гравиплане..shtml
26.Как управлять светом с помощью магнитного поля.
В. Белотелов "Квант" ?1, 2010
http://elementy.ru/lib/431022
27. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М., 1960.
28. Физика Ефира. Прусов П.Д. http://aetherphysics.narod.ru/prussov.pdf
29 Скалярное магнитное поле и СЕКРЕТЫ СЕ.https://www.youtube.com/watch?v=abh5RoWzsFw
30. http://inroniks.narod.ru/6_6.html
31. Магнитная батарея..shtml
32. "Магнитное поле Земли". С.М.Курашев http://old.misis.ru/LinkClick.aspx?fileticket=AZFCHBjVtj0%3D&tabid=6715
33.Нейтрино. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%BE
34.Антивещество. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE
35. Нейтрино - статья из Физической энциклопедии
36.ЧАСТИЦЫ И АНТИЧАСТИЦЫ http://galspace.spb.ru/indvop.file/59.html
Между всеми материальными телами. В приближении малых скоростей и слабого гравитационного взаимодействия описывается теорией тяготения Ньютона , в общем случае описывается общей теорией относительности Эйнштейна . В квантовом пределе гравитационное взаимодействие предположительно описывается квантовой теорией гравитации , которая ещё не разработана.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Визуализация гравитации
✪ УЧЁНЫЕ НАС ДУРЯТ С РОЖДЕНИЯ. 7 КРАМОЛЬНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ ЛЖИ НЬЮТОНА И ФИЗИКОВ
✪ Гравитация
✪ 10 любопытных фактов о гравитации
✪ Александр Чирцов - Гравитация: развитие взглядов от Ньютона до Эйнштейна
Субтитры
Гравитационное притяжение
Закон всемирного тяготения - одно из приложений закона обратных квадратов , встречающегося также и при изучении излучений (см., например, Давление света), и являющегося прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.
Гравитационное поле, так же как и поле силы тяжести , потенциально . Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность гравитационного поля влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в гравитационном поле часто существенно упрощает решение. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим . Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени.
Большие космические объекты - планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля.
Гравитация - слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях, и все массы положительны, это, тем не менее, очень важная сила во Вселенной. В частности, электромагнитное взаимодействие между телами в космических масштабах мало, поскольку полный электрический заряд этих тел равен нулю (вещество в целом электрически нейтрально).
Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.
Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления - орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. Аристотель (IV в. до н. э.) считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. И только много позже (1589) Галилео Галилей экспериментально определил, что это не так - если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности , более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.
Небесная механика и некоторые её задачи
Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух точечных или сферических тел в пустом пространстве. Эта задача в рамках классической механики решается аналитически в замкнутой форме; результат её решения часто формулируют в виде трёх законов Кеплера .
При увеличении количества взаимодействующих тел задача резко усложняется. Так, уже знаменитая задача трёх тел (то есть движение трёх тел с ненулевыми массами) не может быть решена аналитически в общем виде. При численном же решении достаточно быстро наступает неустойчивость решений относительно начальных условий. В применении к Солнечной системе эта неустойчивость не позволяет предсказать точно движение планет на масштабах, превышающих сотню миллионов лет.
В некоторых частных случаях удаётся найти приближённое решение. Наиболее важным является случай, когда масса одного тела существенно больше массы других тел (примеры: Солнечная система и динамика колец Сатурна). В этом случае в первом приближении можно считать, что лёгкие тела не взаимодействуют друг с другом и движутся по кеплеровым траекториям вокруг массивного тела. Взаимодействия же между ними можно учитывать в рамках теории возмущений и усреднять по времени. При этом могут возникать нетривиальные явления, такие как резонансы , аттракторы , хаотичность и т. д. Наглядный пример таких явлений - сложная структура колец Сатурна.
Несмотря на попытки точно описать поведение системы из большого числа притягивающихся тел примерно одинаковой массы, сделать этого не удаётся из-за явления динамического хаоса .
Сильные гравитационные поля
В сильных гравитационных полях, а также при движении в гравитационном поле с релятивистскими скоростями, начинают проявляться эффекты общей теории относительности (ОТО):
- изменение геометрии пространства-времени;
- как следствие, отклонение закона тяготения от ньютоновского;
- и в экстремальных случаях - возникновение чёрных дыр ;
- запаздывание потенциалов, связанное с конечной скоростью распространения гравитационных возмущений ;
- как следствие, появление гравитационных волн;
- эффекты нелинейности: гравитация имеет свойство взаимодействовать сама с собой, поэтому принцип суперпозиции в сильных полях уже не выполняется.
Гравитационное излучение
Одним из важных предсказаний ОТО является гравитационное излучение , наличие которого было подтверждено прямыми наблюдениями в 2015 году . Однако и раньше были весомые косвенные свидетельства в пользу его существования, а именно: потери энергии в тесных двойных системах, содержащих компактные гравитирующие объекты (такие как нейтронные звезды или чёрные дыры), в частности, в знаменитой системе PSR B1913+16 (пульсаре Халса - Тейлора) - хорошо согласуются с моделью ОТО, в которой эта энергия уносится именно гравитационным излучением.
Гравитационное излучение могут генерировать только системы с переменным квадрупольным или более высокими мультипольными моментами , этот факт говорит о том, что гравитационное излучение большинства природных источников направленное, что существенно усложняет его обнаружение. Мощность гравитационного n -польного источника пропорциональна (v / c) 2 n + 2 {\displaystyle (v/c)^{2n+2}} , если мультиполь имеет электрический тип, и (v / c) 2 n + 4 {\displaystyle (v/c)^{2n+4}} - если мультиполь магнитного типа , где v - характерная скорость движения источников в излучающей системе, а c - скорость света. Таким образом, доминирующим моментом будет квадрупольный момент электрического типа, а мощность соответствующего излучения равна:
L = 1 5 G c 5 ⟨ d 3 Q i j d t 3 d 3 Q i j d t 3 ⟩ , {\displaystyle L={\frac {1}{5}}{\frac {G}{c^{5}}}\left\langle {\frac {d^{3}Q_{ij}}{dt^{3}}}{\frac {d^{3}Q^{ij}}{dt^{3}}}\right\rangle ,}где Q i j {\displaystyle Q_{ij}} - тензор квадрупольного момента распределения масс излучающей системы. Константа G c 5 = 2 , 76 × 10 − 53 {\displaystyle {\frac {G}{c^{5}}}=2,76\times 10^{-53}} (1/Вт) позволяет оценить порядок величины мощности излучения.
Начиная с 1969 года (эксперименты Вебера (англ. ) ), предпринимаются попытки прямого обнаружения гравитационного излучения. В США, Европе и Японии в настоящий момент существует несколько действующих наземных детекторов (LIGO , VIRGO , TAMA (англ. ) , GEO 600), а также проект космического гравитационного детектора LISA (Laser Interferometer Space Antenna - лазерно-интерферометрическая космическая антенна). Наземный детектор в России разрабатывается в Научном Центре Гравитационно-Волновых Исследований «Дулкын» республики Татарстан .
Тонкие эффекты гравитации
Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений гравитации, которые в земных условиях весьма слабы и поэтому их обнаружение и экспериментальная проверка весьма затруднительны. До последнего времени преодоление этих трудностей представлялось за пределами возможностей экспериментаторов.
Среди них, в частности, можно назвать увлечение инерциальных систем отсчёта (или эффект Лензе-Тирринга) и гравитомагнитное поле . В 2005 году автоматический аппарат НАСА Gravity Probe B провёл беспрецедентный по точности эксперимент по измерению этих эффектов вблизи Земли. Обработка полученных данных велась до мая 2011 года и подтвердила существование и величину эффектов геодезической прецессии и увлечения инерциальных систем отсчёта, хотя и с точностью, несколько меньшей изначально предполагавшейся.
После интенсивной работы по анализу и извлечению помех измерений, окончательные итоги миссии были объявлены на пресс-конференции по NASA-TV 4 мая 2011 года и опубликованы в Physical Review Letters . Измеренная величина геодезической прецессии составила −6601,8±18,3 миллисекунды дуги в год, а эффекта увлечения - −37,2±7,2 миллисекунды дуги в год (ср. с теоретическими значениями −6606,1 mas/год и −39,2 mas/год ).
Классические теории гравитации
В связи с тем, что квантовые эффекты гравитации чрезвычайно малы даже в самых экстремальных и наблюдательных условиях, до сих пор не существует их надёжных наблюдений. Теоретические оценки показывают, что в подавляющем большинстве случаев можно ограничиться классическим описанием гравитационного взаимодействия.
Существует современная каноническая классическая теория гравитации - общая теория относительности , и множество уточняющих её гипотез и теорий различной степени разработанности, конкурирующих между собой. Все эти теории дают очень похожие предсказания в рамках того приближения, в котором в настоящее время осуществляются экспериментальные тесты. Далее описаны несколько основных, наиболее хорошо разработанных или известных теорий гравитации.
Общая теория относительности
Однако экспериментально ОТО подтверждается до самого последнего времени (2012 год). Кроме того, многие альтернативные эйнштейновскому, но стандартные для современной физики подходы к формулировке теории гравитации приводят к результату, совпадающему с ОТО в низкоэнергетическом приближении, которое только и доступно сейчас экспериментальной проверке.
Теория Эйнштейна - Картана
Подобное распадение уравнений на два класса имеет место и в РТГ, где второе тензорное уравнение вводится для учёта связи между неевклидовым пространством и пространством Минковского . Благодаря наличию безразмерного параметра в теории Йордана - Бранса - Дикке появляется возможность выбрать его так, чтобы результаты теории совпадали с результатами гравитационных экспериментов. При этом при стремлении параметра к бесконечности предсказания теории становятся всё более близкими к ОТО, так что опровергнуть теорию Йордана - Бранса - Дикке невозможно никаким экспериментом, подтверждающим общую теорию относительности.
Квантовая теория гравитации
Несмотря на более чем полувековую историю попыток, гравитация - единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена общепризнанная непротиворечивая квантовая теория . При низких энергиях, в духе квантовой теории поля , гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами - калибровочными бозонами со спином 2. Однако получающаяся теория неперенормируема , и поэтому считается неудовлетворительной.
В последние десятилетия разработаны несколько перспективных подходов к решению задачи квантования гравитации: теория струн , петлевая квантовая гравитация и прочие.
Теория струн
В ней вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги -