Гравитация

Выяснение физического смысла принципа эквивалентности (отсутствия у заряженных частиц механической массы) логически привело нас к пониманию физического смысла закона гравитации Ньютона.

Страница "Начал", И. Ньютон

В лекциях Фейнмана, в главе, посвященной гравитационному взаимодействию, рассматриваются только несколько примеров объяснительных и предсказательных возможностей Ньютоновской теории. Самыми убедительными доказательствами корректности и широких предсказательных возможностей приведенными Фейнманом являлись

1. предсказание местонахождения Нептуна и 
2. объяснение возникновения приливов два раза в течении суток.

Внутренние противоречия Ньютоновского закона гравитации

За 320 лет, прошедшие после утверждения закона гравитации Ньютона было обнаружено, что его теория гравитации внутренне противоречива. Принятая теория  приводит к парадоксальному выводу о том, что  некоторые тела под действием собственной силы тяжести должны неудержимо сжиматься и "схлопываться" - практически исчезать из окружающего их пространства. В недавно изданной на русском языке книге "Гравитация" американские физики называют "схлопывание в точку" величайшим кризисом физики. Это мнение разделяют многие ученые - физики и философы.

Начиная со второй половины XX века, астрономы стали находить свидетельства того, что огромные звездные скопления нарушают законы Ньютона. Наиболее распространенная гипотеза, объясняющая "неправильное" поведение галактик, предполагает, что законы Ньютона не нарушаются, а наблюдаемое отклонение от законов объясняется наличием темной материи. Этим термином обозначают пока экспериментально не обнаруженное вещество, участвующее в гравитационном взаимодействии, но не участвующее в электромагнитном. Темная материя создает дополнительную массу, которая ответственна за расширение галактик (см на сайте arXiv.org). 

Роль темной матрии в теории  гравитации >>

Наблюдения сверхновых типа Ia, проведённые в 1998 г. в рамках Supernova Cosmology Project показали, что постоянная Хаббла меняется со временем таким образом, что её поведение можно объяснить соответствующим подбором величины космологической постоянной Λ, вносящей вклад ΩΛ в среднюю плотность Ω. Эта часть скрытой массы получила название тёмной энергии (darkenergy). 

Состав Вселенной по данным WMAP 

Интерпретация данных по анизотропии реликтового излучения, полученных в ходе работы WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, 2003 г.) дала следующие результаты: наблюдаемая плотность Ω близка к Ωcrit и распределение Ω = ΩΛ + Ωvis + Ωdark по компонентам: барионная материя Ωvis - 4,4 %, тёмная холодная материя (WIMP) Ωdark - 23 %, «тёмная энергия» ΩΛ - 72,6 %. (см. Википедия)

В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи примерно равна массе обычного вещества.

Темная энергия - гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Начать с того, что она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик её столько же, сколько вне их. Самое необычное то, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Мы уже говорили, что современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот. 

Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством - отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии - это «математическая» загадка фундаментальной физики XXI века.

Масса является исходной сущностью в законе гравитации. Однако физическая природа массы до настоящего времени не известна.

Так, согласно академику РАН  Л. Б. Окуню природа массы: вопрос № 1 современной физики. До настоящего времени считается, что принятая теория гравитации позволяет рассчитывать плотность  Солнца. Плотность вещества определяется длиной связи между ядрами атомов и количеством нуклонов в этих ядрах. При температурах выше 6000 градусов в водороде и гелии (Солнце состоит на 93% из водорода  и 7% - гелия, нагретых до температуры более 10000К) разрываются связи между электронами и ядрами, энергия связи которых порядка 15 электрон вольт. Водород и гелий при температуре  6000 градусов уже находятся в виде плазмы. От разлета этой плазмы на Солнце, в первую очередь, оберегают Кулоновские и магнитные силы, которые отличаются по силе от гравитационных более чем на 40 порядков. Удельный вес Солнца, соответственно, должен быть, как максимум (верхняя граница) меньше удельного веса водорода при нормальных условиях и составлять соответственно величину меньшую чем 0,0000899 (при 273 K=0°C) г/см³, отличающуюся от определяемой по Ньютоновским  законам гравитации 2 г /см³ ,более чем в 2000 раз .

В работе L. Neslufsan [Queen Mary and West_eld College, Mile End Road, London E1 4NS, UK, Received 19 January 2001г , Accepted 6 April 2001] доказывается, что Солнце заряжено положительным зарядом, и что электростатическое взаимодействие Солнца с другими звездами  надо учитывать при расчете гравитационных взаимодействий. 

Давайте вернемся непосредственно к электрическому объяснению гравитации, и еще раз проанализируем какие объективные обстоятельства, мешали, по нашему мнению, принятию этого объяснения гравитации. В настоящее время нам представляется, что основной объективной причиной было отсутствие во всех изученных нами работах даже полуколичественной оценки этого объяснения. В этих работах, включая и наши предыдущие статьи, оценка влияния электрических взаимодействий в лучшем случае ограничивалась сравнением электрических и массовых взаимодействий между электронами и между электроном и протоном в атоме. Кулоновская сила превышала силу гравитационное взаимодействия более чем  в  10⁴⁰ раз для случая взаимодействия ион-электрон и оценивалась в 4.17^.10⁴² для случая ион-электрон. Эти величины действительно завораживали и представлялись достаточно убедительными, по крайней мере, для необходимости учета этой силы в небесной механике. Зная величину отрицательного заряда Земли (-6*10⁵ кулона) мы рассчитали, каким должен быть   заряд Солнца, чтобы его сила взаимодействия с Землей была бы соизмерима с гравитационным притяжением этих небесных тел, имеющих массу  2*10³⁰ и 6*10²⁴ кг Солнца  и  Земли,  соответственно.  Рассчитанный  заряд  Солнца   составил  3*10²⁹  кулон.

Получившаяся неожиданно большая величина заряда Солнца повергла нас, как сторонников электрического объяснения гравитации, в уныние, несмотря на все перечисленные за, включающие, в том числе наш, казалось бы убийственный аргумент - если бы Ньютон знал. 

Чтобы удостовериться  в корректности рассчетного значения заряда Солнца, мы решили оценить, какова должна быть разница между количеством электронов и количеством протонов, улетевших с Солнца, чтобы оно приобрело заряд 3*10²⁹ кулон. Эта величина вылилась в трудно вообразимую цифру 10⁴⁸ электронов, кажется, превышающую общее количество электронов на Солнце. Мы решили вычислить  количество электронов на Солнце, состоящем, в основном, из ионизированных атомов водорода. Эта величина составила 1,2 *10⁵⁷электронов. Т.е. оказалось, что для того, чтобы Солнце приобрело заряд 3*10²⁹ кулон - величину, обеспечивающую электростатическую силу притяжения между планетой Земля и Солнцем, соизмеримую с силой гравитации, Солнцу достаточно потерять электронов лишь на 10^-7% от имеющегося у него количества, что представляется  вполне достижимой величиной.

Скорость движения электронов на поверхности (в короне) Солнца оценивается в научной литературе сотнями тысяч километров в секунду, а скорость протонов сотнями километров в секунду. Вторая космическая скорость для тела, вращающегося вокруг Солнца в рамках принятой теории гравитации, равна 618 км/сек. Частицы, имеющие скорость большую, должны покинуть Солнце и улететь в космос. Таким образом наличие на   Солнце электронов, двигающихся со скоростью, превышающую вторую космическую, позволяет говорить, что кроме сил гравитации на электроны короны Солнца действуют силы электростатического притяжения.

Величина второй космической скрости и скорости электронов на Солнце (расчет  по уравнениям в учебника И.В. Савельев т.1 стр.250) позволяет оценить соотношение между электростатическим и гравитационным взаимодействием и заряд Солнца. Рассчитанное отношение сил электростатической к гравитационной составило более 100 раз (даже без учета магнитного взаимодействия) и положительный заряд Солнца, обеспечивающий это соотношение, равен 3*10³¹кулонов. Причем, понятно происхождение этого заряда. Электроны улетали быстрей, чем протоны с только что родившейся  нейтральной звезды Солнце. Этот процесс продолжался до тех пор, пока  положительный заряд Солнца не достиг величины,  при которой скорости удаления электронов и протонов сравнялись. Это объяснение было изложено без привлечения понятия нейтральной массы и приводилось в контексте наших предыдущих объяснений электромагнитной природы массы.

Что же можно сказать сегодня (2009г) о физической природе сил гравитации и ее количественной оценке? Широко известно, что самым  эффективным способом решения частных вопросов  является решение общих вопросов.

Ньютон рассматривал космические системы, как системы центростремительных сил. Атомные и молекулярные системы также связаны центростремительными (Кулоновскими) силами.Эти силы объясняют, равенство сил центростремительных и центробежных и устойчивость орбит, как космических объектов, так и электронов  в атомах и молекулах.

Электромагнитное происхождение инерциальных свойств материи позволяет ответить на другой вопрос: почему устойчивы системы центростремительных сил?

Вспомним условия равновесия. В механике различают три состояния  равновесия:  безразличного  равновесия,  устойчивого и неустойчивого равновесия.

Планетарная система, описываемая только уравнениями Ньютона, также является неустойчивой. Возможно поэтому Ньютон говорил, что поддержание настоящего вида Солнечной системы требует вмешательства сверхъестественных сил.  Мы считаем такими «сверхъестественными» силами – являются силы Лоренца. Сила Лоренца объясняет, равенство сил центростремительных и центробежных и устойчивость орбит, как космических объектов, так и электронов  в атомах и молекулах.

Заряд, движущийся с ускорением, порождает  ЭДС, которое действует на заряженную частицу с силой равной по величине и прямо противоположной по направлению силе, вызвавшей движение с ускорением.

Сила Лоренца и правило Ленца являются условием  устойчивости этих систем.

Более того, можно сказать, что устойчивость этих систем доказывает, что в них действует сила Лоренца. Соответственно, в этих системах взаимодействуют электрические и магнитные поля, как микрочастиц, так и космических объектов. 

При электродинамическом объяснении картины мироздания взаимодействие, называемое гравитационным, объясняется только электромагнитными силами.

Учет этих сил позволяет качественно объяснить приведенные выше противоречия в принятой теории гравитации,  роль и природу темной материи и энергии, и такие явления как разбегание галактик без дополнительного введения экспериментально не обнаруживаемых сущностей. В рамках электродинамического объяснения галактики разбегаются, потому что горящие звезды несут избыточный положительный заряд. Темная материя - это облака возбужденных и невозбужденных микрочастиц (электроны, протоны, нейтроны, позитроны, позитронии, анионы позитрониев и т.д).

26-11-2009