Гравитация? Это очень просто! (гравитонная гипотеза)

д-р Александр Вильшанский

Проблема. Круговое движение спутников вокруг Земли (а также естественных спутников планет и самих планет вокруг Солнца) обычно объясняется с помощью схемы, приведенной на рис.1. Сила тяготения F, направленная к центру Земли, вызывает ускорение, с которым тело на рисунке ДВИГАЕТСЯ в радиальном направлении. Однако, когда мы задумываемся о величине РАБОТЫ, которую производит эта сила, мы натыкаемся на парадокс. Сила - есть, масса - есть, ускорение - есть. Но в результате сложения двух скоростей движения оказывается, что суммарное расстояние до планеты не изменилось! Значит нет ни пройденного пути, ни работы? Это какая-то очень странная сила, и какая-то странная ситуация. Аналогии с вращением груза на нити здесь не годятся. В случае использования нити расстояние не меняется. Связь тела с центром вращения ЖЕСТКАЯ. В этой вращающейся системе координат в точке крепления груза к нити центростремительная сила уравновешивается силой реакции опоры. То есть имеются ДВЕ силы, сумма которых равна нулю. Естественно, что и результат их действия равен нулю. В случае же спутника воздействующая сила только одна, и она не уравновешивается никакой другой силой. Но по Второму закону Ньютона любая сила, воздействующая на свободное тело, должна вызывать ускорение и производить работу! Более того, если траектория будет иной (скажем, эллиптической), и расстояние тела от центра Земли будет изменяться, то, согласно классической теории, сила притяжения также не будет производить никакой работы! В данном случае не только сила и ускорение в наличии, но также и путь. Но работа все равно не производится! Это странно, по меньшей мере.

Усилим парадокс. Представим себе космический корабль, имеющий на борту двигатель, всегда ориентированный по радиусу, но в обратную сторону от Земли (рис.2). Двигатель показан на рисунке в виде вытянутого треугольника. Представим себе далее, что космический корабль должен совершить облет вокруг Земли по круговой орбите, но тяготение отсутствует. Иначе говоря, уберем Землю и рассмотрим простой маневр корабля в пространстве - движение по окружности. Очевидно, что для выполнения этого маневра при отсутствии тяготения космический корабль должен использовать свой реактивный двигатель. Сопло этого двигателя должно быть постоянно направлено в обратную сторону от центра окружности. Таким образом, силу земного притяжения мы заменяем силой тяги двигателя. Ясно, что в данном случае энергия будет расходоваться. Если бы взлетающая с Земли ракета просто зависла над землей на старте примерно на время полного оборота спутника на орбите (то есть около 100 минут), то она израсходовала бы приблизительно такую энергию. Причем понятно, что эта энергия прямо зависит от массы корабля. Любому человеку ясно, что эта энергия очень велика. Налицо парадокс. Но можно ли преодолеть противоречие? Модель. Поместим пробное тело А в центр сферы, через которую в самых разных случайных направлениях пролетают очень маленькие и легкие частицы (рис.3). Назовем эти частицы "гравитонами". Предположим, что гравитоны обладают исключительно высокой проникающей способностью и слабо взаимодействуют с веществом, то есть отдают частицам вещества очень небольшую часть своего импульса. Аналог такого рода в природе известен - это нейтрино. Однако гравитоны в нашей модели по своим размерам существенно меньше нейтрино, и двигаются со скоростями, значительно превышающими их скорость.

Гравитоны равномерно распределены в пространстве. Большинство их пролетает мимо пробного тела А, и нас не интересует. Их траектории обозначены на рис.3 пунктирными стрелками (изобр. слева). Те гравитоны, которые попадают в пробное тело, передают ему часть своего импульса. Плотность потока гравитонов через сферу постоянна. Так как все гравитоны одинаковы, то вектор суммарного импульса, переданного ими пробному телу, будет равен нулю, и оно будет находиться в покое. Поместим на некотором расстоянии от пробного тела A массивное тело (шар на рис.4). Очевидно, что если гравитоны частично задерживаются шаром, то он экранирует пробное тело от воздействия частиц, приходящих к нему из пространственного угла с образующими АU и АV. В то же время гравитоны, прилетающие из пространственного угла c образующими AU' и AV', воздействуют на пробное тело с прежней интенсивностью. Результирующее воздействие всех частиц на пробное тело уже не будет равным нулю, и возникнет сила FA, направленная точно к центру массивного шара. Величина силы, действующей на пробное тело, будет зависеть от степени поглощения гравитонов массивным телом. Эта сила прямо пропорциональна величине пространственного угла UAV, который в свою очередь обратно пропорционален квадрату расстояния. В этой модели имеет место не «притягивание» двух тел друг к другу, а «приталкивание». Но, если наблюдатель ничего не знает о летящих частичках, а видит лишь взаимодействие тел, то это выглядит для него как «притяжение» одних тел к другим.

Таким образом, воздействие гравитонов на пробное тело А рассчитывается как разность двух потоков гравитонов, приходящих из пространственного угла U'AV' и из пространственного угла UAV, определяемого поглощающим гравитоны телом. Гравитоны поглощаются на любом участке b этого тела (рис.5). В статье [1] приведен вывод формулы отношения силы приталкивания на определенном расстоянии к силе, действующей на расстоянии двух радиусов от центра массивного шара:

где: k=1+h/R - угол, указанный стрелкой на рис.5, под которым виден отрезок взаимодействия "b" - максимально возможное значение угла h - расстояние пробного тела от поверхности поглощающего тела (шара) R – радиус поглощающего шара b - длина пути взаимодействия на рис.5 - плотность поглощающего тела в произвольной точке k=2 для случая нахождения пробного тела на расстоянии от поверхности шара, равном радиусу Численное интегрирование выражения (1) приводит к результатам, полностью совпадающим с результатами расчета по классической формуле закона всемирного тяготения Ньютона. В общем случае тело (шар), поглощающее гравитоны, может иметь переменную вдоль радиуса плотность (рис.6). Как известно, Земля имеет более плотное ядро с диаметром, примерно равным половине диаметра самой Земли. Расчет показал, что сила воздействия на пробное тело будет одной и той же для любого распределения плотности по радиусу при условии постоянства средней плотности.

О критике модели "пушинга" (приталкивания). О возможности существования механизма "приталкивания" космических тел (как альтернативного их "притяжению") говорили многие ученые, в том числе и Лессаж. Он рассматривал "гравитоны" как частички, глубоко проникающие в планету, и создающие разность давлений на нее вследствие образования "гравитонной тени" от Солнца. Эту модель подверг критике Пуанкаре, показав, что сопутствующее приталкиванию поглощение этих микрочастиц в небесном теле должно сопровождаться их нагревом до температур, не наблюдающихся на практике. Кроме того, планеты в своем движении должны были бы тормозиться "гравитонным газом", чего также не наблюдается. О таком торможении говорил и Р.Фейнман в своих лекциях. Эти возражения обоснованы лишь при определенных предположениях о свойствах гравитонов, которых не предполагали эти исследователи, и без учета следствий из этих свойств. Одним из таких следствий является существование "космической метлы" (см. ниже), благодаря действию которой преодолевается торможение планет "гравитонным газом", и осуществляется их вечное вращение. Возражение Пуанкаре также исчезает, если рассмотреть взаимодействие гравитона с элементом массы (атомом) более внимательно. В нашей гипотезе если масса тела, через которое проходит гравитон, меньше некоторой величины (хотя и очень большой), то гравитон чаще всего встречается лишь с одним атомом (ядром атома), и претерпевает рассеивание на нем, отдавая атому небольшую часть своего момента движения в направлении своего движения до соударения. Этот случай показан на рис.7 (движение "а").

В этом случае никакого поглощения гравитонов (с переходом их энергии в тепловую), о котором говорил Пуанкаре, не происходит. В случае же прохождения гравитона через значительно бОльшую массу, траектория его движения становится более сложной. Наталкиваясь на некоторое множество атомов, гравитон также отдает каждому из них часть своего количества движения, но эта отдача происходит в случайном направлении. В результате атомы как бы раскачиваются случайным образом, что можно интерпретировать как тепловое движение. Этот случай показан на рис.7 (движение "b"), и именно вследствие такого движения и происходит разогрев тела. Но при этом понятно, что гравитационный эффект вызывается лишь самым первым столкновением гравитона с атомом. И, наконец, когда в результате целого ряда соударений гравитон теряет значительную часть своей энергии, его скорость снижается настолько, что он в определенной ситуации может быть захвачен ядром атома, "поглощен" им. На этом его путешествие внутри массы заканчивается (рис.7, движение "с"). Однако и это поглощение также не связано с повышением температуры вещества; попадая внутрь ядра, гравитон отдает свою энергию на его раскрутку, и является по-существу, причиной существования и источником внутренней энергии атома вообще. Проверка адекватности предложенной модели Соответствует ли действительности предложенная здесь модель? Это можно было бы проверить во время полного солнечного затмения. Согласно теории Ньютона сила притяжения любого тела Землей на ее поверхности должна уменьшаться во время солнечного затмения. В этот момент Луна и Солнце находятся на одной прямой по отношению к наблюдателю в зоне затмения. При этом их сила притяжения должна увеличиться, уменьшая результирующую силу притяжения на поверхности Земли.

Но, согласно предложенной здесь модели все должно обстоять наоборот. При достаточно большой массе вещества, через которую проходят гравитоны, они должны в этой массе поглощаться полностью. Именно такая ситуация возникает в звездах. В результате возникает ситуация, изображенная на рис.8. Для наглядности и простоты предположим, что Солнце поглощает гравитоны полностью почти по всему диаметру.

До тех пор, пока Солнце и Луна находятся в разных частях небосвода, каждое из этих небесных тел поглощает свою часть гравитонов. Величина гравитационной постоянной у поверхности Земли зависит от воздействия Земли, Луны и Солнца. Однако, во время затмения ситуация меняется (рис. Луна входит в полную «гравитонную тень» Солнца. До затмения она несколько ослабляла поток гравитонов. Теперь она уже не может его ослабить дополнительно, так как он уже полностью перед этим был поглощен Солнцем. Для земного наблюдателя гравитонного потока Луна в этот момент как бы «исчезает» с небосклона. В результате суммарная сила притяжения в момент солнечного затмения должна увеличиваться. Интересно, что явление увеличения веса во время солнечного затмения было открыто еще в конце 19 века русским инженером Ярковским с помощью модифицированных лабораторных весов, а с 50-х годов ХХ века были многократно повторены опыты Мориса Алле (Allois), обнаружившего изменение периода колебаний маятника во время затмения. Повторенные нами опыты показали, что точности и чувствительности применявшихся этими исследователями приборов было совершенно недостаточно для обнаружения хоть какого-нибудь влияния Луны, и они, скорее всего, измеряли некий артефакт - сопутствующее затмению явление более крупного порядка. Более точные измерения планируется реализовать в ближайшее время.

Следствия из предложенной гипотезы

Описанный выше «механизм гравитации» является на данный момент единственным, способным объяснить явление увеличения силы тяжести вблизи поверхности Земли при солнечном затмении. И это дает основание рассмотреть некоторые следствия из этой гипотезы, как если бы она была адекватной реальности.

"Невсемирность" Закона всемирного тяготения Ньютона

Представления о силе неизвестной природы, заставляющей объекты притягиваться друг к другу, позволили в свое время Ньютону найти лишь эмпирическую формулу закона всемирного тяготения. Эта формула, по Ньютону, справедлива для любых расстояний, в чем у него не было причин сомневаться. Изложенное здесь представление о "приталкивании" тел друг к другу частицами со слабым взаимодействием с веществом (гравитонами) позволяет дать непротиворечивое физическое описание этого явления. Полученные при этом формулы дают результаты, в точности совпадающие с результатом расчета по эмпирической формуле Ньютона, но… Одновременно должно быть ясно, что эта модель адекватна только на длине свободного пробега частиц (гравитонов). Это означает, что так называемый закон «всемирного» тяготения не является на самом деле всемирным, а справедлив лишь на расстояниях, примерно равных размерам нашей Солнечной системы. На больших расстояниях действуют, повидимому, законы вихревой газовой динамики применительно к «гравитонному газу».

Движение планет по орбитам. Вечное и постоянное движение планет по их околосолнечным орбитам представляется до некоторой степени загадочным. Трудно предположить, что движению Земли по орбите со скоростью 30 кмсек совершенно ничего не препятствует. Даже в предположении об отсутствии эфира существует достаточное количество более или менее крупной космической пыли и мелких метеоритов, через которые проходит планета. И если для больших планет этот фактор достаточно мал, то с уменьшением размеров тела (до астероида) его масса уменьшается гораздо быстрее, чем поперечное сечение, которое определяет динамическое сопротивление движению. Тем не менее и большинство астероидов вращается по орбитам с постоянной скоростью, без признаков торможения. Представляется, что одного лишь ньютоновского «притяжения» недостаточно, чтобы удержать систему в вечном вращении. В рамках же гравитонной гипотезы такое объяснение может быть предложено. "Космическая метла" На рис.11 (изобр. справа) изображены траектории гравитонов, принимающих участие в создании «пушинга» (приталкивающей силы) в случае, если они проходят через большую массу, которая не вращается. В этом случае картина сил, создающих давление на меньшую массу, полностью симметрична, и суммарный вектор всех сил Z направлен точно на центр большой массы.

Если же большая масса вращается, то картина выглядит несколько иначе (Рис.12 ) Можно видеть, что сектор, из которого приходят гравитоны, формирующие верхнюю (относительно половины) часть поглощенного потока, оказывается несколько большим, чем сектор, в котором гравитоны приходят из нижней полусферы. Поэтому векторная сумма Х=X1+X2 несколько больше векторной суммы Y=Y1+Y2, что создает отклонение результирующего вектора Z. Этот вектор в свою очередь можно разложить на два вектора. Один из них направлен точно к центру притяжения О, а другой перепендикулярен ему, и направлен вдоль касательной к орбите. Именно эта составляющая силы приталкивания и вызывает движение планеты по орбите при вращении массивного тела S. Таким образом вокруг вращающегося массивного тела возникает как бы "метелка" "вертушка", подгоняющая каждую элементарную массу планеты по касательной к орбите в направлении вращения основной массы. Поскольку воздействие производится на каждую элементарную часть планеты, то действие "метелки" пропорционально массе увлекаемого ею тела на орбите. Но если бы дело этим и ограничивалось,