Реферат: Принцип эквивалентности и законы сохранения

Ключевые положения следующего за ОТО уровня проникновения в сущность гравитации вполне могут быть такими:

1. В общем случае гравитационная масса (гравитационный заряд) тела не равна его инертной массе. Гравитационной массой определяется взаимодействие тела с g-полем, а инертной массой - способность транспортировать энергию в пространстве.

2. Стационарное g-поле не способно изменить ни полную массу, ни полную энергию свободно падающего тела. В гравитационном поле лишь перераспределяются энергетические составляющие полной энергии тела, характеризующие его исходное состояние и меняется импульс тела.

3. Фотон есть первооснова вещества, обладающего инертными свойствами (постулат о единстве состава материи на уровне первомассы  8 ).

2.4. Континуумальная кривизна и сохранение импульса

Почти девять десятков лет минуло с той поры, когда А. Эйнштейн поделился с мировым сообществом мыслью о том, что гравитация есть результат континуумальной кривизны 1, с.227-236 . Чуть позже оказалось, что идею метрической кривизны можно привлечь для объяснения более широкого круга явлений, чем это позволяла теория тяготения Ньютона. Среди этих явлений особое место занимают наблюдаемое вращение орбиты Меркурия, а также аномально большее искривление траектории света в гравитационном поле сильногравитирующего объекта (Солнца) [1, с.439-447].

Вскоре проявились серьезные недостатки, присущие данной интерпретации гравитационного взаимодействия. Несколько поколений ученых упорно работали над разрешением возникающих проблем, но, решая одну, получали шлейф новых, не менее существенных. В конце концов в околонаучном мире было заключено неформальное соглашение отказаться от попыток “улучшения” доминирующей теории гравитации, зафиксировав все её положения на уровне эйнштейновских интерпретаций конца 1915 - начала 1916 гг. Данные представления нашли активное отражение не только в специальной, но и в учебной литературе; впечатляет общий тираж изданий, посвященных ОТО. Естественно, не все исследователи поспешили последовать триумфу рационализма в столь извращенной форме. Продолжали высказываться новые идеи, разрабатываться новые теории гравитации [2 - 10], среди которых есть и такие, которые категорически отрицают идеологию, основанную на метрической концепции гравитационных сил. Но при том вполне удовлетворительно выдерживают все известные гравитационные
тесты 4; 10.

Отдельные исследователи (автор данной работы принадлежит к их числу) считают источником многих проблем гравитационной физики принятую в теории относительности формальную модель 4-мерного интервала ds, крайне нефизичную по содержанию. Отказавшись от её использования, были определены масштабные соотношения отдельно для пространственного dl и временного dt интервалов 7 . Оказалось, что масштаб интервалов в равной степени подчинен величине полного гравитационного потенциала. Отмеченное обстоятельство указывает на инвариантность скорости  по отношению к полному гравитационному потенциалу, определяемой непосредственно, поскольку  = dl/dt. В этом случае не находится никаких оснований к тому, чтобы говорить об анизотропии метрических свойств пространственно-временного континуума, а траекторию движения материального тела экстраполировать по континуумальной метрике.

Но для наблюдателя другого типа (т.н. “фиксированного” наблюдателя), который за процессом движения тела наблюдает "со стороны", условие инвариантности скорости уже выполняться не будет, поскольку время прохождения телом участка пути измеряется по часам самого наблюдателя.

Подходы к анализу влияния свойств пространства на особенности движения тела, очевидно, в этих случаях радикальным образом отличаются. В первом случае инвариантность скорости позволяет считать невозможной реакцию тела на метрические особенности пространства, которая могла бы заставить свободно движущееся тело "отрабатывать" неевклидовость пространства (хотя бы с позиции наблюдателя, связанного с данным телом). Во втором случае, когда наблюдаемая скорость уже не является инвариантом, таковые основания уже появляются. И в принципе могут быть сведены к метрическим локальным особенностям пространства, на которые тело будет реагировать дополнительным искривлением своей траектории.

Подобная предсказательная двойственность, зависящая от привязки наблюдателя, неудовлетворительна уже сама по себе. Для выбора одной возможности (из, как минимум, двух) данная ситуация должна быть рассмотрена на основе иных критериев. К примеру, не возникает ли в том или ином случае проблем со строго сохраняющимися величинами (импульсом, энергией). Допустив, что метрическая кривизна оказывается источником дополнительного искривления траектории тела и тем самым перераспределяет составляющие его импульса, мы обязаны указать объекты, за счет которых происходит компенсация отмеченного изменения импульса. При таком рассмотрении ни одно из взаимодействующих тел уже не может быть отнесено к категории “пробных” (в этом заключается принципиальное отличие следующего примера от ранее рассмотренных).

Пусть искривление траектории претерпел фотон, пролетевший мимо Солнца. Часть искривления припишем непосредственному взаимодействию между собой континуумальных компонент Солнца и фотона, создающих локальную континуумальную неоднородность и являющуюся причиной гравитационных сил 11; другую часть - метрическому фактору. Первый фактор искривления естественным образом согласуется с законом сохранения импульса: сила, с которой Солнце действует на фотон (конкретно - на его гравитационную массу), в точности равна силе, с которой гравитационная масса фотона действует на массу Солнца. В результате притяжения фотоном Солнце получает импульс, благодаря которому полный импульс системы “фотон-Солнце” остается неизменным. При том не играет роли, что массы фотона и Солнца несоизмеримы по величине. Даже при столь огромной разнице мы обязаны строго следить за результатами взаимодействий и реагировать на любые несогласованности с законами сохранения, сколь малыми они бы не оказывались. Ибо за ними могут скрываться проблемы принципиального свойства.

Метрический же фактор кривизны с законом сохранения импульса согласовать не удается. Ясно, что для достижения необходимого соответствия мы должны допустить поворот импульс-вектора Солнца относительно исходно фиксированной системы наблюдателя, но источник предполагаемого явления не позволяет себя идентифицировать ни с одной из потенциально возможных причин (включая влияние метрической особенности, создаваемой гравитационной массой фотона). Проблема того же рода возникает при попытке объяснить наблюдаемую прецессию орбиты Меркурия кривизной околосолнечного пространства 11 .

Пространственная составляющая реального пространственно-временного континуума искривлена, являясь результатом неодинаковой структурной “плотности”, отражающей пространственное распределение масс. При этом инвариантность скорости, определенная непосредственным наблюдателем, оказывается следствием взаимной компенсации двух масштабных преобразований. Одно из которых происходит в отношении пространственных характеристик, а другое - временных. Формальным образом сказанное выражается соотношением , являющимся одной из возможных форм записи физически бесспорного выражения dl =  dt. Метрические особенности пространственных и временного измерений идеально сопряжены в любой точке континуума и не могут явиться фактором, влияющим на вид траектории тела. Кроме того, метрическая кривизна может быть учтена лишь через гравитационную массу фотона, определяющую его собственную "континуумальную компоненту". А дважды учитывать влияние по сути одного и того же фактора, по видимому, некорректно.

Таким образом, перераспределение импульса в системе гравитационно взаимодействующих тел может быть вызвано лишь взаимным силовым влиянием данных материальных объектов на уровне их континуумальных компонент.

Приведем результаты сопоставления расчетных данных, полученных на основании предлагаемого подхода, с экспериментальными.

На основе соотношения (4) может быть найден угол искривления траектории фотона, проходящего вблизи поверхности Солнца. На значительно удаленном от Солнца участке траектории фотона (при этом   30) гравитационная сила, действующая на фотон со стороны гравитирующего Солнца, оказывается меньшей, чем предсказывается теориями, учитывающими ПЭ. Но начинает возрастать по мере приближения, в предельном случае увеличиваясь до двойного значения. В общем случае

  ,   (6)

при том, что для теорий, учитывающих ПЭ, в (6) следует подставить , а для нашего случая . Расхождение результатов определяется разницей интегрирования функций sin  и sin2  во всем диапазоне изменения  . С учетом симметричности траектории и малого отклонения  луча света от прямой линии в поле Солнца, имеем:

      (7)

   (8)

Отношение углов 21 , определяемых (7) и (8), составляет 2 раз, или  1.57. Учитывая, что величина 1 соответствует искривлению светового луча на 0.85
[1, с.442], несложно найти результат, соответствующий 2 - это 1.34 .

Полученный результат находится в очень хорошем согласии с данными наблюдений, полученными во время полного затмения Солнца в 1919 году, когда условия для наблюдений оказались исключительно благоприятными 10. Наблюдаемые углы отклонения света звезд, видимых вблизи края солнечного диска, находились в пределах от 0.9 до 1.8 1, с. 663 . ОТО, как известно, предсказывает значение  1.7 .

Методика и результаты расчет вращения орбит Меркурия и других планет Солнечной системы, выполненные на основании уточненной формулировки “принципа Маха” без привлечения гипотезы “метрической кривизны”, приведены в 11 .

3. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Разрешение “исторического” конфликта с законами сохранения, присущего доминирующим на данный момент гравитационным концепциям, дает новые возможности для альтернативных наработок и пересмотра существующих приложений.

В качестве примера рассмотрим представления о метагалактическом низкотемпературном фоне, получившем название “реликтового излучения”. Обнаружение фонового излучения было признано весомым аргументом в пользу идеи Большого взрыва, а параметры излучения (концентрация фотонов и значение температуры  2.7 К) использовались при построениях теорий происхождения Вселенной, теорий Великого Объединения; для исследования значений ряда глобальных параметров (средней плотности вещества во Вселенной, массы Вселенной, барионного заряда Вселенной и т. д.)  12 .

Образовавшиеся за время Большого взрыва фотоны, как самые быстрые частицы, в первую очередь покидали область “протовещества”. Чем дальше они удалялись от этой области, тем больше оказывалось отношение их инертной массы к гравитационной (по мере удаления уменьшается угол  (6)), не оставляя никаких возможностей для возврата. Реликтовые фотоны образовали расширяющуюся фотонную сферу - границу Метагалактики, радиус которой на сегодняшний момент может быть оценён в 13 - 18 млрд. лет. По этой причине истинно реликтовое излучение принципиально недоступно для экспериментального исследования.

Наблюдаемое трехградусное фоновое излучение, по всей видимости, является результатом процессов, происходящих в относительно недалеком прошлом и даже настоящем. Первичными источниками фона тогда уже были и продолжают оставаться звезды. Излучаемые звездами высокоэнергетичные фотоны в результате взаимодействия с веществом рекомбинируют на множество низкоэнергетичных фотонов, совместным вкладом которых и создается наблюдаемый фон.

Значение фоновой температуры, таким образом, является отражением концентрации "темного" вещества Метагалактики (частиц межзвездной пыли, метеоров, планет, нейтронных звезд и пр.), с которым взаимодействует электромагнитное излучение, по отношению к активному звездному веществу.

Высокий мировоззренческий потенциал могут нести приложения, относящиеся к области физики вращающихся систем, для которых характерен непрерывный перенос импульса с одного направления на другое (от устойчивых звездно-планетарных систем до вращающихся механических устройств). Строгой гироскопической теории, которая бы основывалась на фундаментальных физических принципах, еще нет 13 . Потому при решении широкого круга задач недостающие элементы приходится вводить искусственно, в виде предположений (о сохранении или несохранении углового момента в условиях меняющегося полного гравитационного потенциала; о характере реакции маховика на переориентацию в условиях g-поля, и пр.). Возможность формулировки принципиально значимых положений строгой теории заведомо находится за пределами классических представлений и не видится простой задачей. Но её успешное решение приблизит нас к пониманию природы важнейших фундаментальных понятий, и, не исключено, поможет расставить внутренние приоритеты между законами сохранения энергии, импульса и углового момента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Эйнштейн А. / / Собр. науч. тр. В 4 Т.- М.: Наука, 1965. Т.1.

2. Дикке Р. Гравитация и Вселенная. - М.: Мир, 1982.

3. Станюкович К.П., Мельников В.М. Гравидинамика, поля и константы в теории гравитации. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Логунов А.А., Лоскутов Ю.М. Неоднозначность предсказаний ОТО и релятивистская теория гравитации. - М.: МГУ, 1986.

5. Тирринг В. Альтернативный подход к теории гравитации / / Гравитация. Т. 2. Вып. 2 (1996). С. 50.

6. Анисович К.В. Скалярно-тензорная теория гравитации.../ / Гравитация.
Т. 3. Вып. 1 (1997). С.15.

7. Зайцев О.В. Гравитационная константа или меняющийся “гравитационный
коэффициент”.
Internet: http://rusnauka.narod.ru/lib/autor/zaicev_o_v/1/

8. Зайцев О.В. Физика: о малом и большом. - Ростов-на-Дону: Упрполиграфиздат, 1992.

9. Проблемы естествознания на рубеже столетий  Гл. ред. Григорян С.С.
- С.-Пб.: Политехника, 1999.

10. Уилл К.М. Теория и эксперимент в гравитационной физике. - М.:
Энергоатомиздат, 1985.

11. Зайцев О.В. Принцип Маха и орбитальная прецессия планет   Проблемы
исследования Вселенной. Вып. 21. - С.-Пб.: СПбГУ, 1999. С. 308 - 320.
Internet: http://www.sciteclibrary.com/rus/catalog/pages/2295.html

12. Davies P. God and New Physics. - N.Y.: Simon & Schuster, 1982.

13. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 1995. С. 334.

Контактная информация:

 344092, г. Ростов-на-Дону, а/ я 3097. Зайцеву Олегу Викторовичу

E-mail: zzcw@mail.ru

Тел: (8632) 95-60-31