О природе гравитационных сил

2. О природе гравитационных сил

 

Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения относится к фундаментальным законам классического естествознания. Методологической слабостью концепции Ньютона был его отказ обсуждать механизмы, приводящие к возникновению гравитационных сил («Я гипотез не измышляю»). После Ньютона неоднократно предпринимались попытки создания теории гравитации.

Подавляющее большинство подходов связано с так называемыми гидродинамическими моделями гравитации, пытающимися объяснить возникновение сил тяготения механическими взаимодействиями массивных тел с промежуточной субстанцией, которой приписывается то или иное название: «эфир», «поток гравитонов», «вакуум» и т.д. Притяжение между телами возникает вследствие разряжения Среды, возникающей либо при ее поглощении массивными телами, либо при экранировке ими ее потоков. Все эти теории имеют общий существенный недостаток: правильно предсказывая зависимость силы от расстояния, они неизбежно приводят к еще одному ненаблюдаемому эффекту: торможению тел, движущихся относительно введенной субстанции.

Существенно новый шаг в развитии концепции гравитационного взаимодействия был сделан А. Эйнштейном, создавшим общую теорию относительности.

Ньютон: «Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным частицам его и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально квадратам расстояний даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев планет и даже до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в покое» [6, с. 662]. Эта особенность гравитационного взаимодействия, приложенная к условиям внутри тела и приводит к убывающей зависимости гравитационной силы с уменьшением расстояния от центра тела.

Вторая проблема гравитационного поля, связанная со стабильностью взаимного положения небесных тел, тоже постепенно решалась, и в частности, большой шаг в направлении её решения был сделан с одной стороны Эддингтоном [7], а с другой стороны Френкелем [8, гл. 7], предположившими с различными вариациями возможность обобществления электронов атомов в ядрах звёзд при гравитационном сжатии. Более полно данная концепция с учётом особенностей гравитационного сжатия протозвёздного облака, описанного Шкловским (9). Причём данная концепция очень хорошо согласуется с поступающими новыми данными о небесных телах, как солнечной системы, так и дальних небесных объектов и главное, полностью снимает проблему неограниченного сжатия вещества вселенной. Ведь с учётом формирования электронного кокона звезды и ассоциации звёзд взаимное гравитационное притяжение удалённых горячих небесных тел эффективно компенсируется взаимным отталкиванием электронных оболочек этих тел, препятствуя, с одной стороны, неограниченному сжатию всего вещества вселенной, а с другой стороны препятствуя столкновению между звёздами и их ассоциациями, как и каннибализму галактик. Тем самым снимается проблема, которую видел в своей концепции ещё Ньютон.

Сформулированный Ньютоном закон всемирного тяготения стал одним из выдающихся достижений в области естествознания за всю историю его существования. Этот закон позволил на строгой научной основе подвести физическую базу под философско-космическими положениями о материальном единстве мира, всеобщей взаимосвязи всех природных явлений. Закон всемирного тяготения оказался одним из самых впечатляющих и вместе с тем загадочных основоположений теоретического естествознания.

Применение этого закона позволило добиться выдающихся успехов в области небесной механики (предсказавшей «на кончике пера» существование ранее неизвестных планет) и астрофизики, космологии и практического освоения космического пространства, позволило летательным аппаратам и человеку преодолеть земное притяжение и осуществить прорыв в просторы Вселенной.

 

3. Особенности гравитационного взаимодействия

Особенность гравитационного взаимодействия состоит в том, что под действием силы гравитационной природы прироста полной энергии пробного тела не происходит (т.е. полная энергия свободно падающего (и не излучающего!) пробного тела не меняется, оставаясь равной полной начальной энергии; перераспределяется лишь соотношение между его энергетическими компонентами). Если в самом начале движения полная энергия пробного тела соответствовала его массе покоя, то по мере разгона все большая её часть соответствует уже кинетической составляющей массы, которая появляется за счет уменьшения массы покоя. В этой особенности гравитационного действия заключены истоки принципиального различия между силами гравитации и инерции. Свойство инерции проявляет себя при непосредственном взаимодействии тел между собой, в результате чего любое тело, в зависимости от особенности взаимодействия и выбора системы отсчета наблюдателем, может, как получить дополнительную кинетическую энергию, либо утратить имеющуюся, передав её другим телам. Силы гравитационной природы способны перераспределять энергию из одного вида в другой в пределах данного тела: энергию покоя, внутреннюю энергию, поперечную кинетическую составляющую энергии – в продольную кинетическую энергетическую составляющую. В соответствии с перераспределением составляющих энергии изменяется импульс тела.

Величина, оказываясь продуктом действия гравитационного поля, увеличивает инерцию тела в направлении падения, но сама уже не подвержена влиянию гравитационного поля. Поле само по себе не в состоянии различить, является ли продуктом его действия, или результатом действия силы иной природы. Поэтому, независимо от происхождения, вполне резонно предположение, что на эту составляющую гравитационное поле влияния не оказывает.

При ощутимой относительной доле продольной кинетической составляющей величина ускорения g будет отставать от напряженности гравитационного поля g. Сила, действующая на вертикально падающее тело в g-поле, пропорциональна его массе покоя и составляет m0g.

Энергия, переносимая фотоном, определяется исключительно его кинетической энергией. Она может быть передана при непосредственном взаимодействии, что указывает на наличие у фотона инертных свойств и соответственно инертной массы. Гравитационная масса фотона не является постоянной величиной. В случае вертикально ориентированного свободного фотона (движение фотона параллельно вектору напряженности g-поля) g-поле на фотон не действует: гравитационная масса фотона равна нулю; массы покоя фотон также не имеет. Отсюда наблюдаемое «посинение» или «покраснение» фотона имеет своей причиной различный ход времени в системах «верхнего» и «нижнего» наблюдателей.

В связи с высказанными выше соображениями не будет излишним проявлять осторожность в выражении соответствия между массой объекта и полной его энергией. Не всякой энергетической составляющей соответствует гравитационная масса; возможно также, что в определенных случаях инертные свойства могут не соответствовать в точности их энергетическому потенциалу. Гравитационная масса объекта по отношению к любому другому гравитирующему объекту определяется сугубо индивидуально

Постоянство движения определяется существованием единой фундаментальной константы гравитационной постоянной, или постоянной действия (взаимодействия). По величине оно должна быть равна кванту действия (постоянной Планка). Значение последней было подобрано для максимального соответствия расчетных и экспериментальных данных.

Неуничтожаемость и постоянство движения должно означать постоянство передачи импульса при гравитационном взаимодействии.

Это означает, что гравитирующая (движущаяся) система должна за единицу времени передать одинаковую энергию движения определенному количеству систем в соответствии с законом сохранения импульса.

Гравитационное взаимодействие обладает определёнными характерными чертами, которые делают его непохожим на другие взаимодействия (например, на электромагнитное).

Наиболее важные особенности гравитации.

Во-первых, ускорение тела в гравитационном поле не зависит от его массы. Поэтому все тела движутся в гравитационном поле с одинаковым ускорением. С одной стороны, ускорение тела пропорционально действующей на него силе и, следовательно, пропорционально его гравитационной массе. Но с другой стороны, ускорение тела обратно пропорционально его инертной массе. Таким образом, как пишет Ричард Фейнман в своих лекциях по гравитации, «первый изумительный факт, связанный с гравитацией, заключается в том, что отношение инерциальной и гравитационной массы постоянно, где бы мы его не проверяли» [10; с. 62].

«Второй изумительный факт, связанный с гравитацией, заключается в том, что это взаимодействие очень слабое» [10; с. 62].

Существенной особенностью гравитации является и её универсальный характер – всё, что существует в природе, участвует в гравитационном взаимодействии. Кроме того, гравитация – это всегда только притяжение, а гравитационного отталкивания просто не существует.

И, наконец, можно отметить следующее. Законы, управляющие нашим миром, в самой своей основе – это законы квантовой механики. Иначе говоря, в фундаменте всех физических взаимодействий лежит принцип неопределённости.

Но ни закон тяготения Ньютона, ни его модификация, сделанная Эйнштейном в общей теории относительности, совершенно не учитывают этот фундаментальный принцип.

 

 

Заключение

 

Масштабы космического пространства и времени (точнее – Пространства-Времени) не могут не завораживать и не вдохновлять. Еще больше завораживают ее тайны – открытые и неоткрытые. Последних, конечно, неизмеримо больше. И по мере развития наших знаний о Вселенной, практического освоения Космоса и реального проникновения человека сначала в ближайшие окрестности Солнечной системы, а затем и за ее пределы – будут появляться все новые и новые тайны, требующие новых усилий в их разгадке и, следовательно, новых книг.

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.

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.

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

Таким образом, наша планета Земля – активная динамическая система, субсферический тороид.

В любой движущейся и взаимодействующей (гравитирующей) системе суммарный импульс взаимодействующего вещества равен суммарному импульсу порождаемого этим веществом излучения.

 

 

Список литературы

 

1.  Азимов А. Вселенная. М., 1969;

2.  Анисимов А.Ф. Космические представления народов Севера.
М. – Л., 1959;

3.  Берри А. Краткая история астрономии. М. – Л., 1946;

4.  Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981;

5.  Ван-дер-Варден Б. Пробуждающаяся наука. Рождение астрономии. М., 1991;

6.  Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия: Атлас для общеобразовательных учреждений. М., 1996;

7.  Звездочет (журнал). 1995–1997;

8.  Земля и Вселенная (журнал). 1980–1997;

9.  Знание – сила (журнал). 1960–1997;

10.  Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. В 3-х томах. Бишкек, 1994;

11.  Нарликар Дж. Гравитация без формул. М., 1985;

12.  Наука и жизнь (журнал). 1960–1997;

13.  Струве О., Линдс Б., Пилланс Э. Элементарная астрономия. М., 1964;

14.  Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М., 1962;

Приложение

Постулаты

1. АБСОЛЮТНОСТЬ

Абсолютная субстанция – вечное постоянное движение (динамика) материальных систем (МС) различного ранга.

2. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ

Изучение движения (эволюции) МС процесс относительный. Для этого нужны нематериальные (не взаимодействующие с материей) инструменты – ПРОСТРАНСТВО и ВРЕМЯ.

3. ЕДИНСТВО ДЕЙСТВУЮЩИХ ЗАКОНОВ

Законы, регламентирующие взаимодействие МС, едины в любой области физической реальности. («Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей», И. Ньютон).

Законы эволюции МС

– переход количества в качество;

– одновременное действие двух полярных субстанций, что означает единство противоположностей.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДВИЖЕНИЯ

Движение-взаимодействие вещества системы осуществляется при соблюдении закона сохранения суммарного импульса. Количество движения, сообщенное телу, должно быть передано объектам, с которыми взаимодействует движущееся тело.

ОТСУТСТВИЕ В ПРИРОДЕ МОНОСИСТЕМ

Любая МС представляет набор систем более высокого ранга (локальных), динамически организованных в соответствии с суммарным количеством вещества.