Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

Тогурская средняя общеобразовательная школа

РЕФЕРАТ

Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

Выполнили:

Бердников Евгений

Кривобок Евгений

Руководитель:

Скворцов А.П.

Тогур 2006

Оглавление

Введение

1.    Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

2.    Теоретическое обоснование некоторых экспериментов Н.А. Козырева, профессора Пулковской обсерватории

Заключение

Литература

Введение

Как известно, одним из замечательных выводов ОТО (общей теории относительности) является существование гравитационных волн (гравитационного излучения). В «Физическом энциклопедическом словаре» читаем: «Существование гравитационных волн следует из общей теории относительности Эйнштейна. Экспериментально гравитационные волны не обнаружены из-за их крайне слабого взаимодействия с веществом.

Эффект излучения гравитационных волн очень слаб в земных лабораторных условиях, однако в некоторых катастрофических астрономических явлениях, например при вспышке сверхновой звезды, столкновении пульсаров, энергия, уносимая гравитационными волнами, может составлять сотые доли от полной энергии звёзд, то есть весьма существенна. Во многих лабораториях мира создаются специальные антенны для обнаружения всплесков гравитационных волн от таких источников». Но пока всё безрезультатно, обнаружение же гравитационных волн от внеземных источников, в свою очередь, будет означать открытие нового канала астрономической информации.

Однако возникает существенный вопрос: если гравитационные волны существуют, то это поперечные или продольные волны?

Ныне некоторые исследователи полагают, что гравитационные волны должны быть продольными, так как всё пространство уже занято поперечными электромагнитными волнами, и места в нём для новых поперечных волн уже нет. Другие же считают, что и гравитационная волна должна быть поперечной. Это, кстати, следует из ОТО. В «Физическом энциклопедическом словаре» читаем: «Гравитационное излучение, свободное (не связанное с источниками) гравитационное поле, которое (подобно электромагнитному излучению) в виде волн распространяется в пространстве со скоростью света. Гравитационное излучение возникает при неравномерном движении масс (тел)».

Но если это так, то есть гравитационные волны – поперечные волны, которые распространяются в пространстве со скоростью света подобно электромагнитным волнам, то гравитационная волна должна быть двухкомпонентной (подобно электромагнитной волне, которая состоит из электрического и магнитного полей). Если в гравитационной волне один компонент гравитационное поле, то что же собой представляет другой? Официальная наука на этот вопрос не даёт ответа (по крайней мере, ответ на поставленный вопрос мы нигде не встречали)!

Поэтому в нашей работе мы сделали попытку ответить на этот вопрос, применив электромеханическую аналогию, широко используемую в физике, так как считаем что законы, описывающие поведение гравитационных волн, должны быть подобны (аналогичны) законам, описывающим электромагнитные волны.

1. Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

Основная наша задача - определить второй компонент в гравитационной волне.

В курсе физики 11 класса рассматривается аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями, то есть электромеханическая аналогия:

Инерция в механике => Явление самоиндукции

Координата X => Заряд q.

Скорость  => Сила тока I.

Масса m => Индуктивность L и.т.д.

Прежде чем вплотную приступить к анализу гравитационных волн с помощью электромеханической аналогии, попробуем выяснить, от чего зависит масса m тела, являющаяся источником гравитационного поля и гравитационных волн.

а) Хорошо известно, что масса тел, изготовленных из одного и того же вещества, зависит от их объёмов V, причём m~V. Действительно, из формулы массы тела m=ρV следует, что при ρ=const(плотность), m~V.

б) Если проанализировать результаты специальной теории относительности (СТО), то можно показать, что масса m тела зависит и от течения (хода) времени t, а точнее m~t, где t - интервал времени между какими-либо двумя событиями, измеренный в той системе отсчёта, где измеряется масса m тела. Это может быть обычной единицей времени, например, секунда, отмеряемая часами.

Итак, из СТО известно, что

1) -

релятивистская масса (зависимость массы тела от его скорости ), где:

m₀- масса покоя тела

- скорость движущегося тела

C- скорость света в вакууме

2)  -

релятивистское замедление времени (в системе отсчёта (С.О), связанной с движущимся со скоростью  телом), где

t- длительность явления по движущимся со скоростью  часам, то есть движущимся со скоростью тела.

t₀- длительность того же явления по неподвижным часам (t>t₀).

Поделив 1) на 2) имеем:

 

3) – зависимость массы m тела от времени t, так как отношение  в любой системе отсчёта, то m~t, что и требовалось доказать.

Уравнение 3) можно объяснить (понимать) так: если по каким либо причинам в пространстве изменяется течение (ход) времени, то меняется и масса m тела.

Итак:

1)        m~V при ρ=const

2)        m~t

Для выяснения физической природы второго компонента гравитационных волн (Х-поля) воспользуемся электромеханической аналогией, сравнивая между собой аналогичные свойства материального мира.

Электромеханическая аналогия

Электродинамика

Механика

Известно:   N-число витков в соленоиде S- площадь поперечного сечения соленоида. l- длина соленоида. μ- магнитная проницаемость среды. μ0- магнитная постоянная μμ0- абсолютная магнитная проницаемость ε- диэлектрическая проницаемость среды ε0- электрическая постоянная. εε0- абсолютная электрическая проницаемость. - индуктивность соленоида.  4)- индуктивность соленоида, где V=Sl- объём соленоида.  6)- концентрация витков (число витков, приходящихся на единицу длины соленоида). Известно что, - скорость электромагнитных волн в среде. Так как для вакуума μ=1, ε=1, то - скорость электромагнитной волны (света) в вакууме. Примечание: Если формула 4)  справедлива только для нахождения индуктивности длинной цилиндрической и тороидальной катушки, то формула 5) позволяет находить массу тела не только цилиндрической формы, но и любой другой формы, в том числе и шарообразной, потому что в формулу 5) входят физические величины, не зависящие от формы сплошного (без пустот) тела. Всякая же попытка изменить формулу соленоида вызовет изменение концентрации витков, его объёма, что повлечёт за собой изменение индуктивности L катушки.

Известно: V- объём цилиндрического тела  N- число атомов в этом теле m=ρV- масса тела, при ρ=const m~V. - масса тела, при  m~t Предположение: Так как тело в отличие от соленоида состоит не из N-витков, а из N-атомов, то логично предположить, что масса тела зависит от концентрации атомов , а не от концентрации витков, Так как масса тела аналогична индуктивности, то можно предположить, что  5)- масса тела, где t- интервал времени между какими-либо двумя событиями в той системе отсчёта, где измеряется масса m тела (это может быть единица времени, например, секунда, отмеряемая часами).  7)- концентрация атомов (молекул в веществе); V- объём тела Назовём ν гравитационной проницаемостью вещества. ν0- массовая гравитационная постоянная (не путать с гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения G=6,67*10-11Нм2/кг2) νν0- абсолютная гравитационная проницаемость. Нам известно:  плотность  вещества где - масса атома, где μ- молярная масса вещества. NA=6,02*1023 моль-1- число Авогадро (число атомов или молекул в одном моле вещества) Так как - концентрация атомов или молекул вещества, то из формулы 5) следует:   8) – абсолютная гравитационная проницаемость, где - скорость тела, - интервал времени между двумя событиями, зависящий от скорости  тела t0- тот же интервал времени в покоящейся системе отсчёта. c- скорость света в вакууме.

Итак, сравним формулы 4) и 5). Чем они отличаются по форме? Какие допущения мы позволим себе?

4)  5)

1)         Формула 5) отличается от формулы 4) дополнительным множителем t (промежуток времени), так как из СТО Эйнштейна следует что m~t;

2)         Концентрациями: в формуле 6)  - концентрация витков в соленоиде; в формуле 7) - концентрация атомов или молекул. В последней мы линейные размеры (ℓ) заменили объёмными размерами (V).

Эти отличия и допущения мы учтём при дальнейших рассуждениях.

Аналогия

Электрическому заряду qэ соответствует электрическое поле Е, то есть оно этим зарядом создаётся. Способность тел накапливать эти заряды называется электроёмкостью. Например:  9) – электроёмкость шара, где r- радиус шара, так как электрические заряды на проводящем шаре расположены на его сферической поверхности, удалённой от центра на расстояние радиуса r. Формула 9) получена из формулы ёмкости сферического конденсатора, внешняя оболочка которого расположена на расстоянии r от центра.

Предположим, что в природе существуют некие заряды qx, которые создают Х-поле. Также предположим, что любое тело способно накапливать эти заряды (qx), то есть обладать Х-ёмкостью, тогда по аналогии, глядя на выражение электроёмкости 9), можно попытаться получить формулу для Х-ёмкости. Так как формула 5) отличается от формулы 4) дополнительным множителем t и появлением вместо линейных размеров объёмных, то можем предположить, что Х-ёмкость отличается от электроёмкости 9) теми же параметрами:  10)- Х-ёмкость тела шарообразной формы (с точностью до некоторого, возможно численного коэффициента, не имеющего размерность), где V- объём тела шарообразной формы, t- промежуток времени в той системе, где измеряется масса тела шарообразной формы, δ- иксовая проницаемость среды (вещества, тела), δ0- иксовая постоянная, δδ0- абсолютная иксовая проницаемость среды. По аналогии с распространением электромагнитных волн скорость иксовых волн в среде:  11) Допустив, что для вакуума ν=1- (гравитационная проницаемость в вакууме) δ=1-(иксовая проницаемость среды), можем предположить, что  12)- скорость света в вакууме, то есть скорость гравитационно-иксовых волн в вакууме равна скорости света (скорости электромагнитных волн в вакууме).

Примечание:

1)         Наличие в формуле 10)  множителя t считаем правомерным, так как думаем, что если масса тела зависит от течения (хода) времени, то и Х-ёмкость должна тоже зависеть от течения (хода) времени t, так как эти свойства тел обусловлены наличием единого гравитационного иксового процесса.

2)         Наличие в формуле 10) множителя V считаем тоже правомерным, так как тело состоит из отдельных объёмных областей, а каждая область способна накапливать q_x заряды, и эти области распределены по всему объёму V тела шарообразной формы.

Теперь попытаемся выразить иксовую ёмкость тела через массу этого тела, воспользовавшись формулами

5)  и

11) , где m- масса тела шарообразной формы.

Из формулы 5) следует:

13)- абсолютная

гравитационная проницаемость среды.

Из формулы 11) следует:

 

(учитывая формулу 13)

 

14)- абсолютная иксовая проницаемость среды.

Учитывая формулу 14), получим иксовую ёмкость тела:

 

15)- иксовая ёмкость тела шарообразной формы (сплошного, без пустот).

Примечание:

Для получения иксовой ёмкости мы воспользовались формулой 13), а не формулой 8) из-за большей простоты формулы 13). Анализ же формулы 8), мы думаем, может помочь оценить гравитационную проницаемость ν вещества и гравитационную постоянную ν₀, но не в этой работе.

А теперь, наконец, попытаемся ответить на вопросы:

1) Что собой представляет q_x заряд?

2) Что собой представляет Х-поле, порождаемое q_x зарядом?

Аналогия

Определение: Электрическая ёмкость Сэ уединённого проводника равна отношению заряда qх проводника к его электрическому потенциалу φэ, при этом предполагается, что потенциал поля проводника принят равным нулю в бесконечно удалённой точке, то есть  16)- электроёмкость уединенного проводника, где    17)- работа электрического поля, измеряемая в Джоулях, по перемещению заряда q/э из данной точки электрического поля с потенциалом φэ в бесконечность, где φэ∞ =0.

Аналогично можно дать определение Х-ёмкости уединённого тела. Определение: Х-ёмкость Сх уединённого тела равна отношению заряда qх тела к его иксовому потенциалу φх, при этом предполагается, что потенциал Х-поля принят равным нулю в бесконечно удалённой точке, то есть  18)- иксовая ёмкость уединённого тела, где  19)- работа Х-поля, измеряемая в Джоулях, по перемещению заряда q/х из данной точки Х-поля с потенциалом φх в бесконечность, где φх∞ =0. Тогда, учитывая, что  20) получим:  21)- иксовая ёмкость уединенного тела, в том числе и шара (сплошного).

Сравнивая формулы 21) и 15) иксовой ёмкости тела, получим:

А теперь попробуем определить размерность произведения двух зарядов, создающих Х-поле:

  !

Выводы:

Источник заряда q_х, создающий Х-поле, измеряется в секундах!

Это значит:

1)         Х-поле - временное поле.

2)         Временное поле создается временными зарядами. Но если есть временные заряды, значит должны быть частицы (кванты) времени, имеющие наименьший временной заряд (хронотоны? или хрононы? - точного названия для этих частиц времени пока нет, и их ёщё никому не удавалось обнаружить).

3)         Таким образом, любое ускоренно движущееся тело создаёт в пространстве гравитационно-временные волны, которые в вакууме должны распространяться со скоростью света.

4)         Гравитационно-временные волны создаются и распространяются в пространстве подобно электромагнитным волнам.

5)         Любая ускоренно движущаяся электрически заряженная частица создаёт в пространстве единые электро-магнитно-гравитационно-временные волны.

6)         Иксовая ёмкость- это временная ёмкость. Значит, любое тело может свободно накапливать время, обладая временной ёмкостью, и излучать время, быть источником времени, подобно проводникам, способным накапливать электрические заряды и излучать при этом в пространство электрическое поле.

7)         Как любые волны, гравитационно-временные волны должны (способны) поглощаться, преломляться, отражаться, то есть изменять своё направление распространения.

Не по этой ли причине наблюдались случаи путешествия людей в прошлое и будущее, из прошлого и будущего в настоящее?

«Красное знамя», 10февраля 1996 год:. «Это произошло в Нью-Йорке в 1995 году. Вечером на Бродвее автомобиль сбил мужчину, который умер на месте. Полицейский и врач очень сильно удивились: погибший был одет в старинный костюм, при нём оказались визитки и удостоверение личности, выданное 80 лет назад…

Заинтересовавшись загадкой, полицейский нашёл пожилую женщину, которая заявила, что так звали ёе отца, исчезнувшего более 70 лет назад во время вечерней прогулки по Бродвею; она показала его старую фотографию, датированную 1864 годом, сделанную за несколько месяцев до исчезновения. Сомнений не оставалось: это тот самый человек».

8)         Гравитационно-временные волны, как и любые другие волны, обладают энергией.