Гипотеза существования вихревой компоненты
реклама
Гипотеза существования вихревой компоненты гравитационного поля и выводы из нее Юровицкий В.М. В работе показана возможность в модернизированной на базе синтеза представлений Птолемея, Ньютона, Даламбера и Эйнштейна гравитационной теории ввести понятие о вихревой компоненте гравитационного поля, связанной с вращением гравитационного источника. На этой основе даны объяснения смешения перигелия Меркурия и эффекта Тейлора и Халсе, а также дана качественная оценка проявлений этого феномена в различных областях астрономии и мегафизики. Поле вращающегося тела в ОТО и в неоптолемеевской теории Согласно общей теории относительности, гравитационное поле, порождаемое вращающимся объектом, в некотором предельном случае может быть описано уравнениями, которые имеют ту же форму, что и уравнения Максвелла в классической электродинамике. Исходя из основных уравнений ОТО, и предполагая, что гравитационное поле слабо, можно вывести гравитационные аналоги уравнений электромагнитного поля, которые могут быть записаны в форме, приведенной в нижеследующей таблице [1], [2],[3]. В разрабатываемой автором неоптолемеевской механике гравитационные силы отсутствуют, тела движутся свободно в негалилеевом пространстве, отличающимся от галилеева тем, что свободное движение не равномерно и не прямолинейно, аналогично тому, как неравномерно и непрямолинейно движутся свободные тела в неинерциальной системе отсчета. Этим самым мы используем эйнштейновское понимание природы гравитации как полевого феномена и принципа эквивалентности. В отличие от ньютоновского понимания гравитации как прямого силового взаимодействия между телами, гравитация в этом понимании действует не на тела, а на окружающее пространство, в котором сами тела движутся свободно. Но описание гравитационного поля осуществляется с использованием ньютоновских жестких систем отсчета, в которых пространство описывается взаимодействием между телами отсчета, в качестве меры какового принимается весомость ─ удельная сила (сила на единицу массы) негравитационной природы, действующая на элемент системы отсчета, обеспечивающая жесткость (неизменность, недеформируемость) этой системы тел отсчета. Поле весомости в галилеевом пространстве в инерциальной системе отсчета является нулевым полем. Но в неинерциальной системе отсчета в галилеевом пространстве и в гравитирующем пространстве оно является ненулевым и характеризует как свойства пространства, так и свойства системы отсчета, введенной в нем. Движение любых свободных тел не зависит от имманентных характеристик самого тела, а определяется лишь начальными пространственно-кинематическими характеристиками. Тела любой природы, движущиеся свободно и имеющие совпадающие пространственно-кинематические характериcтики в некоторый момент времени, будут иметь совпадающие характеристики всегда.. А так как движение света есть предельное движение массовых тел, то оно подчиняется тем же самым условиям, что и движение массовых тел. Движение несвободных (точечных) тел определяется кроме этого их весомостью, т.е. силой на единицу массы движущегося тела. Все это позволяет создать полную систему уравнений поля весомости для произвольных пространств и произвольных систем отсчета в них, а также и уравнения движения в них произвольных тел. 2 Таким образом принцип постоянства скорости света трансформируется в принцип кинематической предельности света. Этот принцип утверждает недосягаемость скорости света массовыми телами, хотя и возможность приближения к ней сколь угодно близко. В неоптолемеевской теории скорость света не является постоянной В гравитационном поле она меняется в соответствии с законами движения тел в гравитационном поле. В ОТО скорость света постоянна вне зависимости от места нахождения света. Есть ли в этом несовместимость двух теорий? Нет. Ведь скорость есть отношение расстояния к времени. И если, к примеру, изменять масштаб измерения времени при неизменной единице длины, то можно переменную скорость сделать постоянной. Видимо это и имеет место в ОТО, в которой «ход» времени фактически подгоняется под фиксированную скорость света. Источником собственно гравитационного поля есть масса. Это дает потенциальное поле. Но в полевом подходе легко учесть и неизвестное в ньютоновской гравитационной теории и впервые введенное в ОТО поле, источником которого является вращение тел. Это создает новую уже вихревую компоненту гравитационного поля. И в результате мы получаем следующую систему уравнений поля и уравнения движения, которые описаны в нижеприведенной таблице в сопоставлении с гравитоэлектромагнитными уравнениями ОТО. Уравнения неоптолемеевской механики Уравнения гравитоэлектромагнетизма (Общая теория относительности) H 2 2 4 G ; a G J . H 2 c2 Уравнение весомостного поля w 2 v H W Уравнение движения . Здесь в уравнениях неоптолемеевской теории Н ─ весомость, ─ угловая скорость вращения системы отсчета, ─ плотность массы, J – плотность момента собственного вращения (спиновая плотность), a – неизвестный безразмерный коэффициент, который требуется определить из наблюдений, w, v ─ ускорение и скорость тела, W ─ весомость тела.. Рассматривая внимательно обе теории, мы видим, что они практически совпадают по набору реальных величин. Разница лишь в том, что в неоптолемеевской теории введен неизвестный пока коэффициент (мировая константа вихревого поля), а в гравитоэлектромагнитной теории он принят равным 2, исходя из формальных принципов эквивалентности уравнений гравитации и электромагнетизма. Но вряд ли это основание может быть признано надежным. Таким образом, поле весомости имеет три источника: 1. Вращение и поступательное перемещение самой системы отсчета. 2. Потенциальное поле, источником которого является масса гравитирующих тел. 3 3. Вихревое поле, источником гравитирующих тел. которого является собственное вращение Поле одиночного спинора и движение пробного тела в его поле Потенциальное поле одиночного спинорав невращающейся системе отсчета, связанной со свободным спинором, описывается обычно: GM V 3 r . (1) r Спинорное поле одиночного спинора в невращающейся системе отсчета есть: aG U 2 4 ( S r ). (2) c r Здесь S ─ спиновый момент или просто спин центрального тела. Наконец, поле вращения в системе отсчета одиночного спинора равно: R ( ) r . (3) Мы видим, что спинорное поле является тангенциальным и короткодействующим, так как убывает по третьей степени радиуса. Напишем теперь уравнение движения пробного тела в экваториальной плоскости спинора. Для этого ось Oх направим на само пробное тело, оси Оz направим перпендикулярно плоскости орбитального вращения и параллельно вектору спина центрального тела. Тогда мы получаем одномерное движение пробного тела вдоль оси Оx во вращающейся системе отсчета с неизвестной угловой скоростью, направленной вдоль оси Oz. Вдоль оси Ox будут действовать центробежная и гравитационная компоненты весомостного поля, а вдоль оси Оy будут действовать корриолисова компонента ускорения пробного тепа, тангенциальная компонента, связанная с изменением скорости вращения системы отсчета и вихревая компонента, связанная с вращением центрального тела. В результате получаем систему уравнений движения пробного тела: GM x 2 x 2 Wn ; x x aGS W . (4) 2x t x3 Мы включили в правые части нормальную и тангенциальные весомости пробного тела, связанные с негравитационным воздействием на него (электромагнитным воздействием). Рассмотрим сначала неподвижное состояние пробного тела в нашей системе отсчета. При этом ускорение и скорость обращаются в нуль. И имеем систему:уравнений GM 0 2 x 2 ; x aGS 0 3 Wt . (5) x Итак, мы видим, что даже в равномерно вращающейся системе появляются тангенциальные составляющие внутренних сил. Если вращающееся тело твердое, то такие силы создают напряжения. Но если поверхность или само тело является текучим, то тангенциальные силы создают течения. Таким образом, благодаря вихревой компоненте гравитационного поля атмосфера и гидросфера будут находиться в движении, Вот возможный источник атмосферных и океанических движений на Земле, на Венере, в атмосфере Солнца и Юпитера и в иных звездах. Одновременно эти же напряжения могут явиться и тектоническим фактором. Тангенциальные напряжения внутри литосферы могут в конце концов разряжаться сдвигами отдельных ее частей, приводя к землетрясениям. Эти же напряжения могут приводить к движениям текучих мантийных масс, которые увлекают с собой 4 погруженные в них материковые плиты. Таким образом мы получаем возможный источник дрейфа континентов. Еще один фактор. Источником магнитного поля Земли в большинстве гипотез считается движение проводящих масс в центре Земли. Но источник самих движений не указывается. И если глубинные массы являются текучими, то именно вихревое поле и может явиться таким источником. Таким образом, магнитное поле Земли и других небесных тел также может быть объяснено воздействием вихревой компоненты гравитационного поля. Огромное количество фактов астрофизики также может быть объяснено именно существованием вихревого поля, в особенности для быстровращающихся объектов, таких как пульсары, нейтронные звезды и иные объекты. Вообще мы имеем как бы разделение функций двух гравитационных компонент. Потенциальная компонента обеспечивает стабильность, статичность мира астрономических масштабов. А вихревая компонента есть источник динамики процессов в этих масштабах. Огромное богатство разнообразнейших процессов, наблюдаемое современной астрономией, которое никак не может быть объяснено потенциальной компонентой поля, как раз и показывает всю важность этой вихревой компоненты в природе. И то, что она до сих пор не обнаружена на теоретическом уровне, ведь следы ее присутствия столь многочисленны, вызывает удивление. Система уравнений (4) при нулевых весомостях в правой части, есть уравнение движения пробного тела в экваториальной плоскости. Но для полного описания этого уравнения необходимо знать знак константы (вихревой константы) a и ее абсолютное значение. Оказывается, это можно определить по движению Меркурия. Как известно, в Солнечной системе для большинства тел, в том числе и для Меркурия, направление орбитального вращения совпадает с направлением собственного вращения, в том числе и для Солнца. Это означает, что вектор S собственного момента вращения Солнца и вектор L орбитального момента движения Меркурия однонаправлены. Скалярное произведение (S, L) > 0. Но при этом известно, что движение перигелия Меркурия имеет прямой характер, т.е. оно имеет обгоняющий характер и, следовательно, добавочное угловое ускорение положительно. Отсюда следует, что константа a для этого случая в уравнении (4) будет отрицательна. Действительно, при постоянном радиусе вращения из второго уравнения следует, что член с угловой скоростью будет возрастать при отрицательном значении второго члена. Фактически, это можно интерпретировать как эффект увлечения собственным вращением центрального тела орбитального движения пробного тела. При однонаправленном орбитальном и спиновом вращении угловая скорость орбитального вращения увеличивается, при расхождении направлений этих вращений угловая скорость орбитального движения уменьшается. Можно оценить и величину самой константы. Дело в том, что этот эффект в гравиэлектромагнетизме известен как орбитальный эффект Лензе — Тирринга, и он уже подсчитан. Легко понять, что и в данном анализе, и в теории гравитоэлектромагнетизма используются одни и те же параметры и характеристики, из которых можно получить выражения для эффектов, отличающиеся лишь величиной используемых констант. В подсчитанном эффекте использована константа a = 2. А величина самого эффекта, определеная для орбиты Меркурия, равна 0,0128″ в столетие. Если принять, что весь эффект, равный 43” в столетие обязан именно вихревому полю (а других источников в системе отсчета с однородными масштабами времени и расстояний мы не видим), то отсюда для мировой константы a получаем значение a 6720. Величина этого параметра является второй фундаментальной числовой (безразмерностной) мировой константой аналогичной константе электромагнитного взаимодействия 1/137, и она должна будет входить во многие эффекты. 5 Таким образом, при согласованных вращениях пробное тело увеличивает скорость вращения, этим самым увеличивается центробежная компонента фиктивной силы инерции, что ведет к отдалению тела. При противофазном движении угловая скорость уменьшается, что уменьшает центробежную компоненту и увеличивает действие нормальной гравитационной компоненты, что приводит к приближению тела к звезде. Итак, мы видим, что тела, находящиеся в окрестности вращающейся звезды и движущиеся согласно с ее вращением будут удаляться на расстояние, на которой вихревая компонента не играет роли. Движущиеся в противном направлении тела будут приближаться и, в конце концов, падать на звезду и поглощаться ею. В любом случае есть окрестность звезды, которая очищается от вещества. Быстровращающиеся звезда являются «получерной дырой». Вещество, приближающиеся к этой звезд с одной стороны, захватывается ею, а приближающееся с другой стороны ускоряется и выбрасывается из области действия вихревого поля. Вполне можно предположить, что высокоплотные и быстровращающиеся звезды являются источником высокоэнергичных космических лучей. Отметим, что эффект изменения периастра и уменьшение размера орбиты одной звезды, вращающейся вокруг быстро вращающейся звезды – пульсара ─ был открыт американскими астрофизиками Джо Тейлором и Расселом Халсе, за каковое открытие в 1993 году им была присуждена Нобелевская премия по физике. Но эффект сжимания орбиты был проинтерпретирован ими как доказательство существования гравитационных волн. По их представлениям сжатие системы происходит за счет излучения гравитационных волн. Думается, что интерпретация этого феномена как доказательство существования вихревой компоненты гравитационного поля более логична, чем использование представлений о ненаблюдаемых и вызывающих сомнения в их существовании гравитационных волнах. Заметим, что при движении пробного тела вокруг вращающегося тела по полярной орбите имеет место ее вращение. Возможно, этот эффект уже наблюдался на полярных орбитах ИСЗ. Заключение Гипотеза о зависимости гравитационного поля не только от массы тела, но и его вращения существует в рамках Общей теории относительности в виде той или иной теоретической модели уже не одно десятилетие. Данная работа опирается на синтез птолемеевского, ньютоновского, даламберовского и эйнштейновского подходов. От Птолемея взято использование кинематического подхода к описанию гравитации, от Ньютона ─ использование жестких однородных систем отсчета, от Даламбера ─ использование неинерциальных систем отсчета, от Эйнштейна ─ воздействие гравитации на пространство, а не на объекты. В рамках этого подхода включение элемента вращения в число гравитационных факторов и представление о вихревой компоненте гравитационного поля оказалось естественным и лежит в русле стандартного расширения теорий включением в число действующих факторов дополнительных членов в правые части известных уравнений. Показано, что существование вихревого поля позволяет объяснить большой объем астрономических наблюдательных фактов, и, возможно, открывает перед астрономией, астрофизикой, планетарной физикой, геологией и другими науками новые горизонты познания. ЛИТЕРАТУРА: 1. R.P. Lano (1996), "Gravitational Meissner Effect", arΧiv:hep-th/9603077 [hep-th] 2. B. Mashhoon, F. Gronwald, H.I.M. Lichtenegger (1999), "Gravitomagnetism and the Clock Effect", arΧiv:gr-qc/9912027 [gr-qc] 6 3. S.J. Clark, R.W. Tucker (2000). «Gauge symmetry and gravito-electromagnetism». Classical and Quantum Gravity 17: 4125–4157. DOI:10.1088/0264-9381/17/19/311. 4. J. Lense, H. Thirring. Uber den Einfluß der Eigenrotation der Zentralkorper auf die Bewegung der Planeten und Monde nach der Einsteinschen Gravitationstheorie. Physikalische Zeitschrift, 19 (1918), 156—163. Юровицкий Владимир Михайлович Место работы и должность ─ МФТИ (доцент), РГСУ (в.н.с.). Научная степень и звание ─ кандидат экономических наук, доцент, член-корреспондент Международной академии информатизации Почтовый адрес: 125171 Москва, 1-ая Радиаторская , д.9, кв.28 Контактный телефон ─ +7-926-214-9817 Контактный электронный адрес ─ vlad@yur.ru