Эфирные теории гравитации

Эфирные теории гравитации (информация к размышлению)

Известно, что специальная теория относительности (СТО) верна только в том случае, если в природе отсутствует эфир (материальная среда, передающая электромагнитные колебания). В то же время общая теория относительности (ОТО) при отрицании эфира теряет физическую убедительность. Это противоречие между СТО и ОТО первым заметил сам создатель обеих теорий А.Эйнштейн. В речи, произнесенной им 5 мая 1920 г. в Лейденском университете (через 15 лет после создания СТО и через 4 года после создания ОТО), он сказал: "…общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами, таким образом, в этом смысле эфир существует". И позже Эйнштейн неоднократно возвращался к мысли о необходимости эфира. Но развитие физики с позиции "эфира нет" зашло уже столь далеко, что для официальной науки отказаться от концепции отсутствия эфира стало практически невозможно. Это потребовало бы пересмотра огромного количества уже созданных теорий и вызвало бы крушение многих научных карьер.

А между тем, физиками наблюдались и продолжают наблюдаются явления, которые свидетельствуют о наличии некоей неучтённой материальной среды в пространстве. Поскольку слово "эфир" стало считаться дискредитированным, эту явно существующую, но неизвестную среду назвали "физический вакуум". По сути, физический вакуум - это в некотором смысле иное название эфира. Однако эфир - "физический вакуум" был признан с оговоркой, что он не реальный, а виртуальный (мнимый, воображаемый). Вот современное определение физического вакуума: "Физический вакуум - пространство, не содержащее реальных частиц и энергии, поддающейся непосредственному измерению. … Физический вакуум представляет собой множество всевозможных виртуальных частиц и античастиц… Однако при определенных обстоятельствах виртуальные частицы становятся реальными. Так, например, столкновения частиц высоких энергий или сильные поля рождают из вакуума снопы различных частиц и античастиц. Т.е. вакуум может быть представлен, как особый, виртуальный тип среды. … Согласно с данными представлениями, свет не нуждается в материальной среде-носителе, а совокупность фотонов образует свободное электромагнитное поле". Заметим, что в виртуальном эфире скорость света должна быть всегда постоянной (с ~ 300 000 км/с).

Но вот, начиная с 1970-го года, был осуществлён ряд опытов, подтверждающих существование эфира как реальной, а не виртуальной, среды. В этих опытах была установлена зависимость скорости света от направления распространения волны. Дело в том, что земная лаборатория, в которой измеряется скорость света, вращается вместе с Землёй вокруг Солнца (v = 30 км/с) и вместе со всей Солнечной системой вокруг Галактического центра (v = 200 км/с). Вот эти-то скорости, накладываясь на скорость света, и дают отклонение измеряемой скорости света от величины с. Измеренное в опытах отклонение скорости, близко к полученной из астрономических наблюдений скорости Земли по отношению к фону реликтового излучения. А это означает, что полученные результаты свидетельствуют о следующем: электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения в неподвижной материальной среде эфира, а реликтовое излучение - это собственный шум эфира, а не свидетельство Большого взрыва. Результаты указанных опытов дают основание вернуться к рассмотрению разработанных к настоящему времени эфирных теорий гравитации.

При внимательном анализе эфирных теорий оказывается, что некоторые из них при всей их несхожести идейно совместимы. Зачастую различные эфирные теории отличаются лишь степенью детализации рассматриваемых микроявлений и глубиной разработки вопроса. Покажем это на примере нескольких эфирных теорий. Выбор теорий для сравнения производился по правилу: эфирная теория гравитации должна объяснять известные опытные факты, не поддающиеся объяснению с позиций ОТО. К таким опытным фактам относятся:

2. Отталкивание микрочастиц на близких расстояниях.

Если о силах притяжения имеется огромное количество литературы, то о силах отталкивания в официальной литературе почти ничего нет. А между тем, силы отталкивания непредвзятому наблюдателю должны бросаться в глаза в первую очередь. Вот пример: что не позволяет двум разноимённо заряженным частицам в электронно-позитронном диполе слиться в единую нейтральную частицу? Известно, что такого слияния никогда не происходит. Разноимённо заряженные заряды всегда находятся друг от друга на фиксированном расстоянии 1,3987631·10^-15 м. А чтобы слегка приблизить их друг к другу, требуется приложить немалое усилие. Другие интересные примеры отталкивания нуклонов приведены в третьем разделе статьи "Гравитонные теории гравитации". Название указанного третьего раздела - "Всеобщим свойством материи является не притяжение, а отталкивание".

Итак, приступим к рассмотрению эфирных теорий гравитации.

Исходные соображения В.М. Антонова, предшествовавшие разработке теории, были такими. Гравитация является тем основным видом взаимодействия, которое находится вблизи начального уровня организации материи. Поэтому есть основания предполагать, что гравитационное взаимодействие не опосредовано каким-либо видом сложного (известного иди неизвестного) взаимодействия. В случае с гравитационным взаимодействием нужно признать необходимость его сведения к простейшему, механическому взаимодействию. Однако мы знаем, что механическое взаимодействие макротел опосредствовано межмолекулярным взаимодействием, т.е. оно далеко не простейшее. Простейшим взаимодействием, будет механическое взаимодействие бесструктурных абсолютно твердых частиц. Использованное здесь понятие "бесструктурной абсолютно твердой частицы" в некотором смысле не удовлетворяет требованиям специальной теории относительности, но оно соответствует давно наметившейся в физике субэлементарных частиц тенденции принять постулат о существовании кванта пространства.

Для построения теории гравитации принимаются следующие постулаты.

В природе существуют хаотично движущиеся частицы (гравитоны), расстояния между которыми много больше их размеров, обладающие массой много меньшей массы частиц, составляющих элементарную частицу, и взаимодействующие между собой и с элементарными частицами только по классическому закону абсолютно упругих соударений при их непосредственном контакте, т.е. без промежуточных силовых полей. Гравитоны очень редко сталкиваются между собой, легко проходят через тела, изредка сталкиваясь с частицами тела. При взаимодействиях, в которых участвуют гравитоны, не работают эффекты специальной теории относительности и квантовой механики. Скорости гравитонов могут быть любыми от нуля до сколь угодно больших значений. Но наибольшее количество n гравитонов имеет конечную скорость V₀ (см. кривую распределения гравитонов по скоростям, рис.1). Скорость распространения гравитации равна этой наиболее вероятной скорости гравитонов V₀. Таким образом, очень большая, но конечная скорость распространения гравитации определяется соответствующим значением наиболее вероятной скорости гравитонов V₀.

А теперь внимание! Формулируется отличительное свойство теории Антонова от других подобных теорий:

Энергия поступательного движения гравитона при столкновении с элементарной частицей переходит в энергию внутреннего движения частицы. Избыточная энергия внутреннего движения частицы при её последующих столкновениях с гравитонами возвращается гравитонам. Поэтому энергия гравитонного газа не изменяется. Температура тел также не может измениться под действием бомбардировки гравитонами, так как в среднем внутренняя энергия элементарных частиц остаётся постоянной.

Немедленно поступает возражение - в таких условиях тяготение возникнуть не может, т.к. в силу описанного процесса импульс от гравитонов телам в среднем не передаётся. Оказывается, может! В.М. Антонов показал, что в таких условиях возникает изменение закона распределения гравитонов по скоростям. На рис.2 приведен схематический рисунок, иллюстрирующий эту ситуацию. М1 и М2 - две взаимодействующие массы. Непрерывные кривые - исходные недеформированные кривые распределения гравитонов по скоростям. Пунктирная кривая - изменённая кривая распределения.

Притяжение двух тел возникает именно за счёт изменения распределения гравитонов по скоростям. Причина возникновения силы тяготения при деформации распределения скоростей гравитонов без изменения их суммарной энергии, в сущности, очень проста. Со стороны пространства, расположенного между телами, на тела воздействуют гравитоны с деформированным распределением по скоростям, а с внешней стороны на тела воздействуют гравитоны с недеформированным распределением. Бомбардировка тела М1 гравитонами, идущими справа, приводит к возникновению силы F1, а гравитонами, идущими слева, приводит к возникновению силы F. При деформации кривой уменьшается число гравитонов со средними энергиями (максимум пунктирной кривой сдвинут влево). Число гравитонов с малыми и большими энергиями наоборот увеличивается. Это видно из того, что пунктирная кривая на левом и правом участках идёт выше непрерывной недеформированной кривой. Известно, что энергичный гравитон при столкновении с элементарной частицей отдает ей меньшую долю энергии. Мало энергичные гравитоны отдают при столкновении бОльшую долю энергии, но их энергия мала, так что передача энергии в абсолютном значении оказывается небольшой. В результате сила F1, действующая на тело М1 слева, будет меньше силы F, действующей на тело М1 справа. Это и вызывает эффект притяжения тела М1 к телу М2. Тяготение направлено прямой, соединяющей центры масс тел и описывается формулой Ньютона для сил тяготения.

Разумеется, качественные соображения о деформации кривой распределении гравитонов по скоростям и о возникновении силы притяжения В.М. Антоновым были проверены расчётами, а затем ещё раз перепроверены мной другими методами расчёта. При проверке результатов, полученных В.М. Антоновым, были учтены следующее его допущение:

В заключение, В.М. Антонов замечает, что существуют и другие свойства гравитационных сил, рассмотрение которых будет выполнено позже. Однако рассмотреть другие свойства сил гравитации он уже не успел. Возможно, автор собирался показать, при каких условиях гравитационные силы притяжения превращаются в силы отталкивания. Но письменных свидетельств об этом не осталось. Впрочем, качественное пояснение того, как это происходит, дать несложно. Рассмотрим, как изменяется картина взаимодействия между элементарными частицами и гравитонами при сближении элементарных частиц (рис.3). На рисунке показаны две элементарные частицы М1 и М2, находящиеся на разных расстояниях друг от друга.

Пусть со стороны М1 к М2 летит гравитон. Если расстояние между частицами достаточно большое, то гравитон может столкнуться с М2 только один раз (верхний рисунок). После этого он, отразившись, уходит и пополняет общую массу хаотично движущихся гравитонов. При построении рисунков для простоты предполагалось, что угол падения равен углу отражения, как при столкновении с плоской поверхностью. Если расстояние r между элементарными частицами уменьшается, то число k столкновений гравитона с обеими частицами возрастает по закону k ~ 1/r² (средний и нижний рисунки). В этом случае гравитон попадает в ловушку между двумя частицами, из которой может выбраться не сразу. Он расталкивает частицы, порождая силу отталкивания. Как уже отмечалось, кинетическая энергия гравитона при столкновениях с частицами в среднем не убывает. Поэтому при сближении микрочастиц до некоторого расстояния между ними возникает сила отталкивания, обратно пропорциональная квадрату расстояния:

Разумеется, сила отталкивания будет возникать не только между элементарными частицами, но и между частицами-мишенями, и между атомами. То есть между всеми теми малыми объектами, которые могут достаточно сблизиться. Понятно также, почему между макроскопическими телами отталкивание не возникнет - основная масса их точек будет отстоять друг от друга слишком далеко.

Итак, оба названных выше опытных факта - большая скорость гравитации и отталкивание микрочастиц на близком расстоянии - теорией В.М. Антонова объясняются.

Теория П.Л. Наумова, как и теория Антонова, вакуум рассматривает как совокупность хаотически движущихся гравитонов. Так же, как в теории Антонова, результаты получены усреднением эффектов от случайных ударов гравитонов. Но на этом внешнее сходство теорий и заканчивается. Дело в том, что под гравитонами Наумов подразумевает вовсе не то, что Антонов:

1) У Антонова гравитоны передают импульс телам только прямым (биллиардным) ударом; у Наумова гравитоны взаимодействуют между собой и с другими телами, отталкиваясь по закону обратных квадратов.

2) У Антонова скорости гравитонов изменяются от нуля до сколь угодно больших значений, а наиболее вероятная скорость гравитонов определяет скорость распространения гравитации (рис.1); у Наумова скорости всех гравитонов одинаковы и имеют значение, сравнимое со скоростью света.

Какое же сделать из этих различий заключение

Ни то, ни другое. Теория Наумова - это дальнейшее развитие теории Антонова. "Гравитоны" в тории Наумова - это частицы-мишени Антонова. Смотрим (1), (2) и (3):

- частицы-мишени имеют некоторую статистически постоянную скорость v_э;

- частицы-мишени, входящие в различные элементарные частицы, идентичны между собой;

- частицы-мишени при сближении отталкиваются по закону обратных квадратов F ~ - 1/r².

Но именно этими тремя свойствами обладают отталкивающиеся "гравитоны" Наумова. С таких позиций и нужно знакомиться с теорией Наумова, т.е. гипотеза Наумова об отталкивающихся "гравитонах" перестаёт быть гипотезой и получает физическое обоснование в теории Антонова. Но, начиная с этого места, Наумов продвинулся гораздо дальше того, на чем остановился Антонов.

" с единых позиций объясняется тяготение Ньютона и релятивистика Эйнштейна;

" получены выходы в квантовую механику, космологию;

" намечены применения предлагаемой теории отталкивающихся гравитонов к теории электричества.

Правда, по поводу последнего Наумов сообщает следующее: "Некоторые не до конца осознанные, шокирующие результаты даже в самых "началах", я не рискнул публиковать. Это, в частности, касается применения предлагаемой теории к теории электричества, тем более, что это применение выходит за рамки поставленной задачи".

Очень жаль, что "не рискнул публиковать". Потому что до настоящего времени даже каких-либо попыток объяснить электричество нет. Но само заявление о том, что такое объяснение возможно, имеет эвристическую ценность - последователи могут начинать работать в этом направлении.

К сожалению, я не вижу возможности более подробно объяснить, как получаются перечисленные Наумовым результаты. Хотя сам Наумов утверждает, что "механизм объяснений настолько прост, что его поймет достаточно продвинутый школьник", я всё-таки в этом сомневаюсь. Если школьник, читающий эту статью, поймёт следующее заявление Наумова "предлагаемая теория принципиально стохастическая и принципиально нелинейная", то он может уже сейчас начинать знакомиться с этой теорией. Но более реалистичным кажется другой подход - некоторые из сегодняшних читателей-школьников в будущем станут такими учёными, которые захотят разгадать извечную загадку гравитации. Вот тогда полезно будет вспомнить те теории, в которых штурм этой вершины уже успешно предпринимался.

О теории гравитации А.В. Рыкова на сайте "Астрогалактика" уже рассказывалось в статьях "Гравитация" и "Скорость гравитации". У Рыкова гравитация объясняется через закон Кулона, за счёт допущения несимметрии зарядов +/- в зарядовой решётке вакуума. Что же касается сути самих зарядов и магнетизма, то, признавая их первоосновой эфира, сами эти объекты автор считает в принципе непознаваемой тайной природы.

Но в науке век непознаваемости тайн природы, как правило, недолог. Вот и в рассматриваемой выше теории П.Л. Наумова говорится о наметившихся путях применения его теории к объяснению природы электричества. То, что соответствующие выкладки автор не опубликовал, вызывает сожаление, но не ставит сообщение автора под сомнение (в анализе своих недоработок П.Л. Наумов предельно откровенен).

Таким образом, наметилась преемственность эфирных теорий гравитации:

Антонов: гравитоны → отталкивающиеся частицы-мишени → гравитация ;

Наумов: отталкивающиеся частицы → (гравитация + электричество);

То, что все три теории якобы по-разному объясняют гравитацию, не есть противоречие. Просто авторы этих теорий начинают исследование с разной степени глубины.

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 01 июля 2013 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'