Физическая теория гравитации

Сообщение №10568 от Апанович 19 мая 2003 г. 04:45
Тема: Физическая теория гравитации

Гравитационная постоянная

Физический смысл гравитационной постоянной (G) частично был раскрыт в главе 4. Характеризуя изменение физико-геометрических параметров материи во времени, важнейшая константа по своей сути весьма сложна для восприятия.
В подавляющем большинстве справочников гравитационная постоянная выступает только в роли коэффициента пропорциональности, входящего в закон всемирного тяготения. И второй и третий законы Исаака Ньютона описывают особенности взаимодействия (движения) тел в физической реальности. Однако во втором законе Ньютона G отсутствует. Дело в том, что массы, входящие в оба закона, одинаково действующие и численно равные, считаются разными – инертной и гравитационной (тяжелой). В существующих определениях просматриваются особенности движения-взаимодействия объектов. В первом случае закон описывает динамику системы, оперируя силой, массой и ускорением. Во втором – исследуется взаимное гравитационное влияние относительно неподвижных систем или частей одной системы (безразлично, что перемещать – или шары относительно закрепленной нити крутильных весов, или закручивать нить до начала перемещения масс).
Почему инертная масса во всех опытах и расчетах равна гравитационной? Без детальных рассуждений причину можно найти в том, что во всех случаях действует одна сила – сила тяготения-движения. Нет никакой разницы, получен ли импульс при смене сжатия расширением (в пределе – Большой Взрыв), или от толчка рукой человека. Энергия в данном случае не бывает инертной или «тяжелой».
Можно рассмотреть известный эксперимент с двумя массами, подвешенными через блок, на которые действует сила земного тяготения. Увеличивая одну массу, мы можем измерить ускорение, получаемое другой. В качестве силы, вызывающей ускорение, выступает масса, притягиваемая Землей. Другая масса – инертная. Не будем использовать знаки «+» и «-», а «нагрузим» инертную массу и она станет «тяжелой». Но возможен и третий вариант, когда массы тел равны, а ускорение нулевое. Это и означает, что нет различий между инертной и гравитационной массами, все относительно. И даже несмотря на то, что мы оперировали одним объектом в виде его частей (массы соединены), отметим, что любые взаимодействия не могут протекать вне поля сил, ответственных за эти взаимодействия. Поэтому всегда можно показать тождество инертной и гравитационной масс.
Почему фундаментальная константа гравитационного взаимодействия чаще всего считается неизменной во времени?
Гравитационное взаимодействие – взаимодействие разнонаправленно движущихся материальных субстанций – вещества и излучения. Движение, которое никогда не начиналось и никогда не закончится! В очередной раз возникла проблема начала-абсолюта, пусть временного, но уничтожения и материи и исследователя.
Решения уравнений общей теории относительности для некоторой величины, определяющей свойства пространства-времени, найденные советским исследователем А.А. Фридманом в 1924 году, предполагают однородность, изотропность и нестационарность материальной Вселенной. Добавим сюда положения СРТ-теоремы квантовой теории поля [28], гласящие о том, что уравнения не меняют своего вида (это следует относить к движению-взаимодействию любых материальных объектов Вселенной) при одновременных преобразованиях, т.е. замене частиц на античастицы, направления движения и хода времени. По последним представлениям одновременность третьего условия не обязательна (ведь время – абстрактная величина). Действительно, что есть в природе кроме разнонаправленно движущейся материи?
Таким образом, только рассматривая такое движение, как существование двух условных полюсов гравитирующих систем в однородной, изотропной, а главное – нестационарной и безграничной Вселенной позволяет корректно объяснить постоянство G.
В действительности происходит постоянное «перемешивание» материи, обмен количествами движения между относительно независимыми объемами материи. Механизм такой передачи, отраженный на рис. 12 и рассмотренный с позиции взаимодействия вещества и излучения (или перехода кинетической энергии в потенциальную и наоборот), справедлив для любых систем. Исследователь волен ограничивать изучаемый мир галактикой, метагалактикой, вселенной, мегавселенной – ничего не должно меняться! Законы разнонаправленного движения материи справедливы в любой области, выбранной для изучения.
Еще великий Аристотель рассматривал материальную субстанцию в ее развитии как сумму вращательного и поступательного движений (двух полей, присущих веществу: внешнего – по орбите и вращения вокруг оси). Однако физический объект не понимает смысла вертикальной и горизонтальной составляющих, как идеального перемещения. «Чистого» поступательного движения не существует, поскольку даже при бесконечно большом значении радиуса кривизны траектория не представляет прямую линию. Также и кажущаяся мгновенная смена направления перемещения брошенного вверх тела такова только в математике. В действительности это сумма движений систем. Ньютон и Кавендиш не определили G в «чисто» динамическом эксперименте. Поэтому необходимо найти две части системы, не только существующие благодаря единым силам тяготения, но и относительно «динамически неподвижные».
Земля практически не меняет своего среднего положения относительно центра Солнечной системы, но она вращается вокруг Солнца и это вращение определяется тяготением системы. В наших построениях тяготение рассматривается как разнонаправленное движение, а инертная масса тождественна гравитационной. Поэтому силы тяготения (FТ), как аналог гравитационных масс, должны быть равны центробежным (FЦ), выступающим в роли инертных масс.
F(тяг) = F(цен)

Это означает, что энергия гравитационных сил, действующих между двумя объектами, соответствует кинетической энергии тела, вращающегося вокруг центра системы.
Несложные выводы позволяют получить формулу
G = rv2/M, (1)
которая обычно используется в виде
v = (GM/r)1/2
для определения значения скорости при движении по круговой орбите в заданном поле тяготения. В формуле (1) числитель – характеристика условно инертной массы (Земли) - произведение расстояния на квадрат скорости; знаменатель – условно гравитирующая масса (Солнце).
Анализируя формулу (1), можно сделать следующие выводы.
1. В выражении отсутствует масса вращающегося тела, т.е. G зависит только от массы центрального объекта (относительно неподвижного и определяющего динамику системы), поскольку изучая взаимодействие движущихся масс мы оперируем понятием «импульса» (количества движения), а передача импульса некоторой части системы не изменяет суммарного импульса всей системы (относительно изолированной).
2. Гравитационная постоянная не может принимать нулевое значение (произведение в числителе не может быть равным нулю в силу отсутствия в физической реальности нулевого состояния любого из параметров). Это означало бы ликвидацию движения.
3. Постоянство G обусловлено закономерным изменением произведения расстояния на квадрат скорости при изменении массы. Иными словами – их отношение постоянно. Изменение расстояния и скорости (динамических параметров) в стационарной гравитирующей системе невозможно без изменения массы центра системы.
4. Существование относительно независимых гравитирующих (взаимодействующих) систем позволяет придавать гравитационной постоянной некоторый оттенок (да простит читатель употребление такого нефизического термина) относительности. Это означает, что любая масса (М), как центральная для данной системы, выступает в роли условно инертной (m) для системы более глобальной.
5. Действие объективного закона, известного как «переход количества в качество», регламентирует превращение условно инертных масс в условно гравитирующие (превращение кинетической энергии в потенциальную) в пределах одной системы. Этот факт следует рассматривать не как математическую смену полярности G, а как изменение направления (что имеет смысл только для определенной системы наблюдений) движения-взаимодействия материи.
6. Рассмотрение формулы (1) как математического выражения при предельных значениях параметров показывает возможность или коллапса материи (бесконечного увеличения М при конечном значении числителя), когда G стремится к очень малой величине, или к неограниченному рассеиванию (уменьшение массы до нуля при тех же условиях), когда G неограниченно возрастает (превращение материи в пространство). Однако мы исходим из постоянства гравитационной константы и неизменности общей массы рассматриваемой системы. Поэтому, для соблюдения равенства необходимо закономерное изменение параметров числителя. Подобные ситуации, характерные для периода нестационарного развития объекта (взрыв, коллапс), относительно непродолжительны (но не равны нулю) по сравнению с общим временем его развития.
Попробуем рассчитать изменение параметров системы в течение 10 000 лет при условии, что Солнце ежесекундно распространяет (не безвозмездно, т.к. существует излучение от других галактик – обмен количествами движения) 4 млн. тонн материи. Пропорционально уменьшению массы Солнца, оценив значение числителя, можно для примера подсчитать, что при такой же скорости движения по орбите Земля в те времена была удалена от Солнца в среднем на 148 222 000 км, т.е. изменение расстояния составляет 1,2٪ за 10 000 лет (не будем забывать, что скорость была иной).
Таким образом, есть все основания для представления гравитационной постоянной как фундаментальной константы, характеризующей ускорение (и скорость) превращения вещества в излучение и наоборот (расширения и сжатия) (размерность м3/с2/кг). Кроме этого, есть предпосылки для вывода о бессмысленности определения гравитационной постоянной с точностью до многих знаков после запятой, поскольку сдвиг выбранного масштаба на несколько порядков «вправо» или «влево» требует дополнительных уточнений. Вполне возможно, гравитационная постоянная постоянна и в числовом выражении, однако постоянна своеобразно! Этот философско-физический парадокс возможно будет рассмотрен в более специальной работе.


Отклики на это сообщение:

Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100