4 ноября 2021 г.

Гравитация в решении Ньютона этой теории.

 

Схема действия силы гравитации.

Важнейшим свойством гравитации является то, что вызываемое ею ускорение малых пробных тел почти не зависит от массы этих тел. Это связано с тем, что гравитация как сила в природе прямо пропорциональна массе взаимодействующих тел. При размерах тел, достигающих размеров планет и звёзд, гравитационная сила становится определяющей и формирует шарообразную форму этих объектов. При дальнейшем увеличении размеров до уровня скоплений галактик и сверхскоплений проявляется эффект ограниченной скорости гравитационного взаимодействия. Это приводит к тому, что сверхскопления имеют уже не округлую форму, а напоминают вытянутые волокна различной формы и примыкающие к узлам скоплениям галактик с самыми массивными центрами.

Гравитационное взаимодействие — самое слабое из фундаментальных взаимодействий в атомном и субатомном мире, но в нашем мире гравитация самая значительная сила, которая двигает спутниками и планетами, звёздами и галактиками. Гравитация образует грандиозные объекты во Вселенной – галактические скопления и суперкластеры. [1] В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения F_{G} между двумя телами массы m_{1} и m_{2}, разделённых расстоянием R, и с участием G — гравитационной постоянной, равной 6,673(10)\cdot 10^{{-11}} м3/(кг с2), выражается

F_{G}=G\cdot {m_{1}\cdot m_{2} \over R^{2}}.

Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии. Согласно второму закону Ньютона:

F_{G}=m{\vec {a}},

где F_{G} – сила тяжести Ньютона, {\vec {a}} – ускорение свободного падения, m – масса объекта на который действует тяготение.

Можно считать, что ускорение свободного падения {\vec {a}} равно гравитационному ускорению {\mathrm {g}}:

{\mathrm {g}}=G{\frac {M_{\oplus }}{R^{2}}}.

где M_{\oplus } – масса планеты Земля, R – расстояния от центра гравитации.

В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал и сила притяжения зависят только от пространственного положения тела в данный момент времени. Ни одно техническое устройство не обходится без расчётов влияния силы гравитации, чтобы точно знать все технологические и научные параметры в покое и движении. Так, например, рассчитывается сила гравитации при перегрузках, как значимое не только в создании техники, а и для жизни человека, что может выражаться модифицированной формулой законов Ньютона:

F_{G}=m\cdot n{\mathrm {g}}=m\cdot n{\bigg (}G{\frac {M_{\oplus }}{R^{2}}}{\bigg )}=G{\frac {m\cdot M_{\oplus }}{R^{2}}}n,:

где F_{G} – сила гравитации, {\mathrm {g}} – гравитационное ускорение, m – масса объекта на который действует тяготение, n – число перегрузки (± 1, 2, 3...).

Достижение околоземных орбит, полёты на околоземных орбитах, выход космических кораблей в открытый космос, как и полет космических кораблей по просторам Солнечной системы и за её пределами — всё это основано фактически на законах Ньютона. В ряде случае для решения некоторых вопросов гравитационных взаимодействий используются принципы из «Теории Относительности» Альберта Эйнштейна (квантовая физика) и квантовой механики. И существуют ещё неоднозначные аспекты, относительно которых выдвигается много разных теорий.

Небесная механика и некоторые её задачи

Раздел механики, изучающий движение тел в пустом пространстве только под действием гравитации, называется небесной механикой. Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух тел в пустом пространстве. Эта задача решается аналитически до конца; результат её решения часто формулируют в виде трёх законов Кеплера.

При увеличении количества взаимодействующих тел задача резко усложняется. Так, уже знаменитая задача трёх тел (т. е. движение трёх тел с ненулевыми массами) не может быть решена аналитически в общем виде. При численном же решении, достаточно быстро наступает неустойчивость решений относительно начальных условий. В применении к Солнечной системе эта неустойчивость не позволяет предсказать движение планет на масштабах, превышающих сотню миллионов лет.

В некоторых частных случаях удаётся найти приближённое решение. Наиболее важным является случай, когда масса одного тела существенно больше массы других тел (примеры: Солнечная система и динамика колец Сатурна). В этом случае в первом приближении можно считать, что лёгкие тела не взаимодействуют друг с другом и движутся по Кеплеровым траекториям вокруг массивного тела. Взаимодействия же между ними можно учитывать в рамках теории возмущений, и усреднять по времени. При этом могут возникать нетривиальные явления, такие как резонансы, аттракторы, хаотичность и т. д. Наглядный пример таких явлений — удивительная структура колец Сатурна.

Несмотря на попытки описать долговременное поведение системы из большого числа притягивающихся тел примерно одинаковой массы, сделать этого не удаётся из-за явления динамического хаоса. Это наиболее часто встречается в небесной механике Солнечной системы. Важную проблему трёх тел представляет система Земля – Луна – Солнце, и здесь для точного вычисления орбиты Луны приходится учитывать возмущения со стороны других планет (особенно Солнца, Юпитера и Сатурна), как и непосредственное влияние планеты Земли.

Интерес к классической небесной механике значительно возрос в последние десятилетия в связи с необходимостью расчёта орбит искусственных спутников и межпланетных аппаратов. Мощные компьютеры сделали возможным быстрое решение любой небесно-механической задачи с высокой точностью. Впервые для таких расчётов был использован компьютер SSEC фирмы IBM, которому для вычисления положений Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона понадобилось 140 часов, а сегодня рядовой компьютер делает это менее чем за 2 секунды.

В последние годы с использованием супер-ЭВМ, которые способны воспроизводить внутреннюю часть галактики на гораздо более высоком разрешении, был открыт проект, который получил название «Водолей», и предназначен, чтобы понять структуру темной материи в очень мелком масштабе и в окрестностях галактики Млечный Путь, рассчитывая галактическую структуру, как можно ближе к центру, и насколько это возможно. В соответствии с моделированием на таком разрешении в проекте «Водолей», впервые исполнена модель предварительного моделирования с 9003 количеством частиц (звёздных систем).

Теперь с помощью мощнейших компьютеров стало возможным решать такие задачи, которые были совершенно не доступны классической небесной механике, можно проследить на протяжении миллиардов лет эволюцию скопления, состоящего из сотен тысяч звёзд, и можно детально рассчитать, как выразится процесс двух сталкивающихся галактик. И, естественно, такие решения невозможны были бы без знаний законов Кеплера, Ньютона, и теоретической базы Эйнштейна и современной альтернативной научной базы приобретённой за несколько лет исследований и опытов, как и важнейших полученных данных.

Сильные гравитационные поля

В сильных гравитационных полях или при движении с релятивистскими скоростями, начинают проявляться эффекты общей теории относительности:

  • отклонение закона тяготения от ньютоновского;
  • запаздывание потенциалов, связанное с конечной скоростью распространения гравитационных возмущений; появление гравитационных волн;
  • эффекты нелинейности: гравитационные волны имеют свойство взаимодействовать друг с другом, поэтому принцип суперпозиции волн в сильных полях уже не выполняется;
  • изменение геометрии видимого пространства-времени;
  • допускается развитие сингулярностей и возникновение чёрных дыр. Правда, это возможно лишь в случае потенциально бесконечно большой силы гравитации, что не доказано. В реальности же обнаруживаются лишь такие весьма плотные космические объекты, как нейтронные звёзды.

Гравитационное излучение

Одним из предсказаний ОТО является гравитационное излучение, наличие которого до сих пор не подтверждено прямыми наблюдениями. Однако имеются косвенные наблюдательные свидетельства в пользу его существования, а именно: потери энергии в двойной системе с пульсаром PSR B1913+16 — пульсаром Халса-Тейлора — хорошо согласуются с моделью, в которой эта энергия уносится гравитационным излучением.

Согласно ОТО, гравитационное излучение могут генерировать только системы с переменным квадрупольным или более высокими мультипольными моментами. Мощность гравитационного i-польного источника пропорциональна ~(v/c)^{{2i+2}}, если мультиполь имеет электрический тип, и ~(v/c)^{{2i+4}} – если мультиполь магнитного типа,[2] где v - характерная скорость движения источников в излучающей системе, а c – скорость света. Таким образом, доминирующим моментом получается квадрупольный момент электрического типа, а мощность соответствующего излучения равна:

~L={\frac {1}{5}}{\frac {G}{c^{5}}}\langle {\frac {d^{3}Q_{{ij}}}{dt^{3}}}{\frac {d^{3}Q^{{ij}}}{dt^{3}}}\rangle ,

где ~Q_{{ij}} – тензор квадрупольного момента распределения масс излучающей системы. Константа ~{\frac {c^{5}}{G}}=3,63\times 10^{{52}} Вт позволяет оценить порядок величины мощности излучения.

Попытки прямого обнаружения гравитационного излучения предпринимаются с 1969 г.[3] В США, Европе и Японии в настоящий момент существует несколько действующих наземных детекторов (LIGO, VIRGO, TAMA, GEO 600), а также проект космического гравитационного детектора LISA (Laser Interferometer Space Antenna — лазерно-интерферометрическая космическая антенна). Наземный детектор в России разрабатывается в Научном Центре Гравитационно-Волновых Исследований "Дулкын" [3] республики Татарстан.

Тонкие эффекты гравитации

Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений гравитации, которые в земных условиях весьма слабы и их обнаружение и экспериментальная проверка поэтому весьма затруднительны. До последнего времени преодоление этих трудностей представлялось за пределами возможностей экспериментаторов.

Среди них, в частности, можно назвать увлечение инерциальных систем отсчёта (или эффект Лензе-Тирринга) и гравимагнитное поле. В 2005 году автоматический аппарат НАСА Gravity Probe B провёл эксперимент по измерению этих эффектов вблизи Земли, но результаты, представленные в 2007 г. оказались неоднозначными из-за больших погрешностей измерений.

Классические и современные теории гравитации

Современной канонической теорией гравитации считается общая теория относительности (ОТО), так как она наиболее хорошо разработана и широко используется в современной небесной механике, астрофизике и космологии. Однако на сегодняшний день существует немало надёжно установленных и не объясняемых с помощью ОТО экспериментальных результатов. К ним относятся: эффект «Пионера»; пролётная аномалия (flyby anomaly); увеличение астрономической единицы; квадрупольно-октупольная аномалия фонового микроволнового излучения; тёмная энергия; тёмная материя.[4]

Кроме ОТО, существует ещё множество уточняющих её гипотез и теорий различной степени разработанности, конкурирующих между собой.

Многие эти теории дают очень похожие предсказания в рамках того приближения, в котором в настоящее время осуществляются экспериментальные тесты (см. статью альтернативные теории гравитации). Далее описаны несколько основных, наиболее хорошо разработанных или известных теорий гравитации.

Общая теория относительности

В стандартном подходе общей теории относительности (ОТО) гравитация рассматривается изначально не как силовое взаимодействие, а как проявление искривления пространства-времени. Таким образом, в ОТО гравитация интерпретируется как геометрический эффект, причём пространство-время рассматривается в рамках неевклидовой римановой (точнее псевдо-римановой) геометрии. Гравитационное поле (обобщение ньютоновского гравитационного потенциала), иногда называемое также полем тяготения, в ОТО отождествляется с тензорным метрическим полем или метрикой четырёхмерного пространства-времени, а напряжённость гравитационного поля – с аффинной связностью пространства-времени, определяемой метрикой. Стандартной задачей ОТО является определение компонент метрического тензора, в совокупности задающих метрику пространства-времени, по известному распределению источников энергии-импульса в рассматриваемой системе четырёхмерных координат. В свою очередь знание метрики позволяет рассчитывать движение пробных частиц, что эквивалентно знанию свойств поля тяготения в данной системе. В связи с тензорным характером уравнений ОТО, а также со стандартным фундаментальным обоснованием её формулировки, считается, что гравитация также носит тензорный характер. Одним из следствий является то, что гравитационное излучение должно быть не ниже квадрупольного порядка.

Известно, что в ОТО имеются затруднения с объяснением факта неинвариантности энергии гравитационного поля, поскольку данная энергия не описывается тензором. В недавней работе было показано, [5] что принцип эквивалентности не выполняется в отношении массы-энергии самого гравитационного поля. В частности, гравитационная масса-энергия поля неподвижного тела, и инертная масса-энергия поля движущегося с постоянной скоростью этого же тела не совпадают друг с другом. Эта ситуация не объяснима в ОТО. В классической ОТО также возникает проблема описания спин-орбитального взаимодействия.

Считается, что в ОТО существуют определённые проблемы с однозначностью результатов и обоснованием непротиворечивости.[6] Прогресс в развитии ОТО отсутствовал также в связи с тем, что эта теория долгое время была не аксиоматизирована, как большинство других физических теорий. Построение систем аксиом позволило ограничить область применимости ОТО и указать возможности для построения более общих теорий. [7] Кроме этого была обнаружена несовместимость ОТО с квантовой механикой, включая затруднения со вторичным квантованием уравнений теории.

Однако экспериментально ОТО считается подтверждающейся до самого последнего времени. Так же многие альтернативные эйнштейновскому, но стандартные для современной физики, подходы к формулировке теории гравитации приводят к результату, совпадающему с ОТО в низкоэнергетическом приближении, которое в основном и доступно экспериментальной проверке.

Теория Эйнштейна-Картана

Теория Эйнштейна-Картана (ЭК) предлагается как дополнение для ОТО, необходимое для описания метрики с участием вращающихся объектов [4]. В теории ЭК вводится аффинное кручение, а вместо неэвклидовой геометрии для пространства-времени используется геометрия Римана-Картана. В результате от метрической теории переходят к аффинной теории пространства-времени. Результирующие уравнения для метрики содержат два уравнения. Одно из них аналогично ОТО, с тем отличием, что в тензор кривизны включены компоненты с аффинным кручением. Второе уравнение содержит тензор кручения и тензор спина материи и излучения. В масштабах Солнечной системы получаемые поправки к ОТО слишком малы для их измерения.

Квантовая теория гравитации

Несмотря на полувековую историю попыток, гравитация — единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена непротиворечивая перенормируемая квантовая теория. При низких энергиях, в духе квантовой теории поля, гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами — калибровочными бозонами со спином 2 (если исходить из концепции ОТО), или со спином 1 для лоренц-инвариантной теории гравитации (ЛИТГ).

Проблемой здесь является то, что при высоких энергиях описание для ОТО перестаёт работать. Поэтому в настоящее время квантовая гравитация является предметом интенсивных теоретических исследований. Описание некоторых подходов представлено в статье модели квантовой гравитации.

Релятивистская теория гравитации

Релятивистская теория гравитации (РТГ) разрабатывается академиком Логуновым А.А. с группой сотрудников.[8] В своих работах они доказывают следующие отличия их теории от ОТО:

  • гравитация есть не геометрическое поле, а реальное физическое силовое поле, описываемое тензором.
  • гравитационные явления следует рассматривать в рамках плоского пространства Минковского, в котором однозначно выполняются законы сохранения энергии-импульса и момента количества движения. Тогда движение тел в пространстве Минковского эквивалентно движению этих тел в эффективном римановом пространстве.
  • В тензорных уравнениях для определения метрики следует учитывать массу гравитона, а также использовать калибровочные условия, связанные с метрикой пространства Минковского. Это не позволяет уничтожить гравитационное поле даже локально выбором какой-то подходящей системы отсчёта.

Как и в ОТО, в РТГ под веществом понимаются все формы материи (включая и электромагнитное поле), за исключением самого гравитационного поля. Следствия из теории РТГ таковы: чёрных дыр как физических объектов, предсказываемых в ОТО, не существует; Вселенная плоская, однородная, изотропная, неподвижная и евклидовая.

C другой стороны, существуют не менее убедительные аргументы противников РТГ, сводящиеся к следующим положениям:

  • РТГ есть биметрическая теория, эквивалентная так называемой полевой трактовке ОТО как надстройке над ненаблюдаемым пространством Минковского: "В релятивистской теории гравитации... фигурируют в точности те же лагранжианы..., которые приводят к уравнениям гравитационного поля";[9] "математическое содержание РТГ сводится к математическому содержанию ОТО в полевой формулировке". [10] Этот аргумент в таком изложении, по-видимому не учитывает возможных топологических различий между обычной моделью ОТО и РТГ, или же, по крайней мере, маскирует их.
  • Дополнительные уравнения РТГ представляют собой всего лишь координатные условия: "Весь набор уравнений РТГ в терминах метрики искривлённого пространства-времени можно свести к уравнениям Эйнштейна плюс гармоническое координатное условие, столь успешно использовавшееся Фоком".
  • Вышеприведённые следствия из РТГ являются лишь следствием неточностей: несуществование чёрных дыр — следствием невозможности покрыть одним многообразием, эквивалентным пространству-времени Минковского, пространство-время сколлапсировавшего в чёрную дыру объекта; космологических предсказаний — следствием принятых координатных условий в сочетании с совершенно произвольным дополнительным допущением о вложенности световых конусов реального пространства в конусы пространства Минковского. Многие из этих аргументов в отношении РТГ следуют как бы из самой логики ОТО, а не из нейтральной или из более общей теории, что несколько снижает их значение и требует независимого подтверждения (например, экспериментом).

Теория Йордана-Бранса-Дикке

В скалярно-тензорных теориях, самой известной из которых является теория Йордана-Бранса-Дикке (или просто Бранса-Дикке), гравитационное поле как эффективная метрика пространства-времени определяется воздействием не только тензора энергии-импульса материи, как в ОТО, но и дополнительного гравитационного скалярного поля [5]. Источником скалярного поля считается свёрнутый тензор энергии-импульса материи. Следовательно, скалярно-тензорные теории, как ОТО и РТГ, относятся к метрическим теориям, дающим объяснение гравитации, используя только геометрию пространства-времени и его метрические свойства. Наличие скалярного поля приводит к двум тензорным уравнениям для метрики. Теория Йордана-Бранса-Дикке вследствие наличия скалярного поля может рассматриваться также как действующая в пятимерном многообразии, состоящем из пространства-времени и скалярного поля.[11].

Дырочная теория гравитации

Основная статья: Дырочная теория гравитации

В дырочной теории гравитация объясняется искривлением пространства-времени потоком дырок, испускаемых массивными телами.

Гравитация как всеобщий природный механизм

В данной гипотезе окружающий мир существует только потому, что каждый миг бытия обеспечивается сохранением и передачей гравитационной (и электромагнитной) энергии. Соотношение между массой M и характерным размером R гравитационной системы зависит от параметров взаимодействующих объектов в данной системе и их конфигурации относительно внешних тел, от спроса и предложения энергии. Сущность тяготения между объектами природы можно свести к пониманию простого рыночного механизма: «Спрос рождает предложение». Земля имеет спрос на энергию для поддержания существования каждому своему элементу, и она её получает от Солнца и из космоса. Солнце точно также получает энергию от всевозможных внутренних и внешних источников энергии. Устойчивость планет на своих орбитах при движении вокруг Солнца говорит о почти неизменных потоках энергии, связанных с действующими гравитационными силами.[12] К описанному взгляду на гравитацию наиболее близка теория гравитации Лесажа.

Ковариантная теория гравитации

Основная статья: Лоренц-инвариантная теория гравитации

В результате закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) был включён в лоренц-инвариантную теорию гравитации, которая достаточно хорошо предсказывала общее поведение гравитации. В 1915 году Альбертом Эйнштейном была создана общая теория относительности (ОТО), описывающая явления в гравитационном поле в терминах геометрии пространства-времени и с учётом влияния гравитации на результаты пространственно-временных измерений.

Однако учёт лоренц-инвариантности гравитационной силы и запаздывания распространения гравитационного воздействия с помощью решения для потенциалов Льенара и Вихерта приводит к тому, что в движущихся с постоянной скоростью системах отсчёта возникает дополнительная компонента силы за счёт гравитационного поля кручения. Ситуация полностью эквивалентна ситуации с электрической силой, когда при движении наблюдателя он обнаруживает ещё магнитное поле и магнитную силу, пропорциональную скорости своего движения. Это делает необходимым учёт ограниченности скорости распространения гравитации, приводящей к свойству близкодействия и запаздывания гравитационного взаимодействия. В конце 19 и в начале 20 века усилиями ряда физиков – О. Хевисайда, А. Пуанкаре, Г. Минковского, А. Зоммерфельда, Х. Лоренца и др. – были заложены основы лоренц-инвариантной теории гравитации (ЛИТГ), описывающей гравитацию в инерциальных системах отсчёта при релятивистских скоростях.

Ковариантная теория гравитации (КТГ) включает в себя лоренц-инвариантную теорию гравитации (ЛИТГ) и метрическую теорию относительности (МТО). ЛИТГ справедлива в инерциальных системах отсчёта и в слабых гравитационных полях. В ЛИТГ сила гравитации является реальной физической силой, описывается уравнениями для напряжённостей поля согласно работам Сергея Федосина, [13] [14] что по виду напоминают уравнения Максвелла, а в пределе слабого поля практически совпадают с уравнениями, вытекающими из ОТО, [6] смотри также гравитоэлектромагнетизм и максвеллоподобные гравитационные уравнения.

Поскольку в ЛИТГ гравитационное поле является векторным, имеющим две компоненты (гравитационное ускорение и кручение ), то становится допустимым дипольное гравитационное излучение от ускоряемых массивных тел. Такое излучение может появиться, например, при ускоренном движении тела под действием негравитационной силы. Однако в закрытой системе тел общее дипольное гравитационное излучение стремится к нулю из-за взаимной компенсации излучений отдельных тел, и доминирующим становится квадрупольное излучение, как в ОТО.

КТГ отличается от ОТО своими уравнениями движения. Если в ОТО применятся одно и то же уравнение движения и для частиц и для квантов поля (как следствие принципа эквивалентности), то в КТГ уравнения движения для частиц и квантов различаются и являются развёрнутым применением закона сохранения энергии-импульса в векторно-тензорной форме.[15]

При решении задач в КТГ необходимо решать систему дифференциальных уравнений трёх типов – уравнения для компонент гравитационного поля, уравнения для метрики, и уравнения движения. При этом движение масс как источников поля изменяет картину поля, и метрика меняется не только за счёт изменения конфигурации масс, но и за счёт изменения напряжённостей гравитационных полей. Уравнение движения вещества в КТГ, в отличие от ОТО, позволяет описывать реактивное движение, переходя в слабом поле в релятивистское уравнение Мещерского.

Метрическая теория относительности (МТО) используется как одно из оснований КТГ и позволяет производить преобразования физических величин из одной системы отсчёта в другую. Особенностью МТО является использование не принципа эквивалентности ОТО, а принципа эквивалентности энергии-импульса. Вместо приравнивания сил инерции и гравитации в МТО используется эквивалентность тензора энергии-импульса для описания подобных друг другу движений. Такой подход кажется предпочтительней, так как не силы, а именно энергии входят в формулы для определения метрики.

После осуществления аксиоматизации ОТО стало ясно, что общая относительность является частным случаем МТО, гравитационное поле в ОТО определяется как геометрическое тензорное поле метрики и отличается от физического векторного поля гравитационных потенциалов в КТГ, а уравнение движения материи ОТО может быть выведено из ковариантных уравнений движения КТГ.[16]

Теория гравитации в микромире

Основная статья: Теория гравитации элементарных частиц

Появившаяся в 2010 году, полевая теория элементарных частиц позволила вычислить среднюю плотность электромагнитной массы покоящейся элементарной частицы, с учётом ее полевого строения. Поскольку элементарные частицы приплюснуты с полюсов, то создаваемое ими гравитационное поле будет резко отличаться от гравитационного поля шарика того же радиуса и той же массы.

Теория гравитации элементарных частиц позволяет определить картину гравитационного поля создаваемого покоящейся элементарной частицей в пространстве, окружающем ее и вычислить максимальную величину напряжённости такого поля. Тем самым, подставляя параметры той или иной элементарной частицы в уравнения теории, можно определить силу ее гравитации в микромире и покончить со СКАЗКАМИ по поводу "сильной" гравитации.

частицаm0(МэВ)ρ(кг/м3)Em(м/сек2)
p938,27208131,24*10198,4*10-7
n939,56541331,4*10199,45*10-7
e0,5109989465,7*1064,8*10-16
Ve0,000000285,2*10-197,98*10-35

В таблице, для наиболее распространённых в природе элементарных частиц: протона, нейтрона, электрона и электронного нейтрино приведены средняя плотность (ρ) электромагнитной материи элементарной частицы и максимальное значение напряжённости гравитационного поля (Em), достигаемое на границе кольцевой области вращения электромагнитной материи элементарной частицы. Особенно слабым является гравитационное поле, создаваемое электронным нейтрино.

Как видим, гравитация не так сильна, как рисуют некоторые абстрактные теоретические построения. Даже у протона предельная величина напряжённости (создаваемого им) гравитационного поля на семь порядков слабее, чем напряжённость гравитационного поля на поверхности Земли. Следовательно: эффекты Общей теории относительности не могут наблюдаться внутри атомных ядер.

Предельным случаем теории гравитации элементарных частиц получается Классическая теория тяготения Ньютона, результаты которой, при таких значениях напряжённости гравитационного поля, совпадают с результатами Общей теории относительности.

Полевая теория элементарных частиц, установив электромагнитное строение элементарных частиц, определила тем самым природу гравитации, как способность энергии электромагнитных полей к притяжению - подтвердив существование в природе электромагнитной формы гравитации, как физика гениально предвидела сто лет назад. Здесь не надо смешивать с электромагнитными силами, как притяжения, так и отталкивания, которые тоже существуют в природе.

Поскольку все вещество Вселенной состоит из элементарных частиц, а последние состоят из электромагнитного поля (чего упорно не желают признавать сторонники Стандартной модели - модели, построенной на не существующих в природе кварках и глюонах), то, следовательно, гравитационное поле атомов и молекул создаётся электромагнитными полями их элементарных частиц, а точнее, содержащейся в этих полях энергией.

В XX и XXI веках в физике появилось множество теоретических построений, названных авторами «теориями гравитации». Со временем физика даст им свою оценку, но что бы ни говорили авторы этих теоретических построений (а точнее гипотез), гравитационные поля в природе создаются элементарными частицами, из которых и состоит вещество. Наличие в природе иных гравитационных полей и иных форм гравитации (вместо, существующей в природе, электромагнитной формы) предстоит не постулировать, а доказать.

Сущность гравитации

В ОТО гравитация возникает как следствие искривления пространства-времени вблизи массивных тел, однако причины подобного искривления не определяются. Структуру гравитационного поля пытаются определить также в квантовой гравитации с помощью методов квантовой теории поля. Одной из проблем здесь является то, что до сих пор не доказано, что гравитоны действительно должны иметь спин, кратный постоянной Дирака. В теории бесконечной вложенности материи осуществляется подобие уровней материи и распределение всех природных объектов по различным уровням в зависимости от масс и размеров. Предполагается, что теория гравитации Лесажа справедлива для всех уровней материи, причём включение в потоки гравитонов заряженных релятивистских частиц позволяет дополнительно объяснить происхождение кулоновской силы между электрическими зарядами.[15]

Согласно теории, каждый материальный объект состоит из частиц, принадлежащих низшим уровням материи, а каждый волновой квант может быть разложен на более мелкие кванты. Между веществом и квантами поля имеется связь, заключающаяся в том, что они генетически порождают друг друга на разных уровнях материи. В частности находится, что гравитонами для обычной гравитации могут быть кванты поля, излучаемые частицами, из которых строится вещество нуклонов. [7] В рассмотрение вводится также сильная гравитация, действующая на уровне элементарных частиц. На основе сильной гравитации и поля кручения обосновывается гравитационная модель сильного взаимодействия. Одним из следствий этого является то, что гравитационное и электромагнитное поля являются фундаментальными полями, действующими на разных уровнях материи посредством полевых квантов, с различной величиной своего спина и энергии, с различной проникающей способностью в веществе, как и с различными влияниями на вещество.

Покуда происходят теоретические изыскания в том, что есть гравитация, значение гравитации, как вторая сторона сущности значительная для каждого. Гравитация зажигает звёзды, ведь, газовые планеты не становятся звёздами, а только при давлении в 4 миллиарда атмосфер, что создаётся гравитацией, вспыхивают новорождённые звёзды созданные из космических газа и пыли. Посредством гравитации живёт всё на планете Земля, и всё происходит, как и не всё происходит чему запрещает быть гравитация. Так же в солнечной системе планеты продолжают свой длительный полёт вокруг зародившегося Солнца примерно 4,5 миллиарда лет назад, и Солнце продолжает своё шествие со многими звёздами в галактике Млечный Путь. И, этого для земных жителей достаточно, потому, что галактика Млечный Путь зародившаяся примерно 12,5 миллиардов лет назад будет продолжать своё одиночное движение ещё четыре миллиарда лет, а за это время Солнечная система и планета Земля будут продолжать свою совместную жизнь, если не произойдут коренные события по вине беспечности человечества.[17]

Литература

  • «Математические начала натуральной философии.» (ориг. Philosophiae naturalis Principia mathematica), Исаак Ньютон, 1687 год.
  • «On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae.» Fritz Zwicky, 1937 год.
  • «Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности» (англ. Gravitation and Cosmology), С. Вейнберг (англ. Steven Weinberg), изд. Мир, 1975 год.
  • «Гравитационная постоянная в астрономии.», В. К. Милюков, М. У Сагитов, издательство: Знание, 1985 год.
  • «Физика. книга первая, Механика.», Евгений Бутиков, Александр Кондратьев, издательство: Физматлит, 2004 год.
  • «Физика, 10 класс.», Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский, учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений, базовый и профильный уровни, рекомендовано Министерством Образования и Науки, издательство: Просвещение, 2010 год.
  • «Теория относительности для миллионов.», Мартин Гарднер.
  • Источник http://www.wikiznanie.ru/ru-wz/index.php/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F
By -
Ярлыки: , , ,