Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

Природа гравитационной и инерционной масс. Гипотеза

Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

МаксютинАлександрПавлович / Maxjutin Alexander Pavlovihc — Природа гравитационной и инерционной масс. Гипотеза// European research, 2015, № 1(2) — см. журнал

__________________________________________________________________________________________________________

 Максютин Александр Павлович / Maxjutin Alexander Pavlovihc — горныйинженер-геофизик / mountain engineer-geophysics’s, ведущийгеофизикпартииобработкигеофизическихматериалов,

г. Алматы, Казахстан

Аннотация: предлагается основанное на законах классической физики объяснение эквивалентности сил гравитации и инерции, тяжелой и инерционной массы и экспериментальное подтверждения гипотезы.

Abstract: it is proposed, the laws of classical physics, explanation of equivalence of gravitation and inertia forces, heavy and the inertia mass, and an experimental confirmation of the hypothesis.

Ключевые слова: инерционная масса, гравитационная масса, эквивалентность, полупространство, гравитационное поле, бесконечно большое.

Keywords: inertia mass, gravitational mass, equivalence, semi-space, the gravitational field, is infinitely large.

История и состояние проблемы эквивалентности сил инерции и тяжести

Еще Ньютон обратил внимание на равенство сил тяжести и инерции и доказал, что они не отличаются в пределах тысячной доли. Р. Этвеш в 1922 году показал, что принцип эквивалентности сил тяжести и инерции соблюдается с точностью до двадцати миллионной доли. Советские физики В. П. Брагинский и В. И.

Панов довели точность измерения этих величин до миллиардных долей [1]. Это, конечно, наводило на мысль, что природа этих сил одна и та же.

Почти на всех просмотренных мною веб-сайтах, где идет обсуждение проблемы равенства сил тяжести и инерции, физики-теоретики и астрофизики исходят из существования в природе этих двух сущностей и их эквивалентности.

«Инерционная масса», «инерционная сила» были введены Ньютоном и восприняты Эйнштейном из-за непонимания природы сил, возникающих при ускоренном движении. Только на одном веб-сайте я обнаружил утверждение, что такой сущности, как «инерционная масса», в природе не существует. В. Ю. Гaнкин, доказывает это, опираясь на законы электродинамики [2].

Обоснование гипотезы

Предлагаю свое объяснение природы сущностей массы, сил инерции и гравитации и принципа эквивалентности, опираясь на открытые фундаментальные законы природы, описанные в любом учебнике классической физики, подтвержденные наблюдениями и экспериментами, без абстрактных математических выводов, путем логического рассуждения, используя физический смысл законов:

—           Первый закон Ньютона (принцип относительности Галилея). Тела «…когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения» [3].

—           Второй закон Ньютона. «…В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально ее массе» [4].

—           Закон Всемирного тяготения: «…сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы и разделенными расстоянием пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между [5].

—           Принцип суперпозиции полей. «…Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя» [6].

—           В качестве постулата принимается: «Вселенная бесконечна, бесконечно число космических тел и, соответственно, бесконечна масса Вселенной», — обратного еще никто не доказал (М.А.П.).

Природа гравитационной массы, причина равенства гравитационной и инерционной масс

Будем рассматривать Вселенную как два полупространства, разделенных гипотетической плоскостью, проходящей через точку наблюдения. Каждое бесконечно большое полупространство, имея бесконечно большую массу и, согласно закону всемирного тяготения, создает гравитационное поле бесконечно большой величины.

Учитывая принцип суперпозиции полей, бесконечно большие гравитационные поля от полупространств складываются, компенсируют друг друга, но не исчезают! В покое или при равномерном прямолинейном движении мы не ощущаем действия бесконечно больших гравитационных сил от бесконечно большой массы Вселенной.

Если к какому-либо телу хотя бы на мгновение приложить силу, тело начнет ускоренно перемещаться относительно полупространств, разделенных гипотетической плоскостью, перпендикулярной направлению приложенной силы.

Возникает гравитационное взаимодействие ускоренно движущегося тела с бесконечно большими массами полупространств Вселенной, которое создает противодействие приложенной силе, вызвавшей ускоренное движение тела. Это противодействие воспринимается как инерционная сила, как самостоятельная физическая сущность, в природе не существующая.

Гравитационная масса воспринимается как инерционная. Тяжелая и инерционная массы равны потому, что природа их одна и та же! Это результат взаимодействия массы тела с бесконечно большой массой Вселенной.

Экспериментальное подтверждение существования бесконечно большого гравитационного поля

При правильной интерпретации силы, возникающие при движении тела по окружности, служат доказательством существования бесконечно большого гравитационного поля в любой точке пространства.

Двигаясь по окружности, а в общем случае — по кривой с центростремительным ускорением, тело имеет непрерывное ускоренное движение относительно полупространств, разделенных гипотетической плоскостью, постоянно меняющей свое положение, проходя через точку касания с траекторией движения тела, перпендикулярно направлению центростремительного ускорения. Чем больше скорость вращения — тем больше центростремительное ускорение — тем больше гравитационное взаимодействие вращающегося тела с бесконечно большой массой Вселенной. И так до бесконечности! Это подтверждается экспериментально на центрифуге: чем больше скорость вращения — тем больше ускорение и, соответственно, больше центростремительная и центробежная силы, ограниченные только техническими возможностями центрифуги.

Пример значения гипотезы для астрофизики и астрономии

Локальные гравитационные массы (звезды, планеты и, вообще, все физические тела) создают аномалии гравитационного поля в виде силы тяжести на фоне бесконечно большого, скомпенсированного гравитационного поля Вселенной.

Движение планет по криволинейным траекториям является результатом взаимодействия аномального гравитационного поля звезды, создающей своим притяжением центростремительную силу, и бесконечно большого гравитационного поля Вселенной. Центростремительное ускорение планеты, относительно гипотетических полупространств, создает центробежную силу.

Сила притяжения (центростремительная) и сила взаимодействия тела с бесконечно большой массой Вселенной (центробежная) уравновешиваются и удерживают планету на криволинейной траектории движения.

О взаимосвязи связи гравитационного, электрического и магнитного полей и вакуума

Неразрывно с существованием во Вселенной бесконечно большого гравитационного поля возникает вопрос о природе и взаимосвязи гравитационного, электрического, магнитного полей и электромагнитных волн. Объединяющим началом, вместилищем полей является вакуум.

Не претендую на приоритет и новизну своих высказываний о свойствах полей и электромагнитных волн, потому что эта тема обсуждается в деталях во многих работах и учебниках физики, рассматриваю эти сущности и связанные с ними явления с позиции классических законов физики, с учетом предложенной гипотезы существования бесконечно больших полей.

Вакуум, в этом случае, должен рассматриваться как совокупность бесконечно больших полей: гравитационного, электрического и магнитного, заполняющих пространство, скомпенсированных в соответствии с принципом суперпозиции и представляющих непрерывную, абсолютно «плотную» субстанцию, идеально «упругую» среду для распространения энергии-массы в виде электромагнитных волн. Равновесие бесконечно больших полей, сложившееся в инертном состоянии вакуума (при полном отсутствии энергии), нарушает инжекция гравитационного, электрического и магнитного полей от источников, как объектов Вселенной, так и искусственных, и регистрируется в виде аномалий, ограниченных по величине только мощностью источников. Электромагнитные волны — это связанные взаимной индукцией электрическое и магнитное поля — дискретно меняются от бесконечно длинных до бесконечно коротких и, соответственно, возрастающей энергией. При этом на определенном этапе дискретизации, электромагнитные волны, воспринимаются в виде видимой, ощутимой материи, из которой состоит все вещество Вселенной. Бесконечно укорачиваясь, электромагнитные волны проявляют себя в виде элементарных частиц, энергия которых стремится к бесконечно большой величине. Как любая материя, электромагнитные волны в виде массы-энергии взаимодействуют с бесконечно большим гравитационным полем Вселенной. Элементарные частицы, как электромагнитные волны чрезвычайно короткой длинны и соответствующей энергии, находясь в среде бесконечно большого гравитационного поля, подчиняются закону Всемирного тяготения и проявляют в этих условиях свои характерные свойства.

Выводы и значение предложенной гипотезы

Исходя из утверждения существования в любой точке пространства Вселенной бесконечно больших полей, нужно оценивать все явления, как в масштабах Вселенной, так и в мире элементарных частиц с позиций Незыблемого закона Всемирного тяготения, именно Незыблемого и Всемирного, которому подчиняется вся материя Вселенной: от элементарных частиц до объектов Вселенной. Принятие гипотезы существования бесконечно больших полей (гравитационного, электрического и магнитного), заполняющих пространство-вакуум, позволит:

—           отвергнуть ошибочные теоретические выводы о природе полей и эволюции Вселенной;

—           объединить все разрозненные теоретические выводы на пути создания Единой теории поля;

—           приблизить разгадку природы физического вакуума, физической сущности гравитационного, электрического и магнитного полей и их взаимосвязи;

—           послужит фундаментом теоретических работ, согласующихся с открытыми законами классической физики, подтвержденными экспериментами и наблюдениями явлений природы и Вселенной.

Литература

гипотеза  масс  инерционной  гравитационной  природа  

Источник: https://scienceproblems.ru/priroda-gravitatsionnoj-i-inertsionnoj-mass.html

Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

Важнейшее свойство гравитационных сил (полей тяготения) – одинаковое действие на тела, независимо от их свойств. Для относительно небольших скоростей взаимодействие между телами определялось теорией тяготения Ньютона, которая стала основой современной теории гравитации, описываемой теорией относительности Эйнштейна.

Под действием поля тяготения планеты любое тело приобретает ускорение свободного падения.

Эта закономерность была доказана Ньютоном, который сформулировал основной принцип пропорциональности массы (!!!), на которую действует гравитационное поле и инертной массы (!!!), оказывающей противодействие приложенной силе — второй закон Ньютона : (!!!).

Перемещение физического тела в поле тяготения описывается формулой: (!!!), в ней (!!!) – величина ускорения, вызываемая влиянием гравитации со значением напряженности (!!!). Следовательно, для любых тел (!!!) и (!!!) – значение величины ускорения не зависит от массы, а зависит от напряженности сил притяжения (гравитационных сил).

Все тела, находящиеся в поле тяготения либо под действием сил инерции, при (!!!) перемещаются абсолютно одинаково.

Предположим, что космический челнок летит с ускорением (!!!), то движение тел в нем будет тождественно движению объектов в таком же челноке, но находящемся неподвижно на Земле в гравитационном поле (!!!).

Отличить силы инерции в ускоренно перемещающемся объекте, от гравитационных сил поля тяготения невозможно. Именно поэтому ученые считают, что гравитационные силы эквивалентны силам инерции.

Справка 1 Одинаковость гравитационной и инерционной масс – следствие равнозначности сил тяготения и инерции. Эта тождественность известна под названием – принцип эквивалентности Эйнштейна. Фундаментальный принцип относительности Эйнштейна Справка 2

Эйнштейн сформулировал принцип относительности — движение тел в поле гравитации ничем не отличается от движения в поле инерциальных сил, при одинаковых начальных условиях и одинаковой напряженности этих полей.

Согласно принципу относительности абсолютно все физические процессы в системе отсчета перемещающейся с ускорением при отсутствии гравитации, происходят абсолютно одинаково с процессами в поле тяготения. Это один из фундаментальных законов мироздания.

Эйнштейном был предложен умственный эксперимент, доказывающий принцип относительности. Если представить лифт, движущийся с ускорением при полном отсутствии гравитационных сил, то на тела, находящиеся в нем будут действовать только силы инерции. Они будут давить на опору или подвес с определенной силой (весом).

В неподвижном лифте, размещенном в однородном гравитационном поле, все тела также будут иметь вес. Для наблюдателя, находящегося в лифте, эти силы будут неотличимы. Следовательно, все физические процессы, происходящие в обоих лифтах, ничем не будут отличаться друг от друга.

Эйнштейновский принцип распространяет этот принцип на все физические явления.

Основное следствие закона Эйнштейна – наблюдатель, находящийся внутри закрытой кабины, не сможет достоверно определить, чем вызвана сила (!!!). Вызвана ли она действием сил гравитации или ускорением?

Состояние невесомости космонавтов на орбите – это ярчайшее доказательство равенства гравитационных и инерционных сил. При определенной скорости (первая космическая) наступает равенство гравитационных и центробежных сил инерции. В ОТН Эйнштейна принцип эквивалентности – основополагающий закон.

Принципы эквивалентности

В физике существуют два понятия:

  • Слабый принцип эквивалентности.
  • Сильный принцип эквивалентности.

Тезис, «сильный принцип эквивалентности», можно пояснить следующим образом – в какой-либо точке пространства-времени, находящейся с произвольным полем тяготения, в «локально-инерциональной» системе координат» все физические законы природы ничем не будут отличаться от процессов у неускоренных декартовых системах координат.

«Слабый принцип эквивалентности» – это просто иная формулировка равенства инертной и гравитационной масс. Слабый принцип – закон движения относительно небольших падающих частиц, а «сильный принцип эквивалентности» рассматривает влияние тяготения на физические объекты любой величины.

Некоторые физики убеждены, что принцип эквивалентности основополагающий закон ОТО и других релятивистских теорий тяготения, т. к. гравитационное поле – неинерциальная система отсчета.

Согласиться с этим мнением можно лишь с определенными оговорками, потому, что какая-либо неинерциальная система отсчета СТО основывается на плоском и неискривленном пространстве-времени. ОТН связана с метрическими теориями гравитации, а в них пространство-время искривлено.

Не полное соответствие усугубляется отсутствием глобальных инерциальных систем отсчета, отсутствующих в метрических теориях. Они рассматривают только неинерциальные системы. Поэтому переход в некую «локально-инерциональную» систему отсчета не устранит гравитационные эффекты, вызванные искривлением пространства-времени.

Только при выборе исследуемой системы с размерами меньшими, чем характерная кривизна, то незначительными физическими отклонениями можно пренебречь и подтвердить «принцип эквивалентности».Формулировка релятивистских законов Вселенной обязательно учитывает кривизну пространства, в отличие от законов в СТО.

Во всех метрических теориях тяготения принцип эквивалентности, с учетом оговорок предыдущего пункта, подтверждается математически с помощью ввода локально-геодезической системы или даже риманову систему координат, вблизи любого события пространства-времени. При этом в заданной точке символы Кристоффеля стремятся к 0, чем, с точки зрения физиков, подтверждается наличие локально-инерциальных систем отсчета.

Шар, имеющий массу m, подвешен на невесомой нити l внутри полой цистерны. Цистерна начинает перемещаться с ускорением, а в горизонтальном направлении. Что будет происходить с шаром?

  • Задано: m, l, а.
  • Определить: уравнение движения шара.

Решение: В соответствии с принципом эквивалентности считаем, что цистерна неподвижна, а на объекты, находящиеся в ней действует дополнительное гравитационное поле (!!!) Его действие суммируется с полем тяготения Земли, в результате получается эффективное поле тяготения, напряженность которого определяется по формуле: (!!!). Вектор (!!!) отклоняется от вертикали на угол (!!!). Тангенс этого угла можно определить соотношением (!!!).

Общую напряженность поля тяготения можно определить по теореме Пифагора: (!!!).

При неподвижной цистерне нить маятника направлена вертикально вдоль вектора (!!!) – это положение равновесия. Как только начнется движение с ускорением, а маятник отклонится на угол (!!!) влево.

Следовательно, мятник в ускоренно движущейся цистерне будет совершать колебания с угловой амплитудой (!!!).

При малых величинах ускорения амплитуда колебаний также будет небольшой, гармонической, угол отклонения от вертикали (!!!), будет изменяться по формуле: (!!!), в которой частота колебаний зависит от соотношения (!!!).

В итоге уравнение движения шара примет вид: (!!!),

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/gravitaciya-i-inerciya-principi-ekvivalentnosti/

Принцип относительности Эйнштейна

Определение 2

Исторически принцип относительности был сформулирован Эйнштейном так: все явления в гравитационном поле происходят точно так, же как в соответствующем поле сил инерции, если совпадают напряжённости этих полей и одинаковы начальные условия для тел системы.

Согласно этому принципу, все физические процессы в истинном поле тяготения и в ускоренной системе отсчета, при отсутствии тяготения, протекают одинаковым образом. Это фундаментальный закон природы.

Для доказательства этого принципа Эйнштейн предложил следующий мысленный эксперимент. Пусть тела находятся в лифте, который бесконечно удален от гравитирующих тел и движется с ускорением. Тогда на все тела находящиеся в лифте действует сила инерции, а тела под действием этих сил будут давить на опору или подвес.

То есть тела будут обладать весом. Если лифт не движется, а висит над какой-то гравитирующей массой в однородном поле, то все тела также будут обладать весом. Находясь в лифте, невозможно отличить эти две силы. Поэтому все механические явления будут в обоих лифтах происходить одинаково.

Эйнштейн обобщил это положение на все физические явления.

Следствием этого закона является то, что, находясь внутри закрытой кабины, невозможно определить, чем вызвана сила $m_g$. Тем, что кабина движется с ускорением или действием притяжения Земли?

Ярчайшим доказательством равенства сил инерции и гравитации является состояние невесомости космонавтов в космическом корабле (падают под действием гравитационных сил и отлетают под действием центробежных сил инерции). Принцип эквивалентности — основополагающий в ОТО Эйнштейна.

Принципы эквивалентности

Следует различать «слабый принцип эквивалентности» и «сильный принцип эквивалентности».

Сильный принцип эквивалентности можно сформулировать так: в каждой точке пространства-времени в произвольномгравитационном поле можно выбрать «локально-инерциальную систему координат», такую, что в достаточно малой окрестности рассматриваемой точки законы природы будут иметь такую же форму, как и в не ускоренных декартовых системах координат СТО, где под «законами природы» подразумевают все законы природы.

Слабый принцип отличается тем, что слова «законы природы» заменяются в нем словами «законы движения свободно падающих частиц». Слабый принцип — это не что иное, как другая формулировка наблюдаемого равенства гравитационной и инертной масс, в то время как сильный принцип представляет собой обобщение наблюдений за влиянием гравитации налюбые физические объекты.

Часто считают, что принцип эквивалентности является основным принципом общей теории относительности и вообще многих релятивистских теорий гравитации, так как якобы в соответствии с принципом эквивалентности гравитационное поле можно рассматривать как неинерциальную систему отсчёта. Это верно лишь с оговорками.

Любая неинерциальная система отсчёта в специальной теории относительности всё равно имеет в основе плоское, неискривлённое пространство-время. В метрических же теориях гравитации, к которым принадлежит иобщая теория относительности, пространство-время искривлено.

Неполнота соответствия выявляется тем фактом, что глобальных инерциальных систем отсчёта в метрических теориях просто нет, там все системы — неинерциальные.

Даже переход в локально-инерциальную систему отсчёта не удаляет гравитационных эффектов, связанных с кривизной пространства-времени (например, девиацию геодезических или приливные силы).

Только если выбирать размеры изучаемой системы намного меньше характерной кривизны, то приблизительно физическими проявлениями искривления можно пренебречь и получить «принцип эквивалентности». В точной же формулировке законов природы кривизна пространства-времени всё равно появляется в некоторых местах, что отличает их от соответствующих законов в специальной теории относительности.

С точки зрения математики во всех метрических теориях гравитации принцип эквивалентности с точностью до оговорок предыдущего пункта тривиально следует из того факта, что в окрестности любого события пространства-времени возможно ввести локально геодезическую систему координат или риманову системукоординат, в которых в заданной точке символы Кристоффеля исчезают, то есть равны $0$. В физикепредпочитают говорить об этом как о существовании локально инерциальных систем отсчёта.

Пример 1

Шарик массы $m$ подвешен внутри пустой цистерны на невесомой нити длиной $l$. В начальный момент времени цистерна начинает двигаться в горизонтальном направлении с постоянным ускорением $a$. Какое движение будет при этом совершать шарик?

Дано: $m, l, а.$

Найти: уравнение движения шарика.

Рисунок 1.

Решение: Вместо того чтобы рассматривать ускоренно движущуюся цистерну, будем считать, что она неподвижна, но на все тела в ней действует дополнительно гравитационное поле $-a=g_{1} $. Это поле, складываясь с истинным полем тяжести Земли, дает эффективное поле тяжести, напряженность которого:

\[g_{2} =g+g_{1} =g-a.\]

Вектор $g_{2} $ отклонен от истинной вертикали на угол $\alpha _{0} $, тангенс которого определяется соотношением:

\[tg\alpha _{0} =a/g.\]

Напряженность эффективного поля тяжести находится по теореме Пифагора:

\[g_{2} =\sqrt{g{2} +a{2} } .\]

Ясно, что в положении равновесия нить маятника направлена вдоль вектора $g_{2} $. В начальный момент, когда цистерна начинает двигаться с ускорением $a$ шарик неподвижен, а нить вертикальна, т.е. маятник отклонен от нового положения равновесия на угол $\alpha _{0} $ влево.

Поэтому маятник в пустой цистерне будет совершать относительно нового положения равновесия колебания с угловой амплитудой $\alpha _{0} $. Если ускорение цистерны мало по сравнению с ускорением свободного падения, то амплитуда колебаний мала и колебания будут гармоническими.

Угол отклонения от нового положения равновесия $\alpha (t)$ будет при этом изменяться со временем по закону:

\[\alpha (t)=-\alpha _{0} \cos \omega t,\]

где частота определяется соотношением:

\[\omega =\frac{g_{2} }{l} .\]

Ответ: $\alpha (t)=-\alpha _{0} \cos \omega t$.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/dinamika/gravitaciya_i_inerciya_principy_ekvivalentnosti/

Принцип эквивалентности гравитационного поля и сил инерции

Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

В основу своих рассуждений А. Эйнштейн положил совпаде­ние двух масс, с которыми встре­чаются физики, решая разные задачи. С одной стороны, масса характеризует инертные свойст­ва тел, способность их противо­действовать силам, пытающим­ся изменить состояние тел.

С дру­гой стороны, как говорилось выше, масса определяет гравитационные свойства тел, способ­ность их притягивать другие тела. До А. Эйнштейна эти массы не различали, их совпадение счита­лось само собой очевидным.

Эйнштейн же придал этому со­впадению характер закона, его часто называют принципом эк­вивалентности инертной и гра­витационной масс.

Еще Галилей в XVI в. устано­вил, что все тела, падая свободно в поле тяжести Земли, приобре­тают одно и то же ускорение. В этом проявляет себя гравитаци­онная масса падающих тел. При резкой остановке транспорта пассажиры подаются вперед, при ускоренном же движении того же транспорта пассажиры при­жимаются к сидению.

При этом все тела, находящиеся в транспорте, неза­висимо от их массы, приобретают одинаковое ускорение. В этом случае проявляет себя инерт­ная масса.

Из рассмотренных примеров, в которых по отдель­ности проявляют себя либо гра­витационная, либо инертная мас­сы, и исходя из эквивалентности этих масс, Эйнштейн делает сле­дующий вывод, который обыч­но и называют принципом экви­валентности: свободное движе­ние в поле тяготения и ускоренное движение в отсутствии этого поля происходят совершенно одинаково, другими словами, явление тяготения и ускоренное движение имеют одну и ту же физическую сущность, это два проявления одного и того же физического процесса. Это глав­ное утверждение ОТО.Теперь посмотрим, к каким следствиям приводит сформули­рованный выше принцип экви­валентности. При взлете с уско­рением космического корабля космонавты испытывают пере­грузки. Это эквивалентно тому, что космонавты как бы оказыва­ются в более сильном гравитаци­онном поле, чем поле Земли. Ускоренное движение приводит к тем же следствиям, что и гравитационное поле. С другой сторо­ны, при свободном движении ракеты (двигатели отключены) вокруг Земли все тела в кабине становятся невесомыми. Их сво­бодное падение (вместе с кос­мическим кораблем), находясь внутри корабля, невозможно от­личить от свободного движения (движения по инерции, когда на тело не действует внешняя сила) в отсутствии поля тяготения (в малом объеме корабля — это очень важное условие — как бы устраняется поле тяготения). Таким об­разом, не существует возмож­ности отличить состояние сво­бодного движения от состояния свободного падения. Свободное падение и свободное движение — утверждает Эйнштейн своим принципом эквивалентности — это одно и то же!

Мы знаем, что свободное движение (движение по инер­ции) происходит прямолиней­но. Но прямая — это простейшее понятие геометрии. Тем самым мы естественным образом ус­танавливаем связь между фи­зикой и геометрией.

В нашем мире справедлива так называе­мая геометрия Эвклида, в кото­рой пространство трехмерно (вправо-влево, верх-низ, вперед-назад), существует только одна прямая, соединяющая две точ­ки, сумма углов треугольника всегда равна 180 градусам.

По прямой, которая является кратчайшим расстоянием меж­ду двумя точками, распростра­няется световой луч (в этом мы снова обнаруживаем связь физики и геометрии).

Но помимо эвклидовой гео­метрии существуют и другие, неэвклидовы геометрии. Пер­вым такую неэвклидову гео­метрию построил русский ма­тематик ректор Казанского университета Н. Лобачевский (1829г.).

В качестве наглядного примера «мира», где геомет­рия неэвклидова, можно при­вести кривой мир поверхности шара.

Двухмерные существа в этом мире под «прямой» (кратчайшей) линией между двумя точками понима­ли бы дугу большого круга, сумма углов треугольника, ле­жащего на поверхности шара, уже не была бы равна 180 гра­дусам и т.д.

Эти представления о геометрии на поверхности шара можно обобщить на более сложные поверхности. Но главным в наших рассуждени­ях является то, что геометрия Эвклида — это лишь одна из воз­можных геометрий. А так как геометрия связана с физикой, то следовательно, могут существовать иные миры, где дей­ствуют более сложные физи­ческие законы.

И снова первым, кто пытался выяснить, какой геометрии подчиняется наш мир, был Н. Лобачевский. Неточность из­мерений не позволила ему най­ти правильный ответ. Основ­ную идею Н. Лобачевского (связь геометрии мира и физи­ки) трансформировал в своей теории А. Эйнштейн.

Неодно­родность гравитационного поля, изменение его от точки к точке Эйнштейн объяснил па­радоксально: геометрия физи­ческого мира не эвклидова и та­кого физического объекта — гра­витационного поля — не сущес­твует, нет и никаких сил тяготе­ния.

А движение, которое мы до сих пор называем свобод­ным падением, фактически яв­ляется свободным движением по кратчайшей (геодезической) линии в этом неэвклидовом мире.

В этом месте наших рассуж­дений следует сказать, что для описания любого физическо­го процесса, в том числе и сво­бодного движения, нужно за­давать не только пространственные координаты, но и вре­мя. С этой точки зрения наш мир является не трех-, а четы­рехмерным.

Правда, время, в отличие от пространственных координат, может изменяться только от прошлого к будуще­му.

Связь физики с геометрией проявляется и в том, что не только пространственный мир может быть неэвклидовым, но и ход времени в разных точках пространства может быть раз­ным.

Теперь установим, от чего зависит геометрия мира. Для этого совершим краткое пу­тешествие с физическими представлениями о простран­стве и времени. Пространство, по Ньютону, — это «ящик», вмес­тилище всего бытия, оно су­ществует независимо от тел и явлений, происходящих в «ящике».

Время — это дли­тельность процессов (явле­ний), во всем мире существует единое (мировое) время, его ход не зависит ни от мес­та нахождения часов, ни от характера процессов. Про­странство и время не связаны друг с другом, не влияют друг на друга. Сформу­лируем кратко то новое, что внес в данную проблему А.

Эйнштейн в своей специаль­ной теории относительности. Оказалось, что нельзя отры­вать пространственное опи­сание явления от временного момента, именно тогда фак­тически в физику было введе­но представление о том, что наш мир имеет четыре изме­рения (три пространственных и одно временное).

А так как в основу специальной теории относительности был поло­жен постулат о постоянстве скорости света в однородной и изотропной среде (одинако­вой во всех точках и по всем направлениям), его макси­мальности (предельности) в вакууме и независимости от скорости движения источни­ка света и наблюдателя, то отсюда непосредственно сле­довало, что в разных точках пространства время течет по-разному (по определению, скорость численно равна от­ношению пройденного рас­стояния к промежутку време­ни прохождения этого рас­стояния, если меняется рас­стояние между событиями для разных наблюдателей, то и промежутки времени также должны изменяться, только в этом случае скорость света в вакууме может быть всегда одной и той же величиной). В специальной теории относительности, как и в теории Ньютона, пространство одно­родно и изотропно, и время равномерно течет от прошло­го к будущему. При этом Эйн­штейн не учитывает, что в действительности вблизи тя­готеющих масс свойства про­странства (и времени) не об­ладают указанными свой­ствами. И так, чтобы учесть влияние на свойства пространства и времени гравитирующих масс, Эйнштейн и построил общую теорию относитель­ности. Геометрия Эвклида, и, следовательно, свойства пространства и времени изменяются вблизи массивных тел.

Все изложенное выше следует из уравне­ний, которые Эйнштейн полу­чил в своей теории.

В 1922 году ленинградский математик А. А. Фридман ре­шил эти уравнения и получил поразительный результат: наш обозримый мир не может находиться в статическом. равновесном состоянии, он должен либо расширяться, либо сжиматься. Все зависит от средней плотности вещест­ва во Вселенной.

В настоящее вре­мя нет достоверных данных о средней плотности вещества в мире. В 1929 году аме­риканский астроном Хаббл обнаружил, что далекие звез­ды от нас «убегают», мир расширяется.

Однако если мир сейчас расширяется, то можно рас­считать, сколько времени на­зад началось это расширение, когда материя была сконцен­трирована в относительно ма­лом объеме, когда произошло то, что получило название «Большой взрыв». Эту идею первым высказал наш сооте­чественник Г. Гамов.

Уравнения Эйн­штейна предска­зывают существование «гравитационных волн». До сих пор эксперимен­тально гравитационные во­лны не обнаружены.

В ОТО были предсказаны так назы­ваемые нейтронные звезды, в которых из-за мощных гра­витационных взаимодействий атомы были «раздавле­ны», электроны «вдвинуты» в ядра и, соединяясь с положительно заряженными про­тонами, входящими в состав ядер, превращали их в нейтральные частицы-нейтроны (отсюда и название этих звезд).

Дальнейшее сжатие звезды может привести ее к «кол­лапсу» — катастрофическому уменьшению размеров и пре­вращению в так называемую «черную дыру».

Такое на­звание возникло потому, что вокруг «черной дыры» про­странство-время приобрели такие свойства, такую «кри­визну», что ни один сигнал не может покинуть такую звезду, она действительно становится невидимой — «чер­ной дырой» во Вселенной.

И все же «черную дыру» мож­но обнаружить по ее мощно­му влиянию на движение Других небесных тел.

Эмпирические доказательства ОТО:

Отклонение луча в поле тяготения предсказала ОТО.

Искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект, как писал Эйнштейн, можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения. В 1919 г.

научные экспедиции Лондонского Королевского общества, направленные для изучения солнечного затмения подтвердили правильность этого утверждения.

(Эйнштейн писал Планку: «Судьба оказала мне милость, позволив дожить до этого дня».)



Источник: https://infopedia.su/2xd8e.html

Гравитация — новое объяснение физического смысла

Гравитация и инерция. Принципы эквивалентности

В этой статье мы впервые увидим гравитацию и массу в новой необычной концепции релятивистской или скоростной теории мультивселенной.

Простое и логичное описание гравитации и массы покажет нам, как можно объединить квантовую механику с гравитационным взаимодействие и одновременно, объяснить проблему темной материи, и темной энергии, не нарушая при этом главные принципы теории относительности.

В чем сложность с обьяснением действия гравитации ?

В современной физике существует два вида проблем:

— Первый вид это проблемы теоретического характера, когда общепринятая и доминирующая модель не может объяснить наблюдаемое в реальной жизни явление или результат эксперимента.

— Второй вид это экспериментальные проблемы, когда есть теория, но нет возможности по созданию эксперимента который подтвердит или опровергнет предполагаемое явление.

Так уж случилось, что описание массы и гравитации столкнулось сразу с двумя видами проблем.

Во первых, несмотря на титанические и многолетние усилия нет полной теории квантовой гравитации, способной сформулировать описание гравитационного взаимодействия на квантовом уровне. Без такой теории нет никакой возможности объединить квантовую механику и общую теорию относительности.

Во вторых, альтернативные теории, такие как теория струн или теория петлевой квантовой гравитации, не смотря на некоторые успехи в теоретическом объединении всех четырех фундаментальных взаимодействий, сталкиваются с невозможностью подтвердить предполагаемые явления в ходе эксперимента. Добавте к этому отсутствие долгожданного открытия гравитона (предполагаемого переносчика гравитации) и глубина проблемы станет совершенно очевидной.

Но там где стандартная модель и квантовая физика упираются в проблему и видят сложности, новая скоростная теория (релятивистская теория мультивселенной) находит простое обьяснение.

Давайте опишем новую концепцию массы и гравитации в виде нескольких коротких тезисов.

Релятивистский мир мультивселенной

Что-бы объяснить что такое масса, нужно еще раз напомнить себе, что в концепции скоростной (или релятивистской) теории мультивселенной мы живем в трехмерном пространстве, которое ограничено не геометрией а скорость (количеством движения). Это значить, что скорость света в вакууме (300.

000 км сек) это не предельная скорость взаимодействия в физической реальности, а максимально возможная скорость в нашем конкретном трехмерном пространстве — скоростная граница нашего маленького трехмерного мира.

Если мы превысим эту скорость, мы выйдем за границу нашей вселенной и трехмерная геометрия, и время перестанут на нас действовать, мы окажемся в другой вселенной, другом скоростном диапазоне, или другом фрагменте огромной физической реальности.

Мультиверсум наполнен пространствами-мирами обьединенными скоростью, как общей для всех вселенных физической величиной. Для понимания скоростной теории очень важно отойти от стереотипа геометрического мышления. Мир мультивселенной не наполнен пузырями обособленных миров — пространств (как рисуют на иллюстрациях).

Это конструкция где для переходя из одной вселенной в другую нужно изменить скорость материи (количество движения) а не лететь ку-да-то конкретно. Линейные размеры, время и даже сама гравитация в новой релятивистской теории мультивселенной зависят только от скорости (количества движения).

Давайте вернемся к элементарной частице в рамках скоростной теории и ответим на главный вопрос — Что такое масса?

В рамках озвученной выше, релятивистской (скоростной) модели пространства у каждой элементарной частицы есть осевое вращение которое определяет ее скорость (как количество движения).

Чем скорость этого вращения ниже скорости света в вакууме, тем масса этой частицы больше.

Так как границей пространства является скорость света в вакууме, для вхождения в зону нашего пространства частице необходимо торможение (инерция), которая требует энергетических затрат конвертирующихся в изменение скорости вращения.

Масса частицы это инерция торможения скорости вращения. Фактически мы говорим что показатель массы это как раз и есть значение скорости вращения частицы.

Иными словами, мы постулируем не просто равенство инертной и гравитационной массы, мы говорим о том что есть только инерция, а принцип эквивалентности Эйнштейна это по сути описание одного и тогоже явления — инерции котороя представлена в двух векторах количества движения.

Первый вектор линейный, частица движется вперед (или по орбите) и это общепринятое определение инерции, а второй вектор это движение частицы вокруг своей оси и именно это движение дает инерцию в формулировке тяжелой массы.

Для критиков напомню, что в скоростной теории нет строго запрета на преодоление скорости света (вместо этого есть понятие скоростной границы пространства), а значить нет ограничения связанного с предполагаемой сверхсветовой поперечной скоростью движения оболочки частицы при осевом вращении. В новой скоростной теории спин можна обьяснить в рамках релятивистской механики именно как угловой момент связанный с движением. Что обьясняет почему спин порождает магнитный момент и в чем физический смысл гиромагнитного отношения.

Инерция и масса это одно и тоже явление.

Упомянутый принцип эквивалентности это по сути объяснение одного и того-же явления инерции движения которое фиксируется в двух вариантах: движение вперед и движение вокруг своей оси.

Другими словами мы имеем два вектора — линейный о котором мы давно знаем и внутренний который является моментом вращения, и известен нам как спин частицы. Про спин в стандартной модели мы не могли говорить как о количестве движения, из-за ограничения скорости света, но в скоростной теории это ограничение превращается в локальную черту, а не в тупик.

В мире есть только одна масса — инертная.

В природе есть только одна инертная масса и нет тяжелой по той причине что все наше пространство-вселенная это скоростной диапазон, и чтобы какая-либо частица существовала в этом диапазоне она должна иметь скорость и количество движения. Это обясняет почему сохраняется ненулевой момент количества движения в низшем энергетическом состоянии.

Такая модель не просто упрощает принцип эквивалентности, а расширяет его на само понятие гравитации как фундаментального взаимодействия.

Что такое гравитация?

Инерция или замедляющее действие одной частицы на другую и есть эффект гравитации. Для детализации физики этого процесса давайте еще раз вспомним про спин.

Мы помним что спин, это осевое вращение и часть внешней оболочки любой элементарной частицы нашего пространства выходит за его границу (скорость 300.

000 км сек), а значить частицы могут непосредственно контактировать друг с другом на скоростной границе пространства. Так-же мы помним, что спин (осевое вращение частицы) имеет флуктуации или колебания скорости.

Гравитация — это инерция вращения частицы, порождаемая контактом внешних оболочек и колебаниями (флуктуациями) скорости спина.

При этом инерция появляется именно в результате квантовых флуктуаций спина, которые в физическом смысле представляют из себя микроколебания скорости вращения. Более медленная частица тормозит быструю в разных фазах колебаний скорости, при этом нет никаких переносчиков этого взаимодействия.

так как торможение как раз и осуществляется при помощи прямого контакта, а постояные несинхронные флуктуации (колебания скорости) приводят к тому что частицы постоянно тормозят друг друга, все время меняясь ролями.

Тут вы спросите а как же действие на расстоянии и здесь нужно вспомнить про оболочки которые были проблемой в трактовании спина как вращения, теперь они нам помагают, так как способны фрагментарно находится за скоростью 300000 км в сек и там (за границей нашего пространства взаимодействовать непосредственно контактируя (там ведь нет наших растояний).

Это обьясняет почему гравитация сравнительно слабее (чем остальные три взаимодействия). Гравитация единственное взаимодействие которое полность проходит на границе и за пределом нашего скоростного диапазона (за границей нашего пространства), хотя и оказывает действие на материю нашей вселенной.

Почему обьекты ощущающие гравитацию притягиваются друг к другу?

Опять нужно вспомнить про инерцию которая при торможении порождает центростремительную силу, вектор которой всегда направлен к центру частица. При этом инерция или торможение оболочек частиц сопряженное с гравитационным сжатием, будет приводить к выделению энергии которую теряет система сжимающейся группы частиц материи.

То что гравитация это по сути прямой инерционный контакт движущихся обьектов. обясняет физический смысл высвобождения энергии при гравитационном сжатии.

Почему гравитация действует постоянно и не приводит к выравниванию скорости вращения частиц со временем?

Вспомним про границу нашего пространства — вселенной, коей является скорость 300000 км. сек. Для преодоления этой скорости и вхождения в наше пространство (торможение), нужно затратить энергию, которая будет удерживаться до тех пор, пока частица не вернется к сверсветовой скорости. Это следствие закона (или принципа) сохранения энергии.

Значит вся масса и материя нашей трехмерной вселенной, это следствие торможения относительно скорости света в вакууме(скоростной границы нашего пространства).

По этой причине чем глубже (в скоростном определении) частица вошла в нашу вселенную (наш скоростной диапазон), тем больше ее масса которая по сути тождественна значению скорости вращения или спину и прямо пропорционална той энергии которая изначально была для этого затрачена.

Что такое темная материя?

Фактически это та-же гравитация (инерция) но частицы или материя которые ее создают имеют скорость вращения (средний показатель колебаний или флуктуации скорости) немного выше чем средняя скорость наблюдаемой или обычной видимой материи нашей вселенной.

Что такое темная энергия?

По сути своей, это такая-же материя как описанная выше темная материя, но ее скорость вращения еще выше и благодаря этому она не способна работать в нижней фазе колебаний скорости или к действию замедления (инерции), а может работать только в верхней фазе разгоняя видимую материю что естественно приводит к отталкиванию (по сути антигравитации). По скольку такой вид взаимодействия отсоит еще дальше за скоростной границей нашего пространства чем обычная гравитация, то ее действие порциально намного слабей чем действие гравитации, но со временем будет только наростать, так как во первых это фактически не расходование, а наоборот возврат энергии потраченной в момент большого взрыва, или вхождения материи в зону нашего скоростного уровня (нашей вселенной), а во вторых взаимодействие работающее вне зависимости от расстояния.

Вместо заключения

Все что вы видите, чувствуете и чем являетесь сами, находится в этой вселеннной только благодаря определенной скорости вращения составляющих эту материю частиц.

Наш мир это царство движения, а время, расстояния и даже гравитация только производные…

Описанная в этой статье концепция гравитации является частью доктрины Синтропизма.

Больше о Синтропизме — https://www.syntropism.com/

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5d7c774443fdc000c3a7d49e/5e32635983d5d52c75a05022

Booksm
Добавить комментарий