Природа гравитации

В природе нет случаев, чтобы в результате имеющегося поля появилось вещество, например, неведомым способом создано гравитационное поле, а в результате появилась планет. Но обратных случаев сколько угодно. Есть планета, и вокруг нее тут же создается поле тяготения.

В соответствии с учением Декарта нет пустого пространства, не заполненного материей, равные объемы содержат одинаковое количество материи. Декарт разработал представление о вихрях эфира, движущих планеты. Он осуждает Галилея за то, что, по мнению того, тела падают в пустоте: «все, что он (Галилей) говорит о скорости тел, падающих в пустоте, не имеет основания; он должен был бы предварительно определить, что такое тяжесть, и если бы его определение было верно, то он знал бы, что ее нет в пустоте». Декарт прав: в абсолютной пустоте нет среды и потому нет никакой связи между телом, окруженным пустотой, и Землей.

М.В.Ломоносов полагал, что на самом деле происходит не «притягивание», а «подталкивание» тел друг к другу частицами эфира.

В XVI и XVII вв. в Европе возродились доказательства взаимного тяготения тел. Основатель теоретической астрономии И.Кеплер, анализируя многолетние результаты наблюдений датского астронома Тихо Браге, вывел свои знаменитые три закона небесной механики, но физическое обоснование планетных движений у него совершенно отсутствует.

Ньютон задался целью найти единый закон, из которого вытекали бы все кеплеровские законы небесной механики [1]. Однако, попытки Ньютона выяснить физическую причину существования тяготения окончились неудачей. Со времен Ньютона физика разделилась на две противоборствующие школы – картезианцев и ньютонианцев. Картезианцы предполагали обязательное наличие мировой среды – переносчика взаимодействий, ньютонианцы ее отрицали. Картезианцы всюду искали физический механизм явлений, они во многом ошибались в конкретных построениях, но твердо знали, что такой механизм есть у любого явления. Ньютонианцы же предполагали наличие у материальных объектов некоторых врожденных свойств, которые достаточно описать как некоторую феноменологию. Картезианцы допускали взаимодействие тел только при прямом соприкосновении, ньютонианцы допускали «actio in distance» – действие на расстоянии без какого бы то ни было промежуточного агента.

На протяжении многих лет физики исследовали проблему эквивалентности инертной и гравитационной масс. Смысл проблемы заключался в том, что было неясно, получают ли все тела в однородном гравитационном поле одно и то же ускорение или нет, что рассматривалось как проблема однородности тяготения и ускорения тел. Разница в тяготении и инерции могла быть обусловлена также и тем, что вес тел создавался весомой материей, в то время как инерционные силы создавались всей материей, ограниченной объемом тела (по Декарту). В эксперименте надо было использовать тела с различным удельным весом и так, чтобы проявлялись одновременно и гравитационные, и инерционные силы.

Постановка проблемы, по-видимому, принадлежит Галилею, который предложил использовать для этой цели маятник. Ньютон произвел точные опыты с качанием маятников из разных веществ, что в принципе позволяло определить разницу между инерционной и тяготеющей массами. Дело в том, что в качании маятника участвовали силы инерции и тяготения одновременно. Беря вещества различной плотности (у Ньютона – золото и дерево) и помещая их в одинаковые кадочки в центре масс, Ньютон установил с высокой точностью их эквивалентность. Позднее, в 1828 г., Бессель по такому способу исследовал золото, серебро, свинец, железо и ряд других материалов, включая вещество метеоритов, и не мог заметить никаких отклонений от пропорциональности инертной и тяжелой массы. Эта точность была повышена в опытах Этвеша с крутильными весами. С высочайшей точностью было доказано, что инерционная масса, проявляющаяся в ускоренных движениях, и гравитационная масса для веществ любого химического состава совершенно эквивалентны. Из этого впоследствии Эйнштейном был сделан вывод об одинаковой природе сил инерции, возникающих при ускоренном движении тел, и сил тяготения, что, безусловно, неверно, хотя и общепринято. С таким же успехом можно говорить об одинаковой физической природе силы тяготения и силы пружины, удерживающей груз на том основании, что они производят подобные по результатам действия, хотя и в противоположном направлении.

В теории тяготения Ньютона система, находящаяся в однородном поле тяготения, совершенно эквивалентна в механическом отношении равномерно ускоренной системе отсчета. Это обстоятельство, известное более двух веков, и послужило впоследствии исходной точкой для Эйнштейна при обобщении частной теории относительности на случай ускоренных движений. Гравитационное поле можно «создать», если сообщить ускоренное движение системе отсчета и, наоборот, «уничтожить», если оно имеется, другим преобразованием.

Из Общей теории относительности вытекает возможность существования так называемых гравитационных волн – поперечных волн, излучаемых ускоренно движущимися массами (двойными звездами) и распространяющимися со скоростью света [8]. Для их обнаружения в США Дж.Вебером и в России В.Б.Брагинским были созданы специальные детекторы в виде цилиндрических алюминиевых болванок массой 1, 5 т с датчиками, способными улавливать колебания цилиндров при поступлении гравитационных волн, если, конечно, эти волны в пространстве распространяются со скоростью света, а не с большей скоростью. Эти волны обнаружены не были…

Численное значение постоянной тяготения G было определено впервые английским физиком Г.Кавендишем (1798), измерившим в лаборатории силы притяжения между двумя свинцовыми шарами – маленьким и большим. Вернон Бойс около 1900 г. тщательно измерил притяжение золотого шара другим, свинцовым, и нашел современное значение коэффициента ньютоновского притяжения, а также уточнил среднюю плотность Земли 5, 52 [4, с. 22].

Окончательный триумф Закона всемирного тяготения произошел тогда, когда А.Клеро в 1768 г. на основании расчетов в соответствии с этим законом предсказал день появления на небосводе кометы Галлея – 12 марта 1759 года [5, с. 257]. Появление кометы точно в указанный день явилось блестящим подтверждением механики Ньютона.Однако сомнения в абсолютной справедливости Закона всемирного тяготения были связаны еще и со скоростью распространения гравитационного взаимодействия. Из статических формул Закона вытекает, что эта скорость бесконечно велика.

Однако в ХХ столетии вновь возник вопрос о полноте Закона всемирного тяготения Ньютона. Это было связано с двумя обстоятельствами. В 1797 г. в «Изложении системы мира» французский ученый Пьер Симон Лаплас показал, что, из расчетов векового ускорения Луны, следует, что скорость распространения гравитации не менее, чем в 50 млн раз выше скорости света [6]. Эти расчеты никем не были опровергнуты. Не опровергнуты они и сегодня. В 1895-1896 гг. Г. Зелигером был сформулирован известный гравитационный парадокс, он показал, что если следовать Закону всемирного тяготения Ньютона, то интенсивность гравитационного поля оказывается бесконечной в любой точке пространства. Для устранения трудности Зелигер предложил изложить закон Ньютона в виде

Как известно, гравитационные взаимодействия присущи любым телам, обладающим массой, и, следовательно, этот вид взаимодействия носит наиболее общий характер, сопровождая любые другие явления и взаимодействия, и поэтому гравитационные взаимодействия должны иметь в качестве физической основы не менее общий вид движения эфира. Таким наиболее общим видом движения эфира является диффузионное движение молекул эфира – амеров. При этом диффузионное движение существует и при отсутствии других видов движения – поступательного, вращательного или колебательного. Следовательно, можно предположить, что наиболее распространенное движение эфира – диффузионное – и является основой наиболее распространенного вида взаимодействий – гравитационного. Так как все тела состоят из протонов, а протон – это сжатый охлажденный газ, то все тела имеют температуру, более низкую, чем температура окружающего их свободного эфира. Только поле температурного градиента, так же как и гравитация, распространяется на расстояния весьма значительные. Если решить уравнение теплопроводности так, как это сделано в книге А.Н.Тихонова и А.А.Самарского «Уравнения математической физики» (М., Наука, 1966, с. 447-455), и вспомнить, что для всякого газа градиент давления пропорционален градиенту температуры, то можно вновь попытаться вывести закон всемирного тяготения [глава 10, страница 444 и далее].

Термодиффузия:

Появившийся член Ф(r, t), содержащий в своем составе интеграл Гаусса, равен 1 на относительно малых расстояниях, но резко убывает на больших, порядка десятков астрономических единиц расстояниях. Поэтому в пределах Солнечной системы закон Ньютона практически сохраняется, но орбита Плутона – последней планеты Солнечной системы, уже заметно отличается от рассчитываемых по закону Ньютона.

Приведенное выражение практически предполагает мгновенное распространение гравитации, что в принципе соответствует расчетам небесной механики.