Янчилин Василий Леонидович

Тайны гравитации. - М.: Новый Центр, 2004. - 240 с.

ISBN 5-89117-148-1

Аннотация

В книге представлен критический анализ основных положений и принципов общей теории относительности. Показано, что некоторые из этих принципов до сих пор нуждаются в экспериментальной проверке.

Предложен простой эксперимент, который, по мнению автора, мог бы опровергнуть общую теорию относительности.

В качестве альтернативы гравитационным волнам (которые, несмотря на все усилия, до сих пор не обнаружены) рассмотрена принципиально новая гипотеза о нелокальной природе гравитационного поля.

© В. Л. Янчилин, 2004

Предисловие к фрагментам из книги «Тайны гравитации»

Так получилось, что я совершенно не преднамеренно, занимаясь решением другой проблемы (построением гравитационной теории на основе принципа Маха, см. «Неопределённость, Гравитация, Космос»), обнаружил ряд явных противоречий между общей теорией относительности и квантовой механикой. Учитывая, что эти противоречия никогда ранее не обсуждались в научной литературе, решил написать об этом книгу «Тайны гравитации».

Суть нового подхода к гравитационному взаимодействию, основанному на квантовой механике, очень проста. Для того чтобы узнать, как влияет массивное тело на масштабы и часы, достаточно выяснить, как оно влияет на свойства самого простого атома – атома водорода, размер которого определяется формулой Бора:

Здесь e – заряд электрона, m – его масса, ħ – постоянная Планка. Формула написана в системе СГСЭ. Если теперь мы определим, как изменяются (или не изменяются) в гравитационном поле величины e, m, a, то по формуле Бора сможем определить, как изменяется в гравитационном поле постоянная Планка, и в результате узнаем, как влияет гравитация на ход физических процессов.

Найти изменение величин e, m, a в гравитационном поле нетрудно.

1. Исходя из закона сохранения электрического заряда, мы можем сделать вполне правдоподобный вывод, что величина заряда электрона вблизи массивного тела не изменяется.

2. Исходя из закона сохранения массы, мы можем сделать вывод, что масса покоя любого тела, в том числе и масса покоя электрона, должна уменьшаться вблизи массивного тела. Это так называемый дефект массы, равный гравитационной энергии связи, деленной на квадрат скорости света.

3. Исходя из закона Всемирного тяготения, мы в первом приближении сможем рассчитать, как вблизи массивного тела изменяется любой эталон длины и, следовательно, узнать, как изменяется размер атома водорода.

После всего этого мы найдем, как изменяется в гравитационном поле постоянная Планка.

Такой подход к гравитационному взаимодействию позволяет получить все известные релятивистские гравитационные эффекты. Кроме того, (и это самое главное!) он позволяет предсказать принципиально новый эффект, который противоречит общей теории относительности. Более того, уже в настоящее время можно провести относительно простой эксперимент, который позволит однозначно определить, какая из двух теорий гравитации (общая теория относительности или новая теория, основанная на уравнениях квантовой механики) является правильной.

Ниже представлены фрагменты из книги «Тайны гравитации» (аннотация, оглавление, введение, главы 3-6), прочитав которые читатель сможет ознакомиться с новым подходом к гравитационному взаимодействию.

Оглавление книги «Тайны гравитации»

Введение

Глава 1. Как Эйнштейн создавал общую теорию относительности

1.1 Специальная теория  относительности

1.2 Принцип эквивалентности

1.3 Замедление времени

1.4 Гравитационное смещение спектральных линий

1.5 Изменение скорости света и искривление световых лучей в гравитационном поле

1.6 Локально инерциальная система отсчёта

1.7 Квадрат интервала и геодезическая линия

1.8 Уравнения Эйнштейна для гравитационного поля

1.9 Расстояния и время в гравитационном поле

1.10 Логическая структура общей теории относительности

Глава 2. Гравитация и эксперимент

2.1 Равенство инертной и гравитационной масс

2.2 Что такое мировое время?

2.3 Красное смещение с точки зрения общей теории относительности

2.4 Эксперимент Паунда-Ребки

2.5 Отклонение световых лучей, проходящих вблизи Солнца

2.6 Задержка радиосигнала, проходящего вблизи Солнца

2.7 Движение перигелия Меркурия

Глава 3. Атом против общей теории относительности

3.1 Дефект массы в гравитационном поле

3.2 Что происходит с атомом в гравитационном поле?

3.3 Основы атомной теории гравитации

3.4 Как изменится метр в гравитационном поле?

3.5 Как изменится постоянная Планка в гравитационном поле?

3.6 Как изменится секунда в гравитационном поле?

3.7 О скорости времени в гравитационном поле

Глава 4. О противоречивости двух интерпретаций красного смещения

4.1 Две интерпретации красного смещения

4.2 Интерпретация красного смещения в рамках общей теории относительности

4.3 О дискуссии вокруг красного смещения на страницах журнала “Доклады Академии наук”

4.4 Гравитационное смещение спектральных линий – это следствие закона сохранения энергии

4.5 Изменяются или нет энергия и частота фотона, когда он вылетает из гравитационного поля?

Глава 5. Ошибки Эйнштейна при построении общей теории относительности

5.1 Первая ошибка Эйнштейна: принцип эквивалентности и замедление времени

5.2 Вторая ошибка Эйнштейна: связь между красным смещением и замедлением времени

5.3 Третья ошибка Эйнштейна: уменьшение скорости света в гравитационном поле

5.4 Четвёртая ошибка: неправильная интерпретация интервала

5.5 Пятая ошибка: неправильное вычисление скорости света

5.6 Об измерении скорости света в гравитационном поле

5.7 Замедление времени в гравитационном поле – это миф

5.8 Как следует проверять общую теорию относительности?

5.9 Доказательство ошибочности общей теории относительности

Глава 6. Атомная теория гравитации

6.1 Суть атомной теории гравитации

6.2 Чему равна потенциальная энергия?

6.3 Как “падает” в гравитационном поле свет?

6.4 Реабилитация ньютоновской теории гравитации

6.5 Распространение электромагнитных волн

6.6 “Задержка” радарного сигнала

6.7 Эксперимент, который опровергнет общую теорию относительности, а заодно и теорию струн

6.8 А были ли часы в экспериментах с часами?

6.9 Что такое частота одного фотона?

6.10 Правильная интерпретация красного смещения

6.11 Что является инвариантом гравитационного поля?

Глава 7. Чёрные дыры

7.1 Что такое чёрная дыра согласно ньютоновской теории гравитации?

7.2 Что такое чёрная дыра согласно общей теории относительности?

7.3 Первоначальное отношение физиков к чёрным дырам

7.4 Почему астрономы и даже некоторые физики поверили в существование чёрных дыр?

7.5 Поиски чёрных дыр

7.6 Чёрные дыры в средствах массовой информации

7.7 Является ли наша Вселенная чёрной дырой и чему равен её гравитационный возраст?

Глава 8. Принцип Маха

8.1 Абсолютное движение

8.2 Суть принципа Маха

8.3 Неправильное понимание Эйнштейном принципа Маха

8.4 Принцип Маха не имеет никакого отношения к общей теории относительности

Глава 9. С какой скоростью распространяется гравитация?

9.1 Гравитационные волны

9.2 Могут ли гравитационные волны распространяться не со скоростью света?

9.3 Гипотеза о нелокальной природе гравитационного поля

9.4 Отличие гравитационного поля от электромагнитного

9.5 Принцип относительности может оказаться неверным

9.6 Что такое эфир?

9.7 Как проверить новую гипотезу?

Заключение

Список литературы

Введение

В 2001 году в журнале “Доклады Академии Наук” была опубликована статья, название которой говорит само за себя: “О противоречивости экспериментов, подтверждающих некоторые выводы общей теории относительности” [75]. Её автор В. Окороков рассмотрел с различных точек зрения такое, хорошо известное, явление, как красное гравитационное смещение спектральных линий.

На первый взгляд может показаться, что красное смещение – это один из наиболее простых эффектов, предсказанный общей теорией относительности. Фотоны, вылетая из гравитационного поля, тратят свою энергию на преодоление гравитационного притяжения и в результате краснеют. Например, фотон с энергией Е движется вверх в поле тяжести Земли g. Если он поднимется на высоту Н, то его энергия уменьшится на величину: . А так как частота фотона ω пропорциональна его энергии, то, следовательно, частота фотона понизится в той же самой пропорции, что и его энергия: . Именно такой гравитационный сдвиг частоты фотона и был установлен в ставшем уже классическим эксперименте Паунда и Ребки. И вроде бы здесь всё просто.

Но, с другой стороны, с точки зрения общей теории относительности время в гравитационном поле замедляется. Например, атомные часы, находящиеся на земной поверхности, должны идти медленнее на относительную величину , чем точно такие же часы, расположенные на высоте Н. Скорость хода атомных часов определяется частотой фотонов, испускаемых при определённом атомном переходе. И поэтому понижение скорости хода атомных часов означает понижение частоты фотонов, испускаемых атомом. Получается, что частота фотона, испускаемого атомом внизу, уже в момент испускания ниже, чем частота фотона, испускаемого точно таким же атомом, находящимся на высоте Н, на относительную величину . И, кроме того, пока фотон движется вверх на высоту Н его частота также понижается на относительную величину . В результате величина красного смещения должна равняться . Но ведь экспериментально установлено, что величина красного смещения равна !

Что-то здесь не так. Получается, что не могут существовать одновременно оба эффекта: замедление времени в гравитационном поле и понижение частоты фотона, когда он вылетает из гравитационного поля. То есть, должно выполняться одно из двух: либо время не замедляется в гравитационном поле, либо частота фотона не понижается, когда он вылетает из гравитационного поля. Потому что если бы существовали два описанных выше эффекта, то тогда красное смещение было бы ровно в два раза больше экспериментально установленного значения.

Вот что пишет автор статьи по поводу возникшей практически на “пустом месте” парадоксальной ситуации [75]:

Многочисленные обсуждения автора в течение довольно длительного времени, к сожалению, не привели к мало-мальски вразумительному научному прояснению парадоксальности ситуации. Поэтому автор счёл необходимым этим сообщением привлечь внимание научной общественности к данному вопросу.

Разрешить сложившуюся парадоксальную ситуацию, конечно же, можно. Но прежде необходимо ответить на простой вопрос: что происходит с атомом в гравитационном поле?

То, что с атомом произойдут определённые изменения – это, можно сказать, очевидно. Хотя бы потому, что с точки зрения общей теории относительности частота излучения атома изменяется в гравитационном поле, то есть изменяется энергия фотона, испускаемого при определённом атомном переходе. И, следовательно, энергетические уровни в атоме каким-то образом сдвигаются.

Например, мы взяли атом водорода и подняли его на 1 метр над земной поверхностью. Что в этом случае произойдёт с энергетическими уровнями в атоме? Как изменится среднее расстояние между электроном и ядром в основном состоянии атома? Как изменится частота фотона, испускаемого атомом при определённом атомном переходе? Как изменится момент импульса электрона? А если изменится момент импульса электрона, то ведь это будет означать, что и величина постоянной Планка также изменится!

Все приведённые выше вопросы – это очень важные вопросы, без ответа на которые невозможно понять такое явление, как гравитация. Прошло уже почти сто лет с момента создания общей теории относительности и квантовой механики, однако, как это ни удивительно, до сих пор никто не пытался ответить на эти вопросы. Вопрос о том, как изменяются свойства атома в гравитационном поле, по-видимому, даже не обсуждается в научной литературе. Поэтому одна из главных задач данной книги – восполнить этот пробел.

Список литературы

1. Эйнштейн А. “К электродинамике движущихся тел” (Собрание научных трудов, том 1, Москва, Наука, 1965)

2. Эйнштейн А. “Зависит ли инерция тела от содержащейся в нём энергии?” (там же)

3. Эйнштейн А. “О принципе относительности и его следствиях”, раздел “Принцип относительности и тяготение” (там же)

4. Эйнштейн А. “О влиянии силы тяжести на распространение света” (там же)

5. Эйнштейн А. “Существует ли гравитационное воздействие, аналогичное электродинамической индукции?” (там же)

6. Эйнштейн А. “Приближённое интегрирование уравнений гравитационного поля” (там же)

7. Эйнштейн А. “Физические основы теории тяготения” (там же)

8. Эйнштейн А. “К современному состоянию проблемы тяготения” § 9 “Об относительности инерции” (там же)

9. Эйнштейн А. “К теории гравитации” (там же)

10. Эйнштейн А. “Формальные основы общей теории относительности” § 1 “Вводные соображения” (там же)

11. Эйнштейн А. “К проблеме относительности” (там же)

12. Эйнштейн А. “Теория относительности” (там же)

13. Эйнштейн А. “Основы общей теории относительности” (там же)

14. Эйнштейн А. “О специальной и общей теории относительности (общедоступное изложение)” (там же)

15. Эйнштейн А. “Вопросы космологии и общая теория относительности” (там же)

16. Эйнштейн А. “Принципиальное содержание общей теории относительности” (там же)

17. Эйнштейн А. “Сущность теории относительности” (Собрание научных трудов, том 2, Москва, Наука, 1966)

18. Эйнштейн А. “О теории относительности” (там же)

19. Эйнштейн А. “Основные идеи и проблемы теории относительности” (там же)

20. Эйнштейн А. “Об эфире” (там же)

21. Эйнштейн А. “О стационарных системах, состоящих из многих гравитирующих частиц и обладающих сферической симметрией” (там же)

22. Эйнштейн А. “Замечание о квантовой теории” (Собрание научных трудов, том 3, Москва, Наука, 1966)

23. Эйнштейн А. “Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?” (там же)

24. Эйнштейн А. “Эволюция физики” (Собрание научных трудов, том 4, Москва, Наука, 1967)

25. Эйнштейн А. “Автобиографические заметки” (там же)

26. Ньютон И. “Математические начала натуральной философии”, Москва: Наука, 1989

27. Soldner J. “Annalen der Physik” vol.65, p.593 (1921)

28. Ландау Л., Лифшиц Е. “Механика”, Москва: Наука, 1988

29. Ландау Л., Лифшиц Е. “Теория поля”, Москва: Наука, 1988

30. Ландау Л., Лифшиц Е. “Квантовая механика”, Москва: Наука, 1989

31. Киттель Ч., Найт В., Рудерман М. “Берклеевский курс физики” том 1, Механика. Москва: Наука, 1983

32. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. “Фейнмановские лекции по физике”, Москва: Мир, 1977

33. Фейнман Р. “КЭД - странная теория света и вещества”, Москва: Наука, 1988, с.26,27

34. Фейнман Р., Мориниго Ф., Вагнер У. “Фейнмановские лекции по гравитации”, Москва: Янус-К, 2000

35. Фок В. “Теория пространства, времени и тяготения”, Москва: Гостехиздат, 1955

36. Фок В. “Замечания к автобиографии Эйнштейна” (в сборнике “Эйнштейн и современная физика”, Москва: Гостехиздат, 1956)

37. Паули В. “Теория относительности”, Москва: Наука, 1983

38. Вейнберг С. “Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности”, Волгоград: Платон, 2000

39. Уилл К. “Теория и эксперимент в гравитационной физике”, Москва: Энергоатомиздат, 1985

40. сборник “Чёрные дыры: Мембранный подход”, Москва: Мир, 1988

41. “Физическая Энциклопедия” в 5-и томах, Москва, 1988-1998

42. Дикке Р. “Гравитация и Вселенная”, Москва: Мир, 1972

43. Дикке Р. “Об экспериментальном базисе общей теории относительности” (в сборнике “Гравитация и относительность” Москва: Мир, 1965)

44. Dicke R. Phys. Rev., vol.126, 1875 (1962)

45. Brans C. Phys. Rev., vol.125, 2194 (1962)

46. Борн М. “Эйнштейновская теория относительности”, Москва: Мир, 1972

47. Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. “Гравитация” (в трёх томах), Москва: Мир, 1977

48. Сиама Д. “Физические принципы общей теории относительности”, Москва: Мир, 1971

49. Зельдович Я., Новиков И. “Общая теория относительности и астрофизика” (Эйнштейновский сборник - 1966, Москва: Наука, 1966)

50. Зельдович Я., Новиков И. “Релятивистская астрофизика”, Москва: Наука, 1967

51. Зельдович Я., Новиков И. “Строение и эволюция Вселенной”, Москва: Наука, 1975

52. Зельдович Я., Новиков И. “Теория тяготения и эволюция звёзд”, Москва: Наука, 1971

53. Гинзбург В. “Экспериментальная проверка общей теории относительности” (в сборнике “Эйнштейн и современная физика”, Москва: Гостехиздат, 1956, с.107)

54. Гинзбург В. “О теории относительности”, Москва: Наука, 1979

55. Пайс А. “Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна”, Москва: Наука, 1989

56. Kretschmann E. “Annalen der Physik”, vol.53, p.575 (1917)

57. Шварцшильд К. “О гравитационном поле точечной массы в эйнштейновской теории” (в сборнике “Альберт Эйнштейн и теория гравитации” Москва: Мир, 1979)

58. Дайсон Ф., Эддингтон А., Дэвидсон К. “Определение отклонения луча света в гравитационном поле Солнца по данным наблюдений, прове-дённых во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г.” (там же)

59. Оппенгеймер Ю., Снайдер Г. “О безграничном гравитационном сжатии” (там же)

60. Хокинг С. “Рождение частиц на чёрных дырах” (там же)

61. Хокинг С. “Краткая история времени: От большого взрыва до чёрных дыр”, Санкт-Петербург: Амфора, 2001

62. Брагинский В., Полнарёв А. “Удивительная гравитация (или как измеряют кривизну мира)”, Москва: Наука, 1985

63. Shapiro I. Phys. Rev. Lett. vol.13, p.789 (1964)

64. Шапиро И. “Экспериментальная проверка общей теории относительности” (в сборнике “Астрофизика, кванты и теория относительности” Москва, Мир, 1982)

65. Мёллер К. “Успехи и ограниченность эйнштейновской теории относительности и гравитации” (там же)

66. Бонди Г. “Необходима ли “общая относительность” для эйнштейновской теории гравитации?” (там же)

67. Реками Э. “Теория относительности и её обобщения” (там же)

68. Pound R., Rebka G. Phys. Rev. Lett. vol.4, p.337 (1960); vol.4, p.275 (1960); vol.3, p.439 (1959)

69. Pound R., Snider J. Phys. Rev. B vol.140, p.788 (1965); Phys. Lett. vol.13, p.539 (1964)

70. Паунд Р. “Успехи физически наук” т.72 с.673 (1960)

71. Черепащук А. “Поиски чёрных дыр: новейшие данные”, “Успехи физически наук” т.171, № 8, с.864 (2001)

72. Черепащук А., Чернин А. “Вселенная, жизнь, чёрные дыры”, Фрязино: Век 2, 2003

73. Одуан К., Гино Б. “Измерение времени. Основы GPS”, Москва: Техносфера, 2002

74. Грин Б. “Элегантная Вселенная”, Москва: Эдиториал УРСС, 2004

75. Окороков В.  “О противоречивости экспериментов, подтверждающих некоторые выводы общей теории относительности”, Доклады Академии Наук (Физика) т.378, № 5, с.617-619 (2001)

76. Окунь Л., Селиванов К. “О не противоречивости экспериментов подтверждающих общую теорию относительности”, “Доклады Академии Наук” (Физика) т. 384, № 6, с.768 (2002)

77. Окунь Л., Селиванов К., Телегди В. “Гравитация, фотоны, часы”, “Успехи физически наук” т.169, № 10, с.1141-1147 (1999)

78. Okun L., Selivanov K., Telegdi V. Amer. J. Phys. vol.68, p.115-119 (2000)

79. Okun L. “Photons and static gravity”, Modern Physics Letters A, vol. 15, No. 31, p.1941-1947 (2000)

80. Okun L. “A Thought Experiment with Clocks in Static Gravity”, Modern Physics Letters A, vol. 15, No. 32, 2007-2009 (2000)

81. http://www.nature.ru/db/msg.html?mid=1168205&uri=index.html

82. Аллей Ч., Катлер Л., Рейссе Р. и др. “Измерение при помощи атомных часов общерелятивистских разностей времени при авиаполётах путём прямых сверок времени, а также телеметрических сверок, проводимых посредством лазерных импульсов” (в сборнике “Альберт Эйнштейн и теория гравитации”, Москва: Мир, 1979)

83. Haefele J., Keating R. “Around-the-world atomic clocks: Predicted relativistic time gains” Science, vol.177, p.166-168 (1972)

84. Vessot R., Levine M. “A test of the equivalence principle using a space-borne clock” Gen. Rel. Grav. vol.10, p.181-204 (1979)

85. Briatore L., Leschiutta S. “Verifying the Gravitational Shift due to the Earth’s Rotation”, Lettere al Nuovo Cimento, vol.15, №6 (1976)

86. Briatore L., Leschiutta S. “Verifying the Gravitational Shift due to the Earth’s Rotation”, Lettere al Nuovo Cimento, vol.17, №9 (1976)

87. Briatore L., Leschiutta S. “Evidence for the Earth Gravitational Shift by Direct Atomic-Time-Scale Comparison”, IL Nuovo Cimento, vol.37, №2 (1977)

88. Уиттекер Э. “История теории эфира и электричества”, Москва-Ижевск: РХД, 2001

89. переписка Лейбница с Кларком (Лейбниц Г. В. “Сочинения в 4-х томах”, том 1, Москва: Мысль, 1982)

90. Беркли Д. “Трактат о принципах человеческого знания”, с. 222-227 (“Сочинения”, Москва: Мысль, 1978)

91. Беркли Д. “О движении, или о принципе и природе движения и о причине сообщения движений”, с. 376-384 (там же)

92. Лаплас П. “Изложение системы мира”, Ленинград: Наука, 1982

93. Мах Э. “Механика”, Ижевск: НИЦ РХД, 2000 (глава 2, § 6 “Взгляды Ньютона на время, пространство и движение)”

94. Зоммерфельд А. “Коротко об общей теории относительности и о возможности её проверки на опыте” (“Пути познания в физике”, Москва: Наука, 1973, с.76,77)

95. Дирак П. “Воспоминания о необычайной эпохе”, Москва: Наука, 1990

96. Гейзенберг В. “Физика и философия. Часть и целое”, Москва: Наука, 1989

97. Брюллюэн Л. “Новый взгляд на теорию относительности”, Москва: Мир, 1972

98. http://phys.web.ru/db/msg/1185080

99. Петров А. предисловие к книге Л. Брюллюэна “Новый взгляд на теорию относительности”, Москва: Мир, 1972

100. Менский М. “Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов”, “Успехи физических наук”, т.170, №6, с.634 (2000)

101. Гиббс У. “Совершенные часы”, “В мире науки”, 2003, №1, с.73

102. Янчилина Ф. “По ту сторону звёзд. Что начинается там, где заканчивается Вселенная?..”, Москва: Эдиториал УРСС, 2003

103. Yanchilin V. “Gravitation and Quantum Mechanics” (in English), Novosibirsk: Editorial-Publishing Center of Novosibirsk State University, 2000

104. Янчилин В. “Гравитация и квантовая механика”, Новосибирск: Редакционно-издательский центр Новосибирского Государственного Университета, 2001

105. Янчилин В. “Квантовая теория гравитации”, Москва: Эдиториал УРСС, 2002

106. Yanchilin V. “The Quantum Theory of Gravitation” (in English), Moscow: Editorial URSS, 2003

107. Янчилин В. “Неопределённость, Гравитация, Космос”, Москва: Эдиториал УРСС, 2003

108. Янчилин В. “Логика квантового мира и возникновение Жизни на Земле”, Москва: Новый Центр, 2004