Реферат на тему:
Гравита́ция (всеми́рное тяготе́ние, тяготе́ние) (от лат. gravitas — «тяжесть») — универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. В приближении малых скоростей и слабого гравитационного взаимодействия описывается теорией тяготения Ньютона, в общем случае описывается общей теорией относительности Эйнштейна. Гравитация является самым слабым из четырех типов фундаментальных взаимодействий. В квантовом пределе гравитационное взаимодействие должно описываться квантовой теорией гравитации, которая ещё полностью не разработана.
Закон всемирного тяготения.
В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m и M, разделёнными расстоянием R, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния — то есть:
Здесь G — гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725×10-11 м³/(кг·с²).
Закон всемирного тяготения — одно из приложений закона обратных квадратов, встречающегося также и при изучении излучений (см., например, Давление света), и являющегося прямым следствием квадратичного увеличения площади сферы при увеличении радиуса, что приводит к квадратичному же уменьшению вклада любой единичной площади в площадь всей сферы.
Гравитационное поле, так же как и поле силы 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 гравитационного поля влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии и при изучении движения тел в гравитационном поле часто существенно упрощает решение. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал зависит только от положения тела в данный момент времени.
Большие космические объекты — планеты, звезды и галактики имеют огромную массу и, следовательно, создают значительные гравитационные поля.
Гравитация — слабейшее взаимодействие. Однако, поскольку оно действует на любых расстояниях, и все массы положительны, это, тем не менее, очень важная сила во Вселенной. В частности, электромагнитное взаимодействие между телами на космических масштабах мало, поскольку полный электрический заряд этих тел равен нулю (вещество в целом электрически нейтрально).
Также гравитация, в отличие от других взаимодействий, универсальна в действии на всю материю и энергию. Не обнаружены объекты, у которых вообще отсутствовало бы гравитационное взаимодействие.
Из-за глобального характера гравитация ответственна и за такие крупномасштабные эффекты, как структура галактик, черные дыры и расширение Вселенной, и за элементарные астрономические явления — орбиты планет, и за простое притяжение к поверхности Земли и падения тел.
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математической теорией. Аристотель считал, что объекты с разной массой падают с разной скоростью. Только много позже Галилео Галилей экспериментально определил, что это не так — если сопротивление воздуха устраняется, все тела ускоряются одинаково. Закон всеобщего тяготения Исаака Ньютона (1687) хорошо описывал общее поведение гравитации. В 1915 году Альберт Эйнштейн создал Общую теорию относительности, более точно описывающую гравитацию в терминах геометрии пространства-времени.
Раздел механики, изучающий движение тел в пустом пространстве только под действием гравитации, называется небесной механикой.
Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух точечных или сферических тел в пустом пространстве. Эта задача в рамках классической механики 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 (то есть 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 точно 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 — сложная структура колец Сатурна.
Несмотря на попытки точно описать поведение системы из большого числа притягивающихся тел примерно одинаковой массы, сделать этого не удаётся из-за явления динамического хаоса.
В сильных гравитационных полях, а также при движении в гравитационном поле с релятивистскими скоростями, начинают проявляться эффекты общей теории относительности (ОТО):
Экспериментально измеренное уменьшение периода обращения двойного пульсара PSR B1913+16 (синие точки) с высокой точностью соответствует предсказаниям ОТО по гравитационному излучению (чёрная кривая).
Одним из важных предсказаний ОТО является гравитационное излучение, наличие которого до сих пор не подтверждено прямыми наблюдениями. Однако существуют весомые косвенные свидетельства в пользу его существования, а именно: потери энергии в тесных двойных системах, содержащих компактные гравитирующие объекты (такие как нейтронные звезды или чёрные дыры), в частности, в знаменитой системе PSR B1913+16 (пульсаре Халса — Тейлора) — хорошо согласуются с моделью ОТО, в которой эта энергия уносится именно гравитационным излучением.
Гравитационное излучение могут генерировать только системы с переменным квадрупольным или более высокими мультипольными моментами, этот факт говорит о том, что гравитационное излучение большинства природных источников направленное, что существенно усложняет его обнаружение. Мощность гравитационного n-польного источника пропорциональна (v / c)2n + 2, если мультиполь имеет электрический тип, и (v / c)2n + 4 — если мультиполь магнитного типа [1], где v — характерная скорость движения источников в излучающей системе, а c — скорость света. Таким образом, доминирующим моментом будет квадрупольный момент электрического типа, а мощность соответствующего излучения равна:
где Qij — тензор квадрупольного момента распределения масс излучающей системы. Константа (1/Вт) позволяет оценить порядок величины мощности излучения.
Начиная с 1969 года (эксперименты Вебера (англ.)), предпринимаются попытки прямого обнаружения гравитационного излучения. В США, Европе и Японии в настоящий момент существует несколько действующих наземных детекторов (LIGO, VIRGO, TAMA (англ.), 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»[2] республики Татарстан.
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 отсчета (или эффект Лензе-Тирринга) и гравитомагнитное поле. В 2005 году автоматический аппарат НАСА Gravity Probe B провёл беспрецедентный по точности эксперимент по измерению этих эффектов вблизи Земли, но его полные результаты пока не опубликованы. По состоянию на ноябрь 2009 года в результате сложной обработки данных эффект был обнаружен с погрешностью не более 14%.[3]. Работа продолжается.
В связи с тем, что квантовые эффекты гравитации чрезвычайно малы даже в самых экстремальных экспериментальных и наблюдательных условиях, до сих пор не существует их надёжных наблюдений. Теоретические оценки показывают, что в подавляющем большинстве случаев можно ограничиться классическим описанием гравитационного взаимодействия.
Существует современная каноническая[4] классическая теория гравитации — общая теория относительности, и множество уточняющих её гипотез и теорий различной степени разработанности, конкурирующих между собой. Все эти теории дают очень похожие предсказания в рамках того приближения, в котором в настоящее время осуществляются экспериментальные тесты. Далее описаны несколько основных, наиболее хорошо разработанных или известных теорий гравитации.
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 — 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 геометрические свойства 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 в связи с неинвариантностью энергии гравитационного поля, поскольку данная энергия не описывается тензором и может быть теоретически определена разными способами. В классической ОТО также возникает проблема описания спин-орбитального взаимодействия (так как спин протяжённого объекта также не имеет однозначного определения). Считается, что существуют определённые проблемы с однозначностью результатов и обоснованием непротиворечивости (проблема гравитационных сингулярностей).
Однако экспериментально ОТО подтверждается до самого последнего времени (2009 год). Кроме того, многие альтернативные эйнштейновскому, но стандартные для современной физики, подходы к формулировке теории гравитации приводят к результату, совпадающему с ОТО в низкоэнергетическом приближении, которое только и доступно сейчас экспериментальной проверке.
Теория Эйнштейна — Картана (ЭК) была разработана как расширение ОТО, внутренне включающее в себя описание воздействия на пространство-время кроме энергии-импульса также и спина объектов[5]. В теории ЭК вводится аффинное кручение, а вместо псевдоримановой геометрии для пространства-времени используется геометрия Римана — Картана. В результате от метрической теории переходят к аффинной теории пространства-времени. Результирующие уравнения для описания пространства-времени распадаются на два класса. Один из них аналогичен ОТО, с тем отличием, что в тензор кривизны включены компоненты с аффинным кручением. Второй класс уравнений задаёт связь тензора кручения и тензора спина материи и излучения. Получаемые поправки к ОТО в условиях современной Вселенной настолько малы, что пока не видно даже гипотетических путей для их измерения.
В скалярно-тензорных теориях, самой известной из которых является теория Бранса — Дикке (или Йордана — 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. 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 группам уравнений для компонент гравитационного поля: одна для метрики, вторая — для скалярного поля. Теория Бранса — Дикке вследствие наличия скалярного поля может рассматриваться также как действующая в пятимерном многообразии, состоящем из пространства-времени и скалярного поля[6].
Подобное распадение уравнений на два класса имеет место и в РТГ, где второе тензорное уравнение вводится для учёта связи между неевклидовым пространством и пространством Минковского[7]. Благодаря наличию безразмерного параметра в теории Йордана — Бранса — Дикке появляется возможность выбрать его так, чтобы результаты теории совпадали с результатами гравитационных экспериментов. При этом при стремлении параметра к бесконечности предсказания теории становятся всё более близкими к ОТО, так что опровергнуть теорию Йордана — Бранса — Дикке невозможно никаким экспериментом, подтверждающим общую теорию относительности.
Несмотря на более чем полувековую историю попыток, гравитация — единственное из фундаментальных взаимодействий, для которого пока ещё не построена общепризнанная непротиворечивая квантовая теория. При низких энергиях, в духе квантовой теории поля, гравитационное взаимодействие можно представить как обмен гравитонами — калибровочными бозонами со спином 2.
Однако в последнее время разработаны три перспективных подхода к решению задачи квантования гравитации: теория струн, петлевая квантовая гравитация и причинная динамическая триангуляция.
В ней вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны. Для многомерных задач браны являются многомерными частицами, но с точки зрения частиц, движущихся внутри этих бран, они являются пространственно-временными структурами. Вариантом теории струн является М-теория.
В ней делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону, пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Эти маленькие квантовые ячейки пространства определённым способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают пёструю, дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Хотя многие космологические модели могут описать поведение вселенной только от Планковского времени после Большого Взрыва, петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, и даже заглянуть раньше. Петлевая квантовая гравитация позволяет описать все частицы стандартной модели, не требуя для объяснения их масс введения бозона Хиггса.
В ней пространственно-временное многообразие строится из элементарных евклидовых симплексов (треугольник, тетраэдр, пентахор) размеров порядка планковских с учётом принципа причинности. Четырёхмерность и псевдоевклидовость пространства-времени в макроскопических масштабах в ней не постулируются, а являются следствием теории.
www.wreferat.baza-referat.ru
1. Введение.
Все весомые тела взаимно испытывают тяготение, эта сила обуславливает движение планет вокруг солнца и спутников вокруг планет. Теория гравитации — теория созданная Ньютоном, стояла у колыбели современной науки. Другая теория гравитации, разработанная Эйнштейном, является величайшим достижением теоретической физики 20 века. В течение столетий развития человечества люди наблюдали явление взаимного притяжения тел и измеряли его величину; они пытались поставить это явление себе на службу, превзойти его влияние, и, наконец, уже в самое последнее время рассчитывать его с чрезвычайной точностью во время первых шагов вглубь Вселенной.
Необозримая сложность окружающих нас тел обусловлена, прежде всего, такой многоступенчатой структурой, конечные элементы которой — элементарные частицы — обладают сравнительно небольшим числом видов взаимодействия. Но эти виды взаимодействия резко отличаются по своей силе. Частицы, образующие атомные ядра, связаны между собой самыми могучими из всех известных нам сил; для того чтобы отделить эти частицы друг от друга, необходимо затратить колоссальное количество энергии. Электроны в атоме связаны с ядром электромагнитными силами; достаточно сообщить им весьма скромную энергию, (как правило, достаточно энергии химической реакции) как электроны уже отделяются от ядра. Если говорить об элементарных частицах и атомах, то для них самым слабым взаимодействием является гравитационное взаимодействие.
При сопоставлении с взаимодействием элементарных частиц гравитационные силы настолько слабы, что это трудно себе представить. Тем не менее, они и только они полностью регулируют движение небесных тел. Это происходит потому, что тяготение сочетает в себе две особенности, из-за которых его действие усиливается, когда мы переходим к крупным телам. В отличие от атомного взаимодействия, силы гравитационного притяжения ощутимы и на больших удаленьях от созидающих их тел. Кроме того, гравитационные силы — это всегда силы притяжения, то есть, тела всегда притягиваются друг к другу.
Развитие теории гравитации произошло в самом начале становления современной науки на примере взаимодействия небесных тел. Задачу облегчило то, что небесные тела движутся в вакууме мирового пространства без побочного влияния других сил. Блестящие астрономы — Галилей и Кеплер — подготовили своими трудами почву для дальнейших открытий в этой области. В дальнейшем великий Ньютон сумел придумать целостную теорию и придать ей математическую форму.
2. Ньютон и его предшественники.
Среди всех сил, которые существуют в природе, сила тяготения отличается, прежде всего, тем, что проявляется повсюду. Все тела обладают массой, которая определяется как отношение силы, приложенной к телу, к ускорению, которое приобретает под действием этой силы тело. Сила притяжения, действующая между любыми двумя телами, зависит от масс обоих тел; она пропорциональна произведению масс рассматриваемых тел. Кроме того, сила тяготения характеризуется тем, что она подчиняется закону обратной пропорциональности квадрату расстояния (рис. 1) . Другие силы могут зависеть от расстояния совсем иначе; известно немало таких сил.
Один аспект всемирного тяготения — удивительная двойственная роль, которую играет масса, — послужила краеугольным камнем для построения общей теории относительности. Согласно второму закону Ньютона масса является характеристикой всякого тела, которая показывает, как будет вести себя тело, когда к нему прикладывается сила, независимо от того, будет ли это сила тяжести, или какая-то другая сила. Так как все тела, по Ньютону, в качестве отклика на внешнюю силу ускоряются (изменяют свою скорость) , масса тела определяет, какое ускорение испытывает тело, когда к нему приложена заданная сила. Если одна и та же сила прикладывается к велосипеду и автомобилю, каждый из них достигнет определенной скорости в разное время.
Но по отношению к тяготению масса играет еще и другую роль, совсем не похожую на ту, какую она играла как отношение силы к ускорению: масса является источником взаимного притяжения тел; если взять два тела и посмотреть, с какой силой они действуют на третье тело, расположенного на одном и том же расстоянии сначала от одного, а затем от другого тела, мы обнаружим, что отношение этих сил равно отношению первых двух масс. Фактически оказывается, что эта сила пропорциональна массе источника. Сходным образом, согласно третьему закону Ньютона, силы притяжения, которые испытывают два различных тела под действием одного и того же источника притяжения (на одном и том же расстоянии от него) , пропорциональны отношению масс этих тел. В инженерных науках и повседневной жизни про силу, с которой тело притягивается к земле, говорят как о весе тела.
Итак, масса входит в связь, которая существует между силой и ускорением; с другой стороны, масса определяет величину силы притяжения. Такая двойственная роль массы приводит к тому, что ускорение различных тел в одном и том же гравитационном поле оказывается одинаковым. Действительно, возьмем два различных тела с массами m и M соответственно. Пусть оба они свободно падают на Землю. Отношение сил притяжения, испытываемых этими телами, равно отношению масс этих тел m/M. Однако ускорение, приобретаемое ими, оказывается одинаковым. Таким образом, ускорение, приобретаемое телами в поле тяготения, оказывается для всех тел в одном и том же поле тяготения одинаковым и совсем не зависит от конкретных свойств падающих тел. Это ускорение зависит только от масс тел, создающих поле тяготения, и от расположения этих тел в пространстве. Двойственная роль массы и вытекающее из нее равенство ускорения всех тел в одном и том же гравитационном поле известно под названием принципа эквивалентности. Это название имеет историческое происхождение, подчеркивающее то обстоятельство, что эффекты тяготения и инерции до известной степени эквивалентны.
На поверхности Земли ускорение силы тяжести, грубо говоря, равно 10 м/сек 2 . Скорость свободно падающего тела, если не учитывать сопротивление воздуха при падении, возрастает на 10 м/сек. Каждую секунду. Например, если тело начнет свободно падать из состояния покоя, то к концу третьей секунды его скорость будет равна 30 м/сек. Обычно ускорение свободного падения обозначается буквой g. Из-за того, что форма Земли не строго совпадает с шаром, величина g на Земле не везде одинакова; она больше у полюсов, чем на экваторе, и меньше на вершинах больших гор, чем в долинах. Если величина g определяется с достаточной точностью, то на ней сказывается даже геологическая структура. Этим объясняется то, что в геологические методы поисков нефти и других полезных ископаемых входит также точное определение величины g.
То, что в данном месте все тела испытывают одинаковое ускорение, — характерная особенность тяготения; такими свойствами никакие другие силы не обладают. И хотя Ньютону не оставалось ничего лучшего, как описать этот факт, он понимал всеобщность и единство ускорения тяготения. На долю немецкого физика — теоретика Альберта Эйнштейна (1870 — 1955) выпала честь выяснить принцип, на основе которого можно было объяснить это свойство тяготения, принцип эквивалентности. Эйнштейну также принадлежат основы современного понимания природы пространства и времени.
3. Специальная теория относительности.
Уже со времен Ньютона считалось, что все системы отсчета представляют собой набор жестких стержней или каких-то других предметов, позволяющих устанавливать положение тел в пространстве. Конечно, в каждой системе отсчета такие тела выбирались по-своему. Вместе с тем принималось, что у всех наблюдателей одно и то же время. Это предположение казалось интуитивно настолько очевидным, что специально не оговаривалось. В повседневной практике на Земле это предположение подтверждается всем нашим опытом.
Но Эйнштейну удалось показать, что сравнения показаний часов, если принимать во внимание их относительное движение, не требует особого внимания лишь в том случае, когда относительные скорости часов значительно меньше, чем скорость распространения света в вакууме. Итак, первым результатом анализа Эйнштейна явилось установление относительности одновременности: два события, происходящие на достаточном удаления друг от друга, могут оказаться для одного наблюдателя одновременными, а для наблюдателя, движущегося относительно него, происходящими в разные моменты времени. Поэтому предположение о едином времени не может быть оправданно: невозможно указать определенную процедуру, позволяющую любому наблюдателю установить такое универсальное время независимо от того движения, в котором он участвует. В системе отсчета должны присутствовать еще и часы, движущиеся вместе с наблюдателем и синхронизированные с часами наблюдателя.
Следующий шаг, сделанный Эйнштейном, состоял в установлении новых взаимоотношений результатов измерений расстояний и времени в двух различных инерциальных системах отсчета. Специальная теория относительности вместо “абсолютных длин” и “абсолютного времени” явила на свет иную “абсолютную величину” , которую принято называть инвариантным пространственно-временным интервалом. Для двух заданных событий, происходящих на некотором удалении друг от друга, пространственное расстояние между ними не является абсолютной (т.е. не зависящим от системы отсчета) величиной даже в Ньютоновской схеме, если между наступлением этих событий есть некоторый интервал времени. Действительно, если два события происходят не одновременно, наблюдатель, движущийся с некоторой системой отсчета в одном направлении и оказавшийся в той точке, где наступило первое событие, может за промежуток времени, разделяющий два эти события, оказаться в том месте, где наступает второе событие; для этого наблюдателя оба события будут происходить в одном и том же месте пространства, хотя для наблюдателя, движущегося в противоположном направлении, они могут показаться происшедшими на значительном удалении друг от друга.
4. Теория относительности и гравитация.
Чем глубже уходят научные исследования в конечные составляющие вещества и чем меньше остается число частиц и сил, действующих между ними, тем настойчивее становятся требования исчерпывающего понимания действия и структуры каждой компоненты материи. Именно по этой причине, когда Эйнштейн и другие физики убедились в том, что специальная теория относительности пришла на смену ньютоновской физике, они занялись снова фундаментальными свойствами частиц и силовых полей. Наиболее важным объектом, требующим пересмотра, была гравитация.
Но почему бы несоответствие между относительностью времени и законом тяготения Ньютона не разрешить столь же просто, как в электродинамике? Следовало бы ввести представление о гравитационном поле, которое распространялось бы примерно так же, как электрическое и магнитное поля, и которое оказалось бы посредником при гравитационном взаимодействии тел, в согласии с представлениями теории относительности. Это гравитационное взаимодействие сводилось бы к ньютоновскому закону тяготения, когда относительные скорости рассматриваемых тел были бы малы по сравнению со скоростью света. Эйнштейн попытался построить релятивистскую теорию тяготения на этой основе, но одно обстоятельство не позволило ему осуществить это намерение: никто ничего не знал о распространении гравитационного взаимодействия с большой скоростью, имелась лишь некоторая информация относительно эффектов, связанных с большими скоростями движения источников гравитационного поля — масс.
Влияние больших скоростей на массы непохоже на влияние больших скоростей на заряды. Если электрический заряд тела остается одним и тем же для всех наблюдателей, масса тел зависит от их скорости относительно наблюдателя. Чем выше скорость, тем больше наблюдаемая масса. Для заданного тела наименьшая масса будет определена наблюдателем, относительно которого тело покоится. Это значение массы называется массой покоя тела. Для всех остальных наблюдателей масса окажется больше массы покоя на величину, равную кинетической энергии тела, деленной на c. Значение массы стало бы бесконечным в той системе отсчета, в которой скорость тела стала бы равной скорости света. О такой системе отсчета можно говорить лишь условно. Поскольку величина источника тяготения столь существенно зависит от системы отсчета, в которой определяется ее значение, порождаемое массой поле должно быть более сложным, чем электромагнитное поле. Эйнштейн заключил поэтому, что гравитационное поле, по-видимому, представляет собой так называемое тензорное поле, описываемое большим числом компонент, чем электромагнитное поле.
В качестве следующего исходного принципа Эйнштейн постулировал, что законы гравитационного поля должны получаться на основе математической процедуры, аналогичной процедуре, приводящей к законам электромагнитной теории; законы гравитационного поля, получаемые таким способом, очевидно, должны быть сходны по форме с законами электромагнетизма. Но, даже принимая во внимание все эти соображения, Эйнштейн обнаружил, что он может построить несколько различных теорий, которые в равной степени удовлетворяют всем требованиям. Нужна была иная точка зрения, чтобы однозначно прийти к релятивистской тории тяготения. Эйнштейн нашел такую новую точку зрения в принципе эквивалентности, согласно которому ускорение, приобретаемое телом в поле сил тяготения, не зависит от характеристик этого тела.
5. Относительность свободного падения.
В специальной теории относительности, как и в ньютоновской физике, постулируется существование инерциальных систем отсчета, т.е. систем относительно которых тела движутся без ускорения, когда на них не действуют внешние силы. Экспериментальное нахождение такой системы зависит от того, сможем ли мы поставить пробные тела в такие условия, когда на них не действуют никакие внешние силы, причем должно быть экспериментальное подтверждение отсутствия таких сил. Но если наличие, например, электрического (или любого другого силового) поля может быть обнаружено по различию в действии, которые эти поля оказывают на различные пробные частицы, то все пробные частицы, помещенные в одно и то же поле тяготения, приобретают одно и то же ускорение.
Однако даже при наличии гравитационного поля существует некоторый класс систем отсчета, который, может быть, выделен чисто локальными экспериментами. Так как все гравитационные ускорения в данной точке (малой области) у всех тел одинаковы как по величине, так и по направлению, все они окажутся равными нулю по отношению к системе отсчета, которая ускоряется вместе с другими физическими объектами, которые находятся под действием только силы тяготения. Такая система отсчета называется свободно падающая система отсчета. Такую систему нельзя неограниченно продолжить на все пространство и на все моменты времени. Она может быть однозначно определена лишь в окрестности мировой точки, в ограниченной области пространства и для ограниченного промежутка времени. В этом смысле свободно падающие системы отсчета можно назвать локальными системами отсчета. По отношению свободно падающим системам отсчета материальные тела, на которые не действуют никакие силы, кроме сил тяготения, не испытывают ускорения.
Свободно падающие системы отсчета в отсутствие гравитационных полей тождественны с инерциальными системами отсчета; в этом случае они неограниченно продолжимы. Но такое неограниченное распространение систем становится невозможным, когда появляются гравитационные поля. То, что свободно падающие системы вообще существуют хотя бы только как локальные системы отсчета, есть прямое следствие принципа эквивалентности, которому подчиняются все гравитационные эффекты. Но тот же самый принцип ответственен за то, что никакими локальными процедурами невозможно построить инерциальные системы отсчета при наличии гравитационных полей.
Эйнштейн рассматривал принцип эквивалентности как самое фундаментальное свойство тяготения. Он понял, что от представления о неограниченно продолжимых инерциальных системах отсчета следует отказаться пользу локальных свободно падающих систем отсчета; и лишь, поступив таким образом, можно принять принцип эквивалентности как основную часть фундамента физики. Такой подход дал возможность физикам глубже заглянуть в природу тяготения. Наличие гравитационных полей оказывается равносильным невозможности распространения в пространстве и времени локальной свободно падающей системы отсчета; таким образом, при изучении гравитационных полей следует фокусировать внимание не столько на локальной величине поля, сколько на неоднородности гравитационных полей. Ценность такого подхода, который, в конечном счете, отрицает универсальность существования инерциальных систем отсчета, состоит в том, что он ясно показывает следующее: нет никаких оснований принимать без размышлений возможность построения инерциальных систем отсчета, несмотря на то, что такие системы использовались на протяжении нескольких столетий.
6. Тяготение во времени и пространстве.
В теории тяготения Ньютона ускорение тяготения, вызываемое заданной большой массой, пропорционально этой массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от этой массы. Тот же самый закон можно сформулировать немного иначе, но при этом мы сможем выйти на релятивистский закон тяготения. Эта иная формулировка опирается на представление о гравитационном поле как о чем-то таком, что впечатано в окрестность большой гравитирующей массы. Поле можно полностью описать, задавая в каждой точке пространства вектор, величина и направление которого соответствуют тому гравитационному ускорению. Которое приобретает любое пробное тело, помещенное в эту точку. Можно описать поле тяготения графически, проводя в нем кривые, касательная к которым в каждой точке пространства совпадает с направлением локального поля тяготения (ускорения) ; эти кривые проводятся с плотностью (определенное число кривых на единицу площади поперечного сечения) , равной величине локального поля. Если рассматривается одна большая масса, такие кривые — их называют силовыми линиями — оказываются прямыми линиями; эти прямые указывают прямо на тело, создающее поле тяготения.
Обратно пропорциональная зависимость от квадрата расстояния выражается графически так: все силовые линии начинаются на бесконечности и заканчиваются на больших массах. Если плотность силовых линий равна величине ускорения, число линий, проходящих через сферическую поверхность, центр которой расположен на большой массе, как раз равно плотности силовых линий, умноженной на площадь сферической поверхности радиуса r; площадь сферической поверхности пропорциональна квадрату его радиуса. В общем случае ньютоновский закон обратной зависимости от квадрата расстояния может быть приведен в такой форме, которая в равной степени пригодна для источника тяготения в виде одной большой массы и для произвольного распределения масс: все силовые линии гравитационного поля начинаются на бесконечности и оканчиваются на самих массах. Полное число силовых линий, оканчивающихся в некоторой области, содержащей массы, пропорционально полной массе, заключенной в этой области. Кроме того, гравитационное поле — поле консервативное: силовые линии не могут принимать форму замкнутых кривых, а перемещение пробного тела вдоль замкнутой кривой не может привести ни к выигрышу, ни к потере энергии.
В релятивистской теории гравитации роль источников отводится комбинациям массы и импульса (импульс выступает связующим звеном между состоянием одного и того же объекта в разных четырехмерных или, лоренцевых, системах отсчета) . Неоднородности релятивистского поля тяготения описываются тензором кривизны. Тензор представляет собой математический объект, полученный обобщением представления о векторах. В многообразии, описываемом с помощью координат, тензорам можно сопоставить компоненты, полностью определяющие тензор. Релятивистская теория связывает тензор кривизны с тензором, описывающим поведение источников тяготения. Эти тензоры пропорциональны друг другу. Коэффициент пропорциональности определяется из требования: закон тяготения в тензорной форме должен сводиться к ньютоновскому закону тяготения для слабых гравитационных полей и при малых скоростях тел; этот коэффициент пропорциональности с точностью до мировых констант равен постоянной тяготения Ньютона. Этим шагом Эйнштейн завершил построение теории тяготения, называемой иначе общей теорией относительности.
7. Заключение.
Общая теория относительности дала возможность несколько иначе взглянуть на вопросы, связанные с гравитационными взаимодействиями. Она включила в себя всю ньютоновскую механику только как частный случай при малых скоростях движения тел. При этом открылась широчайшая область для исследования Вселенной, где силы тяготения играют решающую роль.
ЛИТЕРАТУРА:
П. БЕРГМАН “ЗАГАДКА ГРАВИТАЦИИ”
ЛОГУНОВ “РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ТЕОРИЯ ГРАВИТАЦИИ”
ВЛАДИМИРОВ “ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, ГРАВИТАЦИЯ”
referat.store
Прежде чем перейти к сути вопроса, хочу предупредить, что я – не физик, не математик и вообще в данный момент не занимаюсь ни какой научной деятельностью. Более того, я уже хорошо подзабыл тот материал из курса физики и математики, что мне давали в школе и институте. Но помнить всю жизнь формулы и выкладки меня ни кто не заставлял, а суть у меня в голове осталась. Вот на основе этих оставшихся знаний, а также своих собственных умозаключений я и пришел к некоторым выводам, возможно весьма нелепым на первый взгляд, но время покажет. Надо сказать, что мою теорию трудно, а может быть в данное время и не возможно, выразить в математических формулах, т.к. она базируется на данных, которые ещё до конца ни кем не изучены и о которых известен лишь факт их существования.
Явление гравитации до сих пор остается камнем преткновения современной физики. Существует множество теорий по этому вопросу, но ни одна из них не дает однозначного ответа на такие вопросы как:
- Что это за сила?
- Какова её природа?
- Что её порождает?
Возможно вы искали - Реферат: Давление в жидкости и газе
- Как от неё избавиться?
Вот в этих вопросах мы и попытаемся разобраться, используя знания курса общеобразовательной школы и воображение.
Для начала разберемся на каком уровне действуют силы гравитации. Как известно, гравитация всепроникающа и воздействует на все тела – будь то атом или молекула (воздух удерживается вокруг планеты за счет сил гравитации), или объект космических масштабов (планеты, звезды, галактики). Поскольку гравитационное взаимодействие между двумя и более телами носит обоюдный характер каким бы маленьким этот объект не был, то разумно было бы предположить, что взаимодействие осуществляется на микроуровне, т.е. на уровне элементарных частиц – молекул, атомов и их составляющих.
Вспомним строение атома. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов (рис.1), а вокруг ядра вращается отрицательно заряженные электроны. Заряды протона и электрона равны по значению и противоположны по знаку. Из курса физики следует, что электрон удерживается на своей орбите за счет сил электромагнитного притяжения к протону, а протон и нейтрон слиплись за счет каких – то мощнейших внутриядерных сил, а вот каких именно – неизвестно!
Об электронах и протонах, можно сказать, известно почти все: масса, заряд, сила их взаимодействия, а вот нейтрон остается по сей день довольно загадочным элементом. Известно, что нейтрон является самой тяжелой частицей в атоме и не приносит ни какой существенной пользы. С этой точки зрения можно сказать, что нейтрон вообще является ущербной частицей, ведь он только увеличивает массу ядра и атома в целом. Однако в природе не существует ни чего лишнего и раз внутри атома находится такая большая и тяжелая частица, то видимо она для чего – то все – таки нужна! Для чего?
Похожий материал - Реферат: Дарачабанди
Вот здесь я решусь сделать очень смелое, на мой взгляд, предположение. Давайте представим себе, что нейтрон и является источником гравитационных сил. Если существует такое понятие, как электрический заряд, то почему - бы не ввести термин гравитационного заряда и не предположить, что его носителем и является нейтрон, что именно за счет сил гравитации , порождаемых нейтроном, в ядре удерживаются вместе одноименно заряженные протоны. А раз существует заряд, то должно существовать и поле, создаваемое зарядом. Именно это поле и является причиной притяжения тел и частиц. Из курса физики известно, что сила притяжения пропорциональна массе тела, а масса, в свою очередь зависит либо от размеров тела, либо от плотности, либо от массы атома , т.е. при одинаковом объеме нескольких тел тяжелее будет то, у которого больше атомов приходится на единицу объема, а еще больше то, у которого большая масса ядер внутри атомов. Так, к примеру, радиоактивные элементы урановой группы в периодической таблице Менделеева стоят в самом конце таблицы, т.е. имеют самые тяжелые ядра, и на практике эти металлы являются самыми тяжелыми. Кроме того, заметим, что в этих металлах имеются свободные (избыточные) нейтроны.
А теперь давайте представим что следует из этой теории. Ну во – первых требует пересмотра вся теория атома, поскольку наличие гравитационного поля внутри атома приводит к тем выводам, что электрон удерживается на орбите не только за счет сил электромагнитного притяжения, но и за счет гравитационных сил. А следовательно, вычисленные математически масса и заряд электрона – не верны!
Закон кулона в первозданном виде имеет вид (рис. 2).
Где: F- сила взаимодействия между двумя телами,
Очень интересно - Реферат: Два типа фазовых переходов и третье начало термодинамики
e1 и e2 – заряды тел, а r – расстояние между ними
В нашем случае эта формула примет следующий вид (рис. 3).
где Fгр. – сила гравитационного притяжения электрона нейтроном .
А следовательно (рис. 4)
Вам будет интересно - Реферат: Двигатели постоянного тока
Видим, что результат произведения зарядов изменился, а следовательно изменилась и величина самих зарядов .
Далее подумаем над тем как можно создать противодействие силе гравитации. Один выход уже найден: создать силу, направленную в сторону противоположную направлению действия Fгр. – подъемной силы. За счет действия этой силы и летает наша авиация. Но это не есть явление антигравитации . По моему мнению, в НАШЕМ МИРЕ, т.е. в области действия наших понятий о физических законах и константах такое явление в принципе не осуществимо, но….
Обратимся опять к области физики, в которой имеются очень большие пробелы. Эта область занимается изучением антиматерии . Что нам известно об этой субстанции? Только то что она существует как таковая, и то, что она аннигилирует при соприкосновении с обычной материей. Аннигиляция сопровождается выбросом огромного количества энергии широчайшего спектра – от тепловой до радиочастотного диапазона. В лабораторных условиях частицы и антиматерии получают в микроскопических количествах. Однако существуют теории о том, что есть целые галактики, состоящие из антиматерии, что, в принципе, вполне вероятно.
Теперь определимся с тем, что понятие гравитации напрямую связано с понятием массы тела: тем больше масса – тем больше гравитационная сила. При этом как масса так и гравитация носят только положительный характер, т.е. если гравитация примет отрицательный характер, то этот феномен можно будет расценить как явление антигравитации, а следовательно при этом и масса тела будет носить отрицательный характер . На первый взгляд это понятие кажется абсурдным, но все вполне логичным, но в мире с нашими физическими законами отрицательная масса не может существовать как таковая. Однако с точки зрения логики и практики если есть плюс, то обязательно должен быть и минус, а следовательно тела с отрицательной массой в природе существовать должны!!! И это,на мой взгляд, единственный случай в теории суперпозиции полей, когда тела с разноименными зарядами (я имею ввиду гравитационные заряды нейтронов) будут не притягиваться, а отталкиваться друг от друга, а их соприкосновение приведет к перерождению потенциальной энергии разнополярности их масс в кинетическую. При таком перерождении аннулируются массы, т.е. тела исчезнут как таковые, а в результате останется только энергия перерождения. Очень похоже на аннигиляцию. Не разумно ли после этого предположить, что вещество, обладающее отрицательной массой, и есть антиматерия!!!
Я ни в одном источнике не нашел данных о том в каком состоянии получают частицы антиматерии: в состоянии покоя или подвижном. Думаю, что в подвижном, и скорости их движения хватало на то чтобы преодолеть силу отталкивания от материи и саннигилировать. С этой точки зрения можно предположить, что если разместить полученное в состоянии покоя некоторое количество вещества антиматерии внутри сферы, состоящей из обычной материи (рис. 5), то антиматерия должна будет удерживаться в центре сферы (в центре сил взаимоотталкивания) за счет действия сил антигравитации.
Похожий материал - Реферат: Двигатель внутреннего сгорания
Возможно вся моя теория полный абсурт, но если мои доводы верны, то обуздав антиматерию мы сможем получить первые устройства, обладающие антигравитационными свойствами.
Заканчивая, хочу высказать еще одно предположение. Существование материи и антиматерии, аннигиляция, а также те выводы, которые я привел выше, привели меня к одной интересной, почти фантастической мысли: а если процесс аннигиляции обратим? Тогда вполне возможно, что все известные и неизвестные нам галактики, состоящие как из материи, так и из антиматерии в силу каких – то абсолютно немыслимых процессов произошли путем разделения энергии на материю и антиматерию, и в эту же энергию когда-нибудь вернется.
Если теория, высказанная мной, кого-то заинтересовала, то пришлите мне свой отзыв. Буду рад всем, ко захочет поделиться со мной своими мыслями по поводу высказанного мной представления о теории гравитации. Присылайте свои отзывы на ящик
cwetochki.ru
КОЕ – ЧТО О ГРАВИТАЦИИ И АНТИГРАВИТАЦИИ.
Прежде чем перейти к сути вопроса, хочу предупредить, что я – не физик, не математик и вообще в данный момент не занимаюсь ни какой научной деятельностью. Более того, я уже хорошо подзабыл тот материал из курса физики и математики, что мне давали в школе и институте. Но помнить всю жизнь формулы и выкладки меня ни кто не заставлял, а суть у меня в голове осталась. Вот на основе этих оставшихся знаний, а также своих собственных умозаключений я и пришел к некоторым выводам, возможно весьма нелепым на первый взгляд, но время покажет. Надо сказать, что мою теорию трудно, а может быть в данное время и не возможно, выразить в математических формулах, т.к. она базируется на данных, которые ещё до конца ни кем не изучены и о которых известен лишь факт их существования.
Явление гравитации до сих пор остается камнем преткновения современной физики. Существует множество теорий по этому вопросу, но ни одна из них не дает однозначного ответа на такие вопросы как:
- Что это за сила?
- Какова её природа?
- Что её порождает?
- Как от неё избавиться?
Вот в этих вопросах мы и попытаемся разобраться, используя знания курса общеобразовательной школы и воображение.
Для начала разберемся на каком уровне действуют силы гравитации. Как известно, гравитация всепроникающа и воздействует на все тела – будь то атом или молекула (воздух удерживается вокруг планеты за счет сил гравитации), или объект космических масштабов (планеты, звезды, галактики). Поскольку гравитационное взаимодействие между двумя и более телами носит обоюдный характер каким бы маленьким этот объект не был, то разумно было бы предположить, чтовзаимодействие осуществляется на микроуровне,т.е. на уровне элементарных частиц – молекул, атомов и их составляющих.
Вспомним строение атома. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов (рис.1), а вокруг ядра вращается отрицательно заряженные электроны. Заряды протона и электрона равны по значению и противоположны по знаку. Из курса физики следует, что электрон удерживается на своей орбите за счет сил электромагнитного притяжения к протону, а протон и нейтрон слиплись за счет каких – то мощнейших внутриядерных сил, а вот каких именно – неизвестно!
Об электронах и протонах, можно сказать, известно почти все: масса, заряд, сила их взаимодействия, а вот нейтрон остается по сей день довольно загадочным элементом. Известно, что нейтрон является самой тяжелой частицей в атоме и не приносит ни какой существенной пользы. С этой точки зрения можно сказать, что нейтрон вообще является ущербной частицей, ведь он только увеличивает массу ядра и атома в целом. Однако в природе не существует ни чего лишнего и раз внутри атома находится такая большая и тяжелая частица, то видимо она для чего – то все – таки нужна! Для чего?
Вот здесь я решусь сделать очень смелое, на мой взгляд, предположение. Давайте представим себе, что нейтрон и является источником гравитационных сил. Если существует такое понятие, как электрический заряд, то почему - бы не ввести термингравитационного зарядаи не предположить, что его носителем и является нейтрон,что именно за счет сил гравитации, порождаемых нейтроном, в ядре удерживаются вместе одноименно заряженные протоны. А раз существует заряд, то должно существовать и поле, создаваемое зарядом. Именно это поле и является причиной притяжения тел и частиц. Из курса физики известно, что сила притяжения пропорциональна массе тела, а масса, в свою очередь зависит либо от размеров тела, либо от плотности, либо отмассы атома, т.е. при одинаковом объеме нескольких тел тяжелее будет то, у которого больше атомов приходится на единицу объема, а еще больше то, у которого большая масса ядер внутри атомов. Так, к примеру, радиоактивные элементы урановой группы в периодической таблице Менделеева стоят в самом конце таблицы, т.е. имеют самые тяжелые ядра, и на практике эти металлы являются самыми тяжелыми. Кроме того, заметим, что в этих металлах имеютсясвободные(избыточные) нейтроны.
А теперь давайте представим что следует из этой теории. Ну во – первых требует пересмотра вся теория атома, поскольку наличие гравитационного поля внутри атома приводит к тем выводам, что электрон удерживается на орбите не только за счет сил электромагнитного притяжения, но и за счет гравитационных сил. А следовательно, вычисленные математически масса и заряд электрона – не верны!
Закон кулона в первозданном виде имеет вид (рис. 2).
Где: F- сила взаимодействия между двумя телами,
e1 и e2 – заряды тел, а r – расстояние между ними
В нашем случае эта формула примет следующий вид (рис. 3).
где Fгр. – сила гравитационного притяжения электрона нейтроном .
А следовательно (рис. 4)
Видим, что результат произведения зарядов изменился, а следовательноизменилась и величина самих зарядов.
Далее подумаем над тем как можно создать противодействие силе гравитации. Один выход уже найден: создать силу, направленную в сторону противоположную направлению действия Fгр. – подъемной силы. За счет действия этой силы и летает наша авиация. Но это не есть явлениеантигравитации. По моему мнению, в НАШЕМ МИРЕ, т.е. в области действия наших понятий о физических законах и константах такое явление в принципе не осуществимо, но….
Обратимся опять к области физики, в которой имеются очень большие пробелы. Эта область занимается изучениемантиматерии. Что нам известно об этой субстанции? Только то что она существует как таковая, и то, что она аннигилирует при соприкосновении с обычной материей. Аннигиляция сопровождается выбросом огромного количества энергии широчайшего спектра – от тепловой до радиочастотного диапазона. В лабораторных условиях частицы и антиматерии получают в микроскопических количествах. Однако существуют теории о том, что есть целые галактики, состоящие из антиматерии, что, в принципе, вполне вероятно.
Теперь определимся с тем, что понятие гравитации напрямую связано с понятием массы тела: тем больше масса – тем больше гравитационная сила. При этом как масса так и гравитация носят только положительный характер, т.е. если гравитация примет отрицательный характер, то этот феномен можно будет расценить как явление антигравитации, а следовательно при этом имасса тела будет носить отрицательный характер. На первый взгляд это понятие кажется абсурдным, но все вполне логичным, но в мире с нашими физическими законами отрицательная масса не может существовать как таковая. Однако с точки зрения логики и практики если есть плюс, то обязательно должен быть и минус, а следовательно тела с отрицательной массой в природе существовать должны!!! И это,на мой взгляд, единственный случай в теории суперпозиции полей, когда тела с разноименными зарядами (я имею ввиду гравитационные заряды нейтронов) будут не притягиваться, а отталкиваться друг от друга, а их соприкосновение приведет к перерождению потенциальной энергии разнополярности их масс в кинетическую. При таком перерождении аннулируются массы, т.е. тела исчезнут как таковые, а в результате останется только энергия перерождения. Очень похоже на аннигиляцию. Не разумно ли после этого предположить, что вещество, обладающее отрицательной массой, и есть антиматерия!!!
Я ни в одном источнике не нашел данных о том в каком состоянии получают частицы антиматерии: в состоянии покоя или подвижном. Думаю, что в подвижном, и скорости их движения хватало на то чтобы преодолеть силу отталкивания от материи и саннигилировать. С этой точки зрения можно предположить, что если разместить полученное в состоянии покоя некоторое количество вещества антиматерии внутри сферы, состоящей из обычной материи (рис. 5), то антиматерия должна будет удерживаться в центре сферы (в центре сил взаимоотталкивания) за счет действия сил антигравитации.
Возможно вся моя теория полный абсурт, но если мои доводы верны, то обуздав антиматерию мы сможем получить первые устройства, обладающие антигравитационными свойствами.
Заканчивая, хочу высказать еще одно предположение. Существование материи и антиматерии, аннигиляция, а также те выводы, которые я привел выше, привели меня к одной интересной, почти фантастической мысли: а если процесс аннигиляции обратим? Тогда вполне возможно, что все известные и неизвестные нам галактики, состоящие как из материи, так и из антиматерии в силу каких – то абсолютно немыслимых процессов произошли путем разделения энергии на материю и антиматерию, и в эту же энергию когда-нибудь вернется.
Если теория, высказанная мной, кого-то заинтересовала, то пришлите мне свой отзыв. Буду рад всем, ко захочет поделиться со мной своими мыслями по поводу высказанного мной представления о теории гравитации. Присылайте свои отзывы на ящик
С уважением и наилучшими пожеланиями
Сабирянов Руслан
26 января 2003г.
superbotanik.net
КОЕ – ЧТО О ГРАВИТАЦИИ И АНТИГРАВИТАЦИИ.
Прежде чем перейти к сути вопроса, хочу предупредить, что я – не физик, не математик и вообще в данный момент не занимаюсь ни какой научной деятельностью. Более того, я уже хорошо подзабыл тот материал из курса физики и математики, что мне давали в школе и институте. Но помнить всю жизнь формулы и выкладки меня ни кто не заставлял, а суть у меня в голове осталась. Вот на основе этих оставшихся знаний, а также своих собственных умозаключений я и пришел к некоторым выводам, возможно весьма нелепым на первый взгляд, но время покажет. Надо сказать, что мою теорию трудно, а может быть в данное время и не возможно, выразить в математических формулах, т.к. она базируется на данных, которые ещё до конца ни кем не изучены и о которых известен лишь факт их существования.
Явление гравитации до сих пор остается камнем преткновения современной физики. Существует множество теорий по этому вопросу, но ни одна из них не дает однозначного ответа на такие вопросы как:
— Что это за сила?
— Какова её природа?
— Что её порождает?
— Как от неё избавиться?
Вот в этих вопросах мы и попытаемся разобраться, используя знания курса общеобразовательной школы и воображение.
Для начала разберемся на каком уровне действуют силы гравитации. Как известно, гравитация всепроникающа и воздействует на все тела – будь то атом или молекула (воздух удерживается вокруг планеты за счет сил гравитации), или объект космических масштабов (планеты, звезды, галактики). Поскольку гравитационное взаимодействие между двумя и более телами носит обоюдный характер каким бы маленьким этот объект не был, то разумно было бы предположить, что взаимодействие осуществляется на микроуровне, т.е. на уровне элементарных частиц – молекул, атомов и их составляющих.
Вспомним строение атома. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов (рис.1), а вокруг ядра вращается отрицательно заряженные электроны. Заряды протона и электрона равны по значению и противоположны по знаку. Из курса физики следует, что электрон удерживается на своей орбите за счет сил электромагнитного притяжения к протону, а протон и нейтрон слиплись за счет каких – то мощнейших внутриядерных сил, а вот каких именно – неизвестно!
Об электронах и протонах, можно сказать, известно почти все: масса, заряд, сила их взаимодействия, а вот нейтрон остается по сей день довольно загадочным элементом. Известно, что нейтрон является самой тяжелой частицей в атоме и не приносит ни какой существенной пользы. С этой точки зрения можно сказать, что нейтрон вообще является ущербной частицей, ведь он только увеличивает массу ядра и атома в целом. Однако в природе не существует ни чего лишнего и раз внутри атома находится такая большая и тяжелая частица, то видимо она для чего – то все – таки нужна! Для чего?
Вот здесь я решусь сделать очень смелое, на мой взгляд, предположение. Давайте представим себе, что нейтрон и является источником гравитационных сил. Если существует такое понятие, как электрический заряд, то почему — бы не ввести термин гравитационного заряда и не предположить, что его носителем и является нейтрон, что именно за счет сил гравитации , порождаемых нейтроном, в ядре удерживаются вместе одноименно заряженные протоны. А раз существует заряд, то должно существовать и поле, создаваемое зарядом. Именно это поле и является причиной притяжения тел и частиц. Из курса физики известно, что сила притяжения пропорциональна массе тела, а масса, в свою очередь зависит либо от размеров тела, либо от плотности, либо от массы атома , т.е. при одинаковом объеме нескольких тел тяжелее будет то, у которого больше атомов приходится на единицу объема, а еще больше то, у которого большая масса ядер внутри атомов. Так, к примеру, радиоактивные элементы урановой группы в периодической таблице Менделеева стоят в самом конце таблицы, т.е. имеют самые тяжелые ядра, и на практике эти металлы являются самыми тяжелыми. Кроме того, заметим, что в этих металлах имеются свободные (избыточные) нейтроны.
А теперь давайте представим что следует из этой теории. Ну во – первых требует пересмотра вся теория атома, поскольку наличие гравитационного поля внутри атома приводит к тем выводам, что электрон удерживается на орбите не только за счет сил электромагнитного притяжения, но и за счет гравитационных сил. А следовательно, вычисленные математически масса и заряд электрона – не верны!
Закон кулона в первозданном виде имеет вид (рис. 2).
Где: F- сила взаимодействия между двумя телами,
e1 и e2 – заряды тел, а r – расстояние между ними
В нашем случае эта формула примет следующий вид (рис. 3).
где Fгр. – сила гравитационного притяжения электрона нейтроном .
А следовательно (рис. 4)
Видим, что результат произведения зарядов изменился, а следовательно изменилась и величина самих зарядов .
Далее подумаем над тем как можно создать противодействие силе гравитации. Один выход уже найден: создать силу, направленную в сторону противоположную направлению действия Fгр. – подъемной силы. За счет действия этой силы и летает наша авиация. Но это не есть явление антигравитации . По моему мнению, в НАШЕМ МИРЕ, т.е. в области действия наших понятий о физических законах и константах такое явление в принципе не осуществимо, но….
Обратимся опять к области физики, в которой имеются очень большие пробелы. Эта область занимается изучением антиматерии . Что нам известно об этой субстанции? Только то что она существует как таковая, и то, что она аннигилирует при соприкосновении с обычной материей. Аннигиляция сопровождается выбросом огромного количества энергии широчайшего спектра – от тепловой до радиочастотного диапазона. В лабораторных условиях частицы и антиматерии получают в микроскопических количествах. Однако существуют теории о том, что есть целые галактики, состоящие из антиматерии, что, в принципе, вполне вероятно.
Теперь определимся с тем, что понятие гравитации напрямую связано с понятием массы тела: тем больше масса – тем больше гравитационная сила. При этом как масса так и гравитация носят только положительный характер, т.е. если гравитация примет отрицательный характер, то этот феномен можно будет расценить как явление антигравитации, а следовательно при этом и масса тела будет носить отрицательный характер. На первый взгляд это понятие кажется абсурдным, но все вполне логичным, но в мире с нашими физическими законами отрицательная масса не может существовать как таковая. Однако с точки зрения логики и практики если есть плюс, то обязательно должен быть и минус, а следовательно тела с отрицательной массой в природе существовать должны!!! И это, на мой взгляд, единственный случай в теории суперпозиции полей, когда тела с разноименными зарядами (я имею ввиду гравитационные заряды нейтронов) будут не притягиваться, а отталкиваться друг от друга, а их соприкосновение приведет к перерождению потенциальной энергии разнополярности их масс в кинетическую. При таком перерождении аннулируются массы, т.е. тела исчезнут как таковые, а в результате останется только энергия перерождения. Очень похоже на аннигиляцию. Не разумно ли после этого предположить, что вещество, обладающее отрицательной массой, и есть антиматерия!!!
Я ни в одном источнике не нашел данных о том в каком состоянии получают частицы антиматерии: в состоянии покоя или подвижном. Думаю, что в подвижном, и скорости их движения хватало на то чтобы преодолеть силу отталкивания от материи и саннигилировать. С этой точки зрения можно предположить, что если разместить полученное в состоянии покоя некоторое количество вещества антиматерии внутри сферы, состоящей из обычной материи (рис. 5), то антиматерия должна будет удерживаться в центре сферы (в центре сил взаимоотталкивания) за счет действия сил антигравитации.
Возможно вся моя теория полный абсурт, но если мои доводы верны, то обуздав антиматерию мы сможем получить первые устройства, обладающие антигравитационными свойствами.
Заканчивая, хочу высказать еще одно предположение. Существование материи и антиматерии, аннигиляция, а также те выводы, которые я привел выше, привели меня к одной интересной, почти фантастической мысли: а если процесс аннигиляции обратим? Тогда вполне возможно, что все известные и неизвестные нам галактики, состоящие как из материи, так и из антиматерии в силу каких – то абсолютно немыслимых процессов произошли путем разделения энергии на материю и антиматерию, и в эту же энергию когда-нибудь вернется.
Если теория, высказанная мной, кого-то заинтересовала, то пришлите мне свой отзыв. Буду рад всем, ко захочет поделиться со мной своими мыслями по поводу высказанного мной представления о теории гравитации. Присылайте свои отзывы на ящик
С уважением и наилучшими пожеланиями
Сабирянов Руслан
26 января 2003г.
www.ronl.ru
КОЕ – ЧТО О ГРАВИТАЦИИ И АНТИГРАВИТАЦИИ.
Прежде чем перейти к сути вопроса, хочу предупредить, что я – не физик, не математик и вообще в данный момент не занимаюсь ни какой научной деятельностью. Более того, я уже хорошо подзабыл тот материал из курса физики и математики, что мне давали в школе и институте. Но помнить всю жизнь формулы и выкладки меня ни кто не заставлял, а суть у меня в голове осталась. Вот на основе этих оставшихся знаний, а также своих собственных умозаключений я и пришел к некоторым выводам, возможно весьма нелепым на первый взгляд, но время покажет. Надо сказать, что мою теорию трудно, а может быть в данное время и не возможно, выразить в математических формулах, т.к. она базируется на данных, которые ещё до конца ни кем не изучены и о которых известен лишь факт их существования.
Явление гравитации до сих пор остается камнем преткновения современной физики. Существует множество теорий по этому вопросу, но ни одна из них не дает однозначного ответа на такие вопросы как:
— Что это за сила?
— Какова её природа?
— Что её порождает?
— Как от неё избавиться?
Вот в этих вопросах мы и попытаемся разобраться, используя знания курса общеобразовательной школы и воображение.
Для начала разберемся на каком уровне действуют силы гравитации. Как известно, гравитация всепроникающа и воздействует на все тела – будь то атом или молекула (воздух удерживается вокруг планеты за счет сил гравитации), или объект космических масштабов (планеты, звезды, галактики). Поскольку гравитационное взаимодействие между двумя и более телами носит обоюдный характер каким бы маленьким этот объект не был, то разумно было бы предположить, что взаимодействие осуществляется на микроуровне, т.е. на уровне элементарных частиц – молекул, атомов и их составляющих.
Вспомним строение атома. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов (рис.1), а вокруг ядра вращается отрицательно заряженные электроны. Заряды протона и электрона равны по значению и противоположны по знаку. Из курса физики следует, что электрон удерживается на своей орбите за счет сил электромагнитного притяжения к протону, а протон и нейтрон слиплись за счет каких – то мощнейших внутриядерных сил, а вот каких именно – неизвестно!
Об электронах и протонах, можно сказать, известно почти все: масса, заряд, сила их взаимодействия, а вот нейтрон остается по сей день довольно загадочным элементом. Известно, что нейтрон является самой тяжелой частицей в атоме и не приносит ни какой существенной пользы. С этой точки зрения можно сказать, что нейтрон вообще является ущербной частицей, ведь он только увеличивает массу ядра и атома в целом. Однако в природе не существует ни чего лишнего и раз внутри атома находится такая большая и тяжелая частица, то видимо она для чего – то все – таки нужна! Для чего?
Вот здесь я решусь сделать очень смелое, на мой взгляд, предположение. Давайте представим себе, что нейтрон и является источником гравитационных сил. Если существует такое понятие, как электрический заряд, то почему — бы не ввести термин гравитационного заряда и не предположить, что его носителем и является нейтрон, что именно за счет сил гравитации , порождаемых нейтроном, в ядре удерживаются вместе одноименно заряженные протоны. А раз существует заряд, то должно существовать и поле, создаваемое зарядом. Именно это поле и является причиной притяжения тел и частиц. Из курса физики известно, что сила притяжения пропорциональна массе тела, а масса, в свою очередь зависит либо от размеров тела, либо от плотности, либо от массы атома , т.е. при одинаковом объеме нескольких тел тяжелее будет то, у которого больше атомов приходится на единицу объема, а еще больше то, у которого большая масса ядер внутри атомов. Так, к примеру, радиоактивные элементы урановой группы в периодической таблице Менделеева стоят в самом конце таблицы, т.е. имеют самые тяжелые ядра, и на практике эти металлы являются самыми тяжелыми. Кроме того, заметим, что в этих металлах имеются свободные (избыточные) нейтроны.
А теперь давайте представим что следует из этой теории. Ну во – первых требует пересмотра вся теория атома, поскольку наличие гравитационного поля внутри атома приводит к тем выводам, что электрон удерживается на орбите не только за счет сил электромагнитного притяжения, но и за счет гравитационных сил. А следовательно, вычисленные математически масса и заряд электрона – не верны!
Закон кулона в первозданном виде имеет вид (рис. 2).
Где: F- сила взаимодействия между двумя телами,
e1 и e2 – заряды тел, а r – расстояние между ними
В нашем случае эта формула примет следующий вид (рис. 3).
где Fгр. – сила гравитационного притяжения электрона нейтроном .
А следовательно (рис. 4)
Видим, что результат произведения зарядов изменился, а следовательно изменилась и величина самих зарядов .
Далее подумаем над тем как можно создать противодействие силе гравитации. Один выход уже найден: создать силу, направленную в сторону противоположную направлению действия Fгр. – подъемной силы. За счет действия этой силы и летает наша авиация. Но это не есть явление антигравитации . По моему мнению, в НАШЕМ МИРЕ, т.е. в области действия наших понятий о физических законах и константах такое явление в принципе не осуществимо, но….
Обратимся опять к области физики, в которой имеются очень большие пробелы. Эта область занимается изучением антиматерии . Что нам известно об этой субстанции? Только то что она существует как таковая, и то, что она аннигилирует при соприкосновении с обычной материей. Аннигиляция сопровождается выбросом огромного количества энергии широчайшего спектра – от тепловой до радиочастотного диапазона. В лабораторных условиях частицы и антиматерии получают в микроскопических количествах. Однако существуют теории о том, что есть целые галактики, состоящие из антиматерии, что, в принципе, вполне вероятно.
Теперь определимся с тем, что понятие гравитации напрямую связано с понятием массы тела: тем больше масса – тем больше гравитационная сила. При этом как масса так и гравитация носят только положительный характер, т.е. если гравитация примет отрицательный характер, то этот феномен можно будет расценить как явление антигравитации, а следовательно при этом и масса тела будет носить отрицательный характер. На первый взгляд это понятие кажется абсурдным, но все вполне логичным, но в мире с нашими физическими законами отрицательная масса не может существовать как таковая. Однако с точки зрения логики и практики если есть плюс, то обязательно должен быть и минус, а следовательно тела с отрицательной массой в природе существовать должны!!! И это, на мой взгляд, единственный случай в теории суперпозиции полей, когда тела с разноименными зарядами (я имею ввиду гравитационные заряды нейтронов) будут не притягиваться, а отталкиваться друг от друга, а их соприкосновение приведет к перерождению потенциальной энергии разнополярности их масс в кинетическую. При таком перерождении аннулируются массы, т.е. тела исчезнут как таковые, а в результате останется только энергия перерождения. Очень похоже на аннигиляцию. Не разумно ли после этого предположить, что вещество, обладающее отрицательной массой, и есть антиматерия!!!
Я ни в одном источнике не нашел данных о том в каком состоянии получают частицы антиматерии: в состоянии покоя или подвижном. Думаю, что в подвижном, и скорости их движения хватало на то чтобы преодолеть силу отталкивания от материи и саннигилировать. С этой точки зрения можно предположить, что если разместить полученное в состоянии покоя некоторое количество вещества антиматерии внутри сферы, состоящей из обычной материи (рис. 5), то антиматерия должна будет удерживаться в центре сферы (в центре сил взаимоотталкивания) за счет действия сил антигравитации.
Возможно вся моя теория полный абсурт, но если мои доводы верны, то обуздав антиматерию мы сможем получить первые устройства, обладающие антигравитационными свойствами.
Заканчивая, хочу высказать еще одно предположение. Существование материи и антиматерии, аннигиляция, а также те выводы, которые я привел выше, привели меня к одной интересной, почти фантастической мысли: а если процесс аннигиляции обратим? Тогда вполне возможно, что все известные и неизвестные нам галактики, состоящие как из материи, так и из антиматерии в силу каких – то абсолютно немыслимых процессов произошли путем разделения энергии на материю и антиматерию, и в эту же энергию когда-нибудь вернется.
Если теория, высказанная мной, кого-то заинтересовала, то пришлите мне свой отзыв. Буду рад всем, ко захочет поделиться со мной своими мыслями по поводу высказанного мной представления о теории гравитации. Присылайте свои отзывы на ящик
С уважением и наилучшими пожеланиями
Сабирянов Руслан
26 января 2003г.
www.ronl.ru
