Veritypedia / Веритепедия

Классическая теория гравитации


Классическая теория гравитации (ограниченная)  (далее КТГ) – пришла на смену большому количеству других теорий гравитации и в первую очередь на смену много лет доминировавшей теории гравитации - Общей теории относительности.
«Ограниченная» – так как ограничена расстоянием «снизу» (планетарный масштаб) и «сверху» (дальней окрестностью видимой части галактики), как наиболее наглядным масштабом для её подтверждения.
Этот масштаб описания гравитации выбран потому, что в нем имеется большое количество астрономических наблюдений, был  большой интерес научного сообщества к проблемам «темной материи» и к гравитационному линзированию, которые давали  возможность подтверждения этой теории астрономическими наблюдениями.

Преамбула

Многие помнят строки А.С. Пушкина,  в которых выражалась надежда на науки и просвещение:

О, сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг

А.С. Пушкин

Многие надежды поэта на науки и просвещение сбываются, однако просвещение приводит не только к прогрессу, но и к переизбытку информации, к возникновению ложных идей и даже целых направлений их развития. Такое развитие наук и современное их состояние, в частности – в физике, не совсем однозначно, так как присутствует много теорий (гипотез) описывающие одинаковые явления, а должна быть только одна теория для описания явления или группы явлений.
Это состояние можно описать, шуточно перефразируя выше приведенные слова поэта:


О, сколько нам «открытий» чудных
Насочинял наш просвещенный дух,
А опыт, сын ошибок трудных,
Их превращает в прах и пух!

Введение

КТГ основана на идеях, которые сейчас относят к классическим представлениям в физике, разработанных многими учеными и философами прошлого, суть которых заключается в том, что гравитация есть следствие взаимодействия с некой средой, при этом – это взаимодействие есть уменьшение давления вокруг тел, а эта среда имеет свойства твердого тела.
Ключевые моменты этих представлений, на которых основаны дальнейшие рассуждения о гравитации, высказанные разными учеными, приведены ниже.


Для краткости дана ссылка на один источник [1], в котором есть ссылки на первоисточники (приведена страница источника и год публикации идеи).
Рене Декарт, стр.23, идея (1638г) - все пространство заполнено некими мелкими частицами без пустоты, кроме того пространства, которое заполняет простая материя (частицы вещества), а движение – это перемещение частиц среды (Эфира) и частиц вещества в этой среде.
Роберт Гук, стр. 33, идея (1667г) - вводит понятие упругой среды, колебания которой – есть свет.
Леонард Эйлер, стр.126, идея (1761г) – объяснял гравитацию, как увеличение давления среды по мере удаления от тела, что можно трактовать также как уменьшение давления среды по мере приближения к телу.
Огюстен Френель, стр.145, идея (1821 год) – доказал, что свет есть поперечные колебания, а поперечные колебания могут распространяться только в «твердой среде», то есть среда, в которой распространяется свет, стала не только упругой, но и «твердой».


Не было никаких оснований утверждать, что среда, в которой распространяется свет, и среда, «ответственная» за гравитацию, - это разные среды, поэтому считалось, а сейчас можно утверждать, что это одна и так же среда.

Под понятием «твердая среда» понимается широкий спектр сред, в которых могут распространяться поперечные колебания (включая: гели, смолы, вязкие жидкости), при этом исключаются кристаллические среды (так как они анизотропны, а наблюдаемое пространство – изотропно), то есть среда является аморфной с "твердыми" свойствами.

История

КТГ, как гипотеза, разработана давно, но впервые опубликована спустя более 10 лет на сайте www.skazki-physics.su в августе 2021 года под названием Объединенная модель взаимодействия.

Модель КТГ

Тело (создающее вокруг себя меньшее давление, согласно Эйлеру), находящееся в такой среде (аморфной с "твердыми" свойствами) создает вокруг себя некоторое распределение напряжений в ней. Для анализа этих напряжений и следствий из них создается модель. Эта модель представляет собой шар, состоящей из такой же среды (твердой, аморфной), в центре которого имеется полость с меньшим давлением, чем наружное (эта полость заменяет «тяготеющее» тело).

Эта модель (точнее – её аналитическое решение) носит название «задача Ламе» (Габриэль Ламе),  [2] или [3], .для толстой пустотелой сферы (нагруженной разными давлениями). Во многих учебниках по сопротивлению материалов для технических ВУЗов есть описание решения этой задачи (чаще для толстостенной трубы, имеющей большее применение в технике).

На рисунке ниже представлено решение задачи Ламе для пустотелого шара с бесконечным наружным радиусом (в виде графиков напряжений (тангенциального (Сигма_t) и радиального (Сигма_r)) и формул их определения, приведенных к удобному виду), при этом ось X (расстояние) пересекает левую ось Y (напряжения) в точке больших значений напряжений, поэтому эти графики «обрезаны» осью X при малых расстояниях от центра шара, а для градиента радиального напряжения (сила F)
ось Y своя и имеет логарифмический масштаб. Врезка справа на картинке показывает типичное распределение орбитальных скоростей в галактиках, где B – наблюдаемая орбитальная скорость в галактиках, а пунктирная кривая A – это те скорости, которые получаются на основании наблюдаемых масс, то есть "темная материя" была нужна другим теориям гравитации, чтобы из кривой А «сделать» кривую В.  Формула орбитальной скорости (V=const) приведенная на графике, полученна при приравнивании силы гравитации и центробежной силы, которые имеют одинаковые зависимости в этой области (от 50 до 450), поэтому эта скорость постоянная.
Более подробно с выводом формул  эта модель рассмотрена в первоисточнике.
В этой модели имеется следующие три области, границы между которыми зависят от напряжений, свойств среды и расстояния от центра шара (значения радиуса условные):
•    от бесконечности до 450 – область упругой деформации;
•    от 450 до 50 – область пластической деформации (когда возникают условия превышения некоторого предельного эквивалентного напряжения (Сигма_p));
•    менее 50 – область упрочнения пластической деформации (когда «вычерпываются» пластические свойства некой структуры среды и происходит «разрушение» более прочных структур среды, что приводит к росту
Сигма_p).

Анализ модели КТГ

Если в любую из этих областей поместить «пробное тело» (сферическую полость с меньшим давлением, подобную, но меньшую чем в центре шара), то на нее будет действовать сила (F), направленная в сторону центра шара, эквивалентная градиенту радиального напряжения.

Особенности этой силы (гравитации) в следующем:
•    при радиусе менее 50 – соответствует силе в законе Ньютона для тяготения;
•    при радиусе от 50 до 450 – пропорциональна силе центробежного ускорения для тела, поэтому орбитальная скорость (V= const для этой области) не зависит от радиуса - подходит для описания области спиральной галактики, где другим теориям нужна «темная материя»;
•    при радиусе более 450 – имеет очень резкий спад (в минус четвертой степени от радиуса), такой высокий градиент напряжения и нахождение далеко от центра хорошо подходят для описания  гравитационного линзирования.

В КТГ (в отличие от других теорий):
•    ясен физический смысл гравитации – это градиент (радиального) напряжения в Материи (среды с твердыми аморфными свойствами);
•   хорошо описывается движение тел в спиральных галактиках  в области, где многим другим теориям необходима темная материя (чтобы подогнать наблюдаемые факты, чтобы они соответствовали зависимостям закона Ньютона );
•   имеется область, «не открытая» в астрономии, соответствующая упругой области модели гравитации, которая предсказывает многие явления (помимо упомянутого гравитационного линзирования), проверка которых астрономическими наблюдениями и расчетами поможет более быстрому утверждению этой теории.

Подтверждение КТГ

Область действия зависимости гравитации, соответствующая закону Ньютона для тяготения (до 50 в модели), подтверждать нет необходимости – это планетарная область Солнечной системы, которая хорошо знакома, к этой области можно отнести  и область вокруг центра галактики.

"Провал" круговой скорости на графике скоростей для многих галактик (в том числе Нашей и для ближайшей - Андромеды) между пиком роста скорости (вызванного более быстрым ростом массы, чем уменьшение действия от расстояния) и областью постоянной скорости (определяемый "пластичной" моделью гравитации) можно объяснить тем, что в качестве объектов  измерения скоростей взяты объекты (звезды), которые имеют эллиптические орбиты, большая часть которых находится в области действия ньютоновской модели гравитации, а попадая в область пластической модели - эта часть "эллипса" укорачивается, а круговая скорость изменяется быстрее, то есть, траектория движение этих объектов, если по вектору скорости объекта апроксимировать траекторию в этой области через ньютоновскую модель гравитации, то она получится более круговой (менее вытянутой, чем реальная) - отсюда и кажущаяся меньшая скорость (в этой "приграничной" области).
(Формирование бара галактик можно тоже обосновать влиянием этой "переходной" зоны между областями при некоторых условиях, но это уже здесь лишнее).

Область действия зависимости гравитации, в которой орбитальная скорость не зависит от радиуса (от 50 до 450 в модели), тоже не требует подтверждения, то есть эта область сама является подтверждением КТГ, так как соответствует наблюдениям.

«Не открытая» область гравитации астрономами (более 450 в модели), в которой реализуется высокий градиент изменения напряжения, который максимальный в абсолютном значении в начале этой области, «визуализируется» при гравитационном линзировании.

Одним из таких примеров визуализации является гравитационное линзирование вокруг галактики LRG_3-757 на рисунке слева, которая этой, далеко отстоящей от центра масс, областью преломляет свет другой (голубой) галактики.
При сравнительном анализе приведенных зависимостей модели с реальными космическими объектами необходимо учитывать, что в реальных условиях не будет четкой границы между областями модели, то есть одна область будет плавно переходить в другую область. Это следует из того, что «чистая» среда имеет различные (по величине и энергии разрушения) крупные структуры и во всей среде «циркулирует» энергия, которая сглаживает эти границы.

О движении тел в твердой среде

Движение тела в среде с твердыми свойствами не является очевидным представлением, поэтому, в качестве дополнения к КТГ, которая основана на наличии твердой упругой среды, приводятся два варианта возможности такого движения, имеющих известные аналоги в веществе.

Движение тела в среде с твердыми свойствами без потерь можно объяснить «идеальной» добротностью среды, при которой энергия, затрачиваемая на «раздвигание» по ходу движения тела, равна энергии, выделяемой при восстановлении связи за телом. Аналог такого движения – относительное движение тела в сверхтекучей жидкости – в жидком гелии, а, возможно, и в твердом гелии  в большом объеме, когда  границы слабо сказываются на движении тела в нем.

Движение тела в среде с твердыми свойствами можно описать и другим способом, имеющим известные аналоги. Этот способ реализуется если считать частицы вещества только формой существования этой среды, то есть любая частица вещества является только одной из устойчивых форм существования этой среды. Это утверждение основано на известных фактах рождения пар частиц (как бы из «ничего») или обратном эффекте -  аннигиляции частиц (как бы исчезающих «бесследно»). Частицу вещества, как устойчивую форму существования среды, можно представить как некоторую анизотропию этой среды в виде ее сложного устойчивого дефекта.
    Считая частицы вещества только некоторой анизотропией (формой) этой среды, движение в твердой среде будет представлять собой процесс перемещения только формы в этой среде, при этом сама среда будет оставаться на месте. Аналогом такого движения является движение дефектов в сверх чистом веществе, при котором все структурные элементы вещества остаются на месте, а перемещается только дефект, а при определенных условиях: локальном поглощении энергии - возможно рождение дефектов; или их взаимное уничтожение - с выделением заключенной в них энергии.

Написано это к тому, что движение тел с малыми потерями в твердой среде возможно, при этом могут быть дополнительные варианты к приведенным.
Не исключено, что в реальных условиях реализуется вариант движения, совмещающий оба варианта рассмотренного движения (или ещё чего-то дополнительно).

Сравнение КТГ с другими теориями гравитации

Главный «конкурент» КТГ – ОТО. ОТО основана: на ложной философской концепции – махизме, на принципах и следствиях ошибочной гипотезы – СТО, имеет свои ошибочные допущения, поэтому эта теория (ОТО) не может считаться даже теорией, а тем более, конкурентом.

Заключение

КТГ имеет ясный физический смысл – градиент (радиального) напряжения среды, правильно описывает астрономические наблюдения, основана на положениях, которые следуют из других областей физики (оптики, атомной физики), поэтому эту теорию (КТГ) можно считать единственно верной теорией гравитации.

Что дальше?

«Слабым местом» КТГ является сомнение в положении, лежащем в ее основе, - наличие твердой аморфной среды, которая является и носителем электромагнитных колебаний (света).
Выявить эту среду возможно, для этого разработаны несколько вариантов экспериментов, направленных на выявление этой среды оптическими методами.

Литература

1. Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. – Ижевск: НИЦ РХД, 2001, 512 стр. ISBN 5-93972-070-6 (перевод с английского издания 1953г).
2. G. Lame. Lecons sur la Theorie … de l’Elasticite, Paris, 1852. 
3. Хан Х. Теория упругости: Основы линейной теории и ее применения: Пер. с нем. - М.: Мир, 1988. - 344 с., ISBN 5-03-000368-1. (стр. 284).