Физика. Порядок вещей, или Осознание знаний

1.2.3. Физический смысл гравитационной постоянной

В классической физике приводится наглядный смысл гравитационной постоянной. Так, например, С. Э. Хайкин в Общем курсе физики Т1, Механика, издание второе, дополненное и переработанное, государственное издательство технико-теоретической литературы ОГИЗ, Москва, Ленинград 1947 г. на стр. 268 пишет:

На наш взгляд, наглядный «смысл» гравитационной постоянной, приведенный Хайкиным не соответствует ее физическому смыслу. Ничего наглядного, а, значит, и понятного в этом «наглядном смысле», а точнее в наглядной бессмыслице нет.

Принцип эквивалентности масс или сил гравитации и инерции это эвристический принцип, использованный Альбертом Эйнштейном при выводе общей теории относительности. Приведём один из вариантов его современного изложения:

«Силы гравитационного взаимодействия пропорциональны гравитационной массе тела, силы инерции же пропорциональны инертной массе тела. Если инертная и гравитационная массы равны, то невозможно отличить, какая сила действует на данное достаточно малое тело – гравитационная или силаинерции».

Однако сам А. Эйнштейн говорил только о пропорциональности масс: «…пропорциональность между инертной и тяжелой массой соблюдается без исключения для всех тел с достигнутой до настоящего времени точностью, так что впредь до доказательства обратного мы должны предполагать универсальность этой пропорциональности…».

А. Эйнштейн. Собр. науч. тр. в 4 Т.– М.: Наука, 1965. Т.1.

Но, как это ни странно, в современной физике под принципом эквивалентности масс преимущественно понимается не пропорциональность, а именно равенство масс. Это мнение основано на том, что при помощи различных систем физических величин и систем их измерения гравитационная постоянная может быть численно сведена к единице. Однако даже сама по себе необходимость совершения каких-либо действий для того чтобы свести огромную численную разницу между этими массами к единице неопровержимо свидетельствует об отсутствии их численного равенства.

Добиться такого равенства можно только устранив из системы измерения физических величин само понятие массы и соответственно её размерность. Но тогда не будет и принципа эквивалентности массы. Именно по такому ложному пути идут сторонники системы измерения физических величин LT. О правомерности или скорее, о неправомерности упразднения гравитационной постоянной мы подробно поговорим в главе (2.). Однако есть более разумный и естественный путь к пониманию принципа эквивалентности и без упразднения гравитационной постоянной.

Логично предположить, что если одно и то же тело по-разному притягивается или ускоряется инертно, то постоянное и неизменное количество его вещества в этих и вообще любых взаимодействиях просто по-разному участвует в них. Однако Хайкин вместо того, чтобы показать вполне естественное и принципиальное равенство общего количества вещества одного и того же тела и разное участие этого вещества в разных типах взаимодействий, выдаёт за физический смысл гравитационной постоянной вопиющее противоречие?!

Единичное соотношение произведения масс и квадрата расстояния между ними, на которое ссылается Хайкин, справедливо не только для единичных масс и единичного расстояния между ними, но и для любых масс, численно равных расстоянию между ними. Например, «наглядный смысл», приведённый Хайкиным сохранится и для масс 10 кг, 20 кг при расстоянии между ними 10 м, 20 м и т. д.

А вот с учётом размерности силы и гравитационной постоянной равенство, приведённое Хайкиным, вообще не имеет физического смысла. Даже если отношение произведения масс к квадрату расстояния между ними равно единице, то сами массы и расстояние между ними физически никуда не исчезают. Поэтому их нельзя опускать, как это сделал Хайкин.

С физической точки зрения закон тяготения для любых масс можно представить в следующем виде:

F = γ * k,

где

k = m₁ * m₂ / r² [кг²/м²]

Коэффициент (k) может принимать любые численные значения, в том числе и единичное значение, причём, как показано выше, не только для единичных масс и единичного расстояния между ними. Однако физический смысл гравитационной постоянной (γ) не становится от этого ни более наглядным, ни более понятным. Наоборот, акцентируя внимание на единичном значении коэффициента (k), Хайкин только уводит физику в сторону от истинного физического смысла гравитационной постоянной.

Физически сила не равна гравитационной постоянной, ни при каких значениях (k) и ни при каких значениях масс и расстояниях между ними, даже если произведение масс численно равно квадрату расстояния между ними, т.к. сила и гравитационная постоянная имеют разную размерность и соответственно разный физический смысл. То есть, даже если численное значение (F) равно численному значению (γ), то физически сила не равна гравитационной постоянной:

F = γ, так как [кг * м/с²] ≠ [м³ / (кг * с²)].

Таким образом, физический смысл гравитационной постоянной никак не связан с наглядной бессмыслицей, представленной Хайкиным. Гравитационная постоянная вообще не может быть исключительно одним только коэффициентом пропорциональности между массами, т.к. она имеет вполне определённую размерность, а это уже физическая величина. Она не перестанет быть физической величиной даже если в её составе есть, в том числе и какой-то безразмерный масштабный коэффициент пропорциональности. А физическая величина, кроме всего прочего имеет ещё и индивидуальный физический смысл.

Численное значение гравитационной постоянной определяется, в том числе и коэффициентом пропорциональности только не между массами одних и тех же тел, т.к. количество вещества одного и того же тела естественно не меняется в зависимости от типа взаимодействия. Как показано выше, меняется только количество работающих массовых элементов. В этом смысле гравитационная постоянная определяется коэффициентом пропорциональности между работающими массовыми элементами, приходящимися на единицу общего количества вещества физических тел в этих двух типах взаимодействия.

Количество работающих массовых элементов, выделяющихся при взаимодействии, определяется потенциально возможным количеством свободных массовых элементов в структурных образованиях физических тел и величиной силы взаимодействия, вызывающей их высвобождение. Поэтому их количество зависит от многих факторов: от физического состояния, от структуры, от химического состава, от величины физических тел, а также от типа взаимодействия и плотности окружающей мировой среды.

Уже сегодня есть опытные данные, свидетельствующие о том, что сила тяготения зависит от химического состава и физического состояния взаимодействующих тел. В соответствии с предложенным механизмом явления инерции количество работающих массовых элементов в контактном взаимодействии в значительной степени должно быть обусловлено так же и размерами взаимодействующих тел.

В периферийных областях крупных взаимодействующих тел свободных массовых элементов выделяется значительно меньше, чем непосредственно в области взаимодействия. Поэтому их сила-парус оказывает несколько меньшее влияние на их инертность и силу взаимодействия, чем в меньших телах, что приближает большие тела к гравитационным взаимодействиям по этому принципу. Из этого следует, что если за эталон массы принять инерционные свойства больших масс, в части, обеспечиваемой мировой средой, то гравитационная постоянная возможно была бы несколько больше, т.е. ближе к единице, чем сегодня для малых масс.

Ацюковский В. А.

Если согласиться с теорией Ацюковского В. А., то гравитация обусловлена избыточным давлением эфира мировой материальной среды с внешней стороны гравитирующих объектов за счёт охлаждения среды в телах и между ними. Это означает, что в гравитационном взаимодействии тела взаимодействуют не непосредственно между собой, а с мировой материальной средой. Это значительно более слабое взаимодействие по сравнению с контактным взаимодействием непосредственно между физическими телами. Следовательно, в гравитационном взаимодействии выделяется меньшее количество свободных массовых элементов.

Причём поскольку область наименьшего давления свободного эфира находится в центре тел, то наибольшая сила тяготения также должна наблюдаться в центре тел. Это подтверждается опытными данными по измерению гравитации в глубоких шахтах. Вопреки современным теориям, предполагающим уменьшение гравитации с увеличением глубины шахты за счёт гравитации, оставшихся наверху масс, с увеличением глубины шахты гравитация только увеличивается! По этой же причине сила тяготения действует на тела через их центры, т.к. в центре тел сосредотачивается большая часть работающих массовых элементов.

Наверное, есть какое-то предельное разряжение эфира между тяготеющими телами, а также внутри тяготеющих тел, обусловленное предельными параметрами термодиффузионного движения амеров эфира. Поэтому бесконечная концентрация вещества в какой-то ограниченной области пространства и бесконечный рост силы тяготения в этой области исключены, что в свою очередь исключает такие образования, как «черные дыры». По крайней мере сказки о них, видимо, несколько преувеличены. Они точно не стягивают все вещество в одной точке.

По поводу пропорциональности гравитационной и инертной масс С. Э. Хайкин в упомянутой выше работе пишет:

Пропорциональность гравитационной и инертной масс действительно не может быть случайностью, т.к. на наш взгляд, любые взаимодействия между материальными телами, в том числе и явление всемирного тяготения, определяются одними и теми же законами природы. Если учесть, что силы тяготения вызваны обычными контактными взаимодействиями тел с мировой материальной средой, то между законами динамики Ньютона и силами тяготения нет никакой принципиальной разницы.

Хайкин С. Э. говорит, что «в классической физике законы динамики никак не связаны с существованием сил тяготения».

Однако вся небесная механика построена исключительно на законах динамики механического движения. Именно из упраздненного нами третьего закона Ньютона (см. гл. 1.2.1.) непосредственно вытекает, что небесные объекты выступают в гравитационном взаимодействии как равноправные партнеры, которые могут отличаться только массой. Именно из этого и исходил Ньютон, работая над законом всемирного тяготения надо полагать.

Это означает, что закон всемирного тяготения представляет собой только одну из форм записи второго закона Ньютона. Если закон всемирного тяготения выразить через ускорение свободного падения (а = k * M_з / r²), то для гравитационных взаимодействий мы получим тот самый второй закон Ньютона из классической динамики Ньютона (F = m * а), которая по ошибочному мнению Хайкина имеет самостоятельный физический смысл, никак не связанный с законом всемирного тяготения!

Сила из второго закона Ньютона это не просто абстрактная неуравновешенная сила, которая стала таковой в современной физике только по той простой причине, что в классической модели неуравновешенного движения ответное тело взаимодействия искусственно выносится за рамки неинерциальной системы ускоряемого тела и в дальнейшем для него не рассматривается. В реальной действительности ответное тело никуда не делось, т.к. именно его масса и определяет ускорение якобы неуравновешенного движения ускоряемого тела и реально уравновешивает взаимодействие в целом в соответствии с третьим законом Ньютона.

Присутствует в классической динамике, определяемой вторым законом Ньютона и расстояние между взаимодействующими телами. Это размер зоны упругой деформации вдоль линии взаимодействия между взаимодействующими телами. Правда в отличие от силы тяготения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния, сила упругости зависит от удлинения линейно, т.е. сила упругости пропорциональна первой степени удлинения. Эта зависимость была установлена экспериментально и носит имя: закон Гука:

F_упр. = – k * x,

где:

x – удлинение;

k – модуль продольной упругости или модуль Юнга.

Однако это соотношение справедливо для равномерно деформированного тела, в котором установившаяся статическая деформация равномерно распределена по его объёму для постоянной силы, вызывающей деформацию. Если учесть, что в реальном взаимодействии сила в центре зоны деформации не постоянная, а изменяется пропорционально удлинению, то индивидуальная сила, приложенная к каждому массовому элементу в каждом поперечном сечении тела, оказывается пропорциональной квадрату удлинения.

В современной физике считается, что силы упругости имеют электрическую природу. Но силы Кулона имеют квадратичную зависимость от расстояния. А вот почему квадратичная зависимость кулоновских сил от расстояния превращается в линейную зависимость сил упругости от расстояния, классическая физика не поясняет. Учитывая зависимость инертной силы двух взаимодействующих тел от квадрата их упругого удлинения при движении с ускорением, второй закон Ньютона можно привести к форме записи закона всемирного тяготения.

Fкв = k * (m₁ * m₂ / r²) (1.2.4)

Тогда

а₁ = k * (m₂ / r²) (1.2.5)

а₂ = k * (m₁ / r²) (1.2. 6)

где:

r²: удлинение взаимодействующих тел.

k – инертная постоянная.

Теперь видно, что физический смысл гравитационной и инертной постоянной идентичен, разные только их величины. Однако физический смысл гравитационной и инертной постоянной определяется разным количеством работающих массовых элементов только частично.

Из приведённого выше механизма явления инерции или механизма взаимодействия физических тел следует, что работающие массовые элементы образуют объёмное поле распространения энергии взаимодействия. Естественно, что при этом только часть этой энергии сообщает взаимодействующим телам линейное поступательное движение в своих направлениях вдоль линии взаимодействия.

Другая часть рассеивается во всех остальных направлениях, не оказывая прямого влияния на линейное поступательное движение тел в основном направлении взаимодействия. Поэтому величина гравитационной постоянной определяется, в том числе и соотношением объёмно образующейся силы взаимодействия с линейным поступательным движением тел вдоль основного взаимодействия.

Об этом свидетельствует и размерность гравитационной постоянной ([м³ / (кг ^* с²)]), которая увязывает в ЗВТ величину линейной силы взаимодействия с объёмным распространением энергии взаимодействия. Судя по размерности, которая не определяет, но отражает физический смысл любых физических величин, гравитационная постоянная определяет объёмное распространение энергии взаимодействия ([м³/с²]) приходящееся на один ([кг]) работающего вещества.

При этом количественно величина гравитационной постоянной одновременно учитывает, как разное количество работающих элементов в гравитационном и инертном взаимодействиях, так и разное объёмное распространения энергии взаимодействия в этих взаимодействиях, что влияет на их разные линейные ускорения в основном направлении.

Таким образом, гравитационная постоянная, а также очевидно инертная постоянная и электромагнитная постоянная, т.е. коэффициент видов взаимодействия имеет тройной физический смысл.

Это:

1. Коэффициент взаимодействия, увязывающий объёмный характер распространения сил взаимодействия с линейным ускорением, сообщаемым телам вдоль линии взаимодействия.

2. Коэффициент взаимодействия, отражающий разное количество работающих массовых элементов в одном и том же физическом теле или частице в зависимости от видов взаимодействия.

3. Коэффициент взаимодействия, содержащий в своём составе безразмерный коэффициент пропорциональности между абсолютными коэффициентами взаимодействия разных типов взаимодействий.

Таким образом, гравитационная постоянная, которая в силу названных выше причин не очень-то и постоянная, имеет, тем не менее, естественный природный физический смысл. Точнее физический смысл имеет принципиальная взаимосвязь всех типов взаимодействий. А гравитационная постоянная лишь отражает эту взаимосвязь между инертными и гравитационными взаимодействиями.

***

В контактном взаимодействии коэффициент взаимодействия (k) по отношению к гравитационной массе равен единице, поскольку за эталон массы для этих двух видов взаимодействия была принята именно инертная масса и не учтён истинный механизм полного взаимодействия. Причём, как мы уже отмечали, на этот коэффициент влияют физическое и химическое состояние взаимодействующих тел, а также величина их масс. Следовательно, для контактного взаимодействия масс масштаба крупных космических объектов коэффициент может быть и значительно меньше единицы.

Истинным же эталоном массы, как количества вещества должно являться полное количество вещества материального тела в штуках. При этом в каждом типе взаимодействия был бы свой индивидуальный коэффициент взаимодействия с размерностью гравитационной постоянной и величиной всегда меньшей единицы. Но даже в гипотетическом взаимодействии, в котором работают все массовые элементы тел, коэффициент взаимодействия не может быть равен единице и не сможет быть безразмерным, т.к. он увязывает объёмный характер распространения взаимодействия с линейным ускорением тел вдоль линии взаимодействия.

Поскольку сегодня о количестве вещества можно судить только по результату взаимодействия материальных тел, то практически за эталон массы можно принять инерционные свойства материальных объектов в любом из конкретных видов взаимодействия. Теоретически за эталон массы можно принять хоть инерционные свойства материальных объектов при электрических взаимодействиях. Понадобятся лишь соответствующие коэффициенты перевода электронной массы в гравитационную и контактную массу.

Логично предположить, что контактное взаимодействие также имеет своё поле инертного взаимодействия, природа которого аналогична природе поля гравитационного и электромагнитного взаимодействия. Это распределение давления эфира между взаимодействующими телами. Об этом свидетельствует, как пропорциональность инертной и гравитационной масс, так и безусловная применимость второго и третьего законов Ньютона к гравитационным взаимодействиям.

Основное отличие состоит только в том, что поле инертного взаимодействия возникает лишь при прямом контакте взаимодействующих тел между собой, а гравитационное поле возникает при контакте физических тел непосредственно с носителями гравитационного поля и мировой материальной среды – амерами.

Если при контактном взаимодействии избыточное давление элементарных носителей массы сосредоточено между взаимодействующими физическими телами, то в гравитационном взаимодействии избыточное давление мировой материальной среды действует на тела со стороны открытого пространства с внешней стороны взаимодействующих тел. Однако законы газовой динамики в обоих случаях одинаковые.

Таким образом, механизм контактного взаимодействия не должен принципиально отличаться от механизма гравитационного взаимодействия, кроме противоположной направленности сил, воздействующих на физические тела.

При этом второй закон Ньютона, как в том, так и в другом случае отражает только зависимость мгновенного геометрического приращения движения ускоряемой массы от характера текущего объёмного распределения избыточного давления эфира, действующего на каждую из взаимодействующих масс и от количества связанных с массой элементарных носителей взаимодействия – паруса взаимодействия.

***

Р. Фейнман в Фейнмановских лекциях по физике, Т1, Современная наука о природе. Законы механики. В §5 Всемирное тяготение страстно доказывает, что законы Ньютона абсолютно верны для всей вселенной и на любых расстояниях. Он приводит астрономические наблюдения, которые доказывают, что даже очень удаленные от Земли небесные тела движутся по эллипсу и собираются в скопления. Но:

Во-первых, движение планет по эллиптическим орбитам первоначально следует не из Ньютоновских законов, а из первого закона Кеплера, хотя для сути дела это и непринципиально.

А во-вторых, дело не только в расстояниях, но и в физической сущности гравитационной и инертной масс, про которые Фейнман говорит только то, что они с высокой точностью строго пропорциональны. Их пропорциональность не означает их равенства, Равно только списочное количество их массовых элементов. А законы Ньютона в существующих формулировках не раскрывают физическую сущность гравитационной постоянной, которая не соответствует наглядному смыслу, приведенному Хайкиным (см. выше).

К тому же в разных точках вселенной коэффициенты взаимодействия могут быть разными. Полный коэффициент взаимодействия должен учитывать физическую структуру, химический состав и полную массу взаимодействующих тел. Поэтому говорить об абсолютной верности законов Ньютона в смысле полноты отражения ими реальной действительности в том виде, в котором они существуют на сегодняшний день не совсем правильно.

Как показано выше, законы Ньютона описывают только частные случаи реальной действительности, т.к. не учитывают мировую материальную среду, хотя и имеют статус фундаментальных, т.е. базовых законов природы. Поэтому правильнее было бы сказать, что законы Ньютона верны в своей совокупности и с учётом всех возможных факторов, влияющих на взаимодействие материи, в том числе и плотность мировой материальной среды в области пространства, в которой осуществляется взаимодействие.

Из приведенного анализа следует, что закон всемирного тяготения, так же как и второй закон Ньютона является частным случаем или следствием не существующего пока в современной физике, но, как мы полагаем, безусловно существующего в природе, всеобщего закона взаимодействий. Этот закон одинаково определяет все типы взаимодействий в природе, отличающиеся только коэффициентом взаимодействия. Наиболее общей формой записи всеобщего закона взаимодействий является объёмная форма аналогичная выражению для закона всемирного тяготения.

Представленная схема взаимодействия носит общий неконкретный характер, т.к. современных знаний о природе недостаточно для ее детального обоснования и, конечно же, она имеет свои недостатки. Например, не разрешен вопрос, будет ли испытывать дополнительное внешнее инерционное сопротивление тело, движущееся в отсутствие взаимодействий, т.е., как считает современная физика «по инерции», если его предварительно деформировать?

Например, можно провести эксперимент с болтом и накрученными на него гайками в расслабленном виде и после их затяжки. Ответ, лежащий на поверхности – «не будет», что является серьезным возражением против предложенной схемы взаимодействия. Однако всё не так просто. Возможно в статистке свободные массовые элементы, выделившиеся при деформации, тут же вновь поглощаются или рассеиваются в пространстве. Поэтому нужны динамические эксперименты.

Приведём некоторые из них.