Космологический фактор - антигравитация (темная энергия)

on 08 May 2008.

  О ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ТЕЛАМИ ЗА СЧЕТ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ                                                                                                    

Построение физических моделей и проверка их на прочность известными фактами может способствовать нашему продвижению вперед в понимании некоторых проблем, которые требуют несколько большего внимания с нашей стороны, чем до сих пор им было отведено.

Проблемы гравитации и инерции, по мнению автора, являются самыми интересными темами для анализа.

                                                                                                                        

    

 

   

Рассмотрим движение тела под действием гравитации вокруг Земли с круговой скоростью (космический корабль). На этом теле с помощью пружины разлетаются два опытных объекта, один по курсу движения, второй обратно орбитальному движению. Опытные  объекты равных масс - М(т), одинаковы и их скорости относительно корабля. Тела находятся в емкости и движутся по направляющим.

Рассчитаем силы давлений, которые окажут тела на емкость.

Тело, летящее назад, имеет орбитальную скорость

       V(1)= V-V(c),

 где  V(c) - скорость тела относительно корабля;

 V-скорость корабля относительно Земли.

Тело, летящее по курсу,  имеет орбитальную скорость

V(2)=V+V(c).

Тогда первое тело  оказывает давление

F(1)=М(т)V2(1)/Rз-GМ(т)M/Rз2- направление суммарной силы вниз, к центру Земли, так как скорость теперь меньше круговой,

G-гравитационная постоянная,

М- масса Земли,

  Rз - расстояние до центра тяжести (радиус орбиты).

     Тогда второе тело окажет давление:

                F(2)=М(т)V2(2)/Rз-GМ(т)/Rз2

 - направление силы от центра Земли, так как  скорость больше круговой.

    Теперь суммируем  результаты для этой системы, учтя, что

(V-V(c))2/Rз+(V+V(c))2/Rз=V2/Rз-2VV(с)/Rз+V2(с)/Rз+V2/Rз+2VV(с)/Rз+V2(с)/Rз=2(V2 +V(c)2)/Rз,

 Поэтому имеем:

                F(1)+F(2)=2М(т)(V2+V2(c))/R -2GМ(т)M/Rз2,

 Запишем формулу так:

F(1)+F(2)= 2M(т)V2/Rз- 2GM(т)M/Rз2+2M(т)V2(c)/Rз.          (1)

    Первые два слагаемые в правой части уравнения дают равенство гравитационной и инерционной сил до момента распада тела на две составляющие, а третье слагаемое говорит о дополнительной силе, которая появляется, когда эти тела начали разлетаться со скоростью V(с) относительно своего центра масс.

     Еще раз вывод: два разлетающихся тела в замкнутой системе Земля- корабль будут тащить корабль на более высокую орбиту.

Скорости обоих частей относительно корабля одинаковы, но инерционная сила  зависит от квадрата полной скорости тел относительно Земли. Поэтому  и результирующая сила для двух тел не равна нулю.

     Совершено неважно, как пробные тела движутся (слетаются   они или разлетаются). Совершенно неважно, постоянная у них скорость или переменная (тела могут быть скреплены пружиной и совершать колебания), но важно то, что неизбежно появляется дополнительная сила, которая действует на  систему (тела по условию продолжают составлять систему и воздействуют на нее). Движется ли машина, летит ли самолет или ракета, летит ли молекула в сосуде, но всегда должно наблюдаться уменьшение веса движущегося тела.

        Это Кориолисово ускорение? Что-то не так там в его формулировке: удвоенное векторное произведение угловой скорости тела на его скорость. Крути как хочешь, но вывод-то один: в потенциальном гравитационном поле Земли для разлетающихся (слетающихся, вибрирующих,  перемещающихся) тел появляется сила, которая способствует их отталкиванию от Земли.

Круговая скорость может быть равной нулю, но при наличии внутренних движений в системе (а для газа, жидкости или твердого тела это эквивалентно наличию теплового движения молекул), все равно получим неравенство веса и гравитационной силы. Любое двигающееся по поверхности Земли тело уменьшает свой вес (уменьшает давление на опору), причем совершенно неважно, в какую сторону движется это тело, если не учитывать еще и вращение Земли, которое делает несколько неравноправными направления движения.

Если в земных условиях силы малы при малых скоростях тел, то в условиях центрифуги они достаточно велики, чтобы вызвать ощутимые эффекты. Обязательность  именно радиальных как гравитационных, так и инерционных сил есть непременное условие - тогда есть неравномерность полей и возможность проявления эффекта уменьшения веса. То есть, две, например, вибрирующие массы, помещенные в центрифугу, должны оказать давление на весы, отличающееся от того, которое окажут две не вибрирующие массы в той же центрифуге.

Проанализируем возможные способы получения больших скоростей  тел в замкнутых объемах:

-Колебания тел, скрепленных пружиной. Скорости малы,  эффект ничтожен.

-Взрыв в камере. Скорости сравнимы с орбитальной, но малы массы, эффект ничтожен и длится короткое время.

-Вращение масс. В любой момент времени при вращении тела на орбите одна часть тела движется со скоростью, превышающей круговую, другая часть тела движется со скоростью меньше круговой. Массы велики, но скорости малы по сравнению с орбитальными. Существует принципиальная возможность использования возникающего эффекта для перевода спутника на более высокую орбиту. В результате перехода на другую орбиту будет происходить замедление вращения. Именно этот способ можно считать уже достаточно изученным и подтвержденным. Известно, что Луна тормозит суточное вращение Земли и в результате этого отдаляется от Земли [1].

 -Газ - это движение тел в замкнутой системе. Однако надо  разобраться - все ли степени свободы, все ли направления движения молекул окажут тот же эффект. По курсу и обратно - это уже проанализировано, перпендикулярно движению в “горизонтальной“ плоскости - тот же эффект, ”вверх” и “вниз” - отсутствие эффекта. Таким образом “работают” всего 2/3 массы. Скорости даже при комнатной температуре космические (например, для водорода 1800 м/с), массы - практически неограниченные, эффект значителен. В результате перевода спутника на более высокую орбиту газ будет охлаждаться. Никого не изумляет, что при падении тела с некоторой высоты происходит повышение его температуры. Но никто до сих пор не измерил, понижается ли температура тела, если его поднять на такую же высоту.

-Плазма. Возможно хранить и накапливать плазму вокруг космического объекта за счет космического излучения, создав простую магнитную ловушку (катушку), захватив десятки тысяч километров космоса в качестве рабочего объема и, тем самым, увеличив рабочую массу до сотен и тысяч килограмм. Ожидаемый эффект колоссален.

-Использование энергии деления ядерного горючего и радиоактивного распада. Несмотря на то, что масса осколков в единицу времени мала, но скорости очень велики, и, по крайней мере, для ядерного реактора можно получить значительную тягу.

-Аккумуляция тепловой энергии в твердом теле или жидкости. Скорости малы, но возможность использования больших масс и концентрация значительной энергии делают этот способ достаточно перспективным. Следует учесть, что в кристаллической решетке твердого тела атомы (или молекулы) лишь совершают колебания около положения равновесия, то есть лишь амплитуда скорости будет равна средней скорости теплового движения, а значения скорости для каждой молекулы будут периодически меняться от нуля до максимальной. Масса молекулы будет играть большую роль, так как при одной и той же температуре скорость (и эффект) будет больше для легких элементов.

-Применение ускорителей заряженных частиц. Возможно получение субсветовых  скоростей, что позволит использовать малые массы; кроме того,  управление тягой по времени реакции минимально. Ожидаемый эффект значителен.

Одна из гипотез на тему: сброс с орбиты двух российских спутников с ядерными реакторами на борту.

Подъем температуры - включение реактора (анализ проводим  по тепловой эффективности) вызывает появление нерасчетной силы, которая изменяет и траекторию, и ориентацию корабля. Нерасчётная, неучтенная тяга от реактора, как теплового элемента, для оператора равносильна приказу на включение стабилизирующих двигателей (кратковременное), что затем опять вызовет разлад в системе навигации (непонимание источников тяги); на нынешнем уровне это неизбежно приведет к сбросу спутника с орбиты (или уход на более высокую орбиту) и его санкционированному уничтожению.

      Неоднократные измерения веса тела и попытки найти зависимость веса от температуры оканчивались неудачно.

      Оценим возможную разницу в весе при нагреве одного килограмма вещества, предположим, водорода, на сто градусов.

      Вес газа определяется суммой действия всех молекул занятого объема. Не может быть и речи о пренебрежении искривлением траектории под действием гравитации горизонтально двигающихся молекул. Как ни мал свободный пробег, но у горизонтально двигающейся частицы появляется вертикальная составляющая скорости, которая и передаст давление на дно сосуда. Искривление траектории тем меньше, чем больше скорость частицы. Чем больше скорость частицы, тем меньшее давление она окажет на дно сосуда. При круговой скорости частица не оказывает давление на дно сосуда. Если частица имеет скорость больше круговой, то такая частица будет оказывать давление не на дно, а на крышку сосуда, потому что в земных координатах она имеет и вертикальную составляющую скорости (горизонтальная поверхность это отнюдь не идеально ровная поверхность, а поверхность шара, поэтому любой вектор, лежащий на идеальной прямой или на кривой ином, чем круговой, радиусе, будет  иметь вертикальную составляющую при проекции его по концентрическим окружностям на вертикальную ось, то есть на радиальное направление, ведь именно так необходимо проецировать в таких координатах).

       Из трех возможных направлений движения в гравитационном поле одно вертикальное, а два горизонтальные. Искривление траектории произойдет у горизонтальных направлений, так же как и изменение веса этих  частиц за счет инерционных сил. Вертикальное направление (“вверх” и “вниз”) не влияет на вес (то есть прибавка в импульсе для летящих “вниз” равна потери импульса для летящих “вверх”).

Примем, что первое взвешивание производим при 0 К и  масса оказалась равной 1 кг, точнее, 9,81 Ньютон. Второе взвешивание произведем при 273 К, третье при 373 К. То есть, определить истинную массу образца на Земле сейчас  автор считает возможным и реальным только при 0 К и при нулевом инерциальном ускорении, что в данный момент неосуществимо. Но коль скоро инерционная составляющая от вращения Земли (предположительно) одинакова для трех взвешиваний, то при вычислении разницы в весе она уничтожится.

 F=1/3Mg+2/3 M(g-V2/Rз),

     где    V2= 3kT/m=3RT

 

     тогда     F=M(g-2kT/mRз)   или 

F=M(g-2RTRз),

     где V- скорость частиц; Rз - радиус Земли; M - масса  взятого объема газа; m - масса молекулы  газа; k  - постоянная Больцмана; μ - молекулярная масса; R-  универсальная газовая постоянная.

F=9,81-2х8,31х273/(6 380 000х0,002)=9,46 Ньютон, взвешивание при 273 К

F=9,81-2х8,31х373/(6 380 000х0,002)=9,32 Ньютон, взвешивание при 373 К

 Разница 0,14 Ньютон.

       Такую разницу в весе должны были зарегистрировать (если кто-нибудь когда-нибудь взвешивал такое количество водорода, да к тому же еще и в вакууме, чтобы убрать погрешности от расширения сосуда, ведь объем такого количества водорода при нормальных начальных условиях займет 11 кубических метров). По мнению автора, никто таких измерений не проводил.

      Очень интересно проанализировать  также уменьшение веса при вращении тела массой 1 кг на ультрацентрифуге с вертикальной осью вращения при частоте оборотов 104 рад/с для кольца радиусом 0,1м. Скорости всех частей кольца горизонтальны, достаточно велики, поэтому  эффект должен иметь место.

E=JW2/2=mW2r2/2,  F=2Е/Rз=2mW2r2/2Rз,                       

F=1х(104 )2х(0,1)2/6380000=0,15 Ньютон,

где J-момент инерции; W- угловая скорость; r- радиус кольца; R- радиус Земли.

    Весы должны показать разницу в весе порядка пятнадцати грамм! И это при вибрирующей ультрацентрифуге, когда погрешность в измерениях будет превышать допустимую для весов. Кроме того, опыт необходимо проводить в вакууме, чтобы избежать появления аэродинамических эффектов. Учитывая, что ультрацентрифуги находятся в единичных лабораториях, а достижимые скорости вращения в большинстве лабораторий на порядок меньше (следовательно, на два порядка меньше ожидаемый эффект), то можно заключить, что подобные измерения или были проведены некорректно  или вообще не проводились.

       Взвешивание твердых тел  при изменении температуры дает, очевидно, меньшую разницу. Но твердые тела демонстрируют нам возможность поднять температуру  без каких либо защитных средств (баллоны, магнитное поле). Можно поднять температуру плазмы значительно выше, но сколько это будет стоить?

      Оценим тягу реакторов на российских спутниках. Вводные данные:

 пусть масса реактора - М(р) - порядка тонны, температура рабочая 1000 К, молекулярная масса (усредненная) 0,04 кг, тогда эффект в виде тяги корабля будет:

         F=2RTМ(р)/( μ м Rз),

         F=2х8,31х1000х1000/(0,04х6 380 000)=65 Ньютон

 Неучет кривизны Земли, игнорирование неоднородности гравитационного поля не позволяют никак предсказать эффект теоретически. Если взять за основу прямолинейное гравитационное поле, тогда не учитывается ни влияние скорости частицы на вес, ни влияние поля на траекторию частицы, ни наличие некоторой предельной скорости частицы в радиальном поле Земли, когда вес этой частицы  равен нулю, тогда и эффект не выявляется.

     Все классические выводы сделаны для однородного гравитационного поля, они идеально подходят к инерционному ускорению при прямолинейном и равноускоренном движении - при таком движении нет ни скорости убегания, ни эффекта уменьшения веса при движении тела. Кривизна гравитационного (или инерционного) поля становится важна при оценке, например,  распределения молекул в таком поле.

Необходимо уточнение классической барометрической формулы с учетом шарообразности Земли. Автор предлагает такое соотношение для распределения молекул в гравитационном поле:

 

    N=N(0)e-mah/kT 

где а=g-2V2/(3Rз)- это есть сумма ускорений (гравитационное + инерционное) с учетом того, что  молекулы, имеющие горизонтальные составляющие скорости (а их 2/3 от общего количества), оказывают давление на дно сосуда в зависимости от величины проекции скорости на горизонталь и кривизны  гравитационного поля.

   Учтя, что V2=3kT/m, получаем  

              a=g-2/3(3kT/mRз)=g-2kT/mRз,

  где   k- постоянная Больцмана;

          Т- абсолютная температура;

          m- масса молекулы;

          N-  концентрация частиц, находящихся при температуре T на уровне h;

      N(0) - концентрация частиц на  уровне, принятом за нулевой;

          V- скорость частицы;

          h- высота над нулевым уровнем;

          Rз- расстояние до центра тяжести.

      При достижении некоторой температуры концентрация частиц на любом уровне, на любой высоте будет одна и та же (как и в невесомости). Это есть первая характеристическая температура (аналог первой космической скорости) для частиц нагретого газа. При превышении этой температуры будет наблюдаться увеличение концентрации частиц на более высоких уровнях по сравнению с нижними. Давление на верхнюю поверхность тогда будет больше, чем на нижнюю!

Условие ухода из поля гравитации определяется из равенства гравитационной энергии всей массы газа и кинетической энергии горизонтально движущихся молекул (2/3 массы).  Это есть вторая характеристическая  температура (аналог второй космической скорости).

    MgRз-2/3MV2/2=MgRз-2/3(3kT/m)M/2 = MgRз -MkT/m= 0,

     gRз=kT/m

   Совместное действие гравитации и инерции в земных условиях приводит к тому, что на тело действует некоторое суммарное ускорение, которое отнюдь не равно ускорению свободного падения. Конечно, добавка так ничтожна, что при нормальных температурах для газа, и тем более твердого тела, она крайне тяжело определима, но, тем не менее, она есть.

Рассмотрим формулу для определения периода колебаний математического маятника - многие эксперименты основываются на измерении периода свободных колебаний, и многие выводы получены из анализа именно этой системы (3, с.50)      

T=2 p(LM ин./gMгр. )1/2

 

где  p - число "пи",  Mгр. - гравитационная масса; Мин. - инерционная масса; L - длина маятника; g - ускорение свободного падения.

  Ускорение свободного падения определено здесь не именно для данного образца, а для какого-то опытного тела, и оно будет отличаться от истинного. Поэтому и использование подобного маятника для каких либо измерений нецелесообразно. К сожалению, именно этот способ и использовался большинством экспериментаторов для выяснения взаимосвязи между инерцией и гравитацией.

Опыты В. Брагинского (2, с.106) вызывают сомнение, потому что массу экспериментальных образцов необходимо определять только при температуре, максимально приближенной к 0 К. Напомним, как выглядела установка. На коромысле, висящем на тончайшей нити, устанавливались друг против друга гирьки из алюминия и платины. Если бы гирьки по разному реагировали на притяжение массивных тел (в частности Солнца), то коромысло бы меняло свое положение. Этого не было обнаружено. Причина как раз и состоит в том, что для опыта брались гирьки, массы которых определялись путем взвешивания при комнатной температуре, то есть неверно. Для опыта брались гирьки разных масс, но одного веса!

                     Из всего сказанного следуют несколько выводов:

 -Все опыты, которые проведены без анализа масс образцов  и эталонов при температуре, близкой к 0 К, считаются некорректными (опыты Брагинского-Дикке).

-Для макротела, состоящего из множества атомов, при гравитационном взаимодействии с другим телом необходимо производить учет не только скорости центра масс, но скорости теплового движения отдельных атомов, а также вращения вокруг оси.

 -Ускорение свободного падения разное для  химически  различных тел. Ускорение свободного падения разное для одного и того же тела при разных температурах.

  -Вещество, масса  которого измерена в ”холодном” состоянии, ведет себя в гравитационном поле после повышения  температуры как тело большей (по сравнению с расчетной) инертной массы. Скорости движения "горячих" звезд (например, скорости вращения звезд вокруг центра Галактики) будут отличаться от скорости движения "холодных"(что, кстати, и наблюдается).

  - Сила инерции уменьшается обратно пропорционально расстоянию между гравитирующими телами, а сила гравитации уменьшается обратно квадрату расстояния. Поэтому при некоторых расстояниях между телами или некоторых температурах вещества сила инерции может превзойти силу гравитации. Тот фактор расталкивания между звездами и галактиками, который выплывал в формулах Эйнштейна, как некоторый космологический фактор, можно объяснить большим угасанием сил гравитации с расстоянием по сравнению с силами инерции. Достаточно лишь сил инерции (которые, оказывается, есть функция тепловой энергии) при возникновении двух звезд, чтобы вызвать их разбег при достаточно больших расстояниях между ними.

   -Возможно сейчас создать тягу для перевода спутника на более высокую орбиту, если иметь на борту объём легкого газа при большой температуре.

 

                         Возможные опыты для подтверждения эффектов:

-измерение концентрации газа в вертикальном сосуде на разных уровнях при повышении температуры. Концентрация на верхнем уровне будет стремиться сравняться с концентрацией на нижнем, а затем и превзойти ее. 

  -взвешивание тел до и после нагрева (использовать максимально возможные температуры и массы, причем опытный объект предпочтительно брать из начала таблицы Менделеева); взвешивать в вакууме;

   -измерение ускорения свободного падения для тела, нагретого  до разных температур;

   - измерение суммарной силы взаимодействия между  двумя телами при их различных температурах (с помощью, например, крутильных весов);

     - измерение разницы температуры при изменении положения массы газа в гравитационном  поле или в инерционном радиальном поле (в центрифуге). Изменяется ли, например, температура шара с гелием, если он поднимается на некоторую высоту?

 

Использованная литература:

 1. Климишин И. А., Элементарная астрономия. - М.: Наука, 1991, с.  97.

 2. Климишин И. А., Релятивистская астрономия. -М.: Наука, 1989, с. 106, 288.

 3. Спиридонов О. П.,  Фундаментальные физические постоянные. -М.: Высшая школа, 1991. с. 238.