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 сила инерции».

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 дословно. 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, причём в одной и той же системе физических величин 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 самого 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 просто по–разному участвует в этих типах взаимодействий. Поскольку тело одно, то равенство гравитационной и инертной масс, может заключаться только в равенстве их общего количества вещества. 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, а для любых масс, произведение которых численно равно квадрату не обязательно единичного расстояния между ними. Например, «наглядный смысл», приведённый Хайкиным сохранится и для масс 5 кг и 20 кг при расстоянии между ними 10 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.

Тем не менее, 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 естественно 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 парус оказывает несколько меньшее влияние на их инертность, чем в меньших телах, что приближает большие тела к гравитационным взаимодействиям по этому принципу. Тогда, 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.

Если согласиться с теорией Ацюковского В. А., то гравитация обусловлена избыточным давлением эфира мировой материальной среды с внешней стороны гравитирующих объектов. Это означает, что в гравитационном взаимодействии тела взаимодействуют не непосредственно между собой, а с мировой материальной средой, т.е. 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 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 третьего закона Ньютона 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.

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. Покажем это графически на Рис. 1.2.3.

Разобьем два взаимодействующих тела, представляющие собой цилиндрические стержни с одинаковой для простоты массой и одинаковыми геометрическими размерами на равные линейные части по длине цилиндров. Пусть для простоты таких частей будет три в каждом теле. Тогда любая сила, действующая на такие тела, будет пропорциональна (кратна) трём.

Пусть, исходя из нашего разбиения, при разгоне тел к ним условно приложена внешняя постоянная по величине и направлению сила равная (3F). Во время разгона к каждому элементу взаимодействующих тел будут приложены силы, показанные на рисунке (1.2.3.). На рисунке показаны также силы, действующие между элементами.

Мы не можем количественно оперировать с нулевыми или бесконечно малыми силами и удлинениями. Поэтому за точку отсчёта условно примем удлинение (х = ±1) и силу (F = 1F). Эти параметры будут соответственно обозначать начало сжатия и конец расширения зоны деформации (см. Рис. 1.2.3.). При этом численные значения удлинения и силы на этих стадиях могут быть сколь угодно малыми.

Целесообразность их малости для практических расчётов покажет опыт. Тогда эта величина может быть принята за единичное удлинение, а сила, вызывающая её – за единичную силу. Количество сечений рассчитывается как частное от деления максимальной силы на минимальную. При этом наибольшее удлинение также будет кратно этому соотношению

И ещё одно предварительное пояснение. Сила взаимодействия образуется в самом центре зоны деформации. Эту часть зоны деформации для простоты будем условно считать несоизмеримо малой по сравнению с деформацией, распространяющейся по длине тел. Тогда за удлинение, участвующее в расчётах силы, действующей на внешних концах и в центре зоны деформации тел, будем принимать только удлинение самих тел.

Но как бы ни была мала центральная зона деформации, она также подчиняется закону Гука. А поскольку она образуется из того же материала, из которого состоят и сами тела, то сила которая в ней образуется также меняется пропорционально удлинению. Таким образом, опуская это удлинение в общем удлинении тел, мы, тем не менее, будем учитывать вызываемое им изменение силы в центре взаимодействия.

Итак, смотрим рисунок:

Рис. 1.2.3

Как видно из рисунка в центре зоны деформации сила изменяется пропорционально удлинению в нашем случае в (х = 3) раз, а затем к краям зоны деформации ещё во столько же раз, т.е. всего в ((х = 3)²) раз. То есть сила инертного взаимодействия при движении тел с переменным ускорением под действием изменяющейся силы пропорциональна квадрату удлинения зоны деформации.

В современной физике считается, что силы упругости имеют электрическую природу. Но силы Кулона как раз и 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. Покажем, как это может быть согласовано.

Учитывая зависимость инертной силы двух взаимодействующих тел от квадрата их упругого удлинения, второй закон Ньютона можно привести к форме записи закона всемирного тяготения.

Fкв = k * (m₁ * m₂ / r²)                                                                      (1.2.4)

Тогда        

а ₁ = k * (m₂ / r²)                                                                                 (1.2.5)

а ₂ = 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 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 сложный физический смысл. Это:

 

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