Космонавтике нужна новая механика
Характеристика первого, второго и третьего законов Ньютона. Анализ уравнения гравитационного поля. Анализ гипотезы о существовании короткодействующей вихревой компоненты гравитационного поля, источником которой является вращение гравитирующего тела.
| Рубрика | Астрономия и космонавтика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.11.2018 |
| Размер файла | 44,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Космонавтике нужна новая механика
В.М. Юровицкий, Москва
Опыт космической деятельности показал неадекватность существующей до сих пор механики в формулировке Ньютона тем новым представлениям и ощущениям, которые возникли благодаря этой деятельности. Важнейшим элементом этого представления является исчезновение ощущения реальности гравитационных сил. Модернизация механики сопровождается введением нового понятия «механического состояния». На этой базе созданы новые фундаментальные представления и законы.
В этом году исполняется 325 лет со дня выхода в свет первого тома сочинения сэра Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии»[1] - одного из самых великих во всей истории человечества научных трудов. И по происшествии более трех веков эта работа остается актуальной и жизненной.
И тем ни менее в наши дни ньютоновская теория в своих основах уже не может удовлетворить требования новых областей механических явлений и фактов. И это относится прежде всего к космонавтике.
Именно космонавтика требует критического пересмотра этой теории. И модификация должна касаться самых основ этой теории - первого и второго закона Ньютона и гравитационной теории.
Первый закон Ньютона (принцип Галилея)
Первый закон Ньютона гласит, что тело, на которое не действуют никакие силы, движется равномерно и прямолинейно или покоится. Однако, в дальнейшем стала ясна недостаточность этой формулировки и было добавлено, что это верно лишь в инерциальной системе отсчета - ИСО. Но тогда встал вопрос, а что такое ИСО? И обширные дискуссии по этому вопросу, проходившие регулярно за эти три века, так и не смогли дать никакого иного определения, как «ИСО есть система отсчета, в которой выполняется Первый закон Ньютона».
Имеет место обычный порочный круг. Второй закон Ньютона верен в инерциальной системе отсчета. А инерциальная система отсчета есть такая система отсчета, в которой выполняется второй закон Ньютона. И если он еще как-то был терпим в прошлые века, то в век космонавтики неясности даже в аксиоматике могут дорого стоить в самом прямом смысле.
Вот почему первой задачей является обоснование первого закона Ньютона и конструктивное создание ИСО.
Для этого определим само понятие системы отсчета. В основе системы отсчета лежит система синхронизированных тел отсчета. Эта система есть набор некоторых тел с размещенными на них часами, предназначенная для фиксации времени прохождения (совмещения) с ними любых тел.
Для того, чтобы система синхронизированных тел отсчета могла выполнять свои функции кинематического описания окружающего пространства, эта система тел и часы на них должны удовлетворять некоторым условиям. Отнюдь не любой набор тел с часами может иметь право называться системой синхронизированных тел отсчета.
В зависимости от взаимоотношений между телами отсчета мы можем иметь различные системы отсчета, используемые в современной механике. Мы рассмотрим лишь одну из таких систем, используемую в ньютоновской механике. Эту систему назовем ньютоновской системой синхронизированных тел отсчета.
Чтобы описать ньютоновскую систему синхронизированных тел отсчета, введем неопределяемое в механике понятие абсолютно твердого тела. Мы можем лишь привести образы тех объектов, которые с той или иной степенью реализуют АТТ. Это металлические тела, алмаз и т.д. Связь между элементами абсолютно твердого тела, определяющая это свойство, назовем абсолютно жесткой связью.
А теперь мы можем определить понятие ньютоновской системы тел отсчета. Это есть система тел, связанных между собой абсолютно жесткой связью.
Определим теперь понятие идеальных часов. Идеальными часами назовем устройство для отсчета периодических процессов, связанных с самим устройством, ход которых полностью автономен и не зависит ни от чего. Т.е. две пары таких часов, находящихся в пространственно-кинематическом совмещении и синхронизированных друг с другом однажды, остаются синхронизированными при пространственно-кинематическом совмещении всегда, какова бы ни была их механическая история в промежутке между двумя актами пространственно-кинематическом совмещении .ПКС. Другими словами, каким бы они ни подвергались механическим воздействиям и как бы они ни двигались друг относительно друга в промежутке между двумя состояниями пространственно-кинематического совмещения.
Ньютоновская система тел отчета, все тела которой снабжены идеальными часами, и есть ньютоновская синхронизированная система тел отсчета.
Введем теперь неопределяемое понятие абсолютно гибкой струны. Образы такой струны нам также хорошо известны. В качестве прямой, проведенной между двумя элементами ньютоновской синхронизированной системы тел отсчета назовем упорядоченное множество тел отсчета вдоль натянутой между ними абсолютно гибкой струны (Есть системы отсчета, в которых прямая определяется траекторией светового луча).
Если выбрать еще некоторый пространственный эталон в виде отрезка прямой между двумя фиксированными телами отсчета, то мы имеем все для создания ньютоновской системы отсчета. Опыт показывает, что это трехмерная пространственная структура с геометрией Эвклида.
А теперь мы можем определить и ИСО - инерциальную систему отсчета. Инерциальная система отсчета есть такая система отсчета, которая не изменится при снятии абсолютно жесткой связи между ее телами отсчета. Другими словами, если у нас есть два экземпляра ньютоновской системы отсчета, и мы в одном экземпляре расцепим все связи, определяющие абсолютную жесткость ее, то эти две системы останутся в совмещении, т.е. тела отсчета двух систем отсчета сохранят свое совмещение. Иными словами, инерциальная система отсчета есть одновременно и жесткая, и «мягкая» система отсчета с элементами в свободном, невесомом состоянии. Образ такой системы отсчета дает установка шаров в бильярде. Сначала их соединяют через установочный треугольник жесткой связью. потом ее снимают, но конфигурация в правильном бильярде не меняется. Правда, это двухмерная инерциальная система отсчета.
Трехмерная инерциальная система отсчета выполнена невесомыми телами отсчета, т.е. находящимися в невесомом механическом состоянии.
Итак, мы определили инерциальные системы отсчета. И теперь мы можем уже сформулировать Первый закон Ньютона без тавтологии и порочного круга: свободные тела в ИСО движутся равномерно и прямолинейно или покоятся.
Ньютоновскую система отсчета, не являющаяся ИСО, назовем неинерциальной системой отсчета. В неинерциальной системе отсчета тела отсчета уже не будут находиться в невесомом состоянии.
На этом основании можно ввести классификацию пространств. Пространство, в котором можно ввести ИСО, назовем галилеевым пространством. В галилеевом пространстве можно ввести и инерциальную, и неинерциальную системы отсчета.
Если в пространстве невозможно ввести ИСО, такое пространство назовем негалилеевым пространством.
Источник негалилевости назовем гравитацией.
Постулат: в любом пространстве можно ввести локально инерциальную систему отсчета. Например, в поле Земли ее можно ввести внутри свободно падающего лифта или в космическом корабле на орбите и т.д. Это означает, что негалилеево пространство локально галилеево во всех своих частях. Другими словами гравитацию можно локально исключить в любой месте гравитирующего пространства. Именно поэтому космонавты и не ощущают никакой гравитации внутри своего корабля. Как не ощущают ее парашютисты в свободном падении (по крайней мере до появления сопротивления воздуха из-за движения относительно воздуха - ветра).
Систему отсчета, являющуюся локальной инерциальной системой отсчета в начале назовем гармонической системой отсчета.
Постулат: любая ГСО является невращающейся относительно удаленных звезд системой отсчета. Отметим, что существование системы неподвижных звезд основывается на релятивистской механике. Согласно этой механике относительная скорость невзаимодействующих тел не может превышать скорости света. Отсюда угловая скорость перемещения одной звезды относительно другой, наблюдаемая с Земли, есть
где с - скорость света, R - расстояние до звезд. Используя достаточно удаленные звезды можно уменьшить взаимное движение звезд или иных неземных объектов до сколь угодно малого значения.
Итак, мы видим, что сами представления о гравитации в результате космического опыта претерпевают существенные изменения.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона описывает несвободное движение тел в инерциальном пространстве:
Чем с точки зрения науковедческой этот закон неудовлетворителен? Ускорение есть кинематическая характеристика, которую мы, фактически, уже определили в описании НСО. Но два других члена F и m вводятся фактически этим законом. Это слишком много для одного фундаментального закона. Желательно, чтобы новые понятия вводились постепенно и поодиночке.
Оказывается, это можно сделать. Но для этого надо ввести новое для механики понятие - понятие невесомости. Во времена Ньютона этого понятия не существовало. Оно появилось только с рождением космонавтики. Даже Жюль Верн и Циолковский не знали этого понятия. Сейчас мы видим на экранах своих телевизоров космонавтов, плавающих по кораблю и говорим, что это невесомость. Более того, мы открыли, что и на Земле состояние невесомости весьма распространено. Например, при прыжках или падениях. И тем ни менее, до сих пор теоретико-механического определения этого понятия нет. Вот определение невесомости из БСЭ:
Невесомость, состояние материального тела, при котором действующие на него внешние силы или совершаемое им движение не вызывают взаимных давлений частиц друг на друга.
Трудно назвать это определение как определение фундаментального механического понятия. Например, как можно сопоставлять «силы или движения».
На самом деле невесомость есть состояние, вид механического состояния. Но понятия «механическое состояние» нет в механике Ньютона. И если мы хотим дать адекватное описание невесомости, то нам надо сначала описать феномен «механического состояния».
Введем понятие механическое состояние в качестве фундаментального неопределяемого понятия. И мы выделим два главных типа механических состояний: невесомое и весомое. В ИСО тело, движущееся равномерно и прямолинейно или покоящееся, является свободным. Механическое состояние такого тела можно назвать невесомым. Если же тело не является свободным, то оно уже находится в «неневесомом», т.е. весомом механическом состоянии. Все свободные тела находятся в невесомом состоянии, несвободные в весомом. В ИСО все невесомые тела движутся равномерно и прямолинейно или покоятся, а весомые имеют более сложные характеры движения. Но в неинерциальных системах отсчета и Свободные, невесомые тела могут иметь достаточно сложный вид движения. Вот почему по характеру движения часто невозможно определить состояние тела.
Введем количественную характеристику для описания весомого состояния, которую мы назовем весомостью. Для невесомого состояния весомость равна 0. В весомое состояние весомость отлична от нуля. Весомость есть полярный вектор, связанный с телом, а не с системой отсчета.
И оказывается что весомость есть одна из наиболее широко измеряемых механических характеристик. Весомость это вектор, измерение которого осуществляется на приборах, называемых «акселерометрами» (ускорениеметрами). О том, что это название неудачно, так как измерять на самом теле его кинематическую характеристику, которая характеризует движение тела относительно другого тела или системы отсчета, по крайней мере странно. На самом деле это есть весомость, характеристика состояния, а вовсе не движения. Это вектор, который мы направим против направления того воздействия, которое приводит к весомости. Сам прибор будет правильнее назвать весомометром. А раздел механики, изучающий состояния тел, весомометрией или весомикой. Единицу весомости в системе СИ назовем Галилео, сокращенно Гл. Сотая часть Гл называется гал, основная единица весомости в гравиметрии. Весомость на Земле равна 9.810.03 Гл, на Луне в среднем 1.62 Гл. И теперь мы можем записать модифицированный закон движения несвободного (весомого) тела в инерциальной системе отсчета:
Здесь W есть весомость, а к есть коэффициент. В системе СИ он равен
к =1 м/(c2*Гл). Поэтому уравнение (3) можно писать и проще:
Это есть уравнение движения. И это закон чрезвычайно большой силы. Движение любых тел в ИСО определяется исключительно их механическим состоянием и не зависит напрямую ни от каких имманентных свойств тел.
А из второго закона Ньютона следует и закон
.
Этот закон можно назвать уравнением механического состояния. Он определяет механическое состояние тела. Но пока это есть лишь определение понятия силы. В новой механике сила уже есть не первичное, а определяемой понятие.
Казалось бы мы просто расщепили одно уравнение на два. На самом деле смысл этого расщепления гораздо глубже. Потому что эти законы имеют различную область применимости. Закон (3) применим лишь в ИСО. Он определяет движение весомых тел исключительно в инерциальной системе отсчета. А второй закон имеет практически неограниченную применимость. Он не зависит от систем отсчета. Сила создает весомое механическое состояние независимо от каких-либо систем отсчета или видов пространства.
Итак, мы видим, что и второй закон Ньютона нуждается в существенной модификации, в его разделении на закон движения и уравнение состояния.
И отсюда следует еще один важный вывод. Мы показали, что свобода и невесомость есть, фактически, синонимы. Свободное тело невесомо, невесомое тело свободно. Но отсюда следует самый важный для всей ньютоновской механики вывод. Свободное в гравитационном поле тело невесомо. А по уравнению состояния и сила, приложенная к нему, равна 0. Значит, нет никаких гравитационных сил. На свободное, невесомое тело не действуют никакие силы, оно именно свободно. И значит выражение «свободное падение» (например, при падении с десятого этажа или самолета), которое использует обычный человек, более правильно, чем используемое учеными механиками «падение под действием гравитационных сил». И мы получаем еще один вывод, имеющий общефизическое значение: силы в макромире имеют исключительно электромагнитный характер. В микромире появляются еще ядерные и субъядерные, но это уже задачи физики микромира, а не механики.
Третий закон Ньютона
Третий закон Ньютона, его еще можно назвать законом силового взаимодействия. Если уравнение состояния определяет силы, то третий закон Ньютона уже есть содержательный постулат.
Он определяет взаимодействие между телами: для взаимодействующего ансамбля тел
Fij есть сила, действующая на тело i со стороны тела j. Т.е. это в полном объеме третий закон Ньютона. И это уже есть содержательный постулат в отличие от уравнения состояния, фактически лишь вводящего понятие силы.
Но надо сказать и здесь несколько слов. В этот закон входят реальные, т.е. электромагнитные силы. Ни от каких систем отсчета и видов пространства он также не зависит. Но надо сказать, что его используют не всегда правильно. На основании всех трех предшествующих уравнений легко показывается, что в инерциальной системе отсчета центр масс ансамбля взаимодействующих тел движется равномерно и прямолинейно или покоится. Доказывается это тем, что в инерциальной системе отсчета движение всех тел подчиняется второму закону Ньютона. Отсюда с привлечением третьего закона Ньютона и вытекает закон равномерного и прямолинейного движения или покоя центра масс. Но отсюда вовсе не следует, что центр масс автоматически движется равномерно и прямолинейно или покоится. Это верно только в том случае, если система отсчета, в которой рассматривается движение, инерциальна. А вот это еще надо показать. Нужно показать, что система отсчета центра масс является инерциальной. И только тогда мы можем использовать законы Ньютона для доказательства того, что центр масс будет двигаться равномерно и прямолинейно или покоиться.
Но часто рассуждают совершенно неверно. Заранее предполагают, что система отсчета центра масс является инерциальной, и применяя законы инерциальной механики доказывают, что сам центр масс будет двигаться равномерно и прямолинейно или покоиться. Здесь имеется обычный порочный круг. Применять законы инерциальной механики Ньютона недопустимо до доказательства, что мы действительно находимся в инерциальной системе отсчета. Система центра масс может и не быть инерциальной системой, это еще надо показать. И если система центра масс неинерциальна, то либо она с течением времени будет неподвижна, но не будет системой центра масс, либо она будет системой центра масс, но не будет неподвижной. Это имеет прямое отношение к так называемым инерциоидам.
Второе замечание состоит в следующем. Если мы имеем ансамбль невзаимодействующих (свободных) тел в галилеевом пространстве, то с любым телом можно связать инерциальную систему отсчета, в которой другие тела будут двигаться равномерно и прямолинейно или покоиться. В том числе это верно и для центра масс ансамбля. Но если пространство негалилеево, то с каждым свободным телом можно связать гармоническую систему отсчета, но в которой все иные свободные тела будут двигаться не обязательно равномерно и прямолинейно. Это верно и для центра масс ансамбля. Более того, совсем не очевидно, что с центром масс ансамбля можно связать гармоническую систему отсчета. Другими словами, совсем неочевидно, что в центр масс гравитационного ансамбля тел можно поместить пробное свободное тело, которое будет оставаться в центре масс всегда. Это прямо касается использования центра масс в задаче многих тел в небесной механике. Центр масс гравитирующих тел не имеет априори какой-либо выделенности. И потому использование центра масс в задаче многих тел является, по крайней мере, некорректным, пока не доказана локальная инерциальность (гармоничность) этой системы отсчета.
Неинерциальные системы отсчета
Концепция гравитации по Ньютону состоит в силовом взаимодействии между телами. Но уже Эйнштейном была высказана мысль, что на самом деле гравитация связана с изменением свойств самого пространства вокруг гравитирующих тел. К сожалению, эту мысль Эйнштейн не смог развить до конца. Потому у него в ОТО изменение свойств пространства сосуществует с гравитационными силами.
Ранее мы показали, что космонавтика окончательно похоронила концепцию гравитационных сил. Никаких гравитационных сил нет. И потому и Закон Всемирного тяготения - величайшее открытие Ньютона - оказывается попросту неверным. Этот закон утверждает существование между телами сил. А их, оказывается, не существует.
Понимание гравитации, прямо следующее из космического опыта, состоит в появлении вокруг гравитирующего тела области негалилеева пространства. В этой области невозможно введение глобальной инерциальной системы отсчета. Нет в окрестности гравитирующего тела такой системы отсчета, в которой бы все свободные тела двигались равномерно и прямолинейно или покоились. Нет гравитации - есть такая система отсчета, в которой все свободные тела движутся равномерно и прямолинейно. Есть гравитация - нет такой системы отсчета. Даже в самой выделенной системе отсчета - гармонической, движение свободных тел является значительно более сложным, чем равномерное и прямолинейное. Таково свойство мира. И спрашивать, почему, вряд ли есть смысл. Это появление пространства, изменяющего характер движения всех тел без исключения, можно охарактеризовать как появление вокруг гравитирующего тела гравитационного поля. Важно, что, ввиду локальной инерциальности этого поля, в любой его окрестности можно ввести ЛИСО - локальную инерциальную систему отсчета, т.е. ликвидировать это поле. ЛИСО можно связать с любым свободным телом в гравитационном поле. Ясно, что это принципиально отличает это «поле» от истинного силового поля, каковым является электромагнитное поле.
Итак, нам необходимо найти средства для описания негалилеева пространства. Эйнштейном было предложено описывать негалилеевость в терминах «искривления» четырехмерного пространства-времени.
Но для практики это слишком сложно, и в космонавтике и небесной механике такой подход не прижился. Есть более простой путь описания негалилеева пространства через неинерциальные системы отсчета на базе ньютоновской системы тел отсчета.
В ньютоновской системы тел отсчета тела отсчета связаны абсолютно жесткой связью. И при снятии ее система тел отсчета начнет деформироваться, изменяться. Таким образом, сами тела отсчета не являются свободными в НИСО, а находятся в весомом состоянии, характеризуемом величиной весомости. Таким образом, в НИСО имеем поле весомости - весомости тел отсчета. Это поле - поле весомости в неинерциальной системе отсчета - и дает микроописание (описание в каждой точке) НИСО.
Итак, поле весомости B(r) дает описание неинерциальной системы отсчета. Однако, это описание еще не исчерпывающее. Если система отсчета вращающаяся, то угловая скорость вращения системы отсчета относительно неподвижных звезд также является характеристикой системы отсчета.
Но мы для простоты предположим, что наша система отсчета является гармонической. Для гармонической системы отсчета, весомостное поле которой мы обозначим через V(r) оно полностью характеризует как систему отсчета, так и движение тел в них
Для движения свободных невесомых тел в гармонической (невращающейся) системе отсчета имеем уравнение:
А для несвободных тел
Из уравнения (6а) следует, что для неподвижных тел отсчета как и следует из определения полевой весомости.
Поле V(r) - поле весомости в гармонической системе отсчета - назовем гравитационным полем. Гравитационное поле есть лишь частный случай общего поля весомости в неинерциальной системе отсчета
Уравнение гравитационного поля
Неинерциальность гармонической системы отсчета связана исключительно с гравитацией. И нам необходимо получить уравнение гравитационного поля. Гравитационным зарядом, источником гравитации является универсальная характеристика тела - его масса.
Гравитационное воздействие по Ньютона определяется гравитационной силой, непосредственно действующей между телами и определяемой Законом Всемирного тяготения. Увы, космонавтика наглядно продемонстрировала, что никаких гравитационных сил не существует, а феномен гравитации состоит не в силовом взаимодействии между телами, а в изменении свойств окружающего пространства, благодаря чему движения свободных тел являются не прямолинейными и равномерными или неподвижными, а более сложными. Характеристика этих гравитационных свойств содержится в гравитационном поле. И нам вместо Закона всемирного тяготения нужно найти уравнения гравитационного поля.
Подсказку в нахождении уравнения поля нам дает известный из опыта потенциальный характер этого поля. Отсюда однозначно следует известные из физики и математики выражения для гравитационного поля:
Здесь k - гравитационная константа, - плотность массы. В связи с гармоническим характером системы отсчета решение должно удовлетворять начальным условиям:
W0 есть весомость начала гармонической системы отсчета, т.е. начало отсчета должно быть связано со свободным телом. Мы видим принципиальное различие между гравитационным полем и электрическим, хотя полевые уравнения совпадают. Электрическое поле задается граничными условиями, так как его можно экранировать и формировать, даже сосредоточить в ограниченной области пространства. Но никаким выбором системы отсчета его силовые характеристики невозможно ликвидировать, их можно только перевести в магнитные. Гравитационное поле не имеет экранов, его невозможно сформировать, это свойство самого пространства, и потому оно задается начальными условиями. Но выбором начала системы отсчета гравитационное поле можно изменить и даже вообще «уничтожить» в окрестности свободного тела. Вот эта двойственность - невозможность экранировать и формировать гравитационное поле и одновременно возможность его вообще ликвидировать в некоторой окрестности - и есть та объективная сложность, которая затрудняла создание механики, адекватной космическому опыту.
Мы не будем давать вывод уравнений гравитационного поля в системе многих точечных свободных тел. В качестве начала отсчета мы выбирает произвольное тело из ансамбля. И значения поля определяем не во всем пространстве, а лишь на телах ансамбля:
Здесь предел суммирования n' означает, что индекс суммирования не принимает значения свободного индекса, что автоматически исключает сингулярности.
Легко видеть, что решения для одного тела (малые тела вокруг большого) полностью совпадают с ньютоновскими. А именно таковы практически все задачи в пределах Солнечной системы: Солнце - планеты, планеты - луны, Солнце, планеты, луны - кометы и космические корабли. Однако, уравнения движения в системе многих тел сравнимой массы На основе уравнения (9) можно показать, что имеются аналитические решения движения двух тел, трех тел произвольных масс в линейной и правильного треугольника конфигурациях, четырех тел произвольной массы в конфигурации правильного тетраэдра, а также равных масс в конфигурациях правильных плоских многоугольников и правильных многогранников с числом граней более 4. в силовом и полевом подходе уже существенно расходятся. Нам представляется, что именно эта неверность ньютоновской теории в области многих тел и является источником гипотезы скрытых масс.
Отметим, что в принципе выражение «гравитационные силы» можно употреблять в том же контексте. что и силы инерции, т.е. как фиктивные силы, вводимые исключительно для того, чтобы использовать уравнения движения в инерциальных системах отсчета в неинерциальных. Гравитационные силы есть. Только они приложены не к телу, которое мы наблюдаем, и при расчете движения которого используем, а к телам системы отсчета. И являются эти силы обычными силами электромагнитного характера - силами упругости, например.
В отличие от этого электрические силы действительно приложены к телам. Если заряженное тело заменить незаряженным или телом с зарядом иного знака, действие электрического поля изменится. А сама система отсчета выполнена электромагнитонеактивными элементами, и потому на систему отсчета электромагнитное поле не воздействует. В отличие от этого гравитационно-неактивных субстанций не существует. Даже свет (фотоны) является гравитационно-активной субстанцией.
Произвольные неинерциальные системы отсчета
В самом общем случае неинерциальность системы отсчета может иметь несколько источников: неинерциальная система отсчета в галилеевом пространстве, гравитационное поле в гармонической системе отсчета и, наконец негармоничная система отсчета.
Уравнение движения в общем случае неинерциальной системы отсчета включает в себя кориолисов член, связанный с вращением системы отсчета. Отсюда общее уравнение движения в произвольной неинерциальной системе отсчета будет иметь вид:
Здесь - угловая скорость вращения системы отсчета, v - скорость движения тела, B - весомостное поле в неинерциальной системе отсчета.
А общее уравнение весомостного поля имеет вид:
Весомостное поле В можно разложить на две компоненты
Компонента V есть гармоническая, собственно гравитационная компонента, ее уравнение для ансамбля точечных масс дано в (7), (8), (9). Компонента H есть негармоническая компонента, и она связана с весомым состоянием начала системы отсчета и вращением ее.
Уравнение для этой компоненты есть:
Это уравнение легко получить из распределения ускорений точек твердого тела, Очевидно к системе фундаментальных уравнений механики надо еще приложить и уравнение сохранения массы (уравнение неразрывности):
Таким образом, нами построена полная система законов неньютоновской (скорее, модернизированной ньютоновской) механики, в основе которой, еще раз повторим, космический опыт человечества. Это теория движения произвольных тел в произвольных системах отсчета в произвольных пространствах в ньютоновской (абсолютно жесткой) системе тел отсчета с определенной системой часов и их синхронизацией в эвклидовой геометрии. Пройденный путь в создании механической теории является, на наш взгляд, универсальным. Его должна пройти любая механическая теория.
Расширение теории
Но можем ли мы полностью удовлетвориться построенной теорией даже при высказанных ограничениях? Увы, есть факты, которые заставляют предположить, что и данная механическая теория не полна даже в той области, в которой она могла бы считаться вполне законченной.
Один из важнейших фактов есть отклонения в движении Меркурия. Это движение далеко от релятивизма и потому должно было бы укладываться в рамки нерелятивиской механики. Увы, нет. Анализ показывает, что отклонения от потенциального гравитационного поля наблюдаются в ближайшей окрестности гравитирующего тела и выглядит так, как будто имеются в этой окрестности тангенциальные ускорения (или замедления).
В связи с этим возникает соблазн модифицировать гравитационную теорию стандартным образом - добавляя в правые части уравнений новые члены. Рассматривая систему (11), мы видим, что в первое уравнение можно добавить скалярную величину. Но ничего разумного кроме массы не существует.
А во второй член может быть добавлен аксиальный вектор. А есть ли такой? Оказывается, да. Это вектор собственного вращения (спина) центрального тела. А то, что вращение как-то влияет на другие тела - об этом в ОТО давно предполагается. Так что мы можем предположить, что есть еще один член и запишем систему уравнений (11) в виде:
Фактически, мы получаем некоторое короткодействующее вихревое поле, спадающее уже по кубу (аналогичное полю магнитного диполя). Здесь a - некоторый безразмерный множитель, который можно попытаться вычислить по данным движения Меркурия, а - плотность собственного момента вращения (спиновая плотность).
Гравитационное поле в гармонической системе отсчета точечного масс-спинора будет:
Здесь S - спин звезды, например, Солнца.
Можно качественно обрисовать свойство масс-спиноров. При движения малого тела вокруг масс-спинора по полярной орбите плоскость движения будет вращаться (увлекаться вращением звезды, или наоборот, в обратную сторону - это пока неясно). При движении в экваториальной плоскости в одном направлении тангенциальная скорость будет уменьшаться, и тело будет все больше и больше приближаться к звезде вплоть до падения на тело (захвата). Фактически, получаем черную звезду для одного направления движения масс. При движении в другую сторону тангенциальная скорость будет возрастать, и тело будет удаляться от звезды до того расстояния, на котором вихревое поле уже не будет оказывать влияние.
Итак, мы получили, что звезды с большим спином - нейтронные звезды, пульсары и пр. - превращаются в черные дыры для вещества с одним направлением движения вокруг звезды и наоборот, выбрасывают материал из своей окрестности при другом направлении движения. Имеем нарушение зеркальной симметрии в мегамире.
Но детальный анализ гипотезы еще впереди.
Свод фундаментальных законов новой механики
Приведем свод фундаментальных законов новой механики - механики космической эры:
Заключение
В результате анализа космической практики создана новая механика, являющаяся модернизацией ньютоновской. Выведены фундаментальные уравнения. Введено новое механическое понятие - понятие механического состояния. Показано, что гравитационных сил не существует, а гравитация носит не силовой характер, а связана с изменением свойств пространства.
Предложена гипотеза о существовании короткодействующей вихревой компоненты гравитационного поля, источником которой является вращение гравитирующего тела
ньютон закон поле гравитационный
Литература
1. Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), 1687
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Связь гравитационного поля и фигуры планет Солнечной системы, ее астрофизическое обоснование. Описание измерения коэффициента гравитационного потенциала для Земли с помощью метода лазерной локации. Анализ временного ряда, описывающего ее колебания.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.02.2017Формирование идей о гравитационном взаимодействии во Вселенной: закон гравитации Ньютона; движение планет; теория относительности Эйнштейна, гравитационная линза. Приборы для измерения гравитации; спутниковый метод изучения гравитационного поля Земли.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 23.10.2012Определение и теоретическая концепция "черных дыр": условия их появления, свойства, действие гравитационного поля на близкие к ним объекты, способы поиска в галактиках. Теория струн как гипотетическая возможность рождения микроскопических "черных дыр".
творческая работа [1018,6 K], добавлен 26.04.2009Изучение пироцентрической, геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной. Современные исследования космологических моделей. Нобелевская премия за открытие ускоренного расширения Вселенной. Измерения гравитационного поля в скоплениях галактик.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.06.2014Звуковолновая теория гравитации. Физические силы отталкивания-сталкивания. Звуковые волны как переносчики энергии. Содержание электромагнитного спектра, излучаемого Солнцем. Устройства для получения электрической энергии. Усилители гравитационного поля.
статья [394,9 K], добавлен 24.02.2010Сущность гравитации и история развития теории, ее обосновывающей. Законы движения планет (в том числе Земли) вокруг Солнца. Природа гравитационных сил, значение в развитии знаний о них теории относительности. Особенности гравитационного взаимодействия.
реферат [21,4 K], добавлен 07.10.2009Различные состояния вещества. Гравитация. Понятие "Гравитационный коллапс". Открытие гравитационного коллапса. Космический корабль попавший в зону гравитационного притяжения "Чёрной дыры". Сжатие вещества в одну точку.
реферат [69,7 K], добавлен 06.12.2006Место планеты Земля в космическом пространстве, ее связь с другими космическими телами. Форма, размеры и масса планеты, особенности гравитационного и магнитного поля Земли. Оболочки Земли: атмосфера, стратосфера, термосфера, гидросфера, литосфера.
реферат [22,6 K], добавлен 20.05.2010Черная дыра - порождение тяготения. История предсказаний поразительных свойств черных дыр. Важнейшие выводы теории Эйнштейна. Процесс релятивистского гравитационного коллапса. Небесная механика черных дыр. Поиски и наблюдения. Рентгеновское излучение.
реферат [29,3 K], добавлен 05.10.2011В соответствии с теорией относительности метрика зависит от распределения материи. Анализ статического сферически симметричного поля, создаваемого изолированной массой. Определение евклидова пространства тремя взаимно ортогональными декартовыми осями.
реферат [341,5 K], добавлен 23.06.2010Черные дыры как области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения, основное назначение. Общая характеристика теоремы Биркгофа. Сущность понятия "кротовая нора", знакомство с ключевыми особенностями.
презентация [2,0 M], добавлен 08.01.2014Ознакомление с историей открытия, особенностями формирования, свойствами (массивность, компактность, невидимость), видами (сверхмассивные, первичные, квантовые), эффектом испарения, процессом гравитационного коллапса и направлениями поиска черных дыр.
реферат [57,3 K], добавлен 08.05.2010Исследование современных представлений о процессах и особенностях развития Вселенной как всего окружающего нас материального мира. Облик, эволюция и механика Вселенной. Действие законов сохранения и структурное многообразие будущего строения Вселенной.
реферат [14,9 K], добавлен 15.09.2011Обзор научной гипотезы о возможности превращения фотона в бозон вблизи чёрной дыры. Взаимодействие электромагнитного поля со сверхсильным гравитационным полем. Доказательство вечности существования Вселенной за счёт взаимного преобразования энергии.
доклад [21,2 K], добавлен 25.11.2013Осваиваем космос. Новая эра в космонавтике. Космический корабль многоразового использования "Энергия"-"Буран". Полет станции "Мир". Орбитальная станция "Мир": хроника полетов. Полет станции "Мир" продолжается (2-е полугодие 1995 г.)
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.05.2003Определение первой, второй и третьей космической скорости. Соотношение сил тяготения и центробежной, при котором тело будет двигаться по круговой орбите. Преодоление объектом гравитационного притяжения Земли и Солнца. Выход за пределы солнечной системы.
презентация [190,7 K], добавлен 29.10.2014Изучение строения и места Земли во Вселенной. Действие гравитационного, магнитного и электрического полей планеты. Геодинамические процессы. Физические характеристики и химический состав "твёрдой" Земли. Законы движения искусственных космических тел.
реферат [43,1 K], добавлен 31.10.2013Понятие эволюции звезд. Изменение характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд со временем. Выделение гравитационной энергии. Образование звезд, стадия гравитационного сжатия. Эволюция на основе ядерных реакций. Взрывы сверхновых.
контрольная работа [156,0 K], добавлен 09.02.2009Первые искусственные спутники. Животные в космосе. Первые полеты человека в космос. Запуски ракет к планетам. Групповые полеты и новое поколение спутников. Новая эра в космонавтике. Космические корабли многоразового использования. история станции "Мир".
реферат [34,9 K], добавлен 23.09.2013Жизненный цикл звезды, этапы ее эволюции – рождение, рост, период относительно спокойной активности, агония, смерть. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела, график эволюции типичной звезды. Процесс гравитационного сжатия. Гиганты и сверхгиганты, взрыв сверхновой.
презентация [2,3 M], добавлен 25.11.2014
