Баллистическая теория Ритца: проблемы и перспективы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Баллистическая теория Ритца: проблемы и перспективы

Баллистическая теория была разработана в 1908 г. швейцарским физиком Вальтером Ритцем, со дня рождения которого (22 февраля 1878 г.) исполняется 133 года. Эта теория представляет собой развитие галилеевской классической механики и ньютоновской теории истечения света. Согласно этой теории свет представляет собой поток частиц, выбрасываемых источником во все стороны со скоростью c, и по классическому принципу сложения скоростей заимствующих скорость источника v. Так что скорость света в вакууме представляет собой векторную сумму скорости света c относительно источника и скорости источника v относительно наблюдателя, аналогично скорости пуль, выстреленных движущимся броневиком (отсюда название: "баллистическая теория") [15]. В рамках этой теории Ритц не только естественно истолковал результат опыта Майкельсона, который как раз показал, что скорость света имеет постоянную величину c относительно источника, но и разрешил многие другие затруднения классической механики и электродинамики, обнаруженные на рубеже XIX-XX веков, предложив более естественные, простые и универсальные объяснения, чем появившаяся тогда же теория относительности.

Ритц не просто возродил ньютонову корпускулярную теорию истечения светоносных частиц, но и распространил её на всю электродинамику. Согласно Ритцу, каждый элементарный заряд (электрон) выбрасывает во все стороны со скоростью c элементарные частицы (реоны), которые переносят электромагнитное воздействие от заряда к заряду и своими ударами о другой электрон производят кулоновское отталкивание, подобно тому как сила давления воздуха на поршень - это лишь результат многочисленных ударов атомов. Сила давления пропорциональна скорости и плотности потока частиц, которая убывает пропорционально квадрату расстояния от заряда, откуда сразу вытекает закон Кулона. Если же учесть, что движущийся заряд сообщает по баллистическому принципу свою скорость частицам-реонам, меняя скорость их потока, то отсюда сразу следует, что движущиеся заряды в проводниках взаимодействуют иначе, чем неподвижные. Нарушение баланса сил притяжения и отталкивания неподвижных ионов металла и движущихся электронов, вызванное движением зарядов, именно и порождает магнитное взаимодействие проводников. Отсюда и качественно, и количественно вытекает амперов закон взаимодействия токов.

Наконец, если заряд не просто движется, а колеблется, то он создаёт переменный (модулированный) по величине, скорости и направлению поток реонов, порождающий переменное электромагнитное воздействие, которое и есть свет. Тем самым Ритц первым непротиворечиво совместил корпускулярную и волновую теорию света. Свет по Ритцу представляет собой периодично модулированный поток частиц, волны которого движутся со скоростью этого потока, наподобие волн электронов в клистроне или волн Ван Кампена в плазме. Не зря известный физик Дж.Дж. Томсон, открывший элементарные носители электричества, поддерживал баллистическую теорию, считая её более естественной, чем теория относительности. В своём описании механизма рождения электромагнитных волн при ускорении заряда, Томсон, по сути, использовал баллистический принцип, по которому силовые линии заряда при изменении его скорости меняют свою скорость вместе с зарядом [22]. Отсюда следует и диаграмма направленности элементарного дипольного излучателя, и значения полей E и H, равные тем, что были найдены в феноменологической максвелловой электродинамике.

Таким образом, баллистическая теория Ритца стала для электродинамики Максвелла тем же, чем молекулярно-кинетическая теория - для феноменологической термодинамики и аэродинамики. Теория Ритца дала всем электромагнитным явлениям и эффектам микроскопическое объяснение, завершив программу электронной теории Лоренца и объяснив не только КАК протекают электродинамические явления, но и ПОЧЕМУ они идут именно так: почему электроны отталкиваются, почему их взаимное движение порождает магнитное взаимодействие и т.д. Более того, поскольку теория Максвелла была построена феноменологически, как результат обобщения эмпирических законов Кулона, Ампера, Фарадея, она имела точность, ограниченную кругом условий, в рамках которых были открыты эти законы. Аналогично, феноменологические законы термодинамики и аэродинамики имели ограниченную точность и применимость, становясь непригодными на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, а также давали малые отклонения при описании реальных газов. Лишь с учётом молекулярно-кинетической теории удалось понять поведение реальных газов (закон Ван-дер-Ваальса) и аэродинамику высоких скоростей. Так и в электродинамике: теория Максвелла давала отклонения порядка v2/c2 в эксперименте Майкельсона и неверно предсказывала поведение электронов при высоких скоростях, скажем в опыте Кауфмана.

Теория относительности решала эту проблему неестественно: сохранив отказавшую электродинамику Максвелла, Эйнштейн отверг классическую механику и построил релятивистскую - теорию относительности, решив, что отклонения в движении сверхбыстрых электронов вызваны увеличением их массы. А Ритц показал, что проблема - в ограниченной применимости теории Максвелла, поскольку, согласно баллистической модели, движение электронов с околосветовой скоростью меняет силу электрического и магнитного воздействия на электрон, а потому его движение искажается, тогда как масса его остаётся неизменной, в соответствии с классической механикой. Таким образом, если Эйнштейн решал проблемы путём построения новой механики, которая включала классическую в качестве предельного случая (справедливого в случае малых скоростей), то Ритц решал проблему путём построения новой электродинамики, согласующейся с классической механикой и включающей в себя выводы электродинамики Максвелла в качестве предельного случая малых скоростей. Такой подход был наиболее естественен, поскольку, с одной стороны, сохранялись все выводы классической электродинамики как частного случая, а с другой - выявлялась их ограниченная применимость в случае больших скоростей, что тоже вполне естественно, поскольку уравнения Максвелла не строго выведены и обоснованы, а скорее угаданы. То есть шанс того, что все они были угаданы абсолютно точно, гораздо меньше уверенности в простых и проверенных веками законах классической механики. К тому же электродинамика Ритца, в отличие от теории относительности, не была чем-то новым и произвольным, придуманным по случаю, поскольку, с одной стороны, восходила к механическим корпускулярным представлениям о свете Демокрита, Эпикура и Ньютона, а с другой - была продолжением домаксвелловой электродинамики Ампера, Вебера, Гаусса и Римана, которые тоже рассматривали магнитные эффекты как поправки к электрической силе, вызванные влиянием движения зарядов и пропорциональные их относительным скоростям и ускорениям.

Истолкование экспериментов по Эйнштейну, в пользу сохранения феноменологической теории (то есть теории не обоснованной строго и описывающей явления лишь внешне, формально, без понимания их сути), но с кардинальным преобразованием надёжно проверенной механики, можно проиллюстрировать такой аналогией. Пусть есть ртутный манометр, меряющий давление воздуха по разности Д уровней ртути в двух коленах трубки манометра. С точки зрения феноменологической термодинамики давление пропорционально температуре воздуха, а потому при постоянной температуре не должно меняться. Здесь давление и температура - это такие же условные характеристики неясной природы, как электрическое и магнитное поле, тоже связанные в электродинамике эмпирически найденными соотношениями. Но вот мы начинаем двигать манометр, и при этом, вопреки термодинамике, наблюдаем уменьшение разности уровней Д, что естественно истолковать как уменьшение давления от движения. Однако, следуя Эйнштейну, то есть стремясь, во что бы то ни стало, сохранить ограниченную феноменологическую теорию, это истолковали бы как увеличение плотности и массы ртути, якобы уравновешивающей неизменное внешнее давление уже меньшим столбом Д. Зато, следуя Ритцу, то есть сохраняя классическую механику, совершенно верно истолкуем этот опыт как результат зависимости силы давления от движения манометра и, более того, вскроем истинную микроскопическую природу давления и температуры как статистических характеристик движения микрочастиц, атомов. То есть построим микроскопическую термодинамику, взамен феноменологической. Та же ситуация и с феноменологической электродинамикой: Эйнштейн стремится её сохранить в неизменном виде, вопреки всем фактам и с большим ущербом для механики, проверенной веками, тогда как Ритц учёл влияние движения на величину электромагнитных воздействий, предложив микроскопическое описание электродинамических явлений, из которого законы электродинамики Максвелла получались как частные следствия, справедливые в некотором диапазоне скоростей.

Но, несмотря на все достоинства, естественность и простоту баллистической теории, её считают противоречащей экспериментам. Так, уже в 1913 г. Де Ситтер выдвинул против баллистической теории следующий известный аргумент: если бы звёзды, движущиеся по круговой орбите в двойных системах, сообщали бы свою скорость свету, то из-за того, что свет приближающейся звезды приходил бы к нам раньше положенного срока, а при её отдалении, напротив, отставал бы, видимое движение звезды исказилось бы и перестало б выглядеть равномерным, словно звезда движется не по кругу, а по эллипсу, вытянутому к Земле. Де Ситтер сказал, что это противоречит наблюдениям, и баллистическая теория ошибочна. Этот главный довод против теории Ритца вошёл во все учебники. Но уже в том же 1913 г. астрономы Э. Фрейндлих и П. Гутник доказали ошибочность аргумента Де Ситтера. Оказывается, статистика звёзд свидетельствует как раз о том, что у большинства звёзд расчётные орбиты искажены и вытянуты в направлении к земному наблюдателю. Этот официально признанный астрономами феномен носит название "эффект Барра" [30, 31]. При этом в ряде случаев было даже конкретно обнаружено, что есть звёзды, реально имеющие орбиту с нулевым эксцентриситетом (на основании наблюдений затмений), тогда как форма орбиты, найденная спектроскопически, искажена так, словно звезда движется по эллипсу, вытянутому к Земле [30]. Таким образом, как признали поздней многие учёные, двойные звёзды свидетельствуют не против, а за баллистическую теорию. О том же говорят и современные наблюдения экзопланет, у которых обнаружили аномально высокий уровень эксцентриситета орбит, совершенно нетипичный для планет солнечной системы. Выходит, по теории Ритца этот озадачивший астрофизиков эксцентриситет тоже мог возникнуть за счёт искажения видимой орбиты, ввиду зависимости скорости света от скорости источника.

Другой аргумент Де Ситтера, тоже основанный на исследованиях двойных звёзд, состоял в том, что у достаточно отдалённой звёздной системы запаздывание света от одного положения звезды и опережение от другого могут оказаться столь велики, что свет от них придёт к наблюдателю одновременно: одну и ту же звезду мы будем видеть сразу в нескольких точках орбиты. А раз такие дополнительные изображения - "звёздные привидения", по Де Ситтеру и П. Бергману, не наблюдались, то это тоже будто бы говорит против теории Ритца. На деле же, как показывает простейший расчёт [14], при имеющихся у звёзд орбитальных скоростях, расстояние, на котором должно наблюдаться такое умножение изображений, слишком велико, и предельная разрешающая способность телескопов (~1'') была просто недостаточна для различения таких изображений. То есть аргумент Де Ситтера не имеет силы. Впрочем, посредством спектральных наблюдений такие дополнительные лишние звёздные изображения всё же иногда удаётся обнаружить: вместо двух кривых лучевых скоростей наблюдаются три и более, состоящие из кусков [30].

Более того, в дальнейшем такое умножение изображений было обнаружено у галактик и квазаров, поскольку у современных внеатмосферных телескопов ("Хаббл") и радиотелескопов разрешающая способность (~0,01''-0,0001'') уже достаточна для обнаружения лишних изображений. Однако, когда такие предсказанные теорией Ритца в начале XX в. добавочные изображения одного и того же объекта, имеющие близкие спектры, были открыты, никто почему-то не связал их с баллистической теорией и с аргументом Де Ситтера. Вместо этого их стали сводить к искажению света гравитационными линзами, будто бы умножающими число изображений. Хотя астрофизики не раз отмечали, что число и видимая структура изображений не соответствуют предсказаниям теории относительности. Зато теория Ритца верно предсказывает и число изображений, и их видимую структуру: все изображения должны укладываться на эллипс орбиты и перемещаться вдоль него. Так что и этот аргумент Де Ситтера и Бергмана говорит в пользу теории Ритца, а не против.

Когда Де Ситтер, в ходе дискуссии с Фрейндлихом убедился, что предсказанные теорией Ритца искажения звёздных орбит реально наблюдаются, он стал упирать на то, что эти искажения, хоть и возникают, но получаются заметно меньше рассчитанных по баллистической теории. Однако, как следовало из теории Ритца, если свет на пути от звезды к земному наблюдателю проходил даже через крайне разреженные облака межзвёздного газа, заполняющие галактику, то, за счёт переизлучения света атомами газа, исходное излучение звезды заменяется вторичным по теореме Эвальда и Озеена [16], а следовательно теряет свою исходную скорость и приобретает скорость c уже относительно облаков газа. То есть, искажение, пропорциональное расстоянию, на котором лучи от звёзд накапливают разность хода, окажется заметно меньше от снижения длины дистанции, где скорости лучей света ещё различаются. Этот аргумент в поддержку теории Ритца выдвинул в 1965 г. Дж. Фокс, который к тому же более подробно исследовал статистику звёздных элементов и убедительно показал, что искажения увеличиваются с расстоянием до звезды и с ростом её орбитальной скорости, в полном согласии с теорией Ритца [21].

Паули выдвигал против баллистической теории ещё и такой аргумент, будто в ней возникают проблемы при объяснении опытов Физо и Саньяка. О последнем год назад докладывал Г.Б. Малыкин [9]. На деле же, простейший расчёт по теории Ритца, учитывающий закон отражения света в баллистической теории [10], совершенно точно предсказывает величину коэффициента увлечения и разности хода при вращении интерферометра. Таким образом, опыты Физо и Саньяка, а также современные лазерные гироскопы, основанные на этих эффектах, подтверждают теорию Ритца [4]. То же можно сказать и об экспериментах Томашека и Бонч-Бруевича [3], в которых учёт переизлучения атмосферой и элементами оптической системы, а также верный закон отражения Ритца приводит к верному результату, который соответствует опытам.

Известны также некоторые эксперименты из физики высоких энергий, которые будто бы тоже опровергают баллистическую теорию и зависимость скорости света от скорости источника [21]. В таких экспериментах проводилось сравнение скорости света от источников, предположительно движущихся с околосветовой скоростью. Это было либо аннигиляционное излучение электронов и позитронов, либо синхротронное излучение электронов, либо гамма-излучение от распадающихся пионов и возбуждённых ядер. Но во всех этих случаях пренебрегали влиянием промежуточной и окружающей источники среды, атомы которой переизлучали свет. Таким образом, измеряли скорость света не от движущегося источника, а от неподвижных атомов и электронов. Полагали, что для гамма-излучения слой вещества, на котором идёт переизлучение, достаточно велик, о чём судили на основании низкого коэффициента поглощения гамма-лучей. Однако это ещё не говорит о малом влиянии материала на скорость света. Так, известны оптические волокна из стекла с чрезвычайно низким коэффициентом поглощения, которые ощутимо снижают скорость света за счёт его переизлучения атомами стекла (именно вторичное излучение определяет показатель преломления среды). То же и для гамма-лучей. По теореме Озеена длина затухания исходной волны составляет порядка л/(n-1). Поскольку для гамма лучей л - порядка 10-20 м, то даже если в воздухе и твёрдых телах разница n-1?10-15, то длина затухания составит доли миллиметра и влияние скорости источника уже нельзя будет заметить. Разумеется, с такой точностью показатель преломления для гамма-лучей никто не измерял. Кроме того, как показал Фокс, очень много сомнений возникает и с тем, какую именно скорость имеет источник в момент излучения, поскольку непосредственно её не определяли. Таким образом, эксперименты из области физики высоких энергий тоже ничуть не свидетельствуют против баллистической теории.

Кроме того, в качестве противоречия теории Ритца часто приводят и будто бы обнаруженное в опытах релятивистское растяжение времени, которого не может быть в классической механике, этой основе баллистической теории. Но реально все опыты, выявляющие "растяжение времени", имеют классическое объяснение. Так, поперечный и квадратичный эффект Доплера оказывается естественным следствием классического продольного эффекта Доплера, если учесть аберрационный угол (отличие направлений излучения в системе источника и наблюдателя), а также тот факт, что источник по классической механике и по результатам ряда наблюдений может обладать сверхсветовой скоростью [4]. Этим же объясняется и якобы увеличенное время жизни движущихся частиц. Реально в опытах меряют не время жизни частиц, а длину их пробега в веществе до распада, а эта длина растёт пропорционально скорости частиц, то есть может стать как угодно большой.

На этом исчерпываются возражения против теории Ритца. Таким образом, как не раз отмечалось исследователями, в том числе С.И. Вавиловым и А.М. Бонч-Бруевичем [8], до сих пор нет обоснованных свидетельств против баллистической теории Ритца. А потому эта теория совершенно незаслуженно отвергалась на протяжении века, особенно если учесть её естественность и простое истолкование ряда феноменов. Поэтому от проблем перейдём к рассмотрению преимуществ и перспектив баллистической теории Ритца, а также покажем, что существует ряд эффектов, которые можно понять только в рамках теории Ритца, тогда как современная физика встаёт в тупик перед их объяснением. Есть также феномены, которые прямо следуют из баллистической теории и получают в ней намного более естественные объяснения, чем в придуманных специально для их истолкования сложных искусственных гипотезах и теориях.

Поскольку в земных условиях обнаружить влияние скорости источника на скорость света проблематично из-за малых дистанций, а также переизлучения атомами земной атмосферы и промежуточных сред, было естественно обратиться к измерению скорости света в космосе с его астрономическими масштабами и вакуумом. Такие измерения стали возможны с появлением космической радиолокации. И такие измерения сразу выявили систематические ошибки, возникающие, если считать скорость света постоянной, но исчезающие, если учесть зависимость скорости света от скорости источника. Как показал Б.Уоллес, уже при радиолокации Венеры были открыты систематические расхождения между расстояниями до Венеры, найденными РЛС, расположенными на противоположных сторонах земного шара в США и в СССР, отчего станции, расположенные на той стороне Земли, которая за счёт вращения приближалась к Венере и давала заниженные значения расстояний, тогда как станции, которые отдалялись, давали завышенные расстояния, поскольку от уменьшения скорости радиосигнала возникала дополнительная задержка радиосигнала. Как показал Уоллес [11, 12], эти систематические ошибки были реально связаны с движением источника, поскольку имели периодичный характер, меняясь с суточным, 30-дневным и другими известными периодами, в соответствии с изменением относительной скорости Венеры и станций на Земле. Также радиолокационные измерения положений Венеры систематически расходятся с вычисленными из визуальных наблюдений. Из-за того, что отражённый Венерой сигнал приходит к нам раньше в случае, когда она сближается с Землёй и позже при движении от Земли, Венера регистрируется как бы смещённой вперёд по орбите по сравнению со своим реальным положением. И такое необъяснимое смещение у Венеры было реально обнаружено при использовании теории относительности [13]. Но эти расхождения между визуальными и радиолокационными данными исчезали или заметно снижались, если принять в расчёт зависимость скорости света от скорости источника.

Так же и в дальнейшем не раз фиксировали необъяснимые систематические ошибки радиолокации, на порядки превосходящие допустимую погрешность измерений. Некоторые авторы даже полагали, что именно с этим связаны многие аварии космических аппаратов, например отечественных "Фобосов", которым для посадки на спутник Марса требовалась прецизионная космическая навигация, не совместимая с расчётами по теории относительности. Так же и в XXI веке учёных озадачили результаты радиолокации космических аппаратов "Пионер", запущенных к окраинам солнечной системы. У обоих "Пионеров" обнаружились систематические расхождения между расчётным из небесной механики положением и найденным из радиолокационных замеров. Подобные же ошибки наблюдались и при лазерной локации планет и спутников лидарами. И в настоящее время систематические ошибки, связанные с неучётом влияния скорости источника на скорость радиосигнала, продолжают появляться, несмотря на ряд предосторожностей и поправок в системах спутниковой навигации, в GPS и ГЛОНАСС, основанных на радиолокации. Причём характер ошибок и их величина точно соотносятся с предсказанными теорией Ритца [4]. А применение баллистической теории может существенно снизить эти ошибки. Итак, космическая навигация, радио- и лазерная локация - это одно из перспективных применений теории Ритца.

Есть и другой эффект баллистической теории, который должен стать заметен в космосе из-за громадных расстояний и космического вакуума, исключающего маскирующее влияние промежуточных сред. Это эффект Ритца, предсказанный учёным ещё в 1908 г. и состоящий в том, что движение источника меняет частоту излучения не только за счёт лучевой скорости (эффект Доплера), но и за счёт лучевого ускорения источника (эффект Ритца) [20, 28]. В самом деле, если рассмотрим источник световых волн, движущийся к наблюдателю с ускорением a, то лучи света будут по баллистическому принципу приобретать всё большие скорости и станут постепенно догонять испущенные ранее. То есть волновые фронты будут сближаться: длина волны будет сокращаться на величину, пропорциональную пройденному пути L и ускорению источника a. Таким образом, если источник испускает излучение с длиной волны л, то приёмник, расположенный на расстоянии L, зарегистрирует излучение с длиной волны л'=л(1-La/c2). Если же ускорение источника направлено от наблюдателя, то есть наблюдатель обладает лучевым ускорением ar, то по эффекту Ритца л'=л(1+Lar/c2) (или для частоты f'?f(1-Lar/c2)). Этот эффект в земных условиях пренебрежимо мал в сравнении с доплеровским л'=л(1+Vr/c) из-за малости L и стоящего в знаменателе квадрата скорости света. Зато в космосе, на астрономических масштабах L, именно эффект Ритца может иметь основное значение, поскольку способен заметно менять длину волны и частоту излучения даже при умеренных скоростях источника. Поэтому использование постулата о постоянстве скорости света и игнорирование баллистического принципа с эффектом Ритца привело бы в космосе к неверному определению скоростей по эффекту Доплера и к непониманию природы спектров ряда космических объектов.

И точно в космосе сразу сталкиваемся с одним из ярких проявлений эффекта Ритца в виде красного смещения в спектрах далёких галактик. Красное смещение по открытому Хабблом закону л'=л(1+LH/с), как в эффекте Ритца, пропорционально расстоянию L до источника-галактики. А коэффициент пропорциональности H - постоянная Хаббла 50-100 км/с/Мпк совпадает с предсказанной по эффекту Ритца H=ar/c, если учесть, что звёзды в ядрах большинства галактик действительно движутся примерно с одним и тем же центростремительным ускорением a=V2/R (которое легко рассчитать на основании известных скоростей V движения звёзд в галактиках и их радиусов R), которое в видимой нам части ядер направлено от нас, так что ar>0 и смещение должно быть именно красным. Таким образом, красное смещение в спектрах Галактик вызвано не вымышленным их разлётом со всё возрастающей скоростью от расширения Вселенной после Большого взрыва, а эффектом Ритца ввиду их обычного вращения.

Это объяснение не только естественно, но и решает многие парадоксы красного смещения [29], например, аномально большое красное смещение квазаров, которое будто бы говорит о гигантских расстояниях до квазаров, что не согласуется с их высокой яркостью и её быстрыми вариациями, а также с большими угловыми размерами квазаров. А по эффекту Ритца высокие красные смещения л'=л(1+LH/с) говорят не о больших расстояниях L до квазаров, а только о большой величине H=ar/c=V2/Rc, которая получается иной, чем у галактик, раз квазары имеют заметно меньшие размеры R и, вероятно, большие скорости V. Простое объяснение получит и то, почему для самых далёких галактик значение H получается чуть меньше теоретического: это связано с тем, что и межгалактическое пространство содержит следы газов, поэтому на очень больших расстояниях уже скажется переизлучение этими газами, то есть влияние скорости источника на скорость света будет снижаться, а значит, будет снижаться и величина эффекта Ритца. А нынешним космологам приходится выдумывать для объяснения этого факта искусственные гипотезы об ускоренном расширении Вселенной и о тёмной энергии. Если галактики не удаляются с гигантскими скоростями, а имеют лишь небольшие случайные (пекулярные) скорости, то снимается и одно из возражений против теории Ритца, основанное на том, что свет от убегающих галактик имел бы меньшую скорость, а потому углы аберрации получались бы для этих галактик больше, чем для обычных звёзд [26]. Но раз галактики не удаляются, то скорость света от них близка к c, а значит, угол аберрации будет стандартным.

Простое объяснение получают красные смещения не только в спектрах галактик, но и в спектрах отдельных звёзд, в том числе в спектре нашего Солнца. В самом деле, поскольку излучающие атомы солнечной атмосферы движутся с ускорением свободного падения в поле тяготения Солнца, и в видимой нам части это ускорение направлено от нас к центру звезды, то эффект Ритца будет приводить к красному смещению всех спектральных линий Солнца. Причём, из-за того, что Солнце окружено протяжённой атмосферой в виде короны, свет атомов постоянно переизлучается другими атомами, расположенными дальше от Солнца и имеющими меньшее ускорение, поэтому полное изменение длины волны следует искать как интеграл на всём пути от Солнца до Земли, или до внешних слоёв солнечной короны, где ускорение уже практически нулевое. Найденная величина красного смещения точно совпадает с измеренной и с рассчитанной более сложным путём в теории относительности. Такое изменение длины волны света, по мере приближения или отдаления от Солнца, в ходе переизлучения атомами его атмосферы будет приводить и к искривлению лучей света, проходящих возле Солнца, а также к изменению их скорости. А раз изменение длины волны по эффекту Ритца совпадает с результатом ОТО, то найденное из баллистической теории искривление световых лучей тоже совпадает с реально измеренным. Таким образом, покраснение света звёзд, галактик и искривление лучей возле Солнца оказывается простым и естественным следствием классической механики в применении к свету. То есть баллистическая теория Ритца, основанная всего на одной классической гипотезе о том, что источники поля дополнительно сообщают свою скорость воздействиям (это даже не гипотеза, а классическая кинематика, вытекающая из преобразований Галилея, из его принципа относительности), легко и просто объясняет всё то, для чего прежде нужны были сразу четыре теории: электродинамика Максвелла, квантовая электродинамика, СТО и ОТО, каждая из которых основана на ряде гипотез, часто ничем не подкреплённых и даже противоестественных. Причём объяснение по теории Ритца обычно шире, проще, точней и естественней, особенно если учесть некоторые парадоксы и нестыковки перечисленных феноменологических теорий с экспериментом. И лишь теория Ритца легко разрешает эти парадоксы. Именно в этом её основное преимущество перед указанными теориями. К тому же теория Ритца не просто даёт внешнее феноменологическое описание явлений, а объясняет их природу, их причины, их суть.

Именно так Ритц ещё в 1908 г., за 7 лет до Эйнштейна, объяснил природу гравитации и вековое смещение перигелия Меркурия. Ритц показал, что гравитация должна иметь электромагнитную природу и создаваться ничтожным избытком элементарных сил электрического притяжения разноимённых зарядов, образующих все тела, над силами отталкивания одноимённых. При этом от взаимного движения тел гравитационные силы меняются, подобно электрическим. Вот почему на Меркурий, который летит по орбите со скоростью V=50 км/с, сила тяготения со стороны Солнца оказывается немного больше, чем следует из закона Ньютона. Исходя из этого, Ритц вывел формулу, найденную Эйнштейном лишь 7 лет спустя, и показывающую, что перигелий орбиты Меркурия смещается в направлении вращения. Также на основе этой формулы Ритц предсказал смещения перигелиев других планет - Венеры и Земли, которые тоже совпали с измеренными позднее. Причём опять же предсказание было сделано исключительно на основе классической механики, благодаря отказу от воздействий, передающихся мгновенно. Именно передача воздействий частицами, распространяющимся от источника с конечной скоростью света c, как показал Ритц, и порождает поправки к электрической и гравитационной силе в виде вихревого (магнитного) и гравивихревого поля. Лишь поэтому, согласно Ритцу, возможны электромагнитные и гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью частиц c. Именно понимание природы электрических и гравитационных явлений, наконец, позволит ими управлять. Так, если заряд постоянно выбрасывает потоки частиц, то на этой основе, вообще говоря, можно построить антигравитационный двигатель, если допустить, что электрон выбрасывает реоны не совсем равномерно во все стороны, а, скажем, вверх по оси вращения чуть меньше, чем вниз. Именно такая асимметрия распадов была обнаружена у пионов, у ядер кобальта, которые, будучи ориентированы внешним магнитным полем, выбрасывали вверх и вниз разный процент частиц. Поэтому, если оси электронов, их магнитные моменты сориентировать параллельно, скажем за счёт быстрого вращения металлического диска (эффект Барнета) или за счёт сверхнамагничивания, то в одну сторону тело будет выбрасывать больше реонов, чем в другую, тем самым получая реактивную отдачу. И такой эффект у быстро крутящихся дисков, в том числе с применением магнитов, был реально обнаружен, однако не находил объяснения.

Теория Ритца объясняет и ряд других загадочных феноменов. Так, в космосе эффект Ритца должен приводить не только к изменению длины волны и частоты излучения, но и к сильному изменению яркости источника, расположенного достаточно далеко и движущегося даже с небольшим ускорением. В самом деле, если ускорение источника направлено к наблюдателю, то из-за того, что лучи света, испущенные позднее, будут иметь большую скорость и догонять испущенные ранее, происходит концентрация света, когда свет, испущенный в течение времени T, регистрируется за время T'=T(1-La/c2). Тогда, по закону охранения энергии, пропорционально увеличится его интенсивность I'=IT/T'=I/(1-La/c2) и частота f'=f/(1-La/c2). Если же ускорение направлено от наблюдателя, яркость и частота излучения пропорционально снизятся: I'=I/(1+Lar/c2) и f'=f/(1+Lar/c2). Если же лучевое ускорение звезды (центростремительное ускорение) периодично меняется от её движения по орбите, то звезда будет периодично менять яркость. Именно такими переменными звёздами, у которых колебания блеска вызваны орбитальным движением, являются цефеиды, как показал Ла Роза ещё в 20-х годах и как ранее предполагал Белопольский, открывший эти звёзды. Именно баллистическая теория без всяких дополнительных гипотез предсказывает все свойства цефеид, в том числе синхронные с колебаниями яркости колебания спектра цефеиды: в моменты максимальной яркости спектр цефеиды сильно сдвинут в сторону коротких волн, что интерпретируют как разогрев звезды, хотя реально её яркость и температура не меняются. В то же время теория цефеид как пульсирующих звёзд, развитая Эддингтоном, с самого начала не выдерживала критики, хотя бы потому, что максимум яркости и минимум лучевой скорости происходили бы с большим сдвигом по фазе. А главное, баллистическая теория решила и ряд других загадок цефеид, лирид и других переменных звёзд, например циклическое изменение формы кривой блеска (эффект Блажко), её сложную форму, неправильные колебания формы диска цефеид, открытые интерферометрически и противоречащие теории пульсаций, а также ряд других аномалий.

Столь же простое объяснение обретают в баллистической теории и так называемые эруптивные переменные звёзды, то есть новые и сверхновые звёзды. В самом деле, благодаря концентрации света по эффекту Ритца, весь свет, испущенный звездой в течение времени T может прийти к наблюдателю в как угодно малый миг T'=T(1-La/c2), который становится ничтожно мал при условии La/c2=1, то есть интенсивность испущенного звездой света может стать бесконечно большой в течение этого мига. Примерно такой же эффект компрессии, концентрации световых импульсов применяется при генерации пикосекундных импульсов. Именно такой эффект мы и наблюдаем в случае новых и сверхновых звёзд. В таком случае эти "взрывные" звёзды в действительности являются обычными звёздами, которые, следуя по широким орбитам, в некоторый момент приобретают такое лучевое ускорение, при котором за счёт сжатия момента времени интенсивность их света усиливается в тысячи и миллионы раз. Это позволяет не только легко объяснить вспышки новых звёзд, но и объяснить их повторные вспышки, поскольку звезда, движущаяся в кратной системе двух или более звёзд, должна через определённые интервалы времени снова проходить точки орбиты, где ускорение a =c2/L и снова давать вспышки.

Поскольку одновременно с изменением яркости идёт сокращение длительности, то у некоторых звёзд вспышки могут получаться очень короткими - именно такие вспышки яркости дают пульсары. Эффект Ритца может сильно сжать не только время вспышки, но и видимый период обращения, промежуток между вспышками звезды, если пара звёзд вращается вокруг третьей, отчего период обращения пары звёзд, с которым повторяются вспышки, сожмётся ещё в несколько раз. Кроме того, эффект Ритца, если он достаточно велик, вполне может перевести излучение звезды из оптического диапазона в радиодиапазон, например за счёт того же красного смещения в поле тяготения звезды. Это позволяет легко объяснить радиоизлучение пульсаров, радиогалактик и квазаров.

Если же знак лучевого ускорения противоположный, скажем за счёт орбитального движения, то напротив, свет может преобразоваться во вспышки рентгеновского и гамма-излучения. Именно такие вспышки наблюдаются у рентгеновских пульсаров и барстеров. Такой механизм вспышек не только естественно следует из приложения эффекта Ритца к двойным звёздам, но и объясняет вид спектра барстеров, рентгеновских пульсаров. Они имеют спектр идентичный спектру абсолютно чёрного тела с немыслимо высокой температурой. Но здесь, как при колебаниях температуры цефеид, повышенная температура - это иллюзия, вызванная сильным смещением спектрального максимума в сторону коротких волн, что интерпретируют по закону смещения Вина как высокую температуру. Таким образом, все космические аномалии, для объяснения которых в современной астрофизике приняты многочисленные искусственные и весьма спорные непроверенные гипотезы, в теории Ритца получают простое единое объяснение без всяких дополнительных гипотез. Существование всех этих объектов - это прямое следствие эффекта Ритца в применении к звёздам, крутящимся по орбитам. Таким образом, баллистическая теория и эффект Ритца имеют ценнейшее приложение в астрофизике, поскольку объяснение космических чудес и аномалий сводится к привычному для астрономов определению элементов орбит космических тел, вместо выдумывания экзотических объектов с невероятными свойствами.

Это теоретическое применение. А можно указать и практическое. Раз в космосе существуют такие трансформаторы света, то нельзя ли и на Земле построить нечто подобное? Казалось бы, возможности применения эффекта Ритца для трансформации частоты в земных условиях, ограничены ещё больше, чем у эффекта Доплера. Ведь для заметного эффекта в формуле f'=f/(1+Lar/c2) величина Lar/c2 должна быть порядка ±1, то есть на лабораторных расстояниях L?1 м требуется ускорение ar=c2/L?1017 м/с2. Светоизлучающие приборы не могут двигаться с таким ускорением, но его легко придать электронам, ионам и другим частицам, которые могут либо сами быть источниками света, либо служить переизлучающими центрами. Так, в поле E ускорение электрона a=Ee/m (e/m=1,76·1011 Кл/кг - удельный заряд электрона) достигнет нужной величины уже при E?106 В/м. Для ионов эта величина в тысячи раз больше: E?109 В/м. Такие напряжённости поля, и даже на порядки большие, легко достижимы. Значит, в земных лабораториях вполне можно построить трансформаторы спектра, аналогичные космическим, как было показано автором 7 мая 2010 г. на радиофизической конференции в ННГУ.

По сути, такой трансформатор - это баллон, откачанный до сверхвысокого вакуума, куда заводится излучение импульсного лазера, которое следует преобразовать. Через прозрачный электрод (как в жидкокристаллических экранах) излучение попадает в конденсатор и выходит через отверстие в другом электроде. Между электродами сфокусированный лазерный пучок переизлучается пучком ионов или электронов, ускоряемых полем E?106-109 В/м. Далее оптическое излучение преобразуется по эффекту Ритца, свободно пролетая в вакууме путь L?1 м до переизлучающей пластины (она нивелирует разницу скоростей лучей света, завершая его трансформацию), и выходит из баллона преобразованным в радио-, терагерцовый, ИК, УФ, рентгеновский или гамма-диапазон, в зависимости от величины и направления поля. Частоту выходного излучения можно плавно перестраивать, меняя величину поля E и пролётную длину L путём сдвига пластины приводом винтов микрометрической подачи. Поскольку частицы не надо разгонять до v?c, а поле можно налагать в импульсном режиме, синхронизуя с импульсами лазера, то возможно эффективное преобразование оптического излучения в другой диапазон с высоким КПД. Ведь за время лазерного импульса даже при ar?1017 м/с2 частицы не успеют сильно разогнаться: энергия почти не тратится на их разгон.

Этот универсальный генератор, напоминающий перестраиваемый лазер (типа ВКР-лазера, параметрического лазера или лазера на красителях), сможет выдавать и когерентное излучение любого диапазона. То есть открыт путь создания СВЧ-, терагерцовых, ИК-, УФ-, рентгеновских и гамма-лазеров, нужных в медицине, военной технике, исследовательской и диагностирующей аппаратуре. Для этого излучение надо уже не фокусировать, а впускать в баллон параллельным пучком, возможно, даже с коррекцией волнового фронта, а затем трансформировать в такой же параллельный пучок, но с иной длиной волны.

Электрическое поле в конденсаторе, ускоряющем электроны, можно создать и без высоковольтных генераторов, если подавать напряжение на электроды краткими импульсами, синхронно с импульсами лазера. Поэтому можно применить компактные высокочастотные трансформаторы напряжения, искровые разрядники и т.п. Высокие поля E можно получить и за счёт миниатюризации электродов. Так, возле острия с радиусом закругления r порядка микрона (10-6 м) напряжённость поля E~U/r достигает значений E~106 В/м уже при напряжении U=1 В. То есть трансформатор частоты может работать от простой батарейки, если фокусировать свет лазера точно перед остриём, окружённым электронами. Само остриё может служить эффективным источником электронов за счёт автоэлектронной и холодной эмиссии.

Впрочем, электрическую часть трансформатора и расходы на её питание можно вовсе исключить, если ускорять атомы и другие микрочастицы давлением света со стороны сфокусированного лазерного пучка на отдельные электроны, атомы или наночастицы, подвешенные в лазерном пучке (в световой ловушке). Ведь уже при фокусировке непрерывного лазерного излучения с мощностью 1 Вт на шарик размером в микрон, тот получает ускорение порядка 107 м/с2 [22]. Поэтому, если применить пикосекундные лазерные импульсы (длительностью порядка 10-12 с), где за счёт концентрации света во времени достигают пиковых мощностей излучения вплоть до 1012 Вт, то излучение, направленное на частицы меньших размеров (на атомы и наночастицы), вполне сможет сообщить им требуемое ускорение в 1017 м/с2. Тогда лазерный свет будет одновременно генерировать частицы (за счёт фотоэлектронной или ионной эмиссии), ускорять их, и за счёт переизлучения ими, трансформироваться по эффекту Ритца в иные диапазоны. Интересно, что эффект концентрации во времени (временной фокусировки) работает и в трансформаторе Ритца. Он ещё больше сжимает длительность импульса по эффекту Ритца, за счёт чего низкоэнергичное оптическое излучение преобразуется в высокочастотное рентгеновское: энергия в импульсе сохраняется, но длительность его сокращается, а мощность растёт.

А можно, наоборот, исключить оптическую часть и возбуждать излучение атомов и ионов, которое будет преобразовываться тем же электрическим полем или разрядом, что будет их ускорять. Тогда электрическое поле будет сразу и возбуждать атомы, генерировать каналовые лучи и одновременно ускорять их, преобразуя по эффекту Ритца излучённый ими свет.

Подобный трансформатор ещё в 1950 г. разработал академик С.И. Вавилов (пионер нелинейной оптики), как раз имея в виду проверку баллистической теории. Он предлагал модулировать скорость пучка ионов за счёт быстрой перезарядки (быстрых изменений величины ускоряющего поля) и наблюдать, возникнут ли при этом предсказанные Ритцем нелинейные преобразования спектра и фазы световых колебаний [8]. Однако внезапная смерть Вавилова в 1951 г., незадолго до 60-летия, помешала ему построить установку. В этом с горечью признался его ученик А.М. Бонч-Бруевич, которому пришлось так видоизменить схему эксперимента, что не только не могли наблюдаться предсказанные Вавиловым эффекты БТР, но и сама баллистическая теория не могла быть проверена. Сейчас, когда техника шагнула далеко вперёд, проведение эксперимента Вавилова было бы весьма желательно, особенно с учётом потребности в эффективных трансформаторах частоты. А возможно, подобные трансформаторы излучения уже давно работают там, где электроны и ионы движутся с огромными ускорениями (в грозовых разрядах, в генераторах аттосекундных импульсов, синхротронах), однако генерируемое при этом рентгеновское и гамма-излучение интерпретируют как синхротронное или тормозное излучение электронов.

Таким образом, рассмотренные эксперименты и наблюдения, с одной стороны, показывают, что часто упоминаемые проблемы баллистической теории, хоть и существуют, но сильно преувеличены, ибо убедительных опровержений до сих пор не найдено, а с другой стороны, в ряде случаев именно баллистическая теория позволяет найти простые объяснения феноменов и устранить неувязки теории с экспериментом. А главное, что баллистическая теория содержит огромный потенциал, открывает невиданные горизонты в плане создания техники будущего и понимания природы.

баллистический теория скорость

Литература

1. Крюков П.Г. Фемтосекундные импульсы. М.: Физматлит, 2008.

2. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.

3. Франкфурт У.И., Френк А.М. Оптика движущихся тел. М.: Наука, 1972.

4. Семиков С. БТР и картина мироздания. Н.Новгород: Стимул-СТ, 2010.

5. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1986.

6. Справочник необходимых знаний. М.: РИПОЛ КЛАССИК, 2002.

7. Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т.4, М.: АН СССР, 1956.

8. Бонч-Бруевич А.М. Сергей Иванович Вавилов в моей жизни // УФН 171, 2001.

9. Малыкин Г.Б. // Оптика и спектроскопия, 2010, т. 109, № 6.

10. Паули В. Теория относительности. М.: Наука, 1991.

11. Wallace B.G. // Spectr. Lett. 1969, V. 2, № 12.

12. Уоллес Б.Дж. // Сер. Проблемы исследования Вселенной. В. 15. СПб., 1991.

13. Дёмин В.Н., Селезнёв В.П. Мироздание постигая… М., 1989.

14. Секерин В.И. Теория относительности - мистификация века. Новосибирск, 1991.

15. Техника-молодёжи №12, 2010.

16. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973.

17. Moon P., Spencer D.E. // JOSA. 1953, V. 43, № 8.

18. Freundlich E. // Phys. Zeit. 1913, V. 14.

Размещено на Allbest.ru