“Salus populi suprema lex est”
Международное общественное объединение

1872 - 2017

Russian Physical Society, International

Международное общественное объединение Русское Физическое Общество (сокращённо – РусФО, RusPhS) - добровольное объединение учёных, инженерно-технической интеллигенции, изобретателей, предпринимателей для совместной интеллектуальной и научно-практической деятельности в области естествознания, - науки о природе.
Научная цель: построение единой физической картины мира и поиск основной целевой функции человечества.

Гужеля Ю.А. Неизвестная механика



НЕИЗВЕСТНАЯ МЕХАНИКА

Гужеля Ю. А.
«О предмете древнейшем создаём мы науку новейшую».
Г. Галилей

ВВЕДЕНИЕ

Более 3-х веков минуло со времени опубликования в 1687 году известного труда Ньютона «Математические начала натуральной философии», в котором Ньютону удалось обобщить все разрозненные знания и идеи в области механики и столь удачно сформулировать их, что эти законы механики практически неизменными дошли до наших дней.

Со временем фигура Ньютона заслонила всех его соавторов и оппонентов. Забылись споры Роберта Гука о приоритете в открытии закона обратных квадратов. Затушевались заслуги Иоганна Кеплера в создании небесной механики. Отодвинулись на второй план имена Галилея, Борелли, Рена, Уаллиса, Гюйгенса - предшественников Ньютона, за которыми он сам признавал первенство в разработке всех основных законов механики: закона инерции, закона пропорциональности силы ускорению, закона о действии и противодействии, закона сохранения количества движения. Почти забылись достижения в области механики Декарта и Лейбница, а долгая и серьёзная их полемика «о живой силе» сегодня вызывает разве что улыбку.

Если смотреть в прошлое через призму сегодняшних общепринятых мнений и возвышенных оценок, то рядом с Ньютоном, на несколько сотен лет ни до, ни после него, - равных ему не видно. В наше время классическая механика, освящённая именем Ньютона воспринимается как что-то цельное и незыблемое.

Но если попытаться составить собственное мнение, заглянув во времена Ньютона, то мы будем удивлены и озадачены количеством имён, из которых трудно выбрать наиболее достойное, а также разнообразием и глубиной идей, среди которых можно найти практически все известные в настоящее время идеи и методы исследования, а, кроме того, и популярные заблуждения, дошедшие до наших дней.

Среди этих последних можно указать, например, метод исследования физических процессов с помощью простоватого наблюдателя, для которого нет разницы между кажущимся и истинным движением, - метода впервые применённого Гюйгенсом, для исследования процесса упругого столкновения шаров и вывода закона сохранения количества движения. Поскольку закон этот, кроме того, подтвердился экспериментально - метод получил, как бы, право на жизнь и применяется до сих пор.

Ньютон же остался в стороне от развития идей относительности. Время и пространство он считал абсолютными, что и по сей день считается недостатком его теории. В отличие от Декарта и Гюйгенса - Ньютон различал относительное и абсолютное движение (кажущееся и истинное) и указал признак, по которому можно определить истинное движение: это необходимость приложить силу, чтобы произвести движение.

Пользуясь методом Ньютона можно определить истинное движение относительно привилегированной системы отсчёта, в частности - Земли. И этот метод в наше время широко применяется на практике для определения координат движущегося объекта и скорости его движения, используя так называемую малоинерциальную систему счисления (МИС), установленную на объекте, которая, фиксируя все ускорения объекта и время их действия с момента начала движения и, затем, суммируя их произведения, выдаёт скорость относительно Земли; а зная функцию скорости, легко вычисляет путь и координаты.

Но это на практике. Что же касается теории, то здесь вопрос о возможности существования привилегированной системы отсчёта находится на стадии обсуждения уже не одну сотню лет; и до сих пор не решён.

Стоит ли после этого строго судить Ньютона за то, что определив абсолютность пространства, он не определил начало отсчёта, относительно которого движение будет истинным. Опыты и его индуктивный метод явно указывали на Землю, как бы заставляя вернуться к Геоцентрической системе Мира и перечеркнуть достижения небесной механики Коперника и Кеплера. Ньютон на это не пошёл и остановился на полпути, не разрешив данного противоречия между земной и небесной механиками.

Выход же из этого противоречия довольно прост и заключается он в том, что необходимо признать реальность существования привилегированных систем отсчёта. Они не исключают существования абсолютной системы отсчёта, но именно они определяют законы протекания физических процессов в своих зонах влияния. Привилегированных систем отсчёта, в отличие от абсолютной системы, множество; к ним относятся все системы отсчёта, связанные с большими гравитирующими массами типа Земля, Луна, Солнце, звёзды. Причём очевидно, что зона влияния Солнца значительно больше зоны влияния Земли и включает последнюю в себя как составную часть.

В своём сдержанном отношении к «модным» идеям относительности - Ньютон безусловно был прав.

Но не всегда его метод и интуиция указывали ему правильный путь. Например, при построении своей механики Ньютон не уделил должного внимания «закону сохранения живой силы» Гюйгенса, не увидел его будущего; и закон этот получил настоящее признание лишь в XIX веке, под именем «закона сохранения энергии».

Кроме того, Ньютон не захотел, или не смог, понять природу врождённой силы (то есть силы инерции), природу центробежной силы, а также природу силы тяжести и, объявив «...измышление гипотез...» занятием, недостойным исследователя, ограничился изучением лишь количественной стороны явления и их математической интерпретацией.

В то время как, например, у Бальяни в предисловии к его работе «О естественном движении тяжёлых тел», опубликованной в Генуа в 1638 г., то есть за 50 лет до написания Ньютоном своих знаменитых «Начал», можно найти глубокое и точное понимание природы движения тел, причём понимание, выработанное на основе наблюдений и опытов. Бальяни пишет: «... В то время как вес ведёт себя как действующее начало, вещество ведёт себя как пассивное начало и поэтому тяжёлые тела движутся в зависимости от отношения их веса к веществу; следовательно, если они падают без препятствия по вертикали, то они должны двигаться с одной и той же скоростью, потому что те тела, которые тяжелее, имеют больше вещества, или количества вещества».

В четвёртой книге, опубликованной в 1646 г., Бальяни выражается ещё более точно:

«... Природа тяжёлых тел такова, что их вес связан с веществом: каков вес, а значит и его способность к действию, таково и количество вещества, а значит и сопротивление».

Здесь примечательно то, что Бальяни увидел силу сопротивления даже в случае падения тела без препятствий, и, безусловно, он считал эту силу реальной. Ньютон не видел этой силы. Да что Ньютон, - эту силу не видят и до сих пор. Но Бальяни всё же прав, просто он опередил своё время на три с половиной столетия.

Не нашло должного признания у Ньютона и исследование Гюйгенсом центробежной силы. Последний считал эту силу вполне реальной и вывел формулу для её определения.

Ньютон при выводе закона всемирного тяготения не воспользовался формулой Гюйгенса, - он, очевидно, не признавал реальности существования центробежной силы. С его «лёгкой руки» реальноть существования центробежной силы не признана и до сих пор. В чём же дело? Ведь «упрямые» опыты, в частности и те, что проводил Гюйгенс, указывают на наличие этой силы. Очевидно, Ньютон ориентировался здесь на другие опыты - на наблюдения за движениями планет. Действительно, несмотря на криволинейные траектории их дижения, центробежные силы здесь никак себя не проявляют.

Ньютон не смог объяснить и это противоречие между земной и небесной механиками, но всё же отдал предпочтение последней, а центробежную силу постарался не замечать.

Его последователей сомнения уже не терзали и они прямо отказали центробежной силе в реальности и назвали её псевдосилой, то есть, мнимой, не существующей.

Интересное и весьма глубокое понимание природы движения небесных тел можно найти и у Кеплера и у Гука. Ньютон же, увлекаясь математическим описанием физических процессов, порой преувеличивал роль математики и даже противопоставлял её опыту. Так в переписке с Галлеем, первый закон Кеплера (об эллиптичности орбит планет), выведенный из опытных наблюдений Тихо Браге, Ньютон называет эмпирической гипотезой (довольно странное смешение понятий!) и считает, что этот закон строго доказан лишь им, Ньютоном. Но история рассудила иначе - закон этот прочно связан с именем Кеплера.

Ньютон также решительно отстаивает свой приоритет на закон обратных квадратов, но есть все основания считать, что этот закон раньше сформулировал Гук, который сам же и сообщил об этом Ньютону.

Ньютону, конечно, принадлежит тяжеловесный геометрический вывод этого закона. Но этот вывод в настоящее время делается значительно проще, используя 3-й закон Кеплера и формулу центробежной силы Гюйгенса. Формула эта и закон Кеплера уже тогда были известны Ньютону; и он - как хороший математик - не мог не видеть этого простого вывода.

Так что, объективно оценить, кто сделал больше для вывода закона обратных квадратов (Кеплер, Гук, Гюйгенс или Ньютон), - не так просто. Но как бы там ни было, борьбу за приоритет выиграл Ньютон; и это привело к тому, что в механике утвердился несколько формальный математический подход к рассмотрению явлений природы, пренебрегающий изучением физической стороны этих явлений и логическим разрешением всех видимых противоречий.

Основные противоречия и вопросы, требующие разрешения, были упомянуты выше. Их три:

1. Вопрос о реальности (или не реальности) силы инерции и в частности - центробежной силы, а также противоречия в проявлениях центробежной силы в земной и небесной механиках.

2. Вопрос о природе сил инерции и тяжести, чем они вызываются, характер их приложения.

3. Вопрос о реальности существования привилегированных систем отсчёта.

Эти на первый взгляд безобидные философские вопросы способны буквально взорвать фундамент классической механики, и наглядным примером здесь может послужить бурное развитие идей относительности, поколебавшее не только классическую механику, но и сам здравый смысл, - и всего-то из-за нежелания увидеть и признать реальность существования привилегированных систем отсчёта.

Но ещё большие потрясения для классической механики грядут от забвения первых двух вопросов. Последовательное разрешение этих вопросов и всех видимых противоречий приведёт к пересмотру фундаментальных законов механики, таких как 2-й закон Ньютона и закон всемирного тяготения. И если 2-й закон отделается лишь ограничением своей области действия, то закон всемирного тяготения окажется просто несостоятельным, не верным.

Подобные утверждения безусловно требуют доказательств - к чему незамедлительно мы и приступаем.

Вначале будет дано теоретическое разрешение затронутых противоречий, а затем приведена методика экспериментов, способных подтвердить эту новую теорию.

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ

Вопреки общепринятой практике, не будем недостатки Ньютоновой теории объяснять с помощью теории относительности, а попробуем найти объяснения фактам, противоречащим законам механики, не отрекаясь от простых и ясных Ньютоновских понятий массы, пространства, времени, считая, как и Ньютон, пространство и время величинами независимыми, единицы измерения которых будучи однажды выбранными - изменяться не должны, если конечно мы не хотим запутать самих себя.

Начнём с того, что уже тысячу раз делалось до нас: попробуем понять физическую сущность процессов, происходящих при движении тел в диапазоне скоростей, где пока не замечено никаких отклонений от законов Ньютона. А ключом к пониманию сущности этих процессов послужит нам рассмотрение природы силы инерции и рассмотрение так называемого «принципа эквивалентности гравитационной и инерционной масс».

Принцип эквивалентности на сегодняшний день является одним из фундаментальных законов физики. Точность в экспериментах по проверке принципа эквивалентности доведена до величины 10-12, и тем не менее отклонений от этого принципа не обнаружено до сих пор.

Пристальное внимание физиков к принципу эквивалентности и всевозможные проверки его выполнимости привели к тому, что в настоящее время различают уже три (только основных) принципа эквивалентности. -

1. Ньютоновский принцип эквивалентности, который утверждает, что для любого тела инертная масса равна его гравитационной массе.

Другая формулировка этого принципа гласит, что все тела в гравитационном поле падают с одним и тем же ускорением, вне зависимости от их массы или внутреннего строения.

Есть ещё одна формулировка этого принципа: «траектория незаряженного пробного тела зависит только от начальной точки его расположения и его начальной скорости и не зависит от его внутренней структуры».

Ньютоновский принцип эквивалентности теперь также называют слабым принципом эквивалентности (СПЭ).

2. Эйнштейновский принцип эквивалентности (ЭПЭ) утверждает, что СПЭ справедлив и что результат любого негравитационного эксперимента не зависит ни от скорости (свободно падающего) прибора, ни от того, где и когда во Вселенной он проводится.

3.Сильный принцип эквивалентности (ССПЭ) утверждает, что СПЭ справедлив как для пробных тел, так и для гравитирующих тел, что результат любого контрольного эксперимента, гравитационного или не гравитационного, не зависит от скорости свободно падающего прибора и от того, где и когда во Вселенной этот эксперимент проводится.

Все эти принципы эквивалентности характеризуют важнейшие свойства гравитации, между ними много общего, но строго логически вывести один принцип из другого нельзя и каждый из них требует персональной экспериментальной проверки. Более того, даже первые две формулировки слабого принципа эквивалентности (СПЭ) строго не согласуются между собой, но зато и та и другая подвергались самостоятельным экспериментальным проверкам.

Среди всех этих принципов эквивалентности особый интерес представляет Ньютоновский принцип эквивалентности, причём в Ньютоновском же понимании, то есть принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс.

Существо этого принципа можно сформулировать ещё и так: закон движения тела не зависит от природы силы, действующей на это тело; то есть, ускорение тела под действием силы определяется только величиной силы и не зависит от природы этой силы.

Например, если на тело воздействовать силой сжатой пружины или порохового заряда, равных по величине силе протяжения этого тела к Земле, то тело приобретёт ускорение от действия этой силы, равное по величине ускорению свободного падения.

Принцип эквивалентности часто находят удивительным. И удивление здесь вызывает то обстоятельство, что характер движения тела под действием гравитационной силы всё же существенно отличается от характера движения под действием всех иных, не гравитационных сил.

Движение под действием силы тяжести, так называемое «свободное падение», характеризуется отсутствием внутренних напряжений в падающем теле, и поэтому в свободно падающей системе невозможно опытным путём обнаружить, что система движется с ускорением. Напротив, при движении тела под действием других сил, например под действием силы сжатой пружины, движущееся с ускорением тело испытывает на себе воздействие силы сопротивления; внутри ускоряющегося тела возникают напряжения, которые можно зафиксировать опытным путём. Воздействие на себе силы инерции также явственно ощущает и наблюдатель, находящийся внутри ускоряющейся системы. И, тем не менее, если по величине - сила тяжести равна этой другой силе, то величины ускорения тела под действием этих двух сил будут равны между собой.

Это и удивляет.

Различный характер движения под действием гравитации и всех прочих сил принято объяснять различными свойствами движущегося тела (массы). При движении тела под действием силы тяжести масса не оказывает видимого сопротивления, и поэтому в этом случае массу называют гравитационной или пассивной. При движении массы под действием не гравитационных сил возникает сила инерции, противодействующая ускорению, и в этом случае массу называют инерционной. Таким образом, одно и то же тело как бы имеет и гравитационную, и инерционную массу, и, как показывают опыты, эти массы всегда равны между собой.

Исходя из опытных данных, можно бы сделать вывод, что гравитационная и инерционная массы это одно и то же, но принцип говорит только об эквивалентности, как бы допуская возможность существования в одном теле двух различных масс, обладающих различными свойствами и, в то же время, равных по величине.

Безусловно, идея о том, что гравитационная и инерционная массы это одно и то же, наиболее естественна и логична; и для того, чтобы она получила подавляющее преимущество перед идеей эквивалентности масс, необходимо лишь объяснить особенности движения тел под действием силы тяжести не различными свойствами масс, а чем-то другим.

И сделать это вполне возможно. Особенности эти довольно убедительно можно объяснить исходя из общих свойств среды, в которой происходит движение тел - как под действием гравитационных сил, так и всех других (не гравитационных сил), а также характерным свойством гравитационной силы. Под характерным свойством гравитационной силы здесь следует понимать распределённый характер приложения этой силы, причём (что особенно важно) распределённый по массе.

Действительно, гравитационное поле проникает везде и воздействует на каждую бесконечно малую частицу вещества одинаково, независимо от того, где находится эта частица, на поверхности или в самом центре тела, в этом нас убеждают опыты по проверке принципа эквивалентности как с пробными телами, то есть, опыты по проверке слабого принципа эквивалентности, а также опыты с большими гравитирующими массами (опыты по проверке сильного принципа эквивалентности). Все эти эксперименты показывают, что все тела падают с одинаковым ускорением, независимо от величины массы и от её химического состава.

Очень важно - правильно определить эту среду, которая, воздействуя на движущееся тело - определяет и закон, и характер движения тела. На это место традиционно претендует «всепроникающий неподвижный мировой эфир». Но дело в том, что «мировой эфир» - среда вымышленная, не существующая, в чём нас убеждают, например, отрицательные результаты опытов Майкельсона-Морли по определению скорости сноса света набегающим эфиром. Нам же необходимо найти реальную среду, взаимодействием которой с движущейся массой можно объяснить и закон, и характер движения тела, и, в частности, отсутствие силы инерции при свободном падении тела.

И здесь у нас нет особого выбора: массивные среды необходимо отбросить, так как они слишком локальны, магнитное и электрическое поля воздействуют избирательно на различные материалы, и лишь гравитационное поле, согласно экспериментальным данным, воздействует на все химические элементы и вещества одинаково. В реальности же существования гравитационного поля сомневаться не приходится.

Понимание единой сущности гравитационных и инерционных процессов окончательно овладеет нами, если мы сделаем одно естественное предположение о том, что гравитационное поле не только разгоняет тела по направлению к центру гравитирующей массы, но также оказывает и сопротивление этим ускоряющимся телам, независимо от того, под действием какой силы эти тела разгоняются. При этом сила сопротивления, действующая со стороны гравитационного поля, - это не что иное, как хорошо известная нам сила инерции.

Свойства силы инерции к настоящему времени изучены достаточно хорошо, если не считать одного досадного недоразумения: неверного понимания природы этой силы и, как следствие, непризнания её реальности. Академическая наука считает силу инерции псевдосилой, то есть, не существующей, вымышленной силой. Между тем, опытных данных, доказывающих реальность силы инерции более чем достаточно. Одна из разновидностей силы инерции - центробежная сила, неоднократно доказывала свою реальность разрушением лопаток турбокомпрессоров. В прикладных науках и в технике с силой инерции давно уже считаются как с самой настоящей реальной силой; но академическая наука более «инерционна» и пока успешно удерживает свои позиции.

Все дальнейшие наши рассуждения будут строиться на признании реальности силы инерции, и это вполне естественно. Ведь среда, которая создаёт силу инерции, определена - это гравитационное поле. Объекты, на которые воздействует эта сила, также определены - это тела, движущиеся с ускорением. Характер приложения этой силы нам уже тоже ясен - это распределённый по массе хаактер приложения. То есть, мы знаем всё что положено, чтобы придать силе инерции статус реальной силы.

Общеизвестно, что при условии отсутствия массивных сред, при ускоренном движении тела под действием силы, сила инерции равна по величине действующей силе и противоположно направлена.

Исходя из такого понимания физических процессов, происходящих при движении тел, уже довольно просто объяснить особенности свободного падения тел.

При свободном падении тела, как и при всяком другом ускоренном движении, со стороны гравитационного поля на тело действует сила сопротивления, то есть сила инерции. Но сила инерции, также как и сила тяжести, по характеру приложения является силой распределённой по массе. И поскольку согласно многочисленным экспериментальным данным, сила инерции при ускоренном движении всегда равна действующей силе, то эти две силы уравновешиваются. Причём, благодаря одинаковому характеру приложения, эти две силы уравновешиваются в каждой бесконечно малой частице массы, поэтому-то в падающем теле отсутствуют внутренние напряжения, и в свободно падающей системе возникает ощущение полного отсутствия сил.

Опытный факт полного отсутствия ощущения воздействия сил в свободно падающей системе, и невозможность опытным путём зафиксировать наличие внутренних напряжений в свободно падающем теле, по существу, является доказательством того, что природа силы инерции и силы тяжести одна и та же, и что обе эти силы создаются гравитационным полем, и что обе эти силы одинаково реальны.

Совсем другой характер приложения у всех прочих, не гравитационных сил. Например, у сжатой пружины характер приложения силы в лучшем случае может быть распределённым по поверхности, и при этом в теле, движущемся с ускорением, неизбежно возникают внутренние напряжения, которые достигают максимальной величины на поверхности приложения действующей силы, см. рис. 1.

Таким образом, рассмотрение процесса движения тел в реальной среде (гравитационное поле) позволяет сделать вывод, что нет, различных масс (гравитационной и инерционной) и нет различных свойств массы, а есть только одна масса, свойства которой постоянны и не меняются в зависимости от характера приложенной силы. И поэтому сама проблема проверки эквивалентности гравитационной и инерционной масс является надуманной.

Признание гравитационного поля основной средой, определяющей законы движения тел, привело к несомненному успеху в понимании физических процессов, происходящих при ускоренном движении тел. Но гравитационное поле, как всякое реальное поле, имеет и свои особенности и «неудобства», по сравнению с идеальными вымышленными полями.

Основным «неудобством» гравитационного поля является направленность его действия: результирующая сила гравитационного поля гравитирующей массы направлена всегда к центру этой гравитирующей массы. То есть, гравитационное поле имеет векторную структуру.

Вполне естественно предположить, что сила сопротивления поля ускоряющимся телам должна зависеть от направления движения пробного тела относительно вектора результирующей силы гравитационного поля большой гравитирующей массы. При этом, наибольшее различие сил сопротивления поля должно наблюдаться при движении тела в направлениях, перпендикулярных вектору результирующей силы гравитационного поля и совпадающим с направлением этого вектора.

И сразу же мы сталкиваемся с тем, что это вполне естественное предположение противоречит имеющимся опытным данным.

Специальные опыты по проверке данного предположения конечно не ставились. Но опыты по проверке принципа эквивалентности решили эту задачу попутно. Действительно, ведь свойства гравитационной массы, величина ускорения свободного падения, определялись, при изучении свободное падения тел, то есть, при движении их по направлению к центру Земли. Опыты же по проверке свойств инерционной массы проводились путём разгона тел параллельно поверхности Земли для того, чтобы исключить влияние гравитационных сил.

И во всех этих случаях опыты показали, что одна и та же масса приобретает одно и то же ускорение при действии на неё сил, равных по величине, независимо ни от природы этих сил, ни от направления их действия.

То есть, эти опыты опровергают анизотропность свойств гравитационного поля, а следовательно и ставят под сомнение и гравитационное происхождение силы инерции, и её реальность.

Опытные данные - вещь неоспоримая. Однако всё же попробуем согласовать эти опытные данные с простыми и естественными предположениями, сделанными ранее. Для чего, прежде всего, рассмотрим подробнее структуру гравитационного поля вблизи поверхности Земли.

Следует сразу признать, что о структуре гравитационного поля Земли мы фактически больше ничего и не знаем, кроме того, что уже сказано выше.

Опыты с падающими телами нам показывают направление результирующей силы, действующей со стороны гравитационного поля Земли на пробное тело. О том же, что из себя представляет более подробная структура гравитационного поля, - можно лишь догадываться.

Естественно предположить, что каждый элемент земной поверхности излучает гравитационные волны равномерно по всем направлениям полусферы. Соответственно, каждый этот бесконечно малый элемент поверхности Земли с одинаковой силой притягивает все пробные тела, находящиеся в различных направлениях от него в области полусферы (см. рис. 2).

Если мы рассмотрим пробное тело, находящееся вблизи поверхности Земли, то на это тело будет действовать сила притяжения от каждого участка земной поверхности (см. рис. 3).    

  Участок земной поверхности, находящийся непосредственно под пробным телом, виден со стороны пробного тела под большим углом, и, соответственно, сила притяжения со стороны этого участка больше, чем сила притяжения участков, находящихся дальше и видимых под меньшими углами. Если же участки земной поверхности видны под одинаковыми углами, то силы притяжения пробного тела этими участками равны, даже если эти участки не равны между собой и находятся на различных расстояниях от пробного тела (см. рис. 4).

Это последнее утверждение не совсем очевидно, ведь сила притяжения ослабевает с расстоянием и следует ожидать, что сила притяжения дальних участков земной поверхности, видимых под такими же углами, что и участок, находящийся непосредственно под пробным телом, будет меньше.

И для того, чтобы выяснить, так ли это, - рассчитаем конкретный пример (см. рис. 5).

Удаление пробного тела от поверхности Земли (Н) равно 1 метру. Видимый горизонт с этой высоты составляет примерно 3570 метров. Будем считать, что сила притяжения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли.

Расстояние от центра Земли до пробного тела, если его считать по пути прохождения гравитационной волны через дальний участок поверхности (на горизонте), составит: 
6370 + 3,57 = 6373,57 км.
Расстояние от центра Земли до пробного тела по пути через ближний участок поверхности составит:

6370 + 0,001 - 6370 км.

Отношение квадратов этих расстояний равно: 1,001, то есть величине, близкой к единице. И, следовательно, сила притяжения пробного тела, находящегося в непосредственной близости от поверхности Земли, каким либо участком поверхности зависит только от величины угла, под которым этот участок виден со стороны пробного тела.
 

При расположении пробного тела вблизи земной поверхности, земную поверхность можно рассматривать как бесконечную плоскость, и в этом случае силы гравитационного притяжения будут воздействовать на тело равномерно со всех сторон в области нижней полусферы.

Ну, а если учесть кривизну земной поверхности, то для заданных выше условий сектор облучения составит 179,968°, что очень незначительно отличается от полусферы.

Исходя из этого, воздействие гравитационного поля на пробное тело, находящееся вблизи поверхности Земли, или какой-нибудь другой большой гравитирующей массы, можно более наглядо изобразить следующим образом, см. рис. 6, где стрелками обозначены силовые линии гравитационного поля, распределённые разномерно в области нижней полусферы. Длина этих линий одинакова вследствие того, что одинакова напряжённость гравитационного поля по всем направлениям полусферы. Очевидно, что результирующая всех этих распределительных сил направлена вертикально вниз, то есть к центру Земли, что безусловно согласуется с опытом.

Спроецируем силовые линии гравитационного поля на оси X и Y и сравним получение значения между собой.

Суммарные значения проекции на оси X и Y показывают количество силовых линий, которые пересекает пробное тело при движении к центру Земли и при движении параллельно поверхности Земли.

Мы не знаем, в каком случае сила инерции, противодействующая разгону тела, будет больше: при движении вдоль силовых линий, или поперек силовых линий (такие опыты пока не проведены), но можно предположить, что силы эти будут различны. И поэтому, уже простой подсчёт, например поперечных проекций силовых линий при движении пробного тела в различных направлениях, покажет, есть ли различия в условиях движения пробного тела в гравитационном поле, имеющем структуру такую, как показана на рис. 6.

Подсчитаем сумму модулей проекций на ось Y. Будем считать одну силовую линию за единицу, получим:

∑ Y = 1 + 2 Cos 45° = 2,42

Сумма модулей проекций на ось X составит:

∑ X = 2 + 2 Cos 45° = 3,42

Отношение:

∑ X / ∑ Y = 1,41;

Очевидно, что 2Y не равна 2X , но делать вывод о том, что силы сопротивления при движении тела в различных направлениях будут различны, преждевременно, так как схема действия сил гравитационного поля, изображённая на рис. 6, все же не соответствует действительности. И не соответствует в том, что на рисунке показано ограниченное количество силовых линий, тогда как в действительности их, несомненно, неограниченное множество.
Увеличим количество линий (см. рис. 7).

Подсчитаем сумму модулей проекции:

∑ Y = 1+ 2 Cos 22,5° + 2 Cos 45°+ + 2 Cos 67,5 = 5,038;

∑ X = 2+2 Cos 22,5°+ 2 Cos 45°+ + 2 Cos 67,5° = 6,038;

∑Y / ∑X=1,2.

Очевидно, что при увеличении числа силовых линий отношенние ∑X / ∑Y всё более приближается к единице, и при неограниченном числе силовых линий стремится к единице.

А это говорит о том, что при движении пробного тела в диаметрально противоположных направлениях, сила инерции, воздействующая на тело, будет одинакова.

  Очевидно, что и при движении тела в произвольных направлениях сила сопротивления ускоряющемуся телу со стороны гравитационного поля будет одинакова. Но точно такие же результаты дают и эксперименты по проверке принципа эквивалентности.

Так что следует признать, что векторное гравитационное поле при определённых условиях обладает изотропными свойствами по отношению к законам движения. Однако до сих пор эти свойства формулировались как принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс.

На первый взгляд может показаться, что новая интерпретация известных опытных фактов ничего не даёт. Но это не так. Анализируя только что полученные результаты расчётов - мы видим, что даже вблизи земной поверхности «принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс» должен выполняться лишь приблизительно (хотя и с довольно высокой точностью, порядка 10-3) за счёт ослабления силы притяжения дальних участков земной поверхности и за счёт того, что сектор облучения пробного тела не в точности равен полусфере. Точность экспериментов по проверке «принципа эквивалентности гравитационной и инерционной масс» (как это ни покажется странным) не превышает точность приведённых теоретических расчётов. Дело в том, что только опыты, подобные тем, которые ставили Галилей и Ньютон, можно считать прямой проверкой этого принципа. Опыты же, подобные тем, которые, например, ставили Этвеш и Брагинский, и где точность измерений достигала соответственно 10-9; 10-12 обосновывали, по существу, совсем другой физический принцип, а именно тот, что все тела, независимо от их массы и химического состава, падают с одинаковым ускорением. И только волею случая оба эти принципа в настоящее время объединены под общим названием «слабого принципа эквивалентности».

Нетрудно увидеть, что с удалением пробного тела от поверхности Земли (или от поверхности какой-либо другой большой гравитирующей массы) точность выполнения «принципа эквивалентности гравитационной и инерционной масс» должна ухудшаться. То есть, силы инерции, действующие со стороны гравитационного поля на тела, ускоряющиеся в направлении центра гравитирующей массы и в перпендикулярном направлении, будут различны.

Если мы рассмотрим пробное тело на значительном удалении от гравитирующей массы (на удалении нескольких радиусов), см. рис. 8, то станет совершенно очевидным, что в этом случае сектор облучения пробного тела, образованный касательными к поверхности гравитирующей массы, много меньше полусферы. Соответственно, сумма проекции силовых линий на ось Y будет много больше суммы проекций на ось X. И, следовательно, условия движения тела в различных направлениях будут различны; и следует ожидать, что «принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс» выполняться не будет. А если выразиться точнее, то в данном случае мы просто имеем дело с гравитационным полем, обладающим ярко выраженными анизотропными свойствами; и пользоваться понятием эквивалентности масс было бы неверно. Ибо, как уже было сказано ранее, инерционная и гравитационная массы - это одна и та же масса.

Но если мы имеем дело с гравитационным полем, обладающим анизотропными свойствами по отношению к законам движения, то это означает, что если мы будем проводить негравитационный эксперимент в «свободно падающем лифте», или, что то же самое, на орбите (причём, для достижения большего эффекта лучше проводить эти опыты на высокой орбите), то мы, очевидно, столкнёмся с тем, что усилие, затрачиваемое на разгон пробного тела в направлении к центру гравитирующей массы будет отличаться от усилия, затрачиваемого на разгон тела до той же величины ускорения в направлении, перпендикулярном радиус-вектору, проведённому из центра гравитирующей массы к пробному телу. Но это последнее утверждение, по существу, опровергает «принцип эквивалентности Эйнштейна» (ЭПЭ) и, что немаловажно, легко поддаётся экспериментальной проверке.

Итак, подведём первые итоги. -

■ Что касается слабого принципа эквивалентности (СПЭ), то его первая формулировка об эквивалентности инерционной и гравитационной масс не имеет смысла, вторая же его формулировка, утверждающая, что все тела независимо от их массы и химического состава падают с одинаковым ускорением, верна и имеет надёжное опытное обоснование.

■ Эйнштейновский же принцип эквивалентности выполняется только вблизи поверхности большой гравитирующей массы, где гравитационное поле обладает изотропными свойствами, при других условиях ЭПЭ не выполняется.

■ Первое положение сильного принципа эквивалентности (ССПЭ), утверждающее, что все тела, в том числе и гравитирующие тела, независимо от их массы и химического состава падают с одинаковым ускорением, подтверждается астрономическими наблюдениями; в масштабах солнечной системы отклонений от этого положения пока не обнаружено, хотя расчёты по обнаружению разности величин центростремительных ускорений, например, Земли и Луны к Солнцу (расчёты по обнаружению так называемого «эффекта Нордтведта») выполнены с точностью 10-12.

■ Второе же положение ССПЭ (представляющее, по существу, «Эйнштейновский принцип эквивалентности») и утверждающее, что результат любого контрольного эксперимента, гравитационного или не гравитационного, не зависит ни от скорости свободно падающего прибора, ни от того, где и когда во Вселенной этот эксперимент проводится - явно не верно. Ибо чем дальше от гравитирующей массы проводится эксперимент, тем ярче проявляются анизотропные свойства гравитационного поля.

■ Следует также заметить, что признав несостоятельность «Ньютоновского принципа эквивалентности масс», признав тот факт, что мы имееем дело всегда с одной и той же массой, правильней было бы вообще отказаться от термина «принцип эквивалентности» и перестать делить эксперименты на гравитационные и не гравитационные.

■ Мы уже убедились, что гравитационное поле вездесуще; и все без исключения эксперименты испытывают на себе его воздействие, которое внешне проявляется или в виде силы тяжести, или в виде силы инерции. И, следовательно, все без исключения эксперименты являются гравитационными. Гравитационнными являются и все способы определения массы, в том числе и способ определения массы на центробежных весах.

■ Может возникнуть вопрос: почему до сих пор не была выявлена ограниченность области действия ЭПЭ?

Да потому, что все эксперименты по проверке СПЭ и ЭПЭ (в том числе и так называемый «Лунный эксперимент Этвеша») ставились на поверхности Земли, ил и вблизи поверхности Земли, где гравитационное поле обладает изотропными свойствами.
  
ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Другой особенностью гравитационного поля является его неравномерность. Гравитационное поле связано с гравитирующими массами. Вблизи гравитирующей массы гравитационное поле наиболее сильное и быстро ослабевает по мере удаления от гравитирующей массы.

По аналогии с законами движения тел в массивных средах, а также в электрическом и магнитном полях, следует ожидать, что закон движения тела в гравитационном поле также должен зависеть от параметров гравитационного поля, от его силы или от его плотности. Вполне естественно предположить, чтто более слабое, более разряженное поле будет оказывать меньшее сопротивление ускоряющемуся телу и, следовательнно, в слабом гравитационном поле тело можно разогнать до заданного ускорения или до заданной скорости меньшей силой и с меньшими затратами энергии, чем в сильном гравитационном поле. Следовательно, соотношение между массой и ускорением тела должно зависеть от параметров гравитационного поля, а это противоречит 2-му закону Ньютона, как, впрочем, противоречит ему и анизотропность гравитационного поля. Это означает, что 2-й закон Ньютона не является фундаментальным законом и выполняется только при вполне определённых параметрах гравитационного поля, а именно - при параметрах, равных тем, которые существуют на поверхности Земли; при других параметрах гравитационного поля 2-й закон Ньютона выполняться не должен.

Это утверждение нисколько не противоречит опытным фактам, так как все опыты по проверке 2-го закона Ньютона проводились на поверхности Земли, при постоянном воздействии гравитационнего поля, имеющего вполне определённые и практически постоянные параметры. А при параметрах гравитационного поля, отличающихся от параметров поля на поверхности Земли (как, например, на орбите), опыты по проверке 2-го закона Ньютона не проводились, и вопрос о необходимости такой проверки даже не ставился на повестку дня.

Очевидно, потому не была использована также и возможность проверки 2-го закона Ньютона постановкой экспериментов на различных широтах Земли, используя тот факт, что параметры гравитационного поля на различных широтах различны. О различии параметров гравитационного поля на поверхности Земли можно судить по величине ускорения g, создаваемого полем. На поверхности Земли g меняется от 9,78 м/сек2 на экваторе, до 9,83 м/сек2 на полюсе, то есть, на 0,51%. Изменение не велико, и поэтому для того, чтобы поставить опыты по проверке 2-го закона Ньютона на поверхности Земли, точность измерений должна быть довольно высокой: примерно порядка 10-4 ÷ 10-5. Если к тому же учесть, что все физические эксперименты ставились в довольно узком диапазоне широт (а не на экваторе и на полюсе), то возможность (пусть даже случайная) обнаружения эффекта зависимости 2-го закона Ньютона от параметров гравитационного поля практически была исключена.

При проведении же экспериментов на высокой орбите, на удалении нескольких радиусов от поверхности Земли, - и обнаружить в этих условиях зависимость законов движения от параметров гравитационного поля будет несложно, и для получения достоверного эффекта точность измерений порядка 10-2 может оказаться вполне достаточной.

С помощью экспериментов, проводимых на различных удалениях от поверхности Земли, предполагается показать, что 2-й закон Ньютона является лишь частным случаем более общей зависимости между силой F, массой m и ускорением а, которая должна иметь следующий вид:

F = f(M1; R1; φ1; M2R2φ2; ........Mn;Rnn)·m·a,                                         (1)

где F - сила, действующая на тело массы m; а - ускорение массы m под действием силы F; f(M1; R1; φ1; M2R2φ2; ........Mn;Rnn) - функция, зависящая от параметров гравитационного поля; M1, М2,...Мn - массы небесных тел (гравитирующие массы); R1, R2...Rn - расстояния до центров гравитирующих масс; φ1, φ2,...φn - углы между направлением силы, действующей на массу m, и радиус-векторами, проведёнными из центров гравитирующих масс.

Конкретный вид функции f(M1; R1; φ1; M2R2φ2; ........Mn;Rnn) должен определиться опытным путём.

Если для заданной точки пространства R2,...Rn много больше R1, то влиянием М2,...Мn можно пренебречь и тогда зависимость (1) примет вид:
 
F = f(M1, R1, φ1)·m·a,                                                              (1′)

где M1 - ближайшая гравитирующая масса (в предлагаемом эксперименте это будет Земля); R1 - расстояние от центра массы M1 до заданной точки пространства, где проводятся опыты.

Если R1 = R3, где R3 - радиус Земли, M1 = М3, где М3 - масса Земли, то φ уже не играет никакой роли, вследствие изотропности гравитационного поля вблизи поверхности гравитирующей массы, и функция f(M1, R1, φ1) обращается в единицу, вследствие выбора существующей системы единиц (СИ), где единица силы является производной величиной от массы и ускорения, то есть определяется с использованием соотношения 2-го закона Ньютона.

Схемы приборов для проведения подобных экспериментов рассмотрим позже.

НЬЮТОНОВА ГИПОТЕЗА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ

Пока что мы рассматривали необходимость проверки области действия 2-го закона Ньютона, не затрагивая при этом вопроса о связи 2-го закона Ньютона с «законом всемирного тяготения». А связь эта настолько тесная и прямая, что можно даже сказать что «закон всемирного тяготения» это разновидность 2-го закона Ньютона.

Действительно, ведь формулу:

F = γ·m1·m2/R2,                                                                    (2)

где F - сила притяжения масс; γ - гравитационная постоянная; m1, m2 - массы тел; R - расстояние между центрами масс;
можно представить в виде:

F = m1·а1(2),                                                                  (2′)
 
где a1(2) -ускорение массы m1 под действием массы m2.

Ускорение это определяется выражением:
a1(2) = γ·m2/R2.                                                                 (3)

Как видно, формула (2') это не что иное, как разновидность 2-го закона Ньютона.

Но ведь действие «закона всемирного тяготения», как известно, распространяется далеко за пределы Земли. Общепризнано, что - по крайней мере в масштабах Солнечной системы - закон этот выполняется и широко применяется для расчётов траекторий небесных тел и искусственных спутников. Кроме того, закон этот был выведен из астрономических наблюдений за движением планет, то есть, имеет опытное происхождение. Но отсюда следует, что и «закон всемирного тяготения» также имеет опытное происхождение. А если это так, то вопрос о проверке области действия 2-го закона Ньютона полностью отпадает, по крайней мере - для Солнечной системы.

С этими выводами можно было бы согласиться, и даже нельзя было бы не согласиться, если бы «закон всемирного тяготения» действительно был бы законом и выполнялся хотя бы в масштабах Солнечной системы.

В действительности это далеко не так, и потому не стоит соглашаться с подобными доводами.

Дело в том, что астрономические наблюдения могут дать объективные данные лишь о геометрических размерах орбиты и о периоде обращения тела. Зная эти данные, можно однозначно определить скорость движения тела по орбите и центростремительное ускорение. В соответствии с этими объективными данными 3-й закон Кеплера устанавливает связь между периодами обращения тел и геометрическими размерами их орбит, и на большее не претендует. Он не даёт возможность определить силу взаимодействия тел, ибо для вывода формулы силы взаимодействия совершенно нет опытных данных. По крайней мере, мне не известны опыты, в которых непосредственно определялась бы сила взаимодействия между небесными телами. Не известны мне также опыты по определению веса, то есть силы притяжения известной массы, скажем, на поверхности Луны, или какой-нибудь другой планеты, хотя эти последние опыты давно уже могли быть поставлены. На сегодняшний день сила гравитационного взаимодействия между телами измерена только на поверхности Земли, что явно недостаточно для обоснования закона, претендующего на звание всемирного; более того, этих опытных данных недостаточно и для вывода достоверного соотношения силового взаимодействия тел, пусть даже и в ограниченной области.

Тем не менее, «закон всемирного тяготения» претендует на определённые силы взаимодействия тел и этим в корне отличается от 3-го закона Кеплера, а потому он просто не мог быть строго математически выведен из 3-го закона Кеплера.

И действительно, из 3-го закона Кеплера можно вывести лишь выражение для определения центростремительного ускорения планет (выражение 3).

А вот перемножение выражения (3) и массы тела - акт совершенно произвольный, не подтверждённый никакими опытами, и сделанный Ньютоном, очевидно, по аналогии со своим 2-м законом; не исключено также, что Ньютон просто допустил ошибку в своих рассуждениях.

Как бы там ни было, но «закон всемирного тяготения», по существу, является гипотезой, причём самой смелой и безосновательной. А всеобщее мнение о том, что этот закон выполняется и применяется для расчётов в масштабах солнечной системы - глубокое заблуждение. В практических расчётах по определению траекторий небесных тел и искусственных спутников применяется не сам «закон всемирного тяготения», выраженный формулой (2) и определяющий силу взаимодействия тел, а лишь его часть, а именно - выражение для ускорения тел в результате их взаимодействия, то есть, формула (3), или её модификации. Расчёты, выполненные с помощью формулы (3), подтверждаются астрономическими наблюдениями и измерениями параметров орбит наблюдаемых тел, то есть, подтверждаются опытом.

Рассмотрим несколько подробнее выражения для определения ускорения тел в результате их гравитационного взаимодействия.

Если мы имеем два тела m1 и m2, то, как уже отмечалось, тело m2 сообщает телу m1 ускорение а1(2), равное:  a1(2) = γ·m2/R2,  а тело m1 сообщает телу m2 ускорение a2(1), равное:

a2(1) = γ·m1/R2,                                                                 (4)

где a1(2) и a2(1) - абсолютные ускорения, то есть, ускорения относительно далёких, «неподвижных» звёзд.

Суммарное, то есть, относительное ускорение масс m1 и m2 (обозначим его а1,2) будет равно:

a1,2 = a1(2) + a2(1)

a1,2 = γ·(m1 + m2)/R2.                                                              (5)

  Это последнее выражение вполне можно назвать законом всемирного ускорения.

Если масса m1 и m2 значительно различаются, как например масса Солнца и масса какой-нибудь планеты, то есть, если m2 >> m1, то m1 можно не учитывать и тогда относительное ускорение а1,2 будет примерно равно:
a1,2 = γ·m2/R2.                                                                   (6)

Используя выражение для центростремительного ускорения:
a = V2/R,

где V - окружная скорость; R - радиус окружности, выведенное ещё Гюйгенсом и справедливое для всех случаев движения тела по окружности, независимо от того, под действием каких сил это происходит, - можно легко показать, что выражения (3) и (6) легко сводятся к 3-му закону Кеплера:

T12/T22 = R13/R23,

где: T1; Т2 - периоды обращения планет; R1; R2 - средние радиусы орбит.

А выражение (5) легко сводится к 3-му уточнённому закону Кеплера:

T12·(M +m1)/T22·(M + m2) = R13/R23,

где M - масса, вокруг которой обращаются тела m1 и m2.

В процессе этих преобразований γ сокращается; и это значит, что 3-й закон Кеплера (и простой, и уточнённый) допускает существование гравитационной постоянной, хотя и не может ничего сказать о точности её определения.

Рассмотрение движения тел в гравитационном поле, признание реальности силы инерции и, в частности, признание существования силы сопротивления поля (силы инерции) даже при свободном падении тела, а также анализ 2-го закона Ньютона, надеюсь, заставили уже привыкнуть к мысли, что ускорение и сила (даже для единичной массы) это не одно и то же, что напряжённость гравитационного поля не равна ускорению свободного падения, что закон изменения ускорения свободного падения (закон обратных квадратов) не может быть одновременно законом изменения силы, или напряжённости гравитационного поля, какой-либо гравитирующей массы.

Если, к тому же, принять во внимание естественное соображение, что в более разряжённом гравитационном поле для ускорения тела потребуется меньшая сила, то можно сделать вывод, что величина силы притяжения (и, соответственно, напряжённость гравитационного поля) должны уменьшаться быстрее, чем ускорение свободного падения - быстрее закона обратных квадратов. И если закон для силы гравитационного притяжения тел можно выразить через обратную степенную функцию, то показатель степени при R должен быть больше двух. И закон всемирного тяготения будет выглядеть так:

F = γ′·(1/Rn)·(m1·m2),                                                                (7)

где: n > 2; γ' - гравитационная постоянная, значения которой мы пока не знаем, ибо значение гравитационной постоянной γ, которое определил Кавендиш, не верно уже только потому, что при её расчёте пользовались формулой обратных квадратов. А раз так, то и Землю «взвесили» не верно, да и все остальные планеты тоже.

Предлагаемые ниже опыты позволят определить конкретный вид закона тяготения, возможно, что его и не удастся с достаточной точностью выразить обратной степенной функцией.

Формулы (3), (5), (6) для определения центростремительного ускорения (формулы обратных квадратов) математически строго сводятся к 3-му закону Кеплера (простому или уточнённому), имеющему опытное обоснование. И, следовательно, формулы эти верно отображают физический процесс. Но в эти формулы входит γ, определённая Кавендишем и рассчитанная по формуле обратных квадратов. Можно ли применять это значение у в формуле ускорения как «гравитационную постоянную ускорения»?

Вроде бы можно, ведь на поверхности Земли, где проводились опыты Кавендиша, для единичной массы сила численно равна ускорению.

Но при более внимательном рассмотрении мы увидим, что опыты эти проводились при воздействиии сильного внешнего гравитационного поля Земли, и если бы убрать это внешнее поле, то при замеренной величине силы взаимодействия пробных тел, ускорение было бы больше.

Так что следует признать, что и «гравитационная постоянная ускорения» (γ) определена Кавендишем не верно; и величина её, очевидно, занижена.

Следовательно, и формулы ускорения (3), (5), (6) вобщем-то не верны, из-за неточного определения «гравитационной постоянной ускорения» (γ), но тем не менее они всё же действительно успешно применяются, благодаря тому, что массы планет также определены с ошибкой и эти ошибки взаимно уничтожаются.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ И СХЕМЫ ОПЫТНЫХ УСТАНОВОК

Итак, рассмотрение только самых очевидных свойств гравитационного поля позволило уже сделать довольно много далеко идущих утверждений:

·         о единстве гравитационной и инерционной масс;

·         об изотропных и анизотропных свойствах гравитационного поля;

·         об ограниченности области действия «принципа эквивалентности Эйнштейна»;

·         об ограниченности области действия 2-го закона Ньютона;

·         о несостоятельности «закона всемирного тяготения».

И, хотя мы ещё и не ответили на все вопросы, поставленные в начале статьи, - всё же, учитывая важность уже сделанных утверждений, затрагивающих фундаментальные физические законы, есть смысл пока прервать теоретические исследования и заняться рассмотрением схем опытных установок для проверок сформулированных утверждений.

Ставя перед собой цель обосновать такое большое количество утверждений, лучше остановить свой выбор на универсальном приборе, который может быть использован для получения опытных эффектов, подтверждающих сразу несколько утверждений. Для этих целей, в принципе, подходит метод, который использовал Ньютон для вывода своего 2-го закона. Метод этот заключается в измерении ускорения тела массы m под воздействием силы F. Различие с опытами Ньютона будет заключаться только в том, что данные опыты надо проводить при различных параметрах гравитационного поля, то есть, на орбитах различной высоты.

Таким образом можно установить зависимость величины ускорения от расстояния до центра Земли, и, тем самым, доказать ограниченность 2-го закона Ньютона. Вместе с тем, изменяя направление действия силы F относительно радиус-вектора, проведённого из центра Земли к пробному телу и, опять же, измеряя величины ускорения - можно доказать анизотропность свойств гравитационного поля и, соответственно, ограниченность области действия ЭПЭ. Однако, этот метод не единственный, да и не самый удобный.

Можно избежать многих технических сложностей, если заниматься проверкой не непосредственно 2-го закона Ньютона, выраженного формулой

F = m·a,                                                                     (1")

а его интегрального варианта, то есть формулы кинетической энергии:

Ек = ½·mV2                                                                    (8)

где: Ек - кинетическая энергия, сообщённая массе m; V - скорость, которую приобрела масса m.

Формула кинетической энергии математически строго выводится из формулы 2-го захона Ньютона, поэтому она с полным основанием может быть подвергнута экспериментальной проверке вместо 2-го закона Ньютона.

Необходимость же такой замены объясняется тем, что скорость тела замерить значительно проще, чем ускорение; и сделать это можно точнее.

Для сообщения массе m строго определённой порции кинетической энергии можно использовать энергию сжатой пружины, или энергию порохового заряда.

Очевидно, что энергия пружины или порохового заряда не должна зависеть от параметров гравитационного поля.

Такой прибор можно назвать «кинетической пушкой». Схема его будет выглядеть так, как показано на рис. 9.

Рис. 9. Кинетическая пушка.

1 - пружина; 2 - шарик массы m; 3 - источник света; 4 - фотоэлементы, фиксирующие время прохождения шарика через сечения 1-1; 2-2

Корпус прибора должен быть установлен в рамке и иметь три степени свободы, чтобы «пушку» можно было ориентировать под различными углами к радиус-вектору Земли (или другой большой гравитирующей массе). Ожидается получение зависимости типа:

Ек = f(R1, M11)· ½·mV2                                                       (8′)

или (1′):

F = f(R1, M1, φ1)·m·a

где: f(R1, M1, φ1) - функция, зависящая от расстояния до центра гравитирующей массы, от величины этой массы (M1) и от направления действия силы F; φ1 - угол между вектором скорости и радиус-вектором гравитирующей массы.

Если опыты покажут, что на удалении от поверхности Земли функция f(R1, M1, φ1) не равна 1, то это будет означать, что 2-й закон Ньютона ограничен областью пространства, имеющего такие же параметры гравитационного поля, как на поверхности Земли.

Если опыты покажут, что величина функции f(R1, M1, φ1) зависит от угла φ1, то это будет означать, что анизотропность гравитационного поля на значительном удалении от Земли доказана, а также доказана и несостоятельность ЭПЭ, при этих условиях.

Подробные измерения позволят определить конкретный вид функции:

f(R1, М1, φ1).

Если будет получено опытное обоснование ограниченности области действия 2-го закона Ньютона, то несостоятельность «закона всемирного тяготения» можно будет считать доказанной.

Однако можно предложить и специальный метод проверки «закона всемирного тяготения», интересный прежде всего своей простотой.

Этот метод заключается во взвешивании на пружинных весах известной массы на поверхности, скажем, Луны, где, как известно, гравитационное поле значительно слабее, чем на Земле. Экспериментально установлено, что ускорение свободного падения на Луне в 6 раз меньше земного. С «лёгкой руки» Ньютона считается, что и вес на Луне тоже в 6 раз меньше земного. Но предлагаемый опыт должен показать, что это не так, что вес на Луне более чем в 6 раз меньше земного. Действительно, ведь для того, чтобы разогнать тело в более разряжённом гравитационном поле - потребуется меньшая сила.
  
ВЫВОДЫ

Если предлагаемые эксперименты дадут положительные результаты, то это будет означать, что высказанные выше утверждения:

·         об ограниченности области действия 2-го закона Ньютона;

·         о несостоятельности закона всемирного тяготения;

·         об анизотропности свойств гравитационного поля на значительном удалении от гравитирующей массы и, соответственно, о несостоятельности Эйнштейновского принципа эквивалентности (ЭПЭ), при этих условиях, доказаны.

Кроме того, это подтвердит реальность силы инерции и определяющую роль гравитационного поля в формировании законов движения, а также докажет плодотворность предлагаемого метода исследования.

Кроме результатов, имеющих чисто научное значение, предлагаемый метод со временем даст и практические результаты.

Действительно, ведь предлагаемые поправки к основным законам механики повлекут за собой необходимость пересмотра таких прикладных наук, как теория реактивного движения и теория реактивных двигателей, что позволит сконструировать более оптимальные реактивные двигатели и космические аппараты.

Но прикладными задачами можно заняться и позже, сегодня же основной задачей является проведение предлагаемых экспериментов и последующая перестройка фундамента классической механики.

Современный уровень техники позволяет решить эту задачу в кратчайшие сроки. По крайней мере, за оставшиеся несколько лет до конца двадцатого столетия вполне можно устранить все просчёты, допущенные в столетии семнадцатом.

г. Калининград, 10 октября 1993 г.

Гужеля Юрий Александрович, - инженер-подполковник ВВС РФ, член-корреспондент Русского Физического Общества

« назад

Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 89, Выпуск № 1 (2017г.)
ЖРФМ, 2016, № 1-12 (ЖРФХО, Т. 88, вып. № 4)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 3 (2016г.)
Шпеньков Г.П. Динамическая модель элементарных частиц. Видео лекция
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 2 (2016г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 1 (2016г.)
Журнал
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 3 (2015г.)
Журнал Русской Физической Мысли, 2015, № 1-12
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 2 (2015г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества ЖРФХО, Том 87, Выпуск № 1 (2015г.)
Энциклопедия Русской Мысли. Том 24
Энциклопедия Русской Мысли. Том 23
Энциклопедия Русской Мысли. Том 22
Энциклопедия Русской Мысли. Том 21
Армянская секция Русского Физического Общества
Энциклопедия Русской мысли. Том 20
Энциклопедия Русской мысли. Том 19
Энциклопедия русской Мысли. Том 18
Энциклопедия русской Мысли. Том 16
Энциклопедия русской Мысли. Том 15
Энциклопедия Русской Мысли. Том 14
Энциклопедия Русской Мысли. Том XIII
Украинская секция Русского Физического Общества
Санкт-Петербургская секция Русского Физического Общества
Иркутская секция Русского Физического Общества
Новосибирская секция Русского Физического Общества
Катрен 12. ГМО - ГЕНОФАШИЗМ
Водородное топливо Юрия Краснова
Алиев А.С. Российская астрономия. Часть 2. - 2011г.
Жигалов В.А. Уничтожение торсинных исследований в России
ЭРМ 12: Колесников И.В. Природа глобальных катаклизмов. - 2010 г.
Алиев А.С. Российская астрономия. - 2010 г.
Открытое Заявление Президента Русского Физического Общества Родионова В.Г. Президенту Российской Федерации Медведеву Д.А.
ЭРМ 11: Оше А.И. Поиск единства законов природы (Инварианты в природе и их природа). - 2010 г.
ЭРМ 10: Петракович Г.Н. Биополе без тайн. Сборник научных работ. - 2009 г.
ЭРМ 1: Гриневич Г.С. Праславянская письменность. Результаты дешифровки. Том 1. - 1993 г.
ЭРМ 6: Хачатуров Е.Н. Элиминация значительной части ДНК... - 1995 г.
ЭРМ 3: Иванов Ю.Н., Иванова Н.М. Жизнь по интуиции. - 1994 г.
ЭРМ 4: Гудзь-Марков А.В. Индоевропейская история Евразии. Происхождение славянского мира. - 1994 г.
Два открытия
Официальный доклад Аполлон-11. Лунные карты составлены безграмотно
Ральф Рене. Как NASA показало Америке Луну
НЛО: соседи по Солнцу.16.05.2011
Бутусов. Раджа Солнце. Глория. 9.01.2012
Катрен 18. Технология спаивания
Фильм С. Веретенникова
Энциклопедия русской Мысли. Том 17

Ссылки:

rodionov@rusphysics.ru - ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК РЕДАКЦИИ ЖУРНАЛА "ЖУРНАЛ РУССКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МЫСЛИ"
Главный редактор Родионов В.Г.
Денежные пожертвования направлять в Сбербанк РФ на карточку № 63900240 9014875013.


Rambler's Top100