О „скорости“ гравитации
Довольно часто, среди людей интересующихся, обсуждается вопрос о природе гравитации. В частности о её (гравитации) „скорости“. На мой взгляд сам термин "скорость гравитации" далеко не однозначно трактуется оппонентами. Часто понимание и обоснования явления противоречивы, а предполагаемое значение простирается от нуля до бесконечности.
В этой статье предлагаю свой вариант ответа на этот вопрос.
С чего начнем думать?
Что бы что-то искать надо это что-то определить и чем точнее и конкретнее, тем ближе будет ответ. Попробуем?
Вспомним закон всемирного тяготения:
(1) F = G * m*M/ r^2 - силовое взаимодействие двух тел на расстоянии.
Назовем его гравитационным взаимодействием.
Т.е. если с одной из масс что-то случится (взорвется, столкнется… изменится взаимное расстояние) другая это почувствует по изменению силы - назовем этот эффект гравитационной волной (градиент гравитационного взаимодействия бегущий по расстоянию „r“).
Остался вопрос, спустя какое время приборы установленные на одном из тел зафиксируют „аварию“ другого? Если при известном расстоянии мы найдем время перемещения гравитационной волны — мы узнаем все о „скорости гравитации“.
С предметом поиска определились.
Дальше небольшая подводка:
Что в природе не может произойти мгновенно? Многое… скажете вы и будете правы, многие процессы требуют времени… Но я бы хотел обратить ваше внимание на скорость протекания энергетических процессов.
Кратко — любое изменение уровня энергии, либо преобразование одного вида энергии в другой требует промежутка времени. Почему? Это отдельная, большая захватывающая, простая, история уровня Мироздания...
Пока не об этом. Для достижения поставленной цели ограничимся одним из видов преобразования энергии, а именно Кинетической в Потенциальную и наоборот. Сложно? Да нет, ни сколько — нажал на газ — изменил кинетическую энергию, нажал на тормоз — стукнулся лбом о баранку — на все нужно время. Это явление получило название инерция. Величина синяка на лбу коррелирует с математическим выражением закона инерции:
(2) F = m * a
что "в переводе" означает - сила удара пропорциональна массе тела (m), скорости изменения скорости, или — ускорению.
Признаюсь, со школы не лежит душа к физическому определению „Сила“ (символ F) - как мера взаимодействия тел (масс). Всегда стараюсь ее заменить на правую часть выражения (2), что сделаю и сейчас.
Преобразуем выражение (1) с учетом (2) : m*a = G *m * M/r^2 получим:
(3) a =G * M/r^2
А что здесь? В этой простой зависимости скрываются удивительная вещь - дальнодействие. Оказывается, что вокруг тела с некоторой массой М, в любой точке на расстоянии „r“ от него могут и происходят события, зависящие от состояния этого самого тела с массой М. Другими словами:
Если с удаленной массой (М) что -то произойдет — нас, на расстоянии 'r' от него, так тряхнет, что все лбы расшибем. А мы то - не при чем, даже за руль не садились…
И, снова встает вопрос о времени, спустя которое, упомянутое событие на массе М застанет нас врасплох. Или не застанет? Определимся по результатам.
Проведем мысленный эксперимент.
Место действия — Мироздание, Вселенная, галактика Млечный путь, Солнечная система, планета Земля. Инопланетяне могут предлагать свои варианты... но!
Нам для эксперимента важно:
- Предположить, что Вселенная замкнута - известно что в замкнутой системе количество энергии не меняется со временем. В частности сумма кинетической и потенциальной энергии есть Const. Нам это важно что бы за время эксперимента не изменились физические законы.
- Земля — инерционная система отсчета (СО).
- Все дальнейшие рассуждения и выводы основаны на общепризнанных физических законах уровня общеобразовательной школы РФ и применимы только для этой СО:
F = m * a - инерция
A = F * S - механическая работа
S = a * t^2 / 2 - пройденный путь при равноускоренном движении
E = m* C^2 - без Эйнштейна нам ни как:)
Это важно и нужно, но не главное. Главное в понимании сути. А для сути нам потребуется еще кое что:
- соображение (предположение) о связи гравитации с материальными объектами — обсудили выше.
- материальный объект (МО) — что угодно, обладающее массой постоянного объема и формы
- источник сторонней силы (ИСС)
Для простоты восприятия и расширения заинтересованной аудитории обещаю не применять векторы, интегро-дифференциальное исчисление и прочую „квантовую механику“, тем более, что окончательный вывод от этого не изменится.
напомню: «Мироздание — это очень просто!»
В качестве ИСС мне кажется удобно выбрать что-то не имеющее отношение к гравитации, жестко привязанное к нашей СО и способное взаимодействовать с материальным объектом (МО).
Предлагаю в таком качестве ИСС использовать электрическое поле, источник которого жестко закреплен в нашей СО:
напоминаю: Мироздание → Вселенная→ галактика Млечный путь →…. планета Земля.
Этот вариант, своей чистотой, мне нравится больше других, но! Но что бы он взаимодействовал с материальным объектом последний придется наэлектризовать. Выполнив эти условия определим модель эксперимента см. Рис.1.
между двумя пластинами А и Б в позиции 1 расположена пробная масса (ПМ) „m“ изготовленная из материала способного долго сохранять электрический заряд — электрета. Таким образом одновременно подавая на пластины А и Б противоположные заряды мы можем заставить ПМ линейно перемещаться, проявляя свои инерционные свойства. Сторонним источником энергии перемещения ПМ в модели служит Источник напряжения снабженный таймером. Последний, после включения, подает на пластины А и Б разность потенциалов на время ∆t как показано на Рис.2
После истечения интервала ∆t таймер переключает полярность пластин на противоположную и удерживает такой же интервал ∆t см. рис. 3:
После чего выключается. См. рис.4:
В случае неизменности законов Вселенной (Вселенная замкнута) за время проведения эксперимента участок ускорения (поз.1 — поз.2) окажется полностью идентичен участку торможения (поз.2— поз.3):
Пройденный путь на участке ускорения: sу= 0.5 * |a|* t^2
Пройденный путь на участке торможения: sт= 0.5 * |a|* t^2
Поскольку ПМ двигалась в одном направлении то общий путь:
(4) s = sy + sт = |a| * t^ 2
Энергия, затраченная на перемещение ПМ источником напряжения:
(5) E = m * |a| * s
|a| по модулю объясняется равными затратами энергии источника напряжения на ускорение и торможение (далее везде a = |a|).
С учетом (4) затраченная энергия
(6) E = m * a ^2 * t^ 2
И, поскольку результаты нашего эксперимента не привели к изменению полной энергии пробной массы (ПМ) имеем право вспомнить знаменитое: Е = mc2 где m — масса покоя любого, в том числе нашего пробного тела, в конкретной инерциальной системе отсчета нашего эксперимента: Вселенная, галактика Млечный путь….
тогда из (6) и Эйнштейна:
m * c2= m * a2 * t2
c = a * t
c = v/t * t
следует:
(7) V = C
где V - скорость распространения гравитационных возмущений (волн)
С - скорость распространения электромагнитных волн (света)
константа 299 792 458 м/с
Выводы кратко:
- Скорость распространения гравитационных волн равна скорости электромагнитных волн около 299 792 458 м/с
- Накопленный человечеством опыт преобразования энергии подтверждает равенство ее суммарного количества при взаимных преобразованиях. Что говорит об энергетической замкнутости вселенной, либо о существовании сбалансированного механизма энергетического обмена с запредельными вселенной областями…
- Да, обещал — если где-то далеко-далеко что-то сильно бабахнет — нас об этом ни что не предупредит поскольку скорость света самая быстрая из всех скоростей и, чтобы защитить свои лбы от синяков, а дома от разрушений — надо эти наши лбы учить думать, познавать, предвидеть события. Другого выхода у нас нет, а бояться нечего:
«Мироздание — это очень просто!»
С уважением Автор