Тяжелеет ли фотон при "падении" в гравитационном поле и причём здесь GPS и Большой взрыв?
В лагере сторонников общей теории относительности (ОТО) нет единого мнения по этим вопросам. Зельдович и Новиков в 1964 году писали, что частота фотона и его энергия увеличиваются при погружении в гравитационное поле. Такой же точки зрения придерживались Паунд и Ребка при описании своих знаменитых опытов. Как само собой разумеющееся, исследователями предполагалась независимость расстояния между уровнями ядер и атомов от величины гравитационного потенциала. При таком предположении в указанных опытах получалось, что частота фотона ν при его подъёме в поле Земли менялась на величину Δν:
где ΔH – разность высот,
g — ускорение свободного падения,
c — скорость света.
Поскольку энергия фотона E связана с его частотой
где h — постоянная Планка,
а динамическая масса фотона
то получалось, что фотон "тяжелеет" при падении в гравитационном поле.
В противоположность вышеприведённому, Окунь и его сотрудники считают, что фотон не меняется, а попадая в область гравитации, где время с их точки зрения замедлено именно в этой же пропорции, кажется «более синим», т.е., меняется опорная частота ядер и атомов. Даже в рамках ОТО эта точка зрения противоречива: здесь авторы попадают в ловушку, которую сами себе подстроили: как это так – фотон не подчиняется всеобщему святому принципу замедления времени и не замедляет свои процессы?
Есть и ещё некоторые замечания к самой ОТО.
Пуанкаре незадолго до смерти осмыслил «неприятный факт»: группа преобразований Лоренца не обладает коммутационными свойствами.
Что имеется ввиду?
Напишем уравнение СТО для показаний движущихся часов2 по сравнению с неподвижными часами ИСО1:
∆t21 = ∆t1√(1 – v21²/c²) (4э),
где v21 — скорость ИСО2 относительно ИСО1,
∆t21 и ∆t1 — соответственно, показания рядом оказавшихся движущихся и неподвижных часов.
Поскольку все ИСО равноправны и все они произвольны, то для какой-либо третьей ИСО3 в полном соответствии с СТО мы можем записать
∆t32 = ∆t2√(1 – v32²/c²) (5э).
Смысл обозначений легко установить, сравнивая (2э) с ф-лой (1э).
Но тогда, при мгновенном переходе v32 = –v21 = v, получим:
∆t321 = ∆t1(1 – v²/c²) (6э),
вместо очевидного
Третий близнец, движущийся противоположно второму вдруг помолодел, хотя в реальности никуда не улетал и спал в соседней койке с близнецом №1!
В математике такой казус называется нерефлексивностью.
Два преобразования αlk и αki, в СТО дают другой результат, чем непосредственное преобразование αli:
т.е., преобразования теории относительности нетранзитивны, что включает нерефлексивность как частный случай.
Под некоммутационностью Пуанкаре имел в виду «несоединяемость».
По этой причине Пуанкаре не стал претендовать на авторство СТО, хотя вся математика 4-мерного пространства, в сущности, принадлежит ему. Пуанкаре придерживался в своих работах представления об абсолютном пространстве, независимо от того, доступно оно для наблюдения или нет. И хотя он понимал, что наблюдатели в различных системах отсчёта найдут одно и то же значение для скорости света, это соглашение, эта инвариантность были для Пуанкаре всего лишь искусством измерения, см. Голдберг С. Молчание Пуанкаре и теория относительности Эйнштейна. Роль теории и эксперимента в физике Пуанкаре. Эйнштейновский сборник 1972. М.: Наука, 1974. 341-358 C. http://alexandr4784.narod.ru/goldberg.htm.
Многие, претендующие на звание знатоков общей теории относительности (ОТО), считают, что ОТО — это другая, независимая от СТО теория. Однако, если посмотреть в учебник (например, Ландау-Лифшица "Теория поля"), то обнаружится, что дифференциальные уравнения ОТО выводятся как последовательность преобразований для серии мгновенных инерционных систем отсчёта (ИСО) в соответствии с принципом экстремального действия и с учётом инвариантов СТО. Инвариантность параметров при преобразованиях в СТО — это и есть выполнение уравнений (4э) и (5э), а также соответствующих уравнений для длин отрезков.
Естественно, что поскольку ОТО представляет собой последовательность мгновенных ИСО, преобразуемых по некоммутационным нетранзитивным правилам, то ОТО «заражена» нетранзитивностью ещё в бОльшей степени, чем СТО.
Нерефлексивность преобразований общей теории относительности (ОТО) не является новостью. В упомянутом учебнике Ландау-Лифшица, стр. 303 читаем: «Синхронизация же часов вдоль замкнутого контура оказывается, вообще говоря, невозможной. Действительно, обойдя вдоль контура и вернувшись в исходную точку, мы получили бы для ∆x0 отличное от нуля значение. Тем более оказывается невозможной однозначная синхронизация часов во всем пространстве». ∆x0 в цитируемой работе – временнáя координата пространства-времени.
Авторы не прослеживают, что эта нерефлексивность появляется уже в СТО, где еë абсурдность очевидна, а пытаются связать еë с неопределённостью начальных точек систем отсчёта ОТО, что тоже выглядит странным. На самом деле нетранзитивность появляется в результате физически необоснованной эйнштейновской синхронизации часов, подробности см. "Границы относительности..." .
В теории Лоренца-Пуанкаре ничего подобного нет. Назовём эту теорию, построенную на преобразованиях от привилегированной ИСО, теорией Фицджеральда-Лоренца-Пуанкаре – или теорией транзитивной метрики – ТТМ.
Вдали от гравитирующих тел в качестве привилегированной выступает некая абсолютная система отсчёта - АСО, служащая исходной для всех электродинамических расчётов и, как показала практика, также и других расчётов быстрых движений, см. Ван Фландерн Т. Что глобальная навигационная система GPS говорит нам об относительности, Университет Штата Мэриленд и Мета Исследования. [http://www.scorcher.ru/art/theory/sto/relativity2.php].
В статье: "Эйнштейн о времени в гравитации. 1907 год" показано, что мистическое влияние относительности на ход часов в гравитационном поле не имеет оснований, поэтому лишается оснований и позиция сторонников Окуня. Кроме того, они пишут: «В свободно падающем лифте невозможно обнаружить гравитационное поле». Но, поскольку атомные часы основаны на излучении свободно падающих атомов, то по этой логике они не должны улавливать зависимость своего хода от гравитации? Этот вопрос подробно рассмотрен в статье: "Влияние гравитации на часы ".
Техника на основе электродинамики и оптики достигли к настоящему времени впечатляющих результатов, однако общепринятой теории элементарной частицы электромагнитного поля – фотона – по существу нет.
СТО запрещает движения и взаимодействия со сверхсветовыми скоростями, что равносильно запрету для фотона иметь какие-либо размеры, структуру, внутренние движения.
ТТМ рассматривает фотон не с точки зрения мистических постулатов, а как физический процесс, возникновение и дальнейшее поведение которого подчиняется уравнениям электродинамики с учётом воздействия других факторов, в частности – гравитации. На качественном уровне получить представление о воздействии гравитации на электромагнитное поле можно, продолжая рассуждения Максвелла о токах смещения. Гравитационное поле стремится притянуть ток смещения, увеличивая его значение (при движении вниз), что, в свою очередь увеличивает магнитный поток и энергию фотона. Скорость же фотона (центра его массы) не меняется в силу того, что в ТТМ, как и в СТО, ускорение в направлении движения равно
где Fx – действующая сила,
m = m0 /(1 – v2/c2)1/2 (9)
–динамическая или, по-другому, лоренцевская масса,
m0 -- масса покоя в АСО.
В случае гравитационного поля Fr/m = g и
т.е. при приближении скорости частицы к скорости света её ускорение стремится к нулю.
Фотон движется быстрее любой другой частицы, и, согласно (10), он осуществляет предельный случай v = c, a = 0, следовательно, скорость света в гравитационном поле сохраняет величину c.
Скорость же внутренних движений в фотоне, очевидно, превышает скорость света – это движение более тонкой материи.
Взаимодействие фотона с гравитационным полем не резонансное.
Энергия фотона в таких процессах меняется не полными квантами формулы Планка E = hν, а изменением частоты. Изменение полными квантами означало бы исчезновение фотона.
В соответствии с принципом эквивалентности, фотон при «свободном падении» в гравитационном поле увеличивает частоту – «синеет», а при подъёме – «краснеет»
Отметим, что рассматриваемое изменение частоты следует отличать от стандартизованных по местным часам электромагнитных импульсов. Как раз сравнение этих параметров (см. «Вычисление абсолютной системы отсчёта (АСО)») может дать ответ и про ход часов, и про изменение параметров фотона в гравитационном поле, по которым отличаются мнения и Эйнштейна, и представителей современной академической науки.
Факт взаимодействия фотона и гравитации следует уже из факта отклонения луча света гравитирующими объектами. Само наличие у фотона лоренцевской массы, подтверждённое опытами Лебедева (давление света), комптоновским эффектом, рождением из фотона электрон-позитронных пар, участием этой массы в балансе ядерных реакций и др., показывают, что его динамика практически такая же, как лоренцевская динамика других частиц, в которых лоренцевская масса выступает в качестве полноценной замены массы покоя ньютоновской механики. Подробнее о лоренцевской массе см. соответствующую статью.
Согласно 3-му закону Ньютона частицы гравитирующего тела будут испытывать возмущения от проходящего мимо них света, в т.ч. – необратимые, неминуемо отбирая у фотона энергию, что соответствует “красному смещению” фотона.
Общеизвестно, что комптоновский эффект – взаимодействие фотона с заряженными частицами – также приводит к «покраснению» фотона, так что мнение о неизменности фотона не только не соответствует физической логике, но и грубо противоречит прямым экспериментальным наблюдениям.
Таким образом, причиной космологического «красного» смещения является не только допплеровский эффект или мистическое расширение пространства, но и нерезонансные путевые воздействия на фотон.
Но это означает, что космологическое расширение значительно меньше предполагаемой величины, что отодвигает так называемый «Большой взрыв» далеко назад, вплоть до минус бесконечности!
В 1960-х годах Хэлтон Кристиан Арп, известный созданием каталога галактик, который служит иллюстрацией процесса их эволюции, высказал теорию о том, что квазары — это объекты, выброшенные из ядер активных галактик. Доказательство своей гипотезы Арп видел в том, что на некоторых фотографиях квазары размещались на переднем плане (или в непосредственной близости) относительно галактик, которые, в соответствии с Законом Хаббла, располагались значительно ближе к Земле. Также он отмечал, что квазары не расположены произвольно по всему небу, а стремятся располагаться недалеко от других известных галактик. Объяснение большого красного смещения, по мнению Арпа, было не «космологическим», а «внутренним». Факты наблюдений (в частности, галактик Дева А, Центавр А) подтверждали теорию Арпа. С самого начала излучение квазаров казалось для астрономов весьма странной смесью излучения внутренних областей и окружающей их пыли, что подтверждает зависимость излучения от среды, через которую оно проходит. Арп до конца жизни не отказался от своей гипотезы и продолжал публиковать материалы в её подтверждение.
Противники нерезонансной потери энергии фотонов по пути следования апеллируют к бытовому опыту рассеивания света частицами пыли, который будто бы свидетельствует о том, что в этом случае наше восприятие космических объектов было бы полностью размытым. Профессор Эткин В. А. высказал идею, что фотон представляет собой солитон, т.е., нелинейный пакет волн. Эта модель прекрасно согласуется с квантовомеханическим процессом испускания фотонов и объясняет его феноменальную устойчивость в течение многих миллиардов лет. Солитонная модель фотона как раз объясняет, почему свет, нерезонансно теряя энергию по пути следования, значительно меньше рассеиваются частицами, чем это следует из бытового опыта, основанного на наблюдениях очень плотных клубов пыли. Кстати, сторонники БВ в невыгодных случаях с порога отвергают так называемый "здравый смысл" (например, покраснение солнца на рассвете и закате), а здесь используют представления кухарок, не видящих за клубами пара, что они там варят. Сохранение целостности фотонов, обтекающих препятствия, имеет такое количество подтверждений, что даже как-то неудобно об этом напоминать. Самое очевидное свидетельство — прохождение света в земной атмосфере. Да и потом, даже такой крупный объект, как планета не может загородить излучение громадных звёзд, тем более галактик. Полная тень Земли от Солнца тянется всего-то на 0.01 а.е. – совершенный мизер для космоса.
Определённое рассеивание, конечно, происходит. Фотометристы давно обнаружили, что суммарная светимость неба превосходит то, что получается от суммирования видимых источников света. И это при том, что часть фотонов поглощается космическими частицами.
Запущенные НАСА космические зонды «Вояджер» обнаружили, что межзвёздная среда более плотная, чем ожидалось. Уже по барометрической формуле Больцмана для плотности частиц n в зависимости от гравитационного потенциала φ = –GM/r:
где n0 - плотность частиц на поверхности гравитирующего тела r = r0,
kB – постоянная Больцмана,
видно, что плотность частиц в космосе даже при r → ∞ не равна нулю.
Если же учесть давление света и "звёздные ветры", то измерения Вояджеров вполне объяснимы. Это как раз свидетельствует, что межзвёздная среда при всей своей ненулевой плотности не так уже сильно размывает изображения.
Путевое «покраснение» фотона осуществляется по экспоненте, что объясняет феномен так называемой «тёмной энергии» и мнимое «ускоренное расширение Вселенной».
Может ли фотон стоять на месте? О космическом микроволновом излучении
Косвенным признаком “Большого взрыва” его сторонники считают космическое излучение с температурой ~2,7К, которое они назвали “реликтовым”, полагая, что оно осталось после того, как при остывании праматерии, образовавшейся в результате этого взрыва, плазма превратилась в обычное вещество, прозрачное для света, и последний получил, как говорится, возможность “свободного полёта”.
Слово «осталось», вообще говоря, не может быть буквально применено к электромагнитному излучению. Уравнения Максвелла не имеют таких решений. «Стоячая волна» при любом волновом процессе предполагает суперпозицию прямой и отражённой волны. Таких условий для космического фотона нет.
Сторонники фридмановской космологической модели говорят, что этот процесс связан с так называемым «расширением пространства». Согласно расчётам астрономов, если исходить из того, что всё красное смещение происходит от расширения «фридмановского пространства», то далёкие галактики «разбегаются» со скоростями, в несколько раз бОльшими скорости света. То-есть, эта модель не только вводит новую сущность, но и приписывает ей свойства, запретные с точки зрения СТО. Отменяя прежнее пространство, она не объясняет, каким образом фотон во фридмановском пространстве преодолевает это сверхсветовое расширение и сколько ему понадобится на это времени для того, чтобы он попал в земной телескоп.
Теория транзитивной метрики лишает фридмановскую модель всяких оснований вместе с её неестественными нагромождениями.
ТТМ объясняет космологическое излучение не мистическим «стоянием фотона» в течение 13,8 млрд. лет, а вполне реальным красным смещением излучения далёких космических объектов, описанное в предыдущем подразделе.
При этом исчезает главный абсурд БВ, который следует из факта изотропности космологического излучения – совершенно неестественное нахождение Земли в эпицентре этого взрыва. Исчезает также мистическое сверхсветовое разбегание скоплений галактик (СГ) с гигантской тёмной энергией, которая по каким-то таинственным причинам пасует перед сравнительно слабой гравитацией между галактиками, не позволяя СГ расширяться вместе с остальным пространством, не говоря уже о расширении самих галактик.
Подчеркнём ещё раз, что поскольку причиной космологического «красного» смещения является не только допплеровский эффект, но и нерезонансные путевые воздействия на фотон, то это отодвигает БВ далеко назад, вплоть до минус бесконечности.
Часто можно встретить фразу: "Хаббл установил, что Вселенная расширяется". Это, мягко говоря, безапелляционное передёргивание фактов: Хаббл открыл красное смещение, но до конца жизни сомневался не только в расширении Вселенной, но даже в допплеровской причине этого смещения.
К путевым воздействиям на фотон, кроме факторов, отмеченных выше, следует добавить также взаимодействие между фотонами. Оно считается незначительным, но во время своего невообразимо длинного пути фотон с конкретной звезды чрезвычайно долго взаимодействует с другими, в том числе – с “космологическими” фотонами, обмениваясь с ними энергией. Кроме того, что это обстоятельство может быть ещё одной из причин "красного смещения", оно способствует также и известной степени изотропности излучения. Кстати, современные данные показывают, что в войдах – разреженных областях пространства – температура космологического излучения ниже средней, т.е., косвенно подтверждают зависимость температуры этого излучения от температуры среды, через которую оно проходит.
Вывод: космологическое излучение – это “красное смещение”, доведённое до своего логического предела, т.е., излучение удалённых галактик и межгалактических пространств, понесшее всевозможные потери энергии и прошедшее фильтрацию на своём невообразимо длинном пути, показывающее как бы среднюю эффективную температуру наблюдаемой вселенной, то излучение, которое швейцарский астроном де Шезо предполагал обнаружить в видимой части спектра (1744 г.) – парадокс Шезо-Ольберса.
Сторонники так называемого "Большого взрыва" пытаются убедить сообщество в безальтернативности этой гипотезы, рассчитывая, очевидно, таким способом убедить правительства и спонсоров, кому надо предоставлять финансирование. Я вовсе не призываю уменьшить финансирование науки, но необходимо всё же не расходовать деньги на бредовые идеи. Экспериментальные данные всё упрямее опровергают эту гипотезу, см., например, "Проверка гипотезы о расширении Вселенной" М. Лопес-Корредойра (Испания) Перевод М.Х. Шульмана (shulman@dol.ru, www.timeorigin21.narod.ru) --- arXiv:1501.01487v1 [astro-ph.CO] 7 Jan 2015. Таблица 1. Космологические тесты.
Многочисленные возражения сторонников БВ на факт потери энергии фотонов можно будет обсудить в комментариях, у нас свобода слова (кроме площадной брани).
Кроме замеченной ещё Пуанкаре нетранзитивности ТО, в исходных условиях дифуравнений ОТО не учтены непотенциальные и диссипативные силы, а также электродинамические, квантовомеханические и ядерные взаимодействия, что является дополнительным фактором невозможности возникающих в ОТО различных сингулярностей. Об этом статья «Пуанкаре и основания ОТО», https://dzen.ru/a/ZYcJuuEygRpWSZct?share_to=link .
