Я был немного обескуражен выводами, к которым пришёл при решении известной задачи. Поэтому в данной публикация я предлагаю обсудить весьма неожиданный взгляд на вопрос интерпретации тяготения во Вселенной.
Подчеркну, что я являюсь сторонником классической физики, не поддерживаю альтернативную физику и теорию эфира. Поэтому я был очень удивлен, что при рассмотрении одной из задач мне пришлось сделать выводы и использовать термины, которые я неоднократно встречал у ярых сторонников теории эфира.
В большинстве физических задач, рассматриваются изолированные, то есть замкнутые системы. В этом случае считается, что рассматриваемые тела взаимодействуют только между собой, любые внешние воздействия на систему отсутствуют. К таким задачам можно отнести рассмотрение движения планет Солнечной системы, при игнорировании воздействия других объектов во Вселенной.
Предлагаемая к рассмотрению задача носит противоположный характер. Рассматривается открытая система, представляющая собой бесконечное равномерное распределение однородного вещества, в котором имеется сферическая полость. Требуется определить силу, действующую на определенную точку пространства.
Обычно отмечается, что аналитическое решение на основе механики Ньютона приводит к тому, что гравитационный потенциал во всех точках пространства принимает бесконечное значение. Этот факт известен как гравитационный парадокс.
Однако ещё в студенческие времена нам приводили следующий метод решения аналогичных задач.
Предположим, что пространство заполнено равномерно, то есть полая сфера отсутствует. В этом случае выбранная точка Т покоится в пространстве в силу принципа симметрии. Однако всё бесконечное пространство можно мысленно разделить на два множества. Первое множество А – шар, который действует на точку Т с силой FА. Эта сила направлена от точки Т к центру шара. Второе множество Б – это всё оставшееся пространство кроме шара А. Этот объект действует на точку Т с силой FБ. Поскольку по условию задачи точка Т покоится, то силы FА и FБ равны по величине и направлены в противоположные стороны.
Поскольку величина силы FА определяется законом всемирного тяготения, то можно определить величину силы, действующей на любую точку пространства. Обычно приводят зависимость не значения силы, а величины напряженности поля от расстояния до центра шара (см. следующую иллюстрацию).
Следовательно, если удалить из пространства вещество из шара А, то на точку Т будет действовать только одна сила FБ, равная по величине силе FА и направленная в противоположную сторону.
Зависимость напряженности гравитационного поля для полой сферы будет иметь точно такой же вид, как и на приведенном графике, только с противоположным знаком. Это означает, что на пробное тело будет действовать сила, направленная от центра полой сферы.
Понятно, что эта сила имеет гравитационную природу и обусловлена всем веществом в бесконечном пространстве. Это описание справедливо с точки зрения открытой системы.
Но данный результат можно описать в терминах замкнутой системы несколько иначе. Можно сказать, что любое тело будет отталкиваться от полой сферы по определенному закону, имеющему вид, аналогичный закону всемирного тяготения. И его можно назвать законом всемирного отталкивания. Или законом антигравитации.
При этом природу этого отталкивания можно не конкретизировать, аналогично тому, как в законе всемирного тяготения не конкретизируется природа сил притяжения.
Закон всемирного отталкивания можно сформулировать следующим образом:
На любое тело, обладающее массой, со стороны пустого пространства действует отталкивающая сила, пропорциональная массе тела и обратно пропорциональная квадрату расстояния между телом и пустым пространством.
Внутри пустого пространства на тело действует отталкивающая сила, пропорциональная массе тела и расстоянию от центра пустого пространства.
Если продолжить рассмотрение задачи с полой сферой, то можно утверждать, что на внутреннюю поверхность сферы действует сила, направленная от центра сферы. Эту силу можно рассматривать как давление. Это явление можно интерпретировать как давление вакуума, находящегося внутри полой сферы, на внутреннюю поверхность сферы.
Хочу подчеркнуть, что приведенная интерпретация действующих сил не является противопоставлением теории тяготения Ньютона. Это не противоположное, а эквивалентное описание явления.
Всё зависит только от точки зрения на явление. Действительно, ведь можно сказать, что массивное тело притягивается другим массивным телом, или отталкивается пустым пространством. Эти два описания равнозначны.
Удивительно то, что сторонники эфира также всё время говорят о каком-то давлении вакуума на вещество. Возможно, это не так уж и глупо?
Возвращаясь к полой сфере в пространстве, отмечу, что на внутреннюю поверхность сферы действует определённая сила давления. Эта сила приводит к тому, что сфера непрерывно расширяется в пространстве. При этом, как легко получить из закона тяготения, сила давления увеличивается в процессе расширения. Это очень важный вывод.
А теперь попробуем с этой точки зрения взглянуть на нашу Вселенную.
Единственное, что требуется принять, это бесконечность Вселенной.
Пусть изначально бесконечная Вселенная была однородной и равномерной. На каком-то этапе её существования образовалось локальное уменьшение плотности. Это могла быть обычная флуктуация, или результат аннигиляции вещества, или ещё какое-либо иное явление. В результате чего образовалась некая пространственная полость. Ввиду рассмотренных ранее сил всемирного отталкивания эта полость начала расширяться. Причём это расширение носило ускоренный характер. В результате этого расширения образовалась наша Вселенная, которая фактически является полостью пониженной плотности в очень плотном бесконечном пространстве.
Возможно, именно так происходил пресловутый Большой взрыв?
При этом нет никакой необходимости прибегать к тёмной материи и тёмной энергии для описания причины ускоренного расширения Вселенной. Это всё те же гравитационные силы, которые определяют давление вакуума в бесконечной Вселенной.
Кроме того, из приведенного рассмотрения видно, что силы, действующие на вещество внутри полости, линейно пропорциональны расстоянию от центра сферы. Следовательно, вещество в центре полости движется медленнее, чем вещество, удаленное от центра сферы. Возможно, именно это является объяснением космологического красного смещения и закона Хаббла.
Таким образом, наша Вселенная может быть результатом образования локальной неоднородности распределения плотности в бесконечной Вселенной. Но таких неоднородностей могло быть огромное количество. Каждая из таких неоднородностей могла стать источником и причиной своей Вселенной. Следовательно, в бесконечной Вселенной рождаются и развиваются новые Вселенные, подобно тому, как образуются пузыри в кипящей воде. Возможно, что мы живём в одном из таких пузырей.
С этой точки зрения легко понять и объяснить крупномасштабную структуру нашей Вселенной, с её галактическими нитями и войдами, которые могли образоваться в результате взаимодействия космических пузырей.
Рассматриваемая теория всемирного отталкивания позволяет по-новому взглянуть на многие явления галактического масштаба без привлечения тёмных материй, тёмных энергий и гипотетического эфира.
В одной публикации невозможно рассмотреть и обсудить все стороны предложенной точки зрения.
Но, я надеюсь, что читатели поймут мою обескураженность при рассмотрении и анализе несложной физической задачи.