Вопрос
Очень интересным является вопрос о причине дополнительного ускорения в сторону Солнца космических аппаратов Пионер-10 и Пионер-11.
Находясь в гравитационном поле Солнца космические аппараты, притягиваются к нему, их движение включает в себя соответствующее ускорение. Однако величина этого ускорения чуть больше, чем она должна была бы быть. Что является причиной дополнительного ускорения?
Проблема
Ответ на этот вопрос пока не найден.
Есть разные версии, почему существует дополнительное ускорение, но ни одна версия не удовлетворяет количественным измерениям. Все версии дают величину дополнительного ускорения несколько порядков меньше, чем дополнительное ускорение есть на самом деле. Кроме того, ни одна из версий не объясняет, почему дополнительное ускорение практически не зависит от расстояния до Солнца и пропорционально произведению константы Хабла на скорость света.
Наш подход
Если посмотреть на путь физики, то можно видеть, что в прошлом похожая проблема (наличие "трудного" вопроса, на который в течение долгого времени нет ответа) разрешалась через так называемое "расширение" теории.
Расширение теории - процесс замены теории на новую теорию, так что прежняя теория является частным случаем более общей теории. Примером является замена классической теории на квантовую теорию. Есть и другие примеры, каждый из которых является общеизвестным, не будем на них останавливаться.
Наш подход состоит в том, чтобы заменить существующую теорию гравитационного взаимодействия тел на новую теорию по указанному правилу - прежняя теория будет частным случаем новой теории. Затем на базе новой теории ответ на "трудный" вопрос будет дан простым и легким способом.
Нюанс нашего подхода
Еще один взгляд на путь физики показывает нам, что важным источником информации о природных процессах является анализ внешнего вида соответствующих уравнений.
Например, анализируя внешний вид уравнений Максвелла можно открыть, что уравнения не инвариантны относительно классического способа замены координат, и из этого извлечь важную информацию, что в природе нет абсолютного пространства и времени, и связь координат носит неклассический характер.
Мы поступим аналогичным образом. Мы проанализируем внешний вид уравнения гравитационного взаимодействия тел, извлечем из анализа информацию о процессе гравитационного взаимодействия, затем используем информацию для построения новой теории, частным случаем которой будет прежняя теория гравитационного взаимодействия тел.
Анализ внешнего вида уравнения
Уравнение гравитационного взаимодействия тел имеет очень простой внешний вид. Тем не менее, проанализируем внешний вид этого уравнения. Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия тел обратно пропорциональна расстоянию между телами и отрицательно по знаку:
П(r) ~ -1/r
Это уравнение является частным случаем уравнения
П(r, k) ~ (k + (k-1)r)^[1/(k-1)] при k=0
Здесь "^" - символ степени.
Другими словами:
П(r) = П(r, k=0) ~ (0 + (0-1)r)^[1/(0-1)] = -1/r
Расширение теории гравитационного взаимодействия тел
Пусть k принадлежит {k}и этому соответствует интервал {П(R,k)}.
Интервал {П(R,k)} будем полагать интервалом всех возможных гравитационных взаимодействий тел.
Кроме того, будем полагать, что данный интервал имеет особенность, которую разъясним по аналогии: этот интервал можно по аналогии сравнить с гибким отрезком, который гибко согнут в круг, так что диаметральные концы гибкого отрезка соединены в одну точку, замыкая отрезок в круг.
Данная особенность означает, что все типы гравитационного взаимодействия (за исключением одного выделенного типа) таковы, что им соответствует одно значение потенциальной энергии, а выделенному типу гравитационного взаимодействия соответствует сумма двух значений потенциальной энергии.
Будем полагать, что выделенный тип гравитационного взаимодействия - гравитационное взаимодействие вещественных тел.
Нет сомнения, что такая конструкция является расширением обычной теории гравитационного взаимодействия, по крайней мере, в математическом смысле. Покажем, что такая конструкция является расширением теории и в физическом смысле.
Объясним с помощью расширения тот "трудный" вопрос, ответ на который пока не найден никем.
Объяснение дополнительного ускорения Пионера-10 и Пионера-11
Дополнительное ускорение объясняется максимально просто. Раз потенциальная энергия является суммой двух значений, то и соответствующая сила гравитационного взаимодействия является суммой двух значений, одно из которых имеет классический ньютоновский вид, а второе экспоненциональный вид. При этом, нетрудно понять, что второе значение на расстояниях порядка солнечных аппроксимируется как постоянный член, входящий в сумму двух значений. Пропорциональность этого члена произведению постоянной Хабла и скорости света ставит перед нами гипотезу, что, возможно, второе значение, входящее в сумму, и расширение Вселенной как-то взаимосвязаны друг с другом.
Однако этот вопрос мы не будем рассматривать, оставив его для последующих исследований. Это естественно, так как любая новая теория не только отвечает на старые вопросы, но и ставит новые.
Проверка
Правы ли мы в своем подходе и как его проверить ?
Если мы правы, можно через расширенную теорию объяснить еще три факта.
Почему планеты солнечной системы не показывают дополнительное ускорение в сторону Солнца, только космические аппараты Пионер-10 и Пионер-11?
Почему в ряде земных экспериментов установлено, что падающие к Земле тела не двигаются к Земле с дополнительным ускорением, как в случае космических аппаратов Пионер-10 и Пионер-11, а, наоборот, двигаются как бы притормаживая?
Почему второе значение силы гравитационного взаимодействия тел не компенсирует (как это видно в галактических наблюдениях) эффект расширения Вселенной?
Если расширенная теория правильная, то все эти факты можно объяснить единым образом.
Для этого будем полагать две вещи:
1. Будем полагать, что в зависимости от типа движения интервал либо открыт ( ]0, 1[ ), либо закрыт ( [0,1] ).
2. Случай открытого интервала будем соотносить с ситуациями искусственного движения (движение Пионера-10 и Пионера-11 носит именно такой характер), случай закрытого интервала будем соотносить с ситуациями естественного движения (движения планет носят естественный характер). Также случай закрытого интервала будем соотносить с ситуациями, когда искусственное движение было достаточно долго предоставлено естественным условиям и постепенно приобрело естественный вид (уже не распознается как искусственное движение, вся предыстория утеряна)
Расчеты можно посмотреть в приложении. Заметим, что "классический ньютоновский вид", о котором шла речь в объяснении дополнительного ускорения Пионера-10 и Пионера-11, - не более чем приближение. На самом деле, искусственное движение происходит в условиях неклассического гравитационного взаимодействия тел. Этот факт маскируется трудностью наблюдать отличие вида гравитационного взаимодействия от классического в случае искусственного движения.
Приложение
П(r, k->0) + П(r, k->1) ~ (-> -1/r) + exp(r) для открытого интервала
П(r, k=0) + П(r, k=1) ~ -1/r + 1 для закрытого интервала
В силу математической очевидности следует, что дополнительное ускорение к Солнцу должно быть только у искусственных космических аппаратов, тогда как планеты имеют обычное ускорение.
В первом выражении (для открытого интервала) есть нюанс:
1. Первая составляющая потенциальной энергии гравитационного взаимодействия тел показывает пусть слабую, но зависимость от параметра k, и приближение к виду обратной пропорциональности от расстояния с отрицательным знаком - не более, чем приближение. При этом, первая составляющая принципиально меньше, чем аналогичная составляющая для закрытого интервала.
2. При условии малости r вклад второй составляющей не будет ощущаться, и поэтому падение тел в поле тяжести Земли (в случае искусственного движения) будет внешне выглядеть как падение с "притормаживанием", то есть с меньшим ускорением, чем оно ожидается.
Движения галактик - естественные движения, и поэтому их гравитационное ускорение друг к другу имеет обычный вид и не компенсирует эффект расширения Вселенной.
Физический смысл параметра k
Эвристически будем утверждать, что параметр k имеет смысл процента ожидаемости движения. Его нулевое значение означает, что движение происходит абсолютно неожиданным образом, его значение равное единицы означает, что движение происходит абсолютно ожидаемым образом. Поскольку для нулевого значения параметра k соответствующая составляющая потенциальной энергии имеет обычный вид, то отсюда можно сделать вывод, что масса - источник неожиданностей. Наоборот, поскольку для значения единицы параметра k соответствующая составляющая потенциальной энергии абсолютно ничего не зависит (равна постоянному значению). То отсюда можно сделать вывод, что при k = 1 масса равна нулю.
Оба эти парадоксальных утверждения приобретают прозрачный математический смысл, если мы будем полагать, что k = m*/m (m - масса, m* - дефект массы) , то есть k есть отношение дефекта массы к массе. Это понятно. Если масса - источник неожиданностей, то дефект массы - источник понижения неожиданностей. Когда дефект массы равен самой массе (когда масса равна нулю, таким образом) понижение неожиданностей имеет максимальный уровень, а стало быть неожиданностей нет, есть абсолютно ожидаемое движение.
Данная трактовка параметра k идет в разрез с обычными представлениями. Мы привыкли думать, что в случае обычного вида потенциальной энергии происходит, наоборот, абсолютно ожидаемое движение. Получается, что с точки зрения Природа такое движение все же выглядит абсолютно неожиданным движением, как ни парадоксально это для нас с точки зрения обычных представлений.
Проверка физического смысла параметра k
Достаточным подтверждением физического смысла параметра k является установление слабой зависимости от отношения дефекта массы и массы для "притормаживания" падения тел в поле тяжести Земли в случае искусственных движений.
...
ГДЕ МОЖНО ПОЧИТАТЬ В СЕТИ
Кратко
Уже в 1980 г., когда 'Пионер-10' находился на расстоянии 20 а.е. от Солнца, было отмечено систематическое несовпадение значений измеряемого ускорения аппарата и рассчитываемого по притяжению к Солнцу. Дополнительное ускорение направлено строго на Солнце и оценивается в 810-8см/с2 (для указанного расстояния гравитационное притяжение к Солнцу около 3.810-4см/с2). Последующие измерения подтверждали этот результат со все большей точностью. Самой большой неожиданностью оказалось постоянство добавочного ускорения: по мере удаления 'Пионера-10' от 40 до 60 а.е. величина ускорения не менялась с точностью 210-8см/с2. Как показали детальные расчеты, аномальное добавочное ускорение не может быть вызвано ни гравитационным воздействием пояса Койпера, ни галактическим притяжением, равно, как и рядом других, негравитационных факторов: утечкой газа из аппарата, давлением солнечного света или ветра и др. Все они дают вклад в ускорение по крайней мере на два-три порядка меньше.
http://ntpo.com/secrets_space/secrets_space/13.shtml
Пример первоисточника
Authors: John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev
Comments: Revtex, 4 pages and 1 figure. Minor changes for publication
Report-no: LA-UR-98-2528
Subj-class: General Relativity and Quantum Cosmology; Space Physics
Journal-ref: Phys.Rev.Lett. 81 (1998) 2858-2861
http://arxiv.org/abs/gr-qc/9808081
Дополнительно много
P i o n e e r A n o m a l y - Literature and Links
http://www.space-time.info/pioneer/pioanomlit.html |
» Альтернативный форум