ПОЧЕМУ ОТСУТСТВУЮТ ЭВОЛЮЦИИ ОРБИТ ПЛАНЕТ ИЗ-ЗА ЗАПАЗДЫВАНИЯ ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНОГО ТЯГОТЕНИЯ?

А.А.Гришаев, независимый исследователь

Введение.

В основанных на законе всемирного тяготения уравнениях небесной механики, описывающих движение планет, значения всех параметров берутся для одного и того же момента времени. Значит, в этих уравнениях подразумевается, что, несмотря на космические расстояния от Солнца до планет, солнечное тяготение действует на планеты без запаздывания во времени. Подчёркивая этот факт, Ван Фландерн [1] обращает внимание на то, что именно такие уравнения описывают движение планет с фантастической точностью – с погрешностями до нескольких угловых секунд за столетие.

Но возможно ли мгновенное физическое воздействие на расстоянии? Свет, например, распространяется с конечной скоростью, из-за чего удалённый объект видится нам не таким, каков он есть в текущий момент нашего видения, а таким, каков он был в предшествовавший момент – на величину, равную отношению дальности до объекта к скорости света. Не должен ли иметь место аналогичный эффект и для запаздывания действия тяготения?

Если речь идёт о тяготении, которое порождается «удалённым массивным центром», то, казалось бы, запаздывание его действия непременно должно иметь место. Тогда возникает вопрос о величине этого запаздывания, или о «скорости действия тяготения».

Этот вопрос до сих пор вызывает множество спекуляций. С одной стороны, в физике принято, что никакое физическое воздействие не может передаваться со скоростью, большей скорости света, поэтому теоретики настаивают на том, что «скорость действия тяготения» c_g равна скорости света c (поэтому, кстати, детекторы т.н. гравитационных волн делаются в расчёте на то, что эти волны движутся со скоростью света). С другой стороны, имеется ряд неопровержимых экспериментальных свидетельств [1] о том, что если тяготение и действует с запаздыванием, то скорость, соответствующая этому запаздыванию, превышает скорость света на несколько порядков.

Эта дилемма не устраняется в рамках ортодоксальных представлений. Мы постараемся показать, что при допущении о том, что тяготение порождается массивными телами, вывод о его запаздывающем действии – неизбежен. Мы поясним, почему запаздывающее солнечное тяготение должно приводить к монотонному росту средних радиусов орбит планет, и сделаем оценки этого роста при условии, что c_g=c. Мы увидим, что эти оценки неадекватны реалиям, потому что роста радиусов орбит планет, практически, нет вовсе. В такой ситуации можно либо заключить, что c_g>>c – без теоретических обоснований и физической модели – либо принять, что тяготение действует вообще без задержки во времени, как это прямо следует из нашей концепции, согласно которой, тяготение порождается не массивными телами.

Ортодоксальный подход: запаздывание действия тяготения неизбежно.

Встречается такая точка зрения, что ортодоксальный подход легко объясняет, каким образом солнечное тяготение действует на планету без запаздывания, не допуская при этом мгновенного физического воздействия на расстоянии. Логика здесь следующая: на планету воздействует не далёкое Солнце, а локальный участок его гравитационного поля – которое установилось давно и сейчас является стационарным. На первый взгляд, мгновенность воздействия на планету беспроблемно обеспечивается: в каком бы месте ни оказалась планета, на неё в реальном времени воздействует готовенький участок потенциального склона, раз и навсегда закреплённый за этим местом.

Но здесь не учитывается, что, по логике закона всемирного тяготения, у Солнца имеется динамическая реакция на планету: Солнце обращается около «общего с планетой центра масс» - и, значит, соответствующее обращение совершает порождаемая им гравитационная потенциальная воронка. Поэтому не может быть и речи о раз и навсегда закреплённых участках потенциального склона. Более того, обращение этой воронки представляет собой не простую трансляцию с жёстким сохранением пространственного распределения потенциала в воронке. Такая трансляция была бы возможна, если эта воронка не порождалась бы Солнцем, а существовала сама по себе. Но раз уж она порождается Солнцем, то должно иметь место динамическое нарушение её сферической симметрии; проиллюстрируем это.

По логике закона всемирного тяготения, радиальный профиль гравитационного потенциала определяется массой «силового центра». Если, по какой-либо причине, масса Солнца испытает быстрое приращение, то радиальный профиль потенциала должен, соответственно, перестроиться. Не допуская мгновенных физических воздействий на расстоянии, мы должны сделать вывод о том, что перестройка профиля потенциала произойдёт не мгновенно – фронт этой перестройки будет расходиться от Солнца, в виде сферической волны, со скоростью c_g.

Теперь заметим, что масса Солнца непрестанно изменяется – из-за приобретения вещества, падающего на Солнце, и из-за потерь вещества, извергаемого в виде солнечного ветра (а также, как полагают, из-за потерь массы на излучение). Чтобы адекватно отрабатывать изменения массы Солнца, его потенциальная воронка должна находиться в непрестанном обновлении, волны которого должны бежать от центра к периферии. Подчеркнём: речь сейчас не о том, велики или малы названные обновления потенциалов, и можно ли ими пренебречь, если они малы. Речь о том, что, из-за непрестанно бегущих волн обновления потенциала, динамически обновляются эквипотенциальные поверхности, нормалями к которым задаются направления локальных векторов действия тяготения.

Тогда движение «массивного центра», т.е. источника волн обновления потенциала, должно, действительно, нарушать сферическую симметрию потенциальной воронки. Для случая обращения Солнца около «общего с планетой центра масс», на Рис.1 схематически

Рис.1. Динамическая асимметрия солнечной потенциальной

воронки. Эффект сильно преувеличен.

изображена мгновенная картина сферических эквипотенциальных поверхностей – или фронтов обновления потенциала, которые начинали своё расхождение из разных точек траектории Солнца. За то время, пока фронт идёт от Солнца до планеты, Солнце и планета успевают продвинуться, и поэтому нормаль к эквипотенциальной поверхности в том месте, где находится планета, оказывается направлена не к тому месту, где в этот же момент находится Солнце.

Таким образом, из ортодоксальных представлений следует, что солнечное тяготение должно действовать на планету нецентрально – это и должно быть возмущающим орбиту фактором. Оценим, как должны эволюционировать орбиты планет, если скорость, определяющая запаздывание действия тяготения, равна скорости света.

Эволюции орбит планет при запаздывающем действии солнечного тяготения.

На Рис.2 схематически изображены участки траекторий Солнца и планеты – которые, по логике закона всемирного тяготения, обращаются в противофазе вокруг «общего центра

Рис.2. Геометрия запаздывающего действия солнечного

тяготения на планету.

масс» (обозначенного «ЦМ»). В текущем местоположении планеты, P₂, нормаль к эквипотенциальным поверхностям направлена не к текущему положению Солнца, S₂, а к его положению S₁ в предшествовавший момент – с поправкой на время движения фронта обновления потенциала. Соответственно, текущее ускорение a, сообщаемое планете, направлено к точке S₁, т.е. оно отклонено от направления к «центру масс» на угол a, величина которого составляет

, (1)

где M_P и M_S - массы, соответственно, планеты и Солнца, V_orb – орбитальная скорость планеты. Нецентральное текущее ускорение a можно разложить на две составляющие: радиальную a_r, направленную к Солнцу, и тангенциальную a_q, направленную по вектору орбитальной скорости. Нас устроит приближение, при котором a_r=GM_S/r², а

, (2)

где G - гравитационная постоянная, r - средний радиус орбиты планеты. В этом приближении, радиальное ускорение a_r обеспечивает невозмущённую орбиту, а возмущающим её фактором является лишь тангенциальная компонента ускорения a_q. Из-за этого тангенциального ускорения, направленного по вектору орбитальной скорости, планета должна двигаться по раскручивающейся спирали, монотонно удаляясь от Солнца.

Для расчёта, в рамках традиционных воззрений на тяготение, результирующего роста радиуса орбиты планеты можно использовать хорошо проверенные на практике выражения для эволюций параметров орбит искусственных спутников Земли при малых возмущающих воздействиях. Так, при наличии у планеты тангенциального возмущающего ускорения a_q, для эволюции большой полуоси орбиты A можно записать выражение [2]:

, (3)

где p=A(1-e²) – фокальный параметр орбиты, e – эксцентриситет орбиты, q - аргумент орбиты (q=0 в перигелии и q=p в афелии). Отбрасывая в (3) периодический член, в приближении исчезающе малого эксцентриситета получаем

. (4)

После подстановки в (4) выражения для a_q (2), интегрирование на интервале времени T даёт для результирующего малого приращения радиуса орбиты величину

. (5)

Обратим внимание на то, что выражение (5) получено для случая, когда планета – всего одна. В реальном случае, когда планет несколько, ситуация усложняется. При запаздывающем действии тяготения, текущие векторы ускорений планет должны быть направлены не к «общему центру масс», т.н. барицентру – их направления должны задаваться, опять же, нормалями к местным участкам фронтов обновления гравитационного потенциала, причём, эти фронты начинали своё расхождение не из барицентра, а из «массивного источника», т.е. от Солнца. Солнце же выписывает около барицентра сложную траекторию, которая вызывается комбинацией динамических реакций Солнца на каждую из планет. Поэтому, эволюция орбиты каждой планеты должна определяться динамическими реакциями Солнца на все планеты. Но поскольку периоды обращения у всех планет – разные, то, для каждой планеты, вклады в эволюцию её орбиты из-за влияния остальных планет должны иметь периодический характер. Монотонный же рост средних радиусов орбит, который нас интересует, можно рассчитывать, с помощью выражения (5), для каждой планеты индивидуально.

Для Венеры, Земли и Марса в таблице приведены величины отношений M_P/M_S, средних радиусов орбит и средних орбитальных скоростей [3], а также приращения радиусов орбит Dr, которые приобретались бы, согласно (5), за 100 лет, т.е. за 3.15×10⁹ секунд – при допущении, что c_g=c (GM_S=1.33×10²⁰ н×м²/кг).

	Венера	Земля	Марс
MP/MS	2.45×10^-6	3.00×10^-6	6.42×10^-7
r, 10^6 км	108.2	149.6	227.9
Vorb, км/с	35.03	29.79	24.13
Dr100 лет, км	63.1	56.0	7.86

Скорости увеличения радиусов орбит планет, полученные таким образом, на несколько порядков превышают их наблюдаемые значения; проиллюстрируем это на примере Земли.

Как эволюционирует большая полуось орбиты Земли?

Большая полуось орбиты Земли, или астрономическая единица (АЕ), является базовой мерой при определении расстояний как в Солнечной системе, так и до ближайших к ней звёзд – через годичный параллакс. Поэтому представляет интерес знание этой величины с максимально возможной точностью.

Первые, довольно грубые, определения расстояния от Земли до Солнца были проделаны ещё в средние века, через измерение горизонтального параллакса Солнца – при этом длина базиса ограничена размерами Земли. Далее, анализ сдвигов спектральных линий света от звёзд показал, что Земля действительно обращается вокруг Солнца с линейной скоростью около 30 км/с, а период этого обращения, 1 год, был уже хорошо известен – эти две величины определяют радиус обращения. Затем, значение АЕ уточнялось через улучшенные измерения горизонтального параллакса Солнца – при наблюдениях, сразу из нескольких обсерваторий, прохождения по видимому диску Солнца какого-либо небесного тела, в частности, астероида Эрос [4]. Дальнейшее повышение точности знания АЕ стало возможно благодаря слежению за полётами межпланетных космических аппаратов.

В 2004 г. российские астрофизики Г.А.Красинский и В.А.Брумберг опубликовали статью [5], в которой, на основе данных по радиолокации планет и по радиоконтактам с аппаратами, выведенными на около-марсианские орбиты, сделан вывод о том, как эволюционирует АЕ в современную эпоху. А именно: АЕ растёт, и наиболее вероятная скорость её роста составляет 15 метров за столетие. Насколько нам известно, до сих пор никто не опротестовал эту цифру, и можно считать, что она отражает реальное положение вещей.

Весьма показателен приведённый авторами [5] анализ причин обнаруженного ими роста АЕ. Дело в том, что специалисты не находят объяснений для такого роста – обнаруженная скорость увеличения АЕ оказалась чрезмерно большой. В качестве разумной физической причины, которая могла бы вызвать монотонный рост АЕ, называется лишь уменьшение массы Солнца из-за потерь вещества на солнечный ветер. Но эта причина, по подсчётам авторов, могла бы обеспечить рост АЕ со скоростью всего 0.3 метра за столетие [5] – и это без учёта того, что вещество не только покидает Солнце, но и падает на него.

Обсуждение.

Как мы постарались показать выше, из ортодоксальных представлений следует, что солнечное тяготение должно действовать на планету с запаздыванием – и если скорость, определяющая это запаздывание, равна скорости света, то средний радиус орбиты Земли должен расти со скоростью 5.6×10⁴ метров за столетие. Экспериментальное же значение скорости этого роста – всего 15 метров за столетие.

Как подсказывает нам выражение (5), ничтожность роста среднего радиуса орбиты может быть обусловлена тем, что c_g>>c. Подобный вывод уже делался в истории физики. Ещё Лаплас, на основе анализа движения Луны, утверждал, что «скорость действия тяготения» должна превышать скорость света в 7000000 раз [6]. К сожалению, в книге [6] не изложен метод, на основе которого получена эта цифра. Лаплас ссылается на свою 5-томную «Небесную механику», которая оказалась для нас недоступна, поэтому мы не будем комментировать полученную Лапласом цифру.

К счастью, известны современные эксперименты, методика которых вполне прозрачна. Так, Ван Фландерн [1] сообщает о результатах обработки сигналов от пульсаров, расположенных на различных участках небесной сферы. По допплеровским сдвигам частот повторения радиоимпульсов от пульсаров, находился текущий вектор линейной скорости Земли из-за её орбитального движения, а производная от этого вектора по времени давала текущее ускорение Земли. Оказалось, что мгновенное центростремительное ускорение Земли направлено не к центру мгновенного видимого положения Солнца – которое смещено от истинного положения, в угловой мере, на V_orb/c – а к центру мгновенного истинного положения Солнца. Свет испытывает аберрацию по Брэдли, а тяготение – практически, нет. По результатам этих исследований, нижняя оценка для «скорости действия тяготения» превышает скорость света на 10 порядков [1].

Цифра, полученная нами в данной статье, гораздо скромнее – но, как можно видеть, она не является каким-то исключением, не укладывающимся в общую картину. Наоборот, наш результат вполне встраивается в ряд указаний на то, что приписывание «скорости действия тяготения» значения, равного скорости света – это произвол теоретиков, а «экспериментальные подтверждения» этого произвола являются ошибками или даже заведомым обманом. На наш взгляд, желаемое выдавали за действительное как Копейкин и Фомалонт [7,8], которые, якобы, «впервые измерили скорость гравитации» (см. наш анализ в [9]), так и «первооткрыватели гравитационных волн» с помощью интерферометра проекта Advanced LIGO [10] (см. наш анализ в [11]). С учётом экспериментальных указаний на то, что c_g>>c, очевидна неправдоподобность обоих результатов – как «измерений скорости гравитации», давших, что c_g»c, так и «открытия гравитационных волн», детектирование которых проводилось в расчёте на то, что они движутся со скоростью света.

Тем не менее, экспериментальные указания на то, что c_g>>c, имеют в физике статус простой констатации факта – который, в рамках ортодоксальных представлений, не имеет теоретического обоснования и разумной физической модели. Тогда не следует ли обратиться к концепции, в которой этот вопрос прояснён?

Если, по результатам вышеупомянутого эксперимента по приёму импульсов от пульсаров, «скорость действия тяготения» превышает скорость света, как минимум, на 10 порядков, то это означает, что в масштабах Солнечной системы тяготение действует, практически, без задержки во времени. Отсюда можно заподозрить, что тяготение далёких «массивных центров» порождается отнюдь не этими «массивными центрами», что не массивные тела являются источниками действия тяготения. Но это и утверждает наша концепция [12] – согласно которой, тяготение действует на массивные тела, но порождается отнюдь не массивными телами. К ускорению свободного падения, которое приобретает пробное тело, не имеет никакого отношения масса удалённого «силового центра». Это ускорение порождается только локальным градиентом частот (или энергий), который наводится в пробном теле «здесь и сейчас» - т.е. в реальном местоположении пробного тела и в реальном времени. Вот почему, согласно нашей концепции, тяготение действует принципиально без задержки во времени [12]. Отсюда и следуют естественные объяснения как отсутствия эволюций орбит планет из-за запаздывания действия солнечного тяготения, так и того факта, что экспериментальные значения нижних оценок для «скорости действия тяготения» превышают скорость света на порядки.

Ссылки.

1. T. Van Flandern. The speed of gravity – what the experiments say. Phys.Lett. A, 250 (1998) 1.

2. К.Б.Алексеев, Г.Г.Бебенин, В.А.Ярошевский. Маневрирование космических аппаратов. М., «Машиностроение», 1970.

3. К.У.Аллен. Астрофизические величины. М., «Мир», 1977.

4. Сюняев Р.А., гл.ред. Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М., "Советская энциклопедия", 1986.

5. G.A.Krasinsky. V.A.Brumberg. Secular Increase of Astronomical Unit from Analysis of the Major Planet Motions, and its Interpretation. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, November 2004, Volume 90, Issue 3–4, pp 267–288.

6. Пьер Симон Лаплас. Изложение системы мира. «Наука», Л., 1982.

7. E.B.Fomalont, S.M.Kopeikin. The measurement of the light deflection from Jupiter: experimental results. Astrophys. Journal, 598 (2003) 704-711. Электронная версия: http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/03_02_17-21.html#astro-ph/0302294

8. С.М. Копейкин, Э.Фомалонт. Фундаментальный предел скорости гравитации и его измерение. Земля и Вселенная, №3/2004. Электронная версия: http://ziv.telescopes.ru/rubric/hypothesis/?pub=1

9. А.А.Гришаев. Вертикальное свободное падение: новые нижние ограничения на скорость действия тяготения. – Доступна на данном сайте.

10. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102

11. http://newfiz.info/offizika/offizika.html Тема «Впервые продетектировали гравитационные волны».

12. А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир». М., 2010. – Доступна на данном сайте.

Источник: http://newfiz.info

Поступило на сайт: 29 июля 2017.