Излучение и гравитация

Излучение и гравитация

Окунев И.В.

Аннотация

В предлагаемой статье сравниваются процессы излучения и движения под действием гравитационного поля. На основе этого сравнения строится физическая и математическая модель окружающего нас мира.

Ключевые слова: излучение, гравитация, непрерывная материя.

В окружающем нас мире известен и подробно описан процесс электромагнитного излучения. В качестве примера такого процесса можно привести свет. Определяя излучение как поток частиц, тем не менее, в описании этого процесса опускается важная деталь: то, что этот поток является расходящимся. Принято считать, что частицы излучения движутся с постоянной скоростью с, которую обычно называют скоростью света.

Известно, что любая материальная частица в начале своего движения имеет состояние покоя, когда скорость частицы равна нулю. На первый взгляд нет сомнений в том, что частицы излучения начинают свое движение в том месте, где находится источник этого излучения. Однако, совершенно очевидно, что скорость частиц в этом месте не равна нулю (она здесь так же равна с). Тогда естественно предположить, что частицы излучения не начинают свое движение в том месте, где находится источник, а просто пролетают его со скоростью с. Начинают же они свое движение где-то в другом месте, и это движение происходит в направлении источника. Тогда очевидно, что к источнику частицы движутся в сходящихся направлениях, образуя сходящийся поток.

На первый взгляд, в окружающем нас мире не существует процесса, обратного процессу излучению, т. е. не существует сходящего потока частиц. Однако это не так. Вспомним, что все материальные точки в гравитационном поле какого-либо тела движутся в направлении этого тела, образуя при этом сходящийся поток. Таким образом, движение частиц под действием гравитационного поля материальной точки и есть процесс, обратный процессу излучения. Точнее сказать, процесс излучения и процесс движения под действием гравитационного поля являются разными фазами одного и того же процесса, т. е. движение под действием гравитационного поля есть начальная фаза этого процесса, а излучение есть конечная фаза того же процесса.

Таким образом, можно уже сделать наброски некоторой базовой модели окружающего нас мира. Итак: совокупность частиц с бесконечно малой плотностью начинает свое движение в определенной области пространства (конечно, имея нулевую начальную скорость) и движется в форме сходящегося потока, при этом плотность и скорость частиц растет. Центром потока является точка, где сходящийся поток становится расходящимся. Плотность частиц в этой точке достигает максимальной величины, и эта величина является конечной (т. е. не бесконечно малой). Приближенно можно считать, что плотность частиц в центре потока совпадает с плотностью того тела, которое является источником излучения, т. е. частицы потока в его центре как бы формируют само тело-источник излучения. Скорость частиц в центре потока так же является максимальной. Соответственно, ускорение частиц равно нулю. Таким образом, создается впечатление (и это действительно так), что частицы сходящегося потока движутся под действием гравитационного поля центра потока. Далее, пройдя центр потока, частицы движутся в виде излучения, образуя расходящийся поток, при этом плотность и скорость частиц уменьшаются. Наконец в некоторой области пространства скорость этих частиц достигает нуля, и они останавливаются. Затем частицы опять начинают свое движение к центру потока, и весь процесс повторяется с начала. Такие повторения, очевидно, продолжаются бесконечно долго.

Принято считать, что скорость излучения постоянна, а это противоречит нашей модели. В конце работы приводится экспериментальное подтверждение того, что скорость излучения всё-таки уменьшается.

Что же заставляет частицы двигаться в сходящихся/расходящихся направлениях? Совершенно очевидно, что каких-либо других причин, кроме геометрии самого сходящегося/расходящегося потока, не может существовать. Тогда необходимо рассмотреть геометрию такого потока. Но прежде всего, необходимо сформулировать принципы, на которых будет строиться эта геометрия. Основным принципом является утверждение, что материя непрерывно распределена в пространстве. Это означает, что какой-либо разрыв между материальными точками в виде абсолютно пустого пространства не возможен. Межпланетное пространство, которое принято считать абсолютно пустым, в действительности непрерывно заполнено материей. Только плотность этой материи очень мала. Непрерывность материи является как бы абсолютной, идеальной. В таком случае мельчайшие частицы материи также должны иметь идеальную геометрию. Очевидно, что идеальной формой мельчайшей частицы материи является куб, т. е. мельчайшая частица материи, независимо от того, сжимается она или растягивается, всегда сохраняет форму куба.

Предположим, что мельчайшая частица материи есть куб, ребро которого является бесконечно малой величиной первого порядка dr. Тогда, учитывая, что частица все время сохраняет форму куба, можно установить зависимость величины dr от расстояния r между частицей и центром потока, т. е. прийти к уравнению:

 (1)

Разделим левую и правую часть этого уравнения на дифференциал времени dt.

 (2)

В силу того, что материя непрерывна, а форма частицы является геометрически идеальной, длина частицы dr как раз и будет тем расстоянием, которое частица проходит за время dt, т. е. отношение  есть скорость частицы. В решении дифференциального уравнения (2) будет учтено только одно начальное условие - начальное расстояние, но не будет учтено другое начальное условие - равенство нулю начальной скорости. Следовательно, наше предположение, что ребро куба является бесконечно малой величиной первого порядка, не верно. Очевидно, что это ребро должно быть бесконечно малой более высокого порядка, а именно - это ребро должно быть бесконечно малой второго порядка, т. е. d²r. Чтобы установить зависимость этой величины от расстояния r между частицей и центром потока, обратимся к рисунку 1.

Рис. 1 Различные положения частицы потока относительно центра потока.

На рисунке показана одна из фаз сходящегося/расходящегося потока: другая фаза является зеркальным отображением этой фазы. Рисунок выполнен с соблюдением некоторых условностей, поскольку геометрия бесконечно малого мира несколько отличается от геометрии конечного мира. Так, на рисунке частица потока условно показана в форме правильной усеченной пирамиды ABCDEFGH, хотя в действительности она является кубом. Угол схождения частицы равен бесконечно малой величине второго порядка d². Все продольные ребра частицы равны d²r. Все поперечные ребра частицы равны d² r. Так как частица является кубом, то величину d²r можно приравнять величине d² r с учетом подходящего в данном случае знака. Этот знак определяется следующим образом. Результатом деления выражений d²r и  на одну и ту же величину dt² будут выражения  и . В силу упомянутых выше причин величина  является ускорением частицы. Поскольку скорость частицы уменьшается с увеличением расстояния r, то ускорение частицы является отрицательным. Следовательно, величину  необходимо взять со знаком минус, т. е.:

 (3)

Эта формула определяет закон движения частиц потока, принадлежащего единичному источнику излучения. Под единичным источником излучения подразумевается бесконечно малая частица любого тела. Так же единичный источник излучения можно определить как центр потока частиц с бесконечно малой плотностью (только сам центр потока имеет конечную плотность). В нашем случае единичным источником излучения является центр потока в форме куба с бесконечно малым ребром dx (на рисунке 1 этот куб условно не показан - его заменяет точка О). Объем единичного источника есть бесконечно малая величина третьего порядка . Так как его плотность есть величина конечная, то масса единичного источника есть бесконечно малая величина третьего порядка d³m. Важной особенностью потока единичного источника является то, что его частицы не притягиваются другими единичными источниками.

 (4)

Преобразуем это уравнение следующим образом:

 (5)

Проинтегрируем это уравнение, полагая, что переменная  находится в пределах от 0 до , а переменная r находится в пределах от R_U до r (R_U есть условный радиус Вселенной, который равен большому расстоянию между центром потока и той точкой в пространстве, где частица потока начинает свое движение; величину  будем считать постоянной):

 (6)

Откуда:

 (7)

Эта формула определяет зависимость скорости света от расстояния до источника r. Однако в опытах по измерению скорости света такой зависимости не установлено. Это объясняется следующим образом. Расстояние R_U настолько велико, что в той области пространства, где проводятся опыты по измерению скорости света, величина  ничтожно мала по сравнению с 1 и ею можно пренебречь. Тогда:

 (8)

Таким образом, все опыты по измерению скорости света в этой области должны давать постоянное значение этой скорости с.

Преобразуем уравнение (7) следующим образом:

 (9)

Проинтегрируем это уравнение, полагая, что переменная  находится в пределах от  до , а переменная  находится в пределах от 0 до :

 (10)

Откуда:

 (11)

Тогда:

 (12)

Очевидно, что величина  есть частота , т. е.:

 (13)

 (14)

Время , за которое свет проходит расстояние  от источника до точки остановки, находится из следующего условия:

 (15)

Откуда:

 (16)

Как было сказано выше, единичный источник излучения имеет конечную по величине плотность, а сам он является центром потока частиц с бесконечно малой плотностью. Очевидно, что материя с конечной плотностью, которую образуют единичные источники, так же непрерывна. Тогда должен существовать и поток частиц с конечной плотностью, т. е. единичные источники должны образовывать сходящийся поток частиц. Однако центром такого потока не может быть один единичный источник, поскольку, чтобы пройти через него, частица потока должна иметь бесконечно большую плотность, что при условии непрерывного распределения материи в пространстве невозможно. Следовательно, сходящийся поток частиц с конечной плотностью должен иметь бесконечное множество центров, каждый из которых является единичным источником. Таким образом, частица потока с конечной плотностью притягивается бесконечным множеством единичных источников (в то время как частица потока с бесконечно малой плотностью притягивается только одним единичным источником). К тому же единичные источники взаимно притягиваются.

Итак, тело, состоящее из бесконечно большого количества единичных источников, создает сходящийся поток бесконечно большого числа других единичных источников и все эти единичные источники взаимно притягиваются. Теперь представим, что частица ABCDEFGH на рисунке 1 является единичным источником. Очевидно, что величина ее ускорения , обусловленная притяжением одного единичного источника, так же определяется формулой (3). Пусть имеется источник излучения с конечной массой m, который на рисунке показан как тело Т. Для простоты рассмотрим случай, когда размеры этого тела пренебрежительно малы по сравнению с расстоянием r между источником и частицей. Количество единичных источников, из которых состоит тело Т, равно . Так как частица ABCDEFGH притягивается к каждому из этих единичных источников, то суммарное ускорение этой частицы есть произведение величин  и , т. е. . В результате движения частицы к телу Т имеет место увеличение ее плотности, что аналогично увеличению количества единичных источников. Это обстоятельство будет иметь усиливающий эффект на величину ускорения частицы. Максимальная величина этого ускорения будет достигнута частицей в непосредственной близости от центра потока. Очевидно, что эта максимальная величина и будет равна . Тогда, чтобы получить суммарное ускорение частицы в гравитационном поле тела Т, данную величину необходимо умножить на коэффициент сжатия частицы. Этот коэффициент равен отношению объема частицы вблизи центра потока к ее объему на расстоянии r от этого центра. За объем частицы вблизи центра потока примем тот объем, который частица имеет на бесконечно малом расстоянии dr₀ от центра потока. Тогда этот объем составит . Следовательно, коэффициент сжатия равен . Очевидно, что величина  и объем центра потока  связаны следующей зависимостью:

 (17)

излучение гравитация длина волна

Здесь  есть некоторая постоянная величина. Тогда суммарное ускорение частицы в гравитационном поле тела Т составит:

 (18)

Согласно Закону всемирного тяготения это ускорение равно:

 (19)

Здесь величина  есть гравитационная постоянная. Откуда:

 (20)

Тогда:

 (21)

Здесь величина  есть плотность единичного источника излучения.

Начальное расстояние для закона (19) будет разным, в зависимости от того как далеко от центра потока частица начинает свое движение, но, очевидно, что это начальное расстояние будет намного меньше величины .

Как было сказано выше, вблизи центра потока скорость частицы почти не отличается от значения с. Поэтому все опыты по измерению скорости света в этой области дают постоянное значение этой скорости. На большом расстоянии от центра потока скорость света будет заметно уменьшаться. Мы можем установить этот факт, анализируя свет, приходящий к нам от далеких галактик. Анализ этого света показывает наличие красного смещения, т. е. увеличение длин волн линий в спектре источника. На основе изложенной здесь теории, это объясняется следующим образом. Так как длина частицы ABCDEFGH на рисунке 1 увеличивается с увеличением расстояния от центра потока, то увеличивается и длина волны того колебательного процесса, который имеет место в этой частице.