|||

Нераскрытые тайны гравитационного взаимодействия

Гравитация… Самое известное и самое загадочное фундаментальное взаимодействие в природе. Гравитация всегда заставляла людей задумываться и задаваться вопросом: «Почему предметы и тела падают на Землю? Почему Луна не покидает свою орбиту и не падает на Землю? Почему Земля вращается вокруг Солнца? Почему сложно прыгнуть выше своей головы? И т.д.»

Эти вопросы волновали древнегреческих философов и ученых — Аристотеля, Архимеда, Пифагора. Галилео Галилей в попытке ответить на эти вопросы изучал процессы свободного падения тел, экспериментируя в Пизе на самой высокой башне города. Размышляя о притяжении Земли, Декарт полагал, что оно проявляется в результате образования вихрей в эфире.

 В начале ХVII века, изучая движение планет во Вселенной, немецкий астроном и математик И. Кеплер сформулировал три закона, показывающих особенности взаимодействия планет и Солнца. Гравитацию И. Кеплер определял как «силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению». Эти законы и работы И. Кеплера по изучению сил притяжения явились основой для создания И. Ньютоном теории всемирного тяготения.

 Создавая основы классической механики, И. Ньютон описал гравитационное взаимодействие своим знаменитым законом всемирного тяготения. Закон был открыт им в 1666 году и на несколько веков стал одним из главных законов физики.

 

Рис. 1. Закон всемирного тяготения И. Ньютона

И. Ньютон сумел совершенно четко вывести математическую зависимость между массами двух тел (m1 и m2) и квадратом расстояния между ними (r2) и определить силы их притяжения (F1 и F2) (рис. 1). Этой формулой пользовались несколько столетий, пользуются сейчас и, наверное, будут пользоваться еще очень долгое время.

Закон всемирного тяготения позволяет с достаточной точностью рассчитывать движение небесных тел, что вполне справедливо определило возможность рассматривать его как один из фундаментальных законов физики.

Точность закона была неоднократно проверена экспериментально на Земле между физическими телами и при расчетах сил тяготения между планетами и звездами во Вселенной. Опыты и эксперименты подтвердили справедливость ньютоновских математических зависимостей.

В 2007 году были проведены эксперименты над физическими телами, находящимися на расстоянии от 55 мкм до 9,53 мм. Результаты экспериментов полностью подтвердили действие закона всемирного тяготения и на этих расстояниях. Таким образом, в течение многих лет ученые вполне эффективно пользовались законом И. Ньютона при исследованиях мега-, макро- и микромиров и находили его математическую модель очень удачной.

К сожалению, великий гений не объяснил физическую сущность закона. Теория И. Ньютона предполагала, что всемирное тяготение распространяется на огромные расстояния во Вселенной, т. е. имеет явное дальнодействие, но как и почему сила притяжения практически мгновенно передается в совершенно пустом, по его мнению, пространстве, эта теория объяснить не могла. По сути, достаточно справедливое математическое выражение закона всемирного тяготения не раскрывало физической сущности этого явления. Природа возникновения силы тяготения оставалась в тайне.

Ньютон чувствовал, что его собственная теория ведет к этому вопросу, но ответа он так и не нашел. Не потому, что недостаточно пытался. Вовсе нет. В своих неопубликованных записных книжках Ньютон исписал множество страниц, размышляя над альтернативными идеями притяжения, но ничто не могло сравниться с законом, который он сам в частной переписке называл абсурдом: «Предполагать... что тело может действовать на другое на любом расстоянии в пустом пространстве, без посредства чего-либо передавая действие и силу, это, по-моему, такой абсурд, который немыслим ни для кого, умеющего достаточно разбираться в философских предметах «.

Однако, существует еще один очень важный момент, который, к сожалению, не учитывает знаменитая формула И. Ньютона при формализации действия сил тяготения. В формуле описывается лишь статичное состояние двух взаимодействующих в космическом пространстве тел. Вместе с тем, мы знаем, что все планеты, звезды и галактики во Вселенной движутся и вращаются. Движение и вращение космических объектов, безусловно, влияют на взаимодействие этих объектов друг с другом.

Кроме того, с помощью формулы И. Ньютона мы можем рассчитать силу при взаимодействии только двух космических объектов. Но во Вселенной таких объектов великое множество и все они оказывают достаточно серьезное влияние друг на друга. В Солнечной системе Земля взаимодействует и с Солнцем, и с Луной, и с другими планетами нашей звездной системы. Обычно, не учитывается и гравитационное влияние на нашу планету ядра Галактики, гравитационное воздействие скопления галактик или силы гравитации ядра Вселенной. К сожалению, других общепринятых и более точных инструментов для расчета гравитационного взаимодействия тел мы пока не имеем. Гравитация, по-прежнему, оставалась и остается непознанным островом в океане знаний об окружающем нас мире.

Неоднократные попытки найти ответ на вопрос о происхождении гравитации так и не увенчались полным успехом, хотя этот вопрос после появления теории И. Ньютона неоднократно поднимался лучшими умами нашей цивилизации.

С середины ХVIII века ученые предприняли активные попытки по улучшению ньютоновской теории гравитации. Поводом для этого послужили наблюдения за небесными светилами. Астрономы обнаружили расхождения в расчетных по теории И. Ньютона и фактически наблюдаемых траекториях движения планет Солнечной системы. Это явилось причиной зародившихся сомнений в истинности ньютоновской теории. Кроме того, И. Ньютон, не объясняя физического смысла гравитации, по сути, открыл перед исследователями широкие возможности как для конструктивной критики теории, так и для попыток опробования учеными своих сил и своего научного потенциала.

В конце ХVII века для объяснения гравитационных явлений английские физик и естествоиспытатель Р. Гук и астроном и физик Ч. Джеймс предположили, что любое тело может излучать специфические волны, которые позволяют им притягивать другие тела. Нидерландский механик, физик и астроном Х. Гюйгенс, так же как Р. Декарт посчитал, что гравитация возникает в результате вихрей мельчайших корпускул, которые заполняют все пространство Вселенной.

Физики и астрономы Н. Ф. Де Дюилье, Ж.-Л. Ле Саж и Х. А. Лоренц в разное время предлагали модели затенения одним телом другого тела от потоков корпускул, действующих на эти тела со всех сторон, что приводило к взаимному притяжению этих тел. Правда, Х. А. Лоренц полагал, что вместо корпускул на эти тела воздействуют электромагнитные волны.

Лично мне наиболее симпатична модель, предложенная в 1675 году И. Ньютоном и в 1853 году Б. Риманом, которая объясняла притяжение тел тем, что эфир возле физических тел становится разреженным. Разреженность эфира приводит к тому, что на тела начинают действовать силы, направленные к центрам взаимодействующих тел. К сожалению, эти, безусловно, интересные предположения не были развиты и не нашли своего продолжения. Причины возникновения разреженности эфира не были раскрыты и человечество не сумело воспользоваться трудами великих ученых. Пока не сумело.