У теорії тяжіння Ньютона, так і в теорії відносності Ейнштейна гравітаційна стала (G) є універсальною константою природи, незмінна в просторі і часі, незалежна від фізичних і хімічних властивостей середовища і гравітуючих мас.
У первісному вигляді у формулі Ньютона коефіцієнт G був відсутній. Як вказує джерело [9]: «Гравітаційна стала вперше була введена в закон всесвітнього тяжіння, мабуть, тільки після переходу до єдиної метричної системи заходів. Можливо, вперше це було зроблено французьким фізиком С.Д. Пуассоном в «Трактаті з механіки» (1809), по крайней мере, ніяких попередніх робіт, в яких фігурувала б гравітаційна стала істориками не виявлено ».
Введення коефіцієнта G було викликано двома причинами: необхідністю встановити правильну розмірність і узгодити сили гравітації з реальними даними. Але присутність даного коефіцієнта в законі всесвітнього тяжіння як і раніше не проливало світло на фізику процесу взаємного тяжіння, за що і критикували Ньютона його сучасники.
Ньютона звинувачували по одній серйозної причини: якщо тіла притягуються між собою, то вони повинні витрачати на це енергію, але з теорії не видно, звідки енергія береться, як вона витрачається і з яких джерел поповнюється. Як відзначають деякі дослідники: відкриття цього закону відбулося після введеного Декартом принципу збереження кількості руху, але з теорії Ньютона випливало, що тяжіння є властивість, внутрішньо властиве взаємодіє масам тіл, які витрачають енергію без поповнення і менше її не стає! Це якийсь невичерпне джерело гравітаційної енергії!
Лейбніц називав принцип тяжіння Ньютона «нематеріальній і незрозумілою силою». Припущення про силу тяжіння в досконалої порожнечі було охарактеризовано Бернуллі, як «обурливе»; і принцип «actio in distans» (дії на відстані) не зустрів тоді особливої прихильності ніж зараз.
Напевно, не на порожньому місці фізики в багнети зустріли формулу Ньютона, в ній дійсно не відображена енергія для гравітаційної взаємодії. Чому на різних планетах різний тяжіння, причому G для всіх тіл на Землі і в Космосі постійна? Може G залежить від маси тіл, але в чистому вигляді маса не володіє ніякою гравітацією.
З огляду на той факт, що в кожному конкретному випадку взаємодія (тяжіння) тел відбувається з різною силою (зусиллям), то ця сила повинна залежати від енергії гравітуючих мас. У зв'язку з викладеним, у формулі Ньютона повинен бути присутнім енергетичний коефіцієнт, який відповідає за енергію притягивающихся мас. Більш правильним твердженням в гравітаційному тяжінні тел варто було б говорити не про взаємодію мас, а взаємодії енергій, укладених в цих масах. Тобто енергія, має матеріальний носій, без якого вона не може існувати.
Оскільки, енергонасиченість тел пов'язана з їх теплотою, (температурою), то коефіцієнт повинен відображати це відповідність, тому що теплота породжує гравітацію [10]!
Ще один аргумент за приводу не сталості G. Наведу цитату з ретро підручника з фізики: «Взагалі співвідношення Е = mc 2 показує, що маса будь-якого тіла пропорційна його повної енергії. Тому всяка зміна енергії тіла супроводжується одночасним зміною його маси. Так, наприклад, якщо яке-небудь тіло нагрівається, то його маса збільшується »[11].
Якщо маса двох нагрітих тел збільшується, то відповідно до закону всесвітнього тяжіння (1). і сила їх взаємного тяжіння теж повинна збільшуватися. Але тут виникає серйозна проблема. При підвищенні температури, яка прагне до нескінченності, маси і сила між гравитирующих тілами також будуть прагнути до нескінченності. Якщо ми будемо стверджувати, що температура нескінченна, а зараз іноді такі вольності допускаються, то гравітація між двома тілами теж буде нескінченна, в результаті тіла при нагріванні повинні стискатися, а не розширюватися! Але природа, як бачите, до абсурду не доходить!
Як обійти ці труднощі? Тривіально - необхідно знайти максимальну температуру речовини в природі. Питання: як її знайти?
Вважаю, то величезна кількість лабораторних вимірювань гравітаційної постійної, проводилися і проводяться при кімнатній температурі, рівній: Θ = 293 К (20 0 С) або близькою до цієї температурі, тому що сам інструмент - крутильні ваги Кавендіша, вимагає дуже тонкого з ним поводження (рис.2). При вимірах повинні бути виключені всякі перешкоди, особливо вібрація, температурні зміни та ін. Вимірювання повинні проводитися у вакуумі з високою точністю, цього вимагає дуже мала величина вимірюваної величини.
Для того щоб «Закон всесвітнього тяжіння» був універсальним і всесвітнім, необхідно пов'язати його з термодинамічної шкалою температур. Зробити це нам допоможе графік, який представлений нижче.
Візьмемо декартову систему координат ОХ - ОУ. У цих координатах побудуємо початкову функцію G = ƒ (Θ).
На осі абсцис відкладемо температуру, починаючи від нуля градусів Кельвіна. На осі ординат відкладемо значення коефіцієнта G, враховуючи, що його значення повинні укладатися в інтервалі від нуля до одиниці.
Відзначимо першу реперну точку (А), ця точка з координатами: х = 293,15 К (20⁰С); у = 6,67408 · 10 -11 Нм 2 / кг 2 (G). З'єднаємо цю точку з початком координат і отримаємо графік залежності G = ƒ (Θ), (рис. 3)
Екстраполюємо даний графік, продовжимо пряму до перетину зі значенням ординати, що дорівнює одиниці, у = 1. При побудові графіка виникли технічні труднощі. Для того щоб побудувати початкову частину графіка потрібно сильно збільшити масштаб, т. К. Параметр G має дуже малу величину. Графік має малий кут підйому, тому, щоб укласти його на один лист, вдамося до логарифмічною шкалою осі х (рис.4).
А тепер, увага!
Перетин функції графіка з ординатою G = 1. дає другу реперну точку (В). З цієї точки опустимо перпендикуляр на вісь абсцис, на якій отримаємо значення координати х = 4,39 × 10 12 До.
Що це за величина і що вона означає? За умовою побудови - це температура. Проекція точки (В) на вісь «х» відображає - максимальну можливу температуру речовини в природі!
Для зручності сприйняття наведемо цей же графік у подвійних логарифмічних координатах (рис.5).
Коефіцієнт G не може мати значення більше одиниці за визначенням. Дана точка замкнула абсолютну термодинамічну шкалу температури, початок якої було покладено лордом Кельвіном в 1848 році.
З графіка видно, що коефіцієнт G пропорційний температурі тіла. Тому, постійна гравітації - є величина змінна, і в законі всесвітнього тяжіння (1) повинна визначатися відношенням:
GE - універсальний коефіцієнт (Universal coefficient UC), щоб не плутати з G, запишемо його з індексом E (Еergy - енергія). Якщо температури взаємодіючих тіл різні, то береться їх середнє значення.
Θ1 - температура першого тіла
Θ2 - температура другого тіла.
Θmax - максимально можлива температура речовини в природі.
В такому написанні коефіцієнт GE не має розмірності, що і стверджує його як коефіцієнт пропорційності і універсальності.
Підставами GE в вираз (1) і запишемо закон всесвітнього тяжіння в загальному вигляді:
Тільки завдяки енергії, укладеної масах відбувається їх взаємне притягання. Енергія - це властивість матеріального світу здійснювати роботу.
Тільки завдяки втраті енергії на притягання, здійснюється взаємодія між космічними тілами. Втрату енергії можна ототожнити з охолодженням.
Будь-яке тіло (речовина) охолоджуючись, втрачає енергію і за рахунок цього, як не дивно, притягується до інших тіл. Фізична природа тяжіння тел полягає в прагненні до найбільш стійкого стану з найменшою внутрішньою енергією - це природний стан природи.
Формула Ньютона (4) прийняла системний вид. Це дуже важливо для розрахунків космічних польотів штучних супутників і міжпланетних станцій, а також дозволить більш точно обчислити, перш за все, масу Сонця. Твір G на M відомо для тих планет, рух супутників навколо яких вимірювалося з високою точністю. З руху самих планет навколо Сонця можна обчислити G і масу Сонця. Похибки мас Землі і Сонця визначаються похибкою G.
Новий коефіцієнт дозволить, нарешті, зрозуміти і пояснити, чому траєкторії орбіт перших супутників (піонерів) так далеко не відповідали розрахунковим. При запуску супутників не враховувалася температура вилітають газів. Розрахунки показували меншу тягу ракети, а супутники піднімалися на вищу орбіту, наприклад, орбіта Explorer-1 виявилася вищою розрахункової на 360 км. Фон Браун пішов з життя, так і не зрозумівши цей феномен.
До цих пір постійна гравітації не мала фізичного сенсу, це був всього лише допоміжний коефіцієнт в законі всесвітнього тяжіння, службовець для зв'язки розмірностей. Існуюче числове значення цієї константи перетворювало закон не до всесвітнього, а в приватний, для одного значення температури!
Гравітаційна стала - величина змінна. Скажу більше, гравітаційна стала навіть в межах земного тяжіння величина не постійна, тому що в гравітаційному тяжінні беруть участь не маси тіл, а енергії, укладені в вимірюваних тілах. Ось з цієї причини не вдається досягти високої точності вимірювань гравітаційної постійної.
Закон всесвітнього тяготіння
Закон Всесвітнього Тяжіння Ньютона і універсальний коефіцієнт (GE = UC).
Оскільки даний коефіцієнт безрозміряний, формула всесвітнього тяжіння отримала розмірність dim кг 2 / м 2 - це позасистемна одиниця, яка виникла внаслідок використання мас тел. З розмірністю ми прийшли до первісного вигляду формули, яка була обумовлена ще Ньютоном.
Оскільки формула (4) ототожнює силу тяжіння, яка в системі СІ вимірюється в Ньютона, то можна скористатися розмірним коефіцієнтом (К), як в законі Кулона.
Де К - коефіцієнт, що дорівнює 1. Щоб привести розмірність в СІ, можна використовувати ту ж розмірність, що G. тобто К = m 3 kg -1 s -2.
Експерименти свідчать: тяжіння породжується не масою (речовиною), тяжіння здійснюється за допомогою енергій, укладених в цих масах! Прискорення тіл в гравітаційному полі не залежать від їх маси, тому всі тіла падають на землю з однаковим прискоренням. З одного боку, прискорення тел пропорційно діючої на них силі і, отже, пропорційно їх гравітаційної масі. Тоді за логікою міркувань формула закону всесвітнього тяжіння повинна виглядати наступним чином:
Де Е1 і Е2 - енергія, укладена в масах взаємодіючих тіл.
Оскільки в розрахунках досить важко визначити енергію тіл, то залишимо у формулі Ньютона (4) маси, з заміною постійної G на енергетичний коефіцієнт GE.
Максимальну температуру точніше можна обчислити математично зі співвідношення:
Запишемо дане співвідношення в числовому вигляді, враховуючи, що (Gmax = 1):
Θmax це максимально можлива температура речовини в природі, вище якої, значення неможливо!
Відразу хочу відзначити, що це далеко не абстрактна цифра, вона говорить про те, що у фізичній природі все звичайно! Фізика описує світ виходячи з основоположних уявлень про кінцеву подільність, кінцевої швидкості світла, відповідно, і температура повинна бути кінцева!
Θmax 4,4 трильйона градусів (4.4 тераКельвінов). Важко уявити, за нашими земними мірками (відчуттів) таку високу температуру, але її кінцеве значення ставить заборону на спекуляції з її нескінченністю. Таке твердження приводить нас до висновку, що гравітація також не може бути нескінченною, співвідношення GE = Θ / Θmax - все ставить на свої місця.
Інша справа, якщо чисельник (3) буде дорівнює нулю (абсолютного нуля) термодинамічної шкали температур, тоді сила F у формулі (5) буде дорівнює нулю. Тяжіння між тілами має припинитися, тіла і предмети почнуть розсипатися на складові їх частки, молекули й атоми.
Продовження в наступній статті.
- Закон всесвітнього тяготіння
- гравітаційна стала
- Гравітаційне випромінювання джерела
- енергетичний коефіцієнт
