Занимательная физика. Часть вторая. Гравитация (1 фото + 3 видео)

На сегодняшний день, одним из наиболее острых углов в физике является гравитация. Законы гравитации выведены уже очень давно и в каждой отдельной физической теории к ним добавляются свои коррективы. Но о природе гравитации единой позиции пока не выработали. Что ж, давайте вместе разбираться.
Гравитация выделена наукой как одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе и воздействует на все, что мы можем назвать частицей или волной. Распространяется как в вакууме, так и в любой среде без преград. Характеризуется как самая слабая сила взаимодействия. Такая ли уж самая слабая и уместно ли вообще применять к ней слово «слабая»?

Прежде всего, нужно корректно определить причинно следственную связь между массой и гравитацией (притяжением). Так, любая массивная частица создаёт вокруг себя поле замедления времени (причина), а уже изменение поведения другой частицы в поле такого замедления (следствие) мы назовем гравитацией. Теория относительности нам дает представление именно о следствии, а причины и законы замедления времени, а также что собой представляет время, необходимо рассматривать отдельно, в рамках иных теорий, что мы и сделаем в следующих частях. На данном этапе, для нас важен лишь тот факт, что время в разных точках может идти по разному (а значит, и в любой отдельной точке скорость времени постоянно меняется). И факт этот экспериментально доказан. При чем, чем больше расстояние от массивного тела, тем быстрее «течёт» время. Такая изменчивость временного измерения и придает пространству кривизны.

Сложность понимания кривизны пространства заключается в том, что мы воспринимаем мир в трехмерном виде, мы даже можем худо-бедно представить мир четырехмерным, добавив временное направление. И всё равно мы не получим истинной картины. Нужно поменять мышление еще на один шаг.

Прежде чем перейти к дальнейшему обсуждению, дорогой читатель, Вам необходимо ознакомиться с первой частью «Занимательной физики»:
https://fishki.net/2914155-zanimatelynaja-fizika-chasty-pervaja-skorosty-sveta-i-pochemu-ee-ne-nelyzja-prevysity.html

Для того чтоб понять общий принцип, по которому работает гравитация давайте разберём следующую модель.
Допустим, наблюдатель следит за двумя фотонами летящими параллельно. Путь одного из них проходит сквозь зону (поле) замедления времени, образованную массивным телом. Упростим условия, указав, что в поле замедления скорость времени одинакова для всех её точек. Как только первый фотон пересечет границы зоны замедления, его скорость будет соответствовать новой среде, и, как это ни парадоксально, она все еще будет равна скорости света в зоне, но уже отличаться от скорости второго фотона. Можно сказать, что первый фотон попал в иную систему отсчета, но мы не будем усложнять модель дополнительной информацией, а о системах отсчета поговорим отдельно.

Вылетев из зоны замедления времени, первый фотон будет несколько отставать от второго и придёт к преграде последним, не смотря на то, что изначально фотоны были выпущены одновременно, параллельно, прошли один и тот же путь, с одной и той же скоростью, да еще и пробыли в пути одно и то же время по собственным часам (0 секунд). И хотя пространство не искривлялось вообще, все расчеты нам покажут обратное. Именно так выглядит искривление четырехмерного пространства благодаря изменчивости одного временного измерения.

Теперь представим, что два наблюдаемых фотона были лишь границами (сторонами) одного фотона. Каким бы маленьким не был фотон, его границы всегда будут лежать в зонах пространства с разной скоростью течения времени. Соответственно, пролетая сквозь такие зоны, одна часть фотона будет опережать вторую либо отставать от нее. При этом, обе стороны будут двигаться с одной и той же скоростью, но вот направление полета фотона в пространственном трехмерном измерении будет меняться.

Если разобраться, то наше пространство-время абсолютно не однородно в отношении скорости времени, то есть для любой точки пространства своя скорость времени и эта скорость постоянно меняется. Точно так же мы не можем утверждать, что существуют в пространстве две сколь угодно близко лежащие точки с одинаковой скоростью времени. Если мы можем одной и той же линейкой измерить все три направления пространства, то, добавив к ним временное направление, где линейка для каждой точки своя, все расстояния вокруг нас будут относительны каждой конкретной линейке времени: скорость времени увеличилась, все расстояния и размеры сократились, время замедлилось – расстояния и размеры увеличились.

А раз в пространстве нет двух рядом лежащих точек с одинаковой скоростью времени то, это означает, что понятие система отсчета не применимо для нас в принципе, и годно лишь для решения задач по физике трехмерных сред. Для понимания теории относительности необходимо построить иную, общую модель отсчета, а по сути, понять механизм существующей.

Почему фотон в вакууме движется быстрее? Да потому что он там летит по прямой (если не учитывать воздействий удалённых массивных объектов), а в пространстве, где присутствует материя, между любыми двумя соседними точками разница в скорости времени больше, нежели в вакууме, что постоянно меняет направление полета фотона, тем самым превращая его траекторию полета в кривую, напоминающую синусоиду. Тут можно еще много говорить о природе преломления и о спектре, но всему свое время.

Рассмотрим поведение вращающегося обруча из условий модели первой части занимательной физики. Один оборот вращения обруча равен одной секунде, а сам он не перемещается в пространстве для наблюдателя. Точка на нем за секунду проделывает один полный оборот. Предположим, с приближением массивного тела, обруч попадает в зону замедления времени (условимся для упрощения, что время замедлено в равной степени во всех точках зоны).
Так, момент замедления времени можно представить как уменьшение числа возможных событий для любой частицы в направлении времени.

Путь, который проходит точка на обруче, должен был бы увеличиться, ведь число событий t в условиях замедления времени уже не один оборот, а более. Соответственно обручу необходимо увеличить скорость вращения. Но, особенности нашего пространства таковы, что обруч не будет ускоряться в направлении времени, а примет новые условия времени, и остаток событий направит в пространственном направлении, а не временном так, чтоб все его точки продолжали совершать такое же число событий, как и до попадания в среду замедления. Иными словами, обруч, находящийся в покое относительно себя в пространстве, при этом двигающийся со скоростью света в своем времени, попадая в среду замедления должен превысить скорость света в своем временном направлении. А мы говорим, что все движется всегда с одной и той же скоростью света (https://www.youtube.com/watch?v=TuEZgMf7rKI).

Следовательно, мы обнаружим, что обруч начал перемещаться в пространстве, сохранив количество событий каждой своей точки, но при этом, мы зафиксируем некую энергию: изменение направления полета каждой точки, а значит и с массой что-нибудь произойдет, но в следующих частях занимательной физики. Так проявляется гравитация. Путь, пройденный точкой в четырехмерном пространстве всегда одинаков, количество событий его пути неизменно. Именно изменение скорости времени среды, заставляет любой объект двигаться в трехмерном пространстве, хотя, в четырехмерном пространстве, объект не ощутит никакого воздействия. Так, пребывая в свободном падении под действием гравитации, тело находится в невесомом состоянии, естественном, а ускорение его, воспринимаемое нами, есть лишь следствие того, что точка (пункт) начала ускорения и точка (пункт) прекращения ускорения имеют разные скорости времени. Ускорение G говорит нам только о том, что на каждую тысячу километров время замедляется на 0,11 наносекунды. Именно такой ничтожный перепад вызовет ускорение для привычного нам свободного падения. И пролетев в свободном падении, с ускорением G, одну тысячу километров любое тело разгонится до скорости 4,3 км/с. А теперь представим, что время замедлено на 0,11 наносекунды в точке на расстоянии не 1000 км, а 1 метр. Здесь имеется в виду, что время равномерно замедляется в указанном направлении. В таких условиях любое тело ускорится по направлению к данной точке до тех же 4,3 км/с, только вот ускорение составит 1000000 G. При этом тело будет находиться в свободном падении и даже не ощутит никакой перегрузки, ни увеличения массы, ни изменение хода времени, ни изменение своих размеров, хотя все это будет выглядеть иначе для стороннего наблюдателя. Из-за того, что все в четырехмерном пространстве движется всегда с одинаковой скоростью, а именно световой, гравитация влияет хоть на луч света, хоть на тело любой массы, в равной степени.

Так насколько «слабая» сила гравитационного взаимодействия, если она легко может величину G довести до бесконечности? Об этом и поговорим в следующих частях занимательной физики. А для того, чтоб понимать суть гравитации необходимо развить метод мышления с трехмерного до существующего (именно существующий, а не четырехмерный). Проверить всё выше сказанное вы можете и сами с помощью формулы дедушки Пифагора a2+b2=c2 или ее современной интерпретации (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B8%D1%81%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B8), а также формулы старины Эйнштейна E=mc2.

Всех благ,
Борис©