Гравитация и время взаимосвязь


Весной 1905 года Альберт Эйнштейн сел на трамвай в нескольких километрах от башни Зитглогге — роскошной башни с часами, которая возвышается над Берном — по дороге домой. Эйнштейн, в то время простой клерк, завершил работу, и ехал в трамвае, думая об истинах Вселенной в свободное время. И один из его мысленных экспериментов, рожденных в том самом трамвае, произвел революцию в современной физике.

Эйнштейн представлял, что произойдет, если трамвай будет ехать со скоростью света. Смотря на башню с часами Эйнштейн понял, что если он будет путешествовать со скоростью 300 000 километров в секунду, стрелки часов, которые так торжественно двигались, будут казаться полностью застывшими.


В то же время Эйнштейн знал, что, если он вернется на башню с часами, их стрелки будут перемещаться обычным образом — время будет идти своим чередом. Однако для Эйнштейна в трамвае время замедлилось. Он пришел к выводу, что чем быстрее вы будете двигаться в пространстве, тем медленнее вы будете двигаться во времени. Как такое вообще возможно?

Дилемма Эйнштейна
На Эйнштейна сильно повлияли работы двух великих физиков. Во-первых, были законы движения, обнаруженные его кумиром, Ньютоном, а во-вторых, были законы электромагнетизма, установленные Максвелом. Однако две теории были противоречивыми. Максвелл постулировал, что скорость электромагнитной волны, такой как свет, фиксирована — невероятные 300 000 километров в секунду. Он утверждал, что это был фундаментальный закон Вселенной.

В то время как закон Ньютона подразумевал, что скорости всегда относительны. Скорость движения машины со скоростью 40 километров в час составляет 40 километров в час относительно стационарного наблюдателя, но только 20 километров в час относительно автомобиля, движущегося рядом с ним со скоростью 20 км/ч. Или, 60 км / ч, если тот же автомобиль ехал в противоположном направлении. Эта концепция относительной скорости несовместима с очевидным фундаментальным фактом Максвелла при применении к скорости света. Это представляло для Эйнштейна тяжелую дилемму.


Противоречие заставило Эйнштейна сделать ошеломляющее, но в то же время одно из самых новаторских утверждений в истории физики — коллокацию утверждений, что, конечно же, не удивительно. Чтобы понять противоречие и, следовательно, почему время замедляется, рассмотрим еще один гениальный мысленный эксперимент, один из лучших у Эйнштейна. Он представил себе человека на платформе станции, по обе стороны от которого ударяют две молнии. Человек, стоя прямо посередине этих двух точек, наблюдает за полученными лучами света с обеих сторон одновременно.

Тем не менее, все становится странным, когда в то же время другой человек в поезде просматривает эту сцену, когда он проезжает мимо нее со скоростью света. Согласно законам движения, свет от молнии ближе к поезду достигнет человека раньше, чем свет от молнии дальше от поезда.

Измерение скорости света, производимого обоими людьми, будет отличаться по величине. Но как это возможно, если вспомнить, что скорость света, по мнению Максвелла, должна быть постоянной, независимо от движения наблюдателя — так называемый «фундаментальный» закон Вселенной?


Чтобы компенсировать это расхождение, Эйнштейн предположил, что само время замедляется, так что скорость света оставалась постоянной! Время для человека в поезде проходило медленнее относительно времени для человека на платформе. Эйнштейн назвал это расширением времени.

Гравитационное время
Эйнштейн назвал свою теорию специальной теорией относительности. Это было что-то особенное, потому что оно касалось постоянных скоростей. Чтобы примирить ее с реальным миром, где объекты все время ускорялись и замедлялись, ему нужно было исследовать последствия своей теории, когда речь шла об ускорении. Эта попытка обобщить и объяснить все явления привела его к открытию взаимосвязи между временем и гравитацией; он назвал эту новопринятую теорию гравитации «Общая теория относительности».

Ньютон считал, что поток времени был как стрела; он двигался непоколебимо только в одном направлении — вперед. Эйнштейн в том трамвае предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. Фактически, Эйнштейн утверждал, что время дополняло пространство, в гибкой четырехмерной модели, на которой разворачивались события Космоса.


Он назвал эту модель пространством-временем (пространственно-временной континуум). Когда Эйнштейн опубликовал свою работу, он получил реакцию, которую можно было бы ожидать, когда будет опубликована такая феноменальная работа — недоверие.

Согласно общей теории относительности, материя растягивает и сжимает ткань пространства-времени, так что объекты таинственным образом не тянутся к центру Земли, а скорее отталкиваются вниз деформированным пространством над ними. Имитируя наклон, кривизна пространства-времени ускоряет объекты, которые движутся вниз, хотя скорость этого ускорения не одинакова во всех точках. Сила тяжести сильнее по отношению к поверхности Земли, где кривизна более интенсивна, чем на ее окраинах.

Хотя это и не совсем корректно, аналогия батута — самый простой способ объяснить деформирование пространства-времени из-за присутствия большой массы.

Если сила тяжести возрастает по мере продвижения вниз, то свободный объект падает быстрее в точке на поверхности, скажем, точке B, чем на большей высоте, скажем, точке А. Для объекта в свободном падении, согласно специальной теории относительности, время в B должно проходить относительно медленнее, чем оно будет проходить в A, потому что скорость объекта быстрее в точке B.

Что такое время?
Какое время тогда является правильным? Ну, ни одно из них. Эйнштейн выяснил, что нет абсолютного времени. Время является относительным в зависимости от системы сил, которым подчиняется, формально известной как система отсчета. Время, идущее в вашем собственной системе, известно как правильное время.

Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться, так что чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее ваши часы работают относительно других часов. Это то, что Энн Хэтэуэй упоминала в фильме «Интерстеллар», когда она сказала Мэтью Макконахи, после посадки на далекую планету возле черной дыры: «Один час на этой планете равен семи годам на Земле.”

Еще раз обратимся к мысли Эйнштейна в трамвае. Является ли появление более медленных часов ограничением нашего примитивного сознания, или время действительно замедляется? И что означает замедление времени? Капризность времени заставляет нас спросить – а что такое само время? Это не простой вопрос —  понятие времени озадачивало философов и физиков с древности.


Основной функцией времени является хронологическое отслеживание событий. Однако не считая последних 400 лет люди определяли время, исходя из предположения, что вокруг нас движутся Солнце и звезды, а не Земля вращается вокруг Солнца. 

Несмотря на неверное основание для своего вывода, «время» все равно работало хорошо. Это происходило так, потому что дни и времена года повторялись предсказуемо, а когда у вас есть что-то, что повторяется предсказуемо, у вас есть механизм хронометража.

Галилей использовал рекурсивный характер такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможно без какой-либо ссылки на время. Однако это время никогда не было абсолютным.

Даже когда Ньютон формулировал законы движения, он использовал понятие времени, в котором двое часов не идут с абсолютным, независимым временем, а, скорее, они зависимы друг с другом. Синхронизация — причина, по которой мы построили очень сложные и точные атомные часы.

Такое понятие времени строится на одновременности или критическом совпадении двух событий, таких как прибытие поезда и уникальное выравнивание стрелок часов, когда поезд прибывает на станцию. Теория Эйнштейна утверждает, что эти совпадения должны зависеть от того, как человек движется. Если два наблюдателя на платформе и в поезде не могут договориться о том, что происходит одновременно, они не могут договориться о том, как течет само время!


Для понимания влияния движения рассмотрим простейший механизм хронометража. Представьте себе хронометражный аппарат, состоящий из фотона, который отражается взад и вперед между двумя удаленными зеркалами.

Давайте согласимся, что одна секунда проходит каждый раз, когда фотон отражается. Теперь повесьте двое таких часов в точках A и B выше и на поверхности Земли (обсуждалось в предыдущем разделе), и пусть они измеряют время, когда свободно падающий объект пролетает мимо них. Свободно падающий объект измеряет время, проходящее в его собственной системе отсчета с аналогичными часами. Что они измеряют?

Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами аналогично наблюдению теннисного мяча, прыгающего в движущемся поезде. Несмотря на то, что мяч прыгает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя вне его, мяч отскакивает триангулярно (в треугольниках).


Когда устройство движется вперед, фотон после начала движения, подобно шару, перемещается на большее расстояние после его отражения. Поэтому наше измерение времени исказилось! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем дольше фотон отражается, тем самым растягивая длительность секунды!

Вот почему течение времени в точке B оказывается медленнее, чем в точке A (вспомните, как из-за силы тяжести объект падает быстрее в точке B, чем в точке A). Эта графика показывает треугольное движение фотона и, следовательно, задержку времени.

Конечно, разница бесконечно мала. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, составляет наносекунды. Тем не менее, открытие Эйнштейна — не что иное, как великое событие. Гравитация действительно препятствует потоку времени, что означает, что чем более массивный объект, тем медленнее течет время в его окрестностях.

Замедление времени влияет на каждый процесс, независимо от того, зависит ли оно от простейшего электромагнитного явления или сложной комбинации электромагнетизма и законов движения Ньютона. Общность универсальности относительности обеспечивает это. На самом деле даже биологические процессы, а следовательно, и время, изменяется. Да … и наша голова немного старше наших ног!


Источник: zen.yandex.ru

Несмотря на существенные недостатки теории гравитации Ньютона и ОТО Эйнштейна, современная традиционная физическая наука рассматривает их как основные фундаментальные теории гравитации. При этом считается, что при слабой гравитации целесообразнее использовать теорию гравитации Ньютона, а при сильной гравитации более надежные результаты дает применение теории Эйнштейна. Остальные теории гравитации, с точки зрения большинства современных физиков, считают на данный момент как незавершенные или не полные, другие не могут быть признаны полностью успешными, третьи заслуживать внимания, либо быть сколько-нибудь значимыми, а четвертые вообще лженаучными.

Согласно теории гравитации Ньютона, чем тяжелее тело, тем сильнее оно притягивает к себе другие тела. Но вот сам механизм гравитационного взаимодействия материальных тел, Ньютон даже не пытался объяснить. На все вопросы современников, каким образом воздействуют между собой материальные тела, удаленные на большие расстояния друг от друга, он отвечал «…гипотез не измышляю».


Эйнштейн остроумно связал гравитацию с кривизной пространства и тем самым лишил её физической силы, а раз у неё нет силы, поэтому она не может влиять на движение тела, следовательно сама постановка вопроса о механизме гравитационного взаимодействия материальных тел теряет смысл. Чтобы выйти из этого положения он пытался создать единую теорию поля для всех физических взаимодействий, но этого сделать ему не удалось.

Попробуем внести определенную ясность в вопрос о механизме гравитационного воздействия на материальные тела с помощью смоделированной системы взаимодействия материи и пространства, суть которой изложена выше в Принципах моделирования.

1. Её базовое положение о том, что физический (R) мир есть результат взаимодействия и взаимосвязи двух компонент материи (W) и пространства (P) не требует ни каких доказательств.

2. Формой их взаимосвязи является энергия (Es), которая здесь выступает в двух ипостасях – энергии материи (Em) и энергии пространства (-Ep), которые взаимно переходят друг в друга. Доказательства данному утверждению приведены выше.

3. Пространство в смоделированной системе представлено совокупностями простонов, собранных в «силовые нити», которые, в свою очередь, образуют своеобразную «сеть», равномерно напряженную во всех направлениях за счет сил отталкивания одноименных зарядов. Этому базовому положению представлено обоснование в разделе «Гравитация и энергия»

4. Материя в смоделированной системе представляет собой совокупность гравитонов, размещенных определенным образом между силовыми нитями пространства. Данное положение системы также постулируется.

Если поместить гравитоны между силовыми нитями пространства, то в силу их разнородности зарядов, последние будут испытывать деформацию (Рис. 1).

Рис. 1. Схема взаимодействия гравитона (g) с силовыми линиями пространства (u)

Деформация (сближение) силовых нитей пространства будет сопровождаться выделением энергии, при этом будет совершаться работа по перемещению гравитона в силовых нитях пространства:

Согласно второго закона Ньютона F = gа. Следовательно, на гравитон будет действовать сила в направлении движения, придавая ему ускорение.

При этом деформация силовых нитей будет увеличиваться, а выделение энергии возрастать. Вместе с тем следует также отметить, что процесс этот будет постоянно замедляться из-за нарастающего сопротивления деформации силовых нитей пространства.

В предлагаемой модели взаимодействия материи и пространства все материальные тела представляют собой совокупность гравитонов, размещенных в определенной последовательности в силовых нитях пространства. Именно эти два фактора – организация и размещение материи в силовых нитях пространства и определяют форму и свойства материальных тел, а так же все процессы, протекающие в них, формируют все многообразие реального мира.

В такой смоделированной системе у всех материальных тел будет просматриваться одна общая закономерность. Наибольшей деформации будут подвержены силовые нити, находящиеся в их центральной части (Рис. 2)

Рис. 2. Нарастание деформации силовых нитей пространства от периферии к центру материального тела

При этом будет проявляться эффект мнимости, то есть как будто вся масса материального тела сосредоточена в его центре.

Степень деформации (сжатия) силовых нитей пространства, окружающего материальное тело эквивалентна массе тела, а ее величина пропорциональна количеству гравитонов, приходящихся на одну силовую нить пространства внутри материального тела. Степень сжатия силовых нитей пространства внутри тела нарастает от периферии к центру. Она определяется расстоянием между соседними силовыми нитями пространства как внутри тела, так и в окружающем тело пространстве.

Каждому материальному телу соответствует свое гравитационно-пространственное поле с определенной степенью сжатия силовых нитей пространства (S), окружающих данное тело. Рассмотрим это на примере Солнце-Земля (Рис. 3).

Как известно, любое материальное тело может быть сжато до объема, поверхность которого не могут покинуть даже фотоны электромагнитных излучений. Радиус такого объема тела называется гравитационным. У всех материальных тел, находящихся в таком физическом состоянии, один кубический сантиметр их вещества содержит одинаковое количество силовых нитей с одинаковой степенью их сжатия S0. 1 кубический сантиметр сферы с гравитационным радиусом способен оказывать эффективное гравитационное влияние на материальные тела на расстоянии Kg, а вся сфера соответственно на Rg..

Rg = VgKg где Vg – объем сферы с гравитационным радиусом.

Гравитационный радиус Солнца составляет 3*105 см, а у Земли он равен 0,89 см. Объем сферы с гравитационным радиусом у Солнца составляет 1.1*1017 см3, а у Земли она соответственно равна 2,95 см3. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Солнца достигает 2,3*10—27 см, а на земной поверхности она сравняется 7,2*10—24 см.

Теперь рассмотрим с позиции смоделированной системы сам механизм гравитационного взаимодействия звезды и планеты. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Солнца в 3100 раз выше, чем у поверхности Земли, но с удалением от звезды она уменьшается.

При взаимодействии Солнца и Земли их гравитационно-пространственные поля накладываются друг на друга. Земля удалена от Солнца на 1,5*108 км. На расстоянии 106 км степени сжатия ими силовых нитей пространства уравновешиваются. Это место носит название точки Лагранжа (Рис.5).

Рис. 3. Сближение силовых нитей в окружающем материальное тело пространство в зависимости от массы тела

Силы, действующие в гравитационно-пространственных полях всех материальных тел универсальны, потому что первоисточником их действия являются взаимодействия положительно заряженных гравитонов с отрицательно заряженными простонами. Их действия суммируются в одну результирующую силу и в зависимости от направления их действия они усиливают или ослабляют друг друга.

Так в примере гравитационно-пространственного взаимодействия Солнца и Земли они проявляются по-разному.

С освещенной стороны Земли вектор напряженности силовых нитей пространства в гравитационно-пространственных полях Земли и Солнца, имеют противоположное направление, поэтому они здесь будут ослаблять друг друга. Их результирующая, хотя и будет направлена к центру Земли, но по величине она будет значительно уступать результирующей векторов с теневой стороны Земли, где они совпадают по направлению.

В итоге в направлении центра Земли действуют две противоположные силы, одна из которых, действующая с теневой стороны, значительно превосходит противоположную (Рис.4).

Рис. 4. Действие движущих сил на земную ось в зависимости от ориентации к Солнцу поверхности земного шара.

Sс – степень сжатия силовых нитей пространства Солнцем; Sз – тоже самое Землей; Vс – вектор движения в направлении центра Солнца; Vз – тоже самое в направлении центра Земли.

Под действием этой силы Земля падает на Солнце, но из-за наличия у нее поперечной скорости она движется по эллиптической орбите, совершая обороты вокруг Солнца (Рис.5).

Рис.5. Взаимодействие гравитационно-пространственных полей Земли и Солнца

L – точка Лагранжа; F1 – движущая сила; F2 – поперечная сила.

В результате вращения Земли ее освещенная и теневая стороны постоянно меняются местами. Плотность же сложения земного шара неравномерна, поэтому движение силы в направлении центра Солнца, которая в основном зависит от массы сосредоточенной на теневой стороне Земли, также постоянно меняется по величине. Вследствие этого движение Земли по орбите происходит хаотично и орбита у нее не замкнута.

Гравитационные взаимодействия материальных тел, с точки зрения академической науки, могут проявляться на любом сколь угодном большом расстоянии, то есть теоретически до бесконечности. Фактически же расстояния, на которых материальные тела оказывают реальное гравитационное воздействие друг на друга, рассчитывают, исходя из закона всемирного тяготения Ньютона. В рамках смоделированной системы, предел расстояния, на котором данное тело оказывает доминирующее гравитационное воздействие на другое тело, носит название гравитационной эффективности материальных тел. Под этим термином подразумевается способность тела создавать существенную разницу в гравитационных силах на обращенных к нему и теневых сторонах, действующих внутри взаимодействующих с ним материальных тел. В результате чего они будут притягиваться к данному материальному телу. Поясним это на следующих примерах:

Как было показано выше, каждое тело имеет свой предел гравитационного влияния (Rg) на другие тела, исходя из объема её сферы (Vg) с гравитационным радиусом. В таблице 1 приведены границы эффективного гравитационного влияния различных космических объектов друг на друга в солнечной системе. Доминирующим в гравитационном отношении телом здесь является Солнце. Оно способно притягивать и удерживать материальные тела на расстоянии 2400 а.е, на втором месте находится газовый гигант Юпитер. Предел его эффективного гравитационного влияния распространяется на расстоянии 10,4 а.е, а у Сатурна, 3емли, Венеры и Марса он располагается соответственно на расстоянии 0,69; 0,007; 0,006; 0,002 а.е.

Таблица 1.

Каким образом осуществляются гравитационные взаимодействия между телами, рассмотрим на примере гравитационного взаимодействия планет солнечной системы при отсутствии гравитационного поля Солнца, когда её место займет Юпитер. В этом случае Юпитер будет притягивать и удерживать в качестве спутников все четыре планеты (Рис. 6), потому что у него радиус эффективной гравитации составляет 1,57*109 км, а у Венеры, Земли, Марса и Сатурна он будет, соответственно, составлять 8,68*105,1,08*106, 2,56*105, 1.04*108 км (Таблица 1). Максимальное расстояние от Юпитера до Венеры, Земли, Марса и Сатурна соответственно составляют 6,26*108, 5,88*108, 5,32*10 8 и 6,1*108 км, поэтому все четыре планеты станут его спутниками.

Рис.6. Гравитационные взаимодействия между планетами солнечной системы при отсутствии солнечного притяжения.

Наивысшая степень гравитационной эффективности материальных тел находится на их поверхности. При гравитационном взаимодействии материальных тел, удаленных на расстояния их гравитационно-пространственные поля накладываются друг на друга.

Если при этом степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности одного материального тела окажется ниже таковой в гравитационно-пространственном поле, создаваемой другим материальным телом, вокруг первого материального тела, то произойдет гравитационный захват первого тела вторым.

Рассмотрим это на примерах падения челябинского метеорита на Землю и столкновения кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером (Таблица 2).

Таблица 2.

Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Юпитера составляет 2,5 10 — 25 см, а на поверхности кометы 0,2 10—15см. Расчеты показывают, что степени гравитационной эффективности на поверхности кометы и в гравитационном поле Юпитера сравняются (Рис. 7), если комета приблизится к нему на расстоянии 198 тысяч километров. В этом случае произойдет гравитационный захват кометы Юпитером. В начале она станет его спутником и будет вращаться вокруг него по незамкнутой орбите, постепенно сближаясь с ним. При этом будет увеличиваться разница в степенях сжатия силовых нитей пространства в пользу гравитационно-пространственного поля Юпитера, а внутри кометы появятся приливные силы, которые при достижении критических величин разорвут её на части. Это наблюдали исследователи 7 июля 1992 года.

Что касается падения на Землю челябинского метеорита, то здесь наблюдается следующая картина. Степень сжатия силовых нитей пространства на поверхности Земли составляет 7,2*10—24 см, а на поверхности метеорита 1.14*10—13 см. Гравитационный захват метеорита Землей совершился на расстоянии 35 тысяч километров.

Рис.7. Гравитационный захват Юпитером кометы Шумейкеров-Леви

S– степень сжатия силовых нитей пространства в гравитационном поле – Юпитера, S2 – на поверхности кометы. S1 = S2.

Вывод. Масса – источник существования гравитации. При движении в силовых нитях пространства она их сжимает и, тем самым, создает условия для возникновения гравитации.

Источник: kartaslov.ru

Я хочу предложить еще один взгляд на теорию гравитации, времени и сохранения информации.
Сейчас физики упорно ищут гравитационную частицу – «гравитон», свойства которой «сходны» со свойствами фотона. Если фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия, то гравитон – переносчиком гравитационного взаимодействия. При излучении фотона, тела теряют энергию – остывают, а при поглощении получают энергию — нагреваются. Логично предположить, что при излучении гравитона тела должны терять массу, а при поглощении – увеличивать. Солнце, как массивный объект должно излучать огромное количество гравитонов, а планеты значительно меньше. Соответственно, Солнце должно терять массу, а планеты, в т.ч. и Земля, приобретать ее. Но этого не происходит. Существуй гравитон, мы бы не почувствовали гравитацию Солнца в тени Земли – только гравитацию Земли, так как все гравитоны Солнца были бы поглощены Землей. Но мы знаем, что гравитация свободно проходит сквозь любые массивные тела и, находясь на одной линии с несколькими телами, их гравитационное взаимодействие складывается. Даже черные дыры не искажают гравитационное поле. Эффект «гравитационного линзирования» вблизи черных дыр относится только к электромагнитному взаимодействию (свету). Ничего подобного, применимого к гравитации мы не наблюдаем. А раз ничего, подтверждающего наличие гравитационного поля и его переносчика гравитона нет, то логично предположить что их не существует: ни гравитационного поля, ни гравитона.
Тогда что же такое гравитация?
Мне импонирует теория струн, от нее и оттолкнемся. Согласно этой теории, мы живем в бесконечной трехмерной бране, «свободно плавающей» в многомерном пространстве. Там же «плавают» и другие браны, от столкновения с одной из которых и произошел «Большой взрыв».
Давайте представим нашу вселенную двухмерной. Натянем ровно огромный батут, и будем класть на него в разных местах мячи, кирпичи. И мы увидим, что под тяжестью тел батут прогнулся во многих местах. И некоторые мячи стали катиться к кирпичам. Никакого взаимодействия между мячами и кирпичами нет. Просто они занимают место с минимальной потенциальной энергией. Конечно на мячи и кирпичи воздействует гравитации, но она ПЕРПЕНДИКУЛЯРНА двумерному батуту. Логично предположить, что на все тела в нашей вселенной воздействует гравитация, но она перпендикулярна всем трем нашим измерениям. И ловить ее частицы в нашем пространстве бесполезно, их надо ловить за пределами нашей размерности. А куда направлена наша гравитация и что является ее причиной. Вероятно, это все та же пресловутая соседняя брана, к ней и направлена наша гравитация.
А теперь рассмотрим время.
Наша трехмерная брана бесконечна. Логично предположить, что и скорость течения времени, вне пределов Большого взрыва стремиться к бесконечности. Почему внутри Большого взрыва скорость течения времени не бесконечна. Причина – гравитация. Она и только она замедляет течение времени. Это доказано научно. Вблизи массивных тел – время замедляется. А если мы находимся между галактиками, значит время будет идти бесконечно быстро, или значительно быстрее? Нет. Мы этого не наблюдаем. Во время столкновения бран произошло возбуждение структуры нашей браны – это так называемая темная энергия и появились барашки на волнах – материя. Научно доказано существование этой темной энергии по гравитационному воздействию на материю, но с обратной полярностью. А именно, благодаря воздействию темной энергии скорость расширения вселенной увеличивается – она расталкивает материю. А ее гравитационное воздействие – отталкивание, значительно мощнее гравитационного притяжения тел. Именно темная энергия вносит основную лепту в замедление времени. Так что же есть время? Можно предположить, что время эта некая структура — еще одна брана, большей размерности и другой конструкции, свободно проходящая сквозь нашу брану и слабо взаимодействующая с ней посредством гравитации.
Продолжим рассматривать батут с мячами, и теперь батут у нас будет трехмерным – нитки тоже имеют толщину. Вот на батуте лежит мяч – батут прогнулся. Давайте поставим вентилятор и будем обдувать батут сверху. Там где батут натянут ровно ветер пройдет сквозь батут толщиной s0 за время t0. А там где прогиб от мяча — ветер пройдет в батуте большее расстояние s1 и соответственно за большее время t1, т.к. скорость воздушного потока = const. В этом и суть замедления времени гравитацией (см. рисунок).

Представление времени в виде браны, проходящей сквозь нашу брану, позволяет решить вопрос исчезновения информации в черных дырах. Так как наши браны взаимодействуют, то вся информация об этом взаимодействии остается в бране времени и уже никуда не исчезнет.
И немного лирики. А можно ли, исходя из вышеуказанных предположений, двигаться быстрее скорости света?
Ближайшая к нам звезда Проксима Центавна находиться на расстоянии чуть больше 4-х световых лет от нас. Лететь мы будем в пол скорости света – в скором будущем это вполне достижимо. При такой скорости замедлением времени на космолете можно пренебречь. Т.е. лететь мы будем 8 лет как по времени космолета, так и по времени Земли. А давайте предположим, что мы можем успокоить (заморозить) колебания структуры нашей браны (темную энергию) в небольшом пространстве окружающем космолет в 2 раза. Скорость течения времени на космолете увеличится вдвое и за тоже Земное время он пройдет в 2 раза больше, т.е для земного наблюдателя – достигнет скорости света и за 4 года космолет достигнет звезды, а для наблюдателя с космолета – ничего не изменилось – для него полет длиться те же 8 лет. А если мы сможем успокоить темную энергию в 8 раз? Для наблюдателя с космолета пройдут те же 8 лет, но для наблюдателя с Земли космолет долетит до звезды за год, т.е в 4 раза быстрее скорости света. А если успокоить колебания структуры браны в 100 или 1000 раз? Можно и в соседние галактики за несколько лет слетать. Только прилетят туда уже далекие праправнуки космолетчиков. Как вариант, космолетчики должны летать в анабиозе.
Дело за малым – найти решение как успокоить колебания структуры браны.

Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
Код: выделить все
<div style="text-align:center;">Обсудить теорию <a href="http://www.newtheory.ru/astronomy/svyaz-gravitacii-vremeni-i-sohraneniya-informacii-t2639.html">Связь гравитации, времени и сохранения информации</a> Вы можете на форуме "Новая Теория".</div>

Источник: www.NewTheory.ru

image
Искажение пространства-времени гравитационными массами

С тех пор, как Ньютон впервые выдвинул свою теорию всемирной гравитации, было принято считать, что силы, управляющие гравитацией здесь, на Земле, также управляют движением и формированием планет, звёзд, галактик и крупномасштабных структур Вселенной. С улучшением научного знания ньютоновскую гравитацию заменили эйнштейновской Общей теорией относительности, и ожидается, что её в свою очередь заменит полная, квантовая теория гравитации. Пока что квантовать гравитацию никому не удавалось. Но что, если гравитация – это не фундаментальное взаимодействие, из-за чего её попытки квантования и провалились? Многие читатели сразу прислали вопросы о новой научной работе Эрика Верлинде: «Производная гравитация и Тёмная Вселенная». Давайте разбираться.

Гравитация и время взаимосвязь
Четыре силы (или взаимодействия) в Природе, частицы-переносчики этих взаимодействий и явления, на которые они влияют. Три взаимодействия, управляющие микрокосмом, гораздо сильнее гравитации, и уже объединены через Стандартную модель.

Принято считать, что существуют четыре фундаментальных взаимодействия. Частицы и взаимодействия Стандартной модели, куда входят кварки, лептоны, калибровочные бозоны и частица Хиггса, описывают три из четырёх сил: электромагнетизм, слабое и сильное ядерные взаимодействия. Последняя сила, описанная ОТО – гравитация. Её действие принимается во внимание благодаря кривизне пространства-времени и наличию материи и энергии. Такие эффекты, как гравитационное линзирование, гравитационное излучение и расширение Вселенной – последствия этой теории, и она способна включить в себя и тёмную материю с тёмной энергией. Одна из величайших надежд многих физиков-теоретиков (и теории струн) – хотя это не обязательно – надежда на существование всеобъемлющей платформы, объединяющий все четыре силы.

Гравитация и время взаимосвязь
Ткань пространства-времени, подвергающаяся деформации и волнению из-за массы

Другой подход – рассмотреть возможность того, что сама ОТО, пространство, время, сила гравитации – не фундаментальны, а производны. Возможно, ОТО – это просто сцена, на которой идёт гравитационное представление, и существует более фундаментальная основа тому, что мы воспринимаем, как гравитацию. Подход Верлинде заключается в том, чтобы начать с энтропии и хокинговской температуры чёрной дыры а затем, при помощи идей из теории струн, показать наличие взаимоотношения теории квантовой информации и появления гравитации, пространства и времени.

Гравитация и время взаимосвязь
Две возможных схемы запутанности в пространстве де Ситтера, представляющие запутанные части квантовой информации, которые могут позволить появиться пространству, времени и гравитации.

Основная идея не особо сложна: представьте, что у вас есть две квантовые «единицы», запутанные друг с другом. Добавьте материальную частицу, и у неё появится возможность взаимодействовать с одной из них или с ними обеими. Эта частица может менять запутанность системы, и именно из этого изменения запутанности может появиться гравитация. Поскольку энтропия чёрной дыры пропорциональна площади её поверхности есть искушение рассматривать пространство в виде сети запутанных «единиц», позволяющих появляться гравитации. Кроме того, один из стартовых элементов Верлинде, хокинговская температура чёрной дыры, пропорциональна гравитационному ускорению на её горизонте событий.

Гравитация и время взаимосвязь

Мы не знаем, что происходит в сингулярности внутри чёрной дыры, но данные по горизонту событий, включая энтропию и температуру снаружи, хорошо известны.

Выражается надежда, что при правильных предположениях может появиться полная теория гравитации, которая:

• даст вам четыре измерения пространства-времени (три пространственных и время);
• включит тёмную энергию как положительную космологическую константу;
• объяснит, откуда берутся гравитационные «различия» между предсказаниями Стандартной Модели и наблюдениями.

Надежда довольно мощная, и именно к ней стремится Верлинде. Другие независимо от него работают в том же направлении. Эта работа – отчёт по поводу того, как продвигаются исследования. И как же они продвигаются?

Гравитация и время взаимосвязь
Иллюстрация одного из этапов появления производной гравитации, согласно идее энтропической гравитации

Учитывая узкую специфику предположений, виден определённый прогресс, но есть и много проблем. Крупнейшая, проще говоря, состоит в том, что для того, чтобы получить нечто осмысленное, необходимо принять множество на первый взгляд случайных решений. К примеру: вся мотивация этого подхода основывается в пространстве анти-де Ситтера (пространстве с отрицательной космологической константой), но в нашей Вселенной наблюдается положительная космологическая константа (т.е. это пространство де Ситтера), а у математики этих двух пространств очень разные свойства. Или, энтропия должна подчиняться строгому закону, зависящему от локации, чтобы получить уравнения Эйнштейна, но в этом случае вы не получите космологического горизонта (а у Вселенной он есть). И, наконец, если сделать все предположения, необходимые для того, чтобы появилось гравитационное ускорение, вы уничтожаете все успехи ОТО на масштабах крупнее галактик. Верлинде утверждает, что такой подход имеет право на успех, но наблюдения за столкновениями галактических скоплений опровергают его рассуждения.

Гравитация и время взаимосвязь
Рентгеновская карта (розовый) и общая карта материи (синий) различных сталкивающихся галактических скоплений показывают чёткое разделение нормальной и тёмной материй.

Есть и более фундаментальные разочарования. Модель Верлинде позволяет гравитационной массе стать производной величиной, но в ней не упоминается инерционная масса, или то, почему они одинаковы (принцип эквивалентности Эйнштейна). Или, многие из запутанных предположений, сделанных Верлинде, делают расчёты верными, только если применять к ним сегодняшнее значение Хаббловского расширения, несмотря на то, что в течение жизни Вселенной её скорость расширения менялась кардинально. Также для обоснования своей платформы он предполагает, что тёмная энергия всегда была доминирующей формой энергии во Вселенной, но на самом деле миллиарды лет тёмная энергия была пренебрежимо малой. Иначе говоря, некоторые ключевые понятия современной космологии – формирование крупномасштабных структур или флуктуации реликтового излучения – не объясняются этой работой достаточно хорошо.

Гравитация и время взаимосвязь
Флуктуации всего неба встроены в реликтовое излучение, остаточное излучение Большого взрыва

Но по большей части эта работа – геркулесова попытка разработать радикально новую идею: начав с энтропии и температуры квантовых «кусочков», можно вывести теорию гравитации, включающую пространство и время. Некоторые проблемы этого подхода я бы просуммировал следующим образом:

• Определения энтропии и температуры основываются на том, что сначала необходимо определить ОТО.
• Многие предположения и интерпретации совершаются без чёткой мотивации, кроме как «математика кажется так работает».
• Композиция и структура Вселенной со временем менялась, но законы физики – нет, что противоречит работе Верлинде.
• Работа поднимает много открытых вопросов: можно ли включить в неё стандартную космологическую картину, включая расширение Вселенной, инфляцию, полный набор наблюдений тёмной материи и тёмной энергии?

Гравитация и время взаимосвязь
Вселенная прошла через невероятную эволюцию, чтобы превратиться в то, что есть сейчас

Ведь, хотя эта идея весьма интересна, она должна совпадать с наблюдаемой Вселенной. А чтобы подняться до уровня общепринятой науки, ей нужно сделать предсказание по ещё нерешённому вопросу, которое мы сможем проверить. У неё есть такой потенциал, но для этого требуется не просто тяжёлая работа; требуется, чтобы она была правильной, а так это, или нет, ещё не определено. Новые идеи всегда интересные, и эта может дать нам удивительные открытия. Как гениально сказал Нильс Бор,

Цель нашего описания природы не в том, чтобы открыть самую суть явления, но в том, чтобы как можно дальше отследить связи между многообразием аспектов нашего опыта.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Источник: habr.com

Гравитация от Эйнштейна

Задолго до Ньютона и Эйнштейна о гравитации говорил еще Аристотель. Он выдвинул теорию о том, что скорость падения объекта напрямую зависит от его массы. Но о том, что ускорение свободного падения одинаково для всех, он не знал. Об этом догадался только Галилей.

Далее в Общей теории относительности (ОТО) Эйнштейн более подробно описал гравитацию, связав ее с пространством-временем. Да-да, так как они неразрывны, гравитация искривляет не только материю, но и время. Из-за этого время в космосе идет медленнее.

Гравитация от Эйнштейна
Гравитация от Эйнштейна

Вы помните, что орехи скатываются к яблокам и все такое, но в таком случае, почему Луна до сих пор не рухнула на Землю? Потому что сила гравитационного взаимодействия крайне слаба, но действует на абсолютно любые расстояния. Она даже имеет четкую формулу для расчета: Fg=G(m1m2/r2) – то есть это зависимость масс двух объектов от квадрата расстояния между ними, умноженная на гравитационную постоянную. Эту формулу учат в школьном курсе физики, если что. Из этого следует, что чем больше масса тела, тем большее гравитационное поле оно может создать.

В таком случае, многие могут спросить: «почему Луна не падает на Землю под действием гравитации?». Взгляните на формулу – что такое G? Это гравитационная постоянная, равная 6,67408×10-11 м3кг-1с-2. Даже если все здесь кажется вам лютейшим бредом, то 10-11 более наглядно выглядит так: 0,00000000001. Вы отдаете себе отчет в том, на сколько это мало? Ровно настолько, что даже Луна не падает на Землю, не говоря уже о том, что вы не можете притягивать к себе мелкие предметы силой гравитационного взаимодействия, которым, кстати, тоже обладаете.

Все объекты во Вселенной так или иначе подвержены гравитации. Именно Эйнштейн заговорил об «искривлении» пространства. Он считал, что подобное взаимодействие не результат влияния сил, а изменений в самом пространственно-временном континууме. Как это происходит? Из-за массы и энергии. Думаю, многие из вас уже поняли, к чему я веду. ОТО гласит о том, что масса и энергия едины, и именно из-за их взаимодействия искривляется пространство-время. Все вы хоть раз в жизни слышали об этой формуле: E=mc2 – она объясняет, как, но не говорит почему. Гравитация – очень обширное понятие. Она отвечает и за земное притяжение нас с вами и за расширение самой Вселенной. Поэтому описать все это каким-то единым законом до сих пор ни у кого не получилось.

Гравитационные волны

На этом можно было бы и закончить, но говорю же, понятие очень обширное, поэтому заварите кофейку, мне еще есть, что вам рассказать. Гравитационные волны излучаются массой, а после существуют сами по себе. Это определенные изменения гравитационного поля.

Чтобы представить, что это такое, достаточно представить, что водная гладь – это пространство-время, а камень – это, допустим, Земля. Бросьте камень на воду – от него пойдет рябь ровными кругами во все стороны. Поместите Землю в космос, она начнет излучать гравитационные волны. Надеюсь, понятно.

Их обнаружили относительно недавно – в 2015 году – благодаря изучению слияния двух черных дыр, из которых образовалась одна более массивная. В этом процессе и «заметили» исходящие от них гравитационные волны.

Гравитационные волны
Черные дыры как гравитационные волны

Гравитон

Если вы еще не устали от потока информации, двигаемся дальше. Мы уже выяснили, что гравитационное взаимодействие определенно есть. Тогда оно должно переноситься какой-либо частицей, логично ведь? Главным кандидатом на эту роль является гравитон – гипотетическая частица, существование которой до сих пор не доказано. Она еще даже официально не существует, а уже породила множество споров в научном сообществе. Некоторые говорят о том, что черные дыры тоже должны излучали бы гравитоны, если бы те существовали, а это противоречит ОТО.

Были предприняты неоднократные попытки расширить стандартную модель, но все они разбились о высоченные энергии. В решении этой задачи могут помочь теории квантовой гравитации, об одной из которых я уже рассказывал. Они говорят о том, гравитоны – одно из состояний струн, а не точечные частицы. Как оно есть на самом деле, никто пока сказать не может, так как никто до сих пор не обнаружил те самые гравитоны из-за их чрезвычайно низкого гравитационного влияния.

Квантовая гравитация

Как вы понимаете, в попытках объяснить принцип действия гравитации одним законом для всей Вселенной, все ученые потерпели фиаско. Поэтому некоторые решили зайти еще дальше и попытаться разгадать эту загадку на квантовом уровне. Спойлер: у них тоже не вышло.

Но теории квантовой гравитации достаточно интересны. Точнее были интересны ровно до тех пор, пока мир не увидел первую настоящую фотографию сверхмассивной черной дыры, которая очень сильно подорвала всю концепцию данных предположений, и в очередной раз подтвердила, что ОТО так-то больше права.

К самым популярным и интересным в данной области относятся теория струн и теория петлевой квантовой гравитации, о которых у меня уже есть две статьи, поэтому здесь на них заострять внимание мы не будем.

Квантовая гравитация
Квантовая гравитация

Сильные гравитационные поля

Так почему же ОТО все-таки более права? Потому что в сильных гравитационных полях возникают следующие эффекты, ее подтверждающие:

  • Закон всемирного тяготения сильно разнится с предположениями Ньютона, который о гравитационных полях не знал.
  • Видны гравитационные волны.
  • Появляются эффекты нелинейности.
  • Значительные изменения пространства-времени (нет, вы все еще их не увидите).
  • Зарождаются черные дыры и сингулярности.

И вот как раз недавнее изображение черной дыры добавило еще одно очко в пользу Общей теории относительности Эйнштейна.

Гравитационный коллапс

Гравитационным коллапсом может закончится жизнь очень массивной звезды. В ней больше нет топлива, из-за чего термоядерный процесс прекращается, устойчивость нарушается и происходит стремительное сжатие. Если внутреннее давление звезды справится с этим сжатием, небесное светило продолжит свое существование в качестве нейтронной звезды или вспыхнет как сверхновая.

Если же масса звезды окажется больше предела Оппенгеймера-Волкова, то после гравитационного коллапса она превратится в черную дыру. Если вы хотите знать точные цифры этого предела, то их пока не выяснили. Просто знайте, что это должно быть много… очень… неимоверно.

Источник: kosmolog.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.