П6. Гравитация? Это очень просто!

Гравитация есть универсальное взаимодействие, в которое, как считается, вступают все весомые тела во Вселенной. Сила Fg этого взаимодействия прямо пропорциональна

произведению масс m и M взаимодействующий тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния R между ними (П6.1). Это выражение носит название «Закон тяготения Ньютон»":

(П6.1) Fg = γ mMR2 .

Коэффициент пропорциональности γ в СИ равен 6.67·10-11[Н·м²·кг–2]. Впервые эта

постоянная получена экспериментальным путём в 1798 году Г. Кавендишем. В настоящее время считается, что эта постоянная универсальна и отражает объективные свойства нашей Вселенной. Поскольку видимая нами Вселенная заполнена, в основном, вакуумом, то, можно сказать, что гравитационная постоянная есть одно из свойств вакуума, подобно тому, как другие его свойства отражают универсальная электрическая и магнитная постоянные. То, что постоянная тяготения отражает свойства именно вакуума, а не зримой нами материи подтверждает тот факт, что величина этой постоянной в рамках точности человеческих экспериментов не зависит от присутствия или отсутствия вблизи измерительной установки даже очень больших масс. Проще говоря, опыты,

позволяющие измерить эту постоянную, проведенные в открытом космосе, и опыты, проведенные на Земле, дают одинаковые результаты. Считается, что гравитация не экранируется ничем и более того, даже "чёрные дыры" гравитируют, точно так же, как и любые другие тела во Вселенной. Не обнаружено никаких "гравитационных зарядов", так же, как не обнаружено никаких "гравитационных волн" за всё время научного изучения вопроса о природе гравитации. Такое поведение гравитации заставляет учёных полагать, что она есть особое, выделенное, не похожее ни на что физическое явление. В рамках одних теорий гравитация связывается с особым гравитационным полем, окружающим любые материальные тела. В рамках других теорий (в частности, ОТО) отрицается наличие какого-либо специфического поля, а взаимопритяжение гравитирующих тел объявляется геометрическим свойством пространства (заполненного, как мы помним,

всё тем же вакуумом!). На сегодняшний день, как и во времена Ньютона, нет никаких внятных объяснений явления тяготения тел, которые сводили бы гравитацию к уже известным явлениям и вскрывали бы физический механизм взаимодействия тел.

Для понимания механизма возникновения такого явления, как гравитация, необходимо чётко осознать ряд известных фактов. Во-первых, следует вспомнить и постоянно учитывать тот факт, что все массивные тела состоят из астрономического количества микроскопических зарядов. Во-вторых, следует учесть, что среда, в

которую погружены все эти микроскопические заряды, является физическим вакуумом. Этот так даже тогда, когда вокруг гравитирующих тел имеется, например, атмосфера. Всё дело в том, что расстояния между элементарными частицами как в газах, так и в жидкостях и в твёрдых телах настолько огромны по сравнению с размерами самих частиц, что, в любом случае, частицы, хотя бы потенциально способные повлиять на те, которые мы будем рассматривать, находятся безумно далеко (на расстоянии миллионов их радиусов). Поэтому мы и не будем их учитывать. А раз так, то явление тяготения должно определяться только свойствами элементарных заряженных частиц, из коих состоят тела, и свойствами физического вакуума, в которое эти частицы погружены. Ограничимся пока только рассмотрением протонов и электронов, из которых и состоит самое распространённое во Вселенной вещество, водород. Что нам известно о свойствах

256

элементарных частиц? Прежде всего, частицы имеют заряд. Кроме того, они имеют размеры. Эти размеры весьма и весьма малы, порядка 10-15 [м] и менее. Заряженные частицы таких размеров, согласно законам электростатики, создают вблизи себя поля огромной напряжённости и с огромным градиентом напряжённости. А что нам известно о самом вакууме? Нам твёрдо известно, что вакуум является практически идеальным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью, равной 8.85·10-12[пф/м]. Все известные науке диэлектрики подвержены одному хорошо известному электрическому явлению: они втягиваются в область более сильного электрического

поля. Как установлено в рамках электростатики, сила F , с которой диэлектрики втягиваются в область более сильного поля, прямо пропорциональна поляризации

диэлектрика P умноженной на градиент напряженности поля и E объём диэлектрика V :

(П6.2) F =V P grad(E) .

Следовательно, если допустить у физического вакуума в сверхсильных полях хотя бы ничтожно малую, но отличную от нуля поляризацию (а это давно развивающаяся физическая теория, например, А. Б. Мигдал «Полризация вакуума в сильных полях и пионная конденсация», УФН, 1977, ноябрь), то придётся признать, что и вакуум должен втягиваться в элементарные заряды. Подобно тому, как притягиваются пылинки и шерстинки к наэлектризованной синеттической одежде. И подобно тому, как притягиваются железные опилки к магниту. Но вакуум вблизи элементарных зарядов не есть «чистый» вакуум. Он, так сказать, «отягощён» электрическим полем этих зарядов. Как мы показали в работах, посвящённых инерции, инерционные свойства присущи именно электрическому полю. Следовательно, электрическое поле вблизи элементарных зарядов имеет массу. С общепринятых сегодняшних физических позиций можно было бы сказать, что электрическое поле имеет энергию, а, следовательно, имеет и массу, согласно

соотношению Эйнштейна E = mc2 . Удельная плотность энергии электрического поля дана во всех учебниках физики и составляет ε 02E 2 V . Значит, некую удельную плотность

массы имеет и тот самый физический вакуум, отягощенный полем, который испытывает втягивание в область более сильного поля. Масса выделенного объёма поля V будет

равна, соответственно ε20cE22

он должен прийти в движение с некоторым ускорением:

(П6.3) F = ma a = mF .

Ускорение это по самой своей природе всегда будет направлено к заряду, вне зависимости от его знака. Таким образом, мы приходим к выводу, что вакуум,

находящийся вблизи элементарных зарядов, приходит в ускоренное движение. Если таких зарядов много в одной области пространства, то вакуум придёт в более ускоренное движение вблизи этой области, поскольку «втягивающие» действия всех зарядов сложатся. В астрономических телах, суммируясь, это ускорение достигнет привычных для нас величин, именуемых ускорениями свободного падения. Такова феноменология механизма, приводящего вакуум вблизи элементарных зарядов в ускоренное движение.

Можно исчислить ускорение a , которое приобретает вакуум вблизи элементарного заряда, например, вблизи электрона:

257

определить, какова же поляризация вакуума P . Поляризация любого диэлектрика определяется, как P(E) = ε0 (ε −1)E и считается линейно зависящей от напряжённости

электрического поля, разумеется, в тех случаях, когда относительная диэлектрическая проницаемость (ε −1) этого диэлектрика не зависит от напряжённости. В нашем случае

диэлектрическая проницаемость вакуума зависит от напряжённости E0 электрического поля вблизи поверхности заряда, радиус которого r0 . Именно эта зависимость и носит

название явления поляризации вакуума. Ну, а коль скоро мы приняли стандартную гипотезу простейшей (линейной) зависимости относительной диэлектрической проницаемости вакуума от напряжённости электрического поля, то, следовательно, P(E) =ηε0 E0 E . Здесь константа η имеет смысл потенции вакуума к поляризации в

электрическом поле и мы называем её поляризуемостью вакуума. Теперь мы можем вычислить выражение П6.4:

Итак, можете видеть сами, что ускорение эфира (вакуума) вблизи заряженной элементарной частицы оказывается квадратично убывающим с расстоянием от частицы,

что и являет собой содержание закона Всемирного тяготения Ньютона. Кроме того, это ускорение обратно пропорционально радиусу r0 элементарной частицы, точно так же как

и инерционная масса. Что внушает нам догадку о том, как будет выглядеть введённая нами постоянная η , когда мы с ней, наконец, разберёмся. А разобраться несложно,

поскольку нам известна гравитационная масса, например, электрона. Гравитационная напряжённость на поверхности электрона g и будет равна ускорению свободного падения

Как видите, величина крайне малая, так что вряд ли её можно измерить в какихлибо прямых экспериментах. Впрочем, кто знает, возможно и найдётся когда-нибудь такой талант, который сумеет это сделать. Осталось определить гравитационную массу электрона:

и увидеть, что она в точности равна той инерционной массе, которую мы определили в работах по инерции. Таким образом, изложенная теория ускорения вакуума вблизи зарядов позволяет вывести как закон Всемирного тяготения, так и принцип эквивалентности масс как простые следствия.

258

Ранее, в работах, посвященных инерции, мы показали, что ускоренное движение заряда относительно окружающего его вакуума вызывает явление самоиндукции, которая «тормозит» ускоряемый заряд и воспринимается наблюдателем, как сила инерции. Поскольку в силу самого принципа относительности неважно, заряд движется относительно окрестного вакуума или сам вакуум движется ускоренно относительно заряда, то в нашем случае возникает всё то же знакомое явление самоиндукции. Только на сей раз самоиндукция воспринимается не как инерционность заряда, а как его «притяжение» к другому заряду. Если некое пробное тело, состоящее из элементарных зарядов, находится вблизи другого такого же тела, то возникнет взаимодействие. Каждый элементарный заряд каждого тела в рассматриваемой паре будет вызывать ускоренное движение вакуума вокруг себя, а каждый элементарный заряд другого тела будет, пребывая в этом ускоренно движущемся вакууме, испытывать силу самоиндукции, направленную к первому телу. И наоборот. В результате возникнет силовое взаимодействие двух систем зарядов с участием вакуума, несмотря на полную суммарную электронейтральность этих систем. Это силовое взаимодействие и воспринимается нами как загадочная сила гравитации. Можно и так сказать, что тяготение есть весьма малое отклонение поведения зарядов от закона Кулона, обусловленное диэлектрическими свойствами самого физического вакуума, в коем эти заряды находятся. Невозможность экранирования гравитации вытекает из очевидной

невозможности остановить движение вакуума.

Итак, с тяготения и гравитации, наконец, сняты последние покровы таинственности, и вы можете теперь ясно видеть простую электрическую сущность этого явления.

259