Гравитация на земле и в космосе

Кузнецов А.И., Кузнецов А. Р.

До Ньютона ученые считали, что имеются два типа гравитации: земная гравитация (действующая на Земле) и небесная гравитация (действующая на небесах). Ньютон объединил эти два типа гравитации, сформулировав закон всемирного тяготения. Согласно закону, все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от химических и физических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. С тех пор понятие гравитации прочно вошло в физику, как один из видов взаимодействия тел или частиц, оказывающих влияние на их расположение или перемещение друг относительно друга.

Поскольку первоначально экспериментальные исследования гравитации заключались в изучении скорости падения тел на Землю с относительно небольшой высоты, а средства измерения имели относительно низкую точность, то результаты часто не отражали фактической сущности процесса. В частности, это касается утверждения об отсутствии влияния плотности тела на скорость его падения. Под действием признанного авторитета Ньютона основная масса ученых того и последующего времени не подвергала сомнению правильность этого закона, хотя отдельные высказывания против него были. Однако, никаких конкретных предложений по его опровержению, уточнению или дополнению долгое время не было высказано.

Одной из главных проблем до настоящего времени считается отсутствие приемлемого объяснения природы и физической сущности этого взаимодействия, которое существует только в виде математической формулы. Ни одна из выдвинутых гипотез не в состоянии была объяснить механизм тяготения.
 
Одна из наиболее популярных гипотез была выдвинута в 1690 году математиком Никола Фатио де Дюилье и в 1756 Жоржем Луи Ле Саж в Женеве. Они предложили простую кинетическую теорию гравитации, которая дала механическое объяснение уравнению силы Ньютона. Из-за того, что работа Фатио оставалась длительное время неопубликованной, а описана Ле Сажем чаще встречается название «гравитация Лесажа» [1, с. 1].

Гипотеза утверждает, что сила гравитации — это результат движения крошечных частиц, двигающихся во Вселенной с одинаково высокой скоростью и интенсивностью во всех направлениях. Изолированный объект A ударяется частицами со всех сторон, в результате чего он подвергается давлению вовнутрь объекта, но не подвергается направленной силе. Однако, в случае присутствия второго объекта B, часть частиц, которые иначе бы ударили по объекту A со стороны B, перехватывается, таким образом объект B работает как экран, т.е. с направления В объект A ударит меньше частиц, чем с противоположного направления. Аналогично, объект B будет ударен меньшим количеством частиц со стороны A, по сравнению с противоположной стороной. То есть, можно сказать, что объекты A и B «экранируют» друг друга, и оба тела прижимаются друг к другу результирующим дисбалансом сил. Таким образом, кажущееся притяжение между телами в данной теории на самом деле является уменьшенным давлением на тело со стороны других тел [1, с. 1].

Сам Ньютон отмечал, что эта теория является лучшим объяснением гравитации, но он склонялся к идее, что действительная причина тяготения не является механической. Очевидно она, как все гениальное, показалась ему слишком простой для Всемирного закона.

Критики теории Лесажа отмечали множество её слабых мест, особенно с точки зрения термодинамики. Джеймс Максвелл показал, что в модели Лесажа энергия частиц непременно перейдёт в теплоту и быстро расплавит любое тело. Анри Пуанкаре подсчитал, что скорость корпускул должна быть на много порядков выше скорости света, и их энергия испепелила бы все планеты [1, с. 1].

У нас вызывает сомнение наличие в космическом пространстве большого количества частиц, движущихся с высокими одинаковыми скоростями во всех направлениях. Могут существовать только отдельные высокоскоростные потоки (звездный ветер), движущиеся строго в определенном направлении. В наше время все эти вопросы легко решаются с использованием искусственных спутников.

Из выше приведенной гипотезы следует, что все пытались объяснить действие гравитации в объеме Вселенной, т.е. во всех направлениях.

Мы считаем, что этот закон (о формуле вообще не говорим) работает только при наличии у небесного тела атмосферы и расположении другого тела внутри ее. Во Вселенной же действуют другие законы движения, о которых написано ниже.

За более чем 300 лет, прошедшие после публикации закона, было обнаружено, что математическая модель гравитации, в том виде, как она записана, внутренне противоречива. Она приводит к парадоксальному выводу о том, что тела под действием собственной силы тяжести должны неудержимо сжиматься. Если бы это имело место в природе, то не было бы никакого развития, а произошло, как это отмечают, но нигде не афишируют ученые, схлопывание, т.е. полное исчезновение материи. Многие ученые - физики и философы назвали это явление величайшим кризисом физики [2, с. 1].
 
Принято считать, что Ньютон смог на основании установленных им законов механики объяснить движение планет, что не удавалось сделать другим на протяжении примерно 2000 лет. Однако, главным недостатком закона всемирного тяготения явилось то, что построенные согласно этому закону системы должны быть неустойчивыми, т.е. не могут существовать в принципе. В рамках математического подхода явления не объясняются. Сам Ньютон не смог объяснить устойчивость орбит планет Солнечной системы, и приписывал эту закономерность божественным силам [2, с. 1].

 При использовании этих законов в практических целях в начале освоения космоса и запуске первых искусственных спутников Земли ученые столкнулись с рядом трудностей. Они заключались в том, что фактическое место нахождение выведенного на орбиту спутника существенно отличалось от рассчитанного на основании установленных законов.

Поскольку других альтернатив не было, то никто не стал утверждать, что это следствие несоответствия математического описания закона тяготения. Ученым для корректировки результатов потребовалось включать в расчеты кроме тяготения и другие силы. Для космических аппаратов это тяга их двигателей, а, при длительном движении в космосе по инерции - давление света и солнечного ветра на антенны и солнечные панели. В некоторых других вопросах приходится считаться с геофизическими свойствами Земли или аналогичными свойствами другого небесного тела [3, c. 8].
 
Поэтому, при изучении движения небесных тел приходится ограничиваться приближенным и последовательным исследованием движения небесных тел. Такой подход получил название метода последовательных приближений, основная идея которого состоит в замене основной, весьма сложной задачи, рядом более простых (но с каждым последующим шагом все более усложняющихся) задач. Следуя этому методу, небесная механика сосредотачивает свое внимание, прежде всего, на силе притяжения, происхождение и природа которой до сих пор неизвестна, но наличие, которой было установлено Ньютоном в законе всемирного тяготения [4, с. 1].

Давно доказано, что нельзя делать упор на положение, высказанное даже очень авторитетным ученым, не убедившись до конца в его правильности. Никто не застрахован от ошибок. Учитывая, что современная наука располагает высокоточным оборудованием, провести экспериментальную проверку такой простейшей математической зависимости не составит затруднений и не потребует много времени. Учитывая, что за последние годы количество высказываний против закона всемирного тяготения сильно возросло, такие исследования просто необходимы.  Однако, почему - то до настоящего времени никто этого не сделал, и все предпочитают заниматься подгонкой данных под имеющиеся результаты. Благо, что есть компьютер, на который можно возложить все эти вычисления.

В настоящее время в небесной механике принято, что основная сила, управляющая движением тел Солнечной системы – притяжение Солнца. Однако, если бы любая планета Солнечной системы испытывала только притяжение Солнца, то ее движение было бы совершенно предсказуемо. Однако, как принято считать, из-за возмущений со стороны других планет их движение происходит непредсказуемым образом [4, с. 1].

Не только мы, но и ряд известных ученых сомневается в наличии гравитационного взаимодействия между телами в том виде, в каком оно представлено формулой, и пытаются найти ему другое объяснение.

Такие попытки предприняты нами, и их суть вкратце изложена в материалах [5, с. 53] и [6, с. 5]. В данной публикации постараемся более аргументированно объяснить наше видение гравитации и закономерностей движения космических тел.

Считаем, что существующее ранее, до открытия Ньютоном закона всемирного тяготения, утверждение ученых, что имеются два типа гравитации: земная и небесная, отличающиеся друг от друга, было правильным.

Как известно, Земля окружена воздушной оболочкой, называемой атмосферой. Каждый горизонтальный слой атмосферы сжат весом верхних слоев. Причину сжатия раскроем ниже. Поэтому давление в нижних слоях атмосферы больше, чем в верхних. Очевидно, что причиной падения яблока на землю, согласно существующей легенды, а также всех других тел, является общеизвестное давление на них выше расположенного столба атмосферы. Известно, что все, расположенные на Земле, предметы и объекты испытывают это давление, которое удерживает их на поверхности. Равноускоренное падение тел в атмосфере, по мере их приближения к земле, вызвано непрерывно увеличивающимся над ними весом атмосферного столба. Это и есть объяснение физической сущности и механизма земной гравитации или иначе закона тяготения.
 
Существующие отличия плотности атмосфер звезд, Земли и других планет, обуславливают значительное различие ускорения свободного падения для их условий. Это свидетельствует о несоответствии названия закона (всемирный) и непригодности его математического описания для оценки движения и взаимодействия тел в космическом пространстве.
 
За пределами атмосферы эта гравитация не действует. Это объясняет наличие там состояния невесомости. Перемещение тел в космосе происходит в основном под действием реактивных сил и энергии движущихся газопылевых потоков.

По нашему мнению, в основе закона распределения планет по орбитам, скоростей их обращения вокруг звезды и вращения вокруг собственной оси лежат принципы, изложенные в гипотезе извержения вулканов и наличия суперзвезд (ГИВиНС) [7, с. 195]. Потоки звездного ветра, извергаемые из звезд, образуют воронку, наподобие вихря или торнадо. При этом по наружной поверхности воронки высокотемпературные потоки звездного ветра движутся с большой скоростью по спирали вверх. В это же время по внутренней поверхности конуса воронки, вращаясь в противоположную сторону вниз движутся «холодные» потоки межпланетного газа и плазмы. Эти потоки обеспечивают давление, удерживающее планеты на орбитах и атмосферу вблизи их поверхности.

Извергающиеся вдоль стен жерла с большой скоростью, вихревые потоки звездного вещества обеспечивают планетам подъемную силу и сообщают им вращательное движение вокруг Солнца и собственной оси по внутренней поверхности конуса (рис. 1).

Расширение конуса воронки способствует увеличению диаметра орбит планет по мере удаления их от поверхности звезды. Существующее в центральной зоне вихря разрежение создает центростремительную силу, удерживающую планеты на круговой орбите [6, с. 5].

Начальная скорость звездного ветра достигает сотен километров в секунду, постепенно снижаясь по мере его удаления, чем объясняется уменьшение скорости движения по орбите планет наиболее удаленных от звезды.

Согласно предложенной гипотезы, обращение и вращение планет Солнечной системы [6, с. 5], а также устойчивость их положение на орбите определяется не силой гравитации, а уравновешиванием воздействия двух противоположно направленных потоков: снизу исходящего от Солнца потока солнечного ветра, вращающегося против часовой стрелки, а сверху опускающегося вниз по внутренней стороне конуса спирального потока межпланетного газа и охлажденной плазмы, вращающегося по часовой стрелке (рис. 1). Стабильное положение планет на орбитах обеспечивается взаимодействием внешнего и внутреннего потоков. Так увеличение скорости наружного потока при коронарных выбросах на Солнце, сопровождается увеличением разряжения внутри воронки, а, следовательно, и пропорциональным повышением скорости опускающегося внутри потока. Это способствует выравниванию сил, действующих на планету снизу и сверху. Аналогично, увеличение количества выбросов с поверхности Солнца, приводящее к снижению скорости опускающегося потока, сопровождается уменьшением их количества и скорости внешнего потока.

В данном случае сила тяготения планет и прочих материальных и газовых частиц к Солнцу обеспечивается движением внутреннего спирального потока, возникающего вследствие создаваемого разряжения внутри конической части воронки.

В качестве подтверждения наличия внутреннего спирального потока можно привести пример движения самолета по спиральной траектории при срыве в штопор и результаты наблюдений движения космических аппаратов. Так в результате действия сопротивления атмосферы спутник начинает спуск по спирали [8, с. 1]. При достижении внешних пределов Солнечной системы первыми космическими аппаратами «Пионер-10» и «Пионер-11» была обнаружена замедляющая сила неизвестной природы, отличная от всех других известных сил, влияющих на аппараты.

Очевидно, используя подъемную силу и скорость внешнего потока, можно добиться значительной экономии топлива и времени при запуске космических аппаратов и выводе их на требуемую орбиту. Знание направления потоков звездного ветра в космическом пространстве и их использование (аналогично океанским течениям) облегчит перемещение космических аппаратов по просторам Вселенной. Для изучения таких потоков можно использовать искусственные спутники Земли.

Наблюдениями со спутников установлено, что в межпланетном пространстве мчится направленный от Солнца поток вещества, получивший название солнечный ветер. Он представляет собой продолжение расширяющейся солнечной короны и состоит в основном из водорода, гелия и электронов. Частицы солнечного ветра летят со скоростями, составляющими несколько сот километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц — туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разреженный межзвёздный газ. Вместе с ветром в межпланетное пространство переносятся и солнечные магнитные поля.

Наиболее вероятно, что движение галактик и других космических тел, т.е. расширение Вселенной, осуществляется за счет звездного ветра в смеси с газами и космической пылью. Именно он служит основной движущей силой ее расширения.
 
Для более точного определения движения космических тел в качестве математической модели предпочтительнее использовать известную в физике и используемую в аэродинамике формулу гидравлического сопротивления [9, с. 129]:

где F – сопротивление движению тела в среде, Н;

       с – коэффициент, зависящий от формы тела, безразмерное число, значение его               
             берется из таблицы или может определяться экспериментально;

       А – площадь наибольшего сечения тела в плоскости перпендикулярной      
              направлению потока, м2;

        с - плотность движущейся среды, в которой находится тело, кг/м3;

        - относительная скорость равная векторной разности скоростей тела и               
             потока, заданных относительно неподвижной системы отсчета, м/с.

По нашему мнению, данная формула соответствует наиболее точному описанию всех процессов и многообразия видов движения тел в космическом пространстве.

Таким образом, в результате проведенного анализа имеющихся литературных данных о тяготении предлагается следующая гипотеза:

 - в основе распределения планет по орбитам, скоростей их обращения вокруг звезды и вращения вокруг собственной оси лежит не гравитация, а воздействие на них двух противоположно направленных потоков: снизу исходящего от Солнца потока солнечного ветра, вращающегося против часовой стрелки, а сверху опускающегося вниз по внутренней стороне конуса спирального потока межпланетного газа и охлажденной плазмы, вращающегося по часовой стрелке;

- тяготение планет и прочих материальных и газовых частиц к Солнцу (звездам) обеспечивается движением вниз внутреннего спирального потока, возникающего вследствие создаваемого разряжения внутри конической части воронки;

- для наиболее точного описания движения тел в космическом пространстве в качестве математической модели предпочтительнее использовать известную в физике формулу гидравлического сопротивления из раздела аэродинамики.

ЛИТЕРАТУРА
1. Википедия. Теория гравитации Лесажа. [Электронный ресурс] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki. [Дата обращение 17.05.2020]. 
2. Фундаментальная физика. Исследования в области теоретической физики. [Электронный ресурс] – URL: http://fphysics.com/o_gravitacii Закон гравитации. [Дата обращение 18.02.2020].   
3. Аносов Д. В. От Ньютона к Кеплеру. - М.: МЦНМО, 2006. - 272 с.
4. Федоров В.М. Тенденции и причины изменений глобального климата земли в современную эпоху. [Электронный ресурс] – URL: [Дата обращение 30.04.2020].   
5. Кузнецов А.И., Кузнецов А.Р. О гравитации и движении тел Вселенной. // Материалы Международной научной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «ХХ Сатпаевские чтения». – Павлодар, 2020. – Т. 4. – С. 49 – 55.
6. Кузнецов А.И. Движение и вращение планет и звезд // Материалы Международной научно-практической конференции «ХI Торайгыровские чтения». – Павлодар, 2019. – Т. 4. – С. 3 – 8.
7. Кузнецов А.И. Общая теория относительности А. Эйнштейна и новые гипотезы // Материалы Международной научно-практической конференции «Х Торайгыровские чтения», посвященной 125-летию С. Торайгырова. – Павлодар, 2018. – Т. 4. – С. 194 – 198.
8. Наблюдение искусственных спутников Земли. Как движутся ИСЗ? [Электронный ресурс] – URL: http://www.sat.belastro.net/glava1/glava1.php. [Дата обращение 30.04.2020].   
9. Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем. – М.: Мир,1982. – 520 с.