Ещё о красном смещении

  Эпиграф «В науке, как в любви: без страсти – ни удовольствия, ни пользы»

  В одном из своих опусов мне приходилось говорить о красном смещении. Но там речь шла о «покраснении» волновых фотонов света, идущих к нам от далёких галактик вселенной. По существующим представлениям, покраснение фотонов света звёзд далёких галактик происходит по причине их ускоренного удаления от нас, разбегания галактик. Чем дальше от нас галактика, тем с большей скоростью удаляется от нас, смещение спектра в красную зону больше. То есть, имеет место доплеровский эффект: при удалении от нас источника каких-либо волн, длина волны вытягивается, «краснеет»; при приближении к нам источника волн, длина волны сжимается, «синеет». «Покраснение» волновых фотонов означает, что фотон теряет свою энергию, длина волны его незначительно вытягивается. Красное смещение, как принято считать, есть доказательство того, что когда-то всё вещество вселенной находилось в одной точке. Точка взорвалась (Большой взрыв), и пошло расширение вселенной во все стороны. Однако у красного смещения спектров излучения далёких галактик могут быть и другие причины, вовсе не разбегание, да ещё с ускорением. Чтобы ускорять такие массы вещества – нужна совершенно безумная энергия. Откуда она берётся – ответить никто не сможет. «Покраснение» волновых фотонов далёких галактик, по-видимому, связано не с доплеровским эффектом, а с тем, что фотонам приходится проходить долгий путь в среде с неоднородностями плотности и давление среды физического вакуума, в газовых и пылевых средах вселенной, пусть и небольшой плотности. В этом пути волновые фотоны теряют энергию, «краснеют», можно сказать, «стареют». Ну не может волновой фотон, пройдя миллиарды световых лет, остаться в первозданном виде, не потеряв ничуть энергии! Нынче среди учёных эта причина красного смещения находит всё больше сторонников.          

   Теперь же хочется сказать о красном смещении в гравитационном поле космического массивного тела. В сети периодически появляются материалы на эту тему с разными толкованиями явления. На то, что частицы света могут взаимодействовать с гравитационном полем массивного тела, якобы первым указал А. Эйнштейн при создании Общей теории относительности, теории гравитации. Это далеко не так. Ещё И. Ньютон в своей книге «Оптика» указывал на вероятность взаимодействия света со средой эфира вблизи  массивных космических тел. Тело изменяет вокруг себя состояние эфирной среды, и корпускулы света, имеющие массу и импульс, взаимодействуют с изменённым состоянием эфирной материи, тормозятся и отклоняются в сторону меньшего давления среды. Ньютон, как видим, наделял корпускулы света массой. Много позже в науке представления о частицах света изменились. Сегодня их называют волновыми фотонами, так как, помимо корпускулярных свойств, фотоны имеют и волновые свойства, природа их   двойственна. И в этом ничего удивительного нет. Фотоны света испускаются возбуждёнными атомами не непрерывным волновым потоком, а волновыми порциями, цугами, локализованными в пространстве, как частицы. Фотоны имеют свою длину волны (частоту) и импульс (энергию движения). Но волновые фотоны не имеют массу покоя, они не могут остановиться, замереть в пространстве. Однако массу они всё же имеют – массу непокоя, если можно так сказать. Импульс есть произведение массы на скорость. То есть, летящий со скоростью света волновой фотон имеет массу непокоя, с которой и взаимодействует гравитационное поле массивного тела.    

   Ослабление энергии света, излучаемого звёздами с сильной гравитацией, было предсказано Джоном Мичеллом в 1783 году. Мичелл также считал свет – корпускулами, как и Ньютон. Позднее подобной темой занимались Лаплас и Зольднер (1801 г.). И лишь в 1911 году А. Эйнштейн в статье о свете и гравитации вывел свой вариант формулы для этого эффекта. Эйнштейн предположил, что потерю энергии фотоном при переходе в область с более высоким гравитационным потенциалом можно объяснить через разность хода времени в точках испускания фотона и приёма фотона. Энергия волнового фотона равна произведению его частоты на постоянную Планка (редуцированную). Таким образом, если время для источника фотона и его приёмника течёт с разной скоростью, то наблюдаемая частота излучения, а вместе с ней и энергия светового кванта, тоже будет различной для приёмника и источника. Вот здесь, в подобном толковании изменения энергии фотоном, хотелось бы с известным учёным поспорить. Ну, если не поспорить, то прояснить некоторые важные моменты.      

   Разность хода времени… Время – не резина, которую можно сжимать и растягивать. Время нематериально. Время связано с материей только через движение, через динамику. Мы отсчитываем время часами. Часы бывают разные, на различном принципе отсчёта «тик-так»: песочные, механические различных систем, электронные различных систем. Единственные часы, ход которых зависит от величины гравитационного потенциала в градиенте гравитационного поля, это маятниковые часы с гирями (анкерный механизм). «Сила тяжести», действующая на поднятую вверх гирю, даёт энергию движения часам. Если гипотетически путешествовать с этими маятниковыми часами по вертикали в гравитационном поле Земли, то, действительно, ход часов будет неравномерным. Для сверки возьмём с собой электронные часы, ход которых не зависит от гравитационного потенциала. С приближением маятниковых механических часов к центру нашей планеты, их ход будет замедляться. В центре Земли часы остановятся, ход прекратится, потому что возникло состояние «невесомости», гиря не оттягивает. Поднимаясь вновь к поверхности Земли, «сила тяжести» возвращается. Поднимаясь с механическими часами над Землёй всё выше и выше, мы увидим, что часы опять стали отставать, ход их замедляется. При выходе далеко в космическое       пространство механические часы вновь остановились, невесомость. Тогда как электронные часы идут равномерно, без изменений. Ничего странного в поведении механических часов нет. Дело в том, что величина ускорения свободного падения g, дающая «силу тяжести» гире, непостоянна в градиенте гравитационного поля: она максимальна на поверхности массивного тела планеты и сходит на нет в центре планеты и далеко за её пределами, где возникает «невесомость». Причина потери энергии фотоном при его движении вверх от массивного тела вовсе не в разности хода времени, а в градиенте динамики среды вокруг массивного тела, точнее, в разности давлений и плотностей среды.   

   Имея сегодня представление о природе гравитационного поля, можно без трудностей уяснить причину потери энергии световыми фотонами. Да, гравитационное поле – это градиент давлений и плотностей квантового физического вакуума, их разность. Сама среда физического вакуума – среда с колоссальным давлением и плотностью, и массивные тела всей суммой своих волновых полей создают в этой среде градиенты, разности давлений и плотностей. В 1960 году в Америке впервые провели опыт по обнаружению красного смещения волновых фотонов в гравитационном поле Земли. Установка размещалась вертикально, высотой 22, 5 метра. Внизу – источник фотонов; вверху – приёмник фотонов. Потом источник и приёмник менялись местами. Когда фотоны посылались вверх, то эффект «покраснения», пусть и очень незначительный, был обнаружен. Фотон терял энергию, длина волны чуть вытягивалась. Опыт показал, что масса непокоя фотона всё же взаимодействует с гравитационным полем. Когда фотоны посылались сверху вниз, то картина была обратная: фотон «синел», фотон получал дополнительную энергию, длина волны сжималась. Если мы рукой подбросим вверх камешек, то он полетит с ускорением, потом затормозится, остановится и вернётся обратно к Земле. Камешек движется в градиенте, в нарастающем давлении и плотности среды. Данная ему энергия движения, сила, на определённой высоте исчерпается, и сила вакуумного давления, направленная вниз, вернёт камешек обратно. Если камешек сбросить сверху, без ускорения, камешек полетит вниз, и получит ускорение уже от самой среды, в изменяющемся градиенте давления и плотности. Плотность и давление среды физического вакуума у поверхности Земли  минимальны. Камешек не притягивается к Земле, а выдавливается давлением среды, туда, где давление среды минимально. Волновой фотон, пущенный вверх или вниз в вертикали гравитационного поля Земли, ведёт себя точно также, хоть и имеет всего лишь массу непокоя. Фотон не тормозится, а теряет или приобретает энергию, длина волны его может меняться в ту или другую сторону, фотон «краснеет» или «синеет». Если на подобной основе обмена фотонами сделать часы, то «тик-так» («покраснение – посинение») в сумме даст ровный ритм, одинаковый, как в обычных часах. Волновые фотоны, посылаемые в горизонтальном направлении в гравитационном поле в прямом и в обратном направлении, никаких изменений в энергии не обнаруживали. К слову сказать, песочные часы тоже имеют свой «тик-так», но очень растянутый во времени. И тоже зависят от гравитационного потенциала, так как струйное падение песочка обусловлено давлением среды, а давление с высотой меняется.   

   Волновые фотоны вблизи чёрных дыр, безусловно, будут испытывать сильное влияние, так как давление в окрестностях чёрной дыры не сопоставимо с давлением вблизи планет и звёзд. Это чудовищное давление будет загонять в чёрную дыру всё, что попадёт под руку, даже волновые фотоны с массой непокоя. И не выпустит фотоны обратно. Градиент давлений и плотностей чёрных дыр – самый крутой из всех градиентов космических тел. Согласно современным представлениям, время в окрестностях чёрной дыры останавливается. Да уж, какое тут время, если из-за колоссального давления на «тик-так» ни у кого и ни у чего нет сил…  Разве что «тик-так» сохраняется у частицы протон, ведь её колебательная динамика дыхания вакуума похожа на часы, прямое и обратное движение в переделах условной сферы планковского масштаба, и, конечно, эта колебательная динамика элементов среды со скоростью света. Революция в физике с наступлением двадцатого века началась с постоянной Планка и с этой странной особенности света – двигаться с постоянной скоростью, с попыток связать это постоянство с принципом относительности  Галилея. Анри Пуанкаре и другие учёные серьёзно задумались о природе времени, об одновременности событий. Синхронизировать часы в разных точках пространства можно световыми сигналами, летящими с постоянной скоростью. Но если сам объект, на котором имеются часы для синхронизации, удаляется от нас со скоростью близкой скорости света, то нам будет казаться, что часы на движущемся объекте будут идти медленней, с запаздыванием; «тик-так» растягивается, удлиняется. И наоборот, если объект приближается к нам со скоростью близкой скорости света, то часы на нём будут идти быстрее, с опережением, «тик-так» сжимается, укорачивается. Вот такое получается «красное» и «синее» смещение с часами! Релятивистские эффекты, эффекты относительности не ограничиваются часами, временем. Если световыми сигналами также измерять линейные размеры движущихся с такой же скоростью тел, то размеры тела, если тело удаляется от нас, как бы «удлиняются» в направлении движения; и если тело приближается к нам, то тело как бы «сжимается», укорачивается. И масса-энергия тела тоже не остаётся постоянной. В сильном гравитационном поле, если тело удаляется от источника поля, то его масса-энергия уменьшается, скорость тела тормозится. Если же тело приближается к источнику поля, то его масса-энергия возрастает. Релятивизм, как теория, возник с неизбежностью, этап развития научной мысли. Но толкование его реальных и мнимых эффектов – задача оказалась непростой. Многое здесь ещё придётся пересмотреть.