Можно ли допустить, что гравитация распространяется со скоростью света и подчиняется законам, принятым нами для электричества? Ответ – да!
Вальтер Ритц
Масса и время... Эти два понятия существуют испокон веков, но смысл их не ясен и поныне. Даже теория относительности, претендующая на их разгадку, даёт лишь самые общие и абстрактные определения, да и то больше в виде формул, выражающих эти понятия количественно. Не зря две прекрасные книги Ф.С. Завельского о природе массы и времени, истории их исследований названы "Масса и её измерение" (М., 1974), "Время и его измерение" (М., 1977). И действительно, путь к их пониманию пролегает через меру. Однако даже на этом этапе не всё однозначно, ибо если в классической физике массу и ход времени считают постоянными, всюду одинаковыми, то в той же теории относительности – переменными, относительными, зависящими от условий. Обнаруживаемое в опытах изменение массы и масштаба времени говорит, на первый взгляд, в пользу теории относительности. Но если справедлива баллистическая теория Ритца (БТР), то и в рамках классической физики эти кажущиеся изменения найдут простое объяснение. Его мы и рассмотрим.
Напомним, что электрон "взвешивают", наблюдая, насколько он отклонится, пролетев между пластинами конденсатора (рис. 1). По известной величине F кулоновской силы и измеренному ускорению a электрона легко найти его массу m= F/a. Но выяснилось, что у электронов, движущихся с разными скоростями, ускорения различны: они тем меньше, чем выше скорость. А поскольку считали, что сила F, действующая на электрон, не зависит от его скорости, пришли к абсурдному выводу, согласно которому по мере разгона электрона растёт его масса. Если же скорость достигнет световой, масса станет бесконечной.
А между тем, как было показано Ритцем [1], куда естественней считать, что разные ускорения электронам придают разные силы, а не массы. Так, если пружинные весы показывают в зависимости от условий (скажем, от высоты) разный вес гири, вряд ли мы сочтём, что меняется её масса. Скорее мы решим, что врут весы, и в действительности меняется сила тяжести. То же и в опытах по взвешиванию электрона, где влияние движения на величину кулоновской силы, в отличие от влияния на массу, кажется вполне возможным. В БТР зависимость силы от скорости – это необходимое следствие предложенной Ритцем модели взаимодействия зарядов. Ведь, если отталкивание зарядов создаётся ударами испускаемых ими со скоростью света частиц (реонов), то частицы эти не смогут догнать электрон, движущийся с той же скоростью c, а значит, не смогут ударно воздействовать на него. Вот и кажется, что масса электрона бесконечна, хотя причина в нулевой силе.
Ещё задолго до Ритца учёные догадались, что электричество по-разному действует на движущийся и покоящийся заряды. На этом, собственно, и строилась прежняя электродинамика Вебера и Гаусса. С приходом полевой, эфирной электродинамики Максвелла от этой плодотворной идеи отказались. Когда же выяснилось, что эфир – это фикция, и, следовательно, основанная на нём максвеллова электродинамика ошибочна, учёные не захотели вернуться к прежним воззрениям на природу электричества, но предпочли согласовывать несогласуемое – максвеллову электродинамику и факт отсутствия эфира. Это и породило по признанию Эйнштейна его теорию относительности и все её парадоксы. Таким образом, отказ от теории относительности не возможен без отказа от электродинамики Максвелла.
Но вернёмся к проблеме массы. В БТР она постоянна, и потому разгон до скоростей равных и больших скорости света, которому в СТО мешает бесконечное нарастание массы, вполне возможен. Значит, быть сверхсветовым межзвёздным ракетам! Более того, сверхсветовые скорости, вероятно, давно уже достигнуты в лабораториях, и лишь расчёт по формулам теории относительности мешает это обнаружить. Так, в тех же опытах по измерению массы электрона его скорость определяли по степени искривления траектории электрона в известном магнитном поле. Но согласно Ритцу, когда скорость частицы приближается к c, начинает меняться и магнитная сила. А потому скорости, найденные по прежним формулам, ошибочны. Ритц полагал, что уже тогда могли наблюдаться сверхсветовые электроны.
Возможность сверхсветовых скоростей подводит нас уже к вопросу о выявленном в опытах изменении масштаба времени. В такого рода опытах время тоже определяют косвенным путём по формуле t= L/v. Конкретнее, измеряют, какой путь L успеет проделать частица, движущаяся со скоростью v, прежде чем распадётся. Выяснилось, что найденное по формуле t= L/v время движения частицы часто превышает известное для неё время жизни (от рождения до распада), причём тем заметней, чем выше скорость частицы. Считается, что это подтверждает вывод СТО об изменении масштаба времени при движении. Якобы, для движущейся частицы время течёт медленнее, и потому она успевает пролететь до момента распада большее расстояние. Но это справедливо лишь в том случае, если скорость частиц найдена верно и не превосходит скорости света. Если же такого ограничения нет, то проще считать, что время жизни не изменилось, величина t= L/v осталась той же, поскольку пропорционально пути L была увеличена скорость частицы v. Так стоит ли удивляться тому, что быстрые частицы проходят больший путь?
Рассмотрим опыт с продлением жизни частиц, названных мезонами. Скорость мезона находят по его кинетической энергии, связанной со скоростью релятивистской формулой E= mv2/2(1–v2/c2)1/2, где m – масса покоя мезона. Действительная же его скорость V должна вычисляться по классической формуле E= mV2/2, откуда V= v/(1–v2/c2)1/4. Если в формуле t= L/V скорость V заменить её выражением через v, получим L/v= t'= t/(1–v2/c2)1/4, то есть формулу близкую к формуле для преобразования масштаба времени, известную из СТО: t'= t/(1–v2/c2)1/2. Значит, продление жизни частиц – это иллюзия (исчезающая, если V найдено классически) и следствие ошибочности формул СТО, связывающих скорость и энергию.
Ну и раз уж речь зашла об энергии, поговорим о вводимом теорией относительности соответствии массы и энергии. Если согласно БТР масса не меняется, как объяснить уменьшение в опытах массы частиц и выделение энергии E= Δmc2? Скажем, при слиянии двух протонов и двух нейтронов в ядро гелия, его масса оказывается меньше суммы масс его частей. Но с точки зрения БТР и здесь изменение массы – явление мнимое. Ведь для взвешивания частиц пользуются всё теми же косвенными электромагнитными методами. И хотя само ядро гелия при взвешивании может лететь не слишком быстро, находящиеся в нём частицы движутся с огромными скоростями. Поэтому сила воздействия на них, когда они внутри ядра, отличается от имевшейся на свободе, другим кажется их вес. Энергия же ядра – это кинетическая энергия составляющих его частиц. И вполне естественно, что она связана с кажущимися изменениями массы: и то и другое одинаково зависит от скорости этих частиц.
Рассмотрим теперь поперечный эффект Доплера. Как известно, движение источника влияет на частоту идущего от него света. В продольном эффекте Доплера изменение частоты f '= f(1+vcos(φ)/c) создаётся продольной составляющей скорости и объясняется классически. Зато в поперечном (рис. 2), где источник движется поперёк луча зрения (φ= 90°), наблюдаемое изменение частоты говорит, якобы, уже о разном ходе времени, возможном лишь в СТО. На самом же деле частоту меняет всё тот же продольный эффект Доплера. Надо лишь учесть, что угол φ, под которым свет испускается источником к наблюдателю, в действительности не π/2, а чуть больше. В БТР скорость света складывается со скоростью источника, и потому, дабы свет дошёл до нас, он должен выходить под углом α к лучу зрения. И хоть угол этот мал, cos(φ) всё же уже не нуль: cos(φ)= cos(90°+ α)= -sin(α)= -v/c, откуда f '= f(1– v2/c2). Длина волны, напротив, вырастет: λ'= c'/f '= с(1– v2/2c2)/f(1– v2/c2)= λ(1+ v2/2c2). Именно такие изменения, вполне объяснимые с позиции БТР, и наблюдались в опытах.
Осталось выяснить, что же представляет собой масса, какова природа гравитации. В настоящее время можно считать доказанным, что скорость распространения гравитации равна скорости света. Уже одно это наводит на мысль, что гравитация имеет электромагнитную природу, что её, подобно электрическому воздействию, переносят реоны, источаемые зарядами со скоростью света. Так, Ритц упоминает следующую интересную идею физика И. Целльнера. Известно, что в каждом теле положительных и отрицательных зарядов точно поровну, и потому силы электрического притяжения и отталкивания между двумя телами должны уравновешивать друг друга. Но что если сила притяжения двух разноимённых зарядов слегка превосходит силу отталкивания двух таких же по величине, но одноимённых? Тогда суммарная сила взаимодействия между всеми зарядами двух тел будет сближать их.
Как такое возможно, показывает реонная модель взаимодействия. Рассмотрим для начала два одноимённых заряда. Пусть один электрон "стреляет" реонами в другой, тем самым отталкивая его. Реон массой m, попав в электрон массой M и поглотясь им, передаёт ему свой импульс mc. После удара электрон приобретёт скорость V1 и массу M+m, причём его импульс (M+m)v= mc, откуда V1= mc/(M+m). Если же заряды разноимённые, то они, как было показано в [1], должны и массы иметь разного знака, и реоны испускать соответствующие. После поглощения реона с антимассой (-m) масса электрона станет M-m, а значит он приобретёт скорость V2= mc/(M-m), превышающую V1. Иными словами, действие электрического притяжения и впрямь чуть больше действия отталкивания (рис. 3).
В итоге, две нейтральные системы, состоящие каждая из электрона и позитрона, после взаимообмена реонами станут сближаться со скоростью v= V2– V1= 2cm2/M2 (при условии, что реон много легче электрона). Другими словами, такие нейтральные системы будут притягиваться (рис. 4). И точно так же должны притягиваться любые два тела, состоящие из атомов, причём сила притяжения будет пропорциональна числу элементарных зарядов первого и второго тела, то есть, в конечном счёте, массам этих тел. Если причина тяготения в этом, то отсюда легко выразить массу реона. Мы выяснили, что один электрон придаёт другому с каждым попаданием реона скорость V= cm/M (с учётом малости m). В то же время в двух нейтральных системах электрон-позитрон каждый реон в среднем сообщает системе скорость v= cm2/M2. То есть оказываемое одним реоном электрическое воздействие больше гравитационного в V/v= M/m раз – во столько же, во сколько электрон тяжелее реона. Поскольку электрическое взаимодействие F двух электронов сильней гравитационного G в 1042 раз, то примерно столько реонов должен содержать один электрон. В таком случае понятно, почему электрон, постоянно источающий мириады реонов, почти не теряет в весе.
Итак, на базе БТР не только магнитные, но и гравитационные эффекты удаётся объяснить как сложные проявления электрических. Становится понятной причина равенства скорости распространения гравитации и света. На базе БТР уже можно строить единую теорию поля, которую не смог создать Эйнштейн. В своей работе 1908 г. Ритц, вплотную подойдя к идее такого объединения, сумел объяснить и некоторые релятивистские гравитационные эффекты. В самом деле, если гравитация имеет электрическую природу, то к ней применимы законы электродинамики. И Ритц их успешно применил, задолго до Эйнштейна объяснив вековое смещение перигелия Меркурия и предсказав величину смещения для других планет по выведенной им формуле, лишь семь лет спустя найденной Эйнштейном.
Согласно Ритцу поворот орбиты Меркурия (рис 5) вполне объясним классически. Известно, что Меркурий движется вокруг Солнца S с огромной скоростью (v порядка 50 км/с). Если сила тяготения имеет электрическую природу, то движение Меркурия меняет величину этой силы, как в случае электрического воздействия [1]. Из-за малого изменения силы притяжения Солнца движение Меркурия слегка искажается, что и приводит, согласно Ритцу, к медленному смещению перигелия P. Если в покое сила тяготения равна F, то для движущейся со скоростью v планеты (рис. 6), она вырастет пропорционально квадрату скорости встречных реонов: F'= F(c'/c)2= F(1+ v2/c2). Квадрат скорости Меркурия легко выразить через радиус его орбиты r, массу Солнца M и гравитационную постоянную G: v2= GM/r, откуда F'= F(1+ GM/rc2). То же выражение (для случая GM/rc2 малого в сравнении с единицей) получил и Эйнштейн, нашедший с его помощью правильную величину векового смещения [2]. Указав на применимость законов электродинамики к гравитации, Ритц по сути дела предсказал и гравитационные волны, и гравитационный аналог магнитного поля. Вообще же, об электромагнитной природе гравитации догадывались давно [3]. Ещё Кеплер, предположив у планет силу тяготения и закон изменения её, считал эту силу магнитной природы.
Затронув гравитацию, нельзя не коснуться и проблемы времени. Согласно общей теории относительности (ОТО) тяготение, так же как и движение, способно влиять на ход времени [4]. Более того, в опытах удалось обнаружить это влияние. Так, к примеру, был произведён следующий опыт. На земле и на борту самолёта устанавливали одинаковые синхронизованные атомные часы. Самолёт поднимался в воздух и, проведя некоторое время в полёте, приземлялся, после чего показания часов сверялись. При этом выяснилось, что часы, побывавшие в небе, ушли вперёд. Получалось, что на высоте нескольких километров время течёт чуть быстрее, чем возле поверхности Земли. Этот результат, казалось бы, и качественно и количественно подтверждал теорию относительности.
И всё же эти опыты отнюдь не свидетельствуют, что гравитационное поле способно влиять на ход времени. Логичнее предположить, что ход времени везде одинаков, и причина только в часах, в их устройстве. Именно на часы, а не на само время влияет гравитация. Так, если бы мы использовали в опыте не атомные, а простые маятниковые часы, то обнаружили бы, что часы, побывавшие на высоте, наоборот, отстали, причём заметно. И тоже дело было бы в гравитации, ибо, чем меньше ускорение g, тем меньше частота колебаний маятника. Однако из этого никто не заключает, что возле земли время течёт быстрее, чем вдали от неё.
Спрашивается, можно ли верить в непогрешимость атомных часов? Можем ли мы поручиться, что на их показания не влияет гравитация? Напротив, есть все основания считать, что тяготение влияет на ход атомных часов. В качестве эталона времени в таких часах выступает атом, точнее частота колебаний электрона в нём. Но доказано, скажем эффектом Зеемана, что электрические и магнитные поля, действуя на электрон, способны влиять на эту частоту. Так что гравитация, особенно если она электромагнитной природы, тоже должна управлять ходом таких часов (это влияние можно даже рассчитать) – именно ходом часов, процессов, но не самого времени. Часов точней атомных пока нет, но когда такие часы, работающие на ином принципе и не подверженные действию гравитации, появятся, то они покажут, что атомные часы на высоте врут не хуже маятниковых, хотя и меньше.
Согласно ОТО на ход часов, подобно гравитации, влияет также их ускорение. Но ведь и ход маятниковых часов зависит от ускорения в той же мере, что и от силы тяжести. Итак, в опытах всегда меняется ход часов (маятниковых и атомных), а не времени. Надо к тому же помнить, что может проявиться и описанный в [5] эффект Ритца, согласно которому на частоту излучения атомов кроме скорости влияет ещё их ускорение. Сдвиг частоты, предсказываемый БТР, часто совпадает с найденным в опытах.
Упомянув о родстве гравитации и ускорения, нельзя не сказать об инерции. В самом деле, отчего тело сопротивляется воздействию? Почему для ускорения предмета надо приложить к нему силу пропорциональную ускорению? Ритц, подобно Лоренцу, допускал, что инертная масса тела, может в принципе иметь электромагнитную природу. Он рассмотрел следующий механизм рождения инерции. Пусть два связанных заряда поливают друг друга реонным "огнём" (рис. 7). В такой системе силы F взаимного отталкивания зарядов уравновешивают друг друга. Но, ускоряя систему, мы это равновесие нарушаем. Воздействие на передний заряд, который реонам приходится догонять, снижено. Задний же заряд, напротив, сам движется навстречу реонам – их ударное воздействие на заряд увеличено. Силы, подобно частотам в эффекте Ритца [5], изменяются пропорционально (1± aL/c2), только в квадрате.
Результирующая сила ΔF= 4FaL/c2 направлена против движения и пропорциональна величине ускорения a. То есть возникает своего рода электрическая сила инерции. Может, фиктивная сила инерции Fин, вводимая иногда для удобства в механике, реальна? Ускорение тела будет расти до тех пор, пока сила инерции не уравновесит все прочие силы – ситуация как в статике. Если гравитационная и инертная массы имеют чисто электрическую природу, то понятно, почему они эквивалентны: обе пропорциональны числу заряженных частиц тела. Примечательно, что при соединении электрона с позитроном, их притяжение, напротив, заставит систему мгновенно ускориться и уйти в бесконечность. Быть может, поэтому исчезают, аннигилируют электрон и позитрон при контакте. Кстати, вопрос об отрицательной массе позитрона, затронутый в [1], тесно примыкает к вопросу о природе времени. Так, некоторые считают античастицы теми же частицами, только движущимися назад во времени, отчего все процессы для них текут в обратном направлении. Вот и ведут они себя наоборот, словно в кино, пущенном задом наперёд. О предположениях учёных в отношении антимассы и античастиц можно прочесть в книге Р. Подольного "Чем мир держится?" (М., 1978, с. 172).
Впрочем, рассуждать о природе массы и времени следует весьма осторожно. К этому призывал и Ритц. Допуская электромагнитную природу массы, он всё же склонялся к мнению, что инерция – это самостоятельное свойство тел. Так что предложенные здесь модели отнюдь не решают проблему массы и времени, но лишь ставят её ребром, дают взгляд с позиций БТР на то, каким это решение могло бы быть. Когда же придёт реальное понимание природы массы и тяготения, автоматически решится и проблема антигравитации. А в свойствах античастиц видится даже путь к построению машины времени и телепортёра.
Сергей Семиков
1. Семиков С. О природе электричества и магнетизма // "Инженер" №1, 2006.
2. Брагинский В.Б. Удивительная гравитация. – М.: Наука, 1985.
3. Визгин В.П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование). – М.: Наука, 1981.
4. Чернин А.Д. Физика времени. – М.: Наука, 1987.
5. Семиков С. Ключ к загадкам космоса // "Инженер" №3, 2006.
