[вернуться к содержанию сайта]
Ныне очень модно говорить о тёмных материях и энергиях, о нейтронных звёздах, гравитационных линзах и чёрных дырах, якобы открытых в космосе. Их теоретические модели сложны, их свойства ошеломляющи и ни на что не похожи. Но разве задача учёных не в том, чтобы вместо сложных, с оттенком мистичности, объяснений космических чудес искать наиболее простые и естественные решения?
Такие рациональные решения загадок космоса даёт баллистическая теория Ритца (см. статью “Смещение без разбегания. Ритц против Доплера” в “ТМ” №12 за 2010 г.).
Сейчас распространено мнение, что теория Ритца давно отвергнута экспериментами, и незачем поднимать её из пыли веков (см. статью Владимира Глушко “Не Доплер, но и не Ритц” в “ТМ” №2 за 2011 г.). Но на самом деле интерес к ней не убывает (см., например, “ТМ” №№4, 10 за 2001 г., №3 за 2002 г.), и для этого есть более чем серьёзные основания. Такие авторитетные учёные, как президент АН СССР С.И. Вавилов и академик РАН А.М. Бонч-Бруевич отмечали, что прямых опровержений баллистической теории нет (см. “Успехи Физических Наук” 2001 №10). А отказ от теории вошёл в учебники лишь потому, что Вальтер Ритц погиб в возрасте 31 года, едва опубликовав в 1908 г. теорию и не успев ответить критикам.
То, что обычно именуют баллистической гипотезой о сложении скорости света со скоростью источника, по сути, есть классический принцип относительности Галилея в приложении к свету. Галилей, вслед за классиками-атомистами (Демокрит, Эпикур, Лукреций), счёл свет потоком частиц, испущенных источником. По Галилею, их скорость есть векторная сумма двух движений: скорости V источника света относительно наблюдателя и скорости C световых частиц относительно источника. На этом принципе, объяснявшем опыт Майкельсона, Ритц и построил корпускулярную электродинамику, связав воедино электрические, магнитные и гравитационные силы.
Это не удалось даже Эйнштейну, с которым Ритц учился в Цюрихском политехе и задолго до которого объяснил аномалию Меркурия и другие релятивистские эффекты.
Раскрыл Ритц и природу электромагнетизма: электроны, словно бенгальские огни, разбрасывающие искры, источают со скоростью света элементарные частицы (реоны), несущие своими ударами электровоздействие от заряда к заряду. Колебания заряда периодично меняют скорость источаемых им реонов, а значит, и силу электрического воздействия на другие заряды, подобно тому, как взмахи бенгальским огнём циклично меняют силу и направление потока искр. Это колебательное воздействие от периодичного потока реонов и есть свет!
Так Ритц первым увязал корпускулярную и волновую модели света: поток света – это периодично модулированный поток частиц, летящих относительно источника со скоростью C и несущих световые волны – волновое распределение частиц в пустоте.
Такие волны, несомые потоком свободно летящих частиц, давно известны в СВЧ-технике. Простая их модель – это периодичная цепочка пуль в очереди из автомата или волновой поток свободно летящих капель из рассекателя душа, если быстро водить им вправо-влево. Аналогично источник света источает волновой поток реонов R (от греч. Rheos – “течение”, “поток”).
Итак, вся электродинамика и оптика вытекают из классического принципа относительности. Другое его следствие (не гипотеза!) – это эффект Ритца.
Пусть начальная скорость источника равна нулю. Тогда первый луч света полетит к наблюдателю, находящемуся на расстоянии L, со скоростью С, достигнув его за время t1=L/C. Если a – лучевое (направленное от наблюдателя) ускорение источника, то через мгновение T источник наберёт малую скорость удаления V=aT, снизив скорость второго луча света до C–V. Посланный в этот момент второй луч достигнет наблюдателя через время t2=T+L/(C–V)≈ T+L/C+LV/С2 после вылета первого. А меж приёмом двух лучей пройдёт время T'=t2–t1=T(1+La/С2).
Это и есть эффект Ритца, меняющий период и частоту видимых процессов, включая световые колебания.
И вот что важно. Хотя расстояние L почти не менялось из-за мизерной скорости источника, период световых сигналов, вопреки мнению Глушко, сильно изменится, если L велико. Поэтому эффект Ритца ярко проявляется на космических масштабах L, хотя бы в виде красного смещения галактик (изменение периода T световых колебаний меняет их частоту f=1/T и длину волны света λ=СT). Эффект Ритца дополняет эффект Доплера, и даже важнее его в космосе, ибо преобразует частоту при малых скоростях и ускорениях. Само красное смещение галактик и значение постоянной Хаббла, совпавшее с предсказанным по Ритцу, подтверждает влияние скорости источника на скорость света.
Забавно, что эти и другие верные предсказания теории Ритца долго считали её просчётами. Так, многие учебники повторяют ложное мнение астронома Де Ситтера, будто теорию Ритца опровергают двойные звёзды, в которых одна звезда кружится по орбите возле другой. По Ритцу звезда сообщит свою скорость свету, и, удаляясь, станет видна чуть позже, а приближаясь,– чуть раньше срока. Тогда видимое движение звёзд исказится: равномерное вращение звезды по круговой орбите покажется неравномерным, словно звезда летит по эллипсу, вытянутому к Земле. У иных звёзд запоздание света от первого положения и опережение от второго так велико, что свет от них приходит одновременно: звезда видна сразу в нескольких точках орбиты.
Де Ситтер сказал: “Раз я ничего такого в космосе не вижу, то теория Ритца ошибочна”. Но, как верно тогда говорили: “Невежество не есть аргумент”...
Де Ситтер изучил куцую, удобную ему выборку звёзд. Поэтому немецкие астрономы Э. Фрейндлих и П. Гутник сразу его поправили, сообщив, что реально у большинства звёзд найденные орбиты как раз вытянуты в сторону Земли, их форма искажена: это так называемый эффект Барра1. То есть двойные звёзды подтверждают теорию Ритца, хотя порой зависимость скорости света от скорости источника ослаблена; это выяснил в 1962 г. американский физик Дж. Фокс.
Он показал, что полученная светом лишняя скорость гасится облаками межзвёздного газа, которые переизлучают свет звезды, и далее он летит со скоростью C. Именно переизлучение света атомами вещества меняет скорость света в воздухе, стекле и других средах. Оттого и не могли проверить теорию Ритца в земных условиях, замеряя скорость света не от источника, а от промежуточных сред. Лишь в вакууме открытого космоса эффекты теории Ритца хорошо заметны, как показала радиолокация Венеры и хаббловский закон красного смещения галактик. Но и там есть следы газов, влияние которых копится по мере движения света, и на больших дистанциях видны отклонения от закона Хаббла: у самых далёких галактик смещение меньше положенного. Дабы объяснить эту аномалию, астрофизики и выдумали “тёмную энергию”, якобы заставляющую Вселенную не просто расширяться, но ещё и ускоренно.
А эффект Ритца объясняет всё классически и без лишних гипотез.
Эффект Ритца предсказывает красное смещение и в спектрах звёзд, в том числе у Солнца. Ведь излучающие и переизлучающие атомы их атмосфер летят с ускорением свободного падения, направленным от нас, к центру звезды, отчего их спектральные линии съезжают в сторону длинных волн. Изменение длины волны вдобавок отклоняет лучи возле Солнца – таким же образом луч света изгибается в неоднородной среде, меняющей длину волны. Найденные из эффекта Ритца величины красного смещения и отклонения света у Солнца совпадают с измеренными. Выходит, ещё в 1908 г. из теории Ритца, в рамках классического подхода, вытекали эффекты, открытые позднее и объяснённые Эйнштейном более сложным образом.
По Эйнштейну истолковали и так называемые “гравитационные линзы”, в которых иные галактики бывают видны сразу в ряде мест, – якобы потому, что некое массивное тело, искривляя лучи, даёт ряд изображений. Но эта трактовка не объясняет число изображений, их форму. Зато феномен понятен из теории Ритца, где впервые было предсказано умножение изображений.
Де Ситтер счёл, что, раз звёзды в телескопе не двоятся, не троятся и не упятеряются, то теория Ритца ложна. Как показал В.И. Секерин, разрешающей способности прежних телескопов и не хватило бы для выявления эффекта у звёзд. Зато у галактик и квазаров, когда умножение изображений всё же открыли, применив более сильные телескопы и радиотелескопы, никто не связал это с теорией Ритца, верно предсказавшей видимую структуру изображений – все они лежат и движутся вдоль эллипса орбиты, по которой летит звезда, квазар или галактика.
Движение по орбите меняет число изображений, вызывая резкие колебания яркости двойной звезды: её свет мигает с периодом, равным орбитальному. Как показал в 1920-х Ла Роза и в 1980-х Секерин, видимая яркость может меняться и плавно. По эффекту Ритца весь свет, испущенный звездой за время T, воспримется наблюдателем за интервал T'=T(1+La/С2), сжатый или растянутый в разы. По закону сохранения энергии видимая яркость звезды будет пропорционально расти или падать: орбитальное движение, циклично меняя лучевое ускорение a звезды, меняет её видимую яркость. Звезда, летя по орбите и сообщая лучам света разные скорости, концентрирует свет на одних участках пути и разрежает на других. Аналогично трамваи, выходя из депо по расписанию, копятся от разницы скоростей на одних участках пути, исчезая на других, отчего подходят к далёкой остановке то интенсивно, то редко. Так и земной наблюдатель увидит, что интенсивность и частота излучения далёкой звезды то растёт, то падает, что считали аргументом против теории Ритца.
На деле такие переменные звёзды, регулярно меняющие яркость и цвет, названные цефеидами, давно открыты Гудрайком и Белопольским, связавшим мигание с движением звёзд по орбите. Эддингтон отверг их теорию, посчитав цефеиды пульсирующими, будто сердце, звёздами, несмотря на ряд противоречий. А эффект Ритца без лишних гипотез объяснил все свойства цефеид, например, синее смещение спектра излучения цефеиды при повышении яркости. Если прежде это объясняли нагревом звезды, то по Ритцу звезде не нужно физически меняться. Колебания её цвета и яркости – такая же иллюзия, как мерцание обычных звёзд.
Ещё ярче эта иллюзия, если весь свет, испущенный звездой за время T, при a≈–С2/L, воспримется в предельно сжатый миг T'=T(1+La/С2)≈0. Как звук истребителя, излучённый в разные моменты, приходит к зрителю единовременно и ощущается как взрыв, так и свет звезды от аккумуляции во времени усилится в миллионы раз и воспримется как взрыв звезды. Такие “взрывные” звёзды реально открыты астрономами в виде вспышек новых и сверхновых звёзд. Теория Ритца предсказала все их особенности, включая повторные вспышки новых. Конечно, звезда не может раз за разом “взрываться”, она лишь циклично проходит точку орбиты, где ускорение a≈–С2/L рождает “вспышки”. Сжатие периода T' по эффекту Ритца провоцирует и рост частоты излучения f'=1/T', объясняя рентгеновское и гамма-излучение вспышек как оптическое излучение звезды, повысившее частоту в миллионы раз.
Таким же образом и рентгеновские вспышки барстеров, пульсаров, для которых астрономы выдумали ворох гипотез, теория Ритца трактует как свет двойных звёзд, на каждом витке орбиты преобразуемый ритц-эффектом в рентгеновы лучи. Не зря спектр вспышек барстеров подобен спектру горячей звезды, сильно сдвинутому в синюю область.
Да и пульсары, периодично шлющие радиоимпульсы, могут оказаться двойными звёздами, свет которых сбавил частоту в миллионы раз по эффекту Ритца. Он же объясняет радиоизлучение квазаров и радиогалактик как свет простых галактик, переведённый в радиодиапазон. Решает эффект и загадку крайне малого (в доли секунд) периода следования вспышек пульсаров. Импульсы повторяются с периодом обращения двойной звезды T, но если обе звезды ускоренно движутся вокруг третьей, то видимый период T' обращения и вспышек может сжаться в миллионы раз. Астрофизики же почитают пульсары за невидимые сверхплотные нейтронные звёзды, вертящиеся с немыслимой частотой.
Гипотезу сверхплотных звёзд (белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр) часто призывали для толкования космических аномалий. Так, ряд источников рентгеновского излучения сочли чёрными дырами – гипотетическими объектами, тяготение которых не выпускает даже свет, откуда их название. Но, вместо чёрных дыр и сложных механизмов генерации ими рентгеновских лучей, проще признать, что это обычные звёзды, наблюдаемые в рентгеновском диапазоне по эффекту Ритца.
Тяготением сверхмассивных чёрных дыр и невидимой тёмной материи ныне объясняют и сверхбыстрые движения звёзд в центрах галактик. Но и это, видно, иллюзия, вызываемая эффектом Ритца, по которому движение звёзд, занимающее время T, наблюдается за время T', как угодно малое; смещение звезды может выглядеть и мгновенным. В этом же разгадка “сверхсветовых” выбросов галактик. К завышению скорости звёзд ведёт также и сдвиг их спектров по эффекту Ритца, подобно мнимому разлёту галактик.
Итак, все чудеса космоса нашли простое объяснение на базе эффекта Ритца. Цефеиды, новые и сверхновые звёзды, гравитационные линзы, пульсары, квазары, радиогалактики, барстеры, источники рентгеновских и гамма-лучей, красное смещение звёзд и галактик, искривление световых лучей – всё это в деталях предсказал классический принцип относительности Галилея в применении к свету звёзд, крутящихся по орбитам.
По принципу “бритвы Оккама” столь простое классическое объяснение предпочтительней сложных кванторелятивистских толкований…
В завершение – два слова о практическом значении классической теории. Если немного подумать, она подсказывает, как создать земные аналоги космических трансформаторов света.
7 мая 2010 г. на конференции по радиофизике в ННГУ автор предложил схему частотного трансформатора – вакуумного баллона, преобразующего свет импульсного лазера.
После рассеяния на электронах, ускоряемых электрическим полем E≈106 В/м, свет на пути L в баллоне переводится по эффекту Ритца в радио-, ИК, УФ, рентгеновский или гамма-диапазон. Частоту излучения можно плавно перестраивать, меняя величину, направление ускоряющего поля и длину пролёта L до переизлучающей пластины. Раз эффект Ритца не требует высоких скоростей электронов, то для повышения КПД трансформации света поле можно налагать импульсами, синхронно с импульсами лазера.
Электрические затраты можно вовсе исключить, если вызывать ускорение a≈±C2/L≈1017 м/с2 световым давлением со стороны сфокусированного лазерного пучка на микрочастицы: свет и ускоряет их, и трансформируется ими по эффекту Ритца после переизлучения.
…Похоже, наступило время серьёзного возврата к механике Галилея и к теории Ритца. Ведь они не только решают загадки космоса, оптики и электродинамики, но и открывают пути создания техники будущего.
Сергей Семиков
Дата установки: 18.06.2011
[вернуться к содержанию сайта]
