Спросите Итана: если масса искривляет пространство-время, как оно распрямляется обратно?
Кривизна пространства-времени вблизи любого массивного объекта определяется комбинацией массы и расстояния до центра масс. Необходимо учесть и другие параметры, такие, как скорость, ускорение и другие источники энергии.
Материя сообщает пространству, как искривляться, а искривлённое пространство сообщает материи, как двигаться. Это основной принцип ОТО Эйнштейна, впервые связавшей такое явление, как гравитация, с пространством-временем и относительностью. Поместите массу в любой точке Вселенной, и пространство вокруг неё отреагирует искривлением. Но если убрать массу или передвинуть её, что заставляет пространство-время «вставать на место», принимая неискривлённое положение? Такой вопрос задаёт наш читатель:
Нас учат, что масса деформирует пространство-время, а кривизна пространства-времени вокруг массы объясняет гравитацию – к примеру, объект на орбите вокруг Земли на самом деле движется по прямой, лежащей в искривлённом пространстве-времени. Допустим, это имеет смысл, но когда масса (вроде Земли) двигается через пространство-время и искривляет его, почему пространство-время не остаётся искривлённым? Какой механизм распрямляет этот участок пространства-времени, когда масса двигается дальше?
С этим вопросом связано много интересного, и ответ на самом деле может помочь вам понять, как работает гравитация.
Кривизну пространства, придаваемую ему планетами и Солнцем в нашей Солнечной системе, необходимо учитывать в процессе любых наблюдений, которые может делать космический корабль или иная обсерватория. Эффекты ОТО, даже самые малые, игнорировать нельзя.
Сотни лет до Эйнштейна нашей лучшей теорией гравитации была Ньютоновская. Концепция Вселенной от Ньютона была простой, прямолинейной и философски не удовлетворяла многих. Он заявлял, что две любых массы Вселенной, вне зависимости от их расположения и удаления, мгновенно притягивают одна другую при помощи обоюдной силы, известной, как гравитация. Чем более массивна каждое тело, тем больше сила, а чем дальше они расположены, тем меньше сила (убывающая с квадратом расстояния). Это применимо ко всем объектам Вселенной, и закон всемирного тяготения Ньютона, в отличие от всех остальных существовавших альтернатив, идеально совпадал с наблюдениями.
Закон всемирного тяготения Ньютона, заменённый теорией относительности Эйнштейна, основывался на мгновенности действия сил на расстоянии
Но он ввёл идею, которую многие величайшие умы того времени не могли принять: концепцию действия на расстоянии. Как могут два объекта, расположенные в разных концах Вселенной, внезапно и мгновенно оказывать друг на друга воздействие? Как они могут взаимодействовать на таком большом расстоянии, чтобы между ними ничего не было? Декарт не мог принять эту концепцию, и вместо неё сформулировал иную, в которой существовала среда, по которой распространялась гравитация. Он утверждал, что космос заполнен некоей материей, и когда через неё двигается масса, она смещает материю и создаёт вихри – это была ранняя версия эфира. Эта теория стала первой в длинной линейке того, что позже назовут механическими (или кинетическими) теориями гравитации.
В версии гравитации от Декарта пространство было заполнено эфиром, и только его смещение могло объяснить гравитацию. Эта идея не привела к формулировке гравитации, совпадавшей с наблюдениями.
Конечно, концепция Декарта оказалась неверной. Полезность физической теории определяет совпадение с экспериментом, а не наша предрасположенность к определённым эстетическим критериям. Когда появилась ОТО, она фундаментально изменила картину, нарисованную законами Ньютона. К примеру:
Кривизна пространства-времени означает, что часы, расположенные глубже в гравитационном колодце – и, следовательно, в сильнее искривлённом пространстве – работают со скоростью, отличной от часов, расположенных в менее глубоком, менее искривлённом месте пространства.
Если бы Солнце внезапно исчезло из Вселенной, мы некоторое время не узнали бы об этом. Земля не улетела бы сразу по прямой; она продолжала бы вращаться вокруг местоположения Солнца ещё 8 минут и 20 секунд. Гравитацию определяет не масса, а кривизна пространства, которую определяет сумма всей материи и энергии, находящейся в нём.
Если бы вы убрали Солнце, пространство перешло бы из искривлённого в плоское состояние, но эта трансформация идёт не мгновенно. Пространство-время – это ткань, и переход должен происходить в виде некоего резкого движения, отправляющего очень большие волны – гравитационные – по Вселенной, которые распространяются по ней, как рябь по поверхности пруда.
Каждая волна, распространяющаяся в среде или в вакууме, обладает скоростью распространения. Не бывает бесконечной скорости, и, в теории, скорость распространения гравитационных волн должна совпадать с максимальной скоростью, разрешённой во Вселенной: со скоростью света.
Скорость распространения волн определяется так же, как определяется скорость всего в теории относительности: их энергией и массой. Поскольку гравитационные волны не имеют массы, однако имеют конечную энергию, они должны двигаться со скоростью света. А это значит, что Земля на самом деле не привязана напрямую к местоположению Солнца в пространстве – она привязана к тому месту, где Солнце было чуть больше 8 минут назад.
Гравитационное излучение появляется всякий раз, когда одна масса движется по орбите вокруг другой, поэтому за достаточно долгое время орбиты уменьшаются. Когда-нибудь в будущем Земля по спирали упадёт на то, что останется от Солнца, если до этого никакое тело не выкинет её с орбиты. Земля привязана к тому месту, где Солнце было порядка 8 минут назад, а не к тому, где оно находится в данный момент.
Это странно, и потенциально является проблемой, поскольку Солнечную систему мы изучили довольно хорошо. Если бы Земля была привязана к местоположению Солнца, которое оно занимало ≈ 8 минут назад согласно законам Ньютона, то орбиты планет не совпадали бы с наблюдениями. Однако ОТО отличается ещё и в другом аспекте. Для расчётов необходимо учесть скорость движущейся по орбите вокруг Солнца планеты.
К примеру, Земля, поскольку она также двигается, в каком-то смысле «катается» на этих волнах, идущих сквозь пространство, опускаясь не там, где её подняло до этого. В ОТО есть два новых явления, которые сильно отличают её от Ньютоновской: на восприятие объектом гравитации влияет скорость каждого объекта, а также изменения в гравитационном поле.
Ткань пространства-времени, с волнами и деформациями, происходящими из-за присутствия масс. Ткань пространства, конечно, искривляется, но при движении масс через изменяющееся гравитационное поле происходит много интересного.
Если вы хотите подсчитать кривизну пространства-времени в любой точке пространства, ОТО позволяет вам сделать это, но вам сначала нужно кое-что узнать. Вам нужно узнать расположение, величину и распределение всех масс Вселенной, точно так, как требовал Ньютон. Кроме того, вам нужна информация о следующем:
Эволюцию пространства-времени и работу гравитации определяет не только положения и величины масс, но ещё и то, как они двигаются относительно друг друга и ускоряются в изменяющемся гравитационном поле.
У этого искривления и распрямления есть свои издержки. Ускоряющаяся Земля не может просто так двигаться в изменяющемся гравитационном поле Солнца без последствий. Они существуют, хотя и маленькие, и их можно измерить. В отличие от теории Ньютона, по которой Земля должна описывать замкнутый эллипс, двигаясь вокруг Солнца, ОТО предсказывает, что этот эллипс со временем должен испытывать прецессию, а орбита медленно убывать. Промежуток времени, за который это произойдёт, может превышать текущий возраст Вселенной, но, тем не менее, орбита не будет оставаться стабильной произвольное время.
Ещё до того, как мы измерили гравитационные волны, это был основной метод измерения скорости распространения гравитации. Не на примере Земли, а на примере системы с экстремальными параметрами, у которой изменение орбиты можно легко заметить: системы из двух объектов на близкой орбите, по крайней мере, один из которых — это нейтронная звезда.
Проще всего будет увидеть этот эффект, если массивный объект будет двигаться с быстро изменяющейся скоростью в сильном и меняющемся гравитационном поле. И такие условия дают нам двойные звёздные системы из нейтронных звёзд! Одна или две таких вращающихся звезды излучают импульсы, которые видны на Земле каждый раз, когда ось звезды проходит через линию прямой видимости. Предсказания теории гравитации Эйнштейна чрезвычайно чувствительны к скорости света, настолько, что уже по итогам наблюдения самого первого пульсара, двойной системы PSR 1913+16, открытой в 1980-х, (двойная система Халса-Тейлора), мы наложили ограничения на скорость гравитации, которая совпала со скоростью света в пределах погрешности измерений всего в 0,2%!
Скорость уменьшения орбиты двойного пульсара сильно зависит от скорости гравитации и орбитальных параметров двойной системы. Мы использовали данные по бинарному пульсару, чтобы ограничить скорость гравитации, и приравнять её к скорости света с точностью в 99,8%
Только на примере этих двойных пульсаров мы узнали, что скорость гравитации находится в пределах 2,993 × 10 8 — 3,003 × 10 8 м/с. Это подтверждает ОТО и исключает Ньютоновскую гравитацию и другие альтернативы. Но механизма, объясняющего, почему пространство не искривляется, когда масса, бывшая в каком-то месте, уходит оттуда; ОТО не является объяснением этого. Масса, движущаяся с ускорением сквозь изменяющееся гравитационное поле, будет излучать энергию, а эта энергия будет волнами, известными, как гравитационные волны, идти сквозь материю пространства-времени. Возвращение к равновесному, неискривлённому состоянию, случается естественным путём. Оно не требует дальнейших объяснений, ОТО решает всё. [Когда Ньютона спрашивали о природе гравитации, он отвечал: Гипотез не измышляю / прим. перев.]
Эффект Бифельда-Брауна и другие электромагнитогравитационные эффекты
Человечество неоднократно сталкивалось с природными явлениями и экспериментами не находящими объяснения с позиции современной науки (во всяком случае, с позиции доступной ее части). К ним можно отнести существование аномальных точек планеты, антигравитационные эффекты, переходы в иные измерения людей и предметов и т.п. Эти явления, как правило, происходят в присутствии электрического и магнитного полей, демонстрируют связь гравитационного пространства-времени с электромагнитными полями.
Каждая элементарная частица вещества несет не только гравитационный, но и электрический заряд, однако, в целом электрический потенциал в нашем пространстве равен нулю. Отсутствие электрического потенциала в гравитационном поле-эфире обусловлено двумя факторами:
1. Равенством у эфирообразующей пары частиц нашего пространства (протон и электрон) электрических зарядов положительного и отрицательного знака.
2. Количество протонов и электронов в точности равно во всем замкнутом объеме метагалактики.
Эти факторы являются свойством вещества, свойством поля-эфира постоянного гравитационного потенциала замкнутого пространства-времени нашей метагалактики. Электрическое поле может присутствовать только в локальных областях пространства-времени. С точки зрения единой теории поля, пространства и времени, излучение, пересекающее подобную область, приобретает две составляющие: электромагнитную и магнитогравитационную. В области пространства двойной электрогравитационной природы не только изменение электрического, но и изменение гравитационного поля приводит к образованию магнитного поля. Амплитуда электромагнитной и магнитогравитационной составляющей единых колебаний зависит от потенциала поля противоположной природы (гравитационного и электрического соответственно).
Изменение магнитного поля в пространстве-времени двойной природы образует одновременно и электрическое, и гравитационное поле, в зависимости от потенциала поля противоположной природы. Если электрический потенциал равен нулю, то энергия магнитного поля полностью переходит к электрическому полю. В идеальном гравитационном эфире существуют только электромагнитные колебания. В присутствии электрического потенциала положительного или отрицательного знака часть магнитной энергии затрачивается на образование гравитационного переменного поля, причем, чем больше величина электрического потенциала, тем больше амплитуда гравитационной составляющей единых электромагнитогравитационных колебаний.
Гравитационный эфир нашего пространства является неисчерпаемым источником электромагнитной энергии. В настоящее время уже созданы устройства, получающие электроэнергию «из ничего»: из пространства-времени гравитационной природы. Такие устройствами закладывают основы энергетики будущего. Сейчас можно с уверенностью сказать, что энергетический кризис человечеству не грозит.
1. Эффект Бифельда-Брауна
Эффект заключается в поступательном движении плоского высоковольтного конденсатора в сторону положительного полюса. После многолетних исследований в 25-65 годах Браун создал пленочные дисковые конденсаторы, заряженные до напряжения 50 kV, способные подниматься в воздух и совершать круговые движения со скоростью 50 м/с.
Конденсатор является уникальным приспособлением, создающим между обкладками «двухполюсный» электрический эфир, два электрических подпространства-времени. Антигравитационный эффект связан с искривлением исходного пространства-времени электрическим полем. Естественно, антигравитационный эффект сильнее
если больше потенциал электрического поля (больше напряжение между обкладками);
если больше емкость конденсатора (меньше расстояние между обкладками и больше их площадь);
если больше объем области, искривленной электрическим полем (больше расстояние между обкладками и больше их площадь); * если больше масса вещества, находящаяся в области максимального электрического потенциала;
если диэлектрик имеет различную диэлектрическую проницаемость по толщине.
В момент зарядки конденсатора, между обкладками образуется магнитное поле. В присутствии электрического потенциала это магнитное поле образует вторичное гравитационное поле, согласно уравнениям единой теории поля. В положительном и отрицательном электрическом потенциале гравитационное поле имеет различное направление, действующее на гравитационно заряженное вещество диэлектрика в разные стороны. Если бы удалось получить положительный потенциал много больше отрицательного, то антигравитационный эффект был бы значительно больше. В какой-то мере этому может способствовать диэлектрик с переменной диэлектрической проницаемостью, вносящий дисбаланс между электрическими подпространствами разного знака.
Эффект Бифельда-Брауна, по большому счету, не является антигравитационным, он не зависит от внешней силы тяжести. Вторичное гравитационное поле, созданное между обкладками конденсатора создает свою собственную «силу тяжести». Если положительно заряженная обкладка обращена к земле, то вес конденсаторы увеличивается по сравнению с исходным. Так как гравитационный потенциал во всей метагалактике имеет постоянное значение равное квадрату скорости света (радиус метагалактики равен гравитационному), то величина эффекта не зависит от точки пространства. Вторичное гравитационное поле, приводящее в движение заряженный плоский конденсатор, не зависит от того, как искривлено пространство неравномерным распределением вещества и полей различной природы. Во всем замкнутом объеме метагалактики эффект имеет одну и ту же величину, в любой точке возможно движение заряженных высоковольтных конденсаторов. Может быть, подобные межзвездные корабли в будущем будут бороздить просторы Вселенной.
2. Электрогравитация развернутого конденсатора
Недостатком плоского конденсатора является то, что максимум магнитного поля располагается в области нулевого электрического потенциала, на равном удалении от обкладок конденсатора. Вторичное гравитационное поле максимально, если максимум магнитного поля совпадает с электрическим потенциалом только одного знака. Для плоского конденсатора это достигается использованием диэлектрика с нелинейными свойствами. Другое решение этой проблемы: использование обкладок различной величины и формы, расположенных под углом друг к другу.
Механизм образования вторичного гравитационного поля в случае развернутых конденсаторов связан с образованием магнитного поля большой напряженности в присутствии электрического потенциала. Проблема получения максимального гравитационного поля связана с малой емкостью развернутых Т-образных или плоскоцилиндрических конденсаторов. Решение этой проблемы следует искать в электромагнитных системах, создающих в одной точке пространства и электрический потенциал одного знака, и магнитное поле.
Обычный конденсатор имеет естественные ограничения увеличения электрического потенциала на обкладках. Эти ограничения связаны с площадью обкладок, напряжением пробоя, малой областью электрического потенциала между обкладками. Возможны такие системы, в которых накапливаемый электрический потенциал не имеет таких ограничений, а зависит только от мощности генераторов электромагнитной энергии.
3. Филадельфийский эксперимент
Вкратце эксперимент заключается в следующем: На палубе эсминца DE-173 («Элдридж») были смонтированы четыре мощных катушки с целью создания электромагнитного поля, способного скрыть корабль из поля зрения. В трюме располагались четыре синхронизированные по фазе генератора (мощностью 75 kW каждый), способные «накачивать» импульсным напряжением палубные индуктивности на резонансной частоте. 28 октября 1943 года вся эта система была включена, и эсминец исчез на некоторое время, оставив на воде четкий отпечаток своего корпуса. В результате эксперимента несколько человек исчезли навсегда, пятеро оказались вплавлены в стальную обшивку корабля, многие лишились рассудка.
Прокомментировать результаты эксперимента с позиции единой теории поля, пространства и времени можно следующим образом:
Магнитная система образовала по периметру корабля мощное импульсное магнитное поле определенной направленности. Синхронно с магнитным образовалось вихревое электрическое поле большой напряженности, направленное перпендикулярно поверхности палубы. Мощное электрическое поле вблизи проводящей водной поверхности привело к перераспределению там электрических зарядов, к образованию на корпусе эсминца огромного электрического потенциала. Мощные импульсы электрического поля одной полярности создали огромный электрический потенциал, искажающий пространство и время в локальной области. Произошла зарядка «водного» развернутого конденсатора огромной емкости: корпус корабля приобрел электрический заряд одного знака, а противоположный заряд распределился в окружающем водном пространстве.
На геометрические свойства пространства-времени оказывает влияние не только гравитационное поле, но и электрическое. Суммарный потенциал того и другого поля в любой точке замкнутого объема метагалактики равен с2. Любое изменение электрического или гравитационного полей приводит к изменению плотности эфира в локальной области, искривлению пространственно-временного континуума.
Пространство-время, окружающее корабль, стало не только гравитационным, но и электрическим. В гравитационном эфире в присутствии электрического потенциала:
изменяется характер (интенсивность) взаимодействия электрических и гравитационных зарядов;
инертная масса всех тел определяется не только гравитационным зарядом, но и электрическим;
изменяются значения электрической, магнитной и гравитационной констант;
излучение имеет характер электромагнитогравитационных волн;
магнитное поле образуется при перемещении не только электрических зарядов, но и гравитационных масс;
изменение магнитного поля образует вторичные и электрическое, и гравитационное поля;
в локальной области, несущей электрический заряд, изменяется и пространственный масштаб, и временной интервал.
В случае положительного электрического потенциала эсминец мог в несколько раз увеличил свои геометрические размеры, растворившись в пространстве в прямом смысле слова. Это возможно только при синхронном изменении пространственного масштаба и временного интервала. Корабль вместе с людьми покинул наше время и пространство, наше измерение. При отключении магнитного поля, произошли обратные изменения. Перемещение людей в момент исчезновения привело к тому, что они могли выйти за пределы искривленной области и не вернулись в исходную точку пространства. Их положение могло случайно совпасть с положением предметов, обшивки корабля или воды. При этом они могли быть заключены в стальной (или иной) капкан.
. Подобные эффекты можно наблюдать не только в лабораториях, но и в природе, в космическом пространстве. С позиции единой теории поля, пространства и времени можно рассмотреть вопрос существования аномальных точек планеты (подобных Бермудскому треугольнику), различных атмосферных явлений. Везде, где есть перемещение огромной массы вещества в присутствии магнитного поля Земли и электрического поля Галактики, возникают эффекты подобного рода. Если 59 лет назад в Филадельфии действительно проведен одноименный эксперимент, то следует констатировать наше катастрофическое отставание в вопросе изучения электромагнитогравитационных взаимодействий. А ведь будущие энергоресурсы планеты находятся не в запасах угля или газа, не в атомной энергетике. Они сосредоточены в неисчерпаемой энергии гравитационного поля-эфира нашего пространства-времени.
Ученые хотят искривить пространство-время в лаборатории
Все обсуждения квантовой физики так или иначе сводятся к квантовой теории поля. В ее основе лежит общая идея о том, что квантовые частицы представляют собой локализованные возбужденные состояния общего квантового поля — сложная, но математически полезная идея, которая до невозможности сложно взаимодействует с классическим представлением пространства-времени Эйнштейна. Гравитация, как гласит теория, является результатом кривизны невыразимой среды пространства-времени, и современная квантовая физика гласит, что искривленное пространство-время должно влиять на поведение гипотетического квантового поля.
Точное понимание их взаимодействия остается одним из самых сложных вопросов в физике, этакий святой Грааль. Кроме того, крайне сложно изучать это взаимодействие в лаборатории. Но физики хотят исправить это досадное недоразумение, как сообщает ExtremeTech.
Искривить пространство-время искусственным путем крайне трудно. В классическом понимании это сделать довольно просто — достаточно собрать в одном месте много массы — но для построения кривой, которой будет достаточно для измерения эффектов каждой квантовой частицы, понадобится плотность, которую можно найти только рядом с черной дырой (в теории). Искривление пространства-времени с помощью магнитных полей или экзотической материи тоже предлагалось, например, NASA — но такая технология позволить буквально создать варп-двигатель, если его вообще возможно создать. Вместо того чтобы выяснять, как еще можно изогнуть пространство-время, немецкий ученый Никодим Шпак, похоже, нашел лазейку, которая позволить изучать эффекты искривленного пространства-времени, собственно, не искривляя его.
Во-первых, атомы и решетка. Эта техника использует несколько лазеров для создания сложной интерференционной картины с определенными пиками и впадинами — районами с высокой или низкой интенсивностью энергии. Сверххолодные атомы (охлажденные до возможного максимума), разумеется, попадают во впадины по законам термодинамики, и поскольку они сверхстационарны, квантовая механика подсказывает, что они должны быть в состоянии «туннелировать» с места на место. Атомы должны быть охлаждены максимально, поэтому все их возможные движения могут объясняться только этим туннелирующим эффектом. Если это так, общий механизм движения через решетку может быть представлен взаимодействием квантового поля и пространства-времени.
На самом деле, единственное, что нужно здесь понять, это то, что создавая решетку из особых пиков и впадин, по которым могут двигаться атомы, ученые могут изменять значения своей метафоры пространства-времени. Одна решетка может имитировать взаимодействие квантового поля с плоским пространством-временем (которое технически не существует, но может быть теоретически в глубоком-глубоком космосе, далеко от любых крупных масс), другая может имитировать серьезно искривленное пространство вроде точки рядом с поверхностью звезды.
Возможные последствия этого исследования весьма прозаичны, во всяком случае, в краткосрочной перспективе. Это один из тех прорывов, на которых далеко не уедешь, но который может открыть дорожки к новым сферам исследований. Возможность изучать взаимодействие квантовой теории поля и общей теории относительности (в частности, ее следствием — гравитацией), даже косвенно, может впоследствии привести к созданию великой теории всего.
Используя метафору кривизны пространства-времени, а не изменяя эту кривизну саму по себе, ученые могли бы дать в будущем ученым способ сымитировать состояние пространства-времени на горизонте событий черной дыры или во время первых моментов после Большого Взрыва. Все, что будет нужно, это правильная интерференционная картина, которая позволит контролировать распределение наиболее вероятных туннельных впадин. Медленно изменяя интерференционную картину с течением времени, ученые даже смогут увидеть последствия непрерывных изменений в этом пространстве-времени — вроде расширения вселенной после Большого Взрыва.
Нет никакой возможности спрогнозировать, как физики смогут применить эти наработки, но пока план выглядит весьма неплохим. Взаимодействие между квантовыми явлениями и общей теорией относительности — это работа для нобелевских лауреатов будущего, это самая современная физика самого высокого уровня. Станет ли эта работа фундаментов для будущих теорий великого объединения? Возможно. Как минимум, она немного прояснит, как связать квантовую и релятивистскую физику. Хотя бы немного.
