Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ГРАВИТАЦИИ ПРИ СОЛНЕЧНОМ ЗАТМЕНИИ 2018 ГОДА В МОСКВЕ

Научная статья
Гневко А.И.
Мукомела М.В.
Соловов С.Н.
Шевченко В.И.
Янушкевич В.А.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.76.10.005
Выпуск: № 10 (76), 2018
Опубликована:
2018/10/17
PDF

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ГРАВИТАЦИИ ПРИ СОЛНЕЧНОМ ЗАТМЕНИИ 2018 ГОДА В МОСКВЕ

Научная статья

Гневко А.И.1, Мукомела М.В.2, Соловов С.Н.3, *, Шевченко В.И.4, Янушкевич В.А.5

1, 2, 3, 4, 5 Военная академия РВСН имени Петра Великого, Балашиха, Россия

* Корреспондирующий автор (ssolovov[at]mail.ru)

Аннотация

Представлены результаты сравнительной экспериментальной оценки скорости гравитации, полученные при измерении приливных явлений во время частичного солнечного затмения 18 августа 2018 года в Москве. Экстремум прилива на экспериментальной установке наблюдался более, чем на 10 минут раньше максимума затмения, что свидетельствует о более высокой скорости гравитации по отношению к скорости света в вакууме. Показана возможность расширения исследований скорости гравитационного взаимодействия в пределах Солнечной системы, что позволит точнее прогнозировать полеты к дальним планетам. Рекомендовано момент экстремума солнечных приливных сил определять, когда приливные силы Луны действуют перпендикулярно солнечным.

Ключевые слова: скорость гравитации, скорость света, солнечное затмение, время приливного экстремума.

ESTIMATION OF SPEED OF GRAVITY DURING SOLAR ECLIPSE IN 2018 IN MOSCOW

Research article

Gnevko A.I.1, Mukomela M.V.2, Solovov S.N.3, *, Shevchenko V.I.4, Yanushkevich V.A.5

Peter the Great Military Academy of the Strategic Missile Troops, Balashikha, Russia

* Corresponding author (ssolovov[at]mail.ru)

Abstract

The article contains the results of the comparative experimental estimation of the speed of gravity obtained during the measurement of tidal phenomena during a partial solar eclipse on August 18, 2018, in Moscow. The tidal extremum at the experimental setup has been observed more than 10 minutes earlier than the eclipse maximum, which indicates a higher rate of gravitation relative to the speed of light in a vacuum. The possibility of expanding the study of the speed of gravity interaction within the solar system is shown, which enables a more accurate forecast for flights to distant planets. It is recommended to determine the moment of the extreme of the solar and tidal forces when tidal forces of the Moon act perpendicularly to the solar forces.

Keywords: speed of gravity, the speed of light, solar eclipse, time of tidal extremum.

Космическая навигация предполагает всё более точное прогнозирование траекторий полета космических аппаратов, в том числе оценки скорости гравитационного взаимодействия. Особую значимость знание скорости гравитации приобретает с точки зрения экономии массы топлива при полётах к дальним планетам. Вместе с тем, в настоящее время существуют, по меньшей мере, две модели, с помощью которых производится прогноз траекторий. С одной стороны модель Ньютона, в которой скорость гравитационного взаимодействия не ограничивается, с другой уточняющая модель специальной теории относительности Эйнштейна, в которой считается, что скорость всех взаимодействий, в том числе гравитационного, должна быть меньше или равна скорости света в вакууме.

Наиболее известным способом оценки скорости распространения гравитационного взаимодействия тел является способ Лапласа [1]. Сущность способа Лапласа заключается в следующем. Он исходит из того, что формула Ньютона (F = G(m1m2)/R2) определяет силу гравитационного взаимодействия между двумя телами при условии мгновенной скорости распространения гравитационного взаимодействия. Исходя из того, что скорость распространения гравитационных явлений является величиной конечной, Лаплас считает, что действительная гравитационная сила, действующая на тело, должна быть отличной от рассчитанной по формуле Ньютона. В результате гравитационные силы должны вызывать ускорения в движении тела, отличные от расчётных.

При рассмотрении траекторий движения космических тел эти отличия вызваны различной степенью запаздывания распространения гравитационного взаимодействия, которая изменяется при движении тела от афелия к перигелию, так как величина запаздывания зависит от расстояния между телами. По величине отличия сил в зависимости от расстояния определяют время запаздывания. По времени запаздывания при известном расстоянии определяется и скорость распространения гравитационного взаимодействия.

Лаплас проводил оценку скорости распространения гравитационного взаимодействия исходя из наблюдений за траекторией движения Луны. Он предполагал, что «продолжительность его (притяжения от одного тела к другому) передачи, если бы она была для нас ощутима, обнаружилась бы главным образом в вековом ускорении движения Луны» [1]. Основным недостатком предложенного способа является его чрезвычайно низкая точность. Это связано с влиянием на траекторию движения Луны других планет. Так, по первоначальной оценке Лапласа скорость распространения гравитационного взаимодействия в 7 000 000 раз превышала скорость света. После учёта влияния на траекторию движения Луны медленного векового уменьшения эксцентриситета орбиты Земли, которое происходит от возмущений Земли планетами, Лаплас поменял свою оценку и утверждал, что «тяготение передаётся, по крайней мере, в 50 000 000 раз быстрее света» [1].

Существуют и другие теоретические оценки скорости гравитации, основанные на упругой модели физического вакуума, которые предполагают, что скорость гравитации много больше скорости света [2], [3], [4].

Известен также способ определения скорости распространения гравитационного взаимодействия тел [5], основанный на непосредственной регистрации приборами гравитационного взаимодействия тел в лабораторных условиях. В данном способе проводят наблюдения за массой, движущейся по круговой траектории и создающей гравитационное взаимодействие, определяют параметр, характеризующий гравитационное взаимодействие, по величине которого судят о скорости распространения гравитационного взаимодействия. В качестве параметра используют градиент напряженности гравитационного поля, созданного движущейся массой, который измеряют с помощью гравитационного прибора, расположенного в центре круговой траектории на линии визирования, которая пересекает траекторию движения массы. Одновременно, с помощью оптического прибора, расположенного на линии визирования, регистрируют информацию о прохождении движущейся массы через линию визирования по затмению источника светового излучения, размещенного на линии визирования за движущейся массой. Определяют длительность промежутка времени между этими двумя событиями и по установленной длительности и расстоянию между точкой траектории движения массы, лежащей на линии визирования, и точкой установки гравитационного прибора вычисляют скорость распространения гравитационного взаимодействия тел.

Существенным недостатком данного способа является сложность его осуществления, о чём свидетельствует уже то, что этот способ до сих пор не реализован.

Многолетние трудоемкие работы, в том числе и российских ученых, по изучению гравитации получили признание научной общественности. Нобелевская премия по физике в 2018 году присуждена за подтверждение теории гравитационных волн, полученное с применением гравитационно-волнового интерферометра LIGO [6]. Фундаментальные представления о гравитационных волнах базируются на теории относительности Эйнштейна, в которой их скорость не превышает скорость света. Полученная в результате экспериментов скорость гравитационных волн считается равной скорости света в вакууме. Имеются и другие экспериментальные оценки, согласующиеся с теорией относительности например [7]. Повторить подобные сложные и дорогостоящие измерения крайне трудно. Вместе с тем, имеется возможность более простым способом проверить справедливость теории в части оценки скорости гравитации, например [8], но в этом случае использовался гравиметр направленного действия точность которого подвергалась сомнению. Упростить измерения можно используя явление приливов.

Экспериментальная оценка скорости гравитации проводится путём сравнения времени наступления экстремума прилива с временем наступления солнечного полдня. Известно, что свет от Солнца до земли идет примерно 500 секунд. Поэтому может быть использован один из способов, предложенных в заявках на изобретение [9], [10]. Если момент экстремума прилива наступает в полдень, то скорость гравитации равна скорости света. Если время экстремума прилива наблюдается не в полдень, то скорость гравитации больше или меньше скорости света, в зависимости от момента наступления экстремума. Но указанные способы требуют также использования относительно дорогих в изготовлении устройств.

Поэтому для проведения измерений было собрано устройство, состоящее из стандартных относительно дешевых элементов. Устройство включало две одинаковые сообщающиеся ёмкости, соединенных шлангом. Ёмкости были заполнены водой. Шланг длиной 5 метров был вытянут по горизонтали вдоль прямой север-юг в полдень для Москвы. Над поверхностью ёмкости, в которой производились измерения приливных явлений, располагался круглый пластмассовый сосуд (диаметр 350 мм) с приспособлением для взвешивания и лабораторные весы  (изготовитель ОКБ ВЕСтА, модель ВМ 153М – II, гарантированная точность 1 мг). Вес приспособления с сосудом и грузом, который располагался в сосуде, составлял 140 г. Сосуд частично погружался в воду ёмкости, в которой производились измерения. Вес приспособления и сосуда с грузом в связи с выталкивающей силой воды упал до 60 г. Измерения веса производились непрерывно с записью результатов в память компьютера. В отличие от реальных приливов, которые происходят по сложной зависимости от времени и географического положения,  изменения уровня воды в ёмкостях занимало менее 10 секунд.

Устройство позволяло примерно в 1000 раз повысить чувствительность приливных измерений за счёт увеличения выталкивающей силы воды (увеличения площади сосуда, погруженного в емкость при одинаковом приливном подъёме уровня жидкости).

Поскольку измерения проводились в период солнечного затмения приливные силы от Луны и Солнца складывались, что дополнительно увеличивало эффект. .Анализ результатов измерений показал, что экстремум приливных сил наступает на 10 – 20 минут раньше, чем минимум освещенности, наблюдавшийся в 12.47 по московскому времени.

Обнаруженные различия во времени наступления экстремума солнечного прилива и светового полдня дают основания предполагать, что скорость гравитации много выше скорости света в вакууме. Отличительной особенностью данных измерений является то, что они легко могут быть повторены даже на уроках в школе (за исключением солнечного затмения). Полученные результаты поэтому могут легко быть подтверждены или опровергнуты другими исследователями. То, что скорость гравитации может быть выше скорости света не означает отрицания теории относительности в других её подтверждённых проявлениях.

Расчётная оценка точности выполненных экспериментов показывает, что величина солнечных приливов, которая обнаружена гравиметрическими измерениями (порядка 50 микроГал [11]), достаточна для обнаружения (с помощью использованной установки) возможных различий во времени наступления гравитационного экстремума и светового полдня.

Более точные измерения приливного влияния Солнца могут выполняться дважды в лунный месяц, когда приливные силы Луны направлены перпендикулярно приливным силам Солнца. Другие направления повышения точности могут быть связаны с заменой воды, например ртутью, и увеличением длины шланга.

Таким образом, разработанное устройство позволит расширить исследования гравитационного взаимодействия, прежде всего, в пределах Солнечной системы, что обеспечит возможность точнее прогнозировать полеты космических аппаратов к дальним планетам. Вместе с тем, в случае более полного подтверждения сверхсветовой скорости гравитационного взаимодействия откроются новые направления развития физических теорий.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Лаплас П. С. Изложение системы мира / П. С. Лаплас. – Л.: Наука, 1982. – С. 309.
  2. Дубровский В.А. Упругая модель физического вакуума / В. А. Дубровский // Доклады АН СССР. – 1985. – т. 282, №1. – С. 83–88.
  3. Дмитриев В. П. Упругая модель физического вакуума / В. П. Дмитриев // Известия РАН. Механика твердого тела. – 1992. – № 6. – С. 66–79.
  4. Гневко А. И. О построении «теории всего» на основе аналогий в поведении физического вакуума и твердого тела : монография / А. И. Гневко, С. Н. Соловов, В. А. Янушкевич. – М.: Буки Веди, 2017 – 126 с.
  5. Пат. 2124743 Российская Федерация, МПК6 G 01 V 7/00. Способ определения скорости распространения гравитационного взаимодействия тел / Гинтер А. В.; заявитель и патентообладатель Гинтер Анатолий Владимирович. – № 98101234/25; заявл. 02.02.1998; опубл. 10.01.1999.
  6. Нобелевская премия по физике вручена ученым из США за подтверждение теории гравитационных волн [Электронный ресурс] / первый канал. Новости от 3 октября 2017, 18:33 - URL: https://www.1tv.ru/news/2017-10-03/333781-nobelevskaya_premiya_po_fizike_vruchena_uchenym_iz_ssha_za_podtverzhdenie_teorii_gravitatsionnyh_voln (дата обращения: 21.08.2018).
  7. Formalont E. B. The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results [text] / E. B. Formalont, S. M. Kopeikin // TheAstrophysicalJournal, – 2003. – Vol. 598, No. 1. – P. 704-711.
  8. Орлов Е. Ф. Экспериментальное измерение скорости распространения гравитационного взаимодействия. Часть 1 // Исследования в области естественных наук. 2013. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2013/05/4977, свободный. (дата обращения: 08.06.2018).
  9. Заявка на изобретение 2016138733 Российская Федерация, МПК-2016.01 G 01 V 7/00. Способ оценки скорости распространения гравитационных явлений / Гневко А. И., Соловов С. Н., Мукомела М. В. И др. ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации. – № 2016138733; заявл. 30.09.2016 ; опубл. 02.04.2018 Бюл. № 10.
  10. Заявка на изобретение 2018110851/20(016815) Российская Федерация, МПК-2016.01 G 01 P 3/00, G 01 V 7/00. Способ оценки скорости распространения гравитационных явлений / Гневко А. И., Желкобаев Ж. Е., Мукомела М. В. и др. заявитель и патентообладатель Гневко А.И., Желкобаев Ж.Е., Мукомела М.В., Соловов С.Н., Чалкин С.Ф., Янушкевич В.А. – № 2018110851/20(016815); заявл. 27.03.2018.
  11. Грушинский Н. П. Основы гравиметрии / Н. П.  Грушинский. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. – 352 с.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Laplas P. S. Izlozhenie sistemy mira [Statement of the world system] / P. S. Laplas. – L.: Nauka, 1982. З. 309. [in Russian]
  2. Dubrovskij V. A. Uprugaya model' fizicheskogo vakuuma [Elastic model of physical vacuum] / V. A.  Dubrovskij // Doklady AN SSSR [Reports of the USSR Academy of Sciences], V. 282, 1985, No.1, P. 83–88. [in Russian]
  3. Dmitriev V. P. Uprugaya model' fizicheskogo vakuuma [Elastic model of physical vacuum] [text] / V. P. Dmitriev // Izvestiya RAN. Mekhanika tverdogo tela [Izv. Solid mechanics], 1992, No. 6, P. 66–79. [in Russian]
  4. Gnevko A. I. O postroenii «teorii vsego» na osnove analogij v povedenii fizicheskogo vakuuma i tverdogo tela [About building a "theory of everything" based on the analogies in the behavior of the physical vacuum and the solid body] / A. I. Gnevko, S. N. Solovov, V. A. YAnushkevich. – M.: Buki Vedi, 2017 – 126 P. [in Russian]
  5. Pat. 2124743 Russian Federation, MPK6 G 01 V 7/00. Sposob opredeleniya skorosti rasprostraneniya gravitacionnogo vzaimodejstviya tel [Method for determining the velocity of the gravitational interaction of bodies] / Ginter A. V.; applicant and patent holder Ginter Anatolij Vladimirovich. – № 98101234/25; Appl. 02.02.1998; publ. 10.01.1999. [in Russian]
  6. Nobelevskaya premiya po fizike vruchena uchenym iz SSHA za podtverzhdenie teorii gravitacionnyh voln [The Nobel prize in physics was awarded to scientists from the United States for confirmation of the theory of gravitational waves] [Electronic resource] / News from October 3, 2017, 18:33, URL: https://www.1tv.ru/news/2017-10-03/333781-nobelevskaya_premiya_po_fizike_vruchena_uchenym_iz_ssha_za_podtverzhdenie_teorii_gravitatsionnyh_voln, (accessed: 21.08.2018). [in Russian]
  7. Formalont E. B. The Measurement of the Light Deflection from Jupiter: Experimental Results [text] / E. B. Formalont, S. M. Kopeikin // TheAstrophysicalJournal, – 2003. – Vol. 598, No. 1. – P. 704-711.
  8. Orlov E. F. Ehksperimental'noe izmerenie skorosti rasprostraneniya gravitacionnogo vzaimodejstviya. [Experimental measurement of the velocity of the gravitational interaction] Part 1 // Issledovaniya v oblasti estestvennyh nauk [Research in the field of natural Sciences]. 2013. No. 5 [Electronic resource]. URL: http://science.snauka.ru/2013/05/4977 (accessed: 08.06.2018). [in Russian]
  9. The application for the invention 2016138733 Russian Federation, MPK-2016.01 G 01 V 7/00. Sposob ocenki skorosti rasprostraneniya gravitacionnyh yavlenij [A method of estimating the speed of propagation of gravitational phenomena] / Gnevko A. I., Solovov S. N., Mukomela M. V. and others; applicant and patent holder Federal state military educational institution of higher professional education "Military Academy of strategic Missile forces named after Peter the Great" of the Ministry of defence of the Russian Federation. – № 2016138733; declared. 30.09.2016 ; publ. 02.04.2018 Byul. No. 10. [in Russian]
  10. The application for the invention 2018110851/20(016815) Russian Federation, MPK-2016.01 G 01 P 3/00, G 01 V 7/00. Sposob ocenki skorosti rasprostraneniya gravitacionnyh yavlenij [A method of estimating the speed of propagation of gravitational phenomena] / Gnevko A. I., Zhelkobaev ZH. E., Mukomela M. V. and others; applicant and patent holder Gnevko A.I., Zhelkobaev Zh.E., Mukomela M.V., Solovov S.N., Chalkin S.F., Yanushkevich V.A. – № 2018110851/20(016815); declared.. 27.03.2018. [in Russian]
  11. Grushinskij N. P. Osnovy gravimetrii [Basics of gravimetry] / N. P.  Grushinskij. – M.: Nauka. Glavnaya redakciya fiziko-matematicheskoj literatury [Science. Home edition physical and mathematical literature], 1983. – 352 p. [in Russian]