Д. А. Тайц, к.ф.-м.н.

Ядерщику, участнику дискуссий на сайте proatom.ru, я обещал показать  две  примитивное схемки, облегчающие  восприятие   ОТО (сознаю, что это не заслуживает именоваться «дурацкие», в Фейнмановском понимании). Надо сказать, что ОТО, в отличие  от Классической Механики, СТО и даже КЭД, – истинный Коперниконианский переворот  оснований  построения научного  естествознания, принятых и установившихся еще  со времен Шумеро-Вавилонских.

Речь идет о принципах, заключающихся в том,  что «действия», «явления», «влияния», «перемены», «перемещения», «превращения», «преобразования»… не могут происходить без посредства контакта физических объектов, видимых  или невидимых, минуя  «касания», через эфир, передачей через силовые поля, через промежуточного  агента, непосредственного  обмена воздействия. Т.е., так или иначе, вещественно  («касанием, соприкосновением» – посредником, не обязательно обладающим массой).

Так, обмен импульсами виртуальных фотонов не позволяет нам проваливаться сквозь, по сути, «дырявый», пол, даже если это стальная плита (она «пуста» – орех в кубе с ребром 1км!). Виртуальные частицы,  все без исключения переносчики импульса, живущие долго или мгновение, формируют связи, сцепления, явления и события во всей Вселенной, они работают на созидание, преобразование или разрушение структур, способны проявлять себя импульсом  («силой»), обладают инертной массой, абсолютно совпадающей с гравитационной! Весь 19 век это воспринималось как удивительное, но случайное совпадение. (Ничего  себе, совпадение – в 12 знаке!).

Что может быть общего между силами соударяющихся биллиардных шаров, которые реализует  умелый игрок десятками способов  (варьируя вариантами вектора импульса) и силой гравитационного притяжения? Оказывается, чтобы придать шару ускорение в 10 раз более чем g, следует приложить силу в 10 раз большую ВЕСА. Именно веса, а не размера или другого свойства (состава, консистенции, формы …). Хотя, именно вес шара лежащего на горизонтальном столе, полностью исключен! Причем здесь вес!? 

Невозможно отказаться от мысли, что у механики и гравитации есть что-то не просто родственное, но основополагающее. Это основополагающее – Гравитационная природа Сущего. От Вселенной до атома. Конечно, эту идею родственности – «Все из Единого» не так уж трудно принять. В той или иной форме она существовала и в древности.

Сам Акт творения, по сути, астрономический факт рождения, включая гравитацию. Но существование физики гравитационных проявлений с одной стороны, и физики как механики,  электромеханики,  квантовой механики, с другой стороны – совершенно не связанные вещи. Хотя, во всех этих учениях и науках удивителен бросающийся в глаза намек: полное  совпадение массы тяготеющей и массы, участвующей в  кинематическом обмене.   Эйнштейна  это чрезвычайно беспокоило. Именно это заставило его свершить   Коперниконианский Переворот, если не больше.  

СТО и Кванты непременно появились бы без Эйнштейна. Но ОТО – вряд ли. Впервые в науках о Природе, построенных на  практике понимания необходимости участия обязательного посредника для «появления» Явления (убежденность, не подвергавшаяся сомнению мыслителями во все времена,  от жрецов Месопотамского храма до слушателей Принстонских аудиторий) впервые предложена  модель, сводящая причины взаимодействующего Мира к более тонким и, я бы сказал, возвышенным, чем непосредственные материальные «удары» и «толчки» «биллиардных шаров» и «киев». О

ТО – гипотеза об  основоположении существования Мира и его природы! Природа сил взаимодействия материальных тел, следствие явления (проявления) геометрической кривизны пространства-времени (отклонения от Эвклидовой геометрии). Возникновение и численное значение этих сил связано со степенью отклонения геометрии от эталонной Эвклидовой. В первую очередь мы это наблюдаем, и можем проверить на астрономических объектах. Физическое поле астрономического пространства заполнено не силовыми линиями, наподобие фарадеевой картинке  железных опилок, но пустотой.

Геометрия пространства вдали от тяжелых тел  соответствует Эвклидовой, а вблизи несущих массу – в определенной степени (искажена) искривлена, в зависимости от концентрации близлежащих масс. Внимание! Впервые и неожиданно силы взаимодействия, движение определяет не «прикосновение»  какого-то промежуточного агента, заполняющего поле, но характер и тип математики данного пространства. В результате в своем движении тело выбирает «кратчайшую», характерную для данного типа геометрии. Так, кратчайшая в неэвклидовом 4-х мерном пространстве вокруг Солнца проявлена движением Земли по спиралеобразной кривой. (Можно представить, что бы произошло, когда бы кто-то попытался «выпрямить» траекторию по Эвклиду!). Удивительно, как наглядно и надежно (да, именно так!) подтверждает  нам Космос правоту Гипотезы Эйнштейна.

В свободно падающем из космоса лифте гравитация отсутствует, но геометрическую кривизну (отклонение геометрии  от Эвклидовой) мы, экспериментально обнаружив, подтвердим по наличию приливных сил,  сближающих с ускорением двух  взвешенных в пространстве шариков. Еще наглядней действия  фактора кривизны геометрии  демонстрирует Меркурий. Вытянутая эллиптическая орбита. На ближайшем к Солнцу участке эллиптической орбиты, вследствие более высокой гравитации  геометрия пространства сильно искривлена, время замедляется – Меркурий «отстает».

На удаленном участке орбиты, геометрия «распрямляется». Планета «нагоняет» – вся эллиптическая орбита (эллипс) разворачивается, поворачиваясь своей длинной осью на шаг каждый год. Годовое смещение орбиты. Необъяснимое классической физикой, но убедительное подтверждение с помощью ОТО. Математический аппарат ОТО окончательно не разработан из-за невероятной сложности, хотя уже имеющиеся решения  предсказали  экспериментально подтвержденные ошеломляющие астрономические факты. Реальность гравитационного коллапса и «Черных дыр», Гравитационное линзирование, Избыточное по отношению к Ньютоновскому искривление лучей света, Красное смещение…

Ныне истинность ОТО не подлежит сомнению,  так было и с Ньютоновской наукой, три века дававшей опору Естествознанию. Нет оснований сомневаться, что  следующий век уже будет строить мировоззрение на основе ОТО. И неизбежно нашим внукам в школах и вузах будут истолковывать природу сил, столь досадно мешающих при монтировке автомобильной покрышки, как, впрочем, и природу шишки на лбу,  гравитационным проявлением кривизны геометрии.  Теория уже достаточно проверена, оправдана наблюдением специфических следствий. Но непосредственно главное, стержневое утверждение –  гравитация следствие  отклонения геометрии 4-х мерного пространства от Эвклидового до недавнего времени не было экспериментально подтверждено.

Для того, чтобы теорию Эйнштейна принять в качестве  канонической, нам нужно, образно говоря, «нарисовать на листе ватмана» любой треугольник, взять транспортир и убедиться что сумма углов – два Пи. После этого поместить этот «ватман» с рисунком в периодически меняющееся гравитационное поле и убедиться, что в отдельные моменты, измеряемая сумма углов треугольника отличается от  двух  Пи. И эти колебания, «трепет геометрии». (На поверхности шара у треугольника сумма углов всегда больше, а у «горла  бутылки» всегда меньше двух Пи. Гаусс, Риман вместо Эвклида!) Где найти источник «нестационарности» гравитации, источник «трепета геометрии»? Закон сохранения масс очень мешает. Она не возникает и не исчезает. Нельзя включить и выключить. Даже если тяжелая звезда или целая Галактика взорвется – центр масс сохраняется. Поле на удалении не  меняется.  Есть бешено вращающиеся друг вокруг друга тяжелые звезды. Но и здесь колоссальные проблемы. Дипольный эффект (рядом два связанных источника). Для проверки ключевого принципа   США решилось создать своеобразную гравитационную лабораторию LIGO.

Оборудование и аппаратура заняли территорию иного государства, а стоимость так же превзошла бюджет некоторых государств. Итог – Нобелевские 2016 г..   (Очень приятно было увидеть кривую, зарегистрировавшую гравитационный всплеск, характер которого совпал с предсказанным Владимиром Борисовичем Брагинским 40 лет назад). 

Скорей всего, безответственно и смешно представить установку LIGO в виде, подобном рукотворной модели. Но именно так,  я поступлю сейчас. (Для смеха примите это за  карикатуру).   Представьте, длинную очень упругую хорошо натянутую ленту шириной метр, а длиной в несколько  километров. На закрепленных концах ленты установлены по три лазерных интерферометра так, что их плечи образуют треугольник. По середине  ленты   катаются два тяжелых шара (например, по 20 кг каждый). Они сближаются. Прокатываются мимо друг друга и снова  расходятся (скажем, на 1метр) симметрично с постоянным периодом. Так, что центр тяжести этой системы и ее масса и провисание строго стабильны. Генеральный прогиб всей гигантской ленты (провисание) под воздействием масс (центр масс стабилен) постоянен и неизменен.

Однако, поскольку тяжелые шары периодически симметрично отклоняются от центра  масс (всего на метр!) в зоне ограниченной амплитудой каЧЕния (2м), то на этом коротком узком участке  периодически повторяется процесс изменения картинки участка упругой деформации ленты. В силу идеальной упругости и непрерывности ленты (на фоне колоссальной симметричной стационарной деформации ленты в целом) эти ничтожные колебания из зоны шаров должны «выбегать» в форме затухающей ряби (волны) к концам натянутого длинного полотна ленты, где размещен треугольник  концевых интерферометров,  фиксирующих  изменение соотношение сторон треугольника (плеч). При достаточной чувствительности проявится «Трепетание» геометрии концевого треугольника по отношению к «Эвклидовому эталону». Такова эта глупая модель. Она основана на метафоре  Эйнштейна, предложенной совместно с Инфельдом в 30-х:  растянутая, нагруженная Солнцем сетка «геодезических».

Надо сказать, что в этой, «дико тяжелой» в теоретическом и экспериментальном плане задаче разработки   ОТО,  принцип построения измерительной установки, тем не менее, обескураживающее прост. Он  не сложнее чем тот, что реализовал Галилей на Пизанской Башне.  В однородном гравитационном поле все предметы, будь то пушинка или пудовая гиря, падают с одинаковом ускорением и, если задано меж ними расстояние, то оно будет всегда неизменно. Но, если гравитация настигает эти предметы как волна, то один из предметов (первый) больше ускоряется раньше другого,  расстояние претерпевает изменение. Пока отстающий предмет бегущей волной не будет затем ускорен.  Если вместо «падающих» тел поставить длинный стержень, близкий к ожидаемой длине волны, то сжимающие и растягивающие усилия проявятся линейной деформацией. Фиксируя ее, подтверждаешь ОТО! Всего лишь!

Здесь надо добавить, что предсказанное и столь ожидаемое всем миром теоретической и практической физики и астрономии «гравитационное излучение» – «волна»,  в отличие от электромагнитной, имеет своеобразную конфигурацию. Если выделить,  на пути волны  участок пространства в форме шара, и мысленно на поверхности разместить частички (крупинки) вещества, то по мере прохождения волны, шар слегка сплющится, обретя  форму «чечевицы» с осью в направлении движения волны, а после преобразуется в «чечевицу» с осью перпендикулярной движению. Частота будет соответствовать источнику переменной гравитации, например, обращению пар «черных дыр». У меня на столе, вот уже 15 лет игрушка, с которой я каждый день, а то и по нескольку раз  в день забавляюсь. Очень умное и эффективное средство медитации. «Ньютоновы Шары» – закаленная подшипниковая (принципиально важно) сталь.  Пятерка (бывает семерка). Маятниковый, двуточечный подвес. Шары 20мм. (Китай). Платформа и стойки выполнены  отвратительно – пластик. Нет должной жесткости. Но, тем не менее, изумительный, гениальный (!) прибор.

Я говорю не о наглядности, а о реальной (натуральной) демонстрационной функции. Вся(!) без исключения механика Галилео Галилея и Исаака Ньютона с  астрофизикой (учение гравитации) – здесь.  Отклоняемый и отпускаемый крайний шар через цепочку «неподвижных» шаров передает импульс без отскока(!) другому, крайнему. Тот отскакивает с тем же размахом и передает импульс обратно. Внутренне шары – всегда «неподвижны» (умышленно, представляю картину идеальной). Если хорошо закрепить платформу и стойки, то можно добиться 10 – 15 полноценных отскоков с неподвижными средними шарами (из  достаточно заметных – 30- 40). Итак, импульс первого шара полностью (без отскока) передается группе неподвижных 4-х шаров. При том 4 шара Всегда Неподвижны! Первый встал как вкопанный, Пятый – отскочил.  Цепочка «неподвижных» шаров –  пространство имитирующее передачу гравитационной волны. Этот импульс передается с одного конца на другой в силу упругой деформации (геометрии)  шара. При ударе он упруго микроскопически сплющивается превращаясь в «чечевицу», после упруго распрямляется в «яйцо», передавая импульс следующему. Мы с полным основанием вправе полагать передачу волны импульса и энергии только посредством изменения геометрии  шара, т. к. изменение положения Ц. Т. промежуточных, по сравнению с амплитудой  отскакивающих, – ничтожны!  Эта вторая, в данном случае уже Ньютоновская  «дурацкая модель» для «восприятия ОТО. Мне кажется – достойная.

Я несколько раз пытался самостоятельно соорудить Ньютоновскую модель.  Приобрел шарикоподшипниковые 25 мм. Однако попытки были неудачны. Трудности в организации закрепления лески подвеса. Во-первых, закаленная сталь (сверление). Во-вторых, серьга должна быть не в виде крючка, а в  виде скобы, перендикулярной качанию, со свободным проходом нити, чтобы шар всегда оставался на центральной линии, не вращался и не смещался в бок. Приклеивание скобы – оскорбление механики! А если серьезно, трудно исполнимо, и введение демпфирующего не упругого элемента ухудшит структурную упругость стального шара (Демпфер).