Тигунцев С.Г. о красном гравитационном смещении

 

      Конспект написан по материалам статьи Тигунцева С.Г. [1]. Открытие эффекта Мёссбауэра  [2] дало возможность проверить влияние гравитационного поля Земли на частоту фотона и,  вместе с тем, ОТО Эйнштейна. И такие эксперименты были проведены в 1959 году Паундом и Ребкой  [3-5]. Однако результаты этих опытов вызвали большую дискуссию на страницах научных журналов, в том числе и в “Докладах Академии наук”.

Паунд и Ребки провели эксперимент, в котором приёмник гамма-излучения располагался на высоте Н = 22.5 м над источником и когда, наоборот, приёмник находился внизу. Красное смещение оказалось равным 2.5 10-15 [3-5].

 

1. Два объяснения эксперимента  адептами ОТО Эйнштейна  [6]

Первое.   При движении фотона (масса фотона  m = E/c2) против действия гравитационного притяжения им совершается работа, вследствие чего его энергия уменьшается на величину  E = mgH.Так как частота фотона ν = E/η, то уменьшение энергии фотона приводит к понижению его частоты: ∆ν = E/η = EgH/(ηc2) = νgH/c2.

Частота прилетевших в приемник фотонов будет ниже, чем частота фотонов, испускаемых атомами приёмника, на относительную величину gH/c2.

Второе [7, 8, 9-12, 13-16]. Местное время в источнике течёт медленнее, чем в приемнике, находящемся выше, на относительную величину gH/c2.

Во многих учебниках, научно-популярных книгах и даже монографиях по ОТО [17-24] оба эти объяснения преподносятся так, как будто это просто разные способы описания одного и того же явления. Однако это не так –  с точки зрения ОТО оба объяснения ложны.

      Первое – потому что не учтёно изменение хода атомных часов с изменение гравитационного потенциала, второе – не учтено изменение энергии фотонов при движении в гравиполе Земли. Проблема интерпретации красного смещения  до сих пор актуальна [14-16]. Более того, существуют публикации, в которых для объяснения гравитационного смещение спектральных линий не используют ОТО  не используется. Эффект объясняют исходя из закона сохранения энергии и равенстве инертной и гравитационной масс , не используя при этом ни принцип эквивалентности, ни гипотезу о замедлении времени 9 [5, с.129].

 

2. Критика имеющихся объяснений

Практически во всех исследованиях по гравитационному смещению спектральных линийполагают длину волны λ = С/ν, где С – скорость фотона, считающаяся постоянной, а ν - частота фотона. В экспериментах по излучению гамма-квантов наблюдали изменение именно длины волны. Когда приемник находился выше источника, наблюдали красное смещение, когда ниже – фиолетовое. Коэффициент смещения при этом определяется как Z = (λ′ - λ)/λ0, где

λ′ – длина волны на приёмнике, λ0 – на источнике. Из этой формулы, подставляя

λ0 = С/ν0, λ′ = C/ν, получали затем Z = (ν0 - ν)/ν′ = ν0/ ν′ - 1, что неверно. Неверно потому, что скорость света изменяется при его движении в гравиполе [7].

Начиная со второй половины 20-го века, неоднократно проводились эксперименты по измерению временной задержки радиолокационного сигнала, проходящего вблизи Солнца. ОТО предсказывало, что электромагнитный сигнал, проходя вблизи Солнца, должен задерживаться примерно на 240 мкс. Эксперименты подтвердили это предсказание с точностью около 0,1% – [9], в статье “Тяготение”  [6].

3. Коэффициент смещения как функция скоростей света и частот 

      Учтём изменение скорости света в гравитационном поле. Тогда для длин волны фотона на источнике и преёмнике имеем: λ0 = С/ν0, λ′ = C′/ν′. Коэффициент же смещения примет вид:

Z = (C′/C) (ν0/ ν′ - 1).

      Если волновой сигнал получил каким-либо образом приращение скорости V, то его смещение Z = V/V = ∆C/(C - ∆C) = (C - C′)/C′. Отсюда получаем: λ′ = λ0 (C′/С) и

ν′ = ν0 (C′/С)2. Из λ′ = λ0(1+ Z) и C′ = C/(1+ Z) следует: Z = (ν01/2 – (ν)1/2)/)1/2.

      Для частоты на приёмнике имеем:  ν′ = ν0/(1+ Z)2. При этом будет соблюдаться выражение: λ ν′ = λ0ν0 (C′/С).

 

4. Объяснение некоторых экспериментов

      Здесь я привожу лишь результаты расчётов, проделанных Тигунцевым для иллюстрации предложенной им гипотезы о природе  красного смещения.

 

4.1. Эксперимент Паунда-Ребки

      Данные расчёта и эксперимента: Z = 2,456 10-15 и  2,5 10-15. Гравитационное красное смещение присуще каждому гравитирующему объекту –  Солнцу, нейтронной звезде, квазару и т.п.

4.2. Временная задержка при радиолокации Меркурия

Земля, Солнце и Меркурий находятся приблизительно на одной линии. С Земли на Меркурий посылается радиосигнал, который проходит вблизи Солнца, отражается от Меркурия и возвращается обратно на Землю. В эксперименте измеряется полное время t движения радиосигнала “туда” и “обратно”. ОТО предсказывает:  время задержки равно 240 мкс.

      Расчёт даёт следующий результат радиосигнал проходит путь от Земли до Меркурия за 693.813004 с.  Обратно за 693.813268 с, задержка в пути составляет 264 мкс. При этом частота принятого назад сигнала уменьшается в 1.00000003 раза.

Следует добавить, что сигнал излучается с Земли со скоростью 299792458 м/с. На пути до Солнца (150 млн. км) сигнал увеличит свою скорость до 299793150.7 м/с за счет гравитации Солнца. Далее на пути от Солнца до Меркурия (58 млн. км) скорость сигнала уменьшится до 299792885.3 м/с. После этого сигнал отражается от поверхности Меркурия (т.е. приобретает скорость 299792458 м/с в результате переизлучения фотонов) и на пути от Меркурия до Солнца увеличивает скорость до 299793146.2 м/с. Затем на пути от Солнца до Земли скорость сигнала уменьшается до 299792453.5 м/с. Результаты расчёта и эксперимента: 264 и 240 мкс.

 

4.3. Гравитационное красное  смещение  спектра Солнца

Красное смещение еолнца, определенное экспериментально, равно 2.1 10-6.

Расчет для проверки красного смещения, обусловленного гравитацией Солнца, выполнен по алгоритму, уже использованному в расчёте эффекта Паунда-Ребки): определяем уменьшение скорости луча света под воздействием гравитации Солнца.

Находим время, за которое свет проходит путь на текущем расчетном участке, затем находим приращение скорости (замедление) луча на этом участке. Суммарное приращение скорости света (замедление) находим как сумму приращений на всех расчетных участках при достижении расстояния 149.241 млн. км от Солнца и 258.6 тыс. км не доходя до Земли – в этой точке имеет место равенство ускорений свободного падения Солнца и Земли.

Получены следующие результаты: уменьшение  скорости света в гравитационном поле Солнца = 624.27 м/с, увеличение скорости света в гравитационном поле Земли = 0.203 м/с и суммарное приращение скорости = 624.067 м/с. Красное смещение Солнца равано 2,08210-6.

Данные эксперимента: 2,110-6.

Таким образом, объяснение красного смещения спектра излучения Солнца выполнено также при условии, что свет, испускаемый Солнцем, вначале тормозится Солнцем, а затем незначительно увеличивает свою скорость под воздействием гравиполя Земли.

 

4.4. Аномальное замедления космических аппаратов “Пионер-10” и “Пионер-11”

Аппараты удалялись почти радиально из Солнечной системы и потому радиолуч получал дополнительную скорость под воздействием гравитации Солнца. Расчёт выполнен по алгоритму, уже использованному в расчёте эффекта Паунда-Ребки.

Суммарное приращение скорости радиолуча составляет 2.94 м/с, фиолетовое смещение в спектре излучения радиопередатчика космического аппарата составляет –  9,79 10-9. В результате этого расчета также обнаружено, что при расстояниях от 20 до 70 а.е. фиолетовое смещение изменяется на величину не превышающую 5%, а при расстояниях от 40 до 70 а.е. - на величину не более 1%, что хорошо объясняет результаты американских исследователей, у которых начиная с 20 а.е. величина аномального ускорения получалась практически неизменной

(8 10-8 см/с2).

Таким образом, за аномальное ускорение космических аппаратов “Пионер-10, 11” приняли увеличение скорости радиолуча в гравитационном поле Солнца. В рассмотренных случаях приращение скорости незначительно, однако оно объясняет возникающие при этом эффекты. Подобным же образом могут быть объяснены эффекты красного смещения массивных космических объектов.

 4.5. Красное смещение квазаров

Для них не известны ни масса, ни радиус. Впервые квазары обнаружили в 1960 г. как радиоисточники, совпадающие в оптическом диапазоне со слабыми звездообразными объектами. В 1963 г. М. Шмидт (США) доказал, что линии в их спектрах сильно смещены в красную сторону. Принимая, что это смещение вызвано эффектом Доплера, по закону Хаббла определили до них расстояния. В 2000 году была определена галактика с красным смещением Z около 6.5.

Обнаружено уже более 5000 квазаров.

Ближайший из них и наиболее яркий (3С 273) имеет блеск около 13m и красное смещение Z = 0.158 (расстояние около 2 млрд. световых лет). Самые далекие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость нормальных галактик, видны на расстоянии более 10 млрд. св. лет. Изучая ближайшие квазары, удалось определить, что они располагаются в ядрах крупных галактик. Вероятно, это характерно и для остальных квазаров. Нерегулярная переменность блеска квазаров указывает, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы. Типовая масса квазаров по   В. Гинзбургу и Л. Озерной   сотен миллионов солнц.

При массе квазара равной 10 млн. масс Солнца, его радиус получился равным 42.19. При этом скорость света уменьшилась на 239921 км/с,  красное смещение Z = 4.0073. Красное смещение в спектрах излучений удаленных объектов Вселенной характеризует степень уменьшения скорости света гравитацией этих объектов, которое сопровождается уменьшением частоты и увеличением длины волны излучения объектов. Оно является всего лишь характеристикой параметров гравитирующего объекта, но никак не характеристикой скорости удаления объектов от наблюдателя – кроме случаев движения объектов по орбитам.

4.6. Изменение хода времени в зависмости уровня гравитационного потенциала

Рассмотрим, например спутник системы ГЛОНАСС (Н = 19100 км), который постоянно посылает радиосигналы приемникам на земле. Радиосигнал на пути с орбиты получает в поле Земли приращение скорости 0.16 м/с и прибывает чуть быстрее, чем его ожидают:

t1 =19100000/(299792458+0.16)=0.0673710742149 с. Ожидаемое время прибытия

t2 = 19100000/299792458 = 0.0673710742183 с. Значит, полагают, время на орбите идёт быстрее, а именно в (t2 –t1)/t2 = 5.25*10-10 раз. Смещение спектра линий радиосигнала  в фиолетовую сторону Z = - 0.16/(299792458+0.16) = - 5.25*10-10.  Для компенсации релятивистских эффектов  частоту бортового генератора смещают на относительную величину υ/υ = - 4, 36 10-10.

Таким образом, если принять, что изменяется скорость фотонов в гравитационном поле  [6,7], то нет смысла говорить о зависимости хода времени от уровня гравитационного потенциала.

 

Выводы

1. Фотоны испускается любыми атомом в любой точке Вселенной со скоростью 299792458 м/с, но с разными частотами.

2. Скорость, частота и длина волны фотона взаимосвязано изменяются при его движении в гравитационном поле.

3. Гравитационное красное смещение спектральных линий характерно для всех гравитирующиих объектов – чем больше масса объекта и меньше его размеры, тем оно больше. Поэтому красное смещение является всего лишь характеристикой параметров гравитирующего объекта и никак не характеристикой скорости удаления объектов от наблюдателя, кроме случаев движения объектов по орбитам. В этом случае может наблюдаться как красное, так и фиолетовое смещение

4. Учет взаимосвязанного изменения параметров фотона (скорости, частоты и длины волны) при его движении в гравитационном поле не оставляет места рассуждениям о зависимости хода времени от уровня гравитационного потенциала.

5. Из гипотезы Тигунцева следует уже давно очевидный вывод о ложности ОТО Эйнштейна.

Последняя ложна уже потому только, что базируется на его же псевдонаучной СТО. И это ясно уже, кажется, даже школьникам, но никак не академикам-релятивистам из российской Академии наук.

 

Источники информации

1. Тигунцев  С.Г. О красном смещении. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8788.html

Тигунцев Степан Георгиевич: Иркутск,  stiguncev@yandex.ru

2.  http://fishelp.ru/raz1/3.6.htm

3. Pound R., Rebka. G. Phys. Rev. Lett. vol.4, p.337 (1960); vol.4, p.275 (1960); vol.3, p.439 (1959).

4. Pound R., Snider J. Phys. Rev. B vol.140, p.788 (1965); Phys. Lett. vol.13, p.539 (1964).

5 Паунд Р. “Успехи физически наук” т.72 с.673 (1960).

6. http://astrolib.narod.ru/articles/Quasars.htm

7. Эйнштейн А. “О влиянии силы тяжести на распространение света” (Собрание научных трудов, том 1, Москва, Наука, 1965)

8. Ландау Л., Лифшиц Е. “Теория поля”, Москва: Наука, 1988

9. Фейнман Р., Мориниго Ф., Вагнер У. “Фейнмановские лекции по гравитации”, Москва: Янус-К, 2000

10. Паули В. “Теория относительности”, Москва: Наука, 1983

11. Вейнберг С. “Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности”, Волгоград: Платон, 2000

12. Уилл К. “Теория и эксперимент в гравитационной физике”, Москва: Энергоатомиздат, 1985

13. Окунь Л., Селиванов К., Телегди В. “Гравитация, фотоны, часы”, “Успехи физически наук” т.169, № 10, с.1141-1147 (1999)

14. Okun L., Selivanov K., Telegdi V. Amer. J. Phys. vol.68, p.115-119 (2000)

15. Okun L. “Photons and static gravity”, Modern Physics Letters A, vol. 15, No. 31, p.1941-1947 (2000)

16. Okun L. “A Thought Experiment with Clocks in Static Gravity”, Modern Physics Letters A, vol. 15, No. 32, 2007-2009 (2000)

17. Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. “Гравитация” (в трёх томах), Москва: Мир, 1977

18. Сиама Д. “Физические принципы общей теории относительности”, Москва: Мир, 1971

19. Зельдович Я., Новиков И. “Общая теория относительности и астрофизика” (Эйнштейновский сборник - 1966, Москва: Наука, 1966)

20. Зельдович Я., Новиков И. “Релятивистская астрофизика”, Москва: Наука, 1967

21. Гинзбург В. “Экспериментальная проверка общей теории относительности” (в сборнике “Эйнштейн и современная физика”, Москва: Гостехиздат, 1956, с.107)

22. Гинзбург В. “О теории относительности”, Москва: Наука, 1979

23. Хокинг С. “Краткая история времени: От большого взрыва до чёрных дыр”, Санкт-Петербург: Амфора, 2001

24. Брагинский В., Полнарёв А. “Удивительная гравитация (или как измеряют кривизну мира)”, Москва: Наука, 1985