Закон всемирного тяготения и гравитационная постоянная: уточнение понятий, предложения

Из существующих теорий гравитации – классической и релятивисткой только закон И. Ньютона частично отражает реальность этого явления природы. Теория гравитации с кривизной пространства и с отрицанием материальной среды (эфира) в теории относительности А. Эйнштейна вообще не имеет никакого отношения к действительности. Целью статьи является разъяснение некоторых понятий классической теории гравитации и закона всемирного тяготения и предложения по его уточнению.

«Не соответствует действительности официальная версия о том, что закон Ньютона отражает взаимное «притяжение» двух материальных точек с массами m1 и m2 , находящихся на расстоянии R друг от друга» [4, с. 24]. И. Ньютон открыл закон всемирного тяготения, в котором использована гравитационная постоянная (коэффициент) G для расчёта силы F гравитационного взаимодействия между материальными телами 1 и 2:

F = G m ¹ m ² /R ² , где m ¹ и m ² – массы тел, R – расстояние между телами.

Формула закона всемирного тяготения, по которой определяют силу гравитации, в соответствии со вторым законом Ньютона представляет собой произведение массы одного из тел на ускорение свободного падения другого тела. По формуле Ньютона ускорение свободного падения (напряжённость гравитационного поля) равно g = G m / R ² . Максимальное значение ускорение достигает на поверхности шарового тела с радиусом R. Необходимо обратить внимание на размерность R ² в знаменателе, так как это размерность площади. Площадь поверхности тела больше соответствует физической сущности напряжённости гравитационного поля, чем радиус тела. Сейчас разность между R ² и 4 π R ² учтена, возможно, в величине гравитационного коэффициента G. В законе всемирного тяготения Ньютона нет ограничений значения величины радиуса и плотности вещества тела, поэтому представление массы тела в виде материальных точек может привести к абсурдным выводам. Так в теории относительности из-за неправильного понимания и ошибочного применения закона Ньютона при определении напряжённости гравитационного поля внутри тела, а именно оставления массы неизменной по мере углубления в тело, вследствие чего напряжённость поля внутри тела увеличивается и становится бесконечной в центре тела. В этом случае, чтобы получить правильное значение напряжённости поля, массу тела можно выразить через плотность ρ вещества и изменение объёма тела с переменой радиуса r. g = G 4 π r ³ ρ /3R ² , где r ^≤ R. Здесь R – радиус тела. Если в центре тела r = 0, то g = 0.

Все тела с разными массами имеют свои независимые от других тел значения ускорений свободного падения. Например, если одно тело имеет массу M, а другое тело – массу m, то g1 = G M / R2 , а g2 = G m / r2 При гравитационном взаимодействии двух тел, расстояние между которыми R, то общее ускорение g их сближения равно сумме индивидуальных ускорений: g = g1 + g 2 , или g = G (M + m) / R. Ускорение сближения двух тел будет максимальным, если их массы одинаковы. Обычно за абсолютную систему отсчёта принимают тело с большей массой, например, Землю. Таким образом, при падении различных тел на Землю более тяжёлые тела имеют большее ускорение и будут падать быстрее тех, у которых масса меньше.

О причинах, вызывающих притяжение тел друг к другу, размышляли ещё в глубокой древности. Один из мыслителей древнего мира – Аристотель утверждал, что лёгкие тела падают медленнее тяжёлых (при этом он не учитывал влияние воздуха). Опыты учёного- экспериментатора Г. Галилея показали несостоятельность взглядов Аристотеля. Различные по массе чугунное ядро и деревянный шар, которые

Галилей сбрасывал с Пизанской башни, падали на Землю одновременно. Он же измерил и значение ускорения свободного падения g ^Ο = 9,8 м/ сек ² . Это были первые установленные путём измерений экспериментальные факты. Все тела падают на Землю с одинаковым ускорением – основной вывод из опытов Галилея. Это положение принято в современной классической физике. Однако если для точного расчёта ускорения свободного падения воспользоваться предложенной в данной статье формулой, то прав Аристотель. Но если пренебречь точностью, когда из-за большой разницы массы Земли и масс различных тел разность ускорений будет заметна только примерно после 20-го знака после запятой, то прав Галилей.

Закон Ньютона, по которому в астрономических расчётах определяется сила F гравитационного взаимодействия между двумя телами с массами M и m, удалёнными друг от друга на расстояние R, можно записать в окончательном математическом виде:

F = G m (M + m) / R ² , где m ^≤ M

Представление о том, что источником гравитационного притяжения (тяготения) являются материальные тела, ошибочно. Причиной гравитации является ускоренное движение из космического пространства к центру тела потока эфира, скоростной напор которого давит на тело со всех сторон, обжимая его в шар. Эфир недоступен нашим органам чувств и прямому приборному наблюдению, поэтому его можно обнаружить только по силовому проявлению при его взаимодействии с материей. В настоящее время учёные пытаются определить некоторые параметры эфирной среды. Так астрофизик

С. Чандрасекар по результатам серии астрономических наблюдений за белыми карликами рассчитал плотность и динамическое давление в свободном эфире. По его данным плотность эфира находится в пределах от 0,504 до 140 ^× 10 ^-9 кг/м ³ , давление оценивается равным 3,67 ^× 10 Н/м ² [2, с. 83]. Эти исследования дополнительно доказывают, что окружающая среда материальна. Пространство без материи – пустой неограниченный объём, который не может искривляться или расширяться. Зная параметры эфирной среды, можно оценить, например, скорость распространения гравитационных волн [3, с. 9-16]. Эфир заполняет всё космическое пространство и общая масса его во Вселенной огромна и нет никакой необходимости в поиске гипотетической «тёмной материи» и «тёмной энергии». Если в разных частях Вселенной есть локальная разница в плотности эфира, то при уравнивании плотности движение потока эфира из более плотной области в область с меньшей плотностью эфира может двигать звёзды и галактики относительно друг друга. Давление ускоренного потока эфира передаётся всем телам и элементарным частицам. Если тело движется в потоке эфира и имеет равную скорость с потоком, т.е. свободно падает и его ускорение относительно потока равно нулю, то сила гравитации отсутствует, т.е. F = 0 и наступает невесомость. Если возникает разность ускорений между телом и потоком эфира, то возникает сила инерционного давления на тело. Наибольшая сила прижима одного тела к другому возникает при их контакте, когда сила гравитации максимальна. Более подробно о физической сущности инерции и гравитации разъяснено в книге И.П. Бухалова [2, с. 43-60].

Так как физической основой гравитации является материальный эфир, то гравитационная постоянная в законе всемирного тяготения является основной гравитационной характеристикой эфирной космической среды, определяющей динамическое взаимодействие эфира с материальными телами. Точность измерения гравитационной постоянной усовершенствованным методом Кавендиша возросла до G = (6,6742 ± 0,0031) × 10 ^-11 м ³ /(кг сек ² ).

Однако не всех устраивает значение величины G. Так, например, Е.Н. Авдеев [1, с.104] предлагает учитывать в законе тяготения непостоянство гравитационного коэффициента. Он считает, что все тела (например, планеты Земля и Луна) имеют свои коэффициенты гравитации и при взаимодействии тел друг с другом их надо усреднять. Кроме того Авдеев считает ошибкой в законе утверждение о том, что сила взаимного тяготения двух тел обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами масс, а не площади сферической поверхности с тем же радиусом. Закон всемирного тяготения, по его мнению, должна соответствовать поточно-потенциальной природе гравитации и отражать физическую сущность и свойства входящих в них параметров.

F = (G1+ G2) m1m2/4πr2 , где G1 и G2 - гравитационные коэффициенты тел 1и 2.

К.И. Черных сомневается в точности измерения и расчёта G и считает, что гравитационный коэффициент в законе тяготения Ньютона должен быть в два раза увеличен, потому что взаимно действуют между телами две одинаковые силы, а не одна. Тогда для Земли расчётная средняя плотность р = 2,76 г/ см 3, что вдвое меньше рассчитанной прежде плотности (5,52 г/см 3) и, главное, равной средней плотности каменных пород, составляющих кору Земли. Это значит, что внутри Земли нет железного ядра, а магнитное поле возникает из-за электрического поля [4,c. 26]. Причиной возникновения электрических токов является вращение Земли, относительное движение и трение друг об друга коры и магмы, электропроводимость пород, атмосферные вихри и океанские течения. Кроме того гипотетическое железное ядро не может быть постоянным магнитом, потому что в центре Земли высокая температура, а расплавленное железо не обладает остаточной намагниченностью. Одновременное увеличение коэффициента гравитации и уменьшение массы тела не влияет на величину гравитационной силы, так как произведение М на G остаётся прежним.

С моей точки зрения целесообразно установить численное значение коэффициента гравитации большим примерно в 1,5 раза из расчёта получения средней плотности вещества твёрдых пород Земли, Луны и других планет и меньшей массы железного ядра. Предлагаю принять G = 10 м /(кг сек ) , в котором одновременно учитывается постоянный коэффициент площади 4 ^п . Тогда, например, масса Земли будет равна

М = g R ² /G = 9,81 х (6,37 х 10 ⁶ ) ² /10 ^-10 = 3,98 х 10 ²⁴ кг.

Средняя плотность Земли, объём которой V = 1,08 х 10 21 м 3, будет равна р = М / V = 3, 98 х 10 24/1,08 х 10 21 = 3,69 х 10 3 кг/м3, что более реально.

В будущем, когда будет точно измерено ускорение свободного падения какого-либо космического тела, его размеры и масса, численное значение коэффициента гравитации может быть уточнено. Предложенные в статье уточнения и их разъяснения позволяют глубже понять природу гравитации и повысить точность закона всемирного тяготения.