VladYur (vladyur) wrote,
VladYur
vladyur

Categories:

Черные дыры: миф или реальность

Черные дыры: миф или реальность

Юровицкий В.М., Самара

Черные дыры – самый необычный феномен нашего мира, вытекающий из эйнштейновской общей теории относительности. Последнее время открытие черных дыр во вселенной составляет главный сюжет наблюдательной астрономии. Но существует ли этот феномен реально? Вот вопрос, который возникает вновь и вновь.

Фундаментальные основы существования черных дыр

Черные дыры[1] есть геометрический объект, гравитационное поле которого настолько велико, что свет не может его покинуть. Сфера, на которой первая космическая скорость равна скорости света, называется горизонтом черной дыры. Из-под этого горизонта не может выйти никакой физический объект, в том числе и свет.

Но легко видеть, что существование горизонта черной дыры прямо основано на постоянстве скорости света в пустом пространстве.

Эта концепция была принята Эйнштейном и названа принципом общей ковариантности. Источник этого утверждения лежит в специальной теории Эйнштейна.

Но насколько этот принцип справедлив?

Специальная теория относительности описывает движение света и релятивистских объектов в инерциальных системах отсчета. И постоянство скорости света в этой теории распространяется исключительно на инерциальные системы отсчета. Но не распространяется на неинерциальные системы отсчета.

Например, рассмотрим вращающуюся систему отсчета. Пусть из начала системы отсчета испущен световой импульс. Очевидно, что радиальная скорость света vr будет равна c – скорости света в инерциальной системе отсчета. Но тангенциальная скорость света vt в произвольной точке этой системы отсчета будет равна тангенциальной скорости вращения этой точки системы отсчета в инерциальной системе отсчета, Отсюда общая скорость света в неинерциальной системе отсчета будет равна сумме радиальной и тангенциальной суоростиИ эта скорость больше скорости света в инерциальной системе и может быть сколь угодно большой.

Другой пример движения света в неинерциальной системе отсчета. Пусть в негравитирующем пространстве движется световой импульс мимо наблюдателя. Введем неинерциальную систему отсчета, направив ось Ох нашей системы отсчета на световой импульс. Если кто-то скажет, что невозможно отслеживать движение светового импульса при его движении, то мы можем заменить световой импульс неким материальным ультрарелятивистским объектом, который уже можно теоретически отслеживать по всей его траектории. Ясно, что эта траектория будет сколь угодно близка к траектории света. Мы не будем выводить уравнение этой траектории. Лишь заметим, что движение будет одномерным вдоль оси Ох во вращающейся с переменной скоростью системы отсчета. Понятно, что на бесконечности скорость света vx= с – скорости света в инерциальной системе отсчета. По мере приближения скорость vx будет уменьшаться и в точке максимального сближения обращается в 0, после чего будет удаляться и на бесконечности вновь достигнет скорости света в инерциальной системе отсчета. Таким образом, имеем в неинерциальной системе отсчета вновь переменную скорость света, которая меньше скорости света в инерциальной системе отсчета и даже на мгновение обращается в 0.

Итак, мы видим, что постоянство скорости света носит ограниченный характер и распространяется только на инерциальные системы отсчета. В неинерциальных системах отсчета это постоянство не имеет места.

Принцип эквивалентности

После публикации в 1905 году статьи «К электродинамике движущихся сред», в которой дана теория релятивистского движения в инерциальной системе отсчета, в 1907 году Эйнштейном была сделана попытка создать и релятивистскую гравитационную теорию в работе «О принципе относительности и его последствиях»[2]. В качестве основополагающего принципа при этом им был использован так называемый «принцип эквивалентности», состоящий, по его мысли, из эквивалентности движений в гравитационном поле и в негравитационном пространстве в неинерциальной системе отсчета.

На наш взгляд, это было великое открытие. Но, увы, в 1915 году он опубликовал работу «Проект обобщенной теории относительности и теория тяготения»[3], в которой полностью отказался от развития теории гравитации на базе принципа эквивалетности и создал новую гравитационную теорию уже на базе так называемого принципа всеобщей ковариантности, которая была им названа Общей теорией относительности. В ее основе лежали два принципа:

1.                              Принцип постоянства скорости света – «всеобщая ковариантность» по Эйнштейну.

2.                              Переменные меры, метрики и эталоны, опрепделяемые гравитационными свойствами мест.

Другими словами, от принципа эквивалентности он отказался. Но ранний принцип эквивалентности кинематики гравитационных движений и движений в неинерциальных системах отсчета был заменен якобы эквивалентным – принципом равенства сил гравитационных и инерциальных.

Что такое гравитационные силы понятно, это силы, возникающие, якобы, между гравитирующими объектами. А вот что есть сила инерции однозначного определения нет. Но очевидно, что это силы исходящие от механических объектов в противовес приложенным к ним активным силам. Фактически, это силы противодействия по отношению к гравитационным силам. Другими словами равенство этих сил есть фундаментальный закон механики – третий закон механики, Так содержательный принцип механики, который мог бы стать основой новой теории гравитации, был переформулирован в трюизм.

Превращение мер и эталонов в природный феномен еще более удивителен. Меры и эталоны создают люди и меняют их не на основе законов природы, а по решениям соответствующих метрологических организаций. Но вообще-то незыблемость и единство мер и эталонов есть одно из величайших цивилизационных достижений. самовольное их изменение приравнивается зачастую к преступлениям. Ни в одной научной дисциплине нет переменных мер и эталонов и потому возможность совмещения ОТО с другими разделами физики (единая теория поля, мечта Эйнштейна второй половины жизни) принципиально невозможно.

Таким образом, сами основы новой эйнштейновской теории гравитации некорректны.  И они прямо противоречат идеям принципа эквивалентности 1907 года.

Возможность существования черных дыр

Рассмотрим теперь саму физическую возможность существования черных дыр. Для этого выскажем некоторые утверждения относительно кинематики света в свободном пространстве:

1.                             В любой точке пространства скорость света есть предел скорости движения любых физических объектов. Это означает, что если из некоторой точки пространства будут одновременно испущены импульс света и любой материальный объект, в свободном пространстве их встреча невозможна. Свет невозможно физически обогнать, в этом смысл предельности скорости света. Но это вовсе не означает постоянство скорости света во всех точках пространства.

2.                             Скорость движения света в любой точке свободного пространства изотропна.

3.                             Все типы света кинематически одинаковы. Другими словами, любые фотоны, пересекшиеся в одной точке пространства с одинаковым направлением движения, будут находиться в совмещенном состоянии всегда, каковы бы ни были их собственные характеристики, каков бы ни был их источник. Свободное пространство недисперсионно.

4.                             Траектория света в свободном пространстве непрерывна.

Результатом этих положений может служить, что свет в гравитационном поле движется как и обычное тело, влетевшее в гравитационное пространство. Отличие от  любых тел, что на бесконечности, вне поля, скорость света в  инерциальной на бесконечности системе отсчета (гармонической системе отсчета) одинакова. Внутри гравитационного поля свет движется с переменной скоростью как и все свободные тела. В любой точке гравитационного поля скорость любого тела меньше скорости сета в этой же точке. Но свободные массовые тела могут двигаться внутри гравитационного поля со скоростью большей скорости света за пределами гравитационного поля.

Свободный световой импульс, вошедший в финитное гравитационное поле, покинет его всегда.

А теперь рассмотрим эйнштейновскую концепцию черных дыр. На горизонте черной дыры свет может двигаться только по окружности. Направим из бесконечности световой импульс так, чтобы он прошел по касательной к горизонту так называемой черной дыры и затем ушел в бесконечность. Тогда в точке касания мы имеем два возможных направления движения света – по окружности по сфере горизонта черной дыры и в бесконечность, что противоречит принципам 2 и 3.

Гравитационное поле массового объекта у уменьшается по мере углубления внутрь массового объекта и в его центре обращается в нуль. Таким образом, какова бы ни была черная дыра и каково бы ни было гравитационное поле на его внешней границе, внутри нее, в центральной области гравитационного поля нет вообще, вещество находится в невесомости. Разговор о том, что мы не можем знать о состоянии вещества внутри черной дыры означает отрицание всех законов механики и вообще науки. Это еще более превращает концепцию черных дыр в сферу парадоксов.

Отметим, что состояние невесомости звездного и планетного вещества в их центральных областях до сих пор никак не отрефлектировано астро- и планетофизикой. А ведь невесомость в центральных областях звезд означает отсутствие в этих областях сегрегации по атомным массам и потому именно эти области могут являться областями молекуло- и минералогенеза.

Итак, мы видим, что концепция черных дыр основана на постоянстве скорости света. Возможно ли это? Да, возможно, если положить этот факт в основу и под него подгонять меры и эталоны. В этом суть ОТО. Ясно, что при этом в подогнанной метрике будут изменяться множество других характеристик, появляться разнообразные «эффекты». Но это не путь современной науки с ее отношением к постоянству и единству мер и эталонов как к священным и нерушимым цивилизационным константам. Разве не очевидно, что с помощью специально подогнанной метрики можно установить постоянство скорости (или любой иной закон движения) любого механического объекта как с помощью фальшивых весов можно установить любой желаемый вес любого товара.

Таким образом, как концепция черных дыр, так и сама ОТО не выдерживает критики и должны быть отброшена как заблуждение, хотя и довольно длительное и вовлекшее в свою орбиту множество ученых. И это самая удивительная проблема массовой психологии ученых: как абсолютно бредовые идеи могут захватывать массы ученых.

И еще один вопрос: как мог Эйнштейн, создав основу гениальной концепцию гравитации через принцип эквивалентности, отбросить ее и перейти к какой-то непонятной и сумбурной концепции связи гравитации с переменными мерами и эталонами для обеспечения постоянства скорости света. Это, видимо, уникальный случай в истории науки – создатель великого гениального открытия сам отказывается от него ради более чем сомнительных представлений. И думается, тут уместно задать вопрос: а сам ли Эйнштейн открыл гениальный принцип эквивалентности? Потому что это просто немыслимо, чтобы сам творец пионерского открытия, что требует долгих и трудных размышлений, мучительных сомнений, бессонных ночей,  и вдруг отрекается от него, без объяснения причин, не указав, что заставило его придти  к этому.

Нам думается причина в следующем. Для дальнейшего развития концепции эквивалентности необходимо было иметь общую теорию неинерциальных систем отсчета. Но ее в то время не было, нет и в наше время. Сам Эйнштейн создать ее не смог. И тогда он воспользовался чисто математической концепцией дифференциальной геометрии, не имевшей никакой связи с пространственными механическими представлениями. Чего только стоит утверждение ОТО, что системы отсчета в ней могут быть абсолютно произвольными. Но построить на абсолютно произвольных системах отсчета механику реального мира невозможно. На произвольных системах отсчета будет и произвольная механика, не имеющая ничего общего с реалиями мира. Недаром же сам разработчик математической части этой теории отказался от соавторства в создании механической теории эйнштейновской общей теории относительности.

Вторым «эпохальным»  открытием ОТО считается открытие нестационарности космологической вселенной. Однако, нестационарность однородной гравитирующей среды была описана выдающимся английским математиком и астрофизиком Эдуардом Милном в рамках ньютоновской теории тяготения в середине тридцатых годов прошлого столетия[4]. Причем в теории нет предположений о  каких-то экстремальных характеристиках среды, она лежит в целиком в области справедливости ньютоновской механики, и потому, если верна концепция Эйнштейна, что ОТО есть некий экстремальный предел ньютоновской механики, теории нестационарной однородной гравитирующей среды Милна и Фридмана должны   иметь совпадения в какой-то части. Но они расходятся целиком и полностью во всех своих частях. Таким образом, из двух концепций концепция разбегания галактик Милна, построенной на базисе ньютоновской теории, и Фридмана, построенной на базе ОТО, достоверней выглядит безусловно концепция Милна. Таким образом и второе «фундаментальное» открытие ОТО было открыто и без ОТО и от нее фактически не остается ничего конструктивного.

Реабилитация концепции черных дыр

Но в современной астрономии есть определенные моменты, которые позволяют надеяться, по крайней мере, на частичную реабилитацию концепции черных дыр.

Как известно, современная теория гравитации основана на силовом взаимодействии гравитирующих тел. Можно показать, что ее можно перестроить в полевую теорию, в которой действующим агентом является гравитационное поле, источниками которого являются массовые тела.  И легко видеть, что это поле будет иметь потенциальный характер.

Но есть некоторые моменты в астрономических наблюдениях, которые не укладываются в потенциальных характер гравитационного поля. Это такие моменты как движение перигелия Меркурия и других ближайших к Солнцу звезд, Эффект изменения периода вращения близких друг к другу нейтронных звезд, наконец, наблюдающийся эффект вращения плоскости полярных орбит искусственных спутников Земли – увлечение вращения орбит вращением Земли. Все это гораздо проще, чем в ОТО, может быть объяснено наличием еще одного вида псевдогравитационного поля – поля, создающего тангенциальные воздействия. Таким свойством обладают вихревые поля. Таким образом, можно предположить, что существует две компоненты обобщенного гравитационного поля: потенциальная компоненты, источником которой являются массы, и вихревая компонента, источником которой являются собственные вращения, спины звезд и планет. Собственное вращение Солнца за счет вихревого поля увлекает во вращение и орбиту Меркурия и других ближайших к Солнцу планет. И это понятно, так как вихревые компоненты обратно пропорциональны третьей степени расстояний, т.е. являются короткодействующими. Вихревые поля объясняют изменение периода вращения двойного пульсора PSR B1913+16, за открытие которого в 1974 году Р. Халс и Д. Тейлор получили Нобелевскую премию за 1993 год. Причем это было мотивировано как проявление гравитационных волн. Но интерпретация этого эффекта как взаимодействие вихревых полей двух вращающихся пульсоров выглядит значительно привлекательней, чем объяснение через излучение гравитационных волн.

Вихревая псевдогравитация имеет и следующую интересную особенность. При орбитальном движении механического объекта вокруг спинора в одну сторону окружная скорость будет увеличиваться и увеличиваться расстояние между объектом и спинором. В конце концов механическимй объект окажется на траектории, на которой действует только потенциальная компонента, а влияние вихревой компоненты будет ничтожно. Другими словами вихревое взаимодействие очищает прилегающее к нему пространство от объектов, вращающихся в этом напрвлении. При другом направлении вращения орбитальная скорость будет уменьшаться и соответственно, будет уменьшаться и расстояние до звезды из-за действия потенциальной компоненты гравитационного поля и уменьшаться период обращения. Конечным итогом такого движения может стать падение на звезду и поглощение ею обращающегося объекта. Таким образом также происходит очистка прилегающего к спинору пространства, но уже за счет поглощения объектов. Быстро вращающиеся пульсоры  или нейтронные звезды будут поглощать пролетающую в одном направлении материю и отбрасывать за пределы своего вращательного влияния пролетающую в другом.

Конечно, здесь может быть множество иных интересных явлений как космологического, астрофизического плана так и непосредственно планетарно-тектонического плана. Здесь открывается новая интересная область астрономии, астрофизики, планетологии и даже земной геофизики и тектоники.

Заключение

Альберт Эйнштейн был близок к созданию несиловой теории гравитации на основе принципа эквивалентности. Но, увы, не имея общей теории движения тел в неинерциальных системах отсчета, пришел к созданию теории, основанной на изменении мер и эталонов с целью обеспечения «общей ковариантности», фактически, постоянства скорости света. Черные дыры непосредственно следуют их этого надуманного принципа постоянства скорости света в гравитационном поле. И чрезвычайно важно сопоставить две неверные теории гравитации: ньютоновскую и эйнштейновскую.

Ньютоновская возникла на базе существовавших в его время предстапвлений. Так называемая инерциальная система отсчета представлялась единственной и тотальной. И потому любые отклонения от равномерного движения и покоя объяснялись силами. И возникшая на этих представлениях концепция гравитационных сил и всемирного тяготения прекрасно подтверждалась известными опытными данными движения планет и других объектов в рамках теории двух тел..

Но эйнштейновская теория не имеет никакого обоснования на базе простейших наблюдательных фактов. Она явилась чистейшим умственным упражнением, основанным на сверхсложных математических представлениях, не имеющих никакой опытной поддержки. И если ньютоновская механика, хоть с точки зрения современных представлений космического века и ошибочная, имеет громаднейший научный массив оправдавшихся на опыте фактов, то перечень всех так называемых «открытий ОТО» помещаются в трех строчках текста.

Вот поразительный пример двух неверных в своей основе теорий. Одна оказалась чрезвычайно плодотворной, так как основывалась на фактах, пусть и не всегда правильно интерпретированных. Вторая, основанная на играх «чистого разума», оказалась самой бесплодной и спекулятивной в истории науки.

Владимир Юровицкий

Тел.+7-902-426-8190 или Viber

Сайты: http://yur.ru, http://vladyur.livejournal.com

E-mail: vlad@yur.ru, v.yurovitsky@mail.ru




[1] K. Schwarzschild. «Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einstein’schen Theorie». Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1 (1916) 189—196.

{C}[2]{C} A. Einshtein. Jahrb.d. Radioactivät u. Electronik, 1907, 4, 411-462

{C}[3]{C} A. Einshtein. Z.Math und Phys. 1913. 62, 225-261.

[4]{C} E.Miln. Kinematic relativity; a sequel to Relativity, gravitation and world structure, Oxford: Clarendon Press, 1948

Tags: Ньютон, Эйнштейн., гравитация, черные дыры
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments