Л.М. Топтунова

Последовательна ли теория Эйнштейна и отвечает ли она физической реальности?

Релятивистская теория гравитации (РТГ) А.А. Логунова стала известна научной общественности в 1988г. после её опубликования в Международном Ежегоднике «Наука и человечество». В работе были изложены основные непреодолимые трудности общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна и предложены пути их преодоления. Широкому же кругу читателей, интересующихся новостями науки, РТГ стала известна двумя годами раньше.  В 1986г. в журнале «Техника – молодежи» была размещена статья Логунова «О пространстве-времени и гравитации» (http://sakramento3.narod.ru/zerkalo/oto.htm).  В статье отмечены две проблемы ОТО:
1) невыполнение законов сохранения (массы, энергии, импульса и др.) каждого в отдельности;
2) нарушение равенства инертной и гравитационной масс (при условии, что их равенство декларируется как основной постулат ОТО).

В 1987 году статья Логунова была перепечатана в журнале «Наука и жизнь», членом редколлегии которой был академик В.Л. Гинзбург. Гинзбург немедленно откликнулся на эту статью своей статьёй «Общая теория относительности. Последовательна ли она? Отвечает ли она физической реальности?» (http://razumru.ru/science/popular/ginzburg.htm). Эта статья не потеряла своего значения до настоящего времени. В этой статье Гинсбург ещё раз напоминает основные бесспорные результаты, следующие из ОТО: объяснение поворота перигелия Меркурия и отклонения луча света при прохождении вблизи Солнца. Он подчёркивает, что ОТО уже не абстрактная теория, она используется при инженерных расчетах. Но отмечает также, что ОТО проверена лишь для слабого гравитационного поля в пределах солнечной системы.  Что даст проверка теории при переходе к астрономическим измерениям для далекого космоса – неизвестно.

Гинзбург сформулировал требования к фундаментальным физическим теориям: а) теория должна быть последовательной и б) теория должна быть адекватна физической реальности, то есть согласовываться с опытами и наблюдениями. Он признаёт, что ОТО последовательна и отвечает физической реальности в пределах солнечной системы.

Относительно замечаний Логунова (невыполнение законов сохранения и нарушения равенства инертной и гравитационной масс) утверждает, что так и должно быть, если выбрана риманова геометрия пространства, как это сделано в ОТО. Гинзбург полагает, что все расхождения ОТО и РТГ определяются тем, какова на самом деле геометрия физического пространства. Если пространство плоское (евклидово), прав Логунов.  Если криволинейное (риманово), прав Эйнштейн.

Данная статья в известной мере есть ответ на статью Гинзбурга, но не только ответ на статью. С момента опубликования статей Логунова и Гинзбурга прошло 28 лет. За это время накопилось очень много новых астрономических наблюдений, позволяющих сделать выводы относительно истинности обеих теорий – ОТО и РТГ.

Замечание. Основные типы физических пространств — пространство нулевой кривизны (евклидово, плоское), пространство положительной кривизны (риманово) и пространство отрицательной кривизны (Лобачевского). Положение точки в пространстве можно охарактеризовать тремя геометрическими координатами. В плоском пространстве это известные всем декартовы координаты (x,y,z).  Координатной поверхностью называется поверхность, на которой одна из трёх координат остаётся постоянной. В евклидовом пространстве все три координатные поверхности – плоскости (рис 1а). В пространствах Римана и Лобачевского это не так. На рис1b показана одна из координатных поверхностей риманова пространства, на рис1с – одна из координатных поверхностей пространства Лобачевского. К настоящему времени все астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что физическое пространство плоское. Разумеется, в пределах достигнутой точности измерений. В РТГ и ОТО к трём геометрическим координатам добавляют четвёртую координату – время t. Получается четырёхмерное пространство (x,y,z,t).  Делается это просто для удобства записи формул. Четырёхмерное плоское пространство называется пространством Минковского.

 

Рис. 1

В слабых гравитационных полях обе теории (ОТО и РТГ) должны давать почти одинаковые результаты. В сильных гравитационных полях у теорий расхождения. Так, у Эйнштейна возможны сингулярности с бесконечной плотностью материи в точке и чёрные дыры, а у Логунова сингулярности и чёрные дыры невозможны (максимально возможная плотность в РТГ 1016 г/см3).  

В ОТО из зависимости Хаббла  r = (c/Hz   (r – расстояние, c – скорость света, H – постоянная Хаббла, z – красное смещение) сделан вывод, что красное смещение определяется скоростью удаляющегося объекта. Из этого с неизбежностью следует вывод о Большом взрыве сингулярности, последствием которого является расширение пространства Вселенной. В РТГ Большой взрыв невозможен (нет сингулярности). Но за исключением сингулярности и чёрных дыр прогнозы обеих теорий сходны: и в ОТО и в РТГ решение уравнений приводит к расширяющемуся пространству. В обеих теориях закон Хаббла истолковывается как расширение пространства.

Однако уже известно, что в астрофизике, построенной  на  ОТО,  при попытке перейти от солнечной системы ко всей Вселенной, возникает масса противоречий
(см.
http://astrogalaxy.ru/918.html    http://www.astrogalaxy.ru/932.html).  

Приведём наблюдения, подтверждающие сказанное (рис.2).

 

Рис. 2

 

а) (http://www.haltonarp.com/articles/research_with_Fred).
Спиральная Галактика NGC7603 (z=0.029) связана с Object1 (z=0.059) светящимся мостом. Из этого следует, что обе галактики физически близки и, следовательно,  находятся от нас на одном и том же расстоянии. Если же судить по красным смещениям, то Object1 должен находиться на 436 миллионов световых лет дальше галактики NGC7603.

b) (http://bourabai.kz/arp/double.htm).
Двойной радиоисточник 3C343.1; два объекта связаны изофотами. Значит находятся от нас на одинаковом расстоянии. Судя по красным смещениям z=0.25  и  z=0.75 расстояние между объектами составляет миллиарды световых лет.

с) (http://electric-cosmos.org/arp.htm).
Данный снимок сделан с Земли. Квазар на фоне галактики означает, что он ближе к Земле, чем галактика.  Но  zгал  = 0.0225,  zкв = 2.11.  Та же ситуация – судя по красному смещению, квазар, по крайней мере, в сто раз дальше от нас, чем галактика.

В каталоге Арпа  (http://ned.ipac.caltech.edu/level5/Arp/Arp_contents.html) есть много подобных примеров. Фотографии, приведенные на рис.2,  выбраны потому, что они наиболее выразительные.

Известен афоризм Эйнштейна: «Никаким количеством экспериментов нельзя доказать теорию; но достаточно одного эксперимента, чтобы ее опровергнуть». Как видим, экспериментов (наблюдений),  опровергающих теорию расширения Вселенной гораздо больше одного. Если следовать требованиям В.Л. Гинзбурга к фундаментальным физическим теориям, то приходится признать, что в масштабах всей Вселенной теория Эйнштейна не является последовательной и не отвечает физической реальности.

Очевидно, что в ОТО (и в РТГ тоже) есть какая-то ошибка. Вопрос в том, какая именно ошибка и на каком этапе развития астрофизических представлений она возникла. Здесь мы сталкиваемся с очень трудным случаем, когда выясняется, что в появившейся ошибке персонально никто не виноват и даже затруднительно указать  момент возникновения ошибки.

Анализ процесса, приведшего к появлению в физике никем не замечаемой ошибки, проанализирован в статье Н.К. Носкова  «Явление запаздывания потенциала» (http://n-t.ru/tp/ng/yzp.htm ). Если совсем кратко изложить суть статьи, то сложившаяся на сегодняшний день ситуация есть следствие полосы мелких ошибок и отсутствия взаимопонимания в среде физиков. А также ещё двух случайных «роковых» совпадений.

Процесс накопления ошибок, приведший к сегодняшней ситуации в астрофизике, длился почти столетие    с 1835 по 1929 год. О совпадениях будет сказано ниже.

А теперь более детально, по датам.

Постепенное накопление ошибок

1835 г.  Гаусс на основании закона Кулона выводит закон динамики электромагнитного взаимодействия частица – частица, зависящий от относительной скорости взаимодействующих частиц. Главная идея – взаимодействие передаётся через среду с конечной скоростью. Гаусс умер, не успев опубликовать своего открытия. Но он успел послать письмо в Лейпциг своему младшему коллеге и другу Веберу. Закон Гаусса был результатом моделирования процесса взаимодействия, рассуждения просты и логичны, а выводы повторимы и проверяемы. Но в уравнении была допущена неточность: не учтено, что движение возможно с ускорением.

1867 г.  Вебер заметил неточность. Ему пришлось повторить весь вывод. Но теперь уже Вебер вывел свой закон, исходя из закона Ампера для взаимодействия двух проводников. Он опубликовал свой результат как математический формализм, не объясняя причинных его обоснований. В результате этого закон гаусса-Вебера современниками не был понят.

1881 г.   Томсон аномальные отклонения от закона классической механики при движении электронов в поперечном магнитном поле ошибочно приписал не законам электродинамики (которые он не знал), а росту массы электрона с увеличением скорости.

1885 г.    Гельмгольц неправильно понял работу Вебера, усмотрев в ней пропаганду дальнодействия (мгновенное распространение электромагнитных волн с бесконечной скоростью) в то время, когда там главной идеей было распространение э-м волн с конечной скоростью. Он выступил с резкой критикой теории, что надолго задержало распространение правильной физической идеи.

1892 г.   Лоренц при выводе закона электродинамики частица-поле  потерял член (v/c)2 , т.е. потерял запаздывающий потенциал, уменьшающий силу взаимодействия сообразно отношению (v/c)2.

1903 г.   Кауфман повторил опыты Томсона. Не вникая в физическую сущность результатов, он подтвердил правильность эмпирической зависимости массы электрона от скорости, полученной Томсоном.

1904 г.  Лоренц в статье «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света» приводит все результаты экспериментов Кауфмана и показывает хорошее их согласие с гипотезой об увеличении массы электрона при применении множителя, носящего его имя. В этой статье он окончательно сформировал идею общего принципа относительности, отрицающего существование среды, передающей взаимодействие между телами.

2005 г.  Эйнштейн при создании специальной теории относительности (СТО) общий принцип относительности Лоренца принял как бесспорно установленный факт. Таким образом, Эйнштейн в своей работе не совершал процедуры введения общего принципа относительности, как это принято считать. Он только в явном виде задекларировал пустое пространство (что молчаливо подразумевалось в принципе Лоренца).  А поскольку последствия введения общего принципа относительности для классической  физики оказались ужасными,  работа Эйнштейна сразу попала в центр внимания. По сути же Эйнштейн сам стал жертвой полосы мелких ошибок и отсутствия взаимопонимания физиков, растянувшейся на 70 лет от Гаусса (1835 г.) до Лоренца (1904 г.).

При создании ОТО,  кроме показанного выше постепенного накопления ошибок, большую роль для формирования ошибок ОТО сыграли два случайных совпадения.

1-е совпадение.  В экспериментах Томсона- Кауфмана произошло удивительное, «роковое» для теории относительности совпадение: закон предполагаемого изменения массы электрона приблизительно совпал с множителем Лоренца, который тот применил как гипотезу сокращения продольных линейных размеров для объяснения «нулевых» экспериментов Майкельсона – Морли. Совпадение было не точным. Сам Лоренц отмечал, что при v > 0,85 с  расхождение множителя Лоренца с множителем запаздывающего потенциала становится тем больше, чем больше  v. При приближении скорости  к скорости света, множитель Лоренца стремится к бесконечности, а запаздывающий потенциал принимает конечное значение.

2-е совпадение. Эйнштейн разрабатывал ОТО, имея в виду  стационарную Вселенную. Он опубликовал свою работу в 1916 году. В 1922 г. А.Фридман установил, что из решения уравнений ОТО следует нестационарность  Вселенной. Чтобы вернуть Вселенной стационарность, Эйнштейн ввёл в свои уравнения постоянное слагаемое (так называемую «космологическую постоянную»). В 1929 г. Хаббл опубликовал установленный им закон линейной зависимости красного смещения z от расстояния r до галактики. Этот закон можно было трактовать, как следствие удаления галактик. Сопоставив этот результат с нестационарными решениями Фридмана, Эйнштейн отказался от космологической постоянной и признал расширение Вселенной.  Логическим следствием этого было принятие гипотезы Большого взрыва, из которой при наблюдениях за далёким космосом последовала масса выводов, не отвечающих физической реальности.

Если бы красное смещение вызывалось расширением Вселенной, то для двух рядом расположенных галактик красное смещение всегда было бы одинаковым. Но примеры на рис.2  показывают, что это не всегда так. Значит причиной красного смещения является не расширение Вселенной. Возникает вопрос – почему же это не было замечено сразу?  Ответ – потому, что заметить это не позволяли слабые наблюдательные возможности астрономии. Хаббл нашёл свой закон по тридцати ближайшим галактикам. Ещё пару десятилетий после этого астрономам приходилось довольствоваться сведениями только о близких галактиках. За это время представление о том, что красное смещение есть следствие расширения Вселенной, прочно закрепилось в сознании учёных.

Альтернативное объяснение красному смещению галактик было найдено лишь в конце ХХ века.  Оно теоретически обосновано и подтверждено результатами наблюдений на максимальных расстояниях, доступных для наблюдений в конце двадцатого века.  Красное смещение галактик вызывается сочетанием двух факторов:  аккреции межгалактического газа на ядро галактики и фоном ночного неба (http://www.red-shift.info/, гл 1,2). Популярное изложение этой альтернативной идеи дано здесь  (https://vk.com/doc310912968_406146738?hash=3cd920f393d35f8923&dl=513f185f5091a94144).  

Вот теперь можно объяснить, в чём состояло второе «роковое» совпадение.  Дело в том, что аккреционно-фоновый механизм для близких галактик даёт линейную зависимость красного смещения z от расстояния до галактики r (для далёких галактик это не так). Вот эта-то линейная зависимость для близких галактик и была найдена Хабблом. Но она была неправильно истолкована как расширение пространства Вселенной.

Сейчас астрофизика находится в кризисе (если не сказать в тупике). Выход из тупика наметится только после того, как научным сообществом будут в полной мере осознанны эти два «роковых» совпадения.

 

Литература

1. Янг и др. (Young P.J., Sargent W.L.W., Boksenberg A., Carswell P.F., Whelan J.A.), 1979, ” Astrophus. J.”, 229, №3, 861.



Популярные статьи, близкие по смыслу к данной статье, можно найти в последнем разделе сайта http://www.red-shift.info/.