http://www.red-shift.info/_private/t5_74.htm

      Л.М. Топтунова

Как дела с доказательством истинности ОТО?

С доказательствами истинности у общей теории относительности (ОТО) дела обстоят плохо. Если не считать объяснения смещения перигелия Меркурия, то за 100 с лишним лет ОТО не получила ни одного экспериментального подтверждения без соответствующих натяжек под эту теорию. Этого и следовало ожидать, если учесть историю создания теории.

История создания ОТО

Общая теория относительности является продолжением специальной теории относительности (СТО). Созданию СТО предшествовал полувековой период накопления опасных ошибок в физике. Процесс накопления ошибок описан в статье «Как рождаются сенсации в астрофизике» (http://www.red-shift.info/_private/t5_71.htm). Это, во-первых, неправильное объяснение аномального движения электрона в поперечном магнитном поле возрастанием массы электрона с ростом его скорости. А, во-вторых, не замеченная большинством до сегодняшнего дня ошибка  в рассуждениях Майкельсона, вызванная тем, что при расчёте хода лучей в интерферометре не была учтена обусловленная движением Земли аберрация. Последняя ошибка дважды сыграла отрицательную роль в астрофизике. Первый раз, когда Лоренц для истолкования нулевых результатов опытов Майкельсона выдвинул предположение, что с ростом скорости время сокращается. Второй раз, когда на основании результатов опыта Майкельсона физики пришли к заключению, что эфира не существует.

Указанные ошибки вошли в СТО не как ошибки, а как экспериментально проверенные факты. Таким образом, создание СТО привело к закреплению в сознании физиков двух ложных идей:
1. Идея релятивизма – зависимость массы и времени от скорости;
2. Идея передачи взаимодействий через пустоту (отрицание существования эфира).

Эти ложные идеи, положенные в основу СТО, были затем унаследованы общей теорией относительности.

Современные релятивисты в качестве доказательства своей правоты приводят тот опытный факт, что релятивистская механика точнее механики Ньютона (см. рис.1).

Рис. 1

 

Действительно, при скоростях v > v1 релятивистские формулы дают значения, более близкие к точным значениям, соответствующим формулам теории запаздывающего потенциала. Но при v > v2 погрешность релятивистских формул начинает быстро нарастать и при v=c  релятивистские формулы теряют смысл. Из опытов следует, что v2 ~ 0,85·c.

Замечание 1. Теория запаздывающего потенциала учитывает существование эфира, передающего взаимодействия между объектами с конечной скоростью. Электромагнитные взаимодействия передаются со скоростью с.

Злоключения ОТО не ограничились наследованием ложных идей специальной теории относительности. Далее последовал этап манипуляции уравнениями ОТО. При выводе уравнений Эйнштейн исходил из нескольких предпосылок. Мы здесь остановимся на двух из них:
1. Мировое пространство пусто (эфира нет),
2. Мировое пространство криволинейно: любое тело вызывает искривление пространства, которое проявляется в том, что луч света притягивается к центру масс тела. Это, согласно Эйнштейну, и обуславливает явление гравитации.

Замечание 2. Забегая вперёд отметим, что обе эти предпосылки в дальнейшем в экспериментах не подтвердились.

Первая предпосылка о пустоте пространства между материальными объектами с необходимостью приводит к неустойчивости Вселенной в целом. В пустом пространстве Вселенная неизбежно будет либо расширяться, либо сжиматься, либо пульсировать. Выводя свои уравнения, Эйнштейн об этом ещё не знал. Но когда уравнения были получены, он увидел, что они описывают неустойчивую систему.  В этом нет ничего удивительного – математик, поработавший с дифференциальными уравнениями, может, и не решая уравнений, а только по их виду понять, что они описывают неустойчивый процесс. Добавление в одно из уравнений постоянного слагаемого меняет ситуацию: процесс, описываемый системой уравнений, становится устойчивым. Эйнштейн так и поступил. Он добавил постоянное  слагаемое, обозначив его греческой буквой  (лямбда). Позже эту добавку назвали «лямбда-членом» или «космологической постоянной» и даже пытались искать в ней скрытый физический смысл.  Однако добавление слагаемого  в уравнение было чисто математическим приёмом и никакого физического смысла не несло.

Эйнштейн был недостаточно сильным математиком, чтобы самому решить полученные им уравнения. Этим в 1922-1924 годах занялся А. Фридман. Он получил решения уравнений Эйнштейна для пространства положительной, отрицательной  и нулевой кривизны. Пространство он полагал однородным  и  изотропным (т.е. с одинаковыми физическими  свойствами  во всех направлениях и в любом месте пространства) и заполненным пылевидной материей без давления. Все эти предположения были чисто умозрительными. Они ни в малейшей мере не были согласованы с реальными свойствами физического пространства. Подобные упрощающие предположения обычны при решении математиками прикладных задач. Упрощения делаются для того, чтобы решение можно было получить в аналитической форме (т.е. в виде формул). Как показали позже эксперименты Ханнеса Альфвена (http://www.red-shift.info/_private/t5_66.htm) космическое пространство не является ни однородным, ни изотропным. Оно имеет волокнистую и ячеистую структуру. Космическое пространство заполняет плазма, в нём огромную роль играют электрические токи и магнитные поля. В нём наличествуют тонкие электростатические слои разрыва непрерывности, с паде­нием напряжения в несколько сот или даже тысяч вольт. Ничего этого в решениях Фридмана не учитывалось. Звёзды и галактики тоже не похожи на пылевую материю. Понятно, что при таком несоответствии предпосылок Фридмана  реальным условиям космического пространства, нельзя ожидать, что полученные им решения будут адекватны реальности. Тем более не стоит ожидать, что решения Фридмана позволят предсказывать неизвестные ранее свойства Вселенной.

Фридманом было получено несколько разных решений уравнений Эйнштейна. Но в настоящее время только одно из этих решений считается соответствующим ОТО. Это решение получено при   = 0  (отсутствие эфира) и положительной кривизне пространства. Согласно этому решению Вселенная расширяется, а скорость удаления любого объекта пропорциональна расстоянию до него. Из нескольких решений Фридмана именно это решение было выбрано Эйнштейном потому, что оно соответствовало опубликованному в 1929 году эмпирическому закону Хаббла: расстояние до галактики пропорционально её красному смещению

,

(r – расстояние, c – скорость света, H – постоянная Хаббла, z – красное смещение).

А вот на этом моменте стоит остановиться подробнее. Решение Фридмана даёт расширяющуюся Вселенную. Закон Хаббла тоже может быть истолкован как следствие расширения Вселенной. Но только при поверхностном взгляде. Хаббл получил свою зависимость по тридцати ближайшим галактикам. Это были галактики со средними характеристиками – их массы были не  слишком большие и не слишком маленькие. В дальнейшем, по мере того, как возрастали наблюдательные возможности астрономии,  зависимость между z и r  устанавливали для всё более отдалённых галактик. И, самое главное, исследовались галактики со всё более различными массами.  И вот тут-то стали появляться неожиданности.

Первое, что было замечено, – это то, что постоянная Хаббла это вовсе не постоянная. При расширении границ исследования множитель Н всё время приходилось подправлять в сторону уменьшения. Принятое на сегодня значение постоянной Хаббла в 8 раз меньше того значения, которое было получено Хабблом. Но не это самое опасное для последователей ОТО. Опасно было то, что стали появляться наблюдения, из которых было видно, что красное смещение z не характеризует расстояние до галактики. Это уже угрожало всей идеологии ОТО. Поэтому сегодня такие наблюдения релятивистами старательно замалчиваются. Но  мы приведём один пример такого наблюдения.

В 1966 г. Хэлтон Арп опубликовал Атлас пекулярных галактик. В нём содержатся 338 наблюдений, иллюстрирующих нарушение закона Хаббла. Вот один из них. На фоне галактики NGC 7319  с красным смещением  zгал = 0,0225 расположен маленький объект, указанный на  рис.2 стрелкой. Судя по величине красного смещения   и точечному размеру объекта, это квазар. Его красное смещение равно zкв=2,11. Снимок галактики и квазара сделан с Земли. Следовательно, квазар расположен между галактикой и Землей, то есть он ближе к Земле, чем галактика. Согласно закону Хаббла расстояние до объектов пропорционально их красному смещению. Поэтому квазар должен быть в сто раз дальше, чем галактика, потому что zкв / zгал = 2,11/0,0225 = 93,7 ~ 100.  Но ведь снимок свидетельствует об обратном – квазар к земле ближе, чем галактика!

Рис. 2

Этот пример показывает, что красное смещение и расстояние до объекта не связаны пропорциональной зависимостью. А это, в свою очередь, означает что ОТО, объясняющая красные смещения расширением Вселенной после Большого взрыва, в принципе не верна. Значит должно быть какое-то другое объяснение красных смещений.

Такое объяснение было предложено в конце прошлого века В.А. Антоновым. Красное смещение галактик вызывается сочетанием двух факторов – фон ночного неба плюс аккреция межгалактического газа на ядро галактики. Популярное изложение идеи Антонова можно посмотреть здесь (http://www.red-shift.info/_private/t5_56.htm). Красное смещение зависит не только от расстояния до галактики, но и от её массы:

,        B – постоянная.

 

Квазар на на фотографии, показанной на рис.2, это скорее всего небольшой спутник галактики. Если масса спутника в десять тысяч раз меньше массы галактики, то красное смещение спутника будет в сто раз болше красного смещения галактики при одинаковом расстоянии до них. Этим и объясняются красные смещения 2,11 и 0,0225.

 На этом закончим историю создания и становления ОТО и перейдём к рассмотрению явлений, которые ОТО пыталась объяснить.

Что пыталась предсказать или объяснить ОТО

Предсказания ОТО:

1. Смещение перигелия Меркурия;
2.
Расширение Вселенной;
3. Отклонение луча света вблизи масс.

Смещение перигелия Меркурия ОТО предсказывает верно. Хотя есть несколько других теорий, не столь экзотических как ОТО,  которые также правильно предсказывают аномальное смещение перигелия Меркурия.

Расширение Вселенной. Закон Хаббла В.М. Антонов доказательно объяснил сочетанием двух факторов – фона ночного неба и аккреции межгалактического газа на ядро галактики. Гипотеза о Большом взрыве, вызвавшем расширение Вселенной, не потребовалась. Поэтому закон Хаббла нельзя считать экспериментальным подтверждением предсказания Эйнштейна о расширении Вселенной. А других экспериментальных доказательств в резерве у последователей ОТО нет.

Отклонение луча света вблизи масс в экспериментах не подтвердилось. Всеобщее убеждение, что это доказанный факт, есть результат преднамеренной дезинформации  и умолчаний. Так в статье, написанной в защиту общей теории относительности (http://razumru.ru/science/popular/ginzburg.htm) В.Л. Гинзбург сообщает следующее:

«…6 ноября 1919 года результаты экспедиций были доложены в Лондоне на совместном заседании Королевского общества и Королевского астрономического общества. Какое они произвели впечатление, ясно из того, что сказал на этом заседании председательствовавший Дж. Дж. Томсон: «Это самый важный результат, полученный в связи с теорией гравитации со времен Ньютона… Он представляет собой одно из величайших достижений человеческой мысли»».

Почему в 1919 году доложенные результаты произвели на Томсона большое впечатление понятно. Но непонятно, почему В.Л. Гинзбург в 1987 году упоминает только о результатах затмения 1919 года. Ведь уже в том же 1919-м году возникли сомнения в объективности этих результатов. Поводом к сомнениям послужило то, что для вычисления предсказанного Эйнштейном угла отклонения лучей звёзд 1″,75  из более чем тридцати звёзд, попавших на фотопластинки (рис.3, справа), были выбраны только 7 звёзд (рис.3, слева).

Позже появилась фотография, на которой было видно гораздо больше звезд

Рис. 3

Почему В.Л. Гинзбург предпочёл не упоминать о результатах двух следующих затмений, становится понятно, если посмотреть на рис.4. На нём показаны смещения звёзд при затмении 1922 года. Черными точками обозначены звезды, а чёрточки, идущие от точек, показывают отклонение положения звезды во время затмения.

 

Смещение звезд соответствует случайному распределению плазменно-пылевых облаков

Рис. 4

Если бы действительно имело место предсказанное Эйнштейном отклонение луча света к центру масс тела, то все чёрточки были бы направлены к центру Солнца. Всмотритесь в рисунок, это абсолютно не так. Кроме того, для точек, расположенных ближе к Солнцу отклонение было бы больше, чем для более удалённых точек. Этого тоже нет.

Замечание3. Во второй половине 20-го столетия наблюдения случайных отклонений лучей звёзд во время затмения 1922 г. получили объяснение: отклонения вызываются рефракцией (преломление луча света) при контакте луча с более плотными плазменно-пылевыми облаками. Плазменно-пылевые облака распределены в солнечной короне случайно, поэтому и отклонения лучей получаются случайными.

Таким образом, гравитационное отклонение луча света вблизи солнечной массы не подтвердилось. Следовательно, не подтвердилось предположение Эйнштейна, что тела искривляют пространство  и что геометрия пространства – это риманова геометрия с положительной кривизной. В последующие годы астрофизики несколько раз проводили масштабное обследование неба с целью выявить положительную кривизну пространства. Результат всегда был отрицательным. На сегодняшний день считается установленным, что мировое пространство плоское (т.е. нулевой кривизны). Следовательно, нет никаких оснований для утверждения о возможности образования чёрных дыр.

Попытки объяснить с позиций ОТО абсолютно все наблюдения астрономов делались постоянно. Каждый раз для объяснения какого-либо наблюдения приходилось вводить дополнительную гипотезу ad hoc  (ad hoc –гипотеза специально для данного случая), нередко фантастическую. И каждый раз новые астрономические наблюдения разрушали все искусственные построения релятивистов. Так было с объяснением возраста звёзд и галактик (http://red-shift.info/_private/t5_47.htm). Так было с объяснением звёздного состава массивных эллиптических галактик (http://www.astrogalaxy.ru/927.html). Перечисление неудачных попыток релятивистов на астрономическом поприще можно продолжать долго. Последняя попытка была сделана недавно – в феврале месяце этого года было торжественно заявлено «Гравитационные волны — открыты!» (http://elementy.ru/novosti_nauki/432691/Gravitatsionnye_volny_otkryty). Но к сегодняшнему дню уже начали отчётливо прорисовываться контуры очередного просчёта релятивистов (http://www.red-shift.info/_private/t5_73.htm).

Мой коллега и старший товарищ В.М.Антонов говорил «Если физическая идея верна, то совпадающие с наблюдениями следствия  сыплются из неё как из рога изобилия». Из общей теории относительности следствия, совпадающие с наблюдениями, увы, не сыплются. 

Ханнес Альфвен, имея в виду предпосылки, на основании которых создана ОТО, в Нобелевской лекции в 1970 г. сказал следующее:

«…в некоторых принципиальных случаях этот подход не дал даже первого приближения к истине, а ввёл в тупики, из которых нам теперь нужно искать выход. Причина состоит в том, что некоторые из основных концепций, на которых базируются теории, неприменимы к условиям, преобладающим в космосе. Они «общеприняты» большинством теоретиков, разработаны при помощи в высшей степени изощрённых математических методов, но сама плазма «не понимает» сколь прекрасны теории, и решительно отказывается им подчиняться. Теперь уже очевидно, что нужно начинать новый подход с совершенно иных исходных событий».