Laser

С лазером – в гравитационное поле!

КТГ против ОТО, МОИ ОТКРЫТИЯ

Построив теорию гравитации (общую теорию относительности), Альберт Эйнштейн предсказал два новых эффекта: отклонение света вблизи Солнца и гравитационное смещение спектральных линий. Эти эффекты были подтверждены в многочисленных экспериментах и, по общему мнению, считаются надёжным доказательством ОТО.

И это логично. Теория предсказывает новые эффекты, и сам факт их наблюдения является подтверждением теории.

Но из любого правила есть исключения. Сейчас я постараюсь доказать, что предсказанные ОТО новые эффекты не подтверждают, а, наоборот, опровергают эту теорию. Понимаю, что это звучит парадоксально, но это так, и предлагаю всем в этом убедиться.

Давайте на время забудем про различные теории гравитации, включая ОТО и КТГ. Пусть у нас есть атомы и высокостабильные лазеры. И мы проводим с их помощью различные опыты в гравитационном поле Солнца. Скажем так, не сами проводим, а используем те опыты, которые уже проводились. Нас интересует только два эффекта: отклонение луча света и гравитационное смещение спектральных линий.

  1. Отклонение светового луча, проходящего вблизи Солнца

Известно, что луч света, проходя на расстоянии ρ от центра Солнца, отклоняется на угол α:

Eq. 2.1                                                                            (1)

Здесь M – масса Солнца, G – гравитационная постоянная,  c – скорость света. Угол отклонения очень мал. Даже если свет пройдёт вблизи поверхности Солнца, он отклонится всего на 1,75 угловой секунды. Это в тысячу раз меньше, чем видимый диаметр Луны.

Мы уже знаем, что если какая-то волна отклоняется от прямолинейного пути, то её длина волны изменяется вдоль траектории движения (см. статью «Движение волны»). Поэтому мы можем утверждать, что длина волны света УМЕНЬШАЕТСЯ вблизи Солнца. Соответственно, свет, двигаясь по кратчайшему оптическому пути, немного заворачивает в сторону Солнца, туда, где его длина волны меньше:

Fig. 2.1

Рис. 1. Отклонение света в поле Солнца

В точке C длина волны меньше, чем в точке D. Поэтому длина пути вдоль ADB, измеренная в длинах волны светового луча (оптическая длина пути), меньше, чем длина пути ACB. И луч света движется не по прямой ACB, а по кривой ADB, чтобы затратить минимум собственных колебаний на пройденный путь.

Итак, используя лазер, мы «просветили» всё пространство вблизи Солнца и убедились, что луч лазера всегда отклоняется на угол согласно уравнению (1). И это означает, что длина волны света, испущенного лазером, уменьшается вблизи Солнца. Попробуем найти это изменение.

Исходя из того, что поле Солнца обладает центральной симметрией, можно сделать вывод, что длина волны луча света зависит только от расстояния до центра Солнца r. Отклонение света очень мало, поэтому длину волны можно представить в виде:

λ (r) = λ0×(1 – 0(r))                                                         (2)

Здесь λ0 – длина волны на большом удалении от Солнца, λ (r) – длина волны этого же луча на расстоянии r от центра Солнца, 0(r) – малая добавка, зависящая от расстояния до центра Солнца. Истинная траектория луча l будет определяться уравнением:

Eq. 2.3                                                  (3)

Убирая постоянную из-под знака интеграла и учитывая малость поправки 0(r), уравнение (3) можно записать в виде:

Eq. 2.4                                                  (4)

Это вариационное уравнение, в котором величина 1 + 0(r) играет роль эффективного показателя преломления n(r). Обратная задача была уже решена в КТГ и ОТО. В обеих теориях показатель преломления в слабом поле получается один и тот же:

Eq. 2.5                                                             (5)

Показатель преломления обратно пропорционален длине волны (см. здесь), поэтому:

Eq. 2.6                                           (6)

Мы воспользовались тем, что 2GM/rc2 « 1.

Итак, экспериментально обнаружено, что луч лазера всегда отклоняется в слабом центральном гравитационном поле согласно уравнению (1). Поэтому зависимость длины волны луча света от расстояния до центра поля определяется уравнением (6). И никакие теории гравитации для этого вывода не нужны. Тем не менее, наш вывод находится в полном согласии с обеими теориями гравитации (КТГ и ОТО).

  1. Гравитационное смещение спектральных линий

Пусть первый наблюдатель находится на расстоянии r от центра Солнца, а второй – на большом удалении от Солнца. Пусть у обоих будут одинаковые лазеры. Например, на парах меди с длиной волны 0,51 микрона (см. вверху). Наблюдатели светят друг другу своими зелёными лазерами. При этом оба наблюдателя наблюдают эффект изменения частоты и длины волны лазерного излучения у своего напарника.

Наблюдатель вблизи Солнца регистрирует, что длина волны лазера у внешнего наблюдателя меньше, чем 0,51 микрона, то есть излучение смещено в синюю сторону спектра. Внешний наблюдатель, в свою очередь регистрирует, что длина волны у лазера, расположенного ближе к Солнцу, больше чем 0,51 микрон, то есть излучение смещено в красную сторону спектра:

Krasnoe-smeshhenie

Рис. 2. Красное гравитационное смещение спектральных линий

Этот эффект хорошо известен и многократно проверен. Он называется гравитационное смещение спектральных линий. Величина этого эффекта также известна.

Первый наблюдатель, находящийся на расстоянии r от центра Солнца, знает, что длина волны его лазера равна λ1 = 0,51 микрон. Но при этом он регистрирует, что длина волны точно такого лазера, расположенного вдали от Солнца, чуть меньше и равна λ2:

Eq. 2.7                                                    (7)

Мы снова воспользовались тем, что GM/rc2 « 1.

Теперь простой вопрос: какой эталон метра больше – который находится вблизи Солнца или вдали от него? Изменяется или нет масштаб длины вблизи Солнца?

На первый взгляд ответить на этот вопрос невозможно. Как мы сравним между собой два метровых эталона, которые находятся далеко друг от друга? Для сравнения их нужно поднести друг к другу. Но при этом их размер обязательно изменится так, что они будут одинаковы. Что делать?

Давайте внимательно посмотрим на уравнения (6) и (7). Эти уравнения получены из наблюдений. Из уравнения (6) видно, что длина волны зелёного лазера, равная 0,51 микрон, после того как луч света от внешнего наблюдателя приблизится к Солнцу на расстояние r, уменьшится в (1 + 2GM/rc2) раз. Но при этом наблюдатель, находящийся на расстоянии r от Солнца, обнаружит (7), что эта длина волны уменьшилась в (1 + GM/rc2) раз. Почему?

Ответ очевиден. Длина волны лазерного света, испущенного вблизи Солнца λ(r), меньше, чем длина волны точно такого же лазерного света, испущенного вдали от Солнца λ(∞):

  Eq. 2.8                                                               (8)

Учитывая, что GM/rc2 « 1, можно написать и так:

Eq. 2.9                                                        (9)

Уравнение (8) или (9) – это следствие уравнений (6) и (7). Длина волны определённой спектральной линии – это естественный эталон длины. Например, эталон метра до 1983 года определялся через длину волны оранжевой линии изотопа криптона-86. Поэтому уравнение (8) или (9) показывает, как изменяется в слабом гравитационном поле любой эталон длины. Мы достаточно просто решили задачу о масштабе в гравитационном поле.

Подведём итоги. Исходя из экспериментально установленных уравнений для движения света в слабом поле гравитации (6 – отклонение света) и (7 – смещение спектра), мы получили, что размер любого эталона длины, в том числе и атома, уменьшается в гравитационном поле в соответствие с уравнением (8) или (9). И этот вывод согласуется с КТГ и ОТО. В чём же проблема?

Если размер атома уменьшится, то энергия излучаемого фотона должна возрасти (см. здесь). А согласно ОТО, энергия фотона, излучаемого атомом вблизи Солнца, меньше, чем энергия фотона, излучаемого удалённым атомом.

Получается весьма парадоксальная ситуация. Уравнения (6) и (7) следуют из ОТО и подтверждаются экспериментом. Однако из этих уравнений следует, что чем глубже находится атом в гравитационном поле, тем больше его энергия. Это прямое противоречие с ОТО.

Почему так получилось? Какие принципиальные ошибки были совершены при построении ОТО? На эти вопросы постараемся ответить в следующей статье.

Василий Янчилин

Добавить комментарий