Синее смещение

В какую сторону сдвинется спектр атома в гравитационном поле: в красную или синюю?

КТГ против ОТО, МОИ ОТКРЫТИЯ

Специалисты по гравитации утверждают, что спектр атома, помещённого в гравитационное поле (ближе к Солнцу или Земле), сдвинется в красную сторону. Это укоренившееся заблуждение основано на недоразумении. 

Давайте попробуем разобраться в этом, казалось бы, простом вопросе. Мы будем опираться только на два твёрдо установленных экспериментальных факта: гравитационное смещение спектральных линий и отклонение луча света в гравитационном поле Солнца. Для простоты будем рассматривать слабые поля.

1. Гравитационное смещение спектральных линий

Пусть первый наблюдатель находится на большом удалении от Солнца, а второй – на расстоянии r от центра Солнца. Наблюдатели светят друг другу одинаковыми лазерами с длиной волны λ. Обозначим λ1 – длина волны света 1-го лазера в том месте, где находится 1-й наблюдатель; λ12 – длина волны того же луча света, после того как этот свет достиг 2-го наблюдателя; λ2 – длина волны света 2-го лазера в том месте, где находится 2-й наблюдатель.

Известно, что 2-й наблюдатель обнаружит синее смещение в лазерном излучении от 1-го наблюдателя:

Eq. spektr 1                                                            (1)

Здесь G – гравитационная постоянная, M – масса Солнца, c – скорость света.

Стоит подчеркнуть, что 2-й наблюдатель не знает, чему равна длина волны λ1 у лазерного света 1-го наблюдателя, он измеряет только величину λ12, которая отличается от λ1. Давайте найдём отношение λ21.

2. Отклонение луча света в гравитационном поле Солнца

Мы сможем найти отношение λ21, если рассчитаем, как изменяется длина волны света вдоль траектории светового луча 1-го лазера. Эту задачу можно решить, если знать угол отклонения света в поле Солнца в зависимости от прицельного параметра. Потому что траектория любой волны зависит только от изменения её длины волны вдоль траектории (принцип кратчайшего оптического пути).

Из многочисленных экспериментов известно, угол отклонения α луча света в поле Солнца зависит от прицельного параметра ρ и равен:

  Eq. spektr 2                                                                 (2)

С другой стороны, траектория светового луча определяется уравнением:

  Eq. spektr 3                                                             (3)

Величина обратная длине волны играет в уравнении (3) роль эффективного показателя преломления. Решая уравнение (3) с учётом (2), находим, как изменяется длина волны вдоль траектории луча в зависимости от расстояния r до центра Солнца:

Eq. spektr 4                                          (4)

Мы воспользовались тем, что GM/rc2 « 1.

3. Смещение спектра в гравитационном поле

Зная, как отклоняется свет в поле Солнца, мы нашли изменение его длины волны вдоль траектории луча (4). Сравнивая это изменение с величиной гравитационного смещения (1), мы сможем найти изменение длины волны излучения вблизи Солнца. Суть используемого подхода иллюстрирует рис. 1.

Отклонение 1

Рис. 1. Удаленный наблюдатель, зная угол отклонения света, рассчитывает, как длина волны его лазера изменяется вдоль траектории луча и находит отношение λ121 в точке Р. Наблюдатель в точке Р измеряет гравитационное смещение, то есть отношение λ122. В итоге становится известным отношение λ12. В результате мы узнаём, как изменяется длина волны излучения в точке Р по отношению к удалённому наблюдателю.

В уравнениях (1) и (4) левые части равны. Приравнивая их правые части и учитывая, что GM/rc2 « 1, получаем:

                                                       Eq. spektr 5.1                   ⇒

Eq. spektr 5                            ⇒                                      (5)

Eq. spektr 6                                                          (6)

Мы нашли изменение длины волны лазерного (атомного) излучения вблизи Солнца.

Убедительная просьба, не путать уравнение (6) с очень похожим на него уравнением (1). Когда 1-й лазер вдали от Солнца излучает свет, длина волны его света больше, чем у точно такого же 2-го лазера вблизи Солнца (6). Но когда свет от 1-го лазера проникает вглубь гравитационного поля и достигает 2-го лазера, его длина волны уменьшается (4) и становится меньше, чем у 2-го лазера (1):

Синее смещение

Рис. 2. Раскрасим цвета световых лучей, изображённых на рис. 1, в соответствии с их длиной волны. Удалённый лазер (атом) имеет красный цвет. Лазер (атом) вблизи массивного тела имеет зелёный цвет. Когда красный свет проникает вглубь гравитационного поля, он синеет и именно поэтому выполняется уравнение (1) для гравитационного смещения.

Итак, излучаемая длина волны будет меньше у того лазера (атома), который находится глубже в гравитационном поле (6). Таким образом спектр электромагнитного излучения сдвигается в гравитационном поле (вблизи массивного объекта) в синюю сторону. А не в красную, как ошибочно полагают специалисты по гравитации. Кстати, а какое мнение по этому поводу у специалистов по гравитации?

4. Странная логика специалистов по гравитации

Специалисты по гравитации справедливо полагают, что раз свет притягивается к Солнцу, то его длина волны уменьшается вблизи Солнца, а показатель преломления возрастает. Вот цитата из авторитетного источника:

Фок

Рис. 3. Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения (2-е издание), Москва: Физматлит, 1961, с. 294, Фок использует обозначение: U = GM/r.

В ОТО отклонение лучей света в поле Солнца трактуется так. Скорость света уменьшается вблизи Солнца (относительно удалённого наблюдателя) обратно пропорционально показателю преломления, но частота света при движении не изменяется. А так как длина волны – это скорость, делённая на частоту, то длина волны вдоль луча изменяется обратно пропорционально показателю преломления в соответствии с уравнением (4).

А если к уравнению (4) добавить уравнение (1), то можно сделать вывод, что спектр атомов сдвигается в гравитационном поле не в красную, а в синюю сторону (6).

Самое смешное в этой ситуации, что специалисты по ОТО рассуждают точно также, как и я, но затем делают совершенно АЛОГИЧНЫЙ вывод. Давайте на это посмотрим. Вот цитата из другого авторитетного источника:

Боул, с. 89

Рис. 4. Боулер М. Гравитация и относительность, Москва: Мир, 1979, с. 89. У Боулера введено обозначение: φ = – GM/rс2.

Книга профессора Боулера представляет, как отмечено в аннотации, монографию учебного характера по ОТО и отличается строгостью и последовательностью изложения. Она написана на основе лекций, которые автор читал студентам Оксфордского университета. Из цитаты мы видим, что согласно ОТО, в гравитационной яме (вблизи Солнца) скорость света уменьшается:

  Eq. spektr 7                                                                 (7)

и частота физических процессов также уменьшается:

Eq. spektr 8                                                               (8)

А так как длина волны излучения равна скорости света, делённой на частоту, то длина волны любой спектральной линии в гравитационном поле изменяется так:

  Eq. spektr 9                                                               (9)

То есть, длина волны любой спектральной линии в гравитационном поле уменьшается. А это означает, что спектр излучения атомов сдвигается в гравитационном поле (вблизи Солнца) не в красную, а в синюю сторону. Стоит отметить, что уравнение (9) совпадает с уравнением (6).

Интересно, что и профессор Боулер делает точно такой же вывод уже на следующей странице:

Боул, с. 90

Рис. 5. Боулер М. Гравитация и относительность, Москва: Мир, 1979, с. 90

Итак, профессор Боулер предлагает разобраться, как изменятся процессы в атоме, если атом поместить в гравитационную яму. При этом он предлагает считать, что и атомные частоты, и атомные размеры изменятся в гравитационном поле одинаково: пропорционально (1 + φ). Кроме того, по ОТО все размеры должны измениться в одной и той же пропорции. И если размер атома уменьшится, то и длина волны его излучения также уменьшится. Таким образом, из цитаты следует, что частота излучения и длина волны излучения уменьшатся в гравитационном поле в одинаковой пропорции.

Но разве такое возможно? Если длина волны атомного излучения уменьшится, то, очевидно, спектр излучения сдвинется в синюю строну. А если частота уменьшится, то спектр излучения сдвинется в красную сторону. Специалистам по гравитации нужно как-то определиться в этом вопросе.

Заслуга профессора Боулера в том, что он написал два явно противоречивых утверждения в одном простом и понятном предложении. А его книга признана авторитетной учебной монографией. Из этого можно сделать вывод, что специалисты по гравитации находятся в глубокой алогичной яме, из которой самостоятельно выбраться не смогут. Нужно им помочь. Тем более что здесь всё просто и ясно.

5. Как изменяется энергия фотона при движении в гравитационном поле?

Энергия фотона равна:

ε= ω ћ                                                                      (10)

Путём простых преобразований выразим энергию фотона через длину его волны λ:

Eq. spektr 11                        (11)

Здесь ν – частота световой волны, Т – её период, с – скорость света,  е – заряд электрона, α – постоянная тонкой структуры.

Постоянная тонкой структуры и величина заряда электрона в гравитационном поле не изменяются, поэтому энергия фотона при движении в гравитационном поле изменяется обратно пропорционально его длине волны:

Eq. spektr 12                                                                 (12)

Таким образом, когда фотон приближается к Солнцу (или другому массивному телу), его длина волны уменьшается, а энергия возрастает.

А почему специалисты по гравитации убеждены, что частота и энергия света при движении в гравитационном поле остаются постоянными? Такое ошибочное убеждение заложил ещё Альберт Эйнштейн, когда пытался интерпретировать гравитационное смещение спектральных линий (1):

Einstain с. 171

Рис. 6. Эйнштейн А. «О влиянии силы тяжести на распространение света» // Собрание научных трудов, том 1, Москва: Наука, 1965, с. 171 (Ann. Phys., 1911, v. 35, p. 898-908)

Из этой цитаты видно, что Эйнштейн использовал классические представления о световой волне, ошибочно полагая, что она состоит из реальных гребней и впадин, а не из волн вероятности. Представляя световую волну как классическую, он не мог даже мысленно представить, чтобы её частота изменилась при движении, поэтому напрямую связывал красное смещение с замедлением времени, что, конечно же, некорректно.

В дальнейшем специалисты по гравитации приняли это ошибочное предположение Эйнштейна на веру. Более того, они обошли полным молчанием величину постоянной Планка. А ведь эта величина имеет размерность и поэтому должна измениться в гравитационном поле согласно своей размерности. В противном случае она, измеренная изменившимися эталонами длины и времени, не останется постоянной.

6. Заключение

На основании экспериментально проверенного уравнения (2) для угла отклонения света, проходящего вблизи Солнца, можно сделать вывод, что длина волны фотона при приближении к Солнцу уменьшается (4). Это означает, что его энергия возрастает (11). Из экспериментально проверенного уравнения для гравитационного смещения (1) с учётом (4) следует, что длина волны атомного излучения смещается в гравитационном поле в синюю сторону (6). Следовательно, чем глубже находится атом в гравитационном поле, тем короче его длина волны и выше энергия.

Этот простой и понятный вывод радикально противоречит утверждению ОТО, что спектр излучения атомов сдвинут в гравитационном поле в красную сторону. При этом главный вывод ОТО основан на недоразумении. Эйнштейн, мысля в категориях классической волны, перенёс её свойства на свет, который, как известно, имеет квантовую природу. Судя по тому, что пишут признанные авторитеты ОТО по гравитационному смещению, они окончательно запутались в этом вопросе.

В данной ситуации только один выход – эксперимент.

Василий Янчилин

Добавить комментарий