Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии (стр. 1 из 4)

Тогурская средняя общеобразовательная школа

РЕФЕРАТ

Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

Выполнили:

Бердников Евгений

Кривобок Евгений

Руководитель:

Скворцов А.П.

Тогур 2006

Оглавление

Введение

1. Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

2. Теоретическое обоснование некоторых экспериментов Н.А. Козырева, профессора Пулковской обсерватории

Заключение

Литература

Введение

Как известно, одним из замечательных выводов ОТО (общей теории относительности) является существование гравитационных волн (гравитационного излучения). В «Физическом энциклопедическом словаре» читаем: «Существование гравитационных волн следует из общей теории относительности Эйнштейна. Экспериментально гравитационные волны не обнаружены из-за их крайне слабого взаимодействия с веществом.

Эффект излучения гравитационных волн очень слаб в земных лабораторных условиях, однако в некоторых катастрофических астрономических явлениях, например при вспышке сверхновой звезды, столкновении пульсаров, энергия, уносимая гравитационными волнами, может составлять сотые доли от полной энергии звёзд, то есть весьма существенна. Во многих лабораториях мира создаются специальные антенны для обнаружения всплесков гравитационных волн от таких источников». Но пока всё безрезультатно, обнаружение же гравитационных волн от внеземных источников, в свою очередь, будет означать открытие нового канала астрономической информации.

Однако возникает существенный вопрос: если гравитационные волны существуют, то это поперечные или продольные волны?

Ныне некоторые исследователи полагают, что гравитационные волны должны быть продольными, так как всё пространство уже занято поперечными электромагнитными волнами, и места в нём для новых поперечных волн уже нет. Другие же считают, что и гравитационная волна должна быть поперечной. Это, кстати, следует из ОТО. В «Физическом энциклопедическом словаре» читаем: «Гравитационное излучение, свободное (не связанное с источниками) гравитационное поле, которое (подобно электромагнитному излучению) в виде волн распространяется в пространстве со скоростью света. Гравитационное излучение возникает при неравномерном движении масс (тел)».

Но если это так, то есть гравитационные волны – поперечные волны, которые распространяются в пространстве со скоростью света подобно электромагнитным волнам, то гравитационная волна должна быть двухкомпонентной (подобно электромагнитной волне, которая состоит из электрического и магнитного полей). Если в гравитационной волне один компонент гравитационное поле, то что же собой представляет другой? Официальная наука на этот вопрос не даёт ответа (по крайней мере, ответ на поставленный вопрос мы нигде не встречали)!

Поэтому в нашей работе мы сделали попытку ответить на этот вопрос, применив электромеханическую аналогию, широко используемую в физике, так как считаем что законы, описывающие поведение гравитационных волн, должны быть подобны (аналогичны) законам, описывающим электромагнитные волны.

1. Анализ природы и свойств гравитационных волн методом электромеханической аналогии

Основная наша задача - определить второй компонент в гравитационной волне.

В курсе физики 11 класса рассматривается аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями, то есть электромеханическая аналогия:

Инерция в механике => Явление самоиндукции

Координата X => Заряд q.

Скорость

=> Сила тока I.

Масса m => Индуктивность L и.т.д.

Прежде чем вплотную приступить к анализу гравитационных волн с помощью электромеханической аналогии, попробуем выяснить, от чего зависит масса m тела, являющаяся источником гравитационного поля и гравитационных волн.

а) Хорошо известно, что масса тел, изготовленных из одного и того же вещества, зависит от их объёмов V, причём m~V. Действительно, из формулы массы тела m=ρV следует, что при ρ=const(плотность), m~V.

б) Если проанализировать результаты специальной теории относительности (СТО), то можно показать, что масса m тела зависит и от течения (хода) времени t, а точнее m~t, где t - интервал времени между какими-либо двумя событиями, измеренный в той системе отсчёта, где измеряется масса m тела. Это может быть обычной единицей времени, например, секунда, отмеряемая часами.

Итак, из СТО известно, что

1)

-

релятивистская масса (зависимость массы тела от его скорости

), где:

m₀- масса покоя тела

- скорость движущегося тела

C- скорость света в вакууме

2)

-

релятивистское замедление времени (в системе отсчёта (С.О), связанной с движущимся со скоростью

телом), где

t- длительность явления по движущимся со скоростью

часам, то есть движущимся со скоростью тела.

t₀- длительность того же явления по неподвижным часам (t>t₀).

Поделив 1) на 2) имеем:

3) – зависимость массы m тела от времени t, так как отношение

в любой системе отсчёта, то m~t, что и требовалось доказать.

Уравнение 3) можно объяснить (понимать) так: если по каким либо причинам в пространстве изменяется течение (ход) времени, то меняется и масса m тела.

Итак:

1) m~V при ρ=const

2) m~t

Для выяснения физической природы второго компонента гравитационных волн (Х-поля) воспользуемся электромеханической аналогией, сравнивая между собой аналогичные свойства материального мира.

Электромеханическая аналогия

Электродинамика

Механика

Известно: N-число витков в соленоиде S- площадь поперечного сечения соленоида.l- длина соленоида.μ- магнитная проницаемость среды.μ0- магнитная постояннаяμμ0- абсолютная магнитная проницаемостьε- диэлектрическая проницаемость средыε0- электрическая постоянная.εε0- абсолютная электрическая проницаемость. - индуктивность соленоида. 4)- индуктивность соленоида, где V=Sl- объём соленоида. 6)- концентрация витков (число витков, приходящихся на единицу длины соленоида).Известно что, - скорость электромагнитных волн в среде.Так как для вакуума μ=1, ε=1, то - скорость электромагнитной волны (света) в вакууме.Примечание:Если формула 4) справедлива только для нахождения индуктивности длинной цилиндрической и тороидальной катушки, то формула 5) позволяет находить массу тела не только цилиндрической формы, но и любой другой формы, в том числе и шарообразной, потому что в формулу 5) входят физические величины, не зависящие от формы сплошного (без пустот) тела.Всякая же попытка изменить формулу соленоида вызовет изменение концентрации витков, его объёма, что повлечёт за собой изменение индуктивностиL катушки.

Известно:V- объём цилиндрического тела N- число атомов в этом телеm=ρV- масса тела,при ρ=const m~V. - масса тела,при m~tПредположение:Так как тело в отличие от соленоида состоит не из N-витков, а из N-атомов, то логично предположить, что масса тела зависит от концентрации атомов , а не от концентрации витков, Так как масса тела аналогична индуктивности, то можно предположить, что 5)- масса тела, где t- интервал времени между какими-либо двумя событиями в той системе отсчёта, где измеряется масса m тела (это может быть единица времени, например, секунда, отмеряемая часами). 7)- концентрация атомов (молекул в веществе);V- объём телаНазовём ν гравитационной проницаемостью вещества. ν0- массовая гравитационная постоянная (не путать с гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения G=6,67*10-11Нм2/кг2)νν0- абсолютная гравитационная проницаемость.Нам известно: плотность веществагде - масса атома,где μ- молярная масса вещества.NA=6,02*1023 моль-1- число Авогадро (число атомов или молекул в одном моле вещества)Так как - концентрация атомов или молекул вещества, то из формулы 5) следует: