Кеплер и параметры поля

КЕПЛЕР И ПАРАМЕТРЫ ПОЛЯ

        Иоганн Кеплер (1571-1630) в результате кропотливых расчетов установил соответствие экспериментальных данных своего учителя Тихо Браге (1546-1601) с теорией Николая Коперника (1473-1543), которую сам Браге отвергал. Кеплер писал: «… я не пренебрегал тяжелой работой по вычислению и проводил дни и ночи за расчетами, пока не оказался в состоянии ответить на вопрос, дает ли моя гипотеза согласие с орбитами Коперника или же моя радость эфемерна».
         Открытия Кеплера способствовали быстрому развитию астрономии и заслужили ему звание «Законодателя небес». Тщательно выверенные табличные данные он перевел в простую и ясную систему кривых и вывел три математических закона, описывающих кинематику движения тел Солнечной системы:

         1. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
         2. Прямая, проведенная от Солнца к планете описывает равные площади в равные промежутки времени.
         3. Периоды обращения и большие полуоси орбит связаны соотношением, одинаковым для всех планет:

         R³/T² = const = 3,362*10¹⁸ м³/с²,

         где: R – радиус орбиты (при эллиптической орбите – большая полуось эллипса), м;
         Т – период обращения по орбите, с.

         Умножим это уравнение на 4π² (константа возрастет, но останется константой) и в результате получим:

         4π²R³/T² = v²R = const = 1,327*10²⁰ м³/с²,         (1)

         где v = 2πR/T – орбитальная скорость движения, м/с.

         Из уравнения (1) мы можем вывести параметры, характеризующие гравитационное поле.

         1. Если уравнение (1) поделить на радиус (R), то получим квадрат орбитальной скорости v². Этот параметр называется гравитационным потенциалом (напряжением) данной точки поля.
         Измеряется в Дж/кг или (м²/с²).
         Физический смысл – удельная энергия, численно равная работе, необходимой для перемещения одного килограмма массы (единичной массы) из данной точки поля за его пределы.
         Эта величина скалярная, ибо характеризует поле только по величине. Принципиально важным является то, что гравитационный потенциал может изменяться от своего максимального значения, равного нулю, до минимально возможного, равного

         - с² = - 8,9876*10¹⁶ Дж/кг

         Вывод: На «границе» поля значение гравитационного потенциала максимально и равно нулю, а к центру поля это значение уменьшается (по модулю – увеличивается) в отрицательную сторону.

         К примеру, на поверхности Земли гравитационный потенциал составляет минус 6,259*10⁷ Дж/кг. По мере удаления от Земли он возрастает (по модулю – уменьшается) и на «границе» поля превращается в нуль (максимально возможное значение).

         2. Если гравитационный потенциал v² тоже поделить на радиус (R), то получим отношение v²/R = g. Этот параметр называется напряженностью гравитационного поля в данной точке и может быть выражен как градиент гравитационного потенциала (обычно мы его называем ускорением свободного падения или, просто, ускорением).
          Измеряется в Дж/(кг*м) или (м/с²).
         Физический смысл – падение гравитационного потенциала (напряжения), приходящееся на единицу длины (один метр).
         Иными словами можно сказать, что напряженность в данной точке поля определяет интенсивность изменения удельной энергии, численно равной работе, необходимой для перемещения единичной массы на каждый метр расстояния от центра источника поля.
         Эта величина векторная и характеризует поле в каждой его точке не только по величине, но и по направлению, ибо всегда действует по линии, соединяющей пробную массу с центром источника поля.
         Как и гравитационный потенциал, значение напряженности отрицательно, то есть ее максимальная величина также равна нулю.

         Дополнение. Классическое определение напряженности гравитационного поля исходит из действия некой силы тяжести на пробную массу. Причем, если вносить в поле различные пробные массы, то и сила, действующая на них в данной точке поля, будет различной. Однако отношение силы к пробной массе остается постоянным и характеризует уже само поле. Именно поэтому напряженностью также считают силу, действующую в данной точке поля на единичную массу (один килограмм). Однако само понятие «сила» есть интенсивность изменения энергии на каждый метр расстояния и может быть выражено как градиент энергии. Следовательно, и в этом случае мы приходим к определению напряженности, как интенсивности изменения удельной энергии, численно равной работе, необходимой для перемещения единичной массы на каждый метр расстояния.

         Все вышесказанное можно отнести также к электрическому потенциалу и напряженности, характеризующим электрическое поле.

         3. Если уравнение (1) поделить на минимально возможный гравитационный потенциал с², то получим минимально возможный радиус центрального тела (в данном случае – Солнца):

         r_o = v²R/c² = 1,477*10³ м          (2)

         Отношение v²R/c² называется гравитационным радиусом сгустка энергии. Измеряется в метрах (м). Сгустком энергии является вещество (любое вещество обладает энергией, массой и электрическим зарядом) совместно со своим полем (характеризуется теми же параметрами).

         Аналогично можно вывести гравитационный радиус и для атома:

         r_e = v_e²R_A/c² = 2,818*10^-15 м,          (3)

         где: v_e = 2,188*10⁶ – скорость электрона на Боровской орбите, м/с;
         R_A = 5,292*10^-11 – Боровский радиус атома, м.

         Известно, что поле обладает энергией, а значит, и массой (мерой инертности поля), которая определяется из следующего уравнения:

         m_п = 2m_e(r_o/r_e)³ кг,          (4)

         где m_e = 9,109*10^-31 – квант массы поля, равный массе электрона, кг.

        Поле обладает так же и электрическим зарядом, значение которого определяется из следующего уравнения:

         q²*10^-7 = m_п*r_o кг*м          (5)

         Этот заряд создает электрическое поле, напряжение (U) и напряженность (E) которого определяются из следующих известных нам уравнений:

         U = c²*10^-7*q/R Дж/Кл        и        E = U/R Дж/(Кл*м)

         Соотношение параметров электрического и гравитационного полей определяет Закон единой теории поля:

         Uq = v²m_п Дж         (6)         или         Eq = gm_п Дж/м        (7)

         Впервые этот Закон был опубликован 3 апреля 2001 года в еженедельнике DE FACTO № 13 (63), который издается в городе Кишиневе (Республика Молдова).

        Соотношение напряженностей магнитного и гравитационного полей определяется из следующего уравнения:

         B = g*(m_в*10^-7/c²R)^1/2 Дж*с/(Кл*м²) или Тл,          (8)

         где: m_в – масса вещества (источника поля), кг;
         R – радиус колебаний источника поля, м.

         Плотность энергии поля – P = h_wZ²K_m/4πR⁴ Дж/м³,         (9)

         где: h_w = m_ec²r_e = 2,307*10^-28 Дж*м – квант момента энергии поля;
         Z = q/e – число элементарных электрических зарядов;
         е = 1,602*10^-19 Кл – элементарный электрический заряд;
         К_m = 1+m_п/m_в – коэффициент приведенной массы;
         R – расстояние от центра источника поля до данной точки поля.

        Этой энергией поле и вещество (источник поля) непрерывно обмениваются. При этом, вещество поглощает энергию из окружающего его поля, в виде гравитонов, имеющих постоянную массу (m_e) и изменяющуюся скорость (v) в зависимости от напряженности гравитационного поля (ускорение свободного падения - g).

         Температура поглощения – Т_п = 2m_ev²/3k = 2h_w/3k*(Z²K_m/2R⁴)^1/4 = (Р/А)^1/4 K,        (10)

         где: k = 1,381*10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана;
         А = (1,5k)⁴/2πh_w³ Дж/м³К⁴ – постоянная поглощения.

         В соответствии с законом сохранения энергии вещество излучает всю поглощенную им энергию в виде фотонов, имеющих постоянную скорость (скорость света – c) и изменяющуюся массу (m_ф) в зависимости от напряженности все того же гравитационного поля (g). Эффект изменения массы, а значит и энергии фотона, в гравитационном поле называют «гравитационным смещением».

         Поток энергии излучения – S = EBv/Z₀ Вт/м²,        (11)

         где: Z₀ = c*μ_o = 376,73 Ом – волновое сопротивление вакуума;
         c = 2,99792458*10⁸ м/с – скорость света в вакууме;
         μ_o = 4π*10^-7 кг*м/Кл² – магнитная постоянная.

         Температура излучения – Т_и = (S/σ_SB)^1/4 K,        (12)

         где σ_SB = 5,671*10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная излучения (постоянная Стефана-Больцмана).

         Произведем соответствующие расчеты для поля на поверхности Земли и Солнца, результаты которых сведем для удобства в таблицу.


П А Р А М Е Т Р Символ У Р А В Н Е Н И Е Ед. изм. З Е М Л Я С О Л Н Ц Е

Радиус колебаний (радиус орбиты) R_орб с п р а в о ч н и к м 1,496*10¹¹ 7,5*10¹⁹

Радиус вещества r с п р а в о ч н и к м 6,371*10⁶ 6,960*10⁸

Константа Кеплера K 4π²R³/T² = v²R м³/c² 3,988*10¹⁴ 1,327*10²⁰

Гравитационный радиус r_o K/c² м 4,437*10^-3 1,477*10³

Масса поля m_п 2m_e(r_o/r_e)³ кг 7,111*10⁶ 2,622*10²³

Электрический заряд q (m_п*r_o*10⁷)^1/2 Кл 5,617*10⁵ 6,222*10¹⁶

Гравитационный потенциал v² К/r Дж/кг 6,259*10⁷ 1,907*10¹¹

Электрический потенциал U c²*10^-7*q/r Дж/Кл = В 7,924*10⁸ 8,035*10¹⁷

Энергия поля W v²m_п Дж 4,451*10¹⁴ 4,999*10³⁴

Uq Дж 4,451*10¹⁴ 4,999*10³⁴

Напряженность гравиполя g v²/r Дж/(кг*м) 9,81 2,74*10²

Напряженность электрополя E U/r Дж/(Кл*м) 1,244*10² 1,154*10⁹

Градиент энергии поля F g*m_п Дж/м 6,986*10⁷ 7,183*10²⁵

Eq Дж/м 6,986*10⁷ 7,183*10²⁵

Напряженность магнитного поля B g(m_в10^-7/с²R_орб)^1/2 Тл 6,549*10^-5 4,697*10^-5

Количество электрических зарядов Z q/e шт 3,506*10²⁴ 3,884*10³⁵

Плотность энергии P h_wZ²K_m/4πr⁴ Дж/м³ 1,370*10^-7 1,180*10⁷

Температура поглощения T_п 2v²m_e/3k К 2,753 8,388*10³

Поток энергии излучения S EBv/Z₀ Вт/м² 1,711*10^-1 6,286*10⁷
Температура излучения T_и (S/σ_SB)^1/4 К 41,68 5,770*10³

         Итак, все расчетные параметры почти полностью совпадают с уже известными нам величинами, которые достаточно хорошо изучены и измерены.

         Например, известно, что:
         • напряженность электрического поля Земли составляет около 130 В/м или Дж/(Кл*м) и отличается от расчетного значения на 4,5%;
         • напряженность магнитного поля Земли - около 6*10^-5 Тл или Дж*с/(Кл*м²), что на 9,1% меньше расчетной;
         • поток энергии от Солнца составляет 6,29*10⁷ Вт/м² и практически не отличается от расчетного.

         Для подтверждения Закона единой теории поля можно привести и другие доказательства. Так, на Юпитере обнаружено магнитное поле примерно в 20 раз больше Земного. Это – опыт. А расчеты согласно теории дают результат 1,325*10^-3 Дж*с/(Кл*м²). Действительно магнитное поле Юпитера в 20,28 раз больше Земного. Теория и Опыт совпадают с достаточной степенью точности.

         Из Закона единой теории поля вытекает множество удивительных выводов, имеющих не только практическое значение. Он позволяет нам понять и физический смысл гравитации.

         Гравитационный поток, устремляясь к центру своего источника (в нашем случае – Земли), ускоряется и увлекает за собой все сущее. Оказавшееся в зоне его любое материальное тело, не подверженное действию каких либо сил, движется вместе с ним, даже не замечая реального ускорения. Не зря такое состояние называется свободным падением.

         Однако, если тело «покоится» относительно Земли или движется не синхронно с гравитационным потоком (различие в скорости или направлении), то по отношению к потоку оно будет испытывать ускорение. Произведение этого ускорения на массу данного тела создает силу притяжения его к Земле.

         А может ли хоть как-то увлечь нас уходящий от Земли со скоростью света фотонный (электромагнитный) поток? Нет. И вовсе не потому, что световая скорость для нас недостижима. Просто фотонный поток уходит от Земли без ускорения. Именно поэтому наше стремление к Земле одностороннее!

         Теперь очевидно, что вещество (звезды, планеты и т. д.) преобразует (испаряет) гравитоны в фотоны (заметьте, преобразует одно в другое, а не просто испускает эфир, как предполагал Риман), а поле (открытый космос), наоборот, конденсирует фотоны в гравитоны (значит, тоже преобразует, а не просто поглощает эфир). Круг замкнут.