|
ГАЛИЛЕЙ – эксперимент в космосе. Упрошенный вариант
Здесь сгруппировано, систематизировано и дополнено ранее высказанное в разрозненных репликах.
Идея эксперимента возникла на форуме ФИАН им. Лебедева. На одной из тем камнем преткновения стал принцип эквивалентности ОТО Эйнштейна. Для демонстрации несостоятельности этого принципа и был предложен эксперимент в космосе.
Кратко начну с азов.
Фундаментальные свойства массы – инерция и гравитация. Инерция – реакция (сила противодействия) на действующее ускорение, второй закон Ньютона. Гравитация – реакция (ответная сила) на притяжения другим телом, закон всемирного тяготения, в быту - это вес тела. Обычным взвешиванием определяется результирующая сила воздействия тела на измерительный прибор. И где там инерция, гравитация, архимедова сила и неточность процесса взвешивания – не разберешь.
При свободном падении тело уравновешивают две силы – притяжение и инерция. Это самый очевидный способ проверки соотношения сил инерции и гравитации. Этот способ применил Галилей. Технически более точным оказался способ сравнения периодов качания маятников. Этим способом воспользовался Ньютон.
Меня до сих пор удивляет способ Этвеша. Земля притягивает тела. Вращение Земли создает центробежную силу. На неподвижное относительно наблюдателя тело действуют две силы. Результирующая сила отклонена от направления на центр массы Земли, но это не все. На крутильных весах по углу закручивания коромысла определяется разность углов отклонения результирующих сил на сравниваемые тела. А далее вычисляется разность ускорений свободного падения тел. Аналогия здесь такая. Две палки разной длины. Догадливый (в данном случае барон Этвеш), чтобы узнать разницу, поставит их рядом.
Еще один способ – движение тел по орбите. Если ускорения свободного падения различных тел различны, тела не могут двигаться по общей орбите. Вот это и предлагается проверить в эксперименте ГАЛИЛЕЙ.
Прозрачный пластмассовый шарик и в нем с небольшим наполнением дробинки из алюминия и меди, всего не более 50 грамм. И послать это нашим космонавтам на орбиту. Например, жена космонавта, который сейчас на МКС, может отправить эту маленькую игрушку с почтой. Космонавту достаточно будет спокойно выпустить шарик парить в отсеке. Если принцип эквивалентности соблюдается, дробинки останутся вперемешку. Если нет – через несколько минут дробинки размежуются по высоте над Землей. По идее медные должны оказаться ниже.
В ответной реплике был противопоставлен эксперимент Брагинского и Панова. Но что такое рекорд Брагинского? Сомнительные результаты сравнения единственной пары платина-алюминий распространить на всю таблицу Менделеева? В лучшем случае эксперимент Брагинского ничего не доказывает; из всей таблицы Менделеева проверена единственная пара из 10000 возможных пар, а точность сравнения можно увеличивать и увеличивать.
В моих работах на тему свойст массы введено понятие ЦВЕТНЫЕ СВОЙСТВА МАССЫ, означающее, что соотношения инерционных и гравитационных свойств массы различных тел различны. Или, другими словами, ускорения свободного падения различных тел различны. Предполагается также, что цветные свойства массы начинаются с уровня элементов таблицы Менделеева. В ходе экспериментов по результатам сравнения группы тел (полиэтилен, вода, уголь, медь) путем пересчета установлено, что водород обладает наименьшим ускорением свободного падения. По аналогии с понятием «дефект массы» было введено понятие ДЕФЕКТ ИНЕРЦИИ с началом отсчета от водорода. Отличия ускорений в группе выверенных тел начинаются в 7-м знаке. В будущем таблица элементов Менделеева непременно пополнится данными дефектов инерции. Наиболее точные их значения можно будет получить с использованием приборов, вынесенных на околоземную орбиту.
В этом эксперименте цветные свойства массы означают, что для различных тел не существует орбит с одинаковыми параметрами. Разница в орбитах для тел с различным составом уже установлена. 150 лет назад Леверье обнаружил, что для планет Меркурий, Венера, Земля и Марс не существует единого закона движения небесных тел. Но тогда не предполагали возможную причину и приняли это, как должное. Леверье для каждой планеты подобрал свои законы движения.
Спутники Земли занимают какую-то усредненную орбиту для своего набора элементов и своих габаритов. Предлагаемый для эксперимента прозрачный шарик с набором дробинок сравниваемых веществ может оказаться в отсеке, пространство которого не соответствует орбите этого шарика. И если шарик жестко привязать к конструкции МКС, его орбита окажется вынужденной, дробинки потеряют самостоятельность и эксперимент «провалится». Поэтому предлагается пробный шарик отпустить свободно парить, т.е. отпустить на собственную орбиту в пределах отсека. Но и тут могут возникнуть неожиданности, например, воздействие потоков воздуха.
В отписке на мое предложение провести эксперимент ГАЛИЛЕЙ (как иллюстрацию опровержения принципа эквивалентности ОТО) солидная организация сочла его технически сложным. Оказалось, существуют более «простые» проекты, но … подтверждения принципа эквивалентности ОТО.
В.Б. Брагинский предлагает эксперимент на борту специального автоматического спутника. Сфера из двух полусфер разной плотности с центром масс в геометрическом центре сферы. При этом точность сравнения разницы ускорений пробных тел будет на три-пять порядков выше, чем получена Этвешом. Другой проект, в одной из организаций Москвы разрабатывается эксперимент по проверке принципа эквивалентности при помощи крутильных весов на специальном автоматическом спутнике с точностью до 15-17 знака.
Куда уж выше и точнее, если разница ускорений начинается в 7-м знаке?
Пробный шарик, предназначенный для иллюстрации того, что ускорение свободного падения различных тел различно, изготовлен. Он представляет собой два полушария из мелкой немагнитной металлической сетки. Внутри этой сборки помещены насеченные из медного и алюминиевого провода дробинки неправильной формы. Это снизит возможную электростатику, уменьшит влияние потоков воздуха и будет гасить колебательные процессы. Общая масса до 50 грамм, диаметр 7 сантиметров.
Следующий шаг (пока непреодолимое препятствие) – посылка на борт МКС. И тут уместно вспомнить такой урок. Адамс (Англия) в 1845 году и Леверье (Франция) в 1846 году вычислили координаты ранее неизвестной планеты. Но на все их запросы обсерватории ссылались на плановые наблюдения. И тогда Леверье написал письмо наблюдателю Берлинской обсерватории Иоганну Галле. Галле, не особо себя утруждая, навел телескоп в указанную точку. Так состоялось открытие планеты Нептун.
История может повториться. Эксперимент ГАЛИЛЕЙ слишком прост, чтобы не нашелся желающий его проделать.
Поскольку «пионерские» эксперименты являются приоритетом той или иной страны (себя уважающей) за содействием я обратился к администрации президента В.В. Путина, где этот вопрос сейчас решается. Вот выдержки из того обращения.
«Сразу примем во внимание, что различные тела (медь, алюминий и др.) имеют разные ускорения свободного падения. В моих экспериментах 1999 года было установлено: для пары медь – алюминий разница составляет приблизительно 1,5х10-8 от абсолютного значения; для пары медь – титан 3,5х10-8. В том и другом случае медь имеет меньшее ускорение. Это означает, что общей орбиты у этих тел быть не может. При равных угловых скоростях круговой орбиты они займут разную высоту. На высоте орбиты МКС разница высот составит относительно меди: алюминий выше приблизительно на 3 сантиметра; титан выше на 7 сантиметров.
Свободно парящие тела внутри КА летят по своим орбитам относительно Земли. Внутреннее пространство отсеков станции с некоторым приближением можно считать полостью пустотелого шара, внутри которого, как известно, притяжения нет, следовательно, и не будет дополнительного влияния массы станции.
Связанная система на время парения шарика - это его оболочка дробинки. Все они будут двигаться по какой-то усредненной орбите. При условии, что масса оболочки меньше массы дробинок, это усреднение определятся инерцией дробинок. Значит, для медных дробинок угловая скорость окажется недостаточной, а для алюминиевых или титановых избыточной. Медь свалится вниз, алюминий или титан выскочит вверх».
В одной из реплик отмечалось, что очевидные вещи на МКС уже бы были отмечены.
Но есть и долее простой вариант осуществления эксперимента ГАЛИЛЕЙ. Он вполне доступен для реализации космонавтами из подручных предметов на борту. В шутливой форме он уже прозвучал на этом форуме. Но если всерьез, то вот что получается.
На дно небольшого легкого прозрачного сосуда помещаются немагнитные металлические предметы (кольцо, цепочка). Сосуд заполняется водой и закрывается или заклеивается, чтобы не вытекла вода.
Все!
В свободном парении в отсеке МКС металлические кусочки окажутся выше жидкости (всплывут) относительно Земли.
Так космонавты убедят нас в том, что закон Галилея необходимо уточнить.
|
