Предложен эксперимент, реализация которого поможет уточнить понимание природы тяготения. Результат эксперимента может иметь важное значение для отправки космических аппаратов на Марс.

Постановка проблемы

В настоящее время для сравнения скорости течения времени в разных точках гравитационного поля используются 2 типа экспериментов:

1. эксперимент Паунда-Ребки (и его аналоги),

2. эксперимент Хафале-Китинга (и его аналоги).

1. В первом типе экспериментов производится сравнение положения уровней энергии ядер и атомов, расположенных в точках с разным гравитационным потенциалом.

Поскольку современные Часы работают на переходах между указанными уровнями, данные эксперименты могли бы дать однозначный ответ на вопрос: «С какой скоростью течет время в разных точках гравитационного поля?». Однако сравнение положения уровней энергии осуществляется с помощью электромагнитных волн, которые распространяются между этими точками. При этом возможное влияние гравитационного поля на частоту этих волн не учитывается, точнее, полагается, что это влияние полностью отсутствует [1]. Между тем, утверждение о том, что гравитационное поле не влияет на частоту электромагнитных волн, является не более чем гипотезой, которая сама нуждается в экспериментальной проверке. Пока эта проверка не будет осуществлена, нельзя утверждать, что эксперименты типа Паунда-Ребки являются подтверждением того, что время в гравитационном поле замедляется.

2. Во втором типе экспериментов производится непосредственное сравнение показаний Часов после того, как одни Часы совершили перемещение по замкнутой траектории на определенной высоте.

Данный эксперимент, казалось бы, дает прямой ответ на поставленный вопрос: показания Часов сравниваются в одной пространственно-временной точке, поэтому погрешность, связанная с использованием электромагнитных сигналов, исключается. Однако при проведении данного эксперимента не в полной мере учитывается тот факт, что Часы, совершившие перемещение по замкнутой траектории, находились в ином состоянии движения, нежели Часы, которые оставались неподвижными. А именно, учитывается лишь поправка на тангенциальную скорость Часов относительно земной поверхности. Между тем, Часы, находящиеся в полете, например, на спутнике, подвержены ускорению свободного падения, однако возможное влияние данного ускорения на ход Часов не учитывается. Вполне возможно, что Часы, находящиеся в одной и той же точке пространства, но в одном случае жестко связанные с Землей, а в другом случае – находящиеся в свободном падении, будут идти с разной скоростью.

Цель работы

Цель работы – предложить эксперимент, который позволит уточнить один из важнейших вопросов ОТО, а именно: «Замедляется ли время в гравитационном поле?».

Содержание работы

В первом разделе описан предлагаемый эксперимент,

во втором разделе указано практическое приложение результата эксперимента,

в третьем разделе рассматривается возможное теоретическое объяснение.

Данная работа является существенно переработанным вариантом работы [2].

I. Описание эксперимента

Предлагается сравнить темп хода наиболее точных Часов, имеющих погрешность хода Δν/ν ~ 10^-16 - 10^-17, разнесенных по высоте на величину порядка h ~ 10 м.

Если справедлива ОТО, то при такой разнице высот, различие в скорости течения времени будет иметь величину Δν/ν ~ gh/с² ~ 10^-15, g – ускорения свободного падения, с – скорость света, и данная пара Часов будет отслеживать (измерять) это различие.

Если же справедлива гипотеза автора о проективной природе пространства-времени (раздел III), то Часы будут продолжать идти синхронно.

Проведение эксперимента облегчается тем, что искомый эффект накапливается с течением времени. За сутки (~ 10⁵ сек) разность показаний Часов (согласно ОТО) должна достичь десятой доли наносекунды (~ 10^-10 сек). Таким образом, достаточно всего 2-х недель, чтобы провести несколько серий измерений ожидаемого эффекта и убедиться, имеет ли он место (как утверждает ОТО), или Часы будут продолжать идти синхронно, даже будучи разнесенными на разные высоты по отношению к земной поверхности.

Учитывая важность данного эксперимента, как в теоретическом, так и в практическом плане, его целесообразно провести в самое ближайшее время. Собственно говоря, данный эксперимент – это первое, что должна осуществить любая лаборатория после того, как получит в свое распоряжение двое наиболее точных Часов и проведет их калибровку при одном уровне гравитационного потенциала.

II. Практическое приложение

Важнейшее практическое приложение результаты данного эксперимента найдут при подготовке очередного полета на Марс. Если получится результат, предсказываемый в данной работе, то необходимо перестать вводить поправку в ход бортовых Часов после того, как спускаемый аппарат окажется на поверхности Марса.

Когда космический корабль попадает в гравитационное поле Марса, в частности, вращается по марсианской орбите, в ход бортовых Часов начинает вводиться поправка, которая учитывает гравитационный потенциал Марса (как это делается в системе GPS).

Однако когда спускаемый аппарат достигнет поверхности Марса, введение данной поправки (если эксперимент покажет «нулевой результат») будет являться ошибкой, которая может послужить причиной рассогласования при выполнении отдельных команд с Земли и потери аппаратом работоспособности.

Возможно, именно ошибки в измерении времени привели к тому, что значительная часть космических аппаратов после посадки на Марс вышли из строя.

III. Теоретический аспект

Предлагаемое решение проблемы измерения времени в поле тяготения исходит из нового понимания природы тяготения. Согласно гипотезе автора, природа тяготения заключается в искривлении не пространства-времени, а более глубокой физической сущности: внутреннего пространства (см. Дополнение).

В тех случаях, когда тело отсчета свободного падает в исследуемом гравитационном поле, искривление внутреннего пространства проявляется также и в виде искривления пространства-времени, что и означает замедление времени. Находящиеся на этом свободно падающем теле Часы будут идти в более медленном темпе по сравнению с Часами, которые находятся вдали от тяготеющей массы, где пространства-время является плоским (в полном согласии с результатами ОТО).

Однако Часы, которые жестко скреплены с тяготеющей массой и не находятся в состоянии свободного падения, занимают фиксированное положение во внутреннем пространстве. Поскольку скорость течения времени (как и все свойства пространства-времени) определяется внутренним пространством, данные Часы будут сохранять темп хода неизменным. Для этих Часов искривление внутреннего пространства и, следовательно, искривление пространства-времени, будут отсутствовать. Точнее, данные Часы не будут «чувствовать» этих искривлений и будут идти в том же темпе, как если бы находились на большом расстоянии от тяготеющей массы.

Этот вывод и предлагается проверить с помощью описанного эксперимента.

Заключение

В данной работе предлагается иное, нежели в стандартной версии ОТО, решение проблемы измерения скорости течения времени в поле тяготения. Суть предлагаемого решения заключается в том, что скорость течения времени зависит от гравитационного поля лишь потенциально: будут ли замедлять свой ход Часы, расположенные в данной точке поля, зависит от состояния движения Часов.

Если Часы находятся в состоянии свободного падения, то их ход будет замедляться, как это описывает ОТО. Если же Часы жестко связаны с Землей, то они будут иметь одинаковый темп хода независимо от того, в точках с каким гравитационным потенциалом находятся данные Часы.

Предлагается осуществить прямой эксперимент по измерению скорости хода Часов, которые неподвижны относительно поверхности Земли, и разнесены по высоте, после чего свести эти Часы в одну точку и непосредственно сравнить показания Часов.

Выводы

1. Время в гравитационном поле замедляется потенциально: замедление становится реальным лишь в том случае, когда Часы совершают в этом поле ускоренное движение (т.е. совершают перемещение во внутреннем пространстве).

2. Отсутствие эффекта замедления хода Часов, жестко связанных с поверхностью тяготеющего тела, необходимо учитывать при полетах на Марс.

Добавление.

Внутреннее пространство имеет много общего с пространством, которое рассматривает теория струн, однако отличается от него в следующих 4-х пунктах:

1. внутреннее пространство – это все пространство, которое реально существует в природе: физическое пространство-время составляет часть внутреннего пространства,

2. внутреннее пространство имеет форму кватернионного проективного пространства НР³, поэтому количество измерений внутреннего пространства равно 12,

3. частицы материи представляют собой объекты внутреннего пространства, составленные из 2-х его элементов: замкнутой 2-мерной поверхности и соединенной с этой поверхностью связки проективных прямых,

4. все взаимодействия осуществляются посредством вещественных, комплексных и кватернионных прямых внутреннего пространства (таким образом, внутренние пространства, рассматриваемые Стандартной моделью – это всего лишь одномерные подпространства реального внутреннего пространства).

Более детально физический смысл данных утверждений и их следствия для понимания природы Мироздания рассмотрены в [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Окунь Л.Б., Селиванов К.Г., Телегди В.Л. «Гравитация, фотоны, часы» УФН т.169 №10 (1999), с. 1141

2. В.А. Шашлов, Эксперимент по уточнению ОТО (Измерение времени в поле тяготения: третье сообщение) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23674, 27.08.2017

3. В.А. Шашлов, Физическое и внутреннее пространства // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23766, 26.09.2017