Теория гравитации Ле Сажа - Le Sages theory of gravitation - Wikipedia

Теория гравитации Ле Сажа это кинетическая теория сила тяжести первоначально предложенный Николя Фатио де Дуйе в 1690 г. и позже Жорж-Луи Ле Саж в 1748 году. Теория предложила механическое объяснение гравитационной силы Ньютона в терминах потоков крошечных невидимых частиц (которые Ле Саж назвал сверхмирскими корпускулами), воздействующих на все материальные объекты со всех сторон. Согласно этой модели, любые два материальных тела частично защищают друг друга от сталкивающихся корпускул, что приводит к чистому дисбалансу давления, оказываемому ударами корпускул на тела, стремясь сблизить тела. Это механическое объяснение гравитации так и не получило широкого распространения.

Основная теория

P1: Одно тело.
Нет чистой направленной силы

Теория утверждает, что сила гравитации - это результат крошечных частиц (корпускул), движущихся с высокой скоростью во всех направлениях по всему вселенная. Предполагается, что интенсивность потока частиц одинакова во всех направлениях, поэтому изолированный объект A поражается одинаково со всех сторон, в результате чего возникает только направленный внутрь давление но нет чистой направленной силы (P1).

P2: Два тела "притягиваются" друг к другу

Со вторым предметом B Однако присутствует часть частиц, которые в противном случае столкнулись бы с A со стороны B, перехватывается, поэтому B работает как щит, то есть со стороны B, A будет поражен меньшим количеством частиц, чем с противоположного направления. Точно так же в B будет попадать меньше частиц со стороны A, чем с противоположного направления. Можно сказать, что A и B «затеняют» друг друга, и два тела подталкиваются друг к другу в результате дисбаланса сил (P2). Таким образом, кажущееся притяжение между телами, согласно этой теории, на самом деле является уменьшенным толчком со стороны других тел, поэтому теорию иногда называют толкать гравитацию или же теневая гравитация, хотя его более широко называют Уменьшение гравитации.

Природа столкновений
P3: противоположные потоки

Если столкновения тела A и гравитационных частиц полностью эластичный, интенсивность отраженных частиц будет такой же высокой, как и у падающих, поэтому результирующая направленная сила не возникнет. То же самое верно, если вводится второе тело B, где B действует как щит против гравитационных частиц в направлении A. Тяжелая частица C, которая обычно ударит по A, блокируется B, но другая частица D, которая обычно не будет ударил A, перенаправляется отражением на B и поэтому заменяет C. Таким образом, если столкновения полностью упругие, отраженные частицы между A и B полностью компенсируют любой эффект затенения. Чтобы учесть чистую гравитационную силу, следует предположить, что столкновения не являются полностью упругими или, по крайней мере, отраженные частицы замедляются, так что их импульс уменьшается после удара. Это приведет к потокам с уменьшенным импульсом, исходящим из A, и потокам с неуменьшенным импульсом, прибывающим в A, поэтому возникнет чистый направленный импульс к центру A (P3). При таком предположении отраженные частицы в случае двух тел не будут полностью компенсировать эффект затенения, поскольку отраженный поток слабее падающего.

Закон обратных квадратов
P4: отношение обратных квадратов

Поскольку предполагается, что некоторые или все гравифицирующие частицы, сходящиеся к объекту, либо поглощаются, либо замедляются этим объектом, следует, что интенсивность потока гравитационных частиц, исходящих из направления массивного объекта, меньше, чем поток сходящихся частиц. на объекте. Мы можем представить этот дисбаланс потока количества движения - и, следовательно, силы, действующей на любое другое тело в непосредственной близости, - распределенным по сферической поверхности с центром на объекте (P4). Дисбаланс потока количества движения по всей сферической поверхности, окружающей объект, не зависит от размера окружающей сферы, тогда как площадь поверхности сферы увеличивается пропорционально квадрату радиуса. Следовательно, импульсный дисбаланс на единицу площади уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.

Массовая пропорциональность

Из предпосылок, изложенных до сих пор, возникает только сила, пропорциональная поверхности тел. Но гравитация пропорциональна массам. Чтобы удовлетворить потребность в пропорциональности масс, теория утверждает, что а) основные элементы материи очень малы, так что грубая материя состоит в основном из пустого пространства, и б) частицы настолько малы, что только малая их часть быть перехваченным грубой материей. В результате «тень» каждого тела пропорциональна поверхности каждого отдельного элемента материи. Если затем предположить, что элементарные непрозрачные элементы всей материи идентичны (то есть имеют одинаковое отношение плотности к площади), из этого следует, что эффект тени, по крайней мере приблизительно, пропорционален массе (P5).

P5: проницаемость, затухание и массовая пропорциональность

Фатио

Николас Фатио

Николя Фатио представил первую формулировку своих мыслей о гравитации в письме к Кристиан Гюйгенс весной 1690 г.[1] Двумя днями позже Фатио прочитал содержание письма перед Королевское общество В Лондоне. В последующие годы Фатио написал несколько проектов рукописи его основной работы De la Cause de la Pesanteur, но ни один из этих материалов не был опубликован при его жизни. В 1731 году Фатио также прислал свою теорию в виде латинского стихотворения в стиле Лукреций в Парижскую академию наук, но она была отклонена. Немного фрагменты этих рукописей и копии стихотворения были позже приобретены Le Sage который не смог найти издателя для статей Фатио.[2] Так продолжалось до 1929 года,[3] когда единственный полный экземпляр рукописи Фатио был опубликован Карл Бопп, а в 1949 г.[4] Гагнебин использовал собранные фрагменты, которыми владел Ле Саж, для воссоздания бумаги. Издание Гагнебина включает исправления, сделанные Фатио еще в 1743 году, через сорок лет после того, как он составил черновик, на котором было основано издание Боппа. Однако вторая половина издания Боппа содержит математически наиболее продвинутые части теории Фатио и не была включена Гагнебином в его издание. Подробный анализ работ Фатио и сравнение изданий Боппа и Гагнебина см. В Zehe[5] Следующее описание в основном основано на издании Bopp.

Особенности теории Фатио

Пирамида Фатио (Проблема I)
P6: пирамида Фатио

Фатио предположил, что Вселенная заполнена мельчайшими частицами, которые беспорядочно движутся с очень высокой скоростью и прямолинейно во всех направлениях. Чтобы проиллюстрировать свои мысли, он использовал следующий пример: Предположим, что объект C, на котором бесконечная малая плоскость zz и сфера с центром zz нарисован. В эту сферу Фатио поместил пирамида PzzQ, в котором некоторые частицы движутся в направлении zz а также некоторые частицы, которые уже были отражены C и поэтому отойти от zz. Фатио предположил, что средняя скорость отраженных частиц ниже и, следовательно, их импульс меньше, чем у падающих частиц. Результат один поток, который толкает все тела в направлении zz. Таким образом, с одной стороны, скорость потока остается постоянной, но с другой стороны, при большей близости к zz плотность потока увеличивается и поэтому его интенсивность пропорциональна 1 /р2. А так как таких пирамид можно нарисовать бесконечное количество C, пропорциональность применяется ко всему диапазону вокруг C.

Пониженная скорость

Чтобы оправдать предположение о том, что частицы после отражения движутся с уменьшенными скоростями, Фатио сделал следующие предположения:

  • Либо обычная материя, либо гравитационные частицы, либо оба неэластичный, или же
  • удары полностью упругие, но частицы не являются абсолютно твердыми и поэтому находятся в состоянии вибрация после удара и / или
  • из-за трение частицы начинают вращать после их ударов.

Эти отрывки являются наиболее непонятными частями теории Фатио, потому что он так и не решил четко, какой вид столкновения он на самом деле предпочитает. Однако в последней версии своей теории в 1742 году он сократил соответствующие отрывки и приписал частицам «идеальную упругость или силу пружины», а, с другой стороны, «несовершенную упругость» грубой материи, поэтому частицы будут отражаться с уменьшенными скоростями. . Вдобавок Фатио столкнулся с другой проблемой: что происходит, если частицы сталкиваются друг с другом? Неупругие столкновения приведут к неуклонному уменьшению скорости частицы и, следовательно, уменьшению силы тяжести. Чтобы избежать этой проблемы, Фатио предположил, что диаметр частиц очень мал по сравнению с их взаимным расстоянием, поэтому их взаимодействия очень редки.

Конденсация

Фатио долгое время думал, что, поскольку частицы приближаются к материальным телам с большей скоростью, чем они удаляются от них (после отражения), будет происходить постепенное накопление корпускул около материальных тел (эффект, который он назвал «конденсацией»). Однако позже он понял, что, хотя входящие тельца быстрее, они расположены дальше друг от друга, чем отраженные тельца, поэтому скорость потока внутрь и наружу одинакова. Следовательно, не происходит векового скопления корпускул, т.е. плотность отраженных корпускул остается постоянной (если предположить, что они достаточно малы, чтобы не происходило заметно большей скорости самоуничтожения вблизи массивного тела). Что еще более важно, Фатио отметил, что, увеличивая скорость и эластичность корпускул, разница между скоростями входящих и отраженных корпускул (и, следовательно, разница в плотностях) может быть сделана сколь угодно малой при сохранении той же эффективной гравитационной сила.

Пористость грубого вещества
P7: Кристаллическая решетка (икосаэдр )

Чтобы гарантировать массовую пропорциональность, Фатио предположил, что грубая материя чрезвычайно проницаема для потока корпускул. Он набросал 3 модели, чтобы обосновать это предположение:

  • Он предположил, что материя представляет собой скопление маленьких «шаров», диаметр которых по сравнению с расстоянием между ними «бесконечно» мал. Но он отклонил это предложение, потому что при этом условии тела будут сближаться друг с другом и, следовательно, не будут оставаться стабильными.
  • Затем он предположил, что шары могут быть соединены стержнями или линиями и образуют некую кристаллическую решетку. Однако он отверг и эту модель - если несколько атомов находятся вместе, гравитационная жидкость не может проникать в эту структуру одинаково во всех направлениях, и поэтому массовая пропорциональность невозможна.
  • В конце концов, Фатио также удалил мячи и оставил только линии или сетку. Делая их «бесконечно» меньшими, чем расстояние между ними, можно достичь максимальной проникающей способности.
Сила давления частиц (Проблема II)

Еще в 1690 году Фатио предположил, что «толкающая сила», оказываемая частицами на плоской поверхности, является шестой частью силы, которая возникла бы, если бы все частицы выровнялись перпендикулярно поверхности. Фатио доказал это предположение, определив силу, действующую на частицы в определенной точке zz. Он вывел формулу п = ρv2zz/ 6. Это решение очень похоже на формулу, известную в кинетической теории газов. п = ρv2/ 3, найденный Даниэль Бернулли в 1738 г. Это был первый случай, когда решение, аналогичное аналогичному результату кинетическая теория было указано - долго перед была разработана основная концепция последней теории. Однако значение Бернулли в два раза больше, чем значение Фатио, потому что, по словам Зэ, Фатио рассчитал только значение мв для смены импульса после столкновения, но не 2мв и поэтому получил неверный результат. (Его результат верен только в случае полностью неупругих столкновений.) Фатио пытался использовать свое решение не только для объяснения гравитации, но и для объяснения поведения газов. Он попытался сконструировать термометр, который должен указывать на «состояние движения» молекул воздуха и, следовательно, определять температуру. Но Фатио (в отличие от Бернулли) не идентифицировать тепло и движение частиц воздуха - он использовал другую жидкость, которая должна отвечать за этот эффект. Также неизвестно, находился ли Бернулли под влиянием Фатио или нет.

Бесконечность (Проблема III)

В этой главе Фатио исследует связи между термином бесконечность и его отношение к его теории. Фатио часто оправдывал свои соображения тем фактом, что разные явления «бесконечно меньше или больше», чем другие, и поэтому многие проблемы могут быть сведены к необнаружимой величине. Например, диаметр стержней бесконечно меньше их расстояния друг от друга; или скорость частиц бесконечно больше, чем у грубой материи; или разница в скорости между отраженными и неотраженными частицами бесконечно мала.

Сопротивление среды (проблема IV)

Это математически наиболее сложная часть теории Фатио. Там он попытался оценить сопротивление потоков частиц движущимся телам. Предположим ты скорость грубой материи, v - скорость гравитационных частиц и ρ плотность среды. В случае v ≪ ты и ρ = константа Фатио заявил, что сопротивление ρu2. В случае v ≫ ты и ρ = постоянное сопротивление 4/3ρuv. Теперь Ньютон заявил, что отсутствие сопротивления орбитальному движению требует крайней разреженности любой среды в космосе. Итак, Фатио уменьшил плотность среды и заявил, что для поддержания достаточной силы тяжести это уменьшение должно быть компенсировано изменением v "обратно пропорционально квадратному корню из плотности". Это следует из давления частиц Фатио, которое пропорционально ρv2. По словам Зехе, попытка Фатио увеличить v до очень высокого значения фактически оставила бы сопротивление очень маленьким по сравнению с силой тяжести, потому что сопротивление в модели Фатио пропорционально ρuv но гравитация (т.е. давление частиц) пропорциональна ρv2.

Прием теории Фатио

Фатио общался с некоторыми из самых известных ученых своего времени.

P8: Подписи Ньютон, Гюйгенс и Галлей на рукописи Фатио

Между Исаак Ньютон и Фатио в период с 1690 по 1693 год. Утверждения Ньютона по теории Фатио сильно разошлись. Например, после описания необходимых условий для механического объяснения гравитации, он написал (неопубликованную) заметку в своей собственной печатной копии Principia в 1692 г .:Однако уникальная гипотеза, с помощью которой можно объяснить гравитацию, принадлежит к этому типу и была впервые изобретена гениальным геометром Н. Фатио.[5] С другой стороны, сам Фатио заявил, что, хотя Ньютон в частном порядке прокомментировал, что теория Фатио является наилучшей из возможных. механический объясняя гравитацию, он также признал, что Ньютон был склонен полагать, что истинное объяснение гравитации не было механическим. Также, Грегори отметил в своей «Меморандуме»: «Мистер Ньютон и мистер Галлей смеются над манерой мистера Фатио объяснять гравитацию."[5] Он якобы отметил это 28 декабря 1691 года. Однако настоящая дата неизвестна, поскольку использованные чернила и перо отличаются от остальной части страницы. После 1694 года отношения между двумя мужчинами охладились.

Кристиан Гюйгенс был первым, кто сообщил Фатио о своей теории, но так и не принял ее. Фатио считал, что убедил Гюйгенса в непротиворечивости своей теории, но Гюйгенс отрицал это в письме к Готфрид Лейбниц. Между Фатио и Лейбницем была также короткая переписка по теории. Лейбниц критиковал теорию Фатио за требование пустого пространства между частицами, что было отвергнуто им (Лейбницем) на философских основаниях. Якоб Бернулли проявил интерес к теории Фатио и призвал Фатио написать свои мысли о гравитации в виде полной рукописи, что на самом деле было сделано Фатио. Затем Бернулли скопировал рукопись, которая сейчас находится в университетской библиотеке Базеля и легла в основу издания Боппа.

Тем не менее, теория Фатио оставалась в значительной степени неизвестной, за некоторыми исключениями, такими как Крамер и Ле Саж, потому что он никогда не имел возможности официально опубликовать свои работы и попал под влияние группы религиозных фанатиков, называемых «французскими пророками» (которые принадлежали к майки ), и поэтому его общественная репутация была испорчена.

Крамер и Редекер

В 1731 году швейцарцы математик Габриэль Крамер опубликовал диссертацию,[6] в конце которого появился набросок теории, очень похожей на теорию Фатио - включая сетевую структуру материи, аналогию со светом, затенение - но без упоминания имени Фатио. Фатио было известно, что Крамер имел доступ к копии своей основной статьи, поэтому он обвинил Крамера в том, что он лишь повторяет свою теорию, не понимая ее. Крамер также сообщил Ле Сажу о теории Фатио в 1749 г. В 1736 г. врач Франц Альберт Редекер также опубликовал аналогичную теорию.[7] Связь между Редекером и Фатио неизвестна.

Le Sage

Смотрите также: Жорж-Луи Ле Саж
Жорж-Луи Ле Саж

Первое изложение его теории, Essai sur l'origine des force mortes, был отправлен Ле Сажем в Академию наук в Париже в 1748 году, но так и не был опубликован.[2] По словам Ле Сажа, после создание и отправка своего сочинение он был осведомлен о теориях Фатио, Крамера и Редекера. В 1756 году впервые было опубликовано одно из его изложений теории:[8] а в 1758 году он прислал более подробное изложение, Essai de Chymie Méchanique, на конкурс Академии наук в г. Руан.[9] В этой статье он попытался объяснить природу гравитации и химического сродства. Изложение теории, ставшее доступным широкой публике, Люкрес Ньютоньен (1784), в котором полностью развилось соответствие концепциям Лукреция.[10] Другое изложение теории было опубликовано посмертно из заметок Ле Сажа. Пьер Прево в 1818 г.[11]

Основная концепция Le Sage

P9: Собственная иллюстрация Ле Сажа его сверхмирских корпускул

Ле Саж подробно обсудил теорию и предложил количественные оценки некоторых параметров теории.

  • Он назвал гравитационные частицы сверхземные тельца, потому что он предполагал, что они происходят за пределами известной нам Вселенной. Распределение сверхземного потока: изотропный и законы его распространения очень похожи на законы распространения света.
  • Лесаж утверждал, что гравитационная сила не возникнет, если столкновения материи с частицами будут совершенно упругими. Поэтому он предположил, что частицы и основные составляющие материи являются «абсолютно твердыми», и утверждал, что это подразумевает сложную форму взаимодействия, полностью неупругую в направлении, нормальном к поверхности обычной материи, и совершенно эластичную в направлении, касательном к поверхности обычного вещества. поверхность. Затем он заметил, что это означает, что средняя скорость рассеянных частиц составляет 2/3 их скорости падения. Чтобы избежать неупругих столкновений между частицами, он предположил, что их диаметр очень мал по сравнению с их взаимным расстоянием.
  • Это сопротивление потока пропорционально УФ (куда v - скорость частиц и u - скорость грубой материи), а гравитация пропорциональна v2, поэтому отношение сопротивление / сила тяжести можно сделать сколь угодно малым, увеличивv. Поэтому он предположил, что надземные тельца могут двигаться в скорость света, но после дальнейшего рассмотрения он изменил это значение до 105 раз больше скорости света.
  • Для сохранения пропорциональности масс обычная материя состоит из структур, похожих на клетки, диаметр которых составляет всего 107-я часть их взаимного расстояния. Также «решетки», из которых состоят клетки, были небольшими (около 1020 раз больше толщины) по сравнению с размерами клеток, поэтому частицы могут проходить через них почти беспрепятственно.
  • Ле Саж также попытался использовать механизм затенения для учета сил сцепления и сил разной силы, постулируя о существовании множества видов надземных корпускул разных размеров, как показано на рисунке 9.

Ле Саж сказал, что он был первым, кто извлек все следствия из теории, а также Прево сказал, что теория Ле Сажа более развита, чем теория Фатио.[2] Однако, сравнивая две теории и после подробного анализа документов Фатио (которыми также располагал Ле Саж), Зэ пришел к выводу, что Ле Саж не внес ничего принципиально нового и часто не достиг уровня Фатио.[5]

Прием теории Ле Сажа

Идеи Ле Сажа не были хорошо приняты в течение его дня, за исключением некоторых его друзей и соратников, таких как Пьер Прево, Шарль Бонне, Жан-Андре Делюк, Чарльз Махон, третий граф Стэнхоуп и Саймон Люильер. Они упомянули и описали теорию Ле Сажа в своих книгах и статьях, которые использовались их современниками в качестве вторичного источника теории Ле Сажа (из-за отсутствия опубликованных работ самого Ле Сажа).

Эйлер, Бернулли и Боскович

Леонард Эйлер однажды заметил, что модель Ле Сажа «бесконечно лучше», чем у всех других авторов, и что все возражения уравновешиваются в этой модели, но позже он сказал, что аналогия со светом не имеет для него никакого значения, потому что он верил в волновую природу света. После дополнительных размышлений Эйлер не одобрил модель и написал Ле Сажу:[12]

Вы должны извинить меня, сэр, если я испытываю большое отвращение к вашим надземным тельцам и всегда предпочитаю признаться в своем незнании причины гравитации, чем прибегать к таким странным гипотезам.

Даниэль Бернулли был доволен сходством модели Ле Сажа с его собственными мыслями о природе газов. Однако сам Бернулли придерживался мнения, что его собственная кинетическая теория газов была лишь предположением, и аналогичным образом он считал теорию Ле Сажа в высшей степени спекулятивной.[13]

Роджер Джозеф Боскович отметил, что теория Ле Сажа - первая, которая действительно может объяснить гравитацию механическими средствами. Однако он отверг эту модель из-за огромного и неиспользованного количества надземной материи. Джон Плейфэр описал аргументы Босковича следующим образом:

Огромное множество атомов, которым суждено продолжить свое бесконечное путешествие через бесконечность космоса, не меняя своего направления и не возвращаясь в то место, откуда они пришли, - это предположение, очень мало поддерживаемое обычной экономией природы. Откуда берутся эти бесчисленные потоки; не должно ли оно включать в себя постоянное напряжение творческой силы, бесконечное как по объему, так и по продолжительности?[14]

Очень похожий аргумент был позже приведен Максвеллом (см. Разделы ниже). Вдобавок Боскович отрицал существование какого-либо контакта и непосредственного импульса вообще, но предлагал отталкивающие и привлекательные действия на расстоянии.

Лихтенберг, Кант и Шеллинг

Георг Кристоф Лихтенберг с[15] знание теории Ле Сажа было основано на «Лукреции Ньютонен» и резюме Прево. Первоначально Лихтенберг считал (как и Декарт), что любое объяснение природных явлений должно основываться на прямолинейном движении и толчке, и теория Лесажа соответствовала этим условиям. В 1790 году он выразил в одной из своих статей свой энтузиазм по поводу теории, полагая, что теория Ле Сажа охватывает все наши знания и делает любые дальнейшие мечты на эту тему бесполезными. Он продолжил, говоря: «Если это сон, то это величайшее и самое великолепное, о чем когда-либо мечтали ...» и что с ее помощью мы можем заполнить пробел в наших книгах, который может быть заполнен только сном.[16]

Он часто ссылался на теорию Лесажа в своих лекциях по физике в Геттингенский университет. Однако примерно в 1796 году Лихтенберг изменил свои взгляды, будучи убежденным аргументами Иммануил Кант, который критиковал любую теорию, которая пыталась заменить притяжение импульсом.[17] Кант указал, что само существование пространственно протяженных конфигураций материи, таких как частицы ненулевого радиуса, подразумевает существование некой связывающей силы, удерживающей протяженные части частицы вместе. Эту силу нельзя объяснить толчком гравитационных частиц, потому что эти частицы тоже должны удерживаться вместе таким же образом. Чтобы избежать этого круговое рассуждение Кант утверждал, что должна существовать фундаментальная сила притяжения. Это было точно такое же возражение, которое всегда выдвигалось против импульсивной доктрины Декарта в предыдущем столетии, и побудило даже последователей Декарта отказаться от этого аспекта его философии.

Другой немецкий философ, Фридрих Вильгельм Йозеф Шеллинг, отвергает модель Ле Сажа, потому что ее механистический материализм несовместим с идеалистической и антиматериалистической философией Шеллинга.[18]

Лаплас

Частично учитывая теорию Ле Сажа, Пьер-Симон Лаплас взяли на себя определение необходимых скорость гравитации чтобы соответствовать астрономическим наблюдениям. Он подсчитал, что скорость должна быть «как минимум в сто миллионов раз больше скорости света», чтобы избежать недопустимо больших неравенств из-за эффектов аберрации в движении Луны.[19] Это было воспринято большинством исследователей, включая Лапласа, как поддержку ньютоновской концепции мгновенного действия на расстоянии и как указание на неправдоподобность любой модели, такой как модель Ле Сажа. Лаплас также утверждал, что для сохранения пропорциональности по массе верхний предел площади молекулярной поверхности Земли составляет самое большее десятимиллионную часть земной поверхности. К разочарованию Ле Сажа, Лаплас никогда прямо в своих работах не упоминал теорию Ле Сажа.

Кинетическая теория

Поскольку теории Фатио, Крамера и Редекера не были широко известны, изложение теории Ле Сажем вызвало возрождение интереса во второй половине XIX века, что совпало с развитием теории кинетическая теория.

Leray

Поскольку частицы Ле Сажа должны терять скорость при столкновении с обычным веществом (чтобы создать чистую гравитационную силу), огромное количество энергии должно быть преобразовано во внутренние моды. Если у этих частиц нет режимов внутренней энергии, избыточная энергия может быть поглощена только обычным веществом. Обращаясь к этой проблеме, Арман Жан Лере[20] предложил модель частиц (совершенно аналогичную модели Ле Сажа), в которой он утверждал, что поглощенная энергия используется телами для производства магнетизм и высокая температура. Он предположил, что это может быть ответом на вопрос о том, откуда исходит энергия, выделяемая звездами.

Кельвин и Тейт
Лорд Кельвин

Le Sage's собственный Теория стала предметом возобновления интереса во второй половине XIX века после публикации статьи Кельвин в 1873 г.[21] В отличие от Лере, который неточно рассмотрел проблему тепла, Кельвин заявил, что поглощенная энергия представляет собой очень высокую температуру, достаточную для испарения любого объекта за доли секунды. Итак, Кельвин повторил идею, которую Фатио первоначально предложил в 1690-х годах для попытки решить термодинамическую проблему, присущую теории Лесажа. Он предположил, что избыточное тепло может поглощаться модами внутренней энергии самих частиц, основываясь на своем предложении вихрь -природа материи. Другими словами, исходная поступательная кинетическая энергия частиц передается модам внутренней энергии, главным образом колебательным или вращательным, частиц.Обращаясь к утверждению Клаузиуса о том, что энергия в любой конкретной моде молекулы газа стремится к фиксированному отношению к полной энергии, Кельвин продолжал предположить, что возбужденный но более медленно движущиеся частицы впоследствии будут возвращены в исходное состояние из-за столкновений (в космологическом масштабе) с другими частицами. Кельвин также утверждал, что из надземного потока можно извлечь неограниченное количество свободной энергии, и описал вечное движение машина для этого.

Впоследствии Питер Гатри Тейт назвал теорию Ле Сажа единственным правдоподобным объяснением гравитации, которое предлагалось в то время. Он продолжил, говоря:

Самое необычное в этом то, что, если это правда, это, вероятно, заставит нас рассматривать все виды энергии как в конечном итоге кинетические.[22]

Сам Кельвин, однако, не был оптимистичен по поводу того, что теория Лесажа в конечном итоге может дать удовлетворительное объяснение явлений. После его краткой статьи 1873 года, упомянутой выше, он больше не возвращался к этой теме, за исключением следующих комментариев:

Эта кинетическая теория материи - мечта и не может быть ничем иным, пока не сможет объяснить химическое сродство, электричество, магнетизм, гравитацию и инерцию масс (то есть скоплений) вихрей. Теория Лесажа могла бы дать объяснение гравитации и ее связи с инерцией масс на основе теории вихрей, если бы не существенная эолотропия кристаллов и кажущаяся идеальной изотропия гравитации. Никаких столбов для пальцев, указывающих на путь, который мог бы привести к преодолению этой трудности или повороту ее фланга, не было обнаружено или вообразится как обнаруживаемое.[23]

Престон

Сэмюэл Толвер Престон[24] проиллюстрировал, что многие постулаты, введенные Ле Сажем относительно гравитационных частиц, такие как прямолинейное движение, редкие взаимодействия, и Т. Д.., можно было бы собрать под одним представлением, что они ведут себя (в космологическом масштабе) как частицы газа с чрезвычайно длинным длина свободного пробега. Престон также принял предложение Кельвина о модах внутренней энергии частиц. Он проиллюстрировал модель Кельвина, сравнив ее со столкновением стального кольца и наковальни - наковальня не будет сильно раскачиваться, но стальное кольцо будет находиться в состоянии вибрации и, следовательно, отлетает с уменьшенной скоростью. Он также утверждал, что длина свободного пробега частиц - это, по крайней мере, расстояние между планетами - на больших расстояниях частицы восстанавливают свою поступательную энергию из-за столкновений друг с другом, поэтому он пришел к выводу, что на больших расстояниях не будет притяжения между планетами. тела, независимо от их размера. Пол Друде предположил, что это могло быть связано с некоторыми теориями Карл Готфрид Нойман и Хьюго фон Зелигер, который предложил некое поглощение гравитации в открытом космосе.[25]

Максвелл
Джеймс Клерк Максвелл

Обзор теории Кельвина-Ле Сажа был опубликован Джеймс Клерк Максвелл в Девятом издании Британская энциклопедия под заголовком Атом в 1875 г.[26] После описания основной концепции теории он написал (с сарказм по Аронсону):[27]

Таким образом, здесь, по-видимому, находится путь, ведущий к объяснению закона всемирного тяготения, который, если будет показано, что он в других отношениях согласуется с фактами, может оказаться королевской дорогой в самые сокровенные тайны науки.[26]

Максвелл прокомментировал предположение Кельвина о различных режимах энергии частиц, что это означает, что гравитационные частицы не являются простыми примитивными сущностями, а скорее являются системами со своими собственными режимами внутренней энергии, которые должны удерживаться вместе (необъяснимыми) силами притяжения. Он утверждает, что температура тел должна стремиться приближаться к той, при которой средняя кинетическая энергия молекулы тела была бы равна средней кинетической энергии сверхземной частицы, и заявляет, что последняя величина должна быть намного больше, чем первое и приходит к выводу, что обычное вещество должно быть сожжено в течение нескольких секунд под бомбардировкой Ле Саж.[26] Он написал:

Мы посвятили этой теории больше места, чем она, кажется, заслуживает, потому что она гениальна и потому что это единственная теория причины гравитации, которая была настолько развита, что ее можно атаковать и защищать.[26]

Максвелл также утверждал, что теория требует «огромных затрат внешней силы» и, следовательно, нарушает сохранение энергии как фундаментальный принцип природы.[26] Престон ответил на критику Максвелла, утверждая, что кинетическая энергия каждой отдельной простой частицы может быть сделана произвольно низкой, если постулировать достаточно низкую массу (и более высокую числовую плотность) для частиц. Но позже этот вопрос более подробно обсуждался Пуанкаре, который показал, что термодинамическая проблема в моделях Le Sage осталась нерешенной.

Изенкраэ, Ришанек, дю Буа-Реймон

Каспар Изенкраэ представил свою модель в различных публикациях между 1879 и 1915 годами.[28]Его основные предположения были очень похожи на предположения Ле Сажа и Престона, но он дал более подробное применение кинетической теории. Однако, утверждая, что скорость корпускул после столкновения уменьшилась без соответствующего увеличения энергии любого другого объекта, его модель нарушила закон сохранения энергии. Он отметил, что существует связь между весом тела и его плотностью (поскольку любое уменьшение плотности объекта снижает внутреннюю защиту), поэтому он продолжил утверждать, что теплые тела должны быть тяжелее, чем более холодные (связанные с эффект тепловое расширение ).

В другой модели Адальберт Ришанек в 1887 году[29]также дал тщательный анализ, в том числе применение закона Максвелла о скоростях частиц в газе. Он различал гравитационный и светоносный эфир. Такое разделение этих двух сред было необходимо, потому что, согласно его расчетам, отсутствие какого-либо эффекта сопротивления на орбите Нептун подразумевает нижний предел скорости частицы 5 · 1019 см / с. Он (как и Лерэ) утверждал, что поглощенная энергия преобразуется в тепло, которое может быть передано светоносному эфиру и / или используется звездами для поддержания своей энергии. Однако эти качественные предположения не подкреплялись какой-либо количественной оценкой фактически произведенного количества тепла.

В 1888 г. Поль дю Буа-Реймон выступал против модели Ле Сажа, отчасти потому, что предсказанная сила тяжести в теории Ле Сажа не строго пропорциональна массе. Чтобы достичь точной пропорциональности масс, как в теории Ньютона (которая подразумевает отсутствие эффектов экранирования или насыщения и бесконечно пористую структуру материи), сверхземной поток должен быть бесконечно интенсивным. Дюбуа-Реймон отверг это как абсурд. Кроме того, дю Буа-Реймон, как и Кант, заметил, что теория Лесажа не может достичь своей цели, потому что она использует такие понятия, как «эластичность» и «абсолютная твердость» и т. Д., Которые (по его мнению) могут быть объяснены только с помощью сил притяжения. . Та же проблема возникает для сил сцепления в молекулах. В результате основная цель таких моделей - избавиться от элементарных сил притяжения - невозможна.[30]

Волновые модели

Келлер и Буабодран

В 1863 году Франсуа Антуан Эдуард и Эм. Келлер[31] представил теорию, используя механизм типа Le Sage в сочетании с продольные волны эфира. Они предположили, что эти волны распространяются во всех направлениях и теряют часть своего импульса после столкновения с телами, поэтому между двумя телами давление, оказываемое волнами, слабее, чем давление вокруг них. В 1869 г. Поль-Эмиль Лекок де Буабодран[32] представил ту же модель, что и Лерэ (включая поглощение и производство тепла и т. д.), но, как Келлер и Келлер, он заменил частицы продольными волнами эфира.

Лоренц

После этих попыток другие авторы в начале 20 века заменили электромагнитное излучение для частиц Ле Сажа. Это было в связи с Теория эфира Лоренца и электронная теория того времени, в которой предполагалось электрическое строение материи.

В 1900 г. Хендрик Лоренц[33] писал, что модель частиц Ле Сажа не согласуется с электронной теорией его времени. Но осознание того, что последовательности электромагнитных волн могут создавать некоторое давление в сочетании с проникающей способностью рентгеновских лучей (теперь называемых рентгеновские лучи ), привел его к выводу, что ничто не противоречит возможности существования даже более проникающего излучения, чем рентгеновские лучи, которые могли бы заменить частицы Ле Сажа. Лоренц показал, что сила притяжения между заряженными частицами (которую можно использовать для моделирования элементарных субъединиц материи) действительно возникнет, но только если падающая энергия будет полностью поглощена. Это была та же фундаментальная проблема, с которой сталкивались модели частиц. Итак, Лоренц писал:

Однако то обстоятельство, что это притяжение могло существовать только в том случае, если бы так или иначе электромагнитная энергия постоянно исчезла, представляет собой настолько серьезную трудность, что сказанное не может рассматриваться как предоставление объяснения гравитации. И это не единственное возражение, которое можно выдвинуть. Если механизм гравитации состоит в колебаниях, которые пересекают эфир со скоростью света, притяжение должно быть изменено движением небесных тел в гораздо большей степени, чем позволяют допустить астрономические наблюдения.

В 1922 г.[34] Лоренц впервые исследовал Мартин Кнудсен исследовал разреженные газы, и в связи с этим он обсудил модель частиц Ле Сажа, а затем краткое изложение своей собственной электромагнитной модели Ле Сажа, но он повторил свой вывод 1900 года: без поглощения нет гравитационного эффекта.

В 1913 г. Дэвид Гильберт сослался на теорию Лоренца и раскритиковал ее, утверждая, что никакая сила в форме 1 / r2 может возникнуть, если взаимное расстояние атомов достаточно велико по сравнению с их длиной волны.[35]

J.J. Томсон

В 1904 г. Дж. Дж. Томсон[36] рассмотрел модель типа Ле Сажа, в которой первичный сверхземной поток состоял из гипотетической формы излучения, гораздо более проникающего, чем рентгеновские лучи. Он утверждал, что проблемы Максвелла с теплом можно избежать, если предположить, что поглощенная энергия не преобразуется в тепло, а повторно излученный в еще более проницательной форме. Он отметил, что этот процесс, возможно, может объяснить, откуда берется энергия радиоактивных веществ, однако он заявил, что внутренняя причина радиоактивность более вероятно. В 1911 году Томсон вернулся к этой теме в своей статье «Дело» в Британская энциклопедия, одиннадцатое издание.[37] Там он заявил, что эта форма вторичного излучения в некоторой степени аналогична тому, как прохождение наэлектризованных частиц через материю вызывает излучение еще более проникающих рентгеновских лучей. Он заметил:

Очень интересный результат недавних открытий заключается в том, что механизм, который Ле Саж представил для целей своей теории, имеет очень близкую аналогию с вещами, для которых у нас есть прямые экспериментальные доказательства ... Однако рентгеновские лучи при поглощении не действуют. Насколько нам известно, порождают более проникающие рентгеновские лучи, как они должны объяснять притяжение, но либо менее проникающие лучи, либо лучи того же вида.[37]

Томмазина и кисть

В отличие от Лоренца и Томсона, Томас Томмазина[38] между 1903 и 1928 годами предложили длинноволновое излучение для объяснения гравитации и коротковолновое излучение для объяснения сил сцепления материи. Чарльз Ф. Браш[39] в 1911 г. также предложил длинноволновое излучение. Но позже он пересмотрел свою точку зрения и перешел на очень короткие волны.

Более поздние оценки

Дарвин

В 1905 г. Джордж Дарвин впоследствии вычислил гравитационную силу между двумя телами на очень близком расстоянии, чтобы определить, могут ли геометрические эффекты привести к отклонению от закона Ньютона.[40] Здесь Дарвин заменил клеточные единицы обычной материи Ле Сажа на микроскопические твердые сферы одинакового размера. Он пришел к выводу, что только в случае совершенно неупругих столкновений (нулевого отражения) закон Ньютона будет действовать, тем самым усиливая термодинамическую проблему теории Лесажа. Кроме того, такая теория верна только при нормальном и тангенциальные составляющие удара совершенно неупругие (вопреки механизму рассеяния Лесажа), а элементарные частицы точно такого же размера. Далее он сказал, что излучение света - это точная конверсия поглощения частиц Ле Сажа. Тело с разной температурой поверхности будет двигаться в направлении более холодной части. В более позднем обзоре теорий гравитации Дарвин кратко описал теорию Ле Сажа и сказал, что серьезно рассмотрел теорию, но затем написал:

Я не буду далее ссылаться на эту концепцию, только чтобы сказать, что я считаю, что ни один ученый не расположен принять ее как открывающую истинный путь.[41]

Пуанкаре
Анри Пуанкаре

Частично основанная на расчетах Дарвина, важная критика была дана Анри Пуанкаре в 1908 г.[42] Он пришел к выводу, что притяжение пропорционально , куда S площадь молекулярной поверхности Земли, v - скорость частиц, ρ - плотность среды. Следуя Лапласу, он утверждал, что для сохранения пропорциональности масс верхний предел для S составляет самое большее десятимиллионную часть поверхности Земли. Теперь сопротивление (т.е. сопротивление среды) пропорционально Sρv и поэтому отношение сопротивления к притяжению обратно пропорционально Sv. Чтобы уменьшить сопротивление, Пуанкаре рассчитал нижний предел для v = 24 · 1017 раз больше скорости света. Итак, есть более низкие пределы для Sv и v, и верхний предел для S и с этими значениями можно рассчитать произведенное тепло, которое пропорционально Sρv3. Расчет показывает, что температура Земли повысится на 1026 градусов в секунду. Пуанкаре заметил: «что земля не может долго выдерживать такой режим». Пуанкаре также проанализировал некоторые волновые модели (Томмазина и Лоренц), отметив, что они страдают теми же проблемами, что и модели частиц. Чтобы уменьшить сопротивление, были необходимы сверхсветовые волны, и они по-прежнему были подвержены проблеме нагрева. Описав аналогичную модель повторного излучения, такую ​​как Томсон, он пришел к выводу: «Таковы сложные гипотезы, к которым мы приводим, когда пытаемся сделать теорию Ле Сажа приемлемой».

Он также заявил, что если в модели Лоренца поглощенная энергия полностью преобразуется в тепло, это повысит температуру Земли на 1013 градусов в секунду. Затем Пуанкаре перешел к рассмотрению теории Лесажа в контексте «новой динамики», которая была разработана в конце 19-го и начале 20-го веков, с особым признанием принципа относительности. Что касается теории частиц, он заметил, что "трудно представить закон столкновения, совместимый с принципом относительности", а проблемы с сопротивлением и нагревом остаются.

Прогнозы и критика

Материя и частицы

Пористость вещества

Основное предсказание теории - чрезвычайная пористость вещества. Как предполагали Фатио и Лесаж в 1690/1758 годах (а до них - Гюйгенс), материя должна состоять в основном из пустого пространства, чтобы очень маленькие частицы могли проникать в тела почти без помех, и, следовательно, каждая отдельная часть материи могла принимать участие в гравитационном процессе. взаимодействие. Этот прогноз был (в некоторых отношениях) подтвержден с течением времени. Действительно, материя состоит в основном из пустого пространства и определенных частиц, таких как нейтрино может проходить сквозь материю почти беспрепятственно. Однако образ элементарных частиц как классических сущностей, которые взаимодействуют напрямую, определяемые их формами и размерами (в смысле сетевой структуры, предложенной Фатио / Ле Сажем и равномерных сфер Изенкраэ / Дарвина), не соответствует нынешнему пониманию. элементарных частиц. Предложение Лоренца / Томсона об электрических заряженных частицах как основные составляющие материи также несовместима с современной физикой.

Космическое излучение

Каждая модель типа Ле Сажа предполагает существование изотропного потока, заполняющего пространство, или излучения огромной интенсивности и проникающей способности. Это имеет некоторое сходство с космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR) обнаружен в 20 веке. CMBR действительно является заполняющим пространство и довольно изотропным потоком, но его интенсивность чрезвычайно мала, как и его проникающая способность. Поток нейтрино, исходящий (например) от солнце, обладает проникающими свойствами, предусмотренными Ле Сажем для своих надземных корпускул, но этот поток не изотропен (поскольку отдельные звезды являются основными источниками нейтрино), а интенсивность даже меньше, чем у реликтового излучения. Конечно, ни реликтовое излучение, ни нейтрино не распространяются со сверхсветовой скоростью, что является еще одним необходимым атрибутом частиц Ле Сажа. С более современной точки зрения, отбрасывая простую концепцию «толчка» Ле Сажа, было рассмотрено и опровергнуто предположение о том, что нейтрино (или какая-то другая частица, похожая на нейтрино) может быть частицей-посредником в квантовой теории поля гравитации. Фейнмана.[43]

Гравитационное экранирование

P10: гравитационное экранирование

Хотя материя постулируется как очень разреженная в теории Фатио – Лесажа, она не может быть абсолютно прозрачной, потому что в этом случае не существовало бы гравитационной силы. Однако отсутствие идеальной прозрачности приводит к проблемам: при достаточной массе количество затенения, создаваемого двумя частями материи, становится меньше суммы затенения, которое каждый из них производил бы по отдельности, из-за перекрытия их теней (P10, над). Этот гипотетический эффект, названный гравитационная защита, означает, что добавление вещества не приводит к прямо пропорциональному увеличению гравитационной массы. Следовательно, чтобы быть жизнеспособным, Фатио и Лесаж постулировали, что экранирующий эффект настолько мал, что его нельзя обнаружить, что требует, чтобы поперечное сечение взаимодействия материи было чрезвычайно малым (P10, ниже). Это налагает чрезвычайно высокую нижнюю границу интенсивности потока, необходимого для создания наблюдаемой силы тяжести. Любая форма гравитационного экранирования будет представлять собой нарушение принцип эквивалентности, и это несовместимо с очень точным нулевой результат наблюдается в Эксперимент Этвёша и его преемники - все из которых вместо этого подтвердили точное равенство активной и пассивной гравитационной массы с инертной массой это было предсказано общая теория относительности.[44] Для получения дополнительной исторической информации о связи между гравитационным экранированием и гравитацией Ле Сажа см. Martins,[45][46] и Borzeszkowski et al.[47]


Поскольку предложение Изенкраэ о связи между плотностью, температурой и весом было основано исключительно на ожидаемых эффектах изменений в материале. плотность, и поскольку температура при данной плотности может увеличиваться или уменьшаться, комментарии Изенкраэ не подразумевают какой-либо фундаментальной связи между температура и гравитация. (На самом деле является связь между температурой и гравитацией, а также между энергией связи и гравитацией, но эти фактические эффекты не имеют ничего общего с предложением Изенкраэ. См. Раздел ниже о «Связь с энергией».) Что касается предсказания связи между гравитацией и плотностью, все экспериментальные данные показывают, что такой связи нет.

Скорость гравитации

Тащить

Согласно теории Ле Сажа, изолированное тело подвергается тащить если он движется относительно уникальной изотропной системы отсчета надземного потока (т.е. кадра, в котором скорость надземных корпускул одинакова во всех направлениях). Это связано с тем, что, если тело находится в движении, частицы, ударяющие по нему спереди, имеют более высокую скорость (относительно тела), чем частицы, ударяющие по телу сзади, - этот эффект будет действовать на снижаться расстояние между солнцем и землей. Величина этого сопротивления пропорциональна ву, куда v - скорость частиц, u - скорость тела, в то время как характерная сила тяжести пропорциональна v2, поэтому отношение сопротивления к силе гравитации пропорциональноты/v. Таким образом, для данной характеристической силы тяжести величина сопротивления для данной скорости u может быть сделана сколь угодно малой путем увеличения скорости v надземных корпускул. Однако, чтобы снизить сопротивление до приемлемого уровня (т. Е. В соответствии с наблюдениями) с точки зрения классической механики, скорость v должен быть на много порядков больше, чем скорость света. Это делает теорию Лесажа принципиально несовместимой с современной механикой, основанной на специальная теория относительности, согласно которому никакая частица (или волна) не может превышать скорость света. Вдобавок, даже если бы сверхсветовые частицы были возможны, эффективной температуры такого потока было бы достаточно, чтобы сжечь все обычное вещество за доли секунды.

Аберрация

Как показал Лаплас, еще одним возможным эффектом Лесажа является орбитальная аберрация из-за конечного скорость гравитации. Если частицы Ле Сажа не движутся со скоростью, намного превышающей скорость света, как предполагали Ле Саж и Кельвин, то во взаимодействиях между телами существует временная задержка (время прохождения). В случае орбитального движения это приводит к тому, что каждое тело реагирует на замедленное положение другого, что создает ведущую составляющую силы. В отличие от эффекта перетаскивания, этот компонент будет ускорять оба объекта друг от друга. Чтобы поддерживать стабильные орбиты, действие гравитации должно распространяться намного быстрее скорости света или не должно быть чисто центральной силой. Это было предложено многими как окончательное опровержение любой теории Ле Сажа. Напротив, общая теория относительности согласуется с отсутствием заметной аберрации, идентифицированной Лапласом, потому что, хотя гравитация распространяется со скоростью света в общей теории относительности, ожидаемая аберрация почти точно компенсируется зависимыми от скорости членами во взаимодействии.[48]

Диапазон гравитации

Во многих моделях частиц, таких как модель Кельвина, диапазон силы тяжести ограничен из-за природы взаимодействия частиц между собой. Диапазон фактически определяется скоростью, которую предлагает внутренние режимы частиц может устранить импульсные дефекты (тени), которые создаются при прохождении через материю. Такие прогнозы относительно эффективного диапазона силы тяжести будут варьироваться и зависят от конкретных аспектов и предположений относительно режимов взаимодействия, которые доступны во время взаимодействий частиц. Однако для этого класса моделей наблюдаемые крупномасштабная структура космоса ограничивает такое рассеяние до тех, которые позволяют агрегировать такие огромные гравитационные структуры.

Энергия

Абсорбция

Как отмечалось в историческом разделе, главной проблемой каждой модели Le Sage является энергия и высокая температура проблема. Как показали Максвелл и Пуанкаре, неупругие столкновения привести к испарение за доли секунды, и предложенные решения не были убедительными. Например, Аронсон[27] дал простое доказательство утверждения Максвелла:

Предположим, что вопреки гипотезе Максвелла молекулы грубой материи на самом деле обладают большей энергией, чем частицы. В этом случае частицы в среднем будут набирать энергию при столкновении, а частицы, перехваченные телом B, будут заменены более энергичными, отскакивающими от тела B. Таким образом, действие гравитации будет обратным: возникнет взаимное отталкивание. между всеми телами из мирской материи, вопреки наблюдениям. Если, с другой стороны, средние кинетические энергии частиц и молекул одинаковы, то результирующая передача энергии не будет происходить, и столкновения будут эквивалентны упругим, что, как было показано, действительно не дают силы тяжести.

Аналогичным образом нарушение Изенкраэ закон сохранения энергии неприемлемо, и применение Кельвином теоремы Клаузиуса приводит (как отмечал сам Кельвин) к некоторому типу вечное движение механизм. Предложение о вторичном механизме переизлучения для волновых моделей привлекло интерес Дж. Дж. Томсона, но не было воспринято всерьез ни Максвеллом, ни Пуанкаре, поскольку оно влечет за собой грубое нарушение второго закона термодинамика (огромное количество энергии самопроизвольно превращается из более холодной в более горячую форму), что является одним из наиболее прочно установленных законов физики.

Энергетическая проблема также рассматривалась в связи с идеей увеличения массы в связи с Расширяющаяся теория Земли. Среди первых теоретиков, связывающих увеличение массы в какой-то модели гравитации с расширением Земли, были: Ярковский и Хильгенберг.[49] Идея увеличения массы и теория расширения Земли в настоящее время не считаются жизнеспособными основными учеными. Это потому, что, среди прочего, согласно принципу эквивалентность массы и энергии, если бы Земля поглощала энергию сверхземного потока со скоростью, необходимой для создания наблюдаемой силы тяжести (т. е. используя значения, вычисленные Пуанкаре), ее масса удваивалась бы за каждую долю секунды.

Связь с энергией

На основе данные наблюдений, теперь известно, что гравитация взаимодействует со всеми формами энергии, и не только с массой. Электростатическая энергия связи ядра, энергия слабого взаимодействия в ядре и кинетическая энергия электронов в атомах - все они вносят вклад в гравитационную массу атома, что было подтверждено с высокой точностью в Тип Этвёша эксперименты.[50]Это означает, например, что когда атомы некоторого количества газа движутся быстрее, гравитация этого газа увеличивается. Эксперименты по лазерной локации Луны показали, что даже гравитационная энергия связи сама по себе также тяготеет с силой, соответствующей принцип эквивалентности с высокой точностью - что, кроме того, демонстрирует, что любая успешная теория гравитации должна быть нелинейной и самосвязанной.[51][52]Теория Ле Сажа не предсказывает ни один из этих вышеупомянутых эффектов, как и ни один из известных вариантов теории Ле Сажа.

Негравитационные приложения и аналогии

Имитация гравитации

Лайман Спитцер в 1941 г.[53] подсчитал, что поглощение излучения между двумя Частицы пыли приводят к чистой силе притяжения, которая изменяется пропорционально 1 /р2 (очевидно, он не знал о теневом механизме Ле Сажа и особенно о соображениях Лоренца о радиационном давлении и гравитации). Георгий Гамов, назвавший этот эффект «имитацией гравитации», предложенный в 1949 г.[54] что после Большого взрыва температура электронов падала быстрее, чем температура фонового излучения. Поглощение излучения привело к механизму Лесажа между электронами, который мог играть важную роль в процессе формирование галактики вскоре после Большой взрыв. Однако это предложение было опровергнуто Филдом в 1971 г.[55] который показал, что этот эффект был слишком мал, потому что электроны и фоновое излучение находились почти в тепловом равновесии. Хоган и Уайт предложили в 1986 году[56] эта имитация гравитации могла повлиять на формирование галактик за счет поглощения света догалактических звезд. Но это показали Ван и Филд.[57] что любая форма имитации гравитации неспособна произвести достаточно силы, чтобы повлиять на формирование галактики.

Плазма

Механизм Ле Сажа также был определен как важный фактор в поведении пыльная плазма. ЯВЛЯЮСЬ. Игнатов[58] показал, что сила притяжения возникает между двумя пылинками, взвешенными в изотропной бесстолкновительной плазме, из-за неупругих столкновений между ионами плазмы и пылинками. Эта сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между пылинками и может уравновесить кулоновское отталкивание между пылинками.

Энергия вакуума

В квантовая теория поля Существование виртуальные частицы предлагается, что приводит к так называемой Эффект Казимира. Казимир подсчитал, что между двумя пластинами следует учитывать только частицы с определенной длиной волны при расчете энергия вакуума. Следовательно, плотность энергии между пластинами меньше, если пластины расположены близко друг к другу, что приводит к чистой силе притяжения между пластинами. Однако концептуальная основа этого эффекта сильно отличается от теории Фатио и Ле Сажа.

Недавняя активность

Пересмотр теории Ле Сажа в XIX веке выявил несколько тесно взаимосвязанных проблем с этой теорией. Это связано с чрезмерным нагревом, сопротивлением трению, экранированием и гравитационной аберрацией. Осознание этих проблем в сочетании с общим отходом от теорий, основанных на механике, привело к постепенной потере интереса к теории Ле Сажа. В конце концов, в 20-м веке теорию Ле Сажа затмила теория Эйнштейна. общая теория относительности.

В 1965 г. Ричард Фейнман рассмотрели механизм Фатио / Лесажа, прежде всего как пример попытки объяснить "сложно" физический закон (в данном случае закон обратных квадратов Ньютона) в терминах более простых примитивных операций без использования сложной математики, а также как пример неудавшейся теории. Он отмечает, что механизм "прыгающие частицы" воспроизводит силовой закон обратных квадратов и что "странность математического отношения будет очень уменьшена", но затем замечает, что схема "не работает"из-за предполагаемого сопротивления движущимся телам.[59][60]

Хотя это не считается жизнеспособной теорией в рамках основного научного сообщества, время от времени предпринимаются попытки реабилитировать теорию за пределами основного направления, включая попытки Радзиевского и Кагальниковой (1960),[61] Шнейдеров (1961),[62] Буономано и Энгельс (1976),[63] Адамут (1982),[64] Попеску (1982),[65] Яаккола (1996),[66] Том Ван Фландерн (1999),[67] Борге (2002),[68] и Эдвардс (2007) [69]

Различные модели Le Sage и связанные темы обсуждаются в Edwards, et al.[70]

Недавний рабочий документ о новой количественной теории гравитации, готовой к проверке [71] появился на нерецензируемой платформе Zenodo ЦЕРН.

Основные источники

  1. ^ Duillier, N. Fatio de (1690a), "Lettre N ° 2570", в Société Hollandaise des Sciences (ed.), Совершенные произведения Христиана Гюйгенса, 9, Гаага (опубликовано 1888–1950), стр. 381–389.
  2. ^ а б c См. Вторичные источники, Прево (1805 г.)
  3. ^ Duillier, N. Fatio de (1701). "Die wiederaufgefundene Abhandlung von Fatio de Duillier: De la Cause de la Pesanteur". В Боппе, Карл (ред.). Drei Untersuchungen zur Geschichte der Mathematik. Schriften der Straßburger Wissenschaftlichen Gesellschaft в Гейдельберге. 10. Берлин и Лейпциг (опубликовано в 1929 г.). С. 19–66. Дои:10.1515/9783111665511-003.
  4. ^ Duillier, N. Fatio de (1743). "De la Cause de la Pesanteur". В Гагнебине, Бернар (ред.). De la Cause de la Pesanteur: Mémoire de Nicolas Fatio de Duillier. Примечания и отчеты Лондонского королевского общества. 6 (опубликовано в 1949 г.). С. 125–160. Дои:10.1098 / рснр.1949.0018.
  5. ^ а б c d Zehe (1980), вторичные источники
  6. ^ Крамер, Г. (1731), Тезисы Physico-Mathematicae de Gravitate (Диссертация), Женева
  7. ^ Редекер, Ф. А. (1736), "De cause gravitatis meditatio", Lemgoviae Ex Officina Meyeriana
  8. ^ Жорж-Луи Ле Саж (1756), "Письмо à une académicien de Dijon ..", Mercure de France: 153–171
  9. ^ Шалфей, Г.-Л. Le (1761), Essai de Chymie Méchanique, Не опубликовано - частная печать
  10. ^ Шалфей, Г.-Л. Le (1784), "Люкрес Ньютоньен", Mémoires de l'Académie Royale des Sciences et Belles Lettres de Berlin: 404–432, Bibcode:1784lune.book ..... L Английский перевод появляется в Шалфей, Г.-Л. Le (30 июня 1898 г.). «Ньютоновский Лукреций». В Лэнгли, Сэмюэл П. (ред.). Теория гравитации Лесажа. Годовой отчет Попечительского совета Смитсоновского института. С. 139–160.
  11. ^ Шалфей, Г.-Л. Le (1818), "Physique Mécanique des Georges-Louis Le Sage", в Прево, Пьер (ред.), Deux Traites de Physique Mécanique, Женева и Париж: J.J. Paschoud, стр. 1–186.
  12. ^ Вольф (1852 г.), вторичные источники
  13. ^ Эванес (2002), вторичные источники
  14. ^ Playfair (1807), вторичные источники
  15. ^ Лихтенберг, Г.С. (2003), Zehe, H .; Hinrichs, W. (ред.), "Aufzeichnungen über die Theorie der Schwere von G.L. Le Sage", Nachrichten der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen, II. Mathematisch-Physikalische Klasse (1)
  16. ^ Лихтенберг, на немецком языке: "Ist es ein Traum, so ist es der größte und erhabenste der je ist geträumt worden, und womit wir eine Lücke in unseren Büchern ausfüllen können, die nur durch einen Traum ausgefüllt werden kann".
  17. ^ Кант, И. (1786), Metaphysische Anfangsgründe der Naturwissenschaft, стр. Dynamik, Lehrsatz 5
  18. ^ Шеллинг, F.W.J. (1797), Ideen zu einer Philosophie der Natur (2-я книга, 3-я глава)
  19. ^ Лаплас, П.-С. (1966) [1805]. "7". Трактат по небесной механике. 4. Челси, Нью-Йорк.
  20. ^ Лере, Ле П. (1869), "Новая теория гравитации", Comptes Rendus, 69: 615–621
  21. ^ Томсон, Уильям (лорд Кельвин) (1873), "О надземных тельцах Le Sage", Фил. Mag., 45: 321–332, Дои:10.1080/14786447308640865
  22. ^ Тейт, П. Г. (1876), Лекции о недавних достижениях физической науки со специальной лекцией о силе, Лондон: Macmillan and Co., HDL:2027 / mdp.39015064456968
  23. ^ Кельвин, Популярные лекции, т. я. п. 145.
  24. ^ Престон, С. Т. (1877 г.), «О некоторых динамических условиях, применимых к теории гравитации Лесажа», Фил. Mag., 5-я серия, 4 (24): 206–213 (часть 1) и 364–375 (часть 2), Дои:10.1080/14786447708639322
  25. ^ Друде (1897), вторичные источники
  26. ^ а б c d е Максвелл, Дж. (1878), "Атом", в Baynes, T. S. (ed.), Британская энциклопедия, 3 (9-е изд.), Нью-Йорк: Сыновья Чарльза Скрибнера, стр. 38–47.
  27. ^ а б (Аронсон 1964 ), вторичные источники
  28. ^ Изенкраэ, К. (1879), Das Räthsel von der Schwerkraft: Kritik der bisherigen Lösungen des Gravitationsproblems und Versuch einer neuen auf rein Mechanischer Grundlage, Брауншвейг: Фридрих Веег унд Зон
  29. ^ Ришанек, А. (1887), Реперт. Exp. Phys., 24: 90–115 Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  30. ^ Буа-Реймон, П. дю (1888), "Ueber die Unbegreiflichkeit der Fernkraft", Naturwissenschaftliche Rundschau, 3 (14): 169–176
  31. ^ Келлер, F.A.E; Келлер, Эм. (1863), "Mémoire sur la cause de la pesanteur et des effets attribués à l'attraction universelle", Comptes Rendus, 56: 530–533
  32. ^ Буабодран, Лекок де (1869), "Note sur la théorie de la pesanteur", Comptes Rendus, 69: 703–705
  33. ^ Лоренц, Х.А. (1900), «Соображения о гравитации», Proc. Акад. Амстердам, 2: 559–574
  34. ^ Лоренц, Х.А. (1927) [1922], Лекции по теоретической физике, Лондон: Macmillan and Co.
  35. ^ Корри (1999), вторичные источники
  36. ^ Томсон, Дж. Дж. (1904), Электричество и материя, Вестминстер: Archibald Constable & Co., Ltd.
  37. ^ а б Томсон, Дж. Дж. (1911), "Иметь значение", в Chisholm, Хью (ред.), Британская энциклопедия, 17 (11-е изд.), Cambridge University Press, стр. 895
  38. ^ Томмасина, Т. (1928), La Physique de la Gravitation, Париж: Готье-Виллар
  39. ^ Браш, К.Ф. (1911), «Кинетическая теория гравитации», Природа, 86 (2160): 130–132, Bibcode:1911Натура..86..130., Дои:10.1038 / 086130a0, PMID  17799882, S2CID  3982270
  40. ^ Дарвин, Г. Х. (1905), «Аналогия между теорией гравитации Лесажа и отталкиванием света», Труды Королевского общества, 76 (511): 387–410, Bibcode:1905RSPSA..76..387D, Дои:10.1098 / rspa.1905.0042
  41. ^ Дарвин, Г. Х. (1916), Введение в динамическую астрономию
  42. ^ Пуанкаре, Анри (1913), "Теория Лесажа", Основы науки (наука и метод), Нью-Йорк: Science Press, стр. 517–522.
  43. ^ Фейнман, Р. П. (1995), Лекции Фейнмана по гравитации, Addison-Wesley, стр. 23–28.
  44. ^ Бертолами, О; Парамос, Дж; и другие. (2006). «Общая теория относительности: переживет ли она следующее десятилетие?». arXiv:gr-qc / 0602016.
  45. ^ Мартин (1999), вторичные источники
  46. ^ Мартинс (2002), вторичные источники
  47. ^ Borzeskkowski et al. (2004), вторичные источники
  48. ^ Карлип, С. (2000), «Аберрация и скорость гравитации», Phys. Lett. А, 267 (2–3): 81–87, arXiv:gr-qc / 9909087, Bibcode:2000ФЛА..267 ... 81С, Дои:10.1016 / S0375-9601 (00) 00101-8, S2CID  12941280
  49. ^ Scalera, G .; Джейкоб, К.-Х., ред. (2003), Почему расширяется Земля? - Книга в честь О. Хильгенберг, Рим: INGV
  50. ^ Карлип, С. (1998), "Кинетическая энергия и принцип эквивалентности", Являюсь. J. Phys., 65 (5): 409–413, arXiv:gr-qc / 9909014, Bibcode:1998AmJPh..66..409C, Дои:10.1119/1.18885, S2CID  119052544
  51. ^ Adelberger, E.G .; Heckel, B.R .; Smith, G .; Вс, Ы .; Суонсон, Х. (20 сентября 1990 г.), «Эксперименты Этвёша, определение расстояния до Луны и строгий принцип эквивалентности», Природа, 347 (6290): 261–263, Bibcode:1990Натура.347..261A, Дои:10.1038 / 347261a0, S2CID  4286881
  52. ^ Williams, J.G .; Ньюхолл, X.X .; Дики, Дж. (1996), "Параметры теории относительности, определенные с помощью лазерной локации Луны", Phys. Ред. D, 53 (12): 6730–6739, Bibcode:1996PhRvD..53.6730W, Дои:10.1103 / PhysRevD.53.6730, PMID  10019959
  53. ^ Спитцер, Л. (1941), "Динамика межзвездной среды; II. Радиационное давление", Астрофизический журнал, 94: 232–244, Bibcode:1941ApJ .... 94..232S, Дои:10.1086/144328.
  54. ^ Гамов, Георгий (1949), «О релятивистской космогонии», Обзоры современной физики, 21 (3): 367–373, Bibcode:1949РвМП ... 21..367Г, Дои:10.1103 / RevModPhys.21.367.
  55. ^ Филд, Г. Б. (1971), "Неустойчивость и волны, вызываемые излучением в межзвездном пространстве и в космологических моделях", Астрофизический журнал, 165: 29–40, Bibcode:1971ApJ ... 165 ... 29F, Дои:10.1086/150873.
  56. ^ Хоган, С.Дж. (1989), "Имитация гравитации и космической структуры", Астрофизический журнал, 340: 1–10, Bibcode:1989ApJ ... 340 .... 1H, Дои:10.1086/167371.
  57. ^ Ван, Б .; Филд, Г. (1989), «Формирование галактики с помощью имитации гравитации с пылью?», Астрофизический журнал, 346: 3–11, Bibcode:1989ApJ ... 346 .... 3 Вт, Дои:10.1086/167981.
  58. ^ Игнатов, А. (1996), «Уменьшение силы тяжести в пылевой плазме», Отчеты по физике плазмы, 22 (7): 585–589, Bibcode:1996ПиФР..22..585И
  59. ^ Фейнман, Р. П. (1967), Характер физического закона, Лекции вестника 1964 года, Кембридж, Массачусетс: Массачусетский технологический институт, стр.37–39, ISBN  0-262-56003-8
  60. ^ Описание теории Ле Сажа Фейнманом начинается с 7 минут. видеоклип
  61. ^ Радзиевский, В.В .; Кагальникова, И. (1960), «Природа гравитации», Всесоюз. Астроном.-Геодезич. Общ. Бюл., 26 (33): 3–14 Примерный перевод на английский язык появился в техническом отчете правительства США: FTD TT64 323; ТТ 64 11801 (1964), Иностранные технологии. Div., Air Force Systems Command, Wright-Patterson AFB, Огайо (перепечатано в Толкая гравитацию)
  62. ^ Шнейдеров, А. Дж. (1961), «О внутренней температуре земли», Bollettino di Geofisica Teorica ed Applicata, 3: 137–159
  63. ^ Buonomano, V .; Энгель, Э. (1976), "Некоторые предположения о причинном объединении теории относительности, гравитации и квантовой механики", Int. J. Theor. Phys., 15 (3): 231–246, Bibcode:1976IJTP ... 15..231B, Дои:10.1007 / BF01807095, S2CID  124895055
  64. ^ Адамут, И. А. (1982), "Эффект экрана земли в TETG. Теория экранирующего эксперимента образца тела на экваторе с использованием Земли в качестве экрана", Nuovo Cimento C, 5 (2): 189–208, Bibcode:1982NCimC ... 5..189A, Дои:10.1007 / BF02509010, S2CID  117039637
  65. ^ Попеску И. И. (1982), "Эфир и эфироны. Возможная переоценка концепции эфира", Журнал Румынской академии физики, 34: 451–468. Перевод опубликован как онлайн-издание (PDF), Contemporary Literature Press, 2015. ISBN  978-606-760-009-4
  66. ^ Яаккола, Т. (1996), «Действие на расстоянии и локальное действие в гравитации: обсуждение и возможное решение дилеммы» (PDF), Апейрон, 3 (3–4): 61–75
  67. ^ Фландерн, Т. Ван (1999), Темная материя, пропавшие планеты и новые кометы (2-е изд.), Беркли: North Atlantic Books, стр. Главы 2–4.
  68. ^ Борге, К. Дж. (2002), Gravitação, teoria e prática - proposta do efeito ilha, Сан-Паулу, Бразилия .: Do Autor, стр. 1–150, ISBN  8-590-26831-4
  69. ^ Эдвардс, М.Р. (2007), «Переработка фотона и гравитона как причина гравитации» (PDF), Апейрон, 14 (3): 214–233
  70. ^ Эдвардс, М. Р., изд. (2002), Усиление гравитации: новые взгляды на теорию гравитации Лесажа, Монреаль: C. Roy Keys Inc.
  71. ^ Данилатос, Г. (2020), «Новая количественная теория гравитации готова к проверке», Зенодо, Дои:10.5281 / zenodo.4284106

Вторичные источники

внешняя ссылка