Материал
из свободной русской энциклопедии «Традиция»
В гравитации, максвеллоподобные гравитационные уравнения
составляют систему из четырех уравнений в частных производных, которые
описывают свойства двух компонент гравитационного поля, и связывают их с
источниками поля – плотностью массы и плотностью массового тока. Эти уравнения имеют
ту же самую форму, что и уравнения в гравитоэлектромагнетизме и в лоренц-инвариантной теории гравитации. Таким образом
проявляется подобие свойств гравитационных и электромагнитных волн, а также
близость значений скорости
гравитации и скорости света.
Содержание
- 1 История
- 2 Уравнения
поля
- 3 Гравитационные
константы
- 4 Применения
- 4.1 Волновые
уравнения в вакууме
- 4.2 Гравитационный
LC контур
- 4.3 Гравитационная
индукция
- 5 Смотри
также
- 6 Ссылки
- 7 Внешние ссылки
|
История
Согласно
Макдональду, [1] первым, кто использовал уравнения
Максвелла при описании гравитации, был Оливер Хевисайд.[2] [3] Дело в
том, что в слабом гравитационном поле стандартная теория гравитации может быть
сведена к простым уравнениям типа Максвелла с двумя гравитационными
константами. [4] [5] В 80-е годы эти уравнения были
использованы в монографии Валда по общей теории
относительности.[6] Начиная с 90-х годов
этот подход использовали Саббата ,[7] [8] Лано, [9] Федосин. [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]
[17] [18] [19]
[20] [21] [22]
[23] [24] [25]
[26] [27] [28]
[29] [30] [31]
[32] [33] [34]
[35]
Пути по
экспериментальному определению свойств гравитационных волн разрабатывает также Раймонд Чиао, используя холловские жидкости электронов при
низких температурах. [36] [37] [38] [39] [40]
Максвеллоподобные
уравнения можно обнаружить во многих других работах последнего времени: [41] [42] [43]
[44] [45] [46]
[47] [48]
Уравнения
поля
В отличие
от электромагнитно-волнового представления, используемого в Лоренц-инвариантной
теории гравитации (ЛИТГ), Максвеллоподобные уравнения записываются в
гравитационно-волновом представлении. Соответственно, вместо скорости света во
всех выражениях появляется скорость гравитации
:




где:
Из этих
уравнений можно получить волновые уравнения: [11]


Представленные
уравнения подобны уравнениям Максвелла в электродинамике.
Гравитационные константы
Исходя из
аналогии уравнений гравитации и электромагнетизма, можно ввести следующие
величины:
кг∙
с2 ∙м–3 – гравитоэлектрическая
константа (подобно электрической постоянной);
–
гравитомагнитная константа (подобно магнитной постоянной). Если скорость гравитации
равна скорости света,
то [49]
м / кг, и
м/с.
Гравитационный
характеристический импеданс вакуума для гравитационных волн может быть
определён так:

Если
то гравитационный характеристический импеданс
пустого пространства будет равен: [39]
м2 /(с ∙ кг),
где
есть электрическая постоянная тонкой структуры для элементарного электрического заряда
,
– постоянная Планка, и

есть масса Стоуни. Здесь
– электрическая
постоянная,
–
планковская масса,
– постоянная Дирака.
Так же
как и в электродинамике, характеристический импеданс играет доминирующую роль
во всех процессах излучения и поглощения, с учётом необходимости согласования
входного импеданса гравитационной антенны и импеданса свободного пространства.
Численное значение этого импеданса очень мало и поэтому очень трудно сделать
приемники гравитационного излучения с соответствующим согласованием импедансов.
Применения
Волновые
уравнения в вакууме
Гравитационные вакуумные волновые уравнения
являются уравнениями второго порядка в частных производных, которые описывают
распространение гравитационных волн в свободном пространстве. В случае
отсутствия зарядов и токов мы получаем однородные дифференциальные уравнения
для напряжённости гравитационного поля
и поля
кручения
:


Из этих
уравнений следует, что в гравитационно-волновом представлении гравитационная
волна распространяется со скоростью
, и в этом представлении все пространственно-временные
измерения должны производиться с помощью гравитационных волн.
Для
волны, распространяющейся в одном направлении, общее решение гравитационного
волнового уравнения является суперпозицией плоских волн:
и

для
произвольных хорошо ведущих себя функций
и
безразмерного аргумента
, где
есть
угловая частота (в радианах за секунду), и
– волновой вектор (в радианах на
метр),
и 
Учитывая следующие соотношения между индукциями и напряженностями
гравитационного поля и поля кручения: [50]


где
есть поле гравитационной индукции,
есть напряжённость поля кручения
(гравитомагнитного поля), можно получить следующие взаимные
соответствия между гравитационными напряженностями:

Это равенство
определяет гравитационный характеристический импеданс вакуума (волновое
сопротивление вакуума) в стандартном виде аналогично определению импеданса в
электромагнетизме:

На практике всегда оказывается так, что полное дипольное гравитационное
излучение каждой системы тел, рассматриваемое из бесконечности, стремится к нулю
из-за взаимной компенсации излучений отдельных тел. В результате основными
компонентами излучения системы становятся квадрупольное гравитационное
излучение и более высокие гармоники. С учётом этого обстоятельства волновые
уравнения в Лоренц-инвариантной теории
гравитации, записанные в квадрупольном приближении, оказываются достаточно
точным приближением к результатам общей
теории относительности и ковариантной теории
гравитации.
Гравитационный LC контур
В качестве модели LC контура удобно взять идеальную
жидкость в трубе в виде замкнутой цепи, движущуюся под действием гравитационных
и некоторых других сил. Данная жидкость играет ту же роль, что и электроны в
проводнике или заряженные частицы,
движущиеся под действием электрического поля. В одном месте труба завивается в
спираль, так что жидкость за счёт вращения создаёт поле кручения и имеет возможность
обмениваться с этим полем энергией. Данная спираль эквивалентна индуктивности в
электрической цепи. В другой части контура находится источник, аккумулирующий
жидкость. Для обеспечения движения жидкости в разных направлениях от источника
с двух его сторон в трубах имеются поршни с пружинами. Это позволяет
периодически конвертировать кинетическую энергию движения жидкости в энергию
сжатия той или иной пружины, приблизительно равную изменению гравитационной
энергии жидкости. Поршни с пружинами эквивалентны конденсатору в электрической
цепи. При этом гравитационное
напряжение
определяется как разность гравитационных
потенциалов, а массовый ток
– как масса жидкости, протекающая в единицу
времени через данное сечение трубы в каком-либо направлении.
Гравитационное
напряжение на гравитационной индуктивности
равно:

Массовый
ток через гравитационную емкость
равен:

Дифференцируя
эти выражения по времени, можно получить:

Учитывая
следующие соотношения для гравитационных напряжений и токов:

можно
получить следующие дифференциальные уравнения для гравитационных колебаний:

Более
того, учитывая взаимосвязи между гравитационным напряжением и массой жидкости:

а также
между массовым током и потоком поля кручения:

уравнение
колебаний для
может быть переписано в виде:

Это
уравнение имеет частное решение:

где
есть резонансная частота в отсутствие потерь
энергии, а величина

есть
гравитационный характеристический импеданс LC контура, который равен отношению
амплитуд гравитационного напряжения к массовому току.
Гравитационная
индукция
Согласно
второму уравнению для гравитационных полей, изменение во времени поля кручения
приводит к возникновению кругового
гравитационного ускорения
,
приводящего во вращение вещество: [10]

Если
вектор кручения
пересекает
некоторую площадь
, то можно вычислить поток кручения через эту площадь:

где
–
вектор нормали к элементу площади
.
Возьмём
частную производную в уравнении (2) по времени со
знаком минус и проинтегрируем по площади с учётом уравнения (1):
![~ -\int \frac{\partial \mathbf{\Omega} }{\partial t} \cdot \mathbf{n }ds = -\frac{\partial \Phi }{\partial t}= \int [\nabla \times \mathbf{\Gamma }] \cdot \mathbf{n }ds = \int \mathbf{\Gamma }\vec d\ell. \qquad\qquad (3)](mu.files/image076.jpg)
В данном
выражении используется теорема Стокса, заменяющая интегрирование по площади от
ротора вектора на интегрирование этого вектора по замкнутому контуру. В правой
части (3) стоит член, равный работе по переносу
единичной массы вещества по замкнутому контуру
,
охватывающему площадь
. По аналогии с электромагнетизмом, эту работу можно было бы
назвать гравитодвижущей силой. В середине (3) находится частная производная по времени от потока
кручения
. Согласно (3), гравитационная
индукция возникает при изменении потока кручения через некоторую площадь и
выражается в возникновении вращательных сил, действующих на частицы вещества.
Смотри также
Ссылки
- K.T. McDonald, Am. J. Phys. 65, 7 (1997) 591-2.
- O. Heaviside, Electromagnetic Theory (”The
Electrician” Printing and Publishing Co., London, 1894) pp. 455-465.
- OLIVER HEAVISIDE. A
GRAVITATIONAL AND ELECTROMAGNETIC ANALOGY, Part I, The Electrician, 31, 281-282 (1893).
- W. K. H. Panofsky and M. Phillips, Classical
Electricity and Magnetism (Addison-Wesley, Reading, MA, 1955), p. 168,
166.
- R. L. Forward, Proc. IRE 49, 892 (1961).
- R. M. Wald, General Relativity (University of
Chicago Press, Chicago, 1984).
- V. de Sabbata and M.
Gasperini, Introduction to Gravitation (World Scientific, Singapore,1985).
- V. de Sabbata and C.Sivaram, Spin and Torsion in Gravitation (World
Scientific, Singapore,1994)
- R.P. Lano (1996-03-12). "Gravitational Meissner
Effect". arXiv: hep-th
9603077.
- а
б Федосин С.Г. Физика и
философия подобия от преонов до метагалактик, Пермь: Стиль-МГ, 1999,
(544 стр., Табл.66, Ил.93, Библ. 377 назв. ISBN 5-8131-0012-1).
- а б Fedosin S.G. «Electromagnetic and Gravitational
Pictures of the World». Apeiron, Vol. 14, No. 4, pp.
385- 413 (2007). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.891124;
статья на русском языке: Электромагнитная
и гравитационная картины мира.
- Fedosin S.G. Mass, Momentum and Energy of
Gravitational Field. Journal of Vectorial Relativity,
Vol. 3, No. 3, pp.30-35 (2008). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.890899;
статья на русском языке: Масса, импульс
и энергия гравитационного поля.
- Fedosin S.G. Model of Gravitational Interaction in the
Concept of Gravitons. Journal of Vectorial Relativity, Vol. 4, No. 1, pp.1-24 (2009). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.890886;
статья на русском языке: Модель
гравитационного взаимодействия в концепции гравитонов.
- Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность
материи. – Пермь, 2009-2011, 635 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 293
назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.
- Fedosin S.G.
The Principle of Least Action in Covariant Theory of Gravitation. Hadronic
Journal, Vol. 35, No. 1, pp.
35-70 (2012). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.889804.
// Принцип наименьшего действия в
ковариантной теории гравитации.
- Fedosin S.G.
The Hamiltonian in Covariant Theory of Gravitation. Advances in Natural
Science, Vol. 5, No. 4, pp. 55-75 (2012). http://dx.doi.org/10.3968%2Fj.ans.1715787020120504.2023.
// Гамильтониан в ковариантной теории
гравитации.
- Fedosin S.G.
4/3 Problem for the Gravitational Field. Advances in Physics Theories and
Applications, Vol. 23, pp. 19-25 (2013). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.889383. // Проблема 4/3 для гравитационного поля.
- Fedosin S.G.
The General Theory of Relativity, Metric Theory of Relativity and
Covariant Theory of Gravitation. Axiomatization and Critical Analysis. International Journal of
Theoretical and Applied Physics (IJTAP), Vol. 4,
No. I , pp. 9-26 (2014). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.890781.
// Общая теория относительности,
метрическая теория относительности и ковариантная теория гравитации.
Аксиоматизация и критический анализ.
- Fedosin S.G.
The Integral Energy-Momentum 4-Vector and Analysis of 4/3 Problem Based on
the Pressure Field and Acceleration Field. American Journal of
Modern Physics. Vol.
3, No. 4, pp. 152-167 (2014). http://dx.doi.org/10.11648/j.ajmp.20140304.12.
// Интегральный 4-вектор энергии-импульса
и анализ проблемы 4/3 на основе поля давления и поля ускорений.
- Fedosin S.G.
The Procedure of Finding the Stress-Energy Tensor and Equations of Vector
Field of Any Form. Advanced Studies in Theoretical Physics, Vol. 8, No.
18, pp. 771-779 (2014). http://dx.doi.org/10.12988/astp.2014.47101. // Процедура для нахождения тензора энергии-импульса и уравнений векторного поля любого вида.
- Fedosin S.G.
Relativistic Energy and Mass in the Weak Field Limit. Jordan
Journal of Physics. Vol. 8, No. 1, pp. 1-16 (2015). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.889210.
// Релятивистская энергия и масса в
пределе слабого поля.
- Fedosin S.G.
Four-Dimensional Equation of Motion for Viscous Compressible and Charged
Fluid with Regard to the Acceleration Field, Pressure Field and
Dissipation Field. International Journal of Thermodynamics. Vol. 18, No.
1, pp. 13-24 (2015). http://dx.doi.org/10.5541/ijot.5000034003. // Четырёхмерное уравнение движения вязкого сжимаемого заряженного вещества с учётом поля ускорений, поля давления и поля диссипации.
- Fedosin S.G.
About the cosmological constant, acceleration field, pressure field and
energy. Jordan
Journal of Physics. Vol. 9, No. 1, pp. 1-30 (2016). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.889304.
// О космологической постоянной, поле
ускорения, поле давления и об энергии.
- Fedosin S.G.
Estimation of the physical parameters of planets and stars in the
gravitational equilibrium model. Canadian Journal of
Physics, Vol. 94, No.
4, pp. 370-379 (2016). http://dx.doi.org/10.1139/cjp-2015-0593.
// Оценка физических параметров планет и
звёзд в модели гравитационного равновесия.
- Fedosin S.G.
Two components of the macroscopic general field. Reports in Advances of
Physical Sciences, Vol. 1, No. 2, 1750002, 9 pages (2017). http://dx.doi.org/10.1142/S2424942417500025.
// Две компоненты макроскопического
общего поля.
- Fedosin S.G.
The virial theorem and the kinetic energy of particles of a macroscopic
system in the general field concept. Continuum Mechanics and
Thermodynamics, Vol. 29, Issue 2, pp. 361-371 (2017). https://dx.doi.org/10.1007/s00161-016-0536-8. // Теорема вириала и кинетическая энергия частиц макроскопической системы в концепции общего поля.
- Fedosin S.G.
Energy and metric gauging in the covariant theory of gravitation. Aksaray University Journal of Science and Engineering,
Vol. 2, Issue 2, pp. 127-143 (2018). http://dx.doi.org/10.29002/asujse.433947.
// Калибровка энергии и метрики в
ковариантной теории гравитации.
- Fedosin S.G.
The Gravitational Field in the Relativistic Uniform Model within the
Framework of the Covariant Theory of Gravitation. International Letters of
Chemistry, Physics and Astronomy, Vol. 78, pp. 39-50 (2018). http://dx.doi.org/10.18052/www.scipress.com/ILCPA.78.39. // Гравитационное поле в релятивистской однородной модели в рамках ковариантной теории гравитации.
- Fedosin S.G.
The covariant additive integrals of motion in the theory of relativistic
vector fields. Bulletin of Pure and Applied Sciences, Vol. 37 D (Physics),
No. 2, pp. 64-87 (2018). http://dx.doi.org/10.5958/2320-3218.2018.00013.1.
// Ковариантные аддитивные интегралы
движения в теории релятивистских векторных полей.
- Fedosin S.G.
The integral theorem of
generalized virial in the relativistic uniform model. Continuum
Mechanics and Thermodynamics, Vol. 31, Issue 3, pp. 627-638 (2019). http://dx.doi.org/10.1007/s00161-018-0715-x. // Интегральная теорема обобщённого вириала в релятивистской однородной модели.
- Fedosin S.G.
The generalized Poynting theorem for the general field and solution of the
4/3 problem. International Frontier Science Letters, Vol. 14, pp. 19-40
(2019). https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/IFSL.14.19. // Обобщённая теорема Пойнтинга для общего поля и решение проблемы
4/3.
- Fedosin S.G.
The Integral Theorem of the Field Energy. GAZI
UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE, Vol. 32, Issue 2, pp. 686-703 (2019). http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.3252783. // Интегральная теорема энергии поля.
- Fedosin S.G.
The binding energy and the total energy of a macroscopic body in the
relativistic uniform model. Middle East Journal of Science, Vol. 5, Issue 1, pp. 46-62 (2019). http://dx.doi.org/10.23884/mejs.2019.5.1.06.
// Энергия связи и полная энергия
макроскопического тела в релятивистской однородной модели.
- Fedosin S.G.
Equations of Motion in the Theory of Relativistic Vector Fields.
International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy, Vol. 83, pp.
12-30 (2019). https://doi.org/10.18052/www.scipress.com/ILCPA.83.12. // Уравнения движения в теории релятивистских векторных полей.
- Fedosin S.G.
The Mass Hierarchy in the Relativistic Uniform System. Bulletin of Pure
and Applied Sciences, Vol. 38 D (Physics), No. 2, pp. 73-80 (2019). http://dx.doi.org/10.5958/2320-3218.2019.00012.5.
// Иерархия масс в релятивистской
однородной системе.
- Raymond Y. Chiao. "Conceptual tensions
between quantum mechanics and general relativity: Are there experimental
consequences, e.g., superconducting transducers between electromagnetic
and gravitational radiation?" arXiv:gr-qc/0208024v3
(2002). PDF
- R.Y. Chiao and W.J. Fitelson. Time and matter in
the interaction between gravity and quantum fluids: are there macroscopic quantum
transducers between gravitational and electromagnetic waves? In
Proceedings of the “Time & Matter Conference” (2002 August 11-17; Venice, Italy), ed. I. Bigi and M.
Faessler (Singapore:
World Scientific, 2006), p. 85. arXiv:
gr-qc/0303089. PDF
- R.Y. Chiao. Conceptual tensions between quantum
mechanics and general relativity: are there experimental consequences? In
Science and Ultimate Reality, ed. J.D. Barrow, P.C.W. Davies, and C.L.
Harper, Jr. (Cambridge:
Cambridge University Press, 2004), p. 254. arXiv:gr-qc/0303100.
- а б Raymond Y. Chiao. "New directions
for gravitational wave physics via “Millikan oil drops” arXiv:gr-qc/0610146v16 (2009). PDF
- Stephen Minter, Kirk Wegter-McNelly,
and Raymond Chiao. Do Mirrors for Gravitational Waves Exist? arXiv:gr-qc/0903.0661v10 (2009). PDF
- Flanders
W.D., Japaridze G.S. Photon deflection and precession of the periastron in
terms of spatial gravitational fields. Class. Quant. Gravit. Vol. 21, pp.
1825-1831 (2004). https://doi.org/10.1088/0264-9381/21/7/007.
- Borodikhin V.N. Vector
theory of gravity. Gravit. Cosmol. Vol. 17, pp.
161-165 (2011). https://doi.org/10.1134/S0202289311020071.
- Nyambuya
G.G. Fundamental Physical Basis for Maxwell-Heaviside Gravitomagnetism.
Journal of Modern Physics, Vol. 6, pp. 1207-1219 (2015). http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2015.69125.
- Behera H.,
Barik N. Attractive Heaviside-Maxwellian (Vector) Gravity from Special
Relativity and Quantum Field Theory. arXiv: 1709.06876v2. (2017).
- Behera H.
Comments on gravitoelectromagnetism of Ummarino
and Gallerati in “Superconductor in a weak
static gravitational field” vs other versions. Eur. Phys. J. C. Vol. 77,
Article number 822 (2017). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5386-4.
- Ummarino G.A., Gallerati A. Superconductor in a weak static
gravitational field. Eur. Phys. J. C. Vol. 77, Article number 549 (2017). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5116-y.
- Antoine
Acke. Gravitation explained by the Theory of Informatons.
academia.edu/43626998. (2020).
- Timkov V.F., Timkov S.V., Zhukov V.A., Afanasiev K.E. The quantum
of the gravitational field. The gravitational-electromagnetic resonance.
Physical nature of the quantum of the gravitational field. Conference:
Collection of scientific articles of the X-th
International Scientific and Practical Conference "Technical
Regulation, Metrology, Information and Transport Technologies",
Odessa State Academy of Regulation and Quality, Odessa, 2020.At: Ukraine,
Odessa, [1].
- Kiefer, C.; Weber, C. On the interaction of
mesoscopic quantum systems with gravity. Annalen der Physik, 2005, Vol. 14, Issue 4, Pages 253 – 278.
- Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная
вложенность материи, Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289
назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.