версия для печати

ПРОСТОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЙ ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

профессор А.Л. Дмитриев

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики, СПб

Приведены результаты взвешивания герметичного контейнера, содержащего теплоизолированный образец из меди, нагреваемый вольфрамовой спиралью. Увеличение температуры образца массой 28 г на величину около обусловливает уменьшение его кажущейся массы на 0.7 мг. Кратко рассмотрены основные источники ошибок измерений, отмечена целесообразность исследований температурной зависимости силы тяжести.

Ключевые слова: сила тяжести, вес, температура, гравитационная масса.

Введение

Вопрос о влиянии температуры тел на силу их гравитационного взаимодействия поднимался еще со времен формулировки закона тяготения. Первые точные эксперименты в этой области проводились в конце XIX – начале XX века, с целью проверки следствий различных электромагнитных теорий гравитации (Ми, Вебер, Морозов), согласно которым сила гравитационного притяжения тел увеличивается при росте их абсолютной температуры [1-3]. Этот период экспериментальных исследований завершился в 1923 г. публикацией работы Шоу и Дэви, по заключению которых температурная зависимость сил гравитации не превышает относительной величины , а может быть и равна нулю [4]. Фактически, как показано в [5], эти авторы уверенно регистрировали отрицательную температурную зависимость силы гравитации. Тем не менее, возможно, ввиду роста популярности общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, Шоу и Дэви не решились настаивать на своих результатах. Ведь, согласно доктринам ОТО, положительная относительная температурная зависимость силы гравитации порядка , то есть практически не наблюдаема [6]. Следует отметить, что нерелятивистские, в том числе эфирные модели гравитации, как и отдельные (порой экзотические) гипотезы о природе гравитации, не исключают сравнительно “сильную” температурную зависимость силы тяготения [7,8]. Здесь уместно отметить поставленный в 1983 году эксперимент А. П. Щеголева, который, следуя идее о “термодинамической” природе гравитации, наблюдал температурное уменьшение веса массивного стального шара, нагреваемого лучом мощного лазера [9]; к сожалению, точность этих экспериментов была сравнительно невелика.

В 90-е годы, при исследованиях влияния ускоренного движения пробного тела на результаты его точного взвешивания и на основе отдельных аналогий гравитационных и электромагнитных явлений, автором с коллегами были выполнены измерения кажущейся массы образцов немагнитных металлических стержней, возбуждаемых ультразвуком [10]. Продольные ультразвуковые волны в стержнях, создаваемые пьезоэлектрическим преобразователем, сопровождаются значительными ускорениями микрочастиц материала звукопровода, что и было положено в основу идеи измерений. В ходе экспериментов выяснилось, что на результаты измерений веса стержней значительно влияет увеличение их температуры, вследствие как поглощения ультразвука, так и теплопередачи от пьезо-преобразователя. Частотный спектр температурных колебаний частиц твердого тела лежит в области гиперзвуковых частот и существенно превышает частоту ультразвука, поэтому такие результаты закономерны. Выполненные по указанной методике измерения температурной зависимости веса (кажущейся массы) металлических образцов показали сравнительно сильную отрицательную температурную зависимость их веса с относительной величиной от для образца из свинца до для дюралюминия. Элементарная феноменологическая теория температурной зависимости веса образцов [10,11] удовлетворительно объяснила зависимость температурного коэффициента от плотности и упругих свойств (скорости продольных ультразвуковых волн) материала,

;                     (1)

эта же модель позволила обосновать ориентационную зависимость веса некоторых кристаллов [12].

Хотя результаты измерений отрицательной температурной зависимости гравитации находятся в очевидном несогласии с выводами ОТО, они не противоречат ранее выполненным экспериментам и никем не были оспорены. Наоборот, в 2010 г. опубликована работа китайских физиков (Лианцао, Джинсонг, Лю), исследовавших температурную зависимость веса металлических образцов (включая образцы из меди, золота и серебра), при этом знак и величина температурного коэффициента для медного образца близко соответствуют нашим данным [13]. Недавно выполненные измерения температурной зависимости веса стопы пьезокерамических преобразователей, возбужденных на резонансной частоте, также продемонстрировали заметное уменьшение веса пьезокерамики с ростом ее температуры [14].

Эксперимент

В описываемом эксперименте взвешивался герметичный контейнер, внутри которого находился теплоизолированный медный образец, нагреваемый вольфрамовой спиралью при пропускании через нее постоянного тока. Устройство и внешний вид контейнера показаны на рис. 1 и рис. 2. Диаметр контейнера 63 мм, высота 87.5 мм, масса 127.4 г.

Рис. 1. Устройство контейнера. 1 – внешний, запаянный, корпус из жести; 2 – оболочка внутреннего корпуса (фольга); 3 – втулка из меди, обернутая слюдой и вольфрамовой спиралью; 4 – подвеска; 5 – “холодная сварка” (полимерный клей); 6 – медные проводники; 7 – теплоизолирующие оболочки (пенопласт).

Рис. 2. Внешний вид контейнера.

Взвешивание производилось методом элонгаций (с отсчетом крайних угловых положений колеблющегося коромысла весов) на лабораторных весах марки АДЛ-200 со снятыми демпферами. Процедура взвешивания содержала три этапа. На первом в течение 5-6 минут взвешивался контейнер с холодным образцом. На втором этапе общей длительностью 2.5 мин электроды нагревателя контейнера на время 35 с подключались к источнику постоянного тока; сила тока в цепи нагревателя 0.9 А, сопротивление обмотки 6.5 Ом. На третьем этапе в течение 8-9 мин производились непрерывные отсчеты текущих значений массы контейнера. Все отмеченные манипуляции были многократно и тщательно отработаны, результирующая погрешность измерения массы контейнера не превышала 50 мкг.

Во время измерений температура стенок и дна контейнера равнялась . Температура наиболее “горячей” центральной области крышки контейнера с момента включения нагревателя увеличивалась со скоростью менее ; так, в первые 2 минуты после отключения источника питания нагревателя температура крышки контейнера возросла не более чем на . При указанных условиях влияние конвективных потоков воздуха, обусловленных различием температур поверхности контейнера и воздуха в закрытом ящике весов, было практически незначительным. Отсутствие течи (герметизация) контейнера контролировалось обычными методами.

Типичная временная зависимость изменения кажущейся массы контейнера показана на рис. 3. В первые 2-3 минуты после выключения нагревателя уменьшение массы контейнера максимально, достигая 200 мкг, после чего в течение примерно 3 мин наблюдается монотонное уменьшение массы до величины .

Рис. 3. Временная зависимость изменений кажущейся массы контейнера. Штриховые линии указывают моменты начала и окончания второго этапа взвешивания (масштаб времени этого этапа уменьшен).

Обсуждение

Расчетное количество тепла, выделенное электрическим нагревателем, примерно равно 184 Дж. Часть этого тепла рассеивается в проводниках и теплоизоляторе, но значительная, величиной около 100 Дж часть передается медному образцу 3 (рис. 1) массой . Соответствующее изменение средней температуры равномерно нагретого образца (, где удельная теплоемкость меди) . Относительное температурное изменение массы образца,

,                     (2)

равно . Это значение более чем в 2 раза отличается от результата, полученного при ультразвуковом нагревании медного образца, тем не менее, знак и порядок величины соответствуют предыдущим измерениям [10-14]; при сравнении указанных результатов необходимо принимать во внимание различие физических условий нагревания образца ультразвуком и при теплопередаче.

Общий характер уменьшения кажущейся массы на рис. 3 объясняется процессом распространения тепла в медном образце сложной конфигурации (нагреваемая часть полой медной втулки составляет примерно половину ее длины, диаметры нагреваемой и холостой частей втулки различаются) и, в целом, соответствует аналогичной зависимости при измерениях массы латунного стержня в сосуде Дьюара [10]. В обоих случаях монотонная временная зависимость измеряемой массы объясняется медленным распространением тепловой волны во взвешиваемых образцах.

Как показали специальные измерения, в ходе эксперимента изменение температуры верхней части контейнера не превышало , а температура стенок оставалась постоянной с точностью . При этих условиях, на основании теории Глэзера [15], изменения кажущейся массы контейнера, обусловленные воздушной конвекцией и изменением плавучести образца, не превышают 50 мкг. Так, при разности температуры окружающего воздуха и температуры поверхности цилиндра площадью и диаметром , изменение кажущейся массы цилиндрического образца равно

.                     (3)

При явно завышенной для условий описываемого эксперимента из (3) следует , что примерно на порядок меньше наблюдаемой полной величины изменения массы.

Можно показать, что изменение плавучести, вызванное температурным изменением объема контейнера, вследствие изменения температуры корпуса контейнера даже на , обусловливает ошибку измерений его кажущейся массы величиной менее 10 мкг.

Результаты выполненного эксперимента, в целом, согласуются с полученными ранее данными [10-13], подтверждая факт сравнительно сильной отрицательной температурной зависимости силы тяготения, действующей на нагреваемое пробное тело.

Как примечание отметим следующее. Если в ходе дальнейших экспериментов будет показано, что указанная температурная зависимость носит универсальный характер, то, возможно, возникнет необходимость корректировки некоторых выводов общеизвестных теорий и моделей гравитации. В частности, отрицательная температурная зависимость силы гравитации указывает на то, что в ходе (астрофизического) гравитационного коллапса, сопровождающегося увеличением температуры коллапсирующей массы, достижение так называемого состояния “сингулярности” невозможно. Следовательно, и популярная гипотеза “черных дыр” может представляться весьма сомнительной.

Выводы

  1. Увеличение температуры теплоизолированного медного образца массой 28 г на величину около сопровождается уменьшением его кажущейся массы более чем на 0.7 мг.
  2. Наблюдаемая сравнительно “сильная”, с относительной величиной порядка , отрицательная температурная зависимость физического веса тел не противоречит известным экспериментам по точному взвешиванию нагреваемых тел.
  3. Экспериментальные исследования температурной зависимости веса тел различного состава, проводимые в широком диапазоне температур, будут способствовать развитию представлений о физике гравитационного взаимодействия.

Приложение

Обоснование методики экспериментальных исследований гравитации

Литература

  1. Богородский А. Всемирное тяготение, К. “Наукова думка”, 1971 г.
  2. Роузвер Н. Перигелий Меркурия от Леверье до Эйнштейна. М., “Мир”, 1985 г.
  3. Gillies G. Rep. Prog. Phys. (1997), Vol. 60, p. 151.
  4. Shaw P., Davy N. Phys. Rev. (1923), Vol. 21, p. 680.
  5. Dmitriev A. arXiv, physics/0611173, 20 Nov. 2006.
  6. Assis A., Clemente R. Nuovo Cimento (1993), Vol. 108 B, № 6, p. 713.
  7. Сизов Р. Магнитные фундаментальные частицы в физике магнитных и электромагнитных явлений, М., 2007 г.
  8. Бухалов И. Инерция и гравитация, М., “КомКнига”, 2007 г.
  9. Щеголев А. Нужен гразер! СПб, 2009 г.
  10. Дмитриев А., Никущенко Е., Снегов В. Измерительная техника (2003), № 2, С. 8.
  11. Dmitriev A. AIP Conf. Proc. 2008, Vol. 969 , p. 1163; 2009, Vol. 1103 , p. 345.
  12. Дмитриев А., Чесноков Н. Измерительная техника (2004), № 9, С. 36.
  13. Liangzao Fan, Jinsong Feng, Wuquing Liu Engineering Sciences, China (2010), 12(2), 9.
  14. Dmitriev A., Nikushchenko E. arXiv:1105.266v1 [physics. gen-ph], 16 May 2011.
  15. Glaser M. Metrologia (1990), Vol. 27, № 2, p. 95.

© - профессор А.Л. Дмитриев, 2011

версия для печати

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:

1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")

2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.

3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.

4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
  27.04.2016 - 07:59: СОВЕСТЬ - Conscience -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
25.04.2016 - 07:47: СОВЕСТЬ - Conscience -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
24.04.2016 - 21:11: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> Комета 67Р/Чурюмова-Герасименко и проблема ее происхождения - Евгений_Дмитриев.
20.04.2016 - 12:33: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
17.04.2016 - 22:31: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
09.04.2016 - 06:59: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> Сезонные колебания уровня вод морей и океанов - Юсуп_Хизиров.
28.03.2016 - 16:42: СОВЕСТЬ - Conscience -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
17.03.2016 - 11:20: СЕЙСМОЛОГИЯ - Seismology -> Запасы воды под Землёй - Карим_Хайдаров.
15.03.2016 - 16:15: ЦИТАТЫ ЧУЖИХ ФОРУМОВ - Outside Quotings -> ВЫМИРАНИЕ ДИНОЗАВРОВ на www.nkj.ru - Карим_Хайдаров.
23.02.2016 - 20:34: Беседка - Chatter -> Приливы и отливы - Юсуп_Хизиров.
19.02.2016 - 05:38: ФИЗИКА ЭФИРА - Aether Physics -> Скорость распространения гравитации - Карим_Хайдаров.
Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution