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, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 18.11.2017 - 23:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
19.10.2017 - 04:24: Беседка - Chatter -> ЭПИСТОЛЯРНАЯ ФИЗИКА - Карим_Хайдаров.
11.10.2017 - 05:10: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты с трансформатором Тесла - Карим_Хайдаров.
05.10.2017 - 11:03: СОВЕСТЬ - Conscience -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
04.10.2017 - 15:26: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
04.10.2017 - 05:02: Беседка - Chatter -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
03.10.2017 - 18:16: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
03.10.2017 - 07:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вазгена Авагяна - Карим_Хайдаров.
03.10.2017 - 07:24: ЦИТАТЫ ЧУЖИХ ФОРУМОВ - Outside Quotings -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
03.10.2017 - 05:48: Беседка - Chatter -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
02.10.2017 - 19:04: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> Апериодическая комета C/2014 Q2 Lovejoy - Карим_Хайдаров.
02.10.2017 - 14:57: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution