Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Разговоры на отвлеченные темы

Модераторы: morozov, mike@in-russia

Ответить
jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Распространение звука в поле тяжести Земли.

Номер сообщения:#1   jurij » Вс фев 10, 2019 18:22

УДК 530.12
Распространение звука в поле тяжести Земли.
ВОЛКОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ
Описан проведенный автором эксперимент по проверке вывода СТО о материальности (инертности) энергии. В качестве носителя энергии в эксперименте использовались звуковые волны. Наличие массы у звуковых волн предполагалось выявить по возникновению их взаимодействия с гравитационным полем Земли. Рассматривалось два вида этого взаимодействия: падение звуковых волн, как тел имеющих массу, в поле тяжести Земли, и возникновение гравитационного красного смещения их частоты. В эксперименте был использован второй вид взаимодействия. Приведены: расчеты и техника проведения эксперимента, анализ полученных результатов и выводы из них следующие.

Введение.


Считается, что вывод специальной теории относительности (СТО) Альберта Эйнштейна о том, что энергия имеет массу, подтвержден во множестве экспериментов, в которых наблюдается эффект не сохранение отношения заряд/масса электрически заряженных частиц в процессе их движения и/или участия в ядерных реакциях (дефект масс). В рамках СТО этот эффект объясняется тем, что масса частицы состоит из двух компонент – массы покоя и массы ее потенциальной/кинетической энергии. Вторая компонента является переменной, что при постоянном электрическом заряде дает переменное значение отношения заряд/масса. Аргументом в пользу такого объяснения считается также и то, что тезис материальности энергии лежит сейчас в основе огромной пирамиды теоретических конструкций, выводы которых подтверждены в многочисленных опытах. Однако эффект не сохранение отношения заряд/масса не является прямым доказательством материальности энергии поскольку его можно симметрично объяснить связью с энергией не массы частиц, а их заряда. Такое предположение является более сильным, поскольку позволяет описать не только явления, которые относятся к прерогативе СТО и ОТО, но и включить в это описание целый ряд электромагнитных явлений, сопровождающих изменение энергетического состояния вещества [1]. Наличие же такой альтернативы делает необходимость прямой проверки тезиса материальности энергии вполне актуальной.

По современным представлениям фотон не имеет массы покоя и ничего, кроме энергии и импульса, не переносит. Отсюда следует, что фотон, эта частица, которая полностью состоит из энергии, и эта энергия (в силу наличия импульса), имеет массу. Однако, импульс, который фотон оказывает на материальные тела, можно объяснить и электромагнитной природой фотона. То есть, импульс не является прямым доказательством наличия массы у фотона. Фундаментальным свойством массы является ее способность участвовать в гравитационном взаимодействии. Поэтому прямым доказательством наличия у фотона массы будет его участие в гравитационном взаимодействии. Опыты, в которых наблюдалось такое взаимодействие, были проведены в начале-средине ХХ века, в которых измерялось отклонение света, проходящего вблизи Солнца [2]. Справедливости ради следует заметить, что задача тех опытов была иной но, тем не менее, их результаты можно считать прямым доказательством тезиса материальности энергии (фотона).

Однако с момента проведения тех опытов и до наших дней регулярно возникают сомнения в корректности толкования их результатов. Сомнения вызывает то обстоятельство, что причиной отклонения света, проходящего вблизи Солнца (как и вблизи других небесных светил т.н. «гравитационные линзы Эйнштейна»), может быть не только гравитация, но и рефракция света в среде, которая эти светила окружает. О том, что на траекторию света, проходящего вблизи Солнца, может влиять солнечная атмосфера, еще в 30-х годах прошлого века упоминал Г.С. Ладсберг [3]. Однако он посчитал это влияние пренебрежимо малым, а в более поздних работах вопрос влияния солнечной атмосферы на результаты этих опытов не упоминался вообще. Такая позиция научного сообщества является вполне понятной: результаты опытов замечательно подтвердили выводы ОТО, а потому искать факторы, которые их могут ухудшить, резона нет. Однако объективно такая позиция будет ничем иным, как за ангажированностью в пользу одной теории.

Чтобы объективно решить этот вопрос автор настоящей статьи предложил эксперимент, задачей которого является определить величину отклонения солнечной атмосферой света, проходящего вблизи Солнца. Эту задачу предлагается решить следующим образом. Известно, что рефракции, отклонение луча света в материальной среде, и возникающая при этом дисперсия, угловое расщепление луча на частотные составляющие, однозначно связаны между собой. Поэтому, зная дисперсию света, прошедшего материальную среду, легко определить, насколько он этой средой был отклонен. Отсюда суть эксперимента: следует сравнить угловую дисперсию солнечного света идущего от центра солнечного диска, и его края. Свет, идущий от центра диска, проходит солнечную атмосферу по нормали, а потому его рефракция и дисперсия будут минимальны, и их можно принять за нулевое значение. Свет, идущий от края диска, проходит солнечную атмосферу тангенциально, а потому испытывает наибольшую рефракцию и дисперсию. Такое сравнение позволит (не дожидаясь солнечного затмения) определить, на какой угол солнечная атмосфера отклоняет солнечный свет, проходящий через нее. Свет же от посторонних источников (звезд) будет тогда отклоняться этой атмосферой на удвоенный угол. Расчеты показали, что если угловая дисперсия солнечного света (не параллельность красного и фиолетового лучей) будет порядка 0,01 угловой секунды, это будет означать, что отклонение света, которое наблюдалось в экспериментах [2] обусловлено его рефракцией в атмосфере Солнца. Схема эксперимента и подробности его расчета доступны сейчас по адресу [4].

Справедливости ради следует заметить, что этот эксперимент, кроме сложности осуществления (измерить столь малую угловую дисперсию проблематично), носит, применительно вопроса материальности энергии, косвенный характер. Поэтому автором был проведен эксперимент, который, по его мнению, позволил прямо ответить на этот вопрос. Идея эксперимента основана на следующем. Как уже упоминалось, прямым доказательством тому, что фотон имеет массу, является его участие в гравитационном взаимодействии. Но в опытах, где в качестве тяготеющей массы используется Солнце, сложно отделить гравитационное взаимодействие фотона от рефракции в солнечной атмосфере. Чтобы устранить эту проблему в эксперименте предлагается использовать в качестве носителя энергии звуковые волны, и исследовать их взаимодействие с гравитационным полем Земли. Такой выбор объекта исследования обусловлен тем, что звуковые волны, как и фотон, переносят только энергию и импульс. Поэтому, согласно СТО, они должны иметь массу, а значит участвовать в гравитационном взаимодействии. Отсюда задача опыта, выявить факт взаимодействия звуковых волн с гравитационным полем Земли, что будет прямым доказательством весомости (их) энергии.

Взаимодействие звуковых волн с гравитационным полем Земли предлагается выявить двумя способами. Если звуковая волна имеет массу, то распространяясь, например, в воздухе, она (как тело, обладающее массой) будет заодно падать вниз с ускорением g. Отсюда задача эксперимента выявить падения звуковых волн в поле тяжести Земли. Идея второго эксперимента сводится к тому, чтобы взаимодействие звуковых волн с гравитационным полем Земли выявить по возникновению т.н. эффекта гравитационного красного смещения их частоты.

Эксперимент №1. Падение звуковых волн.

Пусть в точке «О» находится источник звуковой волны (см. рис.1). Если волна в процессе своего распространения не падает, то ее фронт (сплошная линия) придет к размещенным на равном расстоянии от точки «O» точкам «А» и «В» одновременно tOA = tOB. Если же волна под действием гравитационного поля Земли заодно падает вниз с ускорением g (фронт волны пунктирная линия), то через время t ее центр сместится в точку «О'». В результате пути и, соответственно, время ее движения к точкам «А» и «В» будут разными. Эта разность будет равна: tО'A – tО'B = [2с - (c2 – 2gS)1/2 - (c2 +2gS)1/2]/g. Здесь c – скорость звука, ОA=ОB=S. Для примера, для звуковой волны, распространяющейся в воздухе со скоростью с = 330 м/с, на дистанции S = 100 метров, разность составит Δt = 2,7x10-3 с.
Рисунок 1.
https://drive.google.com/open?id=1lOKjX ... AKZTaDrg9Z


Эксперимент №2. Гравитационное красное смещение.


Эффект гравитационного красного смещения был предсказан Эйнштейном в рамках общей теории относительности. Используя принцип эквивалентности и правило релятивистского сложения скоростей, Эйнштейн рассмотрел череду периодических событий, происходящих на поверхности тяжелой массы и вдали от нее. В результате он пришел к выводу, что время на поверхности тяжелой массы течет медленнее, чем вдали от нее [5]. Поэтому если атом, находящийся в гравитационном поле с потенциалом (-G0), излучает фотоны частотой ν0, то приемник, находясь в поле с потенциалом (-G1) > (-G0), зафиксирует фотоны меньшей частоты ν < ν0. Произойдет т.н. гравитационное красное смещение частоты фотонов. Для фотонов, движущихся в гравитационных полях малой напряженности (2ΔG/c2 << 1), относительное изменение их частоты будет равно Δν/ν0 = ΔG/c2, где с – скорость света [6].

Для волн, распространяющихся в гравитационном поле, эффект гравитационного красного смещения можно получить в рамках принципа эквивалентности непосредственно, не привлекая понятия замедления времени. Пусть источник и приемник волны расположены в однородном гравитационном поле напряженностью g и разнесены на расстояние H по высоте. В рамках принципа эквивалентности действие гравитационного поля на источник и приемник волны можно заменить их движением с ускорением -g. Допустим, что излучение волны с частотой ν0 произошло в момент, когда скорость источника равна нулю. Если волна распространяется в поле малого градиента (2gH/c2 << 1), то можно считать, что к моменту ее прихода на приемник он сместится незначительно, и время прихода волны к нему считать равным Δt ≈ H/c, где c – скорость волны. За это время приемник приобретет скорость v = gΔt = gH/c. В результате, на приемнике возникнет доплеровский сдвиг частоты принимаемого сигнала равный: Δν/ν = v/c = gH/c2. Учитывая, что gH = ΔG, получим:
Δν/ν = ΔG/c2. (1)
Это соотношение формально тождественно соотношению ОТО для замедления времени, но с одним существенным отличием. При выводе (1) рассматривалась произвольная волна, а значит, эффект гравитационного красного смещения, как следствие принципа эквивалентности, характерен для волн любой природы - электромагнитных, звуковых, волн де Бройля… Потому в этом соотношении c – это не скорость света, а скорость волны, которая распространяется в гравитационном поле.

Можно показать, что если волна материальна, т.е. ее энергия имеет массу, то эффект гравитационного красного смещения можно рассматривать и как результат энергетического взаимодействия волны с гравитационным полем. Пусть фотон движется вверх в однородном гравитационном поле напряженностью g. Поднявшись на высоту H, он потеряет часть энергии ΔE = mf gH, где mf – масса фотона. Для обычных тел такая потеря приведет к уменьшению скорости их движения. Однако фотон, согласно одного из постулатов СТО, всегда движется со скоростью c. Поэтому потеря энергии будет выражаться в уменьшении его частоты ΔE = h(ν0 – ν1) = Δνh. Если фотон преодолевает относительно малый градиент гравитационного поля (2gH/c2 << 1), то изменением его массы в результате изменения энергии можно пренебречь, и считать mf = hν0/c2. В результате получим: Δν/ν0 = gH/c2 = ΔG/c2.

Покажем, что если звуковая волна имеет массу, то при ее движении в гравитационном поле также произойдет смещения ее частоты. Путь волна движется вверх в однородном гравитационном поле напряженностью g. Если она имеет массу, то под действием сил гравитации ее скорость будет уменьшаться от начальной c0, до какого-то значения ch на высоте H. Баланс энергии такого движения будет выглядеть так: mwgH = mw(c02 – ch2)1/2, где mw – масса звуковой волны. Отсюда на высоте H волна будет иметь скорость ch = c0(1 – 2gH/c02)1/2. То есть, от источника волна уходит со скоростью c0, а к приемнику, расположенному на высоте H, приходит со скоростью ch. В результате на приемнике возникнет доплеровский сдвиг частоты, равный Δν/ν = (c0 - ch)/c0. Для слабых гравитационных полей (2gH/c02 << 1, здесь с0 – скорость звука), скорость звуковой волны на высоте H можно считать равной: ch ≈ c0(1 – gH/c02). В результате получим:
Δν/ν = gH/c02. (2)
Где c0 – скорость звука на высоте H = 0.

Таким образом, есть два фундаментальных принципа - эквивалентности и сохранения энергии, из которых следует, что при движении звуковых волн в гравитационном поле возникнет эффект гравитационного красного смещения. При этом в рамках принципа сохранения энергии условие материальности звуковой волны для возникновения этого эффекта является явным. Именно это обстоятельство позволяет использовать эффект гравитационного красного смещения для прямой проверки вывода СТО о материальности энергии (звуковой волны).

Измерения.


Анализ (опущенный в статье) показал, что первая схема эксперимента весьма чувствительна к условиям его проведения. В частности, чтобы результаты эксперимента имели погрешность не более 10% необходимо, чтобы на разности высот 2S = 200 метров (которую необходимо измерить с точностью не хуже 0,001), скорость восходящих/нисходящих потоков воздуха была не более 0,15 м/с, а неравномерность температуры воздуха не более 0,25 градуса. В то же время для эксперимента №2 достаточно разности высот почти в десять раз меньшей, а результаты его измерений практически нечувствительны к внешним условиям. С учетом этого было решено провести проверку тезиса материальности энергии с помощью эксперимента №2.

Схема эксперимента показана на рисунке 2. В качестве измерительной базы использовалась высота панельного 9-ти этажного дома (H = 26 метров). На рисунке показан вариант, когда источник звука (акустические колонки) расположен на крыше дома, а приемник (ноутбук с приемным микрофоном) у его основания. Измерение проводилось для звуковых волн четырех частот 2000, 3000, 4000, 5000 герц. Звук необходимой частоты генерировался на ноутбуке Compaq nc6400 с помощью программы VB-Generator. Электрический сигнал по кабелю связи (см.рис.2) передавался на акустические колонки SVEN модель SPS-700 2х20 ватт, где усиливался и воспроизводился.
Рисунок 2.
https://drive.google.com/open?id=1tWCTC ... 6WnZ1nqMEu

Звук от колонок шел к приемному микрофону SVEN MK-200, подключенного к входу звуковой карты ноутбука. В ноутбуке сигнал микрофона анализировался с помощью программы Spectrum Lab. То есть, ноутбук одновременно был источником тестового сигнала и средством его анализа после того, как сигнал прошел тестовую дистанцию.

Результаты анализа, в виде моментальных снимков главного окна программы, записывались в форме отдельных файлов. Частотный анализ сигнала осуществлялся с использованием быстрого Фурье-преобразования (FFT) с параметрами: FFT input size 131072, FFT window function Hahn, soundcard sample rate 44100. Измерения проводилось при температуре воздуха 150С, что соответствовало скорости звука c = 341 м/с. Из (2) следует, что для H = 26 метров для данных условий эксперимента частотный сдвиг равен Δν/ν = 2,2х10-3, что для минимальной тестовой частоты 2000 Гц соответствует сдвигу 4,4 Гц. Чтобы определить возможность регистрации такого сдвига, предварительно была проведена оценка частотного разрешения измерительной схемы. Для этого акустические колонки и микрофон были расположены на одной высоте, и в окрестности частоты 2000 герц генерировалась серия звуковых сигналов с шагом в 1Гц:1998, 1999, 2000, 2001, 2002 Гц. На рисунке 3 показан снимок этого испытания. На снимке, справа вверху, в отдельном окне на белом фоне фиксировалась общая информация об анализе: частотный диапазон, дата, мировое время и др. Там же ниже, в отдельном окне приведена цветовая шкала амплитуды сигнала в децибелах. Поле снимка разделено белой горизонтальной полосой с частотной шкалой, на две части.
Рисунок 3.
https://drive.google.com/open?id=1sKUp- ... Qg0A1rKACQ

В верхней части, на черном фоне, показан амплитудно-частотный профиль поступающего сигнала. По мере обсчета программой входного сигнала, его профиль постоянно обновляется. В нижней части снимка приведены частотно-временные спектрограммы входного сигнала. Спектрограммы тестовых сигналов имеют вид вертикальных отрезков, длина которых соответствует их длительности, а положение по горизонтали частоте. События на поле спектрограммы следуют сверху вниз и фиксируются горизонтальными временными отметками местного времени. Справа, на синем фоне, идет непрерывная осциллограмма входного сигнала микрофона. Измерения показали (см. рис.3), что частота тестовых сигналов фиксируется с точностью 0,2 герца (половина ширины спектральной линии сигнала), что соответствует точности 4,5%. В реальных измерениях, из-за посторонних шумов (см. осциллограмму входного сигнала на рис. 5) точность была меньше, но не хуже 5%.
После тестовых испытаний были проведены измерения частотного сдвига звука для частот 2000, 3000, 4000 и 5000 герц. Первоначально измерения проводились в позиции «источник звука сверху, приемник внизу». Согласно (2) ожидался положительный частотный сдвиг звукового сигнала Δν/ν = +2,2х10-3. Применительно испытуемых частот это соответствовало: 2000 +4,4 = 2004,4 Гц; 3000 + 6,6 = 3006,6 Гц; 4000 + 8,8 = 4008,8 Гц; 5000 +11 = 5011 Гц. Для примера, на рисунке 4 приведен снимок спектрограммы сигнала частотой 3000 герц. Широкая линия в центре спектрограмма этого сигнала. Тонкая линия справа, ее расчетное положение с учетом положительного сдвига в +6,6 герца.
Рисунок 4.
https://drive.google.com/open?id=1XjZKt ... KuzZmsyLrB

После проведения замеров в позиции «источник звука вверху, приемник внизу», источник и приемник поменяли местами. Это должно было привести к отрицательному частотному сдвигу Δν/ν = -2,2х10-3. Для испытуемых частот это соответствовало: 2000 - 4,4 = 1995,6 Гц; 3000 - 6,6 = 2993,4 Гц; 4000 - 8,8 = 3991,2 Гц; 5000 -11 = 4989 Гц. Для примера, на рисунке 5, приведен снимок спектрограммы сигнала частотой 5000 герц. Широкая линия в центре спектрограмма этого сигнала, а тонкая линия слева – ее расчетное положение с учетом частотного сдвига -11 герц.
Рисунок 5.
https://drive.google.com/open?id=1XV_pQ ... n7c8Ui-MXl

Обсуждение результатов эксперимента.

Эксперимент показал, что в пределах точности измерений во всем диапазоне испытуемых частот, звук не претерпевает ни положительных, ни отрицательных частотных сдвигов (полный архив спектрограмм доступен по адресу [7]). Перед тем как обсудить эти результаты, напомним три гипотезы возникновения эффекта гравитационного красного смещения.
1. Замедление времени вблизи тяготеющих масс. В рамках этой гипотезы, из-за разности хода времени в месте положения источника и приемника сигнала, их частотные характеристики меняются по-разному, что проявляется в изменении частоты принимаемого сигнала. В рамках этой гипотезы предполагается, что гравитация воздействует только на источник и приемник сигнала (меняет их частотные характеристики), и никак не воздействует при этом, на сам сигнал.
2. Принцип эквивалентности гравитационных и инертных сил. Этот принцип позволяет действие гравитации на источник и приемник сигнала заменить их ускоренным движением. В результате, из-за конечной скорости распространения сигнала, его излучение и прием происходят при разных скоростях источника и приемника, что приводит к возникновению доплеровского сдвига частоты. В рамках этой гипотезы гравитация также не меняет характеристик сигнала.
3. Принцип сохранения энергии. В результате взаимодействия носителя сигнала с гравитационным полем скорость его распространения между источником и приемником меняется, что приводит к доплеровскому сдвигу частоты сигнала на приемнике. В рамках этой гипотезы гравитация не меняет свойства источника и приемника сигнала.

Как было показано выше все три гипотезы описывают частотный сдвиг волны, распространяющейся в гравитационном поле, формально тождественными соотношениями. В рамках первой гипотезы природа волны и ее свойства никак не влияют на величину этого сдвига. Эффект возникает благодаря изменению под действием гравитации частотных характеристик приемника и источника волны. Скоростной множитель с в соотношении описывающий сдвиг, является системной константой теорий СТО/ОТО. Во второй гипотезе, гравитация также не воздействует на собственно волну. Эффект сдвига ее частоты возникает из-за разности состояний (скоростей) источника и приемника волны, которые (в рамках принципа эквивалентности) возникают в силу конечной скорости распространения волны. Этой скорости равен и скоростной множитель с. В рамках третьей гипотезы обязательным условием возникновения эффекта является материальность волны, наличие у нее массы. Скоростной множитель с, в рамках этой гипотезы равен скорости распространения материальной волны в гравитационном поле.
Для материальных волн методологически вторая и третья гипотезы отличаются только тем, что во второй гипотезе ускоренное движение волны в гравитационном поле, заменяется ускоренным движением ее источника и приемника. Для электромагнитных волн, скорость распространения которых совпадает с системной константой c, все три гипотезы дают одно и то же значение частного сдвига. То есть, результаты опытов Пауда и Рэбке [8] можно с равным успехом трактовать с позиций любой из этих трех гипотез. Однако, для волн, скорость которых отлична от c, предсказания гипотез будут разниться, что и подтвердили проведенные опыты.

При обсуждении проведенных опытов также будем учитывать особенность схемы эксперимента. Эта схема такова (см. рис.2), что сигнал сначала в форме электромагнитных колебаний движется (по кабелю связи) в гравитационном поле в одном направлении, а затем по воздуху, в форме звуковых волн, в противоположном.
В рамках первой гипотезы такое движение сигнала должно привести к полной компенсации его частотного сдвига, что, в пределах точности измерений эксперимента подтвердилось.

В рамках второй гипотезы величина частотного сдвига сигнала непосредственно зависит от скорости распространения его носителя. В воздухе звуковые волны распространяются со скоростью ~3х102 м/с, что на разности высот в 26 метров должно приводить к частотному сдвигу порядка 10-3. В кабеле электромагнитные колебания распространяются со скоростью порядка 108 м/с, что должно приводить к противоположному частотному сдвигу порядка 10-15. То есть, электромагнитная компонента сдвига (по сравнению с акустической) пренебрежимо мала. Поэтому можно считать, что частотный сдвиг определяться только движением сигнала в форме звуковой волной и, согласно (2), сдвиг его частоты должен быть равен: Δν/ν0 = 2,2х10-3. Этот вывод в эксперименте не подтвердился.

В рамках третей гипотезы электромагнитной компонентой частотного сдвига сигнала также можно пренебречь и считать, что сдвиг определяется только движением звуковой волной. Согласно (2) он должен быть равен Δν/ν0 = 2,2х10-3. Этот вывод в эксперименте также не подтвердился.

Такие результаты эксперимента позволяют сделать следующие выводы.

1. Первая гипотеза возникновения эффекта гравитационного красного смещения, в пределах точности измерений эксперимента подтвердились.
2. Отсутствие частотного сдвига, предсказываемого второй гипотезой, свидетельствует о том, что использование принципа эквивалентности для описания волновых (периодических) процессов, происходящих в гравитационных полях, приводит к определенным проблемам. Применительно к этим процессам становится проблемным и вывод ОТО о замедлении времени, который на этот принцип опирается.
3. Отсутствие частотного сдвига звуковых волн, предсказываемого третьей гипотезой, свидетельствует о том, что энергия (этих волн) массы не имеет.


Несложно заметить, что если за основу принять вывод 3, то это устраняет все проблемы толкования полученных результатов. Если энергия звуковых волны не имеет массы, т.е. эти волны не являются материальными объектами, то для них принципы эквивалентности и сохранения энергии будут неприменимы. Неприменимы потому, что эти принципы формулируются и имеют смысл только для материальных тел. Поэтому окончательно можно сделать следующий вывод.

Проведенные опыты показали, звуковые волны не взаимодействуют с гравитационным полем Земли, что позволяет сделать вывод о том, что у них нет массы.




ЛИТЕРАТУРА.

1. 1.Физика ХХ века. Проблемы и альтернативы. Ю.В. Волков. Из-во LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013, с.94. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog ... 13160.html
2. Новые наблюдения отклонения световых лучей в поле тяготения Солнца. Ю.М. Кушнир, В.С.Фурсов. УФН, т. XII, вып. Ϊ, 1932г. http://ufn.ru/ufn32/ufn32_1/Russian/r321_h.pdf
3. Отклонение света в гравитационном поле Солнца (Результаты английских экспедиций по наблюдению солнечного затмения 1919 г.) Г.С. Ландсберг. http://ufn.ru/ufn21/ufn21_2/Russian/r212c.pdf
4. Эксперимент по верификации эксперимента ОТО. Ю.В.Волков https://drive.google.com/file/d/0B8NYfV ... sp=sharing
5. Эйнштейн А. Собрание научных трудов, т. 1 (М.: Наука, 1965, с. 502).
6. Физический энциклопедический словарь. Под редакцией Прохорова А.М. Издательство “СОВЕТСТКАЯ ЭКЦИКЛОПЕДИЯ», М., 1984. с.318.
7. https://drive.google.com/drive/folders/ ... sp=sharing

jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#2   jurij » Вс мар 31, 2019 12:04

Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.


Анализ эксперимента №2 (см. материал «Распространение звука в поле тяжести Земли».) показал, что частотными измерениями ответить на вопрос является ли (в рамках СТО) звук материальным объектом применительно гравитационного поля Земли, не удастся. На этот вопрос непосредственно мог бы ответить эксперимент №1. Но в материальном плане это достаточно дорогой эксперимент. Поэтому я разработал третий эксперимент, который не намного дороже эксперимента №2, но является, по сути, дублером эксперимента №1.

Идея эксперимента №3 состоит в следующем. Напомним, что собственно звуковая волна, это состояние среды, в которой ее частицы совершают колебания - одни движутся в одну сторону, следующие неподвижны, а третьи движутся в противоположную сторону. То есть, объем пространства, где в данный момент находится звуковая волна, представляет собой пакет, который состоит из двух объемов, где частицы имеют избыточную (относительно невозмущенной среды) энергию движения ΔE, разделенные объемом, где частицы неподвижны ΔE = 0. Согласно СТО объемы, содержащие избыточную энергию, имеют соответствующую релятивистскую массу m = ΔE/c2. Поэтому звуковую волну можно рассматривать как некий пакет, состоящий из дух слоев (объемов), имеющих (релятивистскую) массу, отделенных слоем, у которого этой массы нет. Этот пакет движется (переносит энергию) в пространстве со скоростью звука.

А из опыта известно, что материальный пакет, при движении в гравитационном поле, будет расщепляться. Например, так, как расщепляется на отдельные монеты стопка падающих монет. Или же так, как утончается струя воды из крана, распадаясь на отдельные капли, расстояние между которыми постоянно увеличивается. Соответственно, звуковая волна при движении в гравитационном поле, также должна расщепляться, расстояние между слоями, несущими энергию, будет увеличиваться. То есть, при падении звуковой волны в гравитационном поле длина волны будет увеличиваться. Отсюда идея опыта: выявить, как влияет гравитационное поле на длину звуковой волны. Если длина волны, по мере ее падения в гравитационном поле будет увеличиваться, значит, волна представляет материальный пакет, который гравитационное поле расщепляет. А, значит, энергия (звуковой волны) имеет массу. Если же длина волны не будет меняться, значит, звуковая волна (ее энергия) не являются материальными (весомым) объектом.

Чтобы определить порядок измеряемых величин сделаем небольшие вычисления. Пусть источник звука, размещенный на высоте H, излучает вниз звуковые волны λ0 = c0T. Здесь λ0, c0 - исходные длина волны и скорость звука на высоте H, T – период волны.
Выразим путь, пройденный волной в гравитационном поле напряженностью g за время t = nT, где n = 1,2,3… так:
Sn = nTc0 + gn2T2/2.
Соответственно, путь, пройденный волной за время t = (n + 1)T, будет равен:
S(n + 1) = (n + 1)Tc0 + g(n + 1)2T2/2.
Поскольку длина волны, это путь, пройденный волной за время t = T, получим, что на момент времени t = (n + 1)T волна будет иметь длину равную:
λn+1 = S(n + 1) - Sn = λ0 + (2n + 1)gT2/2.
Соответственно, приращение длины волны будет равно:
Δλ = λn+1 – λ0 = (2n + 1)gT2/2.
Будем считать, что это приращение мало λn+1 ≈ λ0. Тогда можно считать, что n = H/λ0 = H/c0T, и окончательно получим:
Δλ = gTH/c0 + gT2/2.
В первом приближении вторым слагаемым можно пренебречь, и считать:
Δλ ≈ gTH/c0.
Из этого соотношения следует, что для H = 26 метров, g = 9,8 м/с2. T = 10-3с (1000 Гц), c0 = 340 м/с, изменение длины волны будет равно Δλ = 0,749х10-3м = 0,75 мм. То есть, для волны длиной λ0 = 340 мм необходимо зафиксировать изменение длины в 0,75 мм, что вполне достижимо относительно простыми измерительными приборами. Например, штангенциркуль с базой 500 мм имеет точность 0,1 мм. Измерение длины волны можно провести методом совпадения фаз сигналов двух микрофонов, разнесенных по высоте на искомую длину волны.

Предвосхищая возможное обсуждение предлагаемого эксперимента, сразу замечу, что его идею легко скомпрометировать следующими рассуждениями. Энергию звуковой волны легко «расписать» по частичкам (атомам и молекулам), которые образуют среду, в которой распространяется волна. В волне эти частицы имеют небольшую добавку к скорости их теплового движения. При этом в целом частицы никуда не движутся, а лишь совершают небольшие колебания. Поэтому рассматривать перенос волной энергии, как движение энергии как таковой (на чем, собственно, строятся предлагаемые опыты со звуком), будет большой абстракцией, т.е. отвлечение от вопроса, что есть звуковая волна. Если же детально рассмотреть вопрос, что такое звуковая волна, то получается, что задача экспериментов со звуком № 1, 2, 3 в том виде, в котором она сформулирована, теряет смысл.

Все это так. Однако проблема состоит в том, что аналогичные рассуждения действительны и для фотона (электромагнитной волны). В рамках современных представлений фотон, это возбужденное состояние эфира – некого глобального электромагнитного поля нулевой напряженности. Согласно квантовых представлений это поле наполнено нулевыми колебаниями, а при определенной амплитуде это поле рождает пары частица-античастица и т. д… Но из этих же представлений следует, что в любой момент времени энергия фотона – это энергия собственно электромагнитного поля, которое в целом неподвижно. То есть, при движении фотона также никакого движения энергии не происходит, движется лишь состояние этого поля. То есть, фотон, это не объект, а состояние глобального электромагнитного поля.

Однако если абстрагироваться от вопроса, что такое фотон, то его можно считать самостоятельно существующим объектом, сгустком «чистой» энергии, который перемещается в пространстве со скоростью с. Согласно СТО этой энергии можно поставить в соответствие массу и использовать такой фотон в качестве пробного тела в разных опытах. Например, в опытах для ответа вопрос, как осуществляется гравитационное взаимодействие между материальными телами – по Ньютону или Эйнштейну (опыты по измерению отклонения света в поле тяжести Солнца).

Так, все-таки, как быть? Не копаться в вопросе, что такое фотон и звуковая волна и продолжать искать материальное содержание в последней. Или же сказать, что все эти опыты со звуком полная чепуха, потому, что звуковая волна это…(см. выше). Но тогда и к фотону нужен такой же подход. А как тогда трактовать опыты с фотоном, где его рассматривают как объект, имеющий массу?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 31701
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#3   morozov » Вс мар 31, 2019 12:08

В рамках современных представлений фотон, это возбужденное состояние эфира – некого глобального электромагнитного поля нулевой напряженности...
Пустые слова. Вы представления не имеете даже об эфире XIX века... какая уж тут современность...

Ну с акустикой у Вас просто никак. Даже читать не буду. У многих представление об акустике как о чем-то очень простом. У Вас просто никаких представлений. Учите матчасть.


Просвещайтесь
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/boo ... 973ru.djvu

Зачем открывать новую тему когда уже есть такая же?
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 31701
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#4   morozov » Вс мар 31, 2019 12:17

Электромагнитная волна несет энергию и импульс.

Акустическая только энергию. Поскольку перенос импульса связан с переносом вещества.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#5   jurij » Вс мар 31, 2019 12:54

morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 12:17
Электромагнитная волна несет энергию и импульс.
Ну и что? Импульс электромагнитной волны вполне описывается в рамках электромагнетизма. Вопрос в другом, есть ли у электромагнитной волны, у фотона масса. А если есть, то чем она обусловлена, т.е. откуда она взялась.
morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 12:17
Акустическая только энергию.
Это не так. Акустическая волна несет импульс, т.е. оказывает давление на препятствие. Интенсивность акустической волны определяют именно этим давлением (паскаль/на метр в квадрате).
morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 12:08
Зачем открывать новую тему когда уже есть такая же?
Почитайте, это другая тема.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 31701
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#6   morozov » Вс мар 31, 2019 13:12

На свои вопросы найдете ответы в литературе. Придется потрудиться. Обосновать эксперимент не просто, нужно знать физику.
Почитайте, это другая тема.
Уже одна. На форуме существуют ограничения для любительских тем (кроме оффтопика).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#7   jurij » Вс мар 31, 2019 16:26

morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 13:12
На свои вопросы найдете ответы в литературе.
Увы, ответов на эти вопросы в официально утвержденной научной литературе нет. И нет их уже давно, с момента, когда Майкельсон и Морли не смогли в своих опытах обнаружить эфир - среду существования электромагнитных волн. С тех пор вопрос, что такое эфир, т.е. что есть среда существования электромагнитных волн (фотонов), а значит из чего эти волны (фотоны) состоят вызывает у НАСТОЯЩИХ физиков только раздражение. Этот народ начинает надувать щеки и говорить, что это не простой вопрос, и его к сожалению, опошлили дилетанты, отсылают почитать литературу... Для НАСТОЯЩИХ физиков, т.е. физиков для которых физика сводится лишь к ее математическому аппарату, это действительно очень сложный вопрос. Во-первых, они мыслят другими (математическими) категориями, а во-вторых, и это самое главное, этот вопрос требует выйти за рамки привычных (описанных в учебниках) понятий. Однако уверяю Вас, физика не сводится только к ее математическому аппарату и способам его применения. Аппарат есть, аппарат, а физика - это нечто большее. Кстати, Вы не видели мои последние ответы в теме "Принцип эквивалентности ошибочен?" Куда-то запропастились...

jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#8   jurij » Вс мар 31, 2019 18:58

morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 13:12
Почитайте, это другая тема.

Уже одна.
Вот это совсем не нужно было делать. Народ и так ни хрена читать не хочет, а тем более такой объемный материал.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 31701
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#9   morozov » Вс мар 31, 2019 19:15

Увы, ответов на эти вопросы в официально утвержденной научной литературе нет.
Это терминология фриков... отговорка для неучей.
Бесполезно рассуждать о звуке не зная что это такое. Тут у Вас знания отстают не соответствуют даже школьным.
jurij писал(а):
Вс мар 31, 2019 16:26
С тех пор вопрос, что такое эфир, т.е. что есть среда существования электромагнитных волн (фотонов), а значит из чего эти волны (фотоны) состоят вызывает у НАСТОЯЩИХ физиков только раздражение.

Детка, у Вас все запущено...

Если просто - решайте пока только беспомощный треп... ни руками, ни головой. Ща все бросятся уговаривать и умолять. Никому Вы не нужны.
Народ и так ни хрена читать не хочет, а тем более такой объемный материал.
Ща все соберутся дурака послушать.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 31701
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#10   morozov » Вс мар 31, 2019 19:17

Поздравляю Вы в оффтопике. Судя по отсутствию интереса к наукам надолго.


Это нормально.
Вы бы не сели в самолет, управляемый пацаном, который видел как это делается в кино.
Поэтому и люди не доверяют в научных вопросах людям, с трудом закончившим школу.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

jurij
Сообщения: 420
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Распространение звука в поле тяжести Земли. Эксперимент №3.

Номер сообщения:#11   jurij » Вт апр 02, 2019 6:23

morozov писал(а):
Вс мар 31, 2019 19:15
С тех пор вопрос, что такое эфир, т.е. что есть среда существования электромагнитных волн (фотонов), а значит из чего эти волны (фотоны) состоят вызывает у НАСТОЯЩИХ физиков только раздражение.


Детка, у Вас все запущено...
Все это только эмоции. Жаль, что Ваши интересы не распространяются далее учебной литературы.

Ответить

Вернуться в «Оффтопик»