Реферат: Э. О. Хейфец Теория приливов, выведенная из наличия нормальной упругой среды

Э. О. Хейфец


Теория приливов, выведенная из наличия нормальной упругой среды

между Луной и Землей и теория вынужденных сейсмических волн


Введение


В ходе работы в области теоретической физики автор пришел к выводу об отсутствии пустоты и о дальнодействии через упругие среды. Соответствующие доказательства готов предоставить дополнительно.

Отсюда возникла необходимость пересмотра основополагающих концепций дальнодействия напрямую, в их числе, теории приливов, созданной Ньютоном и его последователями.

Наличие упругой среды, обладающей нормальными физическими свойствами в качестве переносчика воздействий между Землей и Луной прошу принять как допущение.

В пользу него приведу несколько общих соображений:

Во-первых, дальнодействие через нормальные упругие среды хорошо известно, о чем будет сказано ниже.

Во-вторых, взаимодействие между объектами через пространство подразумевает, что само пространство обладает способностью воспринять и передать движение, т. е. массой. N. B. последнюю определяют, как меру инертности, где инертность есть задержка восприятия воздействия. Принимая во внимание, однако, что любой наблюдаемый объект представляет собой систему гироскопов, т. е. электронов, вращающихся с околосветовой скоростью, задержка вызвана наличием собственного движения.

В-третьих, согласно современным представлениям, упругость является следствием отталкивания частиц через внутриатомные поля. Возможно и обратное: гравитационное поле обладает свойствами нормальной упругой среды.

В-четвертых, вакуумные межмолекулярные промежутки определяют упругость газов. Отсюда, космический вакуум может обладать упругостью.


§ 1
Краткий обзор концепций дальнодействия

Декарт и его последователи полагали, что тяготение осуществляется через особую среду, эфир или тяготительную материю [Ломоносов, 170 – 193], сравнимую с теплородом или звукородом в физике ХVІІІ – середины ХІХ в. Излишняя детализация эфирных вихрей стала препятствием на пути развития физики.

Отталкиваясь от нее, Ньютон переходит к рассмотрению сил в чистом виде. В этой связи он заявил: “Hypotheses non fingo” — «Гипотез не измышляю». Однако он не ограничился эмпирическими фактами, постулировав тяготение масс как всемирный закон.

Ко второй половине ХІХ в. эфирная концепция благодаря успехам волновой оптике становится господствующей, однако в рассмотрении приливов Ньютоново направление в теории продолжает сохранять свою силу.

После опыта Майкельсона-Морли, побудившего отказаться от эфира, на первый план выходит понятие поля. Очищенное от разноречивых гипотез, поле представляет собой не что иное, как область пространства, с необнаруживаемыми материальными компонентами и наличным потенциалом дальнодействия. Ошибочно, поэтому говорить, что поле состоит из частиц. Частицы могут быть причиной наличия поля.

Учитывая, что бо́льшая часть атома представлена электромагнитным полем, наблюдаемые свойства материи являются «полевыми».


Хорошо известно дальнодействие и через упругие материальные среды. Мужские цветки валлиснерии отрываются от стебля и, плавая на поверхности воды, притягиваются к более крупным женским; притяжение через воду может столкнуть корабли. К дальнодействию принадлежит известная с древнейших времен сила плавучести, отталкивающая легкие объекты от Земли через воду и воздух (аэростат); атмосферное и водяное давления, участвующие в гравитации — в отличие от давления газа в баллоне. Наконец, постоянство созерцаемых твердых тел на деле динамично. Их форму воссоздает орбитальное движение электронов; дальнодействие с ядрами через «поле», но взаимодействие макрообъектов, например, удаленных частей механизма, относится к близкодействию.

В отсутствии пустоты твердость тел должна обеспечиваться скоростью потоков тонкой среды, находящейся между ядрами и электронами. Т. о., твердость является динамической характеристикой. Вода, расступающаяся перед пловцом, для неудачливого ныряльщика, падающего плашмя на ее поверхность, предстанет твердью.

Положение о динамической природе твердости и упругости играет ключевую роль в настоящей работе.


Дальнодействие как установление связи между удаленными объектами и созидание объектов большего уровня, в отличие от потоков стихии, несводимо к физическому механизму и коренится в философских его основаниях. Физики отделяли дальнодействие от стихийных взаимодействий искусственно, путем введения т. н. скрытых качеств самих объектов либо квазифизической среды. Выявление природы дальнодействия позволит рассмотреть его механизм, очищенный от посторонних соображений.


§ 2
Теория приливов

При дальнодействии через среду в промежутке между объектами действуют силы отталкивания. Сближение же происходит за счет сталкивания объектов средой позади них. Равновесие этих сил приводят к устойчивому орбитальному движению, несводимому ни к одному из данных типов взаимодействия.

В этом случае на поверхность Земли, находящейся непосредственно под Луной, должна действовать сила отталкивания. На противоположной стороне (в надире), располо́жится зона сталкивания Земли с Луной. Казалось бы, вода должна отливать от этих мест, а не приливать к ним.


К соответствующему выводу пришел Декарт [Декарт, 226]. Последующие наблюдения опровергли его взгляды. Тем не менее, в годовщину смерти Ньютона; т. е. через 41 год после выхода его «Математических начал» и 100 лет — после издания Декартова «Трактата», Вольтер засвидетельствовал: «Дело доходит до того, что когда вы /француз/ считаете, будто Луна должна вызвать прилив, эти господа /англичане/ считают наоборот, что происходит отлив» [Вольтер, 130].

Важные поправки в статическую теорию приливов Ньютона внес Лаплас. Согласно его динамической теории, распределение приливов зависит от широты местности, определяющей инерцию воды. Все же, для общего рассмотрения применима теория Ньютона, тем более, что она диаметрально противоположна выводу, следующему из дальнодействия через материальные среды.


В первом приближении можно заметить, что изначально передача воздействия предполагалась мгновенной: Декарт исходил из несжимаемой базисной среды [Декарт, 238]; Ньютон, — из дальнодействия напрямую [Ньютон, 468, 484]. Приводя положения Ньютоновой механики в соответствие с теорией относительности, Эйнштейн ограничивает распространение гравитации скоростью света1, что должно означать задержку тяготения Луны на несколько секунд и Солнца — на несколько минут.

Между тем, чем тоньше упругая среда, тем медленнее распространяются в ней колебания, вследствие их рассеивания. Как известно, скорость звука в воде меньше, чем в металле и больше, чем в воздухе. Уместно предположить, что скорость гравитации много меньше, чем у звука в атмосфере. В этом случае, вода должна убегать от запаздывающих воздействий Луны.

В самом деле, известно, что сизигии и квадратуры2 — приливы, где наиболее ярко проявляется взаимодействие Солнца и Луны запаздывают на 1,5 суток [Лаплас, 196 – 197]. Даниил Бернулли в «Мемуаре по теории приливов» объяснял это явление задержкой гравитации. В ответ Лаплас указывает, что скорость тяготения, если не бесконечна, то в миллионы раз больше скорости света [Там же, 196 – 197; 309]. Такой вывод основывается на представлении о том, что в случае запаздывания, сила тяготения будет приходить не к центрам, а к перифериям взаимодействующих тел. Это должно обусловить соответствующие возмущения орбит, ненаблюдаемые на практике. Замечу, что здесь вскрывается  идеалистический потенциал Ньютоновой концепции: оказывается, что планеты заранее «знают», где в данный момент находятся центры друг друга, «целят» по ним и «промахиваются». 

Учитывая, что концентрические волны среды́ приходят одновременно во все точки орбиты, запаздывание воздействия не должно сопровождаться возмущением орбитального движения. Подобным, эмпирически доступным примером взаимодействия является движение мелких пузырьков кавитации вокруг крупных по орбите (в ходе их приближения к поверхности воды) [Корнфельд, 94]. Источником дальнодействия здесь являются микроколебания воды, распространяющиеся с «конечной» скоростью.


Не сумев ознакомиться с «Мемуаром» Бернулли, автор не знает, каким был положен срок запаздывания. В любом случае, промежуток в 1,5 суток представляется малым, а сизигиальные и квадратурные приливы — идеализацией, следующей из прямого сопоставления явлений. Прохождение расстояния в 150 млн. км за 1,5 суток или 100 млн. км/сутки (≈ 4,2 млн. км/ч. ≈ 1200 км/с.), окажется в 3 600 раз быстрее, чем у звука в атмосфере. Даже в этом случае гравитационное воздействие Солнца должно дойти до орбиты Луны за те же 1,5 суток минус полминуты.

Из полученной пропорции следует, что если бы соответствующий промежуток был целиком заполнен спокойным воздухом при нормальных температуре и давлении, звук доходил бы от Солнца до Земли за 3 600 × 1,5 = 5 400 суток, т. е. за 12 лет и 4 месяца, а от Луны до Земли — за 30 часов. Поскольку вакуум не проводит слышимого звука, следовательно, рассеивание колебаний гораздо больше, а их скорость — меньше, сизигии и квадратуры должны быть обусловлены еще более давними положениями Солнца и Луны. Т. о., запаздывание приливов является эмпирическим свидетельством заполненности межпланетного пространства упругой средой, обладающей нормальными свойствами.


В случае непосредственного воздействия Луны на водный океан, того же следовало бы ожидать для более близкого и менее инертного океана воздушного — что предполагал Декарт3 [Декарт, 226]. Между тем, приливы были замечены как особое явление природы, поскольку подъем воды не сопровождается заметными подвижками атмосферы. Если же приливные течения в воздухе рассеиваются к-л. посторонними факторами, то это означает, что воздействие Луны нарушается по дороге к воде и не должно порождать океанических приливов.

Более того: скорость длинных волн, включая приливные, определяется по формуле Лагранжа как с = [Жуков, 172], где с — скорость волны, g — ускорение свободного падения, Н — глубина. Т. о., скорость приливных течений, а значит, сила, приложенная к воде должны расти с расстоянием до Луны. Отсюда, приливная сила не тождественна лунному тяготению.


Медленные гравитационные волны упругой среды должны не пронзать атмосферу, подобно радиации, а сталкиваться с ней, как с твердью, вследствие быстрого вращения земного шара, реагирующего с ними, как единое целое. При этом, в отличие от статического тяготения, происходит чередование упругих сталкиваний и отталкиваний. Привнесенные колебания меньше рассеиваются в твердой коре Земли, нежели в воде и, тем более, в атмосфере. Соответственно, приливы порождены микросейсмикой. Подобно тому, как разрушительные землетрясения не вызывают ураганов, микросейсмы не сопровождаются заметными подвижками атмосферы. Этому препятствуют обширные межмолекулярные промежутки воздуха, эффективно рассеивающие воздействия.


В 1980 г. группа отечественных исследователей сделала вывод о связи приливов с высокочастотными микросейсмами. Предложено учитывать их в качестве предвестников землетрясений. Тем не менее, исходя из Ньютоновой концепции, авторы сочли микросейсмы следствием, а не причиной перемещения водных масс [Рыкунов и др., 1980]. Соответственно, известен вклад «приливных возмущений» Земли в лунотрясения [Шевченко, 36].

Если приливы порождены микросейсмами, то вода отливает от эпицентров, расположенных на ¼ либо на ¾ оборота от зенита и надира Луны. Поскольку, однако, скорость гравитации много меньше звуковой, запаздывание должно составлять n + ¼ либо n + ¾ оборотов4, где n >> 10.

Сходство приливов с цунами представляется не конвергентным, связанным с большой длиной волны, а генетическим. Учитывая относительную безопасность, регулярность и обширность приливов, установление их сейсмической природы может внести весомый вклад в изучение цунами и в прогнозирование ущерба от последних.

§ 3
Теория вынужденных сейсмических волн

Сейсмическому механизму приливов, на первый взгляд, противоречит их положение, когда максимум находится непосредственно под Луной и на противоположной стороне Земли, т. е. на наибольшем удалении от найденных эпицентров. К этому противоречию примыкает другое: считается, что собственно сейсмические волны являются свободными, т. е. идущими по инерции после толчка [Жуков, 172]. В этом случае их энергия должна в большей степени рассеиваться в океане, чем в относительно малых бассейнах закрытых средиземных морей.

Между тем, верно обратное. Землетрясение близ черноморских берегов Турции, длившееся с 26 декабря 1939 г. по 2 января 1940 г. и вызвавшее подъем воды на 20 м в г. Фатсе, достигло скалистых берегов Новороссийска и Ялты в виде сейсмических волн 53,4- и 14-сантиметровой высоты, соответственно [Шнюков и др., 9]. Во время разрушительного землетрясения на побережье Средиземного моря в Турции 17 августа 1999 г. я находился на противоположном берегу (в Израиле) и могу засвидетельствовать отсутствие там цунами. Важно указать, что вертикальные подвижки преобладали над горизонтальными, т. е. землетрясения являлись потенциально цунамигенными.
В то же время, океанические цунами сохраняют свою разрушительную силу на расстоянии, превосходящем упомянутые в десятки раз. В частности, они неоднократно проходили от берегов Камчатки, Северной и Южной Америк до Гавайских островов, Новой Зеландии и Австралии [Болт, 93]. Можно, конечно, предположить несоответствие масштабов подвижек, однако, в закрытых морях крайне слабо проявляются и, микросейсмические волны, которыми, как было показано в предыдущем параграфе, являются приливы.

Еще более явное несоответствие гипотезе свободной волны заключается в предположении, что цунами охватывают всю толщу воды, не задевая при этом суда5, находящиесяв открытом океане. Здесь эмпирические факты увязываются с теорией напрямую.

Малую ударную силу волны в открытом океане объясняют небольшой ее высотой (считанные метры при километровых длинах) [Жуков, 152]. На деле ударную силу определяет не высота, а скорость, которая у сейсмической волны составляет 400 – 800 км/ч, что в 2 – 4 р. превышает сильнейший ураган. К тому же, столкнувшись с невозбужденной водой, фактически, инородной жидкостью, сейсмическая волна должна взметнуть вал — ср. с соотношением высоты и длины в круговых волнах от камня.


В данном случае, на взгляд автора, наглядно проявляется недостаток опытного подхода, когда привычное отсутствие природного явления не осмысляется при явном противоречии существующей теории. Одной из причин такого упрощения является трудность изучения объекта, осложненная множеством местных факторов, от которых, в общем случае, приходится абстрагироваться.

Решение видится в том, что коллизия возбужденных вод со спокойными происходит не по фронту, а на глубине. Сейсмические волны в открытом океане не выходят на поверхность6, что и объясняет их безопасность для судов. Вероятно здесь, подобно термоклину, групповая инертность молекул воды задерживает значительную долю возбуждения, порождая динамический скачок. В результате предотвращается рассеивание сейсмической энергии по вертикали. Колебания земной коры, распространяясь быстрее водных, устраняют сопротивление в горизонтальном направлении.

Т. о. сейсмические волны являются не свободными, но вынужденными, следовательно, нарастающими в результате резонанса — подобно тому, как океанические волны, раскачиваемые ветром, в десятки раз превышают морские по высоте (см. Жуков, 145). Соответственно, океаническое дно обширней, чем морское. Кроме того, в батиальной зоне океана оно сложено из коренных пород, лучше проводящих колебания, чем материковые и осадочные породы шельфа и морского ложа.

Замечу также, что ход лучевой проекции Луны по поверхности Земли на экваторе составляет порядка 1 666,7 км/ч, а на побережье близ Мурманска (на 69-й параллели) — около 600 км/ч7. Соответственно, скорость приливных течений должна была превысить таковую цунами. С точки зрения принятой версии, даже если учесть трение о дно, сопротивление воздуха и т. д., гравитационный ветер, от Луны, дующий миллионы лет, должен был разогнать воду до колоссальной скорости. Если же приливы вызваны микросейсмами, то колебания, как лито-, так и гидросферы не только складываются (преобладающий процесс), но и частично гасят друг друга. В результате, скорости перемещения лунных эпицентров соответствует таковая фронта прилива, но не течения. В противном случае использование глубоководных аппаратов стало бы невозможным, а приливные волны оказались бы мощнее цунами.


Исходя из гипотезы свободных волн и классической гидродинамики, современная теория цунами абстрагируется от колебаний дна вне эпицентра и от сжимаемости воды [Бурымская, 3]. Если же сейсмические волны являются вынужденными, данные факторы оказываются, напротив, ключевыми.

В самом деле, применив формулу Лагранжа не фронтально (как это делают при расчете времени прихода цунами), а локально, получим, что на километровых глубинах скорость сейсмической волны превосходит таковую у поверхности в сотни раз. Следовательно, вопреки принятой версии, цунами не смогут охватывать всю толщу воды равномерно.

Из градиента скоростей следует, что поверхность океана не отреагирует на прохождение сейсмической волны мгновенно. Кроме того, глубинные волны должны быть короче и выше поверхностных, что соответствует большей их скорости. Отсюда, на глубине должны возникнуть зоны сжатия воды, дополнительно увеличивающие потенциальную энергию сейсмической волны и кинетическую — собственно цунами.


Сжимаемость воды, которой в гидравлике можно пренебречь, в океанологии является существенным фактором. Она может быть определена по формуле H = ==, где Р — давление, μ — средний коэффициент сжимаемости воды, равный 4254 × 10-9 дб-1 при солености в 35‰ и температуре 5o С [Жуков, 79]. Отсюда для среднеокеанической глубины в 4 км сжатие составит 34 м. Принимая (в соответствии с усредненными данными по цунамигенным землетрясениям Тихого Океана [Бурымская, 61]) глубину очага за 40 км, магнитуду за 7,3, что соответствует землетрясению силой в 8 баллов или поверхностному ускорению 2 м/с2 [Назаров, Дарбинян, 27], т. е. около 1/5 g, а плотность базальта равной трем плотностям воды, получим, что сейсмическое сжатие превысит океаническое в 6 раз.

Если бы толчки от такого землетрясения равномерно охватили весь водный столб 4-х километровой высоты, они были бы способны сжать его дополнительно на 184 м. Тем не менее, как было сказано выше, на пути возбуждения становится бароклин. Даже если сжатие охватит считанные метры, его окажется достаточным для сокрытия сейсмической волны. По-видимому, данная величина соответствует отливу в эпицентре землетрясения

либо приливного микросейсма.

Существенным фактором, влияющим на ход цунами представляется рельеф батиали. Его значительные изменения либо сдвиги относительно него эпицентра особенно важны при прогнозировании ущерба от цунами. О значении приливов было сказано выше.


Примечания:


1Данному воззрению способствовало принятие света, в особенности, радиоволн, за колебания эфира, а затем — электромагнитного поля. Разбор данного тезиса выходит за рамки настоящей статьи. Замечу лишь, что, ни видимый свет, ни радиоволны не участвуют в собственно дальнодействии. Вопрос о природе ЭМВ оставляю для дальнейшей дискуссии.
2Максимальных приливов в новолуние и полнолуние, соответствующих противостоянию Луны и Солнца; и минимальных приливов в первую и последнюю четверть Луны при расхождении ее и Солнца на 90о небесной дуги, соответственно.
3Известный эволюционист Ламарк, исходя из Ньютоновой теории, сделал вывод о влиянии на погоду лунных приливов в атмосфере. В 1800 г. министерство внутренних дел Франции начало сбор метеорологических данных, поручив ему их обработку. Биограф Ламарка пишет: «Между тем, предсказания — как и следовало ожидать, неудачные — доставили Ламарку немало неприятностей… Лаплас высказывался о них с полным пренебрежением… многие уже стали смотреть на автора, как на шарлатана… но Ламарк упорно продолжал издавать сборник вплоть до 1810 г.» В этом году Наполеон публично отчитал престарелого ученого за его занятия гидрометеорологией [Ламарк, CXX – CXXII]. Полагаю, что такие неудачи стоят многих успехов.
В современной физике атмосферы влияние Луны, насколько мне известно, не рассматривается. В частности, в капитальной книге Хргиана в качестве основных сил, действующих на атмосферу, приводятся сила тяжести и градиент давления; в качестве побочных — отклоняющая сила вращения Земли, центробежная сила при криволинейном движении частиц воздуха, сила внутреннего трения, турбулентная сила, а также — магнитно-гидродинамическая сила [Хргиан, 395].
5При допущении n = 0, расстояние от Луны до Земли (384 400 км) будет пройдено за 6 – 12 ч. со скоростью ~ 64 – 32 тыс. км/ч, тогда как скорость звука в воздухе составляет около 1200 км/ч.
6Вместе с тем, признано, что акустические волны от цунами способны остановить судно [Жуков, 151].
4Длину параллели предлагается считать по формуле l = 2πRcos α, где α — градус широты, R — радиус Земли. Однако, поскольку последний равен L : 2π, где L — длина экватора, иррациональный, а потому неудобный коэффициент 2π можно сократить, заменив радиус Земли длиной ее окружности (≈ длине экватора). Последняя удобна еще и тем, что, сократив 40 тыс. (км) и время оборота Луны (≈ 24 ч.) на 4, получим 10 000. Т. о., скорость Лунной проекции в районе Мурманска составит 10 000 км ×cos 69о

(≈ 0,374606) : 6 ч = 624 км/ч.


Список литературы:


Болт Б., Землетрясения, общедоступный очерк, М. Мир, 1981 — 256 с.

Бурымская В. Н., Кинематика и динамика очагов цунамигенных землетрясений, Владивосток, ДВНЦ-АН СССР, 1983 — 76 с.

Вольтер, Философские сочинения, Философские письма, с. 70 – 226, Письмо четырнадцатое, О Декарте и Ньютоне, с. 130 – 134, М., Наука, 1988 — 751 с.

Гагарин Ю. А., Дорога в космос, М.: Воениздат, 1981 — 336 с.

Декарт Р., Сочинения в 2-х томах, т. 1: Мир или трактат о свете, с. 179 – 249. М.: Мысль, 1989 — 654 с.

Жуков Л. А., Общая океанология, Л: Гидрометеоиздат, 1976 — 376 с.

Корнфельд М. И., Прочность и упругость жидкостей, М. – Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951 — 107 с.

Ламарк Ж. Б., Философия зоологии (Карпов В. П., Ламарк, биографический очерк, с. ХСІХ – СLIII), М. – Л., Государственное Издательство Медицинской и Биологической Литературы, 1935 — 426 с.

Лаплас П. С., Изложение системы мира, М.: Наука, 1982 — 373 с.

Ломоносов М. В., Полное Собрание Сочинений, т. ІІ., Труды по физике и химии 1747 – 1752, Письмо к Л. Эйлеру, с. 170 – 193, М. – Л.: Издательство АН СССР, 1951 — 726 с.

Назаров А. Г., Дарбинян С. С., Основы количественного определения интенсивности сильных землетрясений, Ереван, издательство АН Армянской ССР, 1974 — 164 с.

Ньютон И., Математические начала натуральной философии, М.: Наука, 1989 — 688 с.

Планк М., Научные труды: Законы теплового излучения и гипотеза кванта действия, с. 282 – 298, М.: Наука, 1975 — 778 с.

Рыкунов Л. Н., Хаврошкин О. Б., Цыплаков В. В., Лунно-солнечная приливная периодичность в линиях спектров временных вариаций высокочастотных микросейсм, с. 577 – 580, Доклады АН СССР 1980, т. 252 №3.

Хргиан А. Х., Физика атмосферы, Л., Гидрометгиз, 1969 — 646 с.

Шевченко В. В., Луна и ее наблюдение, М.: Наука, 1983 — 191 с.

Шнюков Е. Ф., Митин Л. И., Цемко В. П., Катастрофы в Черном море, К.: Манускрипт, 1994 — 296 с.