www.firewood.net.ru
21
????????? ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????????????? ?? ??????????????????? ???????????????????????? ???? ????????????? ??????????????????? ?????? ? ????????.????????В предыдущих работах [1-3]
было предложено обобщение специальной теории относительности (СТО) на 5-мерное расширенное пространство с метрикой (+;-,-,-,-).
Была
построена модель расширенного пространства(МРП), объединяющая электромагнитное и гравитационное взаимодействия. Для этого построено расширение (1+3)-мерного пространства Минковского
)XM(T;rна (1+4)-мерное пространство
S),,XG(T;rкоторое мы будем называть расширенным пространством. В качестве 5-ой дополнительной координаты используется та величина, которая уже существует в пространстве Минковского, а именно,
интервал S
s
2
= (ct)
2
– x
2
– y
2
– z
2
(1).
Необходимо отметить, что попытки объединения гравитации и электромагнетизма имеют большую историю.
Современные подходы к данной проблеме восходят к работе Ф. Клейна [10], в которой он показал, что классическую гамильтонову механику можно представить как оптику в пространстве большего числа измерений.
Затем Т. Калуца предпринял попытку обобщить теорию гравитации Эйнштейна, с тем, чтобы включить в неё и электромагнетизм [11]. Он предложил рассмотреть
(1+4)-мерное пространство с метрикой, зависящей от потенциалов электромагнитного поля. Идея Калуцы была развита О. Клейном [12], Г. Манделем [13] и В. Фоком
[14], а построенная ими модель получила название теории Калуцы-Клейна. Было показано, что траектория заряженной частицы имеет вид геодезической линии нулевой длины в 5-мерном пространстве.
Ю. Руммер в своих работах по 5-оптике [15] предложил приписать новому измерению размерность действия и считать его периодическим с периодом, равным постоянной Планка. Отметим, что во всех этих построениях масса покоя частиц, в отличие от развиваемой в работах [1-7]
модели расширенного пространства, считалась фиксированной величиной.
Последующее развитие многомерных теорий изложено в монографии [16].
Отдельное направление образуют многомерные конструкции в теории струн и суперструн [17].
Близким к предлагаемой модели расширенного пространства является развитый в [18] подход к построению (1+4)-мерного пространства. Здесь в качестве пятой координаты предлагается использовать массу (материю). Однако в этой модели, как признают и сами авторы, невозможно построить, например, тензор энергии-импульса. В модели расширенного пространства этот недостаток отсутствует [8].
Во введенном расширенном пространстве была построена механика материальной точки [1, 2, 7] и электродинамика [1, 8], а также рассмотрены потенциалы
Лиенара-Вихерта [6, 19], соответствующие такой модели,
и проанализированы свойства отвечающих им решений расширенной системы уравнений Максвелла.
Были рассмотрены также гравитационные эффекты в расширенном пространстве, такие как вторая космическая скорость, красное смещение и отклонение света [4, 20, 21]. Показано, что формулы, которые получаются в общей теории относительности для расчета величины этих эффектов, можно получить совершенно другим способом и в рамках модели расширенного пространства.
Было показано [6, 19], что поля в модели расширенного пространства могут менять свой знак. Такое изменение знака напряженностей полей и, как следствие, смену знака силы Лоренца можно связать с реакцией излучения этих полей,
которое возникает, когда заряженные частицы движутся с ускорением.
Таким образом, в модели расширенного пространства было, с одной стороны, доказано, что, используя технику поворотов в расширенном пространстве,
Ципенюк Д.Ю.,
Россия
119991, Москва, ул. Вавилова 38.
E-mail: tsip@kapella.gpi.ru
www.firewood.net.ru 22
можно получить некоторые формулы, описывающие гравитационные эффекты общей теории относительности [4, 20], а с другой стороны, что электромагнитное поле может служить источником гравитационного поля [6,19].
Кроме того, движущаяся массивная заряженная частица,
испытывая торможение, может создавать вокруг себя переменное гравитационное поле [9, 6, 19] . Для экспериментальной проверки последнего предположения был предложен и проведен следующий эксперимент, в котором возможное возникновение гравитационного поля при торможении релятивистских электронов определялось по изменению колебаний массивного крутильного маятника.
????????????????? ?????????Узкий пучок релятивистских электронов из микротрона
1 (средняя мощность пучка 450 Вт, энергия электронов
30 МэВ) направлялся на тормозную мишень
(положение 2 или 3), изготовленную из вольфрама, где и происходило торможение ускоренных электронов.
Для
регистрации гравитационного поля, которое,
возможно, возникает при торможении электронов,
рядом с тормозной мишенью располагался специальный крутильный маятник, подвешенный на вертикальном подвесе 5, изготовленном из пружинящей металлической струны диаметром 1,8 мм. Длина подвеса составляла 85 см. Маятник мог свободно вращаться на подвесе только в горизонтальной плоскости.
Маятник состоял из легкой алюминиевой штанги 4
(длиной 120 см), на концах которой были закреплены массивные грузы 6 и 7 из немагнитного материала по
4 кг каждый. В центре к вертикальному подвесу 5
специальным креплением, исключающим проскальзывание при поворотах, был прикреплен маятник. Для уменьшения влияния электромагнитных наводок маятник был заземлен и дополнительно экранирован со всех сторон металлической сеткой.
Период свободных колебаний маятника составил около
40 с.
Жесткость вертикального подвеса маятника могла изменяться путем ограничения длины эффективно работающей части подвеса. В результате этого период колебаний можно было непрерывно менять в пределах от 40 до 27 с.
Для уменьшения влияния механических шумов и введения дополнительного затухания в колебания маятника, использовались два жидкостных демпфера 10
и 11, расположенных около массивных грузов маятника.
Рис. 1
Экспериментальная установка
1 – микротрон, тормозная мишень из вольфрама – положения
2 или 3, 4 – штанга, 5 – вертикальный подвес, 6 и 7 – массивные грузы, 8 – зеркало, 9 – He-Ne лазер, 10 и 11 – жидкостные демпферы, 12 – оптическая система, 13 – бетонная защита,
14 – наблюдательный канал, 15 – видеосистема, 16 – экран.
На проградуированном экране по отклонению лазерного луча, отраженного от плоского зеркала 8,
которое было прикреплено к маятнику, проводились наблюдения за отклонениями маятника. Для этого луч от непрерывного He-Ne лазера 9 через оптическую систему 12, сужающую угол расходимости лазерного луча, направлялся на зеркало через специальный узкий канал 14, расположенный в бетонной защите 13 вокруг микротрона. С помощью видеосистемы 15 отраженный зеркалом луч регистрировался на экране 16,
расположенном на расстоянии 500 см от зеркала.
Видеосистема позволяла дистанционно контролировать колебания лазерного пятна и дополнительно увеличивала угол зрения в 12 раз. Диаметр сфокусированного лазерного луча на экране 16
составлял 0,15 мм. Максимальный угол поворота маятника, при котором отраженный луч
оставался в пределах приемного канала, составил примерно 2 градуса.
Точность фиксации угла поворота всей системы составляла 5
Ч
10
-4
град.
Маятник располагался таким образом, чтобы один из массивных грузов находился вблизи тормозной мишени на расстоянии около 20 см. Имелась также возможность перемещать тормозную мишень от одного конца маятника (положение 2) в другой конец (положение 3).
www.firewood.net.ru
23
Это позволяло при неизменных параметрах всех неучтенных механических шумов и электромагнитных наводок изменять место торможения пучка электронов.
Таким образом, менялось направление закручивания маятника под возможным воздействием возникающего гравитационного излучения.
Далее приведено фото экспериментальной установки (см.
также цветное фото на обложке).
????????????? ?????????
Для проведения измерений необходимо было подобрать оптимальные параметры маятника (массу грузов,
жесткость подвеса, величину затухания колебаний). С
одной стороны, желательно, чтобы при проведении измерений амплитуда колебаний маятника была по возможности максимальной. С другой стороны,
отраженный от зеркала луч должен не выходить за пределы наблюдения, ограниченные диаметром узкого наблюдательного канала в радиационной защите вокруг ускорителя. Кроме того, характерное время работы ускорителя под нагрузкой обычно составляло 10-15
минут. Необходимость накопить за это время минимально достаточный статистический материал накладывала ограничения на период колебаний и время установления нового положения равновесия маятника при внешнем воздействии. Все эти требования были по возможности учтены при выборе окончательных параметров установки.
Пример свободных колебаний маятника при наличии небольших механических вибраций от работающих вакуумных насосов приведен на Рис.2., серия I
(эксперимент проводился 31.05.2001). На графике изображена амплитуда колебания лазерного луча на экране 16 (верхний и нижний ряды значений), в зависимости от номера колебания. Лазерный луч отражен от прикрепленного к маятнику зеркала 8.
График также отображает рассчитанное по этим амплитудам текущее среднее положение равновесия
(средний ряд). Серия I – колебания под воздействием фоновых механических шумов. Серия II – отклик маятника на небольшую постоянную внешнюю силу.
Точность определения положения центра светового пятна составляла 0,1 мм.
Рис. 2
Калибровочные измерения 31.05.2001
Измерения проводились при одном задействованном жидкостном демпфере и увеличенной жесткости подвеса
(путем ограничения эффективно работающей длины подвеса). Период свободных колебаний в этой серии равнялся 29 с. В этом случае происходило установление незатухающих колебаний маятника вокруг среднего значения равновесия 2,2 мм со средней амплитудой колебаний значений около 0,2 мм.
Для изучения отклика маятника на небольшую постоянную внешнюю силу проводился обдув очень слабым постоянным потоком воздуха одного из массивных грузов. В этом случае (Рис.2 серия II) заметное изменение колебаний маятника происходило уже через
3-4 периода. Полное установление нового положения равновесия происходило через 7-8 колебаний.
В случае другой серии калибровочных измерений
(проводившихся 07.06.2001) были задействованы оба жидкостных демпфера и уменьшена жесткость подвеса.
Период свободных колебаний маятника составил около
40 с.
Добавление второго демпфера и уменьшение жесткости подвеса привело с одной стороны к увеличению амплитуды колебаний маятника под воздействием внешней силы, а с другой стороны теперь заметное изменение положения равновесия маятника происходило уже через 1-2 колебания.
Проводилась также периодическая проверка неизменности начального среднего положения равновесия маятника со временем. Так, например, в серии измерений 07.06.2001 были проведены контрольные измерения положения равновесия не
www.firewood.net.ru
24
только до начала основных серий измерений, но и через
2 часа после окончания основных работ.
????????????????? ?????????? ? ?? ??????За период с 17.05.2001 по 07.06.2001 было проведено 7
серий измерений при различных режимах работы ускорителя и разных параметрах маятника.
Как и при проведении калибровочных измерений до включения и после выключения электронного пучка проводилась запись контрольного положения равновесия маятника. При этом все электрические наводки и механические шумы оставались неизменными в течение всего периода измерений. Это достигалось с помощью
предварительного включения всех устройств,
использовавшихся во время измерений (водяных и вакуумных насосов, магнетрона, отклоняющих магнитов и т.д.), и их отключения только после полного окончания измерений.
На Рис.3. приведены результаты по измерению среднего положения маятника при положении тормозной мишени в позиции 3 (см. Рис. 1). Серии I и III на графике соответствуют контрольным измерениям непосредственно до включения и через несколько минут после выключения электронного пучка. Серии II-А и
II-В суммарно отражают колебания маятника в момент работы ускорителя (около 10 минут) и некоторое время после выключения пучка. Дополнительно проведена линия тренда (усреднение по 3 точкам).
Рис. 3
Измерение среднего положения равновесия маятника при положении тормозной мишени в позиции 3.
На Рис.4 приведены результаты аналогичного эксперимента, единственным отличием которого было положение тормозной мишени в позиции 2. Также добавлена линия тренда (усреднение по 3 точкам). Серии
I и III - контрольные измерения непосредственно до включения и после выключения электронного пучка.
Серии II – колебания маятника в момент работы ускорителя.
Из качественного сравнения линий тренда на Рис.3 и
Рис.4 можно заключить, что имеет место корреляция между включением электронного пучка и средним отклонением маятника от положения равновесия по сравнению с контрольными сериями до и после включения. Причем направление отклонения меняется в зависимости от того, рядом с каким из грузов маятника находится тормозная мишень.
Рис. 4
Тормозная мишень в положении 2
К сожалению, по независящим от автора причинам, на данный момент представляется затруднительным существенно улучшить точность экспериментов или накопить большой статистический материал. Была сделана оценка величины силы, которая может вызвать такое смещение положение равновесия маятника. В
проведенных экспериментах это отклонение не превосходило 1-2 мм (в единицах регистрирующей шкалы). Калибровка жесткого подвеса (если она приложена к массивному грузу на конце маятника) дает верхнюю границу этой силы не более
1
Н.
??????????Проведена серия экспериментов по проверке возможности генерации гравитационного поля при торможении заряженных массивных частиц в веществе.
В качестве источника заряженных частиц был использован ускоритель электронов. Узкий пучок релятивистских электронов (средняя мощность пучка
450 Вт, энергия электронов около 30 МэВ) направлялся на тормозную мишень изготовленную из вольфрама,
где и происходило торможение ускоренных электронов.
Измерения показали появление статистически достоверного отклонения крутильного маятника, один из массивных грузов которого находится рядом с тормозной мишенью в момент торможения пучка релятивистских электронов.
www.firewood.net.ru 25
Было также зафиксировано изменение направления закручивания маятника при сдвиге тормозной мишени от одного конца маятника к другому. Величина силы,
вызывающей отклонение маятника имеет верхнюю границу Н.
Конечно, эти первые экспериментальные результаты по проверке предсказаний, сделанных на
основе развития модели расширенного пространства, носят предварительный характер и нуждаются в гораздо более основательной проверке, что и будет служить основой для будущих экспериментов.
Литература
1. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Расширенное пространство и модель объединенного взаимодействия”, Краткие сообщения по физике
ФИАН, N 6, с.23-34, (2000); gr-qc/0106093 2. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., Электронный журнал “Исследовано в России”,60, (1999);
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/1999/060.pdf
3. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Структура расширенного пространства”, Препринт ИОФАН,
5, 25с., Москва, (1999)
4. Tsipenyuk D.Yu., “Field transformation in the extended space model: prediction and experimental test”,
Gravitation&Cosmology, Vol.7, No.4(28), pp336-338,
(2001); physics/0203017 5. Ципенюк Д.Ю., “Преобразование полей в модели расширенного пространства: предсказание и эксперимент”, Краткие сообщения по физике
ФИАН,N 7 с.39-49, (2001); physics/0107007 6. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Потенциалы
Лиенара-Вихерта для модели расширенного пространства”, Краткие сообщения по физике
ФИАН,N 6 с.3-15, Москва,(2002); physics/0302006 7. Ципенюк Д.Ю., Электронный журнал
“Исследовано в России”, 81, с.907-916, (2001);
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2001/081.pdf
8. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Электродинамика в расширенном пространстве”, Препринт ИОФАН,
9, 26с., Москва, (1999)
9. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Взаимодействие в расширенном пространстве”, Препринт ИОФАН,
2, 25с., Москва,(2000)
10. Klein F. Zeits.f.Math.a.Phys., 375, (1901) (перевод см.
в сборнике “Вариационные принципы механики”, М.:
Физматгиз, 1960)
11. Kaluza Th. Sitz.d.Preuss.Akad., 966, (1921) (перевод см. в сборник “Альберт Эйнштейн и теория гравитации”, М.: Мир, 1979)
12. Klein O. Zeits.f.Phys., 37,895, (1926)
13. Mandel H. Zeits.f.Phys., 39,136, (1926)
14. Fock V. Zeits.f.Phys., 39,226,1926 15. Румер Ю.Б. Исследования по 5-оптике, М.,
Гостехиздат, 1956 16. Владимиров Ю.С. Размерность физического пространства-времени и объединение взаимодействий. М., МГУ, 1987.
17. Грин М., Шварц Дж., Виттен Э. Теория суперструн,
т.1, 2, М.: Мир, 1990 18. Wesson P.S. Space, time, matter: Modern Kaluza-Klein theor y. Singapoure, World Scientific publishing
Co.Pte.Ltd, 1999 19. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Потенциалы
Лиенара-Вихерта и сила Лоренца в расширенном пространстве”, Препринт ИОФАН, 1, 20с.,
Москва,(2001)
20. Ципенюк Д.Ю., Андреев В.А., “Гравитационные эффекты в расширенном пространстве”, Препринт
ИОФАН , 4, 15с., Москва,(2001)
21. Ципенюк Д.Ю., “Преобразование полей в модели расширенного пространства: предсказание и экспериментальная проверка”, Препринт ИОФАН,
5, 24с., Москва, (2001)
22. “Ципенюк Д.Ю., доклад “Электромагнитно- гравитационное взаимодействие в расширенном пространстве” на конференции Отделения ядерной физики РАН “Физика фундаментальных взаимодействий”, 27 ноября-1 декабря 2000 г., ИТФ,
Москва, http://www.itep.ru/
23. Tsipenyuk D.Yu. and Andreev V.A., “Interval as the fifth coordinate” proc. of 5-th Int. Conf. on Gravitation and Astrophysics of Asian-Pacific Countries, PFUR,
Moscow, 2001, pp.29-30. http://rgs.da.ru/
24. Tsipenyuk D.Yu., “Direct transformation of the elec- tromagnetic field to gravitational field in the model of extended space: predictions and possible way of its ex- perimental test”, proc. of 5-th Int. Conf. on Gravitation and Astrophysics of Asian-Pacific Countries, PFUR,
Moscow, 2001, p.28. http://rgs.da.ru/
25. Tsipenyuk D.Yu., “Model of extended space: Pre- diction and test experiments on possible transforma- tion of electromagnetic field into gravitational field”,
proc. of XVIth Workshop on High Energy Physics and
Quantum Field Theory (QFTEP), Moscow, Russia,
2001, pp.398-405. http://theory.sinp.msu.ru/qfthep/
2001/Proceed2001.html
26.Tsipenyuk D.Yu., “Model of extended 5-d space and possible checking experiments”, presented at 5-th
Moscow international ITEP school of physics (30-th
ITEP winter school of physics), 20-28 Febr., Moscow,
2002, http://www.itep.ru/
27. Ципенюк Д.Ю., доклад “Повторный эксперимент по проверке предсказания о преобразовании полей в расширенном пространстве” на научной конференции секции ядерной физики ОФН РАН
“Физика фундаментальных взаимодействий”, ИТФ,
2-6 декабря, 2002 г., Москва, http://www.itep.ru/
28.Урбах В.Ю. Математическая статистика, М.,
Изд-во АН СССР, 1963.
Скачать 2.62 Mb.