Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Гипотезы о расширении Земли

ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМЛИ И СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ ГРАВИТАЦИИ

 

Смотрите также:

 

Гипотеза расширяющейся Земли...

 

науки о земле 

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

 

ГЕОЛОГИЯ

 

Палеонтология

 

Палеогеография 

 

космический вулканизм планет

 

Вегенер. Происхождение континентов и океанов

 

Океан Тетис и гипотеза дрейфа материков

 

метеориты и кометы

 

СЛЕДЫ КОСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЗЕМЛЮ

 

Камни и геология

 

ПРИЧИНЫ ГОРО-ОБРАЗОВАНИЯ. Гипотеза Вегенера

 

Плейт-тектоника - новая глобальная тектоника

 

Причины вымирания организмов

 

Метеоритная и вулканическая гипотезы вымирания организмов ...

 

 

 

Д.Д. Иваненко, Б.Н. Фролов

 

Теория тектоники плит объясняет множество явлений. Однако данная теория нуждается в объяснении механизма движения плит и выяснении источника энергии, постоянный приток которой необходим для поддержания этого движения. Тектоника плит связала геологическое развитие отдельных регионов с общепланетарным процессом и тем самым привела к пониманию того, что для объяснения геологического развития Земли необходим взгляд на Землю как на планету, как на космическое тело в ряду других космических тел, что, в свою очередь, приводит к пониманию существования необходимой связи между теоретической геологией и геофизикой, с одной стороны, и сравнительной планетологией, космогонией, современной теорией гравитации и, возможно, даже космологией, с другой стороны. В данной статье мы ограничимся лишь обсуждением нескольких фрагментов.

 

Если придерживаться точки зрения, что Земля как планета испытывает силовое воздействие со стороны ближнего или дальнего космоса, достаточное для поддержания механизма тектоники плит, то возникает вопрос о том, существуют ли достоверные свидетельства этого воздействия на земной шар в виде его деформаций. Деформации земного шара необходимо связаны с изменением ускорения силы тяжести на его поверхности и с изменением момента инерции тела Земли относительно ее оси и тем самым с изменением скорости вращения Земли, причем временные ряды этих вариаций должны быть соответствующим образом скоррелированы друг с другом. Вместе с тем надо учитывать, что изменение силы тяжести на поверхности Земли может быть вызвано не только деформацией земного шара, но и непосредственно изменением величины гравитационной постоянной G в окрестности Земли.

 

Ю.Д. Буланже [1981] были приведены результаты достоверных наблюдений нерегулярных глобальных изменений силы тяжести на поверхности Земли в течение 1976—1981 гг. — около 8—9 мкГал в год для северного полушария и первых мкГал в год для южного полушария, что соответствует относительному изменению силы тяжести А д/д ~5 • 10~9 в год.

 

Н.Н. Парийский [Парийский, 1982] провел анализ нерегулярных изменений угловой скорости вращения Земли за тот же период и показал, что за вычетом изменений, обусловленных вариациями кинетического момента атмосферы (которые подсчитывались отдельно), остаточная кривая нерегулярных изменений угловой скорости вращения Земли хорошо коррелирует с данными по нерегулярным изменениям силы тяжести, приведенным Ю.Д. Буланже. При этом делается главный вывод о том, что положительным значениям А д соответствуют отрицательные значения А со, а не положительные, как это было бы при общем сжатии земного шара. Приведенный результат соответствует ситуации, когда сжатию Земли в месте измерения будет соответствовать общее увеличение момента инерции Земли, что возможно только, если в другом месте земного шара происходит расширение. Деформация в этом случае носит так называемый квадрупольный характер.

 

Если причины деформации Земли носят, как мы предполагаем, гравитационный характер, то, отвлекаясь от каких-либо экзотических теорий и ограничиваясь стандартной общей теорией относительности и таким ее обобщением; как теория изменения гравитационной постоянной Иордана—Бранса-Дикке,имеющим уже двадцатилетнюю историю, можно выделить на основе современной теории гравитации три причины изменения гравитационного поля вблизи Земли: возможные изменения гравитационной постоянной, в частности, волнового типа; эффективное изменение гравитационной постоянной, обусловленное космологическими обстоятельствами; низкочастотные гравитационные волны.

 

Возможные изменения гравитационной постоянной. Идея о возможном изменении гравитационной постоянной была впервые высказана Дираком в 1938 г. [Dirac, 1938]. Он обратил внимание на существование в природе нескольких больших чисел, приблизительно равных друг другу в настоящий момент времени. Одним из этих чисел является отношение интенсивности электромагнитного и гравитационного взаимодействий e2/GMm -2 • 1039. Здесь е, m — заряд и масса электрона, М — масса протона. Другим таким большим числом является время жизни Вселенной Т, выраженное в атомных единицах Ттс*/е2 ~ 7 • 1039.

 

Не останавливаясь на анализе других больших чисел, приведем тезис, сформулированный Дираком: "Любые два безразмерных больших числа, которые могут быть найдены в природе, связаны друг с другом простым математическим соотношением с коэффициентом порядка единицы. Если на основании каких-либо соображений можно предположить, что некоторые из этих больших чисел изменяются со временем, то это может происходить только таким образом, чтобы соотношения между ними оставались неизменными".

 

Применяя этот тезис к приведенным выше двум большим числам, находим, что поскольку во второе число явно входит время жизни Вселенной Т, то первое число также должно возрастать, что возможно только, если будут изменяться со временем какая-либо из величин: гравитационная постоянная, масса или заряд.

 

Дикке [Dicke, 1962] показал, что нет принципиальной разницы между предположениями об изменении массы и изменении гравитационной постоянной: это есть вопрос договоренности, причем предположение об изменении гравитационной постоянной удобнее для построения релятивистской теории. Предположение об изменении электрического заряда противоречит современным экспериментальным данным [Sabbata, 1980]. Таким образом, из тезиса Дирака и анализа больших чисел вытекает уменьшение гравитационной постоянной по закону G~1/7", чтосоответствуетотноси- тельному изменению Д G/G — 10-1 0 в год. 94

 

Подобное вековое уменьшение гравитационной постоянной приводит к "медленному" расширению Земли примерно на 150 км за 10° лет, как показал Иордан (Jordan, 1955], используя современные ему данные о сжимаемости Земли. Легко убедиться, что соответствующее изменение силы тяжести на поверхности Земли будет на порядок ниже, чем те, которые экспериментально наблюдались Ю.Д. Буланже. Указанное медленное расширение Земли может служить основой для объяснения глобальной системы рифтов на дне Мирового океана, а также на континентах, в частности рифта, проходящего через озеро Байкал (Jordan, 1955, 1962; Иваненко, Сагитов, 1961].

 

Отметим, однако, что по ряду геофизических данных Эдьед [Egyed, 1956, 1961] дает несколько большую скорость расширения Земли: vR = 0,5 мм/год.

 

Из свидетельств в пользу уменьшения гравитационной постоянной, не связанных с расширением Земли, приведем результат анализа Ван Фландерна [Flandern, 1975], данных Ньютона [Newton, 1969] по увеличению лунного периода. После вычитания эффекта, связанного с приливным трением, оставшийся эффект по Ван Фландерну может быть объяснен только уменьшением гравитационной постоянной порядка Д G/G = (3,6 ±1,8) • Ю'п в год.

 

Общая теория относительности не удовлетворяет тезису Дирака, но может быть соответствующим образом обобщена, что было сделано сперва Иорданом [Jordan, 1955, 1962], а затем Брансом и Дикке [Brans, Dicke,961 ]. Имеется некоторая формальная аналогия обеих теорий, однако физические следствия их различны. Так, из теории Иордана вытекает факт творения материи, и поэтому в настоящее время большим авторитетом пользуется теория Бранса—Дикке.

 

В теории Бранса-Дикке наряду с метрическим тензором, описывающим гравитационное поле, вводится скалярное поле Ф, связанное с гравитационной константой соотношением Ф = 1 (G. Связь поля Фс остальной материей осуществляется при помощи безразмерного параметра со, который из требования соответствия с классическими экспериментами общей теории относительности должен иметь значение а? >6. Современные экспериментальные данные по лазированию Луны еще более увеличили значение этого параметра а> > 29 (Williams, 1976]. Для векового уменьшения гравитационной константы в теории Бранса—Дикке получается соотношение Д G/G = 2/ (3 и> + 4) Т 0"' " в год, что значительно меньше, чем значение, вытекающее из гипотезы Дирака и теории Иордана, и чем то значение, которое необходимо для объяснения данных Эдьеда [Egyed, 1956, 1961 ].

 

Отметим здесь, что проведенные эксперименты Шапиро по измерению времени запаздывания радиосигнала при радиолокации Венеры и Меркурия [Shapiro et al., 1972, 1976] позволили определить значения ряда параметров теории, которые оказались более близкими к тем, которые были вычислены на основании общей теории относительности, а не на основании теории Бранса—Дикке. Шапиро дает следующую верхнюю границу для возможных изменений гравитационной постоянной во время эксперимента: Д G/G < 1,6 • 10"'0 в год, что целесообразно сравнить с данными Ю.Д. Буланже. По-видимому, сравнение данных обоих экспериментов за один и тот же период времени окажется очень плодотворным.

 

В теории Бранса—Дикке имеет место уравнение следующего вида для распространения поля Ф : РФ ~ плотность материи, где □ — волновой оператор Даламбера. Тем самым теория в принципе предсказывает распространение волн изменения гравитационной постоянной, которые, достигая Земли, могут ее деформировать, но здесь существенно, что эти волны скалярного типа, и поэтому деформация Земли будет радиальной. Теория Бранса—Дикке удовлетворяет принципу Маха, который утверждает, что силы инерции, наблюдаемые локально в ускоренно движущейся лаборатории (в частности, на Земле), могут быть интерпретированы как гравитационные эффекты, обусловленные всей удаленной материей Вселенной. Тем самым эта теория по крайней мере частично учитывает влияние далекого космоса на Землю.

 

Эффективное изменение гравитационной постоянной, обусловленное космологическими обстоятельствами. Сама по себе идея влияния далекого космоса на Землю крайне интересна и многократно обсуждалась. Здесь мы остановимся на некоторых наших собственных результатах в этой области.

 

В наших работах [Брежнев и др., 1966; Иваненко и др., 1967] была решена задача нахождения гравитационного поля ограниченного объекта, находящегося на фоне расширяющейся Вселенной Фридмана.

 

В случае слабого поля в ньютоновском пределе вне центрального объекта в качестве потенциала гравитационного поля получаем величину = G,M/r, G, = G/a (Г). Таким образом, вследствие учета космологических обстоятельств в виде расширяющейся Вселенной мы приходим эффективно к гипотезе Дирака об уменьшении гравитационной постоянной. Впервые подобная интерпретация гипотезы Дирака была высказана нами в 1962 г. на симпозиуме по смежным вопросам гравитации и геологии в Москве.

 

На основании полученного потенциала гравитационного поля для скорости расширения Земли получается интересная формула, аналогичная формуле Хаббла для скоростей разбегающихся галактик: vK = HR, где R — радиус Земли, а Н — постоянная Хаббла, описывающая расширение Вселенной. Подставляя сюда данные Сэндиджа [Sandage,

1968) : Н = 75 t s км/с мпс = (13* 3,2  7*10' лет) получаем для скорости расширения Земли значение Vr = 0,5 мм/год, что точно соответствует уже приводимому значению Эдьеда [Egyed, 1956, 1961]. Полученное совпадение указывает на то, что медленное расширение Земли, возможно, обусловлено влиянием космологических обстоятельств.

В условиях, когда теория Бранса—Дикке постепенно опровергается новейшими экспериментальными данными, предложенная интерпретация гипотезы Дирка уменьшения гравитационной постоянной оказывается единственной гипотезой, описывающей медленное расширение Земли, совместимое с геофизическими данными и с общей теорией относительности.

 

Низкочастотные гравитационные волны

 

Обсужденные две гипотетические причины изменения гравитационного поля вблизи Земли обладают той общей особенностью, что они не могут объяснить квадрупольный характер деформации Земли, вытекающий из данных Ю.Д. Буланже и анализа Н.Н. Парийского. Эти причины (за исключением волн гравитационной постоянной) также не могут объяснить величины обнаруженных изменений силы тяжести на поверхности Земли.

 

Существует только один механизм, способный объяснить квадрупольный характер деформации земного шара как следствия гравитационного эффекта. Более того, квадрупольный характер деформации является характерной чертой этого явления. Если земной шар. оказывается в поле падающей гравитационной волны, то он ведет себя подобно детектору в экспериментах по обнаружению гравитационных волн и испытывает как раз деформации квадрупольного типа, потому что особенностью гравитационного излучения является его квадрупольный характер. Изучая уравнение геодезического отклонения, Сакс (Sacks, 1964] показал, что на пробную частицу в поле гравитационной волны действуют силы, лежащие в плоскости, перпендикулярной распространению волны, и приводящие к суперпозиции двух состояний деформации (см. рисунок). В поле графитационной волны земной шар может испытывать сложную деформацию, способную объяснить результаты Ю.Д. Буланже и Н.Н. Парийского. Оыевидно, что подтверждение этих результатов и выяснение точной картины деформации земного шара чрезвычайно важно как для обнаружения механизма тектоники плит, на что указывалось в работах П.Н. Кропоткина (1970], так и для обнаружения падающего на Землю низкочастотного гравитационного излучения, являющегося возможной действующей силой этого механизма.

 

Наиболее существенным обстоятельством мы считаем в данной связи объединение усилий физиков, гравитационистов и космологов, с геологами и геофизиками, уделяющими внимание принципиальным проблемам построения геодинамических моделей.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Брежнев В., Иваненко Д, Фропов Б. Новая интерпретация дираковской гипотезы об уменьшении константы тяготения. — Изв. вузов. Физика. 1966, № 6, с. 119-121.

Бупанже Ю.Д. Некоторые результаты изучения неприливных изменений силы тяжести. — Докл. АН СССР, 1981. т. 256, № 6. с. 1330- 1331.

Иваненко Д.Д.. Брежнев B.C., Фролов Б.Н. О некоторых новых точных нестатических решениях уравнений Эйнштейна. — В кн.: Современные проблемы гравитации: (Сб. тр. II сов. гравитац. конф., Тбилиси, Апр. 1865г.). Тбилиси: Изд-во Тбип. ун-та. 1967, с. 181-189.

Иваненко Д.Д., Сагитов М.У. .О гипотезе расширения Земли. — Вестн. МГУ Сер. 3, Физика. астрономия, 1961, № 6, с. 83-87.

Кропоткин П.Н. Возможная роль космических факторов в геотектонике. — Геотектоника, 1970, № 2, с. 30-46.

Парийский Н.Н. Нерегулярные      изменения

силы тяжести и вращения Земли. — Письма в "Астрон. журн ", 1982, т. 8, № 6, с. 378-380.

Brans С., Dicke R.H. Mach's principle and relativistic theory of gravitation. — Phys. Rev., 1961. vol. 1 24, N 3. p. 925-935.

Dicke R.H. Mach's principle and invariance under transformation of units. — Phys. Rev., 1962a, vol. 125, N 6, p. 2163-2167.

Dicke R.H. Implications for cosmology of steller and galactic evolution rates. — Rev. Mod. Phys.. 1962b, vol. 34, N 1. p. 110-122.

Dirac P.A.M. A new basis for cosmology. — Proc. Roy. Soc. London A, 1938. vol 165 P. 199-208.

Egyed L. A new theory on the internal constitution of the Earth and its geological-geophysical

consequences. — Acta geol. Acad. sci. hung., 1956, N6, p. 43-83.

Egyed L. The expanding Earth. — Trans. N.Y. Acad. Sci. Ser. II. 1961, vol. 23, N 5. p. 424-432

F/andern T.C. Determination of rate of change of G. - Month. Notic. Roy. Astron. Soc.. 1975, vol. 170. N 2, p. 333.

Jordan P. Schwerckraft und Weltall. Vieweg, 1955. 277 S.

Jordan P. The geophysical consequences of the Dirac's hypothesis. - Rev. Mod. Phys.. 1962, vol. 34, p. 596.

Newton R.R. Secular Accelerations of the Earth and Moon. - Science, 1969, vol. 166, p. 825-837.

Sabbata V. de. On the variation of the gravitational constant G. — Acta cosmol. Zes. nauk. UJ, 1980, wol. 570. z. 9. s. 63-90.

Sacks R. Gravitational radiation. — In: Relativity, groups and topology/Ed. by C. DeWitt, B. BeWitt. N.Y.; L., 1964, p. 523-564.

Sandage R. A new determination of Hubble constant from globular clasters in M87. — Astrophys. J., 1968, vol. 152, p. L149.

Shapiro 1.1.. Pettengill G.H. et al. Mercury's Perihelion advance: Determination by radar. — Phys. Rev. Lett., 1972, vol. 28, N 24, p. 1594- 1597.

Shapiro 1.1.. Counselman C.C.. King R. Verification of the principle of equivalence for massive bodies. - Phys. Rev. Lett., 1976, vol. 36, N 11, p. 555-558.

Williams J.G.. Dicke R.H., Bender P L. et al. New test of the equivalence principle from Lunar ranging. - Phys. Rev. Lett., 1976, vol. 36, N11. p. 551-554.

 

 

 

К содержанию книги: ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМ РАСШИРЕНИЯ И ПУЛЬСАЦИЙ ЗЕМЛИ

 

 

Последние добавления:

 

ВЛАДИМИРО-СУЗДАЛЬСКАЯ РУСЬ

 

ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА ДРЕВНЕЙ РУСИ

 

Владимир Мономах

 

Летописи Древней и Средневековой Руси

 

Бояре и служилые люди Московской Руси 14—17 веков