Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

• Название: Баллистическая теория Ритца и картина мироздания
• Автор: Сергей Семиков
• Издательство: ООО "Стимул-СТ"
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2010
• ISBN: 5-88022-175-X

Век назад, 7 июля 1909 г., оборвалась нить жизни талантливого молодого учёного Вальтера Ритца, успевшего за 31 год своей жизни сделать очень многое в науке. До сего дня в спектроскопии пользуются комбинационным принципом Ритца, а в физике, математике и технике — вариационным методом Ритца. Однако его другие ещё более важные научные разработки преданы забвению ввиду их расхождения с догматами теории относительности и квантовой физики. Это — разработанные Вальтером Ритцем в 1908 г, за год до смерти баллистическая теория и магнитная модель атома. Скоропостижная трагическая гибель учёного помешала ему довести до конца и доказать эти фундаментальные концепции света и атомов, электромагнетизма и гравитации. В результате имя и теории Ритца вскоре были забыты хотя именно баллистическая теория легко красиво и наглядно объясняет многие загадки природы. Дабы восстановить историческую справедливость и напомнить о незаслуженно забытом научном и жизненном подвиге Вальтера Ритца была написана эта книга, где автор популярно изложил и развил с учётом уровня современной науки Баллистическую Теорию Ритца.

---

Но между амплитудой колебаний блеска и лучевых скоростей может уже и не быть столь точного соответствия. Спектр поглощения испытывает гораздо меньшие колебания, чем спектр излучения. Причина этого, по-видимому, в том, что, если спектр излучения наблюдают преобразованным на всём пути следования, то спектр поглощения может создаваться слоями газа, расположенными гораздо ближе к Земле. Соответственно, смещения, вызванные эффектом Ритца, будут много меньше. Не исключено, поэтому, что колебания спектра поглощения вызваны, в основном, эффектом Доплера, а не Ритца. Интересно отметить, что сам Х. Доплер объяснял различие цвета звёзд в двойных системах их движением и открытым им эффектом, смещающим цвет звезды в зависимости от её положения на орбите и лучевой скорости то в красную, то в синюю сторону. Эта интересная гипотеза критиковалась многими и тормозила признание эффекта Доплера [153]. Но, выходит, чешский физик был в чём-то прав: именно такие колебания цвета, вызванные движением звёзд в двойных системах, мы и наблюдаем у цефеид. Только вызывает их не эффект Доплера, а — эффект Ритца, или ЭДР, поскольку скорости звёзд недостаточны для сильного изменения их спектра, тогда как ускорения и эффект Ритца за счёт большой удалённости L меняют цвет весьма заметно.

Наконец, была уверенно обнаружена и связь амплитуды блеска со степенью асимметрии кривой блеска и кривой скоростей. Все цефеиды имеют тенденцию резко наращивать яркость и долго снижать её до прежнего уровня. Степень этой асимметрии, как оказалось, растёт с увеличением амплитуды колебаний блеска. Это так же находит объяснение в рамках БТР. Большинство двойных звёзд имеет круговую орбиту и потому должны иметь синусоидальную кривую лучевых скоростей. Однако, видимое изменение масштаба времени от эффекта Ритца приводит к тому, что кривые лучевых скоростей, а, значит, и кривые блеска становятся асимметричными, перекошенными (эффект Барра, Рис. 67). И, чем выше этот перекос, тем выше сопровождающие его по эффекту временной концентрации света вариации яркости. Именно этим объясняется наблюдаемая зависимость, впервые отмеченная тем же Барром в его статье 1908 г. Поэтому, классические цефеиды, имеющие резко асимметричные спектральные кривые, показывают сильные колебания блеска. Зато переменные звёзды с почти симметричной, синусоидальной кривой блеска, имеют слабые колебания яркости, как, например, малоамплитудные цефеиды типа ζ Близнецов [157, 158]. Этот эффект легко наблюдать на трёхмерной диаграмме клистрона, где хорошо видно, что, по мере нарастания амплитуды колебаний плотности потока электронов, увеличивается и асимметрия волн, становящихся из синусоидальных — коноидальными, с острыми пиками (Рис. 72, Рис. 73).

Другой причиной асимметрии кривой блеска цефеид могут быть эффекты взаимодействия света подвижной звезды со средой. Как было показано Фоксом, свет, проходя через межзвёздный газ, в ходе переизлучения атомами, постепенно теряет дополнительную скорость, приданную звездой (§ 1.13). Это тормозящее действие среды оказывается разным для лучей света, испущенных с разной частотой и скоростью в моменты приближения и отдаления звезды. Поэтому, преобразование кривой лучевых скоростей усложняется в сравнении с Рис. 67, становясь нелинейным, что и создаёт добавочную асимметрию кривых блеска и лучевых скоростей цефеид, тем ярче выраженную, чем выше амплитуда колебаний лучевой скорости и блеска. Вот почему, яркость цефеид нарастает быстро, а спадает медленно: гребни световых волн (колебаний интенсивности) не только нарастают по мере движения, но и укручают передний фронт, подобно волнам морского прибоя, становящимся, по мере движения, резко асимметричными, из-за нелинейных эффектов при трении о дно (§ 2.11). Подобное торможение средой света цефеид надо учитывать ещё и потому, что оно ведёт к сокращению эффективного расстояния L, на котором идёт преобразование света по эффекту Ритца. Временная фокусировка света происходит не на всём пути, а лишь на начальном его участке, на эффективном расстоянии L (составляющем по оценкам Дж. Фокса порядка светового года [2]), по прохождении которого скорость света приводится средой почти к значению c, и колебания яркости практически перестают нарастать. Этот эффект особенно существенен для определения расстояний до цефеид по эффекту Ритца (§ 2.13).

Итак, принцип работы мигающих звёзд, — этих "маяков Вселенной", как их порой называют, состоит в чисто механическом сложении скорости света со скоростью испустившей его звезды. Изучим попристальней эти мигающие, пульсирующие звёзды-маяки. Кроме цефеид, к ним относят ещё звёзды типов RR Лиры, RV Тельца и Миры Кита [158]. Пульсирующими все эти звёзды назвали потому, что периодичные спады-нарастания их яркости и температуры принято связывать с пульсацией (расширением-сжатием) этих звёзд. Но теория пульсаций (ТП), разработанная уже упоминавшимся астрофизиком А. Эддингтоном и необоснованно сместившая теорию цефеид Белопольского [51], имеет массу нестыковок. К примеру, если бы звезда пульсировала, то наибольшей температурой и яркостью она б обладала в момент предельного сжатия. Реально же, звезда ярче всего в момент расширения с максимальной скоростью, если судить по эффекту Доплера (Рис. 75).

Рис. 75. Синхронные колебания яркости, лучевой скорости и температуры цефеид, сходные по форме и не объяснимые по теории пульсаций, прямо следуют из БТР.

Впрочем, теоретики, во главе с известным махинатором Эддингтоном, быстро подогнали факты к теории формальным приёмом: посчитали, что внешние и внутренние слои звезды пульсируют по-разному. Другое несоответствие их тоже не остановило. Выяснилось, что пульсации звёзд, как любые свободные колебания, должны довольно быстро затухать, чего реально никто не наблюдал. Пришлось выдумать весьма сложный и надуманный механизм поддержания автоколебаний звезды. В ходе таких формальных подгонок и возникла современная теория звёздных пульсаций, при всей своей сложности и искусственности способная объяснить лишь очень немногие особенности цефеид.

Совсем иная картина складывается в БТР, где из гипотезы А. Белопольского, считавшего цефеиды двойными звёздами, сразу вытекают все их свойства. Напомним, что Ритц предсказал эффект влияния лучевого ускорения ar источника на его частоту f и яркость, меняющихся пропорционально множителю f'/f=T/T'=1/(1+Lar/c2), где L — расстояние до источника, а c — скорость света. Как показано выше, у цефеид с периодом в десятки дней этот эффект изменения частоты намного превосходит доплеровский. Поэтому, движение двойных звёзд по орбите с переменным лучевым ускорением должно вызвать сильные колебания (с периодом равным орбитальному) их видимой яркости и синхронные смещения спектральных линий, дающих по эффекту Доплера "скорость" звезды (Рис. 76). Не случайно, кривые "блеска" и "лучевых скоростей" (реально же ускорений) — это зеркальные копии друг друга (Рис. 75). Кстати, ТП их сходства объяснить не может, поскольку в случае пульсаций кривая блеска должна формой повторять колебания радиуса звезды, а не её скорости.

Рис. 76. Звезда, крутящаяся по орбите, словно прожектор маяка, создаёт ускорением ar колебания блеска и частоты f пропорциональные f'/f.

Как видели, от сильного сдвига частоты, спектра цефеид будет казаться, что меняется их температура Tc, оцениваемая по цвету звезды (её спектральному максимуму fmax). И, в момент предельной величины яркости и ускорения, когда спектр максимально смещён в синюю сторону, покажется, что звезда горячей всего. Вот почему, колебания "яркости", "лучевой скорости" и "температуры" — идентичны и синхронны [33]. Если у колебаний и есть небольшие расхождения формы и фазы, то они вызваны разной степенью взаимодействия (поглощения и переизлучения) лучей разного цвета, имеющих разную скорость, с промежуточной средой (облаками газа), и ещё тем, что кривые блеска и температур дают общее изменение яркости и спектра двойной звезды, а не одного компонента, — как кривая лучевой скорости. Согласно БТР, все эти колебания не затухают по той простой причине, что порождающее их орбитальное вращение — это пример наиболее стабильного, почти вечного движения. Так что, маяки цефеид будут мерцать вечно, пока не "перегорит" звезда. Есть, правда, цефеиды, которые по неясным причинам прекращают менять яркость, а, затем, нередко, вновь начинают ("Наука и жизнь" 1967, № 7). Такова, к примеру, Полярная звезда. Этот древний маяк и ориентир моряков оказался тоже цефеидой. В начале XX в. её яркость раз в четыре дня менялась на 15 %, а к концу XX века звезда почти перестала мигать: колебания яркости ΔI/I упали до 2 % ("Природа" 2005, № 7). Ныне Полярная восстанавливается: ΔI/I уже стало 4 %, а в обозримом будущем вновь достигнет 12 %. Объяснение подобного непостоянства цефеид представляет серьёзную проблему для ТП, но не для БТР.