Глава 13. Возражения и ответы Возражения, высказанные против квантовой теории гравитации, и ответы на них

1. В настоящее время предсказания специальной теории относительности проверены с высокой степенью точности как при изучении микромира (физики элементарных частиц), так и при изучении макромира. Основные уравнения Новой теории гравитации (2.1) и (2,9) противоречат специальной теории относительности, так как они не инвариантны относительно преобразований Лоренца. Действительно, скорость света есть инвариант этих преобразований.(так же как и постоянная Планка), в то время как гравитационный потенциал является компонентой тензора гравитационного поля (подобно тому, как кулоновский потенциал является компонентой 4-векторного электромагнитного потенциала в теории Максвелла) и при этих преобразованиях трансформируется через другие компоненты.

Ответ. Специальная теория относительности экспериментально проверена и применима только локально, то есть в малых областях пространства, когда изменением гравитационного потенциала можно пренебречь. Она неприменима в гравитационном поле!

«В пространстве, где есть поле тяготения, симметрия полностыо исчезает, поэтому в нём не выполняется принцип относительности» (Физическая энциклопедия, том 3, М. 1992, с.392). Основное отличие квантовой теории гравитации от общей теории относительности в данном вопросе состоит в том, что с точки зрения общей теории относительности скорость света вблизи большой массы уменьшается, а с точки зрения квантовой теории гравитации, наоборот, возрастает.

2. Насколько я знаю, эксперименты с часами на самолет • ракетах уже проводились и подтвердили эффект, предсказания! общей теорией относительности, — время вблизи Земли все-таки замедляется экспериментах скорость хода атомных часов возрастала с ростом высоты над земной поверхностью. При этом учитывались и эффекты специальной теории относительности.

Ответ. Каким образом можно учесть эффекты специальной теории относительности? Ведь её уравнения в гравитационном поле неприменимы, Поэтому эксперименты с движущимися часами — это косвенные эксперименты, результаты которых можно интерпретировать по-разному Чтобы однозначно выяснить, как изменяется скорость в гравитационном поле , нужно проводить эксперименты с неподвижными часами, то есть свести эффекты специальной теории относительности к минимуму.

3. Эксперименты с часами по проверке общей теории относительности проводились неоднократно. Это эксперименты Паунда-Ребки-Снайдера, эксперимент Бролта, эксперимент Дженкинса, эксперименты

по измерению скорости хода атомных часов (цезиевых и рубидиевых) на

самолетах, эксперименты с мазерами на ракетах. Более подробную

информацию об этих экспериментах можно найти в книге К.Уилла

«Теория и эксперимент в гравитационной физике» [64]. Даже в самом

грубом эксперименте с цезиевыми атомными часами на реактивном самоёте относительное отклонение от предсказаний общей теорией относительности не превышает 0,1. В большинстве же экспериментов это

отклонение находится в пределах от 0.01 до 0.0001. Все эти эксперименты

доказывают факт замедления времени в гравитационном поле. В то время

как с точки зрения Новой теории время в гравитационном поле, наоборот,

должно ускоряться.

Ответ. Все эти эксперименты — это эксперименты по измерению

авиационного красного смещения. Уилл представляет величину

асного смещения z в следующем виде [64,с.35]:

z =(1+ а)*Δφ/c², (13.1)

В общей теории относительности коэффициент а равен нулю, и цель

данных экспериментов — оценить максимальное значение модуля а. В самом грубом эксперименте с цезиевыми атомными часами на реактивном

самолёте |a| <0.1 , а в более точных экспериментах отклонение модуля а

от нуля не превышает 0.01 ± 0.0001. Именно эффект красного смещения

Уилл считает доказательством замедления времени в гравитационном

поле [64,с.34]. Доводы, приводимые им, аналогичны доводам, приводимым Мизнером, Торном и Уилером (эти доводы изложены в 8.5). Как

е отмечалось, ошибочность этих доводов состоит в том, что

электромагнитные волны рассматриваются по аналогии со звуковыми

волнами в среде, что неверно.

4. Существуют современные эксперименты, выполненные в 2002 году, с одними единственными часами, роль которых выполняет криогенный резонатор. Эффект связан с разностью гравитационного потенциала, создаваемого Солнцем, в перигелии и афелии земной орбиты адрес статьи в интернете [68]. Суть эксперимента состоит в следующем пусть на Земле установлены атомные часы. Когда Земля проходит вблизи |перигелия своей орбиты, абсолютная величина гравитационного потенциала создаваемого Солнцем, максимальна, и атомные часы должны идти медленнее согласно общей теории относительности и быстрее по новой теории гравитации. И наоборот, когда Земля проходит афелий своей орбиты, атомные часы должны идти быстрее согласно общей теории относительности и медленнее по новой теории гравитации, этот эксперимент подтвердил предсказания общей теории относительности с точностью 4%.

Ответ. Для того чтобы определить скорость хода каких-либо часов, необходимо сравнить их с часами, которые приняты в качестве эталона. В данном эксперименте роль такого эталона времени играл лазер. То есть в данном эксперименте скорость хода часов сравнивалась с частотой электромагнитных колебаний. Как оказалось, при движении Земли по своей орбите скорость хода часов изменялась точно так же, как и частота электромагнитных колебаний, генерируемых лазером. Авторы эксперимента полагали, как само собой разумеющее, что частота электромагнитных колебаний вблизи перигелия должна понижаться. Исходя из этого ошибочного предположения, они и сделали неверный вывод о том, что скорость хода часов в перигелии также понижается. Можно ещё раз напомнить, что частота фотонов, излучаемых в гравитационном поле, не понижается, а, наоборот, повышается вопреки общей теории относительности. Частота фотонов понижается только тогда, когда они, преодолевая гравитационное притяжение, вылетают из гравитационного поля.

5. В 70-х годах 20-го века было разработано большое количество

теорий гравитации, которые отличались от общей теории

относительности. Для их проверки К. Уиллом и его коллегами бskf

разработана схема параметризованного постньютоновского формализма

В рамках этого формализма был сформулирован ряд тестов, которым

должна удовлетворять альтернативная теория гравитации, чтобы

соответствовать имеющимся экспериментальным данным. В настояла

время четко установлено, что теория, уравнения которой отличаются от

уравнений общей теории относительности в первом порядке по величин

гравитационного потенциала (то есть на величину порядка Δφ²/c⁴ ), и

соответствует существующим экспериментальным данным. Именно

одной из таких теорий и является квантовая теория гравитации.

Достаточно сильными конкурентами общей теории относительности »

настоящее время являются скалярно-тензорные теории гравитации типа

теории Бранса-Дикке. Именно поэтому в настоящее время внимание уделяется проверке уравнений общей теории относительности

с квадратичной точностью (с точностью до членов порядка Δφ²/c⁴) Для

этого Европейское Космическое Агентство и НАСА готовят запуски спутников. Существуют и Российские проекты, в которых планируются подобные эксперименты.

Ответ. В случае слабого поля уравнение движения в квантовой

теории гравитации совпадает с уравнением движения в общей теории

относительности с точностью до членов порядка Δφ²/c⁴ (см. 7.7). Таким

образом, все эксперименты, подтверждающие общую теорию относи

ности, подтверждают также и квантовую теорию гравитации.

6. На самом деле, с квантовой механикой согласована общая теория относительности, а не квантовая теория гравитации. В приближении сплошной среды из квантовой механики следует, что частицы распространяются в соответствии с принципом наименьшего действия. Поэтому максимальной должна быть именно длинна дуги (интервал) в 4-х мерном пространстве-времени, что соответствует максимуму собственного времени, а не минимуму, как утверждается в квантовой теории гравитации

Ответ. Принцип наименьшего действия, максимум интервала, минимум собственных колебаний за пройденный путь — всё это различные формулировки одного и того же физического принципа. В общей теории

относительности принцип максимума интервала ошибочно трактуется как максимум собственного времени. Такая принципиальная ошибка вызвана

правильной интерпретацией временных пределов интегрирования в авнении движения. Эта тема подробно обсуждается в 8.7-8.9.

7. В квантовой теории гравитации используется такое понятие, как "масса фотона". Но фотон не имеет массы. Об этом, например, написано в физической энциклопедии в статье "масса". Имеется также ряд разъяснительных статей на эту тему в журнале Успехи Физических Наук [69,70], в которых объясняется, почему фотон не имеет массы.

Ответ. С формально-логической точки зрения это вопрос об

определениях. Например, можно везде вместо "масса фотона" написать «энергия фотона, делённая на квадрат скорости света». Но с физической точки зрения вопрос о массе фотона имеет смысл. Авторы упомянутых статей, в том числе и статей в УФН, исходят из истинности общей теории

относительности. С точки зрения общей теории относительности энергия фотона, когда он удаляется от гравитирующей массы, не изменяется. И с этой точки зрения можно говорить о том, что фотон не имеет массы. Как уже отмечалось, такое предположение не имеет никакого экспериментального основания. С точки зрения квантовой теории гравитации энергия фотона, когда он удаляется от гравитирующей массы, уменьшается.

этой точки зрения фотон, конечно, имеет массу. Именно масса фотона охраняется при его движении в гравитационном поле. Поэтому простой эксперимент с часами ( 8.3;8.12) по проверке квантовой теории гравитации позволит также однозначно ответить на вопрос о массе фотона.