Этот и другие эксперименты Янчилин подробно анализирует в своих книгах. Вот к какому выводу приходит (Тайны гравитации)

http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/yanchilin_tainy/yanchilin_tainy.htm

3.7 О скорости времени в гравитационном поле

Когда я пришёл к выводу, что время вблизи большой массы ускоряется (возрастает скорость хода стандартных атомных часов), то подумал, что допустил ошибку в своих рассуждениях или, возможно, неправильно интерпретировал полученный результат. Потому что, во-первых, с точки зрения общей теории относительности время вблизи большой массы замедляется. А общая теория относительности – это экспериментально проверенная теория, которая существует уже около ста лет. Причём, за это время не было зарегистрировано ни одного отклонения от её предсказаний.

Во-вторых, и это самое главное, замедление скорости хода стандартных атомных часов вблизи большой массы (вблизи Земли) – это многократно проверенный экспериментальный факт. Эксперименты по измерению скорости времени проводились, начиная уже с 70-х годов двадцатого века. Это и широко известные эксперименты с атомными часами на самолётах [82,83]. И эксперимент, в котором стандартные атомные часы были подняты на ракете на высоту 10 000 километров, и при этом скорость их хода сравнивалась со скоростью хода точно таких же часов, находящихся на земле [84]. Было и множество других экспериментов (смотри, например [39]).

И, наконец, в-третьих, хорошо отлажена и уже давно работает Глобальная позиционная система (Global Positioning System), имеющая в своём распоряжении множество спутников с высокоточными атомными часами на борту [73]. Благодаря работе этой системы между собой сравниваются показания высокоточных атомных часов, различных метрологических служб, находящихся по всему земному шару. И в результате создаётся очень точное мировое время для всей Земли – Всемирное координированное время (Universal Time Coordinated). Погрешность, с которой работает эта система, составляет менее одной микросекунды в год. И если бы существовали какие-то более-менее существенные отклонения от общей теории относительности, то такие отклонения были бы, несомненно, обнаружены. И уж тем более было бы обнаружено, если бы скорость хода атомных часов не возрастала, а убывала с увеличением высоты над земной поверхностью.

Поэтому, учитывая всё вышесказанное, я несколько раз внимательно анализировал свои рассуждения, пытаясь найти ошибку в них. Но чем тщательнее я пытался найти ошибку, тем больше убеждался, что никакой ошибки нет. Действительно, для того чтобы прийти к выводу, что время ускоряется вблизи большой массы, совсем не нужно производить каких-то длинных математических вычислений. Для этого достаточно на качественном уровне рассмотреть, как изменятся свойства атома вблизи большой массы.

Например, заряд электрона в гравитационном поле не изменяется, а его масса уменьшается в той же самой пропорции, что и масса атома или вообще масса покоя какого-либо тела (3.1). А уменьшение массы электрона приведёт к тому, что электрон перейдёт на более низкую орбиту и размер атома уменьшится. И, действительно, с точки зрения общей теории относительности один метр, а значит, и размер атома уменьшаются в гравитационном поле (смотри рисунок 1.6). Кроме того, с точки зрения общей теории относительности масса атома (и масса любой элементарной частицы) также уменьшается в гравитационном поле (смотри, например, Я. Зельдович и И. Новиков “Теория тяготения и эволюция звёзд” [52,с.321]).

Но если электрон в атоме водорода (атом водорода мы рассматриваем потому, что это самый простой атом) имеет меньшую массу, да и к тому же находится ближе к ядру, то ясно, что он должен вращаться вокруг ядра быстрее. То есть, период обращения электрона вокруг ядра уменьшится.

Кроме того, зная, как изменится размер атома водорода и масса электрона, мы можем, исходя из уравнений квантовой механики для радиуса Бора (3.29) и уровней энергии атома водорода (3.34), рассчитать, как изменится частота излучения атома водорода. Частота излучения атома возрастёт, а период излучения, соответственно, уменьшится (3.39). И, следовательно, водородные атомные часы будут идти вблизи большой массы быстрее, чем вдали от неё.

Таким образом, основываясь только на уравнениях квантовой механики и на свойствах атома, можно прийти к выводу, что частота излучения атома должна возрастать вблизи большой массы, и, следовательно, атомные часы должны идти быстрее вблизи большой массы, а не медленнее, вопреки общей теории относительности.

И когда я осознал это со всей ясностью, то, с одной стороны, очень удивился, почему в рамках общей теории относительности никто никогда не рассматривал, что произойдёт с атомом в гравитационном поле. И никто не пытался ответить на такие очень простые и в то же время важные вопросы типа: Что произойдёт в гравитационном поле с энергетическими уровнями в атоме? Как изменится в гравитационном поле величина постоянной Планка?

А с другой стороны, мне стало интересно, как именно проводились эксперименты по измерению скорости времени в гравитационном поле. И какие дополнительные предположения использовались в таких экспериментах? Потому что любые эксперименты – это в той или иной степени почти всегда косвенные эксперименты, в которых измеряется влияние сразу нескольких различных физических факторов.

И первым делом я открыл пятый том Физической Энциклопедии, изданный в 1998 году, в котором есть большая статья “Тяготение”, посвящённая в основном общей теории относительности. В этой статье очень подробно обсуждаются все известные релятивистские гравитационные эффекты: смещение перигелия Меркурия; отклонение луча света, проходящего вблизи Солнца; задержка радиосигнала в гравитационном поле и гравитационное смещение спектральных линий. Но об экспериментах с часами не сказано ни слова. Это тем более показалось мне странным, что релятивистских гравитационных эффектов очень мало. И если какой-то гравитационный эффект, предсказанный общей теорией относительностью, был бы обнаружен, то в Физической энциклопедии о нём обязательно бы написали. И уж тем более об эксперименте, подтверждающем замедление времени вблизи большой массы. Ведь предположение о замедлении времени в гравитационном поле лежит в самом фундаменте общей теории относительности!

После чтения Физической энциклопедии я стал искать описание экспериментов с часами в различных научных книгах и журналах. Как оказалось, почти все такие эксперименты были экспериментами не по измерению скорости хода часов, а по измерению гравитационного смещения спектральных линий. Более того, почти во всех учебниках и монографиях по общей теории относительности ставится знак равенства между замедлением времени вблизи большой массы и эффектом красного гравитационного смещения.

Но ведь это, конечно же, не так! Одно дело скорость хода часов и совсем другое дело – относительное изменение частоты (энергии) фотона. Что же касается экспериментов по определению именно скорости хода часов, то таких экспериментов не было! К этому вопросу мы ещё вернёмся в следующих главах.

Теперь несколько слов по поводу отлаженной работы Глобальной позиционной системы по созданию Всемирного координированного времени, то есть мирового времени для всей Земли. Общая теория относительность здесь ни при чём. Потому что, как было показано в параграфе 2.2, создание мирового времени с высокой степенью точности – это чисто техническая процедура, для осуществления которой нужны лишь высокоточные часы, а знание каких-либо гравитационных теорий необязательно.

После всего этого мне стало интересно, а какие доводы используются в общей теории относительности для обоснования замедления времени вблизи большой массы? Для ответа на этот вопрос мне пришлось ознакомиться с историей создания общей теории относительности, в том числе и с ранними работами Эйнштейна.

Как оказалось, при построении общей теории относительности Эйнштейн допустил ряд ошибок, сделав при этом несколько необоснованных предположений и выводов, в том числе вывод о замедлении времени вблизи большой массы. А уже позднее эти ошибки (и основанные на них выводы) практически без изменений “перекочевали” во все учебники и монографии по общей теории относительности. Более того, эти ошибки очень просты. Их мы внимательно рассмотрим в 5 й главе.

А в следующей главе в деталях разберём эффект гравитационного смещения спектральных линий, который только на первый взгляд кажется очень простым.

(пропускаю несколько глав)

6.8 А были ли часы в экспериментах с часами?

Итак, используя простые уравнения квантовой механики для энергетических уровней в атоме (3.34) и размера атома (3.29), нетрудно показать, что скорость хода атомных часов должна возрастать вблизи Земли (или вблизи любого другого массивного объекта). Тем не менее, все сторонники общей теории относительности уверены в том, что скорость хода атомных часов должна уменьшаться вблизи Земли. Такое “поголовное” заблуждение вызвано, на мой взгляд, тем, что общая теория относительности “не дружит” с квантовой механикой. С момента своего создания и по сей день общая теория относительности развивается, абсолютно не пересекаясь с квантовой механикой. Это тем более странно, что сам Эйнштейн считал, что использовать “часы” и “линейки”, не учитывая при этом тот факт, что они состоят из атомов, – не корректно. Вот что он писал об этом в своей автобиографии [25,с.280]:

Сделаем теперь критическое замечание о теории в том виде, как она охарактеризована выше. Можно заметить, что теория вводит (помимо четырёхмерного пространства) два рода физических предметов, а именно: 1) масштабы и часы, 2) всё остальное, например электромагнитное поле, материальную точку и т. д. Это в известном смысле нелогично; собственно говоря, теорию масштабов и часов следовало бы выводить из решений основных уравнений (учитывая, что эти предметы имеют атомную структуру и движутся), а не считать её независимой от них. Обычный образ действия имеет, однако, своё оправдание, поскольку с самого начала ясна недостаточность принятых постулатов для обоснования теории масштабов и часов. Эти постулаты не настолько сильны, чтобы из них можно было вывести достаточно полные уравнения для физических процессов. Если вообще не отказываться от физического толкования координат (что само по себе было бы возможно), то лучше уж допустить такую непоследовательность, но с обязательством избавиться от неё на дальнейшей стадии развития теории. Однако этот грех нельзя узаконивать до такой степени, чтобы разрешать, например, пользоваться представлением о расстоянии, как о физической сущности особого рода, существенно отличной от других физических величин (сводить физику к геометрии и т. п.).

Таким образом, Эйнштейн прямо говорил, что нельзя использовать “метры” и “секунды” как самостоятельные физические сущности, не связанные с процессами, происходящими в атоме. И уж тем более, нельзя это делать в настоящее время, когда основной эталон времени – атомные часы!

Но, несмотря на это, я ни разу не встречал в обширнейшей литературе по общей теории относительности исследование такого простого вопроса, как изменение свойств атома в гравитационном поле. Никто также не пытался ответить на вопрос, как изменится величина постоянной Планка в гравитационном поле. А ведь очевидно, что величина этой постоянной должна измениться вблизи большой массы!

Во-первых, потому, что она имеет размерность [ħ] = кг×м2/с, а килограммы, метры и секунды изменяются вблизи большой массы. Во-вторых, с точки зрения общей теории относительности величина скорости света изменяется в гравитационном поле. И, значит, если учесть неизменность постоянной тонкой структуры , то придётся сделать вывод об изменении величины постоянной Планка!

И сразу же становится ясным ещё одно противоречие, которое есть в общей теории относительности. Напомним, что в рамках этой теории энергия и частота фотона не изменяются, когда он удаляется от большой массы. Но ведь ясно, что этого не может быть из-за изменения величины постоянной Планка. Например, если предположить, что когда фотон удаляется от большой массы, его энергия Е сохраняется, то придётся сделать вывод, что его частота  должна измениться из-за изменения постоянной Планка, так как частота фотона равна  = Е/ħ.

Удивительно то, что эта важная тема о взаимосвязи между квантовой механикой и общей теорией относительности совершенно не обсуждается в научной литературе. Наверное, единственное исключение – это Ричард Фейнман, который в своих лекциях по гравитации вкратце касается этой темы [34,с.133].

Итак, первое серьёзное заблуждение сторонников общей теории относительности – это уверенность в том, что атомные часы будут идти медленнее вблизи Земли. А второе, ещё более серьёзное заблуждение – это уверенность в том, что замедление времени вблизи Земли является экспериментальным фактом. И так как об этом неоднократно говорилось в литературе по общей теории относительности (смотри параграф 5.7), то в результате широкие слои научной общественности были введены в заблуждение.

Но, как оказалось (и это действительно так!), во всех гравитационных экспериментах с часами часов-то и не было! Не правда ли звучит странно?

Во всех гравитационных экспериментах с часами использовались не атомные часы, а всего лишь квантовые стандарты частоты!

Но квантовый стандарт частоты – это всего лишь высокостабильный генератор фотонов определённой частоты. Поэтому во всех гравитационных экспериментах с “часами” между собой сравнивались не скорости хода часов в различных точках гравитационного поля, а сравнивались между собой частоты фотонов, испущенных стандартными генераторами, находящимися в различных точках гравитационного поля. То есть, по сути, это были не эксперименты по измерению скорости времени, а эксперименты по измерению гравитационного смещения спектральных линий.

Впервые я заподозрил что-то неладное в экспериментах с так называемыми “часами”, когда обратил внимание на точность этих экспериментов. Дело в том, что погрешность лучших современных атомных часов составляет примерно 1015. С каждым годом эта погрешность уменьшается, и в среднем точность атомных часов повышается на один порядок (то есть в 10 раз!) примерно за 10 лет. Например, в настоящее время во Франции идёт работа по созданию цезиевых часов с относительной погрешностью 1016. Но гравитационные эксперименты с часами проводились в 70-х годах двадцатого века. В то время относительная погрешность лучших атомных часов составляла примерно 1012, и этого было явно недостаточно для проведения подобных экспериментов.

О создании высокоточных атомных часов, об истории повышения их точности и о перспективах развития смотри тематический выпуск 1 го номера журнала “В мире науки” за 2003 год. Вот небольшая справка из этого журнала [101]:

В 1999 году в лаборатории Национального института стандартов и технологий (NIST) в Болдере, штат Колорадо, были введены в эксплуатацию часы на базе “цезиевого фонтана”, которые стали государственным эталоном времени США, допускающим погрешность в 1015. Это значение в 500 раз превосходит точность лучших часов NIST образца 1975 года.

Второй раз я заподозрил неладное, когда читал о гравитационных экспериментах с часами в книге К. Уилла “Теория и эксперимент в гравитационной физике” и дошёл до следующего места в ней [39,с.36]:

Первый из таких экспериментов был выполнен Вессо и Левином в 1976 г. Часы, основу которых составлял водородный мазер, были подняты ракетой на высоту 104 км, и их частота сравнивалась с частотой аналогичных часов на земле. Высокая частотная стабильность водородного мазера (1015 за время усреднения 100 с) позволила исследовать зависимость смещения частоты от высоты над поверхностью Земли. Изощрённая система обработки данных тщательно исключала доплеровские сдвиги первого порядка, обусловленные движением ракеты, а система слежения давала данные о положении и скорости прибора (для оценки разности гравитационных потенциалов U и доплеровского сдвига второго порядка).

Из этой цитаты ясно, что речь идёт не о часах, а о высокостабильных квантовых генераторах частоты.

И, наконец, мне стало всё ясно, когда у меня в руках оказались фотокопии статей S. Leschiutta и L. Briatore, проводивших в Турине эксперименты с “часами”.

Вот что, например, пишет об этих экспериментах профессор М. Сажин на официальном сайте Государственного Астрономического института [81]:

Пусть одни часы помещены на уровне моря, а вторые помещены на гору высотой 10 км. Тогда вторые часы будут идти быстрее и разность хода за час составит 3,6 наносекунды.

Регистрация хода часов с такой точностью стала возможна, когда были созданы атомные и водородные часы, обладающие точностью хода не хуже чем 10-12 на протяжении примерно одного часа.

Современные часы значительно точнее. С их помощью физикам удалось измерить неравномерность хода времени в двух различных точках пространства.

В одном случае это был эксперимент, проведенный итальянскими учеными. Они синхронизовали двое часов. Одни часы они оставили на физическом факультете, а вторые на грузовике вывезли в горы и установили на высоте 3250 метров над уровнем моря. Подождав 66 дней, они спустили вторые часы и сравнили показания. Эксперимент показал полное согласие с теорией Эйнштейна! Часы, которые находились на горе ушли вперед, часы, которые остались на уровне моря  отстали.

А вот аннотация к этим экспериментам [87]:

On the basis of the height difference between the CNR cosmic-ray laboratory at Plateau Rosa, 3500 m, and Turin, 250 m above s.l., a direct measurement of the terrestrial gravitational shift has been made by the comparison of the time scales of two cesium beam atomic frequency standards of the Instituto Ellettrotechnico Nazionale “Galileo Ferraries” The principle of equivalence predicts the effect t/t = U/c2 = 3.541013, corresponding to the gain of the standard at mountain altitudes t/t = 30.6 ns/d. The results t/t = (33.8  6.8) ns/d and Dt/t = (36.5 ± 5.8) ns/d, derived with two independent operating criteria, have been obtained from 1584 h of actual measurement, with reference to an atomic time scale whose linearity was continuously and carefully tested. The results are discussed in terms of the current gravitational theories and in view of future experimental researches, which will be permitted by the advancements of the metrology of time.

Из этой аннотации видно, что речь идёт не об эксперименте по измерению скорости времени, а об эксперименте по измерению красного смещения. Кроме того, авторы эксперимента предполагают в соответствии с общей теорией относительности, что частота электромагнитной волны НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ при движении в поле тяжести земли. И поэтому ставят знак равенство между гравитационным смещением спектральных линий и скоростью времени.

Таким образом, сторонники общей теории относительности, как правило, совершают две ошибки. Во первых, путают эксперименты по гравитационному смещению спектральных линий с экспериментами по измерению скорости времени. Во-вторых, не делают никакого различия между атомными часами и квантовыми стандартами частоты.

И в заключение параграфа хочу предложить простой тест, как выяснить, использовались или нет настоящие атомные часы в каком-либо гравитационном эксперименте с “часами”. В качестве примера рассмотрим эксперимент с “часами” на самолётах, проведённый Ч. Аллеем и его коллегами в 1972 году. Так как на этот эксперимент чаще всего ссылаются, когда хотят доказать, что время (скорость хода стандартных атомных часов) вблизи Земли замедляется.

Из аннотации к этому эксперименту (смотри [82]) можно заключить, что самолёт летал на высоте около 104 метров, и, следовательно, гравитационные эффекты были порядка 1012. Точность же проведения эксперимента около 1%. Таким образом, для проведения этого эксперимента были необходимы атомные часы с погрешностью менее чем 1014. Но таких атомных часов в то время не было. Следовательно, в эксперименте использовались не атомные часы, а квантовые стандарты частоты. То есть, это был эксперимент не по измерению времени, а по измерению гравитационного смещения спектральных линий.

Следует ещё раз подчеркнуть, что точность атомных часов в 70-х (да и 80-х) годах двадцатого века была недостаточна для проведения гравитационных экспериментов с часами. В то время можно было проводить только эксперименты по измерению относительной разности частот двух идентичных квантовых стандартов частоты, расположенных на разных высотах. То есть можно было измерить только гравитационное смещение спектральных линий.

А вот мои вопросы:

1.Почему в 5 томной физической энциклопедии 1998 года ничего не сказано о гравитационных экспериментах с часами?

2.Почему все ссылаются на какие-то древние эксперименты?

3.Почему эти эксперименты такие сложные: часы на самолете и т.п.?

Leonardo_iii > Даже стилистика поменялась весьма незначительно.

Ну, этого не мало, Leonardo_iii - за различие в стилистике при СССР в тюрьму сажали.

>А по сути НЕ ПОМЕНЯЛОСЬ НИЧЕГО! Удовлетворительной логической интрепретации квантовых парадоксов как не было, так и нет.

Тут ключевое слово - "Удовлетворительной" - но в физике произошло то, что и в математике, Leonardo_iii. В математике так и не определили понятие "числа" и ... успокоились. - В физике прекратили заниматься поиском "Удовлетворительной" интерпретацией поведения квантовых частиц - есть 2 известные интерпретации - нате вам, если хотите "Удовлетворительной" и не мешайте нам заниматься делом - решили физики и построили Бак. имхо

>Причем на этом направлении не было высказано ни одной новой идеи.

Аналогично и в математике - никаких новых идей по существу понятия "числа" - никаких, вот уже скоро лет 100 как никаких - и ничего, математиков это уже НЕ волнует, как и физиков квантовых. имхо

Leonardo_iii, вы меня извините, но вы остались в прошлом веке. И даже в середине где-то прошлого века. имхо

Leonardo_iii, Янчилин - это не луч света в темном царстве. Янчилин - это отставший интерпретатор. Лет на 50 отставший. имхо

>В математике так и не определили понятие "числа" и ... успокоились. - В физике прекратили заниматься поиском "Удовлетворительной" интерпретацией поведения квантовых частиц

Исследовательские программы некоторое время могут прогрессировать и на противоречивых сонованиях, но рано или поздно прогресс научного познания эти противоречия разрешает... Например в рамках фрактальной геометрии уже видны способы разрешения тех самых парадоксов теории множеств (по крайней мере их геометрических форм). То же самое произойдет и в физике... парадоксы квантовой механики найдут свое разрешение в рамках более общей теории... Контуры этих идей я заметил в работах Янчилина.

Наука не изменилась в принципе. Она занята поиском истины. Это только демагогия постомодернистов и постнеклассиков - что мол теперь не нужно отвечать на вопросы, главное чтоб работало - а ни фига не работает, если некрасиво, сложно и не отвечает на вопросы...

Leonardo_iii > Наука не изменилась в принципе. Она занята поиском истины.

Истины нет. И физики вкупе с математиками за прошедшие 100 лет к этому немало приложили. - Не философы начали с этого - ведь если посмотреть на историю Постмодернизма - то она очень даже сопрягается с появленим СТО, ОТО, квантовой механике в физике и с кризисом начала прошлого века в математике - вот откуда у Постмодернизма ноги расту - А НЕ НАОБОРОТ!

>Это только демагогия постомодернистов и постнеклассиков - что мол теперь не нужно отвечать на вопросы, главное чтоб работало - а ни фига не работает, если некрасиво, сложно и не отвечает на вопросы...

Работает. Некрасиво. Сложно. Но - РАБОТАЕТ - Если не текут БАКи только ;-)