Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
Приливы против закона всемирного тяготения
Есть учебники по физике, где написано, каковы приливы должны быть – в согласии с законом всемирного тяготения. А ещё есть учебники по океанографии, где написано, каковы они, приливы, на самом деле. Если закон всемирного тяготения здесь действует, и океанская вода притягивается, в том числе, к Солнцу и к Луне, то «физическая» и «океанографическая» картины приливов должны совпадать. Так совпадают они или нет?
Оказывается: сказать, что они не совпадают – это ещё ничего не сказать. Потому что «физическая» и «океанографическая» картины приливов вообще не имеют между собой ничего общего.
Помните, как нас учили: из-за притяжения, например, Луны, на Земле формируется приливный эллипсоид, один горб которого находится на стороне Земли, обращённой к Луне, а другой – на противоположной стороне… И, из-за суточного вращения Земли, эти два горба прокатываются по Мировому океану, отчего в каждом месте должно получаться два прилива и два отлива за сутки…
Дяденьки, да где вы видели эти два горба, о которых толкуете? Ну, вот, допустим, что сейчас один из этих горбов находится в Индийском океане. Это значит, по-вашему, что в Атлантическом океане и в западной части Тихого океана сейчас находятся впадины. А через четверть суток горбы, стало быть, передвинутся на места впадин – и так далее. Такое было бы возможно лишь за счёт перетекания колоссальных масс воды из океана в океан. Но ничего подобного не происходит – каждый океан успешно обходится своими собственными водными ресурсами.
Более того, каждый океан оказывается разделён на несколько смежных областей, в которых приливные явления происходят, практически, изолированно. В каждой такой области водная поверхность несколько наклонена относительно горизонта, причём направление этого наклона вращается. Это и есть вращающаяся приливная волна – как в тазике с водой, который двигают по полу круговыми движениями. При этом максимум и минимум уровня воды последовательно проходят по всему периметру.
Ещё Лапласа изумлял этот парадокс: отчего в портах одного и того же побережья максимумы уровня наступают со значительными последовательными запаздываниями – хотя, по концепции приливных эллипсоидов, они должны наступать одновременно. Дело ведь не в том, что приливным горбам мешают двигаться материки. Тихий океан простирается почти на половину окружности экватора, и движения этих горбов, имей они место, были бы здесь заметны. Но – ничего подобного: огромный Тихий океан тоже разбит на смежные области с независимыми друг от друга вращениями приливных волн.
Можно уверенно предположить, что подобная картина имела бы место и в том случае, если бы океан покрывал всю поверхность Земли. Потому что независимые вращения приливных волн на смежных участках – это и есть сущность океанских приливных явлений. А причина их в том, что везде на поверхности Земли местные отвесные линии не сохраняют свои направления постоянными, а испытывают вращательные уклонения. А спокойная поверхность воды стремится расположиться ортогонально к отвесной линии. Ну, вот из-за этого водные поверхности на смежных участках и отслеживают вращательные уклонения местных отвесных линий.
Может, кому-то интересно – что за слепота поразила толпы исследователей, если они умудрились проигнорировать эти вращательные уклонения отвесов?
Да дело не в слепоте: просто, по закону всемирного тяготения, этих уклонений не должно быть. И всё! Есть такая поговорка: «Нет ничего практичнее хорошей теории». Это – как раз про наш случай: теория-то всемирного тяготения ух как хороша! А уж практична – слов нет. Посудите сами. Говорит эта теория: максимальная высота прилива, когда действия Луны и Солнца складываются, должна составлять 80-90 сантиметров. Спрашивается: на практике это так? «Конечно, так, – уверяют нас, – особенно в некоторых центральных районах океанов!» И приводят списочек: и на острове Св.Елены – 80 см, и на острове Гуам – столько же, и на островах Антиподов – чуть побольше метра…
Вот тут-то и обратите внимание: до чего практично составлен этот списочек. Добрые люди, которые его составляли, скромно умолчали о том, что все его пункты находятся где-то на серединках между центрами вращающихся приливных волн и их перифериями. То есть, как раз там, где высоты приливов близки к тем, что предсказывает закон всемирного тяготения. А как же быть с центральными и периферийными участками вращающихся приливных волн? Али действие закона всемирного тяготения на эти участки не распространяется? Вот, на центральных участках – там высоты приливов, практически, нулевые. А на периферийных – они обычно в несколько раз больше тех, которые предсказывает закон всемирного тяготения.
Мы говорим не про те случаи, когда приливы усилены ветровыми нагонами или подпором воды в узких бухтах – как, например, в заливе Фанди, где в самом укромном уголке набирается 24 метра. Мы говорим про «чистую» высоту приливов, которая на материковых побережьях составляет, в среднем, около 2,5 метров. До чего же чудно действуют приливообразующие силы, если они обусловлены всемирным тяготением: где-то получается пусто, а где-то густо! Как же извилист и ветвист оказывается путь пресловутых «приливных горбов»! На этот счёт у специалистов есть комментарии. Видите ли, в чём дело-то: материки торчат очень неудачно. И донный рельеф – он тоже повсеместно не такой, как нужно. Почти как в старом студенческом анекдоте:
– Почему ротор электродвигателя крутится? – спрашивает экзаменатор.
– Так у электродвигателя обмотки есть! – отвечает студент.
– Обмотки? Ну, у паяльника тоже обмотки есть. Почему тогда он не крутится?
– Так у паяльника подшипников нет!
Точно так же про торчащие материки и неправильный донный рельеф можно долго разговоры разговаривать. Да толку-то? Фактическая картина приливных явлений настолько сильно отличается от теоретической – и качественно, и количественно – что на основе такой теории предвычислять приливы невозможно. Да никто и не пытается это делать. Не сумасшедшие ведь. Делают вот как: для каждого порта или иного пункта, который представляет интерес, динамику уровня океана моделируют суммой колебаний с амплитудами и фазами, которые находят чисто эмпирически. А затем экстраполируют эту сумму колебаний вперёд – вот вам и получаются предвычисления. Капитаны судов довольны – ну и ладушки!
Впрочем, был случай страшного недовольства. Попросил капитан молодого штурмана пояснить, в двух словах, как это он так здорово приливы предвычисляет. А, надо сказать, что в той эмпирической сумме колебаний есть компоненты, происхождение которых весьма неочевидно – периоды у них странненькие. Продвинутые специалисты формально объясняют эти компоненты действием фиктивных светил, циркулирующих вокруг Земли. Ну вот, молодой штурман попытался изобразить из себя такого продвинутого специалиста. «Сейчас ты у меня, шутник, попрыгаешь, – решил капитан и для гарантии переспросил: Значит, приливы вызываются не только Луной и Солнцем, а ещё и фиктивными светилами?» – «Ну, да! – обрадовался штурман. – Точнее, «воображаемыми фиктивными». Вот, смотрите, в учебнике так и написано!» А капитан был отважный… В общем, в одной смачной тираде крепко досталось всем: и фиктивным светилам, и учебникам про них, и тем, кто эти учебники пишет, и их предкам по материнской линии…
На этой жизнеутверждающей ноте вернёмся к вращающимся приливным волнам. Вращательные уклонения отвесных линий, которыми эти волны обусловлены, представляют собой сумму «солнечных» и «лунных» уклонений. Причём «солнечные» и «лунные» уклонения порождаются совершенно разными причинами. К «лунным» уклонениям мы вернёмся в самом конце, после нескольких слов о том, как движется парочка Земля-Луна. А пока скажем о «солнечных» уклонениях.
Как уже говорилось выше, не вещество Земли порождает земную сферу тяготения. Правильнее сказать, что Земля всего лишь удерживается земной сферой тяготения в её центре, вблизи положения равновесия [1]. Если земная сфера тяготения не двигалась бы с ускорением, то равновесное положение Земли было бы точно в её центре. Но ускорение-то у неё есть: из-за орбитального движения вокруг Солнца. Поэтому равновесное положение Земли оказывается сдвинуто из центра сферы тяготения – в направлении от Солнца. Получается то, что сторонникам всемирного тяготения в страшном сне не приснится: у Земли центр тяготения и центр масс не совпадают друг с другом!
И ведь об этом кошмаре свидетельства имеются. Спутники-то притягиваются не к центру масс Земли, а к центру земного тяготения. Получается, что Земля должна быть сдвинута относительно клубка орбит спутников. Так и есть, судя по суточным эффектам, которые имеют место при работе спутниковой навигационной системы GPS, и которые до сих пор не нашли объяснения в рамках принятых моделей. По величине этих суточных эффектов можно даже сделать вывод о величине сдвига Земли от центра тяготения: сдвиг составляет около 1,6 метра.
И тогда смотрите, что получается: везде на поверхности Земли векторы тяготения оказываются направлены не к центру Земли, а к точке, которая, по отношению к этому центру, находится ближе к Солнцу на 1,6 м. И чтобы сохранять направления к этой точке в условиях суточного вращения Земли, векторы тяготения неизбежно должны совершать вращательные уклонения относительно местных участков твёрдой поверхности. Причём, максимальная угловая величина этих уклонений, равная отношению 1,6 м к радиусу Земли, при типичных размерах вращающихся приливных волн даёт вполне приемлемые максимальные высоты «солнечных» приливов.
«Но если всё это так, – скажет внимательный читатель, – то “солнечная” приливообразующая сила имеет суточный период, а приливы-то наблюдаются полусуточные!» Браво, внимательный читатель! Конечно, «солнечная» приливообразующая сила имеет период в солнечные сутки. Забегая вперёд, добавим, что и «лунная» приливообразующая сила имеет период в лунные сутки – они длятся примерно 24 часа 50 минут. Но зря Вы, внимательный читатель, полусуточными приливами козыряете – это, опять же, учебников по физике начитавшись, где написано, каковы приливы должны быть. А на самом-то деле, полусуточные приливы, которые должны быть главным типом приливов согласно закону всемирного тяготения, имеют место лишь в окраинных морях – прилегающих к материкам. В открытых же океанах, т.е. на гораздо большей площади, безраздельно властвуют суточные приливы, которые и являются настоящими главными. Потому что полусуточных приливообразующих сил просто нет – к прискорбию для закона всемирного тяготения.
Но чем же тогда обусловлены те полусуточные приливы, которые всё-таки есть? Да совершенно очевидной причиной, которую, впрочем, сторонники всемирного тяготения будут отрицать до последнего вздоха. По-научному эта причина называется «резонансное возбуждение высших гармоник». А по-простому это вот что. У каждой колебательной системы есть собственная частота колебаний, или, как её ещё называют, резонансная. Подталкивая систему один раз за один цикл колебаний, можно увеличить их размах. Обычно таким, резонансным, образом и раскачивают качели. Но ведь качели можно раскачать, подталкивая их с частотой, которая в два раза меньше резонансной: делая толчки не на каждый цикл колебаний, а – через раз.
Видите, внешнее воздействие с частотой такой-то возбуждает колебание с частотой, в два раза большей. А можно – и с частотой, в четыре раза большей! Так вот: вращающаяся приливная волна – это тоже колебательная система. Её собственная частота зависит, главным образом, от размеров занимаемого участка океана: от его характерной протяжённости и характерной глубины. Оказывается, что у многих окраинных морей эти характерные размеры таковы, что резонансные периоды вращения приливных волн в них близки к половине суток. И внешнее воздействие с суточным периодом возбуждает эти полусуточные вращающиеся волны! Более того: есть на Земле несколько небольших мелководных морей – например, Белое – где резонансный период вращения приливной волны близок к четверти суток. И в этих морях, действительно, происходят четвертьсуточные приливы!
Но даже подобные факты не смущают сторонников всемирного тяготения. Подумаешь, мол, какая мелочь – четвертьсуточные приливы! Да они могут вызываться чем угодно! Может, там рыбьи косяки кругами ходят с периодом в четверть суток. Вот и гонят четвертьсуточную волну! Ну, хорошо, пусть четвертьсуточные волны гоняют рыбьи косяки. Но ведь вопрос о том, каков период у главной компоненты приливных вариаций силы тяжести в том или ином наземном пункте – элементарно решается опытным путём. Закон всемирного тяготения утверждает, что эта главная компонента должна иметь полусуточный период. Спрашиваем бравых гравиметристов: на опыте это так? Ась? В ответ – тишина…
Именно тишина: при идиотическом изобилии учебных и справочных пособий, где приведены теоретические кривульки приливных вариаций силы тяжести, попробуйте-ка отыскать публикации, где приведён их экспериментальный вид! А мы поглядим на ваши потуги, потому что сами уже прошли через это. Но, может быть, вам повезёт, и вы доберётесь до трудов А.Я. Орлова, который ещё в 1909 году (!) исследовал горизонтальные вариации силы тяжести и опубликовал надёжные экспериментальные данные. Мать-перемать! В них убийственно доминируют суточные компоненты! Закон всемирного тяготения опять отдыхает! Как это книги Орлова оказались изданы – загадка истории. Ведь сколько было безвестных исследователей, которые обнаружили доминирование суточных компонент и пытались опубликоваться. Таким говорили – мол, ты чё, ручки твои очумелые, против всемирного тяготения, что ли? И – привет! А мы потом экспериментальных кривых найти не можем!
Как говорится – тяжёлый случай. Опыт говорит: «Нет двух приливных горбов, да и быть не может!» А учёные мужи на это – цитаточку: «Опыт, батенька, это сын ошибок трудных!» – и опять за своё: «Есть приливные горбы, есть! Никаких сумнений!» Причём, мол, есть не только приливные горбы на окияне-море, но и приливные горбики на суше. Это у них называется «твёрдые приливы». Ну, действительно: если уж горбатиться, так горбатиться от души! Эх, чем бы взрослые дяди ни тешились, лишь бы диссертации защищали…
Только вот какая штука: в мире всё взаимосвязано. А учёные мужи делают вид, будто суточных вращательных уклонений отвесов не существует. Ясно, что без последствий это не останется: где-нибудь возьмёт да вылезет пренеприятнейшим образом. И ведь уже вылезло, да ещё как! Через то, что по-научному называется «периодическое движение полюсов Земли».
Эта история приключилась из-за того, что астрономы, определяя положения звёзд с помощью своих телескопов, имеют обыкновение использовать в качестве опорной линии местную вертикаль. Если местные вертикали «гуляют», а в расчёт это не принимается, то, конечно, будут «гулять» положения звёзд. Когда это обнаружилось – где-то во второй половине XIX века – теоретики призадумались: как бы это чудо разъяснить, да поизящнее.
Главными периодами «гуляний» были, конечно, суточный и ещё два более длинных: годичный и так называемый чандлеровский, составлявший в среднем 428 дней. И, знаете, чего теоретики удумали? Ни за что не догадаетесь! Во-первых, про суточную болтанку звёзд устроить гробовую тишину (с тех пор здесь специалистами считаются те, кто знают про суточную болтанку, но помалкивают про неё). А, во-вторых, годичную и чандлеровскую компоненты, наоборот, раскрутить донельзя – но в том смысле, что это, мол, не звёзды колышатся, а сама Земля. Это был смелый шаг, опрокидывавший наивные представления о том, что географические полюса – северный и южный – всегда находятся там, где ось вращения Земли пересекает её поверхность. С тех пор стало так: ось вращения как смотрела на Полярную звезду, так и смотрит, но Земля, вращаясь, покачивается таким образом, что полюса перемещаются около оси вращения. Соответственно, изменяются координаты всех наземных пунктов! Чувствуете, как захватывающе получается?
Оставался пустячок: объяснить, с какой это радости Земля покачивается с теми двумя периодами – годичным и чандлеровским. Насчёт годичного периода думали недолго: мало ли сезонных перераспределений масс, которые могут перекосить планету! Тут вам и зимнее накопление снежного покрова в Сибири, и летнее отрастание травяной и лиственной биомассы… кажется, единственное, про что забыли – это сезонные миграции копытных и пернатых. Причём, интрижка здесь в том, что сроки накопления снегов и зелени меняются от года к году, а годичные изменения координат полюсов происходят-то по идеальным синусоидам! Но, как говорится, лучше хоть какое-то объяснение, чем никакого…
К тому же, главные приключения оказались связаны с чандлеровской компонентой. Она-то, со средним периодом в 428 дней, откуда берётся? Навскидку, 428 дней – это средний период биений между колебаниями с двумя характерными лунными периодами: синодическим и апогей-перигейным месяцами. Но – ш-ш-ш! Луну сюда привлекать не надо! Надо справиться собственными земными силами!.. И – о, счастье! Вон же Эйлер получил, что твёрдое тело, если оно не сферическое, может вращаться, покачиваясь около оси вращения. Нутация, ёлы-палы! Это хорошо! Правда, по Эйлеру, период свободной нутации Земли равен всего-то 305 дням. Это плохо! Но ведь этот период можно подрастить, если считать Землю не твёрдой, а как бы резиновой! Это хорошо! Правда, тогда свободная нутация должна затухать, а она отчего-то не затухает. Это плохо!
Намыкавшись вот так из огня да в полымя, теоретики решили: забудем всё плохое, а оставим только хорошее. Ну, и оставили: чандлеровы покачивания – это свободная нутация твёрдой Земли, но с периодом, как у Земли резиновой. Ух, как геофизики-то обрадовались! Они тут же кинулись разрабатывать монструозные теории о том, насколько они резиновы, свойства Земли, и где же они скрываются. Снаружи-то Земля вроде как твёрденькая! Но, мол, под этой обманчивой внешностью скрывается хлябь, превосходящая всяческое разумение. Посудите сами: даже если приписать этой хляби сверхтекучесть, всё равно период покачиваний не дотягивает до фактического значения в 428 дней! Как же она великолепна в своей загадочности, наша родная планетка!
Самое смешное в этой истории то, что с некоторых пор процветает международная (!) контора – служба вращения Земли – которая регулярно рассылает по белу светушку свежую информацию о том, куда и насколько Земля сейчас накренилась. Военных заверили, что оперативный учёт этого крена позволяет повысить точность наведения межконтинентальных ракет – причём, в случае чего, это повышение точности пойдёт на пользу всем заинтересованным сторонам. Военные и на этом остались страшно довольны. Как в анекдоте, в котором жильцы сумасшедшего дома хвалились: «А нам бассейн сделали, мы в него ныряем! А ещё обещали: когда поумнеем – тогда и воды в него нальют!»
Ведь про главную-то компоненту «покачиваний» Земли – про суточную – военным не сказали! А её, если по-честному, тоже оперативно учитывать надо! Но служба вращения Земли прячет суточную компоненту так умело, что это происходит совершенно незаметно для клиентов. Понимаете, нельзя военным говорить про суточную компоненту. Не может Земля покачиваться так быстро, ей – простите за интимную подробность – инертные свойства не позволяют. Узнают об этом военные и призадумаются: если главная компонента «покачиваний» Земли – откровенная туфта, то чего же ждать от второстепенных? Сообразят, чего доброго, что никаких «покачиваний» Земли не существует в природе. Лишь отвесные линии уклоняются на Земле, да орбиты спутников колышатся в небесах…
Ну, конечно, и Луна ещё порхает – по траектории, которая сведёт с ума самого закалённого сторонника всемирного тяготения. Очень мало кто из них знает о том, как движется Луна. Отшучиваются: вопрос, мол, узкоспециальный, да теория движения Луны, мол, достаточно сложна… Да нет, всё проще: правда про движение Луны такова, что шутникам – если они не собираются валять дурака дальше – останется либо свихнуться, либо признать, что эта правда ну никак не вписывается в шаблоны всемирного тяготения.
О.Х. Деревенский
Читать статью полностью: Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
[1] Понятие «гравитации» подробно разбирает Николай Левашов в своей книге «Неоднородная Вселенная».