Гравитационное линзирование в теории всепроникающей среды отталкивания⁠⁠

Гравитационное линзирование в теории всепроникающей среды отталкивания

Представьте себе невидимое море — всепроникающую гравитационную среду, заполняющую всё пространство. Она постоянно рождается каждой частицей вещества и расходится во все стороны, создавая в масштабах Вселенной однородный фон. В этой среде распространяется свет. Вдали от массивных тел он движется с привычной скоростью, но вблизи них свойства среды меняются, и свет начинает вести себя совсем как луч в неоднородном стекле.

Как массивное тело становится линзой

Каждая частица внутри звезды или другого массивного объекта вносит свой вклад в возбуждение гравитационной среды. Чем ближе к телу, тем интенсивнее эти возбуждения, и тем «плотнее» в оптическом смысле становится среда. Свет состоит из фотонов, но при распространении в такой среде он подчиняется волновым законам, и его скорость зависит от локальной плотности. Получается, что вокруг массивного тела образуется область с плавно растущим к центру показателем преломления: чем ближе к источнику тяготения, тем медленнее движется свет.

Когда луч пролетает мимо такого тела, часть волны, обращённая к нему, притормаживается сильнее, чем внешняя. Это вызывает искривление фронта волны и поворот траектории — точно так же, как свет загибается при прохождении через слои воздуха разной температуры. Луч отклоняется в сторону массы, но при этом само пространство остаётся совершенно плоским и неизменным.

Отклонение лучей вблизи очень компактных объектов (чёрных дыр)

В этой теории понятие «чёрная дыра» переосмысливается. Это не область с геометрическим горизонтом событий, а сверхплотное тело — сгусток вещества, в котором огромная масса упакована в чрезвычайно малый объём. Вблизи такого тела напряжённость гравитационной среды, а значит и показатель преломления, взмывают до колоссальных значений. Свет может замедляться почти до нуля, а лучи, проходящие достаточно близко, загибаются вокруг тела, совершая частичный или даже несколько полных оборотов, прежде чем уйти в космос. Возможны замкнутые круговые орбиты для света — так называемые фотонные кольца.

Поскольку горизонт событий отсутствует, поверхность такого тела — это обычная материальная граница в евклидовом пространстве. Излучение, испущенное с неё, не запирается навечно, но испытывает сильнейшее красное смещение, теряя энергию при подъёме в чудовищно плотной среде. Поэтому наблюдатель видит такой объект не абсолютно чёрным, а чрезвычайно тусклым, а его излучение смещено в радиодиапазон.

Что видит астроном

Галактика или скопление галактик, случайно оказавшееся на луче зрения между далёким источником и Землёй, работает как описанная выше линза. В зависимости от геометрии и распределения массы мы наблюдаем:

· Множественные изображения одного и того же квазара или звезды — свет обходит линзу с разных сторон и приходит к нам несколькими путями.

· Дуги и кольца Эйнштейна — если источник строго позади компактной линзы, его свет загибается равномерно со всех сторон и мы видим замкнутое кольцо.

· Усиление яркости — линза, собирая свет с большей площади, делает изображения гораздо ярче, чем они были бы без неё.

Всё это — чисто оптические эффекты преломления в неоднородной гравитационной среде, не требующие искривлённого пространства.

---

Формулы гравитационного линзирования

(Все величины записаны буквами, а специальные символы заменены словами или пояснениями)

Показатель преломления вблизи массы M

На расстоянии r от центра сферического тела массы M показатель преломления гравитационной среды составляет:

n(r) = 1 + (2 * G * M) / (c^2 * r)

Здесь G — постоянная тяготения, c — скорость света в пустоте вдали от масс. Для больших r значение n стремится к единице, то есть среда становится фоновой.

Угол отклонения луча

Луч света, проходящий на минимальном расстоянии b (прицельный параметр) от центра массы M, испытывает суммарный поворот на угол альфа:

альфа = (4 * G * M) / (c^2 * b)

Эта величина даётся в радианах. Она в точности повторяет результат, известный из общей теории относительности для слабых полей, и подтверждается наблюдениями.

Кольцо Эйнштейна

Когда точечная масса лежит строго на одной линии между наблюдателем и источником, изображение растягивается в кольцо с угловым радиусом тета с индексом E:

тета_E = корень квадратный из [ (4 * G * M) / c^2 * D_ls / ( D_l * D_s ) ]

Где:

· D_l — расстояние от наблюдателя до линзы,

· D_s — расстояние от наблюдателя до источника,

· D_ls — расстояние от линзы до источника.

Все расстояния — обычные линейные дистанции в евклидовом пространстве.

Уравнение линзы для произвольного расположения

Если источник смещён на малый угол бета от оси «наблюдатель-линза», то угловое положение изображения тета связано с ним уравнением:

бета = тета — ( тета_E^2 ) / тета

Решая его, мы находим, что при бета не равном нулю появляются два изображения с разным усилением.

Коэффициент усиления

Яркость каждого изображения возрастает в A раз по сравнению с тем, что мы видели бы без линзы. Для усиления используется формула:

A = | ( тета / бета ) * d(тета) / d(бета) |

где d(тета)/d(бета) обозначает малое изменение теты при малом изменении беты (производную). Суммарное усиление двух изображений всегда больше единицы, что и фиксируется как рост блеска при микролинзировании.

---

Таково простое и наглядное объяснение гравитационного линзирования, исходящее из представлений о материальной гравитационной среде и отталкивающей природе поля.