В рамках классической физики гравитационное экранирование, то есть зависимость гравитации от среды, не запрещено. Некоторые ученые считают, что наличие экранирования гравитации является более естественным, чем его отсутствие.
Мы знаем, что такие силы как электрические и магнитные, слабые и сильные взаимодействия связаны с наличием и свойствами среды, следовательно, экранируются.
Постоянная экранирования гравитации
В настоящее время делаются попытки провести измерения постоянной экранирования гравитации ($N$). Данные эксперименты на настоящее время позволили установить только ее верхнюю границу.
В условиях нашей планеты величину $N$ определяют как разницу между притяжением к видимому Солнцу, и гравитационным взаимодействием через земную толщу ночью или при солнечном затмении.
- В 1920 году Майорана экспериментально обнаружил экранирование гравитации с коэффициентом поглощения $6,7\bullet 10^{-13} \frac{м^2}{кг}$.
- Рассел в 1921 году критически проанализировал результат Майорана и заключил, что если отсутствует асимметрия дневных и ночных отклонений в приливных изменениях сил тяжести, то $N$
- В 2000 году Таймазов заметил, что оценка Рассел имеет в виду изменение гравитационной массы и постоянство инертной массы. Если изменяются обе массы, то оценка Рассел неверна.
- Некоторые другие, более поздние эксперименты дали $N$
В соответствии с исследованиями Рассела у однородного шара, имеющего радиус $r$ и плотность $\rho$ при $Nr\rho\ll 1$ отношение гравитационной массы ($m_g$) к инертной массе $m_i$, равно:
$\eta = \frac{m_g}{m_i}=1-\frac{3}{4}N r\rho (1).$
Для Луны $\eta$ больше, чем для Земли. Получается, что Солнце притягивает Луну сильнее, чем Землю, это означает, что наша планета больше, чем Луна, и Земля менее прозрачна для гравитационного взаимодействия. Вследствие этого орбита Луны имеет смещение в сторону Солнца. Методом проверки принципа эквивалентности и экранирования в астрономии является измерение данного смещения.
При выполнении принципа эквивалентности наблюдения Луны не обнаруживают экранирования.
Современные измерения показали, что $N$
Формула (1) показывает, что эффективность экранирования увеличивается при сжимании тела (с уменьшением $r$).
Гравитационная масса сильно уменьшается, если $N r \rho \geq 1$. Это означает, что при любом $N>0$ экранирование много уменьшает гравитационную массу, при малом размере тела:
$r\leq \sqrt {\frac{N m}{4}}(2),$
где $m$ - масса «материальная» масса тела, то есть начальная гравитационная масса тела до его сжатия, при несущественном экранировании. Так, при бесконечно малом $N>0$ экранирование должно возникать в процессах образования большой черной дыры. Предполагается, что процесс неограниченного сжатия ядра черной дыры прекращается из-за экранирования гравитации. Следовательно, гравитационная масса большой черной дыры меньше, чем ее же масса до сжатия. Получается, что с возникновением черной дыры гравитационная масса Вселенной убывает.
В обычных условиях экранирование гравитации неизмеримо мало. Но в ядрах черных дыр плотности и массы на множество порядков больше и достигает величин, при которых идет объединение взаимодействий. В ядре черной дыры экранирование не просто является значимым, но и является определяющим. При этом наблюдатель «видит» гравитационно исключительно тонкий слой поверхности ядра черной дыры. При этом взаимодействие притяжением наблюдателя и масс, ядра черной дыры за этим слоем, является несущественным в результате гравитационного экранирования. Аналогией можно считать наблюдаемый нами видимый свет, который исходит от тонкого слоя поверхности с одной стороны Солнца, при этом излучение внутренних слоев поглощается слоями, которые находятся выше.
Гравитационное экранирование и квантовая теория гравитации
Стандартная модель элементарных частиц объединила электромагнитное и слабое взаимодействия.
Теория Великого объединения призвана соединить электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.
Суперобъединение должно к взаимодействиям Великого объединения добавить гравитационное взаимодействие.
Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия происходит при энергиях, больших 100 ГэВ. В соответствии с формулой де-Бройля это отвечает расстояниям между частицами менее $10^{-17}$ м. К данному объединению добавляется сильное взаимодействие, происходит это при энергиях больших $10^{16}$ ГэВ. Расстояния между частицами при этом менее, чем $10^{-31}$ м.
Теория квантовой гравитации утверждает, что гравитация переносится квантами поля гравитации (по аналогии с другими полями). При огромных энергиях (более $10^{19}$ГэВ) и малых расстояниях между частицами менее $10^{-34}$ м, все взаимодействия должны быть объединены и едиными законами. Из сказанного выше получается, что гравитационные взаимодействия зависят от среды, то есть должны поглощаться (экранироваться), как и все остальные.
Наше представление о гравитационном взаимодействии, как о проникающем всюду, вызвано тем, что гравитация кране слабо экранируется при обычных условиях. Однако в условиях больших плотностей в ядрах больших черных дыр экранирование гравитации обладает принципиальным значением. Именно гравитационное экранирование является определяющим в формировании структуры и процессов в ядре дыры.
Теории квантовой гравитации, Суперобъединения и уменьшения массы Вселенной являются дополняющими и поддерживающими друг друга. Экспериментальное выявление гравитационного экранирования станет существенным доводом истинности квантовой теории гравитации и Суперобъединения. Найденное точное значение коэффициента экранирования, которое будет проверено опытным путем, станет значимым критерием м параметром для названных выше теорий.
