Андрей Гришаев - Этот «цифровой» физический мир
Так вот, результирующие уклонения в большинстве случаев оказались гораздо меньше тех, которые ожидались из-за действия горных массивов. Во многих учебниках по гравиметрии (см., например, [Ц1,Ш1]) упоминаются измерения, которые в середине 19-го века провели англичане южнее Гималаев. Там ожидались рекордные уклонения, ведь с севера находился самый мощный горный массив Земли, а с юга – Индийский океан. Но обнаруженные уклонения оказались почти нулевыми. Аналогичное поведение отвеса обнаруживается и вблизи морской береговой линии – вопреки ожиданиям того, что суша, более плотная, чем морская вода, будет притягивать отвес сильнее. Для объяснения подобных чудес учёные приняли гипотезу об изостазии. Согласно этой гипотезе, действие неоднородностей поверхностных масс скомпенсировано действием неоднородностей противоположного знака, находящихся на некоторой глубине. Т.е., под поверхностными плотными породами должны находиться рыхлые, и наоборот. Причём, эти верхние и нижние неоднородности должны, совместными усилиями, повсеместно обнулять действие на отвес – как будто никаких неоднородностей нет вовсе.
Знаете, когда читатели наших статей доходили до мест про изостазию, то они, не веря возможности такого лепета в современной науке, кидались, например, в Википедию – и убеждались, что всё так и есть. И – как они выражались – «от хохота падали пацтул». Ну, действительно: чем глубже океан, тем мощнее плотные компенсирующие залежи под его дном. А чем выше горы, тем на всё более рыхлом фундаменте они красуются. Причём, всё – тютелька в тютельку! Даже детям смешно! Но дети ещё не знают, что концепция изостазии прямо противоречит реалиям динамики земной коры [М1] – а то они смеялись бы ещё громче.
Заметим, что уклонения отвеса свидетельствуют о горизонтальных компонентах местного вектора силы тяжести. Вертикальная же его компонента определяется с помощью гравиметров. С гравиметрами творятся те же самые чудеса, что и с отвесами. Но измерений с гравиметрами – очень много. Поэтому, чтобы народ не смешить, специалисты нагромоздили терминологические и методологические дебри, сквозь которые трудно продраться непосвящённому.
Если публиковать прямые результаты гравиметрических измерений, то было бы слишком очевидно, что они не зависят от поверхностных неоднородностей масс. Поэтому прямые результаты пересчитывают, внося специальные поправки. Первая поправка, «за свободный воздух», или «за высоту», отражает нахождение пункта измерений на высоте, не совпадающей с уровнем моря (вблизи поверхности Земли эта поправка составляет около 0.3 мГал/м; 1 Гал = 1 см/с2). Вторая поправка отражает действие поверхностных неоднородностей масс. Сумму этих поправок называют поправкой Буге. Разность между измеренным и теоретическим значениями силы тяжести называют аномалией: без учёта второй поправки эта разность называется аномалией в свободном воздухе, а с учётом обеих – аномалией Буге. Теперь процитируем [Ш1]:
«…пределы изменений аномалий в свободном воздухе должны быть от –350 мГал (для океана глубиной 5 км) до +450 мГал (для плоскогорья высотой 4 км). Аномалии Буге должны равняться нулю.
Однако оказалось, что результаты наблюдений противоречат этой теоретической зависимости. Аномалии в свободном воздухе почти не выходят за пределы ±50 мГал, а огромное большинство аномалий вообще близко к нулю. В то же время аномалии Буге в горных районах оказываются, как правило, отрицательными и довольно значительными по величине. Так, в западном Тибете, Памире, Куэнь-Луне аномалии Буге колеблются в пределах от –250 мГал до –550 мГал, в Мексиканском нагорье достигают –200 мГал, в Альпах –150 мГал. Напротив, в Атлантическом и Тихом океанах они имеют положительные значения от 300 до 400 мГал. »
«…длинные полосы отрицательных аномалий… прослеживаются вдоль западного берега Южной и Центральной Америки, вдоль Алеутской островной дуги,… вдоль внешнего края дуги Суматра-Ява, вдоль Пуэрто-Рико, по дуге Южных Сандвичевых островов… Всюду эти аномалии или совпадают с глубоководными желобами, или идут по их краю».
Таким образом, имеет место чёткая закономерность: если при гравиметрической съёмке не вводить поправок на влияние поверхностных масс, а использовать только поправку «за свободный воздух», то аномалии силы тяжести везде становятся близкими к нулю. Но считается, что поверхностные массы не могут не оказывать влияния на гравиметр, поэтому вычисляются и вносятся поправки, которые и дают аномалии, равные по величине этим поправкам. А затем, чтобы обнулить аномалии и привести теоретические значения в согласие с измеренными, применяют всё ту же остроумную гипотезу об изостазии.
Думаете, не может быть такого плачевного состояния дел в науке? Может, может. А вот чего не может быть – так это изостатической компенсации. И по очень простой причине. Вот, пусть под поверхностью грунта находится локальное включение с повышенной плотностью, а под ним – компенсирующее включение с пониженной плотностью. Заметим, что если сила тяжести над этими включениями равна силе тяжести над участком с нормальной плотностью, то в стороне от этих включений компенсация уже не имеет места: изостатический диполь «притягивает» иначе, чем аналогичный участок с нормальной плотностью, что должно вызвать соответствующее уклонение отвеса. При заданном неоднородном распределении поверхностных масс, никаким распределением компенсирующих масс нельзя добиться сразу и нулевых уклонений отвеса, и нулевых аномалий силы тяжести: изостазия для отвесов и изостазия для гравиметров - несовместимы. На практике же повсеместно нулевые уклонения отвеса наблюдаются вместе с нулевыми аномалиями силы тяжести (если не вводить излишних поправок). Т.е. практика с полной очевидностью показывает: гравиметрические инструменты не реагируют на распределение масс. А почему? Наука до сих пор не выработала ответа на этот вопрос. А мы отвечаем: потому что массы не обладают притягивающим действием.
И не только для поверхностных масс Земли справедлив этот вывод – гравиметрия позволяет обобщить его на всё вещество Земли. Это возможно с помощью измерений под поверхностью геоида, проводимых в шахтах или на борту погрузившегося под воду батискафа. Смотрите: согласно закону всемирного тяготения, земная сила тяжести в приближении, когда Земля считается однородным невращающимся шаром, максимальна на поверхности этого шара. Ведь, при подъёме над поверхностью, ускорение свободного падения уменьшается согласно выражению GMЗ/r2, где G - гравитационная постоянная, MЗ - масса Земли, r - расстояние до её центра. А, при погружении под поверхность, ускорение свободного падения уменьшается из-за того, что уменьшается «притягивающая» масса, поскольку равно нулю суммарное действие масс в поверхностном шаровом слое с толщиной, равной глубине погружения. При этом ускорение свободного падения линейно зависит от расстояния до центра Земли: GMЗr/R3, где R - радиус Земли. Таким образом, в названном приближении, на поверхности Земли имел бы место излом (а также смена знака!) зависимости ускорения свободного падения от расстояния до центра Земли. Если же, как мы утверждаем, тяготение порождается не массами, и геометрия частотных склонов (1.6) задана независимо от распределения масс, то и у зависимости ускорения свободного падения от высоты нет излома на поверхности Земли – функция ~1/r2 сохраняет свой вид при заглублении под поверхность. Именно это и показывают «сырые», нескорректированные данные измерений. Чтобы не афишировать эти убийственные для закона всемирного тяготения факты, авторы публикаций о тяготении в шахтах придерживаются следующих правил:
1) приводить данные лишь для уровней ниже поверхности, но не выше – чтобы не бросалось в глаза отсутствие «излома»;
2) не уточнять – увеличивается или уменьшается сила тяжести при погружении под поверхность;
3) не приводить «сырых» данных: приводить только данные, которые скорректированы хотя бы на действие поверхностных масс (а эти коррекции являются произволом: они зависят от принятой модели распределения поверхностных масс).
При таких делах, почему же мы уверены в том, что в шахтах подтверждается не закон всемирного тяготения, а наша модель? Да повезло, знаете. Авторы статьи [С6], проводившие измерения в шахтах Квинсленда (Австралия), опубликовали-таки «сырые» данные (Табл.1, колонка 3). Причём, чётко указали, что представлены значения, измеренные на глубине, минус значение, измеренное на поверхности – откуда сразу ясно, что ускорение свободного падения увеличивается при погружении, а не уменьшается, как требует закон всемирного тяготения. Более того! Обратите внимание: согласно этому закону, модуль производной у высотной зависимости ускорения свободного падения при подходе к точке излома сверху, 2GMЗ/R3, в два раза больше чем при подходе к точке излома снизу, GMЗ/R3. При задействованном перепаде глубин Δh=948.16 м [С6], расчётная величина приращения ускорения свободного падения 2GMЗΔh/R3, т.е. при надповерхностном значении производной, составляет ≈2.96·10-3 м/с2. Сравните с ней измеренное значение для названного перепада глубин: 2.9274·10-3 м/с2 [С6]. Совершенно очевидно: при переходе через поверхность Земли сверху вниз, не имеет место не только смена знака, но и двукратное уменьшение модуля производной у высотной зависимости ускорения свободного падения. Такое возможно, если всё вещество Земли не обладает притягивающим действием! Мы обнаруживаем здесь, прямо скажем, глобальный прокол закона всемирного тяготения – наша же модель подтверждается и качественно, и количественно.
