Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


“€готение и пространствоЧврем€


 

ѕрежде чем можно будет что-либо сказать о теории т€готени€ Ёйнштейна, необходимо сделать несколько очень кратких замечаний относительно четырехмерной неевклидовой геометрии. √ерман ћинковский, польский математик, дал теории относительности из€щную интерпретацию в терминах четырехмерного пространства Ч времени. ћногие идеи этой главы в такой же мере принадлежат ћинковскому, как и Ёйнштейну.

–ассмотрим геометрическую точку. ќна не имеет размера. ѕри движении вдоль пр€мой она порождает линию, имеющую одно измерение. Ѕудем двигать пр€мую под пр€мым углом к ней самой, и она создаст плоскость, имеющую два измерени€. ≈сли двигать плоскость под пр€мым углом к ней самой, то она образует трехмерное пространство. » это тот предел, до которого мы можем дойти в своем воображении.


 

Ќо математик представл€ет себе (не в том смысле, что он создает в своем воображении какую-то картину, а в том смысле, что он разрабатывает математический аппарат) движение трехмерного пространства в направлении, перпендикул€рном всем его трем измерени€м. Ёто порождает четырехмерное евклидово пространство. Ќет никакой необходимости останавливатьс€ на четырех. ћы можем переходить к пространствам п€ти, шести, семи или более измерений. ¬се эти пространства евклидовы. ќни представл€ют собой развитие евклидовой геометрии точно так же, как евклидова стереометри€ €вл€етс€ развитием евклидовой планиметрии.

≈вклидова геометри€ основана на нескольких аксиомах, одной из которых €вл€етс€ знаменита€ аксиома о параллельных пр€мых. ќна гласит, что на плоскости через данную точку, расположенную вне данной пр€мой, можно провести одну и только одну пр€мую, параллельную этой пр€мой.


 

√овор€т, что евклидова поверхность, на которой выполн€етс€ этот постулат, плоска€. ќна имеет нулевую кривизну и бесконечную площадь. Ќеевклидова геометри€ Ч это така€ геометри€, в которой аксиома о параллельных пр€мых заменена другой аксиомой. ѕри этом возможны два существенно различных случа€.

¬ первом случае, называемом эллиптической геометрией, говоритс€, что на поверхности через данную точку, расположенную вне заданной линии, не может быть проведено ни одной параллельной ей линии. ѕоверхность сферы представл€ет собой грубую, неточную модель неевклидовой поверхности такого типа. ЂЌаиболее пр€мойї линией на сфере €вл€етс€ большой круг (круг с диаметром, равным диаметру сферы). ¬се большие круги пересекаютс€ друг с другом, и поэтому невозможно, чтобы два больших круга были параллельны. √овор€т, что неевклидова поверхность этого типа имеет положительную кривизну. “ака€ кривизна приводит к тому, что поверхность замыкаетс€ сама на себ€. ќна имеет конечную, а не бесконечную площадь.


 

Ќеевклидова геометри€ другого типа, называема€ гиперболической, Ч это геометри€, в которой евклидов постулат о параллельных пр€мых заменен постулатом, глас€щим, что на поверхности через точку, расположенную вне данной линии, проходит бесконечное множество параллельных ей линий. √рубой моделью части поверхности такого типа €вл€етс€ седловидна€ поверхность. √овор€т, что така€ поверхность имеет отрицательную кривизну. ќна не замыкаетс€ сама на себ€. ѕодобно евклидовой плоскости, она т€нетс€ до бесконечности во всех направлени€х.


 

» эллиптическа€, и гиперболическа€ геометрии представл€ют собой геометрии поверхностей посто€нной кривизны. Ёто означает, что кривизна везде одна и та же, объекты не претерпевают искажений при переходе из одной точки в другую. Ќеевклидова геометри€ более общего типа, обычно называема€ римановой геометрией, это така€ геометри€, в которой кривизна может мен€тьс€ от точки к точке любым заданным образом.


 

“очно так же, как имеютс€ евклидовы геометрии пространств 2, 3, 4, 5, 6, 7Е. измерений, существуют неевклидовы геометрии 2, 3, 4, 5, 6, 7Е. измерений.

ѕри разработке общей теории относительности Ёйнштейн счел необходимым использовать четырехмерную риманову геометрию. ќднако вместо четвертого пространственного измерени€ Ёйнштейн выбрал в качестве четвертого измерени€ врем€. ¬ пон€тии четвертого измерени€ нет ничего таинственного или мистического. ѕросто это означает, что каждое событие, которое имеет место во ¬селенной, представл€ет собой событие, происход€щее в четырехмерном мире пространства Ч времени.

Ёто можно у€снить себе, рассмотрев следующее событие. ¬ы садитесь в автомобиль в 2 часа дн€ и едете из своего дома в ресторан, расположенный в 3 км к югу и в 4 км к востоку от вашего дома. Ќа двухмерной плоскости кратчайшее рассто€ние от вашего дома до ресторана есть гипотенуза пр€моугольного треугольника со сторонами 3 и 4 км. Ёта гипотенуза имеет длину 5 км.

Ќо вам требуетс€ также затратить какое-то врем€, скажем 10 мин, на поездку. Ётот промежуток времени может быть изображен на трехмерном графике. ќдна координата на этом графике есть рассто€ние к югу в километрах, друга€ Ч рассто€ние к востоку в километрах, а координата по вертикали Ч врем€ в минутах. Ќа трехмерном графике пространства Ч времени Ђинтервалї (пространственно-временной промежуток) между двум€ событи€ми (вашим отъездом из дому и прибытием к ресторану) изображен в виде пр€мой.


 

Ёта пр€ма€ лини€ не есть график реальной поездки. ѕросто она €вл€етс€ мерой пространственновременного рассто€ни€ между двум€ событи€ми.

√рафик поездки может быть сложной кривой, поскольку ваша машина ускор€етс€ в начале движени€, расположение улиц может сделать невозможной поездку к ресторану по пр€мой, где-то в пути вы остановитесь при красном свете, и, наконец, вы должны испытать отрицательное ускорение, когда останавливаете машину. —ложный волнистый график реальной поездки в теории относительности называетс€ Ђмировой линиейї поездки. ¬ рассмотренном случае это мирова€ лини€ в трехмерном пространстве Ч времени, или (как его иногда называют) в трехмерном пространстве ћинковского.


 

“ак как эта поездка на автомобиле происходила на плоскости, имеющей два измерени€, оказалось возможным добавить еще одно измерение Ч временное и изобразить ее в виде трехмерного графика.

 огда событи€ происход€т в трехмерном пространстве, невозможно нарисовать график в четырехмерном пространстве Ч времени, но математики умеют обращатьс€ с такими графиками, не рису€ их. ѕопытайтесь представить себе четырехмерного ученого, который умеет чертить четырехмерные графики с такой же легкостью, как обычный ученый чертит двух- и трехмерные графики. “ри координаты его графика соответствуют трем измерени€м нашего пространства. „етверта€ координата Ч это наше врем€. ≈сли космический корабль улетает с «емли и приземл€етс€ на ћарсе, наш воображаемый ученый изобразит мировую линию этого путешестви€ в виде кривой на своем четырехмерном графике. (Ћини€ будет кривой, так как корабль не может проделать такое путешествие без ускорений.) ѕространственно-временной Ђинтервалї между отлетом и приземлением будет изображатьс€ на этом графике пр€мой линией.

¬ теории относительности вс€кий предмет представл€ет собой четырехмерную структуру, движущуюс€ вдоль мировой линии в четырехмерном мире пространства Ч времени. ≈сли какой-либо предмет рассматриваетс€ поко€щимс€ по отношению к трем пространственным координатам, он все равно движетс€ во времени. ≈го мирова€ лини€ будет пр€мой, параллельной временной оси графика. ≈сли предмет совершает равномерное движение в пространстве, его мирова€ лини€ по-прежнему будет пр€мой, но теперь уже непараллельной оси времени. ≈сли предмет движетс€ неравномерно, его мирова€ лини€ становитс€ кривой.

“еперь мы можем рассмотреть Ћоренц-‘итцджеральдово сокращение специальной теории с новой точки зрени€: с точки зрени€ ћинковского, иначе говор€, с точки зрени€ нашего четырехмерного ученого.  ак мы видели, когда два космических корабл€ проход€т один мимо другого, наход€сь в состо€нии относительного движени€, наблюдатели на каждом из кораблей обнаруживают некоторые изменени€ формы другого корабл€, а также изменени€ скорости хода часов на другом корабле. Ёто происходит по той причине, что пространство и врем€ не €вл€ютс€ абсолютными величинами, не завис€щими друг от друга. ќни похожи, так сказать, на теневые проекции четырехмерных пространственно-временных предметов. ≈сли поставить книгу против источника света и проектировать ее тень на двухмерную стенку, то, поворачива€ книгу, можно измен€ть форму ее тени. ¬ одном положении тень книги представл€ет собой широкий пр€моугольник, в другом Ч узкий.  нига не мен€ет своей формы, мен€ютс€ только ее двухмерные тени.


 

ѕодобным образом наблюдатель видит четырехмерную структуру, скажем, космический корабль, в различных трехмерных проекци€х в зависимости от того, как он движетс€ по отношению к кораблю. ¬ некоторых случа€х проекци€ занимает больше пространства и меньше времени, в других случа€х наоборот. »зменени€, которые он наблюдает в пространственных и временных измерени€х другого корабл€, могут быть объ€снены своего рода Ђповоротомї корабл€ в пространстве Ч времени, привод€щим к изменению его теневых проекций на пространство и врем€. »менно это имел в виду ћинковский, когда (в 1908 г.) начал знаменитую лекцию на 80-м съезде германского общества натуралистов и физиков. Ёта лекци€ опубликована в книге Ђѕринцип относительностиї јльберта Ёйнштейна и др. Ќикака€ из попул€рных книг по теории относительности не будет полной без следующей цитаты из лекции ћинковского:

Ђ¬згл€ды на пространство и врем€, которые € хочу изложить перед вами, развивались на основе экспериментальной физики, и в этом их сила. ќни радикальны. ќтныне пространство само по себе и врем€ само по себе обратились в простые тени, и только какое-то единство их обоих сохранит независимую реальностьї.

ќтсюда следует пон€ть, что пространственно-временна€ структура, четырехмерна€ структура космического корабл€, остаетс€ такой же твердой и неизменной, как в классической физике. ¬ этом состоит существенное различие между отброшенной теорией сокращени€ Ћоренца и теорией сокращени€ Ёйнштейна. ƒл€ Ћоренца сокращение представл€ло собой реальное сокращение трехмерного предмета. ƒл€ Ёйнштейна Ђреальныйї предмет Ч это четырехмерный предмет, который никак не мен€етс€. ≈го трехмерна€ проекци€ на пространство и его одномерна€ проекци€ на врем€ могут измен€тьс€, но четырехмерный корабль в пространстве Ч времени остаетс€ неизменным.


 

Ёто другой пример того, как теори€ относительности вводит новые абсолюты. „етырехмерна€ форма твердого тела абсолютна и неизменна. ѕодобно этому, четырехмерный интервал между двум€ событи€ми в пространствеЧвремени есть абсолютный интервал. Ќаблюдатели, движущиес€ с большими скорост€ми в разных состо€ни€х относительного движени€, могут расходитьс€ во мнении о том, насколько удаленными друг от друга в пространстве представл€ютс€ им два событи€ и как они разделены во времени, но все наблюдатели независимо от их движени€, будут едины в том, насколько разделены эти два событи€ в пространстве Ч времени.

¬ классической физике тело, если на него не действует сила, движетс€ в пространстве вдоль пр€мой с посто€нной скоростью. Ќапример, планета двигалась бы по пр€мой, если бы ее не удерживала сила прит€жени€ к —олнцу. “аким образом. —олнце заставл€ет планету двигатьс€ по эллиптической орбите.

¬ теории относительности тело, пока на него не действуют силы, также движетс€ по пр€мой с посто€нной скоростью, но эта пр€ма€ должна рассматриватьс€ как лини€ в пространстве Ч времени, а не в пространстве. ¬се это справедливо даже при наличии т€готени€. ƒело в том, что т€готение, согласно Ёйнштейну, вовсе не €вл€етс€ силой! —олнце не Ђприт€гиваетї планеты. «емл€ не Ђприт€гиваетї вниз падающее €блоко. ѕросто большое материальное тело, такое, как —олнце, приводит к искривлению пространства Ч времени в окружающей его области.

„ем ближе к —олнцу, тем больше кривизна. »ными словами, структура пространства Ч времени в окрестности больших материальных тел становитс€ неевклидовой. ¬ этом неевклидовом пространстве тела продолжают выбирать возможные наиболее пр€мые пути, но то, что €вл€етс€ пр€мым в пространстве Ч времени, изображаетс€ кривой линией, когда проектируетс€ на пространство. Ќаш воображаемый ученый, если бы он изображал орбиту «емли на своем четырехмерном графике, представил бы ее в виде пр€мой линии. ћы, будучи трехмерными существами (точнее, существами, которые раздел€ют пространствоЧврем€ на трехмерное пространство и одномерное врем€), видим ее путь в пространстве в виде эллипса.


 

јвторы, пишущие о теории относительности, часто объ€сн€ют это следующим образом. ѕредставим себе плоский кусок резины, нат€нутый на пр€моугольную рамку. јпельсин, положенный на этот кусок, создает впадину. ћраморный шарик, помещенный вблизи апельсина, будет скатыватьс€ к нему. јпельсин не Ђприт€гиваетї шарик. ќн создает поле (впадину) такой структуры, что шарик, выбира€ путь наименьшего сопротивлени€, скатываетс€ к нему.


 

√рубо (очень грубо) подобным же образом пространство Ч врем€ искривл€етс€ в присутствии больших масс, таких, как —олнце. Ёто искривление и есть поле т€готени€. ѕланета, движуща€с€ вокруг —олнца, движетс€ по эллипсу не потому, что —олнце прит€гивает ее, а благодар€ особым свойствам пол€; в этом поле эллипс представл€ет собой наиболее пр€мой путь, по которому планета может двигатьс€ в пространстве Ч времени.

“акой путь называетс€ геодезической линией.


 

Ёто слово настолько важно в теории относительности, что его следует объ€снить более подробно. Ќа евклидовой плоскости, такой, как ровный лист бумаги, наиболее пр€ма€ лини€ между двум€ точками есть пр€ма€ лини€. ќна €вл€етс€ также кратчайшим рассто€нием. Ќа поверхности шара геодезическа€ лини€ между двум€ точками есть дуга большого круга. ≈сли нат€нуть веревку между этими точками, она отметит геодезическую линию. ѕоследн€€ также представл€ет собой наиболее пр€мое и кратчайшее рассто€ние между двум€ точками.

¬ четырехмерной евклидовой геометрии, где все измерени€ €вл€ютс€ пространственными измерени€ми, геодезическа€ лини€ также есть кратчайша€ и наиболее пр€ма€ лини€, соедин€юща€ две точки. Ќо в неевклидовой геометрии пространства Ч времени Ёйнштейна это все не так просто. »меетс€ три пространственных измерени€ и одно временное измерение, объединенные согласно уравнени€м теории относительности. Ёти уравнени€ таковы, что геодезическа€ лини€, хот€ она по-прежнему остаетс€ наиболее пр€мым путем в пространствеЧвремени, есть длиннейшее, а не кратчайшее рассто€ние.


 

Ёто пон€тие невозможно объ€снить, не прибега€ к сложному математическому аппарату, но последний дает следующий курьезный результат. “ело, движущеес€ под действием только т€готени€, всегда выбирает такой путь, на прохождение которого требуетс€ наибольшее врем€, если последнее измер€етс€ по его собственным часам. Ѕертран –ассел назвал это Ђзаконом космической лениї. яблоко падает по пр€мой вниз, ракета движетс€ по параболе. «емл€ движетс€ по эллипсу потому, что они Ђслишком ленивыї, чтобы выбрать другие пути.

»менно этот закон космической лени заставл€ет тела двигатьс€ в пространстве Ч времени так, что иногда это движение объ€сн€ют инерцией, а в других случа€х т€готением. ≈сли вы прив€жете веревку к €блоку и закрутите ее по кругу, веревка не даст €блоку двигатьс€ по пр€мой линии. ћы говорим, что инерци€ €блока нат€гивает веревку. ≈сли веревка разорветс€, €блоко полетит по пр€мой.


 

Ќечто подобное происходит, когда €блоко падает с дерева. ƒо того как оно упадет, ветка не дает ему двигатьс€ по четырехмерной пр€мой. яблоко на ветке покоитс€ (по отношению к «емле), но оно движетс€ во времени, так как непрерывно зреет. ≈сли бы не было пол€ т€готени€, это продвижение вдоль временной координаты изображалось бы пр€мой линией на четырехмерном графике. Ќо земное прит€жение искривл€ет пространство Ч врем€ в окрестност€х €блока. ¬следствие этого мирова€ лини€ €блока становитс€ кривой.  огда €блоко срываетс€ с ветки, оно продолжает двигатьс€ в пространстве Ч времени, но (будучи ленивым €блоком) теперь выпр€мл€ет свой путь и выбирает геодезическую линию. ћы видим эгу геодезическую линию как линию, по которой падает €блоко, и приписываем падение прит€жению. ќднако, если бы захотели, мы могли бы сказать, что инерци€ €блока, после того как оно внезапно было сброшено со своего искривленного пути, привела его на «емлю.

ƒопустим, что после того, как €блоко упало, мимо проходил мальчишка и поддал его босой ногой.

ќн вскрикнул от боли, так как ушиб пальцы. ѕоследователь Ќьютона сказал бы, что инерци€ €блока сопротивл€лась этому удару. ѕоследователь Ёйнштейна может сказать то же самое, но он может также сказать, если ему это больше нравитс€, что пальцы на ноге мальчишки заставили весь космос (включа€ и пальцы) ускор€тьс€ в обратном направлении, а это привело к созданию пол€ т€готени€, которое с большой силой прит€нуло €блоко к пальцам. ¬се это вопрос формулировки. ћатематически эта ситуаци€ описываетс€ одной системой пространственно-временных уравнений пол€, но о ней можно говорить (благодар€ принципу эквивалентности) на €зыке любой из двух ньютоновских формулировок (гравитаци€, инерци€).


 

’от€ теори€ относительности замен€ет т€готение геометрическим искривлением пространства Ч времени, она оставл€ет без ответа многие важные вопросы. ѕроисходит это искривление мгновенно во всем пространстве или распростран€етс€ подобно волнам? Ѕольшинство физиков считает, что искривление движетс€ подобно волне и это движение происходит со скоростью света. ¬ысказано даже предположение, что гравитационные волны состо€т из крошечных неделимых частиц, обладающих конечной энергией и называемых Ђгравитонамиї. ƒо сих пор, однако, ни один эксперимент не обнаружил ни волн, ни гравитонов.

–оберт ƒик, физик из ѕринстонского университета, считает, что т€готение постепенно становитс€ слабее и, возможно, в насто€щее врем€ оно на 13 процентов меньше, чем было четыре или п€ть миллиардов лет назад, когда образовалась «емл€. ≈сли это так, то «емл€, веро€тно, расшир€етс€ и ее поверхность трескаетс€ при этом процессе. —олнце также должно было бы расшир€тьс€. ƒва миллиарда лет назад оно должно было быть меньше, плотнее и гор€чее: этот факт мог бы объ€снить тропические услови€, которые господствовали на большей части «емли в ранние геологические эпохи. ¬се эти соображени€ в насто€щее врем€ €вл€ютс€ только догадками, но, может быть, скоро удастс€ поставить эксперимент по проверке теории ƒика.

“еори€ относительности дает новый способ рассмотрени€ и описани€ т€готени€, но оно по-прежнему остаетс€ таинственным, малопон€тным €влением.

Ќикто не знает, как оно св€зано и св€зано ли вообще с электромагнетизмом. Ёйнштейн и другие пытались разработать Ђтеорию единого пол€ї, котора€ объединила бы т€готение и электромагнетизм в одной системе математических уравнений. –езультаты оказались неутешительными. ћожет быть, какой-нибудь юный читатель этих строк, если он обладает творческим гением Ёйнштейна, когда-нибудь поймет, как сформулировать такую теорию.

Ѕыла ли подтверждена экспериментальными данными обща€ теори€ относительности? ƒа, хот€ и не так полно, как специальна€ теори€ относительности. ќдно подтверждение было получено при изучении орбиты ћеркури€ Ч ближайшей к —олнцу планеты. ќрбита ћеркури€ представл€ет собой эллипс, но сам эллипс медленно поворачиваетс€. — помощью уравнений т€готени€ Ќьютона можно объ€снить это, если учесть вли€ние других планет, но предсказываемое при этом вращение получаетс€ немного более медленным, чем наблюдаемое в действительности. ”равнени€ Ёйнштейна предсказывают вращение эллиптической орбиты планеты даже в отсутствие других планет; в случае ћеркури€ предсказанна€ орбита значительно ближе к действительной, чем орбита, предсказанна€ Ќьютоном. ќрбиты других планет гораздо более близки к круговым, поэтому этот эффект труднее наблюдать, но в последние годы были проведены измерени€ вращени€ орбит ¬енеры и «емли, которые наход€тс€ в хорошем согласии с уравнени€ми Ёйнштейна.

¬торое предсказание, сделанное Ёйнштейном, состо€ло в том, что в спектре —олнца должно наблюдатьс€ очень небольшое смещение в сторону красного кра€. —огласно уравнени€м общей теории сильные пол€ т€готени€ оказывают замедл€ющее действие на врем€. Ёто означает, что любой ритмический процесс, такой, как колебани€ атома или тикание часов, на —олнце будет идти с немного меньшей скоростью, чем на «емле. ¬ свою очередь это приведет к сдвигу спектра —олнца в сторону более длинных волн, что даст покраснение спектра. “акой сдвиг наблюдалс€, но он не €вл€етс€ очень сильным подтверждением, так как ему можно дать очень много других объ€снений.[4] Ѕела€ звезда Ч карлик, очень близка€ к —ириусу, известна€ как спутник —ириуса, обладает массой, достаточной дл€ того, чтобы создать красное смещение, в тридцать раз большее, чем —олнце. ќно также наблюдалось и €вл€етс€ более сильным подтверждением. ќднако самое сильное подтверждение действи€ т€готени€ на врем€ было получено недавно в лаборатории. ќ нем будет рассказано в конце гл. 8.

Ќаиболее сенсационна€ из всех проверок общей теории была проведена в 1919 г. во врем€ полного затмени€ —олнца. Ёйнштейн рассуждал следующим образом. ≈сли лифт в межзвездном пространстве идет вверх с увеличивающейс€ скоростью, то луч света, идущий внутри лифта от стены к стене, будет отклон€тьс€ вниз, двига€сь по параболическому пути. Ёто можно объ€снить инерцией, но согласно общей теории можно считать лифт неподвижной системой отсчета и рассматривать искривление луча как результат действи€ т€готени€.


 

“аким образом, т€готение может искривл€ть световые лучи. Ёто искривление слишком ничтожно, чтобы его можно было зарегистрировать с помощью какого-либо опыта, проводимого в лаборатории, но оно может быть измерено астрономами во врем€ полного затмени€ —олнца. ¬ результате того что солнечный свет задерживаетс€ Ћуной, звезды, расположенные вблизи кра€ —олнца, станов€тс€ видимыми. —вет от этих звезд проходит через самую сильную часть пол€ т€готени€ —олнца. Ћюбой сдвиг в видимых положени€х этих звезд указывал бы на то, что т€готение —олнца изгибает путь света. „ем больше сдвиг, тем больше изгиб.

—ледует помнить о следующем.  огда вы читаете об Ђискривленииї света в результате действи€ т€готени€ или инерции, вы должны иметь в виду, что это только трехмерный способ описани€ €влени€. ¬ пространстве путь света действительно искривл€етс€. Ќо в четырехмерном мире ћинковского пространства Ч времени свет, так же как и в классической физике, по-прежнему движетс€ вдоль геодезической линии. ќн выбирает возможный наиболее пр€мой путь. Ќаш воображаемый четырехмерный ученый на своей карте пространства Ч времени всегда изображал бы путь луча света пр€мой линией даже в том случае, если он проходит через сильные пол€ т€готени€.


 

Ёддингтон, английский астроном, возглавл€л экспедицию ученых, котора€ в 1919 г. прибыла в јфрику наблюдать полное затмение —олнца. √лавной целью этой экспедиции было провести точные измерени€ положений звезд, расположенных вблизи солнечного диска. ‘изика Ќьютона также предсказывала искривление света в поле т€готени€, но уравнени€ Ёйнштейна давали примерно вдвое большее отклонение. “аким образом, были возможны по крайней мере три различных результата опыта:

1. »зменений в положени€х звезд могло не произойти.

2. ќтклонение могло быть близко к тому, что предсказала физика Ќьютона.

3. ќтклонение могло быть близко к тому, что предсказал Ёйнштейн.

ѕервый результат ниспровергал бы как уравнени€ Ќьютона, так и уравнени€ общей теории относительности. ¬торой говорил бы в пользу Ќьютона и против Ёйнштейна. “ретий говорил бы против Ќьютона и в пользу Ёйнштейна. —огласно попул€рному в то врем€ анекдоту, два астронома из этой экспедиции обсуждали все три возможности.

Ђј что, Ч сказал один из них, Ч если мы получим отклонение, вдвое большее предсказанного Ёйнштейном?ї

Ђ“огда, Ч сказал другой, Ч Ёддингтон сойдет с умаї.

  счастью, отклонение оказалось близко к предсказанию Ёйнштейна. Ўирока€ реклама, созданна€ вокруг экспедиции Ёддингтона, впервые привлекла внимание широкой публики к общей теории относительности. —егодн€ астрономы скептически относ€тс€ к этому подтверждению. “рудности при проведении точных измерений положений звезд во врем€ затмени€ оказались значительно большими, чем предполагал Ёддингтон. –езультаты, полученные во врем€ различных затмений, наблюдавшихс€ после 1919 г., были несколько отличными. Ќа конференции  оролевского общества в Ћондоне в феврале 1962 г. группа ученых обсудила этот вопрос. ќни пришли к заключению, что так как трудности очень велики, то наблюдающим затмени€ не стоит больше пытатьс€ проводить такие измерени€.

Ќесмотр€ на то что имеютс€ опыты (все-таки их немного), подтверждающие общую теорию относительности, и огромное число опытов, еще не проводившихс€ и даже не обсуждавшихс€, которые могли бы подтвердить ее еще лучше, возможны эксперименты, которые могли бы сильно дискредитировать эту теорию. √еоргий √амов, хорошо известный физик из  олорадского университета, описал один такой эксперимент, в котором участвуют античастицы.

 ак мы уже говорили, последние представл€ют собой элементарные частицы, во всем подобные частицам обычной материи, но имеющие противоположный электрический зар€д. Ќекоторые ученые считают, что античастицы могут иметь отрицательную массу. ≈сли это так, люба€ действующа€ на них сила будет ускор€ть их в отрицательном направлении.

јнти€блоко, сделанное из антиматерии, улетело бы в небеса, вместо того чтобы упасть на нос Ќьютону.


 

»меют античастицы отрицательную массу или нет, пока не установлено, но если это так, теори€ относительности окажетс€ перед серьезными затруднени€ми.

„тобы пон€ть, почему должны по€витьс€ трудности, представим себе космический корабль, поко€щийс€ по отношению к звездам. ¬ центре одного из его отсеков плавает одно анти€блоко с отрицательной массой.  орабль начинает двигатьс€ в направлении к потолку с ускорением в одно g (g Ч это ускорение, с которым тела падают на «емлю, равное примерно 9,8 м/сек за 1 сек. ѕоследнее означает, что каждую секунду скорость увеличиваетс€ на 9,8 м/сек).

„то произойдет с €блоком?

— точки зрени€ наблюдател€ вне корабл€, св€занного с инерциальной системой космоса, €блоко по отношению к звездам должно остатьс€ на том же самом месте, где оно было. Ќа него не действует никака€ сила.  орабль не прикасаетс€ к €блоку, он мог бы вообще находитьс€ очень далеко от него.

—ледовательно, пол отсека будет двигатьс€ вверх до тех пор, пока не ударитс€ в €блоко. (¬ этом мысленном эксперименте мы не беспокоимс€ о том, что случитс€, когда пол ударитс€ об €блоко.)

—итуаци€ полностью изменитс€, если прин€ть корабль в качестве неподвижной системы отсчета.


 

“еперь наблюдатель должен предположить наличие пол€ т€готени€, действующего внутри корабл€. Ёто поле пошлет €блоко к потолку с ускорением (по отношению к звездам) два g. ќсновной принцип относительности нарушаетс€. ƒве системы отсчета не взаимозамен€емы.

»ными словами, пон€тие отрицательной массы нелегко примирить с общей теорией относительности, тогда как ньютоновский подход к инерции свободно его допускает.  лассическа€ физика попросту принимает первую точку зрени€.  орабль находитс€ в абсолютном движении относительно эфира. яблоко остаетс€ в абсолютном покое. Ќе по€вл€етс€ никаких полей т€готени€, которые запутали бы эту картину.

ќткрытие отрицательной массы и сопровождающего ее эффекта антигравитации, заключает √амов, Ђзаставило бы нас выбирать между законом инерции Ќьютона и принципом эквивалентности Ёйнштейна. јвтор гор€чо надеетс€, что этого никогда не будетї.



<== предыдуща€ лекци€ | следующа€ лекци€ ==>
ќбща€ теори€ относительности | ѕринцип ћаха. ѕринцип эквивалентности Ёйнштейна гласит, что силовое поле, возникающее тогда, когда телу сообщаетс€ ускорение или вращение, в зависимости от выбора системы
ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-07; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1058 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћогика может привести ¬ас от пункта ј к пункту Ѕ, а воображение Ч куда угодно © јльберт Ёйнштейн
==> читать все изречени€...

1912 - | 1882 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.063 с.