Специальная теория относительности А.Эйнштейна. Суть теории относительности эйнштейна
Мы живем в центре Вселенной: сюрпризы теории относительности Эйнштейна
Теория относительности Альберта Эйнштейна расширила горизонты мировосприятия его современников и до сих пор, даже спустя целый век, не перестает удивлять его последователей.
Что такое теория относительности?
Созданная гениальным ученым Альбертом Эйнштейном система пространства-времени, объединяющая физические процессы и описывающая универсальные физические законы для них, называется теорией относительности.
Существует два вида теории относительности: специальная (частная) и общая. Специальная теория относительности (СТО) базируется на классической механике Исаака Ньютона, но расширяет ее пространственно-временные горизонты. СТО основывается на зависимости процессов от скорости и пренебрегает сильными гравитационными полями. Скорости тел и физических процессов, рассматриваемые ею, могут достигать скорости света.
Общая теория относительности включает в себя обобщение классической механики и СТО для «вселенной». Это пространственно-временная концепция для сильных гравитационных полей. Основным постулатом является то, что гравитация в пространстве вселенной обусловлена не силовым взаимодействием тел и гравитационных полей, а изменением (деформацией) самого пространства.
Последствия общей теории относительности
Следствием теории относительности Эйнштейна стал массивный скачок вперед в физике, механике, астрофизике, космологии и других научных направлениях. Идеи о расширении вселенной, черные дыры, нейтронные звезды, гравитационные волны и другие открытия были сделаны благодаря тому, что общая теория относительности открыла совершенно новый взгляд на физическое устройство вселенной.
Несмотря на несовершенство системы, созданной Эйнштейном, и ее конфликт с квантовой механикой, сегодня общая теория относительности является базовой и общепринятой основой физики.
Как воспринимается теория относительности?
Годы работы над ОТО истощили Эйнштейна, однако, несмотря на болезни и усталость, ученый называл их самыми успешными. Он словно увидел картину мира целиком и попытался объяснить его сложное устройство. Это видение и «ощущение» относительности ускользает от большинства современных ученых. Все дело в том, что теория относительности воспринимается физиками как концепция гравитационных полей – многие люди, которые всю жизнь изучают СТО и ОТО, видят теоретические постулаты и серию уравнений, но ТО со всем своим потенциалом и глубиной уходит далеко за пределы того, что можно описать словами и формулами.
Как следует воспринимать ТО?
Теория относительности больше похожа на сложный ландшафт, в котором значение имеет все – от структуры почвы до состава воздуха, от самой глубокой океанской впадины до высочайшей горной вершины – это сосредоточение массы концепций, описывающих всевозможные процессы пространственно-временного континуума. Эйнштейн создал единую концепцию, в которой реальность представляется сложной системой, где все взаимосвязано. Попытки изучить и описать этот самый ландшафт одновременно воодушевили и истощили великого ученого, однако по сей день теория относительности Эйнштейна полна нераскрытых тайн и неисследованных возможностей.
Мы – центр вселенной!
Такое восприятие ОТО помогает ученым по-новому взглянуть на вселенную. Эйнштейн был убежден в том, что космическое пространство – это не пустые декорации для физических, космических, гравитационных и других процессов. Из постулата ученого о том, что пространство-время является четырехмерным, объемным, динамичным и обладает собственными физическими атрибутами последовало открытие взаимоотношений между пространством и массой, открытие антигравитации или темной энергии и значение материи для физических процессов.
Уже было упомянуто расширение вселенной, но что же именно это означает? В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что все видимые галактики находятся в движении, и это движение невозможно объяснить теорией Большого Взрыва. По словам Эйнштейна – космическое пространство динамично и само по себе движется, расширяясь и тем самым приводя в движение галактики, включая и нашу.
Эта идея кажется слишком сложной и невероятной, но стоит только попробовать примириться с ней, открывается совершенно другая, логичная картина функционирования и развития Вселенной. Согласно этой идее, Большой Взрыв не был взрывом материи в пространстве, а оказался взрывом самого пространства, которое до сих пор продолжает расширяться во все стороны. Именно потому, что движение пространства направлено (предположительно равномерно) во все стороны, любое место может считаться центром вселенной. Представьте себе – вы сейчас, в этот самый момент являетесь центром нашей вселенной!
Научное значение теории относительности
ТО помогла ученым сконструировать модель Большого Взрыва, модель происхождения элементов, образования галактик и эволюционного процесса от создания вселенной до настоящего времени. И все это только небольшая часть потенциала ОТО. Сегодня активно изучается темная энергия – сила, которая «раздвигает» пространство и которую Эйнштейн называл силой антигравитации. Исследование темной энергии проводится путем наблюдения за движением трехсот миллионов галактик; гравитационные поля притягивают их друг к другу, образуя скопления, а темная энергия, наоборот, рассеивает их.
Гравитационные волны – еще одно наследие идей Эйнштейна, которое ученые сегодня активно изучают. Существует теория, что гравитационные волны незаметно «растягивают» все объекты, через которые они проходят. К концу нынешнего десятилетия ученые надеются получить гравитационные сигналы таких уникальных космических событий, как столкновения черных дыр.
Черные дыры являются, пожалуй, самым широко известным последствием теории относительности. Это область, где космическое пространство «сворачивается» и под силой гравитации притягивает к себе материю. Интересно, что сам Эйнштейн категорически отказывался признавать существование черных дыр. Это можно объяснить тем, что теория относительности стала настолько огромным прыжком вперед, что даже самому Эйнштейну не хватило одной жизни, чтобы полностью осознать весь ее потенциал.
fb.ru
Ложь теории относительности Эйнштейна ?
Теорию относительности Эйнштейна поставили под сомнение
Ученые не исключают открытие параллельных миров
В науке грядет революция - поставлена под сомнение теория относительности известного физика Альберта Эйнштейна, пишет New Scientist.
Команда австралийских ученых во главе с астрофизиком Джоном Веббом, изучив процесс прохождения света удаленных галактик через образованные соединениями металлов космические облака, пришла к выводу, что число альфа не является константой, как это считалось в современной науке.
По мнению исследователей, это число может меняться в зависимости от того, с какой точки пространства осуществляется его вычисления.
Если будет окончательно доказано, что альфа не постоянная, а переменная величина, современная наука лишится еще одного положения, которое казалось незыблемым, - симметрии Лоренца. Этот закон лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна и постулата о неизменности скорости света. Теперь, после серии исследований, краеугольные положения современной физики, в том числе касающиеся постоянной величины скорости света, поставлены под сомнение.
Как отмечает New Scientist, открытие Вебба также подтверждает так называемую струнную теорию мироздания, которая предусматривает наличие параллельных миров.
Год назад британский еженедельник описывал еще одно открытие, что ставит под сомнение теорию относительности. Как известно, свет отдаленных звезд и галактик на своем пути через Вселенную испытывает влияние гравитационных полей массивных космических объектов, таких как другие звезды или скопление галактик. Траектория движения света искривляется под влиянием гравитации.
Таким образом, изображение этих звезд доходит до Земли искаженным, как будто через линзу. Исследования американского астрофизика Рэйчел Бин основывалось на изучении действия таких гравитационных линз.
Бин поставила под сомнение ключевое положение общей теории относительности Альберта Эйнштейна, касающееся пространственно-временной модели мироздания. Согласно теории Эйнштейна, действие гравитации объясняется искривлением пространства и времени под влиянием массы космических объектов. Коэффициент искажения времени при этом должен быть равен коэффициенту искажения пространства. Рэйчел Бин обнаружила явление, противоречащее этому правилу. Она выяснила, что в промежутке между 8 и 11 миллиардами лет назад коэффициент искажения времени был в три раза более значительным, нежели коэффициент искажения пространства.
Ранее теория относительности Эйнштейна получила ряд подтверждений своей верности в рамках одной галактики, однако она никогда еще не проходила проверку на гигантских пространствах Вселенной.
Две научные работы, опровергающие теорию относительности
1. Немецкие ученые сумели првысить скорость света
Согласно теории относительности Эйнштейна никто и ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью распространения света — 300 тысяч километров в секунду. На этом утверждении основывается современная физика. Однако немецкие ученые из Университета города Кобленц опровергли это утверждение. Они провели эксперимент, в котором доказали, что фотоны могут перемещаться между стеклянными призмами, расположенными на расстоянии метра друг от друга, мгновенно. Эксперимент уже повторен в нескольких других независимых научных лабораториях. И, как заявил один из авторов работы, доктор Стольхофен, на практике доказан парадокс, когда «можно оказаться в конце маршрута, еще не начав движения». Теперь школьные учебники можно переписывать. А также, если работа немецких физиков в будущем найдет практическое применение, можно надеяться, что люди когда-нибудь доберутся до звезд. Сейчас же это считается невозможным, по крайней мере жизни человека не хватило бы, даже чтобы долететь до ближайшей к нам звездной системы. …
2. Американцы доказали, что силы гравитации одних и тех же объектов могут меняться
Астрофизик из Корнеллского университета (США) Рэйчел Бин на основании изучения света, идущего к нам от 2 миллионов галактик, усомнилась в главном тезисе общей теории относительности Эйнштейна. Траектория света от далеких звезд на пути к Земле неоднократно искривляется из-за действия сил гравитации. Ученые давно знают об этом. Согласно Эйнштейну действие этих сил постоянно и незыблемо во все времена. Однако Бин сумела доказать, что в период между 8 и 11 миллиардами лет назад по непонятным причинам действие сил гравитации было совершенно иным. Но почему так случилось — неизвестно. И вдруг подобное может произойти завтра опять. Тогда в Солнечной системе планеты начнут менять свои орбиты и землянам не поздоровится.
{webm}А.Эйнштейн украл теорию относительности у Пуанкаре {/webm}
Группа ученых из эксперимента OPERA в сотрудничестве с Европейской организацией ядерных исследований (CERN) опубликовала сенсационные результаты эксперимента по преодолению скорости света. Результаты опыта опровергают специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна, на которой базируется вся современная физика. Теория гласит, что скорость света составляет 299 792 458 м/с, а элементарные частицы не могут двигаться быстрее скорости света.
А теперь, давайте посмотрим, на каких таких «китах» стоит современная наука естествознания. Основными «китами» можно назвать несколько постулатов современной науки:
- постулат сохранения материи,
- постулат однородности вселенной и
- постулат скорости света.
Постулат сохранения материи гласит, что материя никуда не исчезает и не появляется из неоткуда. Причём, под материей понимается только физически плотное вещество, имеющее четыре агрегатных состояния – твёрдое, жидкое, газообразное и плазменное. И всё. Исходя из этих ошибочных представлений о материи, как таковой, даже близко не отражающих реальное понятие материи, экспериментальные данные, полученные с помощью более совершенных приборов для исследования микро- и макромира, полностью опровергают современные представления о природе материи.
Физика элементарных частиц и астрофизика получили результаты, поставившие учёных в тупик. Массы новых частиц, оказывались порой на порядки больше совокупных масс, частиц их образующих и наличие во Вселенной dark matter (тёмной материи), составляющей 90% массы материи, которую почему-то никто не может ни увидеть и ни «пощупать», говорят о серьёзном кризисе с постулатом сохранения материи. Нужно или признать, что понятие о материи у современной науки неправильное или, что постулат сохранения материи – не верен. Но, в том виде, в котором этот постулат существует сейчас, он совершенно не отражает действительность. Постулат сохранения материи является одним из тех немногих постулатов современной науки, которые были наиболее близки к истине. Достаточно только расширить границы понимания того, что такое материя и этот постулат приобретает истинность.
К сожалению, этого нельзя сказать о постулате однородности Вселенной и постулате скорости света. Но, именно эти два постулата являются фундаментом специальной и общей теорий относительности А. Эйнштейна. Хотелось бы внести некоторые уточнения. Вне зависимости от того, верна эта теория или нет, считать Альберта Эйнштейна автором этой теории было бы не правильно. Всё дело в том, что А. Эйнштейн, работая в патентном бюро, просто «позаимствовал» идеи у двух учёных: математика и физика Жуля Анри Пуанкаре и физика Г.А. Лоренца. Эти двое учёных, в течение нескольких лет, совместно работали над созданием этой теории. Именно А. Пуанкаре выдвинул постулат об однородности Вселенной и постулат о скорости света. А Г.А. Лоренц вывел знаменитые формулы. А. Эйнштейн, работая в патентном бюро, имел доступ к их научным работам и решил «застолбить» теорию на своё имя. Он даже сохранил в «своих» теориях относительности имя Г.А. Лоренца: основные математические формулы в «его» теории носят названия «Преобразования Лоренца», но, тем не менее, он не уточ-няет, какое отношение к этим формулам он имеет сам (никакого) и вообще не упоминает имя А. Пуанкаре, который выдвинул постулаты. Но, «почему-то», дал этой теории своё имя.
Весь мир знает, что А. Эйнштейн – Нобелевский лауреат, и все не сомневаются в том, что эту премию он получил за создание Специальной и Обшей Теорий Относительности. Но, это – не так. Скандал вокруг этой теории, хотя он и был известен в узких научных кругах, не позволил нобелевскому комитету выдать ему премию за эту теорию. Выход нашли очень простой – А. Эйнштейну присудили Нобелевскую премию за ... открытие Второго Закона Фотоэффекта, который являлся частным случаем Первого Закона Фотоэффекта.
Но любопытно то, что русский физик Столетов Александр Григорьевич (1830-1896 гг.) открывший сам фотоэффект, никакой Нобелевской премии, да и никакой другой, за это своё открытие не получил, в то время, как А. Эйнштейну её дали за «изучение» частного случая этого закона физики. Получается полнейшая несуразица, с любой точки зрения. Единственным объяснением этому может служить то, что кто-то уж очень хотел сделать А. Эйнштейна Нобелевским лауреатом и искал любой повод для того, чтобы это осуществить.
Пришлось «гению» немножко попыхтеть с открытием русского физика А.Г. Столетова, «изучая» фотоэффект и вот ... «родился» новый Нобелевский лауреат. Нобелевский комитет видно посчитал, что две Нобелевские премии для одного открытия многовато и решил выдать только одну ... «гениальному учёному» А. Эйнштейну! Разве так уж это «важно», за Первый Закон Фотоэффекта или за Второй, выдана премия. Самое главное, что премия за открытие присуждена «гениальному» учёному А. Эйнштейну. А то, что само открытие сделал русский физик А.Г. Столетов – это уже «мелочи», на которые не стоит обращать внимание. Самое главное то, что «гениальный» учёный А. Эйнштейн стал Нобелевским лауреатом. И теперь практически любой человек стал считать, что эту премию А. Эйнштейн получил за «свои» ВЕЛИКИЕ Специальную и Общую Теории Относительности.
Возникает закономерный вопрос: почему, кто-то очень влиятельный, так уж хотел сделать А. Эйнштейна Нобелевским лауреатом и прославить его на весь мир, как величайшего учёного всех времён и народов?! Должна же быть этому причина!? И причиной этому были условия сделки между А. Эйнштейном и теми лицами, которые сделали его Нобелевским лауреатом. Видно, очень уж А. Эйнштейну хотелось быть Нобелевским лауреатом и величайшим учёным всех времён и народов! Видно, этим лицам было жизненно необходимо направить развитие земной цивилизации по ложному пути, который, в конечном итоге, ведёт к экологической катастрофе. И А. Эйнштейн согласился стать инструментом этого плана, но предъявил и свои требования – стать Нобелевским лауреатом. Сделка была совершена, и условия этой сделки были выполнены. К тому же, создание образа гения всех времён и народов только усиливало эффект для внедрения в массы ложных представлений о природе Вселенной.
Думается, необходимо по-другому взглянуть на смысл самой знаменитой фотографии А. Эйнштейна, на которой он показывает всем свой язык?! Высунутый язык «величайшего гения» приобретает несколько другой смысл, ввиду вышесказанного. Какой?! Думаю догадаться несложно. К сожалению, плагиат – явление не столь редкое в науке и не только в физике. Но, дело даже не в факте плагиата, а в том, что эти представления о природе Вселенной – в корне ошибочны и наука, созданная на постулате однородности Вселенной и постулате скорости света, в конечном итоге, ведёт к планетарной экологической катастрофе. Кто-то может предположить, что А. Эйнштейн и лица, стоящие за ним, просто не знали о том, что данная теория не соответствует реальности?!
Может быть, А. Эйнштейн и Ко искренне заблуждались, как заблуждались многие учёные, создавая свои гипотезы и теории, которые в дальнейшем не получили практического подтверждения?! Кто-то даже может сказать, что в то время ещё не было высокоточных приборов, которые позволили бы проникнуть в глубины микро- и макро-космоса?! Кто-то может и привести и экспериментальные факты, подтверждающие (на то время) правильность теорий относительности А. Эйнштейна! Со школьных учебников все знают о подтверждении теории А. Эйнштейна экспериментами Майкельсона-Морли.
Но, практически никто не знает, что в интерферометре, который использовался в экспериментах Майкельсона-Морли, свет проходил, в общей сложности, дистанцию в 22 метра. Кроме этого, эксперименты проводились в подвале каменного здания, практически на уровне моря. Далее, эксперименты проводились в течение четырёх дней (8, 9, 11 и 12 июля) в 1887 году. В эти дни, данные с интерферометра снимались аж 6 часов и было совершенно 36 поворотов прибора. И на этой экспериментальной базе, как на трёх китах, держится подтверждение «правильности», как специальной, так и общей теории относительности А. Эйнштейна. Факты, конечно, дело серьёзное. Поэтому, давайте обратимся к фактам.
Американский физик Дайтон Миллер (1866-1941 гг.) в 1933 году опубликовал, в журнале «Обзор современной физики» (Reviews of Modern Physics), результаты своих экспериментов по вопросу, так называемого, эфирного ветра, за период более чем двадцати лет исследований, и во всех этих экспериментах он получил положительные результаты в подтверждение существования эфирного ветра. Он начал свои эксперименты в 1902 году и завершил их в 1926 году. Для этих экспериментов он создал интерферометр с общим пробегом луча в 64 метра. Это был самый совершенный интерферометр того времени, по крайней мере, в три раза более чувствительный чем интерферометр, который использовали в своих опытах А. Майкельсон и E. Морли. Замеры с интерферометра снимались в разное время суток, в разные времена года. Показания с прибора были сняты более чем 200 000 тысяч раз, и было произведено более 12 000 поворотов интерферометра. Он периодически поднимал свой интерферометр на вершину горы Вильсона (6 000 футов над уровнем моря – более 2 000 метров), где, как он и предполагал, скорость эфирного ветра была больше.
И теперь, давайте посмотрим, что нам говорят факты. С одной стороны, имеются эксперименты Майкельсона-Морли, которые продолжались в общей сложности аж 6 часов, в течение четырёх дней, при 36 поворотах интерферометра. А с другой стороны – экспериментальные данные снимались с интерферометра в течение 24 лет и прибор поворачивался белее 12 000 раз! И, при том, что интерферометр Д. Миллера был в три раза чувствительнее! Вот, что говорят факты. Но, может быть А. Эйнштейн и Ко не знали об этих результатах, не читали научных журналов и поэтому оставались в своём заблуждении?! Прекрасно знали. Дайтон Миллер писал письма А. Эйнштейну. В одном своём письме он сообщал о результатах своей двадцатидвухлетней работы, подтверждающей наличие эфирного ветра. На это письмо А. Эйнштейн ответил весьма скептически и потребовал доказательств, которые ему и были предоставлены. После чего ... никакого ответа.
На предоставленные факты не последовало ответа по вполне понятной причине. Но, самое любопытное – то, что в экспериментах Майкельсона-Морли, всё-таки, были зарегистрированы положительные значения эфирного ветра, но их «просто» проигнорировали. После смерти Д. Миллера в 1941 году, «просто» забыли о результатах его работ, больше нигде и никогда не печатали их в научных журналах и т.д., как будто этого учёного никогда не существовало. А ведь, он был одним из крупнейших американских физиков...
Из всего сказанного выше становится ясно, что человечеству ложные представления о природе Вселенной были навязаны преднамеренно, чтобы не допустить развития цивилизации по правильному пути и причиной этому может быть только одно – страх, стоящих за А. Эйнштейном, что, в результате этого, они потеряют свою власть и положение. Страх перед истинным знанием, которое неизбежно сняло бы с них маски и все, без исключения, смогли бы увидеть их истинное лицо и то, что они делают.
Если что-то кем-то так тщательно скрывается, через навязывание заведомо ложных представлений о природе Вселенной, в масштабе всей планеты, это говорит о том, что скрывается что-то весьма важное и не только для физиков и философов, но и для каждого жителя планеты Земля... Причём, это сокрытие истины продолжалось довольно долго и успешно, но, даже развитие науки по ложному пути, в конечном итоге, привело к появлению новых экспериментальных данных, которые, уже на другом качественном уровне, не оставляют камня на камне, как от специальной, так и от общей теории относительности А. Эйнштейна.
Данные, полученные с помощью радиотелескопа Хаббл, выведенного американцами на околоземную орбиту, после обработки, дали весьма неожиданные результаты для исследователей. Проанализировав радиоволны пришедшие от 160 отдалённых галактик, физики из Рочестерского и Канзаского университетов США сделали поразительное открытие о том, что излучения вращаются, по мере того, как они движутся сквозь пространство, в виде едва заметного рисунка, напоминающего штопор, непохожего ни на что, наблюдавшееся ранее. Полный оборот «штопора» наблюдается через каждые миллиард миль, которые проходят радиоволны. Эти эффекты являются дополнением к тому, что известно, как эффект Фарадея – поляризация света, вызванная межгалактическими магнитными полями. Периодичность этих, вновь наблюдаемых вращений зависит от угла, по которому движутся радиоволны относительно оси ориентации, проходящей через пространство. Чем параллельней направление движения волны и оси, тем больше радиус вращения.
Данная ось ориентации не является физической величиной, а скорее определяет направление, по которому свет перемещается во Вселенной. По наблюдению с Земли, как утверждают исследователи, ось проходит в одном направлении, в сторону созвездия Sextants, и в другом направлении, в сторону созвездия Aquila. Какое из направлений будет «верхом» или «низом», вероятно, будет произвольным выбором, считают они. Это открытие было сделано астрофизиками, доктором Джорджем Нодланд и доктором Джоном Ралстон, отчёт о котором они опубликовали в «Физическом обзоре» (Reviews of Modern Physics) в 1997 году. Данное открытие означает, что Вселенная – неоднородна.
Наиболее точные приборы современности регистрируют изменение скорости радиоволн, в зависимости от направления их распространения. И, что самое любопытное, – эти направления чётко отражают слоистую структуру Вселенной, так как определяется «верх» и «низ», «восток» и «запад». Экспериментальная регистрация эфирного ветра световых волн в экспериментах американского физика Дайтона Миллера в 30-х годах и открытие изменения скорости распространения радиоволн во Вселенной, сделанное уже в 1997 году американскими астрофизиками Джорджем Нодланд и Джоном Ралстон, неопровержимо доказывают неоднородность Вселенной.
Для ясности картины, хотелось бы дать некоторые пояснения. Эфирный ветер, зарегистрированный в безупречных экспериментах Д. Миллера и изменение распространения радиоволн, в зависимости от направления – одно и тоже. Разная терминология, но тождественный смысл. Таким образом, эти эксперименты неопровержимо доказывают неоднородность Вселенной и, тем самым, ложность первого постулата, используемого А. Эйнштейном в «своих» специальной и общей теориях относительности.
Но, может быть, хотя бы второй, последний, постулат этих теорий всё-таки является истинным утверждением?! Давайте разберёмся... Напомню, суть этого постулата – в том, что скорость света – постоянна, другими словами, является константой и максимальной скоростью движения материи во Вселенной и равна 300 000 км/сек (186 000 миль/сек). Без этого условия, преобразования Лоренца превращаются в бессмыслицу, так как, при скорости движения материи (и даже света) со скоростью, большей, чем 300 000 км/сек, согласно этим уравнениям, даже масса фотона становится бесконечной. Давайте теперь разберёмся, как обстоит дело с этим постулатом теории А. Эйнштейна?
В экспериментах проведённых доктором наук Люжином Ванг (Dr. Lijun Wang) в NEC исследовательском институте в Принстоне (NEC research institute in Princeton), были получены удивительные результаты. Эксперимент заключался в том, что световые импульсы пропускались через ёмкость, наполненную специально обработанным газом цезия. Результаты экспериментов оказались феноменальными – скорость световых импульсов оказалась в 300 (триста) раз больше, чем допустимая скорость из преобразований Лоренца (2000 год)! В Италии, другая группа физиков из Итальянского Национального Совета по исследованиям (Italian National Research Council), в своих экспериментах с микроволнами (2000 год) получила скорость распространения их на 25% больше, чем допустимая скорость по А. Эйнштейну...
Из преобразований Лоренца следует, что, если скорость света (или другого материального объекта) хотя бы на один миллиметр в секунду превысит скорость в 300 000 км/сек, масса станет бесконечной. Другими словами, в приведённых выше экспериментах масса фотонов и микроволн должна быть больше массы любой «чёрной дыры» и, согласно этим формулам, в результате этих экспериментов, наша планета должна была сама превратиться в супер «чёрную дыру». Это – то, что следует из формул теории А. Эйнштейна. Но ... ничего подобного не произошло, волны, как световые, так и радиоволны, оставались оными, их масса не устремлялась к бесконечности и т.д.
Таким образом, и второй постулат специальной и общей теории относительности А. Эйнштейна оказался ложным, а без них эти теории теряют всякий смысл и, в лучшем случае, должны перейти в раздел истории науки, как ещё одна гипотеза, не подтверждённая экспериментальными данными. Но, как ни странно, не только после опубликования результатов исследования Д. Миллера (1933 год), но и после недавних открытий (1997-2000 гг.) во всём мире продолжают изучать и в школах, и в институтах с университетами, теории А. Эйнштейна, как теории, отражающие реальность.
Без этих двух постулатов, теории А. Эйнштейна – ни больше, ни меньше, как ещё одна неудачная попытка создать картину мироздания, в процессе поиска понимания природы, если бы не маленькое «но». И «создатель» специальной и общей теории относительности, и стоящие за ним, с самого начала знали о том, что эти теории не отражают действительность даже частично. И, тем не менее, они были навязаны всему человечеству. В результате чего, земная цивилизация пошла по ложному пути, в конечном итоге, ведущему к самоуничтожению.
А это может означать только одно, правильный путь развития цивилизации – опасен для тех, кто стоял за спиной А. Эйнштейна и продолжает стоять за «спиной» его теорий в настоящее время. Эти – стоящие в тени – боятся одного: потерять свою власть и влияние на массы, так как, при просветлении знаниями, каждый человек в отдельности и всё человечество в целом, смогут увидеть и понять происходящее на Земле, и эта группа лиц потеряет свою власть, влияние и, в конечном счёте, свои деньги.
Но, почему эти люди так боятся проникновения истинных знаний?! По одной простой причине – всё перечисленное выше они получили незаслуженно, обманом, но терять всё это они, ой, как не хотят. Как видно из данного анализа, научно-философские представления о природе Вселенной, как ни странно, имеют политико-финансовые корни. Навязывание ложных представлений человечеству, позволяет социальным паразитам процветать, паразитируя на теле земной цивилизации...
Хотелось бы обратить внимание на один из инструментов навязывания ложных представлений о природе – на математику. Причём здесь математика, может спросить кто-то?! А вот, при чём. Дело в том, что единственное предназначение математики – практические расчёты. И то, необходимо помнить, что, складывая одно яблоко с другим, мы говорим о двух яблоках, тем самым абсолютно отожествляя одно яблоко с другим, не обращая внимание на их отличия: различия по весу, форме, размерам, цвету, степени зрелости, вкуса и так далее. Мы просто говорим – два яблока и этого достаточно, для того чтобы относительно поровну поделить эти яблоки между двумя людьми. Каждому достанется по яблоку, хотя, в принципе, не существует двух одинаковых людей, даже у однояйцовых близнецов существуют отличия. Если одно яблоко будет на 10-50 грамм больше другого, окажется кислее или слаще, ничего в мире не изменится и никто особенно не пострадает.
Но, совсем другое дело, когда математику используют, как фундамент теоретических обоснований, когда реальные природные процессы обозначают той или иной буквой или символом и... в виде символов и букв, вставляют в уравнения и формулы. И начинают, после этого, манипулировать этими символами и буквами по законам, принятым в математике, забывая, что природные явления и процессы протекают независимо от того, какие представления существуют у человека. Забывая о том, что стоит за этими символами и буквами, математики берут производную, интеграл, устремляют к пределу, накладывают ограничения и отбрасывают «лишние» слагаемые, т.е. делают всё, чтобы получить изящную формулу «закона природы».
Наглядным примером этому служит всё та же теория относительности А. Эйнштейна. Единственной причиной, по которой были введены постулат однородности Вселенной и постулат скорости света – без них преобразования Лоренца теряют всякий смысл, а значит и вся общая и специальная теории А. Эйнштейна. Из преобразований Лоренца вытекает требование к скорости распространения материальных объектов в пространстве. Скорость движения любого материального объекта (включая свет) не может быть больше скорости света в вакууме. По постулату, скорость света в вакууме является константой и максимальной для материальных объектов скоростью 300 000 км (186 000 миль)/сек. Не может быть больше по одной простой причине – если скорость движения материального объекта больше этой константы, то, согласно преобразованиям Лоренца, масса этого материального объекта должна стать бесконечной, включая и условную массу фотона. Это – то, что должно произойти, согласно формулам.
А в реальности – реальный лазерный импульс проходя через реальный газ цезия, двигался со скоростью в 300 раз (90 000 000 км/сек) быстрее, чем «позволяет» ему формула. Надо же – какой несознательный лазерный импульс – не хочет двигаться так, как требует этого математика, её законы. И, что самое любопытное – масса каждого фотона в этом световом импульсе не становится бесконечной, – все они ведут себя точно так, как и до входа в специальную газовую среду.
Следует напомнить математикам, что природа не живёт и не подчиняется законам математики, которые являются, только лишь, игрой ума, в большей или меньшей степени отражающей видимую реальность. Природа не будет подстраиваться под законы, придуманные математиками, под теории, основанные на математических формулах. Математики почему-то напрочь забывают об этом, увлекаясь своей абстрактной игрой ума.
И ещё немного о проблемах математики. Внутри самой математики – множество противоречий. Все их перечислять нет необходимости, хотелось бы обратить внимание только на одно из них, с которым сталкивался почти каждый, но не обращал внимания. Один из основных законов алгебры гласит, что квадратный корень может быть только из положительного числа, так как квадратный корень – действие, обратное возведению в квадрат. Любое число, положительное или отрицательное, при возведении в квадрат, становится положительным [например: 2 х 2 = 4 или (-2) х (-2) = 4], так как минус (-) на минус (-) даёт плюс (+). Это правило известно всем с младших классов школы.
Так вот, в высшей математике, при некоторых математических преобразованиях, при расчётах реальных физических процессов, под квадратным корнем оказалось отрицательное число (-1). Полный абсурд, с точки зрения аксиом математики, такого в принципе не может быть, но, тем не менее, в математических расчётах реальных физических процессов этот абсурд появился. Вывод из создавшегося положения существовал, причём, очевидный вывод. Появление абсурда говорит о ложности подхода к решению поставленной задачи, о противоречии применяемого математического аппарата и решаемой, посредством этого аппарата, реальной физической задачи, описывающей реальное природное явление. Но, никто, даже не подумал в этом направлении! Куда легче выйти из тупика, посредством «ловкости рук», а точнее – «ловкости умозаключений». Зачем менять всё, если можно «обхитрить» уравнения?!
Выход был найден простой. Если математика говорит, что не существует квадратного корня из отрицательного числа, – значит, отрицательное число должно исчезнуть. Сказано – сделано. Обозначили (-1), как i в квадрате, и проблемы больше не существует! Так как квадратный корень из числа в квадрате – число положительное (SQRT(i2) = i), где i – так называемая, мнимая единица, а что это такое и где эта мнимая единица существует в реальности, никто объяснять не стал. Если существует мнимая единица (i) – должна тогда существовать и мнимая реальность. Но, разве стоить обращать внимание на подобные «мелочи»?! Конечно – нет, потому что, если обратить всё-таки внимание, получается полное недоразумение. Если можно заменять минус единицу (-1) под квадратным корнем, то почему тогда нельзя заменить минус единицу в любом другом математическом уравнении?! Если это всё-таки сделать – возникает полнейший хаос. Именно поэтому этого и не делают. Потому что, складывая два яблока с двумя яблоками (2 + 2), в подобном варианте, можно получить и огурец, и грушу и не обязательно четыре, а может быть и ноль или минус четыре мнимых помидора.
Так что, математики этого делать не стали, а стали использовать мнимую единицу, когда это им выгодно и удобно, обозвав для этого целый раздел математики разделом «функции комплексной переменной». И только на этой «территории» мнимая единица существует официально признанной, а на всей остальной территории страны математики, минус единица (-1) по-прежнему остаётся минус единицей (-1) и никаких мнимых чисел нет. Не правда ли, забавно?! Можно обмануть кого-нибудь другого, но невозможно обмануть самого себя. Можно только прикидываться обманутым, но возникает тогда вопрос – для чего этот обман нужен и кому?!
Кто-то готов вводить любые абсурды в современную науку, только бы не допустить пересмотра основ и принципов самой современной науки. И это не может быть случайностью или недоразумением. Кто-то стоит за всем этим, кому-то очень надо чтобы развитие человечества шло по ложной эволюционной дороге. И навязывание ложных или неполных представлений о природе Вселенной служит этим силам, как средство удержания цивилизации Земли в целом и отдельных представлений оной, в невежестве, благодаря чему, они (эти силы) могут беспрепятственно управлять самой цивилизацией, сохранять свою финансовую и политическую власть. И если кто-то прорывается сквозь эту навязанную иллюзию реальности, то, эти люди и созданное ими, уничтожается.
Как был уничтожен, например, Никола Тесла, эмигрировавший в США из Австро-Венгрии, который создавал устройства и приборы, на основе совсем других принципов, многие из которых могли сделать человечество свободным от энергетических кризисов и сохранить, при этом, экологию планеты. Он разработал электрические генераторы, в которых не было ни одной движущейся части и которые не требовали никакого топлива. Электричество получалось напрямую из пространства. Он нашёл простой и дешёвый способ расщепления воды на кислород и водород. Никола Тесла создал целый ряд удивительных устройств и приборов. Вскоре, после демонстрации своих приборов и устройств, он «неожиданно» заболел и умер.
После его смерти, все приборы и устройства из его лаборатории забрали представители государственных служб США, а сама лаборатория была сровнена с землёй, в прямом и переносном смысле, посредством бульдозеров. Механик, реализовавший устройства и приборы Николы Тесла в металле, бесследно исчез, да так, что до сих пор никому ничего не известно о его судьбе. Государство США, таким образом, незаконно захватило всё, созданное им, но, до сих пор, ни в США, ни в какой-нибудь другой стране мира не появились электрогенераторы Н. Тесла и другие его изобретения. А ведь, даже только его электрогенераторы могли принести достаток, тепло и экономическую независимость в каждый дом, в каждую семью.
Но, этого не произошло. Энергетический кризис не исчез, а только обострился. Электроэнергию получают с помощью примитивных электрогенераторов с вращающимися роторами, сжигая огромное количество природного топлива, строя гидро- и атомные электростанции. И все эти способы получения электроэнергии разрушают экологию планеты, истощают её природные ресурсы, отравляют атмосферу. А атомные электростанции, к тому же, ещё и чрезвычайно опасны. И, зная всё это, источник практически бесплатной электроэнергии уничтожается (или, по крайней мере, скрывается от человечества государством (вами)), которое (ые) по идее, должны служить тому самому человечеству. Они и служат, вопрос только – кому?! Наверно, всё той же группе людей, стоящей за ложными представлениями современной науки, за такими «учёными» как Эйнштейн и Ко.
Таким образом, теория Вселенной оказывает самое непосредственное влияние на объективную реальность, в которой мы с Вами живём. И от того, каковы эти представления, зависит не только кто прав или не прав, а само будущее цивилизации, будет или не будет существовать цивилизация Мидгард-Земли завтра.
Николай Левашов, 6 марта 2006 г.Читать статью полностью
Р.S.
В своей книге «Неоднородная Вселенная» (Научно-популярное издание: Архангельск, 2006 год. – 396 с., ISBN 5-85879-226-X) автор этой статьи излагает принципиально другую теорию Вселенной, которая позволяет объяснить практически все явления живой и неживой природы. Результаты экспериментов последних лет в разных странах мира, стопроцентно подтверждают основные положения его теории. Причём, экспериментов, к которым автор не имел никакого отношения, которые были проведены учёными, имеющими кардинально противоположные представления о природе Вселенной и никогда не слышавшими ни об авторе, ни о его теории. Эти факты полностью исключают человеческий фактор, когда, на уровне подсознания, экспериментальные данные подгоняются под желаемые результаты.
Газета «Красная Звезда», 6 июня 2007 г.Специалисты детектора OPERA провели дополнительные исследования передвижений нейтрино и во второй раз пришли к выводу, что частицы передвигаются быстрее скорости света. В Journal of High Energy Physics вскоре появится научная статья. Но многие учёные по-прежнему не верят в нарушение существующих законов физики.
Напомним, что впервые сенсационное заявление было сделано в сентябре 2011 года. Физики два года собирали данные и обнаружили, что частицы, не имеющие заряда и почти не обладающие массой, прилетают из Швейцарии на детектор в Италии на 60 наносекунд раньше, чем если бы они двигались со скоростью света.
Учёные попросили научную общественность проверить свои результаты, так как не смогли отыскать ошибку в собственных вычислениях. Представители альтернативных течений науки тут же заявили, что Эйнштейн был не прав, считая, что ничто во Вселенной не может двигаться быстрее скорости света.
Позднее несколько научных групп предложили свои объяснения возможных причин наблюдаемого превышения. А исследователи провели дополнительные тесты, чтобы опровергнуть одну из наиболее часто встречающихся претензий.
Многие физики считали, что Европейский центр ядерных исследований (CERN) должен укоротить длительность импульсов, рождающих нейтрино. Она составляла 10,5 микросекунд. В результате могла возникнуть путаница – приходящие частицы условно могли принадлежать началу и концу такого импульса, детектор их не различает. Как следствие, отсюда могла возникнуть неточность,пишет Science.
В октябре специалисты укоротили время до трёх наносекунд (то есть примерно в три тысячи раз), а промежутки между импульсами увеличили до 524 наносекунд. За 10 дней учёные зарегистрировали около 20 событий и получили тот же результат и ту же ошибку – нейтрино прилетают на 60 наносекунд (плюс-минус 10 наносекунд) раньше положенного времени.
Ещё одна претензия – точность систем GPS, синхронизирующих часы на разных концах тоннеля, по которому двигаются частицы (время вылета и прилёта частицы). В этот раз её не проверяли. Однако, если физики докажут точность и этих измерений, сделать окончательные выводы можно будет лишь после получения таких же результатов на другом ускорителе, например, на детекторах американского эксперимента MINOS.
dokumentika.org
Ответы на вопрос "35. Общая теория относительности А.Эйнштейна."
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ А. ЭЙНШТЕЙНА
В рамках теории, которая создавалась в течение десяти лет, с 1906 по 1916 год, А. Эйнштейн обратился к проблеме тяготения, давно привлекавшей к себе внимание ученых. Поэтому общую теорию относительности часто еще называют теорией тяготения. В ней были описаны новые зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория основывается уже не на двух, а на трех постулатах:
– Первый постулат общей теории относительности – расширенный принцип относительности, который утверждает инвариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерциальных, так и неинерциальных, движущихся с ускорением или замедлением. Он говорит о том, что нельзя приписывать абсолютный характер не только скорости, но и ускорению, которое имеет конкретный смысл по отношению к фактору, его определяющему.
– Второй постулат – принцип постоянства скорости света – остается неизменным.
– Третий постулат – принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс. Этот факт был известен еще в классической механике. Так, в законе всемирного тяготения, сформулированном Ньютоном, сила тяготения всегда пропорциональна массе того тела, на которое она действует. Но во втором законе Ньютона сила, сообщающая телу ускорение, тоже пропорциональна его массе. В первом случае речь идет о гравитационной массе, которая характеризует способность тела притягиваться к другому телу, во втором случае – об инертной массе, которая характеризует поведение тела под действием внешних сил, является мерой инертности тела. Но в случае свободного падения тела ускорение g = 9,8 м/с2 не зависит от массы. Это установил в своих опытах еще Галилей. Более точно эквивалентность этих масс была установлена в 1890 г. венгерским физиком Л. Этвёшем. Сегодня эти выводы подтверждены с высокой степенью точности – до 10-12.
После создания специальной теории относительности Эйнштейн задумался о том, меняются ли гравитационные свойства тел, если их инерционные свойства зависят от скорости движения. Теоретический анализ, проведенный ученым, позволил сделать вывод, что физика не знает способа отличить эффект гравитации от эффекта ускорения. Иначе говоря, кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения. Так, если ракета взлетает с ускорением 2g, то экипаж ракеты будет чувствовать себя так, как будто он находится в удвоенном поле тяжести Земли. Аналогично, наблюдатель, находящийся в закрытом лифте, не сможет определить, движется ли лифт ускоренно или внутри лифта действуют силы тяготения. Именно на основе принципа эквивалентности был обобщен принцип относительности.
Важнейшим выводом общей теории относительности стала идея, что изменение геометрических (пространственных) и временных характеристик тел происходит не только при движении с большими скоростями, как это было доказано специальной теорией относительности, но и в сильных гравитационных полях. Сделанный вывод неразрывно связывал общую теорию относительности с геометрией, но общепризнанная геометрия Евклида для этого не годилась.
Геометрия Евклида носит аксиоматический характер, исходит из пяти аксиом и подразумевает одинаковость, однородность пространства, которое считается плоским. Но постепенно многих математиков эта геометрия перестала удовлетворять, так как пятый постулат ее не был самоочевидным. Речь идет об утверждении, что через точку, лежащую вне прямой, можно провести только одну прямую, параллельную данной. С этой аксиомой связано утверждение о сумме углов треугольника, всегда равной 180°. Если заменить эту аксиому другой, то можно построить новую геометрию, отличную от геометрии Евклида, но столь же внутренне непротиворечивую. Именно это и сделали в XIX веке независимо друг от друга русский математик Н. И. Лобачевский, немец Б. Риман и венгр Я. Больяй. Риман использовал аксиому о невозможности проведения даже единственной прямой, параллельной данной. Лобачевский и Больяй исходили из того, что через точку вне прямой можно провести бесчисленное множество прямых, параллельных данной. На первый взгляд эти утверждения звучат абсурдно. На плоскости они и в самом деле неверны. Но ведь могут существовать и иные поверхности, на которых имеют место новые постулаты.
Представьте себе, например, поверхность сферы. На ней кратчайшее расстояние между двумя точками отсчитывается не по прямой (на поверхности сферы прямых нет), а по дуге большого круга (так называют окружности, радиусы которых равны радиусу сферы). На земном шаре подобными кратчайшими, или, как их называют, геодезическими линиями служат меридианы. Все меридианы, как известно, пересекаются в полюсах, и каждый из них можно считать прямой, параллельной любому меридиану. На сфере выполняется своя, сферическая геометрия, в которой верно утверждение, что сумма углов треугольника всегда больше 180°. Представьте себе на сфере треугольник, образованный двумя меридианами и дугой экватора. Углы между меридианами и экватором равны 90°, и к их сумме прибавляется угол между меридианами с вершиной в полюсе. На сфере, таким образом, нет непересекающихся прямых.
Существуют также поверхности, для которых оказывается верным постулат Римана. Это седловидная поверхность, также называемая псевдосферой. На ней сумма углов треугольника всегда меньше 180° и невозможно провести ни одной прямой, параллельной данной.
После того, как Эйнштейн узнал о существовании этих геометрий, возникли сомнения в евклидовом характере реального пространства-времени. Стало ясно, что оно искривлено. Как можно представить себе искривление пространства, о котором говорит общая теория относительности? Представим себе очень тонкий лист резины и будем считать, что это модель пространства. Расположим на этом листе большие и маленькие шарики – модели звезд и планет. Шарики будут прогибать лист резины тем больше, чем больше их масса, что наглядно демонстрирует зависимость кривизны пространства-времени от массы тела. Так, Земля создает вокруг себя искривленное пространство-время, которое называется полем тяготения. Именно оно заставляет все тела падать на Землю. Но чем дальше мы будем находиться от планеты, тем слабее будет действие этого поля. На очень большом расстоянии поле тяготения будет настолько слабым, что тела перестанут падать на Землю, и потому искривление пространства-времени будет настолько незначительным, что им можно пренебречь и считать пространство-время плоским.
Под кривизной пространства не нужно понимать искривление плоскости наподобие евклидовой сферы, в которой внешняя поверхность отлична от внутренней. Изнутри ее поверхность выглядит вогнутой, извне – выпуклой. С точки зрения неевклидовых геометрий обе стороны искривленной плоскости являются одинаковыми. Кривизна пространства не проявляется наглядным образом и понимается как отступление его метрики от евклидовой, что можно точно описать на языке математики.
Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца, достаточно небольшой по космическим меркам звезды, влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому, если мы пошлем радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займет больше времени, чем в том случае, когда на пути этого сигнала Солнца не будет. Задержка сигнала при его прохождении вблизи Солнца составляет около 0,0002 с. Такие эксперименты проводились, начиная с 1966 г. В качестве отражателя использовались как поверхности планет (Меркурия, Венеры), так и оборудование межпланетных станций.
Одно из самых фантастических предсказаний общей теории относительности – полная остановка времени в очень сильном поле тяготения. Замедление времени тем больше, чем сильнее тяготение. Замедление времени проявляется в гравитационном красном смещении света: чем сильнее тяготение, тем больше увеличивается длина волны и уменьшается его частота. При определенных условиях длина волны может устремиться к бесконечности, а его частота – к нулю.
Со светом, испускаемым Солнцем, это могло бы случиться, если бы наше светило вдруг сжалось и превратилось в шар с радиусом в 3 км или меньше (радиус Солнца равен 700000 км). Из-за такого сжатия сила тяготения на поверхности, откуда исходит свет, возрастет настолько, что гравитационное красное смещение окажется действительно бесконечным. Солнце просто станет невидимым, ни один фотон не вылетит за его пределы.
Сразу скажем, что с Солнцем этого никогда не произойдет. В конце своего существования, через несколько миллиардов лет, оно испытает множество превращений, его центральная область может значительно сжаться, но все же не так сильно. Но другие звезды, массы которых в три и более раз превышают массу Солнца, в конце своей жизни и вправду испытают, скорее всего, быстрое катастрофическое сжатие под действием своего собственного тяготения. Это приведет их к состоянию черной дыры.
Черная дыра – это физическое тело, создающее столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испускаемого вблизи него, способно обратиться в бесконечность. Чтобы возникла черная дыра, тело должно сжаться до радиуса, не превосходящего отношения массы тела к массе Солнца, умноженного на 3 км. Это критическое значение радиуса называют гравитационным радиусом тела.
Физики и астрономы совершенно уверены, что черные дыры существуют в природе, хотя до сих пор их не удалось обнаружить. Трудности астрономических поисков связаны с самой природой этих необычных объектов. Ведь их просто не видно, так как они не светят, ничего не излучают в пространство и потому в полном смысле этого слова являются черными. Лишь по ряду косвенных признаков можно надеяться заметить черную дыру, например, в системе двойной звезды, где ее партнером была бы обычная звезда. Из наблюдений движения видимой звезды в общем поле тяготения такой пары можно было бы оценить массу невидимой звезды, и если эта величина превысит массу Солнца в три и более раз, можно будет утверждать, что нашли черную дыру. Сейчас имеется несколько хорошо изученных систем двойных звезд, в которых масса невидимого партнера оценивается в 5-8 масс Солнца. Скорее всего, это и есть черные дыры, но астрономы до уточнения этих оценок предпочитают называть эти объекты кандидатами в черные дыры.
Гравитационное замедление времени, мерой и свидетельством которого служит красное смещение, очень значительно вблизи нейтронных звезд, а у гравитационного радиуса черной дыры оно столь велико, что время там, с точки зрения внешнего наблюдателя, просто замирает. Для тела, попадающего в поле тяготения черной дыры массой, равной трем массам Солнца, падение с расстояния 1 млн. км до гравитационного радиуса займет всего около часа. Но по часам, которые будут находиться вдали от черной дыры, свободное падение тела в ее поле растянется во времени до бесконечности. Чем ближе падающее тело будет подходить к гравитационному радиусу, тем более замедленным будет представляться этот полет удаленному наблюдателю. Тело, наблюдаемое издалека, будет бесконечно долго приближаться к гравитационному радиусу и никогда не достигнет его. А на определенном расстоянии от этого радиуса тело навсегда застывает – для внешнего наблюдателя остановилось время, подобно тому, как на стоп-кадре виден застывший момент падения тела.
Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории относительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее последовательными. Но они являются макроскопическими, так как опираются на опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний и больших промежутков времени. При построении теорий, описывающих явления микромира, эта геометрическая картина, предполагающая непрерывность пространства и времени (пространственно-временной континуум) была перенесена на новую область без каких-либо изменений. Экспериментальных данных, противоречащих применению теории относительности в микромире, пока нет. Но само развитие квантовых теорий, возможно, потребует пересмотра представлений о физическом пространстве и времени.
Уже сейчас некоторые ученые говорят о возможности существования кванта пространства, фундаментальной длины L. Введя это понятие, наука сможет избежать многих трудностей современных квантовых теорий. Если существование этой длины подтвердится, она станет еще одной фундаментальной постоянной в физике. Из существования кванта пространства также вытекает существование кванта времени, равного L/C, ограничивающего точность определения временных интервалов.
Общая теория относительности рассматривает неинерциальные системы отсчета и утверждает возможность их отождествления с инерциальными (при наличии поля тяготения). Эйнштейн формулирует суть главного принципа этой теории следующим образом: "Все системы отсчета равноценны для описания природы (формулировки общих ее законов), в каком бы состоянии движения они не находились". Точнее говоря, общий принцип относительности говорит о том, что любой закон физики одинаково истинен и применим и в неинерциальных системах отсчета при наличии поля тяготения, и в инерциальных системах отсчета, но при его отсутствии.
Следствия из общей теории относительности:
1. Равенство инертной и гравитационной массы – один из важных результатов ОТО, которая считает равноценными все системы отсчета, а не только инерциальные.
2. Искривление светового луча в поле тяготения свидетельствует, что скорость света в таком поле не может быть постоянной, а изменяется по направлению от одного места к другому.
3. Поворот эллиптической орбиты планет, движущихся вокруг Солнца (например, у Меркурия – 43° за столетие).
4. Замедление времени в поле тяготения массивных или сверхплотных тел.
5. Изменение частоты света при его движении в гравитационном поле.
Наиболее значительным результатом ОТО является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и плотности тяготеющих масс.
В заключение заметим, что ряд выводов общей теории относительности качественно отличается от выводов ньютоновской теории тяготения. Важнейшие из них связаны с существованием черных дыр, сингулярностей пространства-времени (мест, где формально, по теории, обрывается существование частиц и полей в обычной известной нам форме) и с наличием гравитационных волн (гравитационного излучения). Ограничения общей теории тяготения Эйнштейна обусловлены тем, что эта теория не квантовая; а гравитационные волны можно рассматривать как поток специфических квантов – гравитонов.
Других ограничений применимости теории относительности не обнаружено, хотя неоднократно высказывались предположения, что на очень малых расстояниях понятие точечного события, следовательно, и теория относительности могут оказаться неприменимыми. Современные квантовые теории фундаментальных взаимодействий (электромагнитная, слабого и сильного взаимодействий) основаны именно на геометрии пространства-времени теории относительности. Из этих теорий с наиболее высокой точностью проверена квантовая электродинамика лептонов. Неоднократно с высокой точностью повторялись опыты, использовавшиеся для обоснования теории относительности в первые десятилетия ее существования. Сейчас такого рода опыты имеют преимущественно исторический интерес, поскольку основной массив подтверждений общей теории относительности составляют данные, относящиеся к взаимодействиям релятивистских элементарных частиц.
www.konspektov.net
Специальная теория относительности А.Эйнштейна
Современное понимание пространства и времени было сформулировано в теории относительности Альфреда Эйнштейна, по-новому интерпретиро-вавшей релятивистскую концепцию пространства и времени и давшей ей естественнонаучное обоснование.
Исходным пунктом этой теории стал принцип относительности. Класси-ческий принцип относительности был сформулирован ещё Галилео Галиле-ем: во всех инерциальных системах отсчёта движение тел происходит по одинаковым законам. Инерциальными называются системы отсчёта, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.
Из принципа относительности следует, что между покоем и движением - если оно равномерно и прямолинейно - нет никакой принципиальной разни-цы. Разница только в точке зрения.
Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием счита-ет, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывёт, и он имеет все основания считать, что книга движется и притом с такой же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится?
На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто “да” или “нет”. Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой вре-мени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнёра. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что книга покоится относительно корабля и движет-ся относительно берега вместе с кораблём.
Еще более наглядный пример – это наша поездка в машине. До тех пор, пока автомобиль движется прямолинейно и равномерно, мы ощущаем себя в состоянии покоя: две системы (мы в автомобиле и автомобиль на дороге) инерциальны. Как только в одной системе скорость изменяется (торможение), изменяется и наше состояние покоя. Во всех системах время одинаково, меняются системы координат и скорости, которые можно вычислить для каждой системы с помощью классических преобразований. Эти выводы касаются и волнового движения, например, звуковой волны, скорость распространения которой 340 м/с (Мы знаем, что скорость звука алгебра-ически складывается со скоростью ветра, благодаря чему мы слышим звуки, идущие с наветренной стороны, и не слышим их с подветренной стороны. Однако, электромагнитная волна, в частности, свет распространяется с предельной скоростью света с=300 тыс км/с и, следовательно, эта скорость одинакова для всех инерциальных систем, что противоречит принципу относительности Галилея, согласно которому, напомню, координаты и скорости преобразовываются от одной инерциальной системы к другой. Поскольку мы не можем отказаться от постоянной скорости света, мы должны отказаться от этого классического принципа. Заменой теории относительности Галилея служит специальная теория относительности Эйнштейна. Сутью новой теории являются несколько зависимостей:
- взаимосвязь энергии и массы Е =mc2 ,
- с=const ,
- взаимосвязь массы и скорости движения m = m0 /Ö (1 – v2/c2),
- взаимосвязь пути и скорости lдвиж = l0Ö (1 – v2/c2),
- взаимосвязь времени и скорости t= T Ö (1 – v2/c2), где t - время в состоянии покоя, Т – время в состоянии движения
Скорость света - это самая большая из всех скоростей в природе, предельная скорость физических взаимодействий. Долгое время её вообще считали бесконечной. Она была установлена в XIX веке, составив 300000 км/с.
Для сравнения, линейная скорость вращения Земли на экваторе равна 0,5 км/с, скорость Земли в её орбитальном вращении вокруг Солнца - 30 км/с, скорость самого Солнца в его движении вокруг центра Галактики - около 250 км/с. Скорость движения всей Галактики с большой группой других галактик относительно других таких же групп - ещё в два раза больше.
Часто говорят, что скорость света - предельная скорость передачи информации и предельная скорость любых физических взаимодей-ствий, да и вообще всех мыслимых взаимодействий в мире.
Проанализируем с= s/t =const. Добиться того, чтобы скорость света была одинаковой для всех инерциальных систем, можно, допуская, во-первых, что время не является постоянным для всех систем, и во-вторых, что расстояние при движении сокращается в направлении движения. В разных системах часы идут с разным ритмом: t= T Ö (1 – v2/c2)
Аналогично и расстояние меняется при равномерном прямолинейном движении: lдвиж = l0Ö (1 – v2/c2),
Отсюда понятно, что при меняющихся числителе и знаменателе (расстоянии и времени) частное – скорость света может оставаться без изменений. На замену классическим преобразованиям в теории относительности Эйнштейна пришли преобразования Лоренца, учитывающие постоянство законов природы для всех инерциальных систем с изменяющимся временем и расстоянием при движении.
Один из главных выводов специальной теории относительности: изменение времени и пространства зависит от скорости: путь сокращается до нуля при достижении скорости световой.Например, длина движущегося стерж-ня сокращается вдвое при достижении 0,9 с. Аналогично этому часы (время) остановятся при скорости, равной световой.
Отсюда понятно, почему мы не замечаем рассинхронизации часов в разных системах ( например, на берегу и в автомобиле) – слишком маленькие скорости в макромире.
Можно рассмотреть и действие сил в механике с точки зрения теории от-носительности. Предположим, на тело действует сила F=ma. Пока тело дви-жется с небольшой скоростью, эта сила пропорциональна ускорению. Однако при скоростях, приближающихся к скорости света, этого наблюдаться не бу-дет. Частицы, движущиеся с такими скоростями, будут оказывать бесконечно большое сопротивление внешнему воздействию.
Покоящееся тело имеет массу, но не имеет кинетической энергии движения. Движущееся тело имеет и массу, и кинетическую энергию. Эта энергия сопротивляется внешнему воздействию подобно массе.Из теории относительности следует, что всякая энергия ведет себя подобно веществу: нагретое железо больше весит, чем холодное, Солнце, излучая энергию, теряет в массе и т.д. В классической физике мы имели два закона сохранения: массы и энергии. Существовали две субстанции – вещество, имеющее массу, и невесомая энергия. Согласно теории относительности мы имеем только один закон сохранения массы-энергии. Энергия имеет массу, а масса представляет собой энергию.
Масса тела увеличивается в соответствии с формулой:
m = m0 /Ö (1 – v2/c2).
Например, при скорости электрона 6 106 м/с его масса составляет 9,1 10-31кг,
а при скорости 12 107 м/с – 9,9 10-31кг.
Итак, специальная теория относительности:
- формулирует более общие механические законы;
- ликвидирует понятие эфира как среды, через которую распростра-няются световые волны;
- заменяет два закона сохранения одним;
- изменяет наше понятие абсолютного времени;
- распространяется на все явления природы.
4.4. Общая теория относительности А. Эйнштейна
В соответствии с позднее разработанной общей теорией относительности, которая сформулировала физические законы для всех систем координат (а не только инерциальных), фундаментальной проблемой является теория тяготения. Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца - достаточно небольшой звезды по космическим меркам - влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому если мы пошлём радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займёт в таком случае больше времени, чем тогда, когда на пути этого сигнала - при таком же расстоянии - не будет Солнца. Задержка сигнала при его прохождении вблизи Солнца составляет около 0,0002 с.
Одно из самых фантастических предсказаний общей теории относитель-ности - полная остановка времени в очень сильном поле тяготения. За-медление времени тем больше, чем сильнее тяготение. Замедление времени проявляется в гравитационном смещении света: чем сильнее тяготение, тем больше увеличивается частота волны и уменьшается ее длина. При оп-ределённых условиях длина волны может устремиться к бесконечности, а её частота - к нулю. Эффект Доплера (оптический) связан именно с этими обстоятельствами. При уменьшении тяготения (удалении от наблюдателя тела, расширении Вселенной) увеличивается длина (красное смещение).
Со светом, испускаемым Солнцем, это могло бы случиться, если бы наше светило вдруг сжалось и превратилось в шар с радиусом в 3 км или меньше (радиус Солнца равен 700000 км). Из-за такого сжатия сила тяготения на поверхности, откуда и исходит свет, возрастёт настолько, что гравитацион-ное красное смещение окажется действительно бесконечным.
Сразу скажем, что с Солнцем этого никогда на самом деле не произойдёт. В конце своего существования, через 15-20 миллиардов лет, оно испытает, вероятно, множество превращений, его центральная область может значи-тельно сжаться, но всё же не так сильно.
Но другие звёзды, массы которых в три и более раз превышают массу Солнца, в конце своей жизни и действительно испытают скорее всего ката-строфическое сжатие под действием своего собственного тяготения. Это при-ведёт их к состоянию чёрной дыры. Чёрная дыра - это физическое тело, соз-дающее столь сильное тяготение, что красное смещение для света, испуска-емого вблизи него, способно превратиться в бесконечность, то есть отсутствует какое-либо электромагнитное излучение.
Чёрные дыры возникают в результате неудержимого сжатия вещества под действием его собственного тяготения. Чтобы возникла чёрная дыра, тело должно сжаться до радиуса, не превосходящего отношения массы тела к мас-се Солнца, умноженного на 3 км. Это критическое значение радиуса называ-ют гравитационным радиусом тела.
Для тела, попадающего в поле тяготения чёрной дыры, образованной мас-сой, равной 3 массам Солнца, падение с расстояния 1 миллион км до гравита-ционного радиуса занимает всего около часа. Но по часам, которые покоятся вдали от чёрной дыры, свободное падение тело в её поле растянется во вре-мени до бесконечности. Чем ближе падающее тело к гравитационному ради-усу, тем более медленным будет представляться этот полёт удалённому наб-людателю. Тело, наблюдаемое издалека, будет бесконечно долго прибли-жаться к гравитационному радиусу и никогда не достигнет его. В этом прояв-ляется замедление времени вблизи чёрной дыры.
Представления о пространстве и времени, формулирующиеся в теории от-носительности Эйнштейна, на сегодняшний день являются наиболее после-довательными.
Экспериментальных данных, противоречащих применению теории отно-сительности в микромире, пока нет. Но само развитие квантовых теорий, воз-можно, потребует пересмотра представлений о физическом пространстве и времени.
Пространство
Что касается пространства, в котором мы живём, то разработан целый ряд моделей Вселенной. Все они построены на основе космологического уравнения Эйнштейна, которое описывает взаимодействие составляющих материи и геометрию пространства. В него входят такие параметры, как средняя плотность вещества Вселенной, гравитационная постоянная, космологический коэффициент. От их значений существенно зависят структура мира и её изменение во времени. Некоторые из этих параметров (например, гравитационная постоянная) известны с достаточной точностью; другие (например, средняя плотность вещества Вселенной) определены пока лишь приближённо.
В 1922 году наш соотечественник А.А. Фридман показал, что мир должен либо расширяться, либо сжиматься, причём решающее значение для его поведения имеет средняя плотность вещества. Если она больше так называемой критической плотности, то мир сферичен, имеет положительную кривизну, а его геометрия не является евклидовой. Такой мир должен был быть когда-то сверхплотным и занимать очень малый объём. Затем он расширился и достиг некоторого объёма, после чего началось его убыстряющееся сжатие, сменившееся расширением. Такой мир называется пульсирующим:у него нет границ, его объём ограничен. Другими словами, он является закрытым.
Если же средняя плотность вещества Вселенной меньше критической, то от некоторого сверхплотного состояния с малым объёмом мир должен был неограниченно расшириться. Другими словами, он является открытым.
Доказательства в пользу модели расширяющейся Вселенной были полу-чены в 1926 году, когда американский астроном Эдвард Хаббл открыл при исследовании спектров далёких галактик (существование которых было до-казано в 1923 году тем же Хабблом) красное смещение спектральных линий (смещение линий к красному концу спектра), что было истолковано как след-ствие эффекта Доплера (изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника излучения и наблюдателя по отношению друг к другу) - удаление этих галактик друг от друга со скоростью, которая возрастает с расстоянием.
По последним измерениям, это увеличение скорости расширения составляет примерно 55 км/с на каждый миллион парсек*). После этого открытия вывод Фридмана о нестационарности Вселенной получил подтверждение и в космологии утвердилась модель расширяющейся Вселенной.
Для наглядности можно добавить, что световой год— расстояние, в 60 тысяч раз превышающее расстояние от Земли до Солнца. Поскольку свет
*) парсек или 1 световой год — это расстояние, которое про-ходит свет за год при скорости 300 тысяч км/с, то есть это 9,4065-1012 км (9,4 триллиона лет).
проходит от Солнца до Земли за 8 минут, то это значит, что когда нас будит утром первый солнечный луч, Солнце уже 8 минут, как взошло.
Наблюдаемое нами разбегание галактик есть следствие расширения всего пространства замкнутой конечной Вселенной. При таком расширении про-странства все расстояния во Вселенной увеличиваются подобно тому, как растут расстояния между пылинками на поверхности раздувающегося мыль-ного пузыря. Каждую из таких пылинок, как и каждую из галактик, можно с полным правом считать центром расширения.
Дальнейшее развитие модель расширяющейся Вселенной получила в послевоенные годы и особенно в последние десятилетия благодаря исследо-ваниям известных отечественных космологов Зельдовича и Новикова.
Какое же будущее ждёт нашу Вселенную? Расчёты Фридмана допускали три варианта развития событий.
1) Вселенная может существовать в течение бесконечно долгого времени в прошлом и будущем.
2) Вселенная может иметь начало и конец.
3) Вселенная может периодически меняться во времени.
По какому из них идёт эволюция Вселенной, зависит от отношения гравита-ционной энергии к кинетической энергии разлетающегося вещества. Если кинетическая энергия разлёта вещества преобладает над гравитационной энергией, препятствующей разлёту, то силы тяготения не остановят раз-бегания галактик и расширение Вселенной носит необратмый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной называют “открытой Вселенной”. Если же преобладает гравитационное взаимодействие, то темп расширения со временем замедлится до полной остановки, после чего начнётся сжатие
вещества вплоть до возврата Вселенной в исходное состояние сингулярности (точечный объём с бесконечно большой плотностью). Для наблюдателя сиг-
налом перехода от расширения к сжатию станет смена красного смещения линий химических элементов в спектрах удалённых галактик на фиолетовое смещение. Такой вариант модели назван “закрытой Вселенной”. В случае, когда силы гравитации точно равны кинетическим силам, расширение не прекратится, но его скорость со временем будет стремиться к нулю. Через несколько миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит
состояние, которое можно назвать квазистационарным. Теоретически возможна и пульсация Вселенной.
Возникает естественный вопрос: какой из трёх вариантов реализуется в нашей Вселенной? Ответ на него остаётся за наблюдательной астрономией, которая должна оценить современную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Постоянная Хаббла позволяет оценить время, в течение которого продолжается процесс расширения Вселенной. Получается, что она не мень-ше 10 миллиардов и не больше 19 миллиардов лет. Наиболее вероятным временем существования расширяющейся Вселенной считают 15 миллиар-дов лет.
Похожие статьи:
poznayka.org
Общая теория относительности — WiKi
О́бщая тео́рия относи́тельности (ОТО; нем. allgemeine Relativitätstheorie) — геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности (СТО), предложенная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах[1][2].
В этой теории постулируется, что гравитационные и инерциальные силы имеют одну и ту же природу.
Отсюда следует, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого́ пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии[⇨].
Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей[⇨].
ОТО в настоящее время — самая успешная теория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями и рутинно используемая в астрономии[3] и в инженерных приложениях, таких как системы спутниковой навигации[4]. Первый успех общей теории относительности состоял в объяснении аномальной прецессии перигелия Меркурия[⇨]. Затем, в 1919 году, Артур Эддингтон сообщил о наблюдении отклонения света вблизи Солнца в момент полного солнечного затмения, что качественно и количественно подтвердило предсказания общей теории относительности[5][⇨]. С тех пор многие другие наблюдения и эксперименты подтвердили значительное количество предсказаний теории, включая гравитационное замедление времени, гравитационное красное смещение, задержку сигнала в гравитационном поле и гравитационное излучение[6][⇨]. Кроме того, многочисленные наблюдения интерпретируются как подтверждения одного из самых таинственных и экзотических предсказаний общей теории относительности — существования чёрных дыр[7][⇨].
Несмотря на ошеломляющий успех общей теории относительности, в научном сообществе существует дискомфорт, связанный, во-первых, с тем, что её не удаётся переформулировать как классический предел квантовой теории[⇨], а во-вторых, с тем, что сама теория указывает границы своей применимости, так как предсказывает появление неустранимых физических расходимостей при рассмотрении чёрных дыр и вообще сингулярностей пространства-времени[⇨]. Для решения этих проблем был предложен ряд альтернативных теорий, некоторые из которых также являются квантовыми. Современные экспериментальные данные, однако, указывают, что любого типа отклонения от ОТО должны быть очень малыми, если они вообще существуют.
Значение общей теории относительности выходит далеко за пределы теории тяготения. В математике специальная теория относительности стимулировала исследования в области теории представлений групп Лоренца в гильбертовом пространстве[8], а общая теория относительности стимулировала исследования по обобщению геометрии Римана и возникновение дифференциальной геометрии пространств аффинной связности, а также разработку теории представлений непрерывных групп Ли[9].
| Теорию относительности я рассматриваю как пример, показывающий, как фундаментальное научное открытие, иногда даже вопреки воле его автора, даёт начало новым плодотворным направлениям, развитие которых происходит далее по их собственному пути[10]. |
Необходимость модификации ньютоновской теории гравитации
Классическая теория тяготения Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой: она действует мгновенно на любом расстоянии. Этот мгновенный характер действия несовместим с понятием поля в современной физике. В теории относительности никакое взаимодействие не может распространиться быстрее скорости света в вакууме.
Математически сила гравитации Ньютона выводится из потенциальной энергии тела в гравитационном поле. Потенциал гравитации, соответствующий этой потенциальной энергии, подчиняется уравнению Пуассона, которое не инвариантно при преобразованиях Лоренца. Причина неинвариантности заключается в том, что энергия в специальной теории относительности не является скалярной величиной, а переходит во временну́ю компоненту 4-вектора. Векторная же теория гравитации оказывается аналогичной теории электромагнитного поля Максвелла и приводит к отрицательной энергии гравитационных волн, что связано с характером взаимодействия: одноимённые заряды (массы) в гравитации притягиваются, а не отталкиваются, как в электромагнетизме[11]. Таким образом, теория гравитации Ньютона несовместима с фундаментальным принципом специальной теории относительности — инвариантностью законов природы в любой инерциальной системе отсчёта, а прямое векторное обобщение теории Ньютона, впервые предложенное Пуанкаре в 1905 году в его работе «О динамике электрона»[12], приводит к физически неудовлетворительным результатам.
Эйнштейн начал поиск теории гравитации, которая была бы совместима с принципом инвариантности законов природы относительно любой системы отсчёта. Результатом этого поиска явилась общая теория относительности, основанная на принципе тождественности гравитационной и инертной массы.
Принцип равенства гравитационной и инертной масс
В нерелятивистской механике существует два понятия массы: первое относится ко второму закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения. Первая масса — инертная (или инерционная) — есть отношение негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная — определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения. Эти две массы измеряются, как видно из описания, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть связанными, а тем более — пропорциональными друг другу. Однако их экспериментально установленная строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выбором единиц можно сделать эти массы равными друг другу.
Иногда принцип равенства гравитационной и инертной масс называют слабым принципом эквивалентности. Идея принципа восходит к Галилею, и в современной форме он был выдвинут ещё Исааком Ньютоном, а равенство масс было проверено им экспериментально с относительной точностью 10−3. В конце XIX века более тонкие эксперименты провёл фон Этвёш[13], доведя точность проверки принципа до 10−9. В течение XX века экспериментальная техника позволила подтвердить равенство масс с относительной точностью 10−12—10−13 (Брагинский[14], Дикке[15] и т. д.).
Принцип движения по геодезическим линиям
Если гравитационная масса точно равна инерционной, то в выражении для ускорения тела, на которое действуют лишь гравитационные силы, обе массы сокращаются. Поэтому ускорение тела, а следовательно, и его траектория не зависит от массы и внутреннего строения тела. Если же все тела в одной и той же точке пространства получают одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами тел, а со свойствами самого́ пространства в этой точке.
Таким образом, описание гравитационного взаимодействия между телами можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Эйнштейн предположил, что тела движутся по инерции, то есть так, что их ускорение в собственной системе отсчёта равно нулю. Траектории тел тогда будут геодезическими линиями, теория которых была разработана математиками ещё в XIX веке.
Сами геодезические линии можно найти, если задать в пространстве-времени аналог расстояния между двумя событиями, называемый по традиции интервалом или мировой функцией. Интервал в трёхмерном пространстве и одномерном времени (иными словами, в четырёхмерном пространстве-времени) задаётся 10 независимыми компонентами метрического тензора. Эти 10 чисел образуют метрику пространства. Она определяет «расстояние» между двумя бесконечно близкими точками пространства-времени в различных направлениях. Геодезические линии, соответствующие мировым линиям физических тел, скорость которых меньше скорости света, оказываются линиями наибольшего собственного времени, то есть времени, измеряемого часами, жёстко скреплёнными с телом, следующим по этой траектории.
Современные эксперименты подтверждают движение тел по геодезическим линиям с той же точностью, как и равенство гравитационной и инертной масс.[источник не указан 1592 дня]
Кривизна пространства-времени
Девиация геодезических линий вблизи массивного тела Если запустить из двух близких точек два тела параллельно друг другу, то в гравитационном поле они постепенно начнут либо сближаться, либо удаляться друг от друга. Этот эффект называется девиацией геодезических линий. Аналогичный эффект можно наблюдать непосредственно, если запустить два шарика параллельно друг другу по резиновой мембране, на которую в центр положен массивный предмет. Шарики разойдутся: тот, который был ближе к предмету, продавливающему мембрану, будет стремиться к центру сильнее, чем более удалённый шарик. Это расхождение (девиация) обусловлено кривизной мембраны.
Аналогично, в пространстве-времени девиация геодезических линий (расхождение траекторий тел) связана с его кривизной. Кривизна пространства-времени однозначно определяется его метрикой — метрическим тензором.
Различие между общей теорией относительности и альтернативными теориями гравитации определяется в большинстве случаев именно способом связи между материей (телами и полями негравитационной природы, создающими гравитационное поле[прояснить]) и метрическими свойствами пространства-времени[6].
Пространство-время ОТО и сильный принцип эквивалентности
Часто неправильно считают, что в основе общей теории относительности лежит принцип эквивалентности гравитационного и инерционного поля, который может быть сформулирован так:
Достаточно малая по размерам локальная физическая система, находящаяся в гравитационном поле, по поведению неотличима от такой же системы, находящейся в ускоренной (относительно инерциальной системы отсчёта) системе отсчёта, погружённой в плоское пространство-время специальной теории относительности[~ 1].Иногда тот же принцип постулируют как «локальную справедливость специальной теории относительности» или называют «сильным принципом эквивалентности».
Исторически этот принцип действительно сыграл большую роль в становлении общей теории относительности и использовался Эйнштейном при её разработке. Однако в само́й окончательной форме теории он на самом деле не содержится, так как пространство-время как в ускоренной, так и в исходной системе отсчёта в специальной теории относительности является неискривлённым — плоским, а в общей теории относительности оно искривляется любым телом и именно его искривление вызывает гравитационное притяжение тел[16][17].
Важно отметить, что основным отличием пространства-времени ОТО от пространства-времени СТО является его кривизна, которая выражается тензорной величиной — тензором кривизны. В пространстве-времени СТО этот тензор тождественно равен нулю и пространство-время является плоским.
По этой причине не совсем корректным является название «общая теория относительности»[~ 2]. Данная теория является лишь одной из ряда теорий гравитации, рассматриваемых физиками в настоящее время, в то время как специальная теория относительности (точнее, её принцип метричности пространства-времени) является общепринятой научным сообществом и составляет краеугольный камень базиса современной физики. Следует, тем не менее, отметить, что ни одна из прочих развитых теорий гравитации, кроме ОТО, не выдержала проверки временем и экспериментом[6], то есть все они, за исключением ОТО, остались только гипотезами.
Принцип общей ковариантности
Математические уравнения, описывающие законы природы, должны не изменять своего вида и быть справедливыми при преобразованиях к любым координатным системам, то есть быть ковариантными относительно любых преобразований координат[18][19].
Хотя этот принцип использовался Эйнштейном при выводе ОТО, он имеет лишь эвристическое значение, так как в общековариантном виде при желании можно записать любую физическую теорию, что было указано Кретчманом ещё в 1917 году[20]. Более важным считается предположение Эйнштейна об отсутствии нединамических частей геометрии пространства-времени[21].
Принципы близкодействия и причинности
Принцип причинности в теории относительности утверждает, что любое событие может оказать причинно-следственное влияние только на те события, которые происходят позже него, и не может оказать влияние на любые события, совершившиеся раньше него[22]. Инвариантность причинно-следственной связи в теории относительности связана с принципом близкодействия [23][24]. В отличие от ньютоновской физики (которая основана на физическом принципе дальнодействия) теория относительности основана на физическом принципе близкодействия[25]. Согласно ему, скорость передачи причинного взаимодействия конечна и не может превышать скорости света в вакууме. Этот факт является следствием постулата причинности для временной последовательности событий и независимости скорости света от выбора системы отсчета[26]. Поэтому причинно связанными могут быть лишь события, разделённые времениподобным интервалом, квадрат расстояния между которыми dl2{\displaystyle dl^{2}} не превышает величины c2dt2{\displaystyle c^{2}dt^{2}} , где c{\displaystyle c} — скорость света, dt{\displaystyle dt} — промежуток времени между событиями. Причинно связанные события в специальной теории относительности могут располагаться лишь на времениподобных линиях пространства Минковского. В общей теории относительности это времениподобные линии в неэвклидовом пространстве[27].
Принцип наименьшего действия
Принцип наименьшего действия играет важную роль в общей теории относительности.
Принцип наименьшего действия для свободной материальной точки
Принцип наименьшего действия для свободной материальной точки в теории относительности утверждает, что она движется так, что её мировая линия является экстремальной (дающей минимальное действие) между двумя заданными мировыми точками[28] Его математическая формулировка[29]:
δS=δ∫ds=0{\displaystyle \delta S=\delta \int ds=0} , где ds2=gikdxidxk{\displaystyle ds^{2}=g_{ik}dx^{i}dx^{k}} .Из принципа наименьшего действия можно получить уравнения движения частицы в гравитационном поле. Получаем:
δds2=2dsδds=δ(gikdxidxk)=dxidxk∂gikdxlδxl+2gikdxidδxk{\displaystyle \delta ds^{2}=2ds\delta ds=\delta \left(g_{ik}dx^{i}dx^{k}\right)=dx^{i}dx^{k}{\frac {\partial g_{ik}}{dx^{l}}}\delta x^{l}+2g_{ik}dx^{i}d\delta x^{k}} .Из этого следует:
δS=∫{12dxidsdxkdsdgikdxlδxl+gikdxidsdδxkds}ds=∫{12dxidsdxkdsdgikdxlδxl−dds(gikdxids)δxk}ds{\displaystyle \delta S=\int \left\{{\frac {1}{2}}{\frac {dx^{i}}{ds}}{\frac {dx^{k}}{ds}}{\frac {dg_{ik}}{dx^{l}}}\delta x^{l}+g_{ik}{\frac {dx^{i}}{ds}}{\frac {d\delta x^{k}}{ds}}\right\}ds=\int \left\{{\frac {1}{2}}{\frac {dx^{i}}{ds}}{\frac {dx^{k}}{ds}}{\frac {dg_{ik}}{dx^{l}}}\delta x^{l}-{\frac {d}{ds}}\left(g_{ik}{\frac {dx^{i}}{ds}}\right)\delta x^{k}\right\}ds} .Здесь при интегрировании по частям во втором слагаемом учтено, что в начале и конце отрезка интегрирования δxk=0{\displaystyle \delta x^{k}=0} . Во втором члене под интегралом заменим индекс k{\displaystyle k} индексом l{\displaystyle l} . Далее:
12uiukdgikdxl−dds(gilui)=12uiukdgikdxl−gilduids−uiukdgildxk=0{\displaystyle {\frac {1}{2}}u^{i}u^{k}{\frac {dg_{ik}}{dx^{l}}}-{\frac {d}{ds}}\left(g_{il}u^{i}\right)={\frac {1}{2}}u^{i}u^{k}{\frac {dg_{ik}}{dx^{l}}}-g_{il}{\frac {du^{i}}{ds}}-u^{i}u^{k}{\frac {dg_{il}}{dx^{k}}}=0} .Третий член можно записать в виде
−12uiuk(dgildxk+dgkldxi){\displaystyle -{\frac {1}{2}}u^{i}u^{k}\left({\frac {dg_{il}}{dx^{k}}}+{\frac {dg_{kl}}{dx^{i}}}\right)} .Вводя символы Кристоффеля:
Γkli=12gim(∂gmk∂xl+∂gml∂xk−∂gkl∂xm){\displaystyle \Gamma _{kl}^{i}={\frac {1}{2}}g^{im}\left({\frac {\partial g_{mk}}{\partial x^{l}}}+{\frac {\partial g_{ml}}{\partial x^{k}}}-{\frac {\partial g_{kl}}{\partial x^{m}}}\right)} ,получаем уравнение движения материальной точки в гравитационном поле:
d2xids2+Γklidxkdsdxlds=0{\displaystyle {\frac {d^{2}x^{i}}{ds^{2}}}+\Gamma _{kl}^{i}{\frac {dx^{k}}{ds}}{\frac {dx^{l}}{ds}}=0} [30].Принцип наименьшего действия для гравитационного поля и материи
Впервые принцип наименьшего действия для гравитационного поля и материи сформулировал Д. Гильберт[31].
Его математическая формулировка:
δ(Sm+Sg)=0,{\displaystyle \delta \left(S_{m}+S_{g}\right)=0,}где δSm=12c∫Tikδgik−gdΩ{\displaystyle \delta S_{m}={\frac {1}{2c}}\int T_{ik}\delta g^{ik}{\sqrt {-g}}d\Omega } — вариация действия материи, Tik{\displaystyle T_{ik}} — тензор энергии-импульса материи, g{\displaystyle g} — определитель матрицы, составленной из величин метрического тензора gik{\displaystyle g_{ik}}
δSg=δ∫(R−2Λ)−gdΩ{\displaystyle \delta S_{g}=\delta \int (R-2\Lambda ){\sqrt {-g}}d\Omega } — вариация действия гравитационного поля, где R=gikRik{\displaystyle R=g^{ik}R_{ik}} — скалярная кривизна.Отсюда вариацией gik{\displaystyle g_{ik}} получаются уравнения Эйнштейна[32]/
Принцип сохранения энергии
Принцип сохранения энергии играет важную эвристическую роль в теории относительности. В специальной теории относительности требование инвариантности законов сохранения энергии и импульса относительно преобразований Лоренца однозначно определяет вид зависимости энергии и импульса от скорости.[33] В общей теории относительности закон сохранения энергии-импульса используется как эвристический принцип при выводе уравнений гравитационного поля[34]. При выводе уравнений гравитационного поля можно использовать предположение, что закон сохранения энергии-импульса должен тождественно выполняться как следствие уравнений гравитационного поля.[35]
ru-wiki.org
