Все, что тебе нужно знать о платьях!
Проект / Авторы / Фотогалереи / Добро / Энциклопедия о России / История России / Русская литература

Прозорливость состоит в том, чтобы замечать невидимое. Дж. Свифт


Этих книг нет в магазинах!

Недорого купить антикварные книги

Чулки и колготки из Англии

Учеба и образование в Англии

  


Яндекс.Погода

Общая теория относительности

Инерция как тяготение

Прямолинейное и равномерное движение систем отсчета вне полей тяготения (предмет специальной теории относительности) лишь частный случай. Обычно мировые движения происходят в гравитационных полях и ускоренных системах отсчета. Классическая физика считала тяготение рядовой силой среди множества природных сил (электрических, магнитных и прочих). Тяготению было приписано "дальнодействие" (проникновение "сквозь пустоту") и удивительная способность придавать равное ускорение телам разных масс. Оба эти свойства как говорилось выше, выглядели в классике очень искусственными.

По мнению Эйнштейна, гравитационное поле - не силовое. На самом деле тяжесть - следствие особенностей мирового пространства-времени. И гравитационное поле правильнее называть метрическим. Логика, приводящая к этому непривычному выводу, такова.

Вначале обсуждается равенство ускорений свободного падения для тел разных масс (то, что массивный ключ и легонькая спичка одинаково быстро падают со стола на пол). Как подметил Эйнштейн, это уникальное свойство делает тяжесть очень похожей на инерцию. В самом деле, ключ и спичка ведут себя так, как если бы они двигались в невесомости по инерции, а пол комнаты (или, допустим, кабины ракеты) с ускорением придвигался к ним. Достигнув ключа и спички, пол испытал бы их удар, а затем давление, так как инерция ключа и спички сказалась бы при дальнейшем ускорении пола. Это давление (космонавты говорят . "перегрузка") называется силой инерции. Подобная сила всегда приложена к телам в ускоренных системах отсчета.

 

Если ракета летит с ускорением, равным ускорению свободного падения на земной поверхности (9,81 м/сек2), то сила инерции будет играть роль веса ключа и спички. Их "искусственная" тяжесть будет точно такой же, как естественная на поверхности Земли. Значит, ускорение системы отсчета . это явление, вполне подобное гравитации.

Наоборот, в свободно падающем лифте естественная тяжесть устраняется ускоренным движением системы отсчета кабины "вдогонку" за ключом и спичкой. Разумеется, классическая физика не видит в этих примерах истинного возникновения и исчезновения тяжести. Тяготение лишь имитируется или компенсируется ускорением. Но в общей теории относительности (ОТО) сходство инерции и тяжести признается гораздо более глубоким.

Эйнштейн выдвинул локальный принцип эквивалентности инерции и тяготения, заявив, что в достаточно малых масштабах расстояний и длительностей одно явление невозможно отличить от другого никаким экспериментом. Право на такое утверждение дали Эйнштейну итоги специальной теории относительности (СТО).

В ракете и лифте

Вообразите следующее. В закрытой кабине ускоряющейся ракеты наблюдатель послал от одной стенки к другой луч света параллельный полу. Благодаря ускорению ракеты луч упрется в противоположную стенку чуточку ниже, чем при отсутствии ускорения. Казалось бы, этот факт как раз и засвидетельствует ускорение ракеты вверх, отвергнув предположение о том, что она находится в поле тяжести. Тот же опыт в падающем лифте покажет смещение луча вверх (относительно пола кабины) и, казалось бы, докажет ускорение лифта вниз, то есть его свободное движение в гравитационном поле.

С позиций классической физики, подобные опыты должны отметить наличие "искусственной" тяжести от естественной (в ракете) и компенсацию тяжести, а не ее устранение (в лифте).

Физика Эйнштейна эту надежду отвергает. Ведь если луч света имеет энергию, он имеет, согласно, СТО, и массу. А любая масса в настоящем гравитационном поле падает, причем с неизменным ускорением, независимо от своей величины. Так что отклонение луча к полу ускоряющейся вверх ракеты можно объяснить падением луча в настоящем поле тяжести . как если бы ракета стояла неподвижно на земной поверхности.

Что касается падающего лифта, то там луч вообще не сместится вверх, так как свет, обладая массой, будет падать вниз с тем же ускорением, что и кабина. Итак, воспользовавшись услугами света, ни в ракете, ни в лифте мы, вопреки надеждам классической физики, не сумеем отличить тяжесть от инерции. Тут не помогут и никакие другие опыты. В масштабах ракеты и лифта гравитация неотличима от инерции.

Правда, в более крупных масштабах отличие возможно, благодаря тому что настоящее поле тяжести обязательно центрально - имеет центр масс, точечный источник. Поэтому на Земле достаточно удаленные отвесные линии непараллельны - сходятся к центру планеты (в ускоряющейся ракете они обязательно параллельны). А два невесомых груза, парящих рядом в кабине лифта, который падает в шахте, пронизывающей насквозь всю землю, по мере приближения к земному центру будут сближаться. В самом центре они стукнутся друг о друга. Вдали от Земли, в "истинной" невесомости, такого не произойдет. Значит, настоящее земное тяготение нельзя сразу все и надолго заменить или устранить падением. Понимая это, Эйнштейн заявил о локальности своего принципа эквивалентности инерции и тяжести, то есть его ограниченности в масштабах времени и расстояний.

С такой оговоркой принцип эквивалентности был признан совершенно справедливым. И это провело к важным заключениям о сущности пространства, времени, тяготения.

Космический диск

Исполним еще один мысленный эксперимент. Пусть где-то в космосе вращается диск. Наблюдатели в центре и на краю диска находятся в разных условиях. Ось свободна от действий каких бы то ни было сил и пребывает в покое. А наблюдатель на краю диска движется относительно оси, и, так как движение его непрямолинейно, он испытывает действие центробежной силы инерции, которая направлена от центра к периферии диска.

Теперь вспомним СТО. По отсчету наблюдателя, сидящего на оси, время на краю вращающегося диска замедлено по сравнению с временем на оси, а расстояния сокращены. С другой стороны, признаком вращения диска служит наличие центробежной силы инерции. Поэтому резонно сказать: в поле центробежной силы инерции время замедляется, а расстояния сокращаются.

Подобные рассуждения можно провести и для любых других сил инерции. Но тогда, вспомнив эквивалентность инерции и тяжести, мы обязаны заключить, что и в гравитационном поле время должно замедляться, а расстояния . сокращаться. Раз уж инерция тождественна с тяжестью, то тонкая особенность пространства и времени, характерная для поля инерционных сил, должна присутствовать и в поле тяготения.

Сказанное справедливо локально - в достаточно малых масштабах длин и длительностей. Но если в малых частях земного тяготения деформируются пространство и время, то и в целом, "большом" поле земного тяготения пространство и время обязаны изменяться (ибо целое складывается из частей). Любая планета, звезда, галактика обладает этой парадоксальной способностью . изменять вокруг себя пространство и время. Как именно это происходит, можно рассчитать. Такое исследование содержит, правда, большие математические трудности и до сих пор не получено в общем виде. Но частные решения получены.

Искривленный мир

Между Землей и падающим на нее камнем не никакого "дальнодействия", таинственного влияния планеты "через пустоту". Падающий камень летит по инерции. Тем не менее он движется с ускорением, потому что пространство и время изменены гигантской земной массой. Пространство и время изменяются совместно, в тесной связи друг с другом. Поэтому физики соединяют оба эти понятия в одно: пространство-время (иногда говорят просто мир). Причем изменение пространства-времени (мира) крупными массами принято называть искривлением.

Не следует думать, что искривление пространства-времени массой Земли сколько-нибудь значительно. Увидеть его глазами, измерить линейкой, засечь обыкновенными часами невозможно. Но современный сверхточны эксперимент выявил различие. Например, зарегистрирована разница в темпе хода времени у подножия и под крышей двенадцатиметровой башни. Разница составляет миллионную долю от миллиардной доли (10-15). На такую часть секунда внизу дольше, чем секунда вверху, где земное тяготение чуточку слабее.

Столь же ничтожно сокращаются и расстояния. И этого мизерного преобразования пространства-времени достаточно, чтобы резко изменить характер движения тел по инерции: движение становится хорошо знакомым нам падением.

Вот откуда-то из далекого космоса летят рядом камень и пушинка. На их пути Земля. Пространство-время искривляется. Укороченные сантиметры проходятся камнем и пушинкой за удлиненные секунды. Начинается ускорение. Оба тела падают, причем вместе, не отставая друг от друга. Потому что пространство-время искривляется совершенно одинаково для камня и для пушинки.

В искривленном мире обращаются Земля вокруг Солнца, Луна вокруг Земли и так далее. Они тоже летят по инерции, но благодаря искривлению пространства-времени их пути согнуты, их скорости непостоянны.

Такое объяснение, сводя тяготение к инерции, обходится не только без таинственного "дальнодействия", но и без предположения о делении массы на тяжелую и инертную. По Эйнштейну тяжелой массы не существует. Есть только инертная.

Вес тел общая теория относительности истолковывает как силу инерции, то есть в данном случае силу, с которой тело давит на опору, мешающую ему двигаться по инерции. С такой силой космонавт давит на кресло в разгоняющейся ракете (когда возникают перегрузки). И яблоко тянет вниз ветку яблони потому, что эта ветка мешает яблоку по инерции упасть на землю. Не будь ветки, яблоко тотчас оказалось бы свободным в искривленном пространстве-времени, где движение по инерции обязательно происходит с ускорением. И упало бы.

Так признание искривления пространства-времени крупными массами позволило перейти от локального принципа эквивалентности инерции и тяжести к общему. И свести к инерции любое тяготение.

Подтверждение ОТО

Общая теория относительности еще глубже изменила научные представления о мире. Потерял универсальность первый закон ньютоновской динамики . оказалось, что движение по инерции может быть криволинейным и ускоренным. Отпала надобность в понятии тяжелой массы. Изменилась геометрия Вселенной: вместо прямого евклидовского пространства и равномерного времени появилось искривленное пространство-время, искривленный мир. Столь резкой перестройки воззрений на физические первоосновы мироздания не знала история науки.

Тем не менее, классическая механика поныне широко и плодотворно служит физике, технике, астрономии и никогда не потеряет своего огромного значения. Объясняется это сравнительной простотой, удобством классических моделей и формул, их чрезвычайно высокой точностью, близостью к реальной природе. Только там, где приходится иметь дело с очень большими относительными скоростями тел (например, в современных ускорителях), либо с очень высокими концентрациями энергии и массы (ядерные процессы), либо с гигантскими гравитационными полями (явления, разворачивающиеся в непосредственной близости от звезд или в масштабах всей Метагалактики), выходят на сцену эффекты СТО и ОТО. Тут уж расчеты должны вестись на основе эйнштейновской физики.

Есть астрономические события, объяснить которые удается только с позиций ОТО. Эти-то явления и доказали справедливость новой теории тяготения. Один из примеров . луч света, проходящий около Солнца. И ньютоновская механика, и ОТО признают, что он должен отклониться к Солнцу (падать). Однако ОТО предсказывает вдвое большее смещение луча. Наблюдения во время солнечных затмений доказали правоту предсказания Эйнштейна.

Другой пример. Ближайшая к Солнцу планета Меркурий обращается вокруг светила не по точному эллипсу, как предписано нюьтоновской небесной механикой. Этот эллипс сам вращается - очень медленно, на 43 угловые секунды за столетие. Именно такую орбиту дает вычисление по формулам ОТО. Замедлением времени в сильном гравитационном поле объясняют уменьшение частоты световых колебаний в излучении белых карликов - звезд очень большой плотности. А в последние годы этот эффект удалось зарегистрировать и в лабораторных условиях.

Наконец, очень велика роль ОТО в современной космологии . науке о строении и истории всей Вселенной. В этой области знания также найдено много доказательств эйнштейновской теории тяготения.
Короткая ссылка на новость: http://federacia.ru/~QNV5A


Уникальная возможность купить старинные книги недорого






















Вечерниее и коктейльные платья: выбери себе подарок!

     RSS-подписка на новости

Мы навсегда решили для вас проблему выбора подарков - посетите наш уникальный магазин антикварных книг



История России, крупные города России, русская литература, русское искусство, Конституция и законы Российской Федерации
самые свежие новости из столицы и российских городов - все это информационно-новостной портал "Федерация.Ру".
Перепечатка и цитирование материалов приветствуется при постановке активной ссылки на источник.
Контакты редакции: +7 (495) 725-89-27, info@adelanta.info