Г. Шипов теория физического вакуума
жүктеу/скачать 3.52 Mb. Pdf көрінісі
|
|
10 1 Физика как теория относительности Пространство событий Западный метод познания природы начинается с того, что выбирается своеоб- разная "точка зрения" исследователя - система наблюдения или система отсчета. В трехмерном пространстве механики Ньютона система отсчета представляет собой три взаимно перпендикулярных направленных отрезка прямой линии с общим началом О (см. рис. 1). Изучая, например, траекторию летящего камня, брошенного параллельно земле, наблюдатель измеряет в разные моменты вре- мени расстояния от начала О до летящего камня M . В результате этого экспе- римента наблюдатель получает набор расстояний r в каждый момент времени. Рис. 1. Траектория камня, брошенного горизонтально поверхности земли. Наблюдатель изме- ряет расстояния r до камня в различные моменты времени t . Полученное множество относи- тельных координат двух систем отсчета содержит всю информацию о движении камня. Анализируя полученные данные, он обнаруживает, что траектория камня опи- сывается в данной системе наблюдения уравнением параболы. Всякая реальная система отсчета связана с телом отсчета, в качестве которо- го может быть выбран любой физический объект - твердое тело, элементарная частица, волна света и т.д. Часто систему отсчета связывают со стенами лабора- тории, в которой идет эксперимент. В нашем конкретном случае одна система отсчета связана с поверхностью Земли, а другая с брошенным камнем. Поэтому данные наблюдателя представляют собой множество относительных координат двух систем отсчета. Это все что мы имеем в любом физическом эксперименте! И. Кеплер, измеряя положение планет в различные моменты времени при движении их вокруг Солнца, обнаружил, что они движутся по эллипсам. Он ра- ботал со множеством относительных координат двух систем отсчета, одна из которых была связана с Солнцем, а другая с планетой. Оказывается, что множе- 11 ство относительных координат содержит всю информацию о гравитационном взаимодействии планеты и Солнца. И. Ньютон догадался (наверное, в тот момент, когда яблоко упало ему на го- лову), что Земля притягивает массивные предметы с силой, вид которой можно определить, анализируя множество относительных координат падающего пред- мета и системы отсчета, связанной с Землей. Однако первоначально И. Ньютон исследовал движение планет, Луны и спутников Юпитера и установил, что их движение происходит под действием силы, величина которой пропорциональна произведению масс планет и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Предположим, что мы изучаем движение заряженной частицы в электромаг- нитном поле. Опять вводятся две системы отсчета, одна из которых связана с лабораторией, а другая с заряженной частицей. Измеряя относительные коорди- наты двух этих систем отсчета в различные моменты времени, мы получаем множество относительных координат, содержащее всю информацию об элек- тромагнитном взаимодействии поля и частицы. Множества относительных ко- ординат, полученные в различных опытах, физики называют пространством событий, поскольку каждая точка этого пространства описывает некоторое элементарное событие. Таким образом, изучая гравитационные, электромагнит- ные, ядерные или какие-либо другие физические взаимодействия, мы в самой основе имеем дело с пространством событий изучаемого явления. Из наших рассуждений следуют, по крайней мере, два вывода: 1. Любой физический эксперимент прямым или косвенным образом сводится к измерению относительных координат различных систем отсчета. 2. Физика - это теория относительности, изучающая природу посредством анализа пространства событий. Исследуя пространство событий какого-либо явления, физик, создавая теорию явления, может использовать два крайних подхода; а) либо, на основе анализа пространства событий, попытаться угадать уравне- ния, которые описывают явление, так, как это сделал Ньютон при создании своей теории гравитации (индуктивный подход); б) либо проанализировать общие геометрические свойства пространства со- бытий и получить физические уравнения из этого анализа, так, как это сделал Эйнштейн при создании общей теории относительности (дедуктивный подход). Уравнения теории физического вакуума были получены дедуктивным путем. Для этого был выбран наиболее общий класс систем отсчета, который известен в настоящее время в физике, а затем исследованы геометрические свойства со- ответствующего пространства событий. В настоящее время в физике известно пять классов систем отсчета: 1) инерциальные, которые движутся друг относительно друга с постоянной скоростью и без вращения; 2) ускоренные локально инерциальные первого рода, которые движутся уско- ренно друг относительно друга без вращения, но локально ничем не отличаются от инерциальных систем (например, система отсчета, связанная со свободно па- дающим лифтом); 3) ускоренные локально инерциальные второго рода, которые движутся уско- ренно относительно друг друга с вращением, но локально ничем не отличаются от инерциальных систем (например, система отсчета, связанная с центом масс однородного вращающегося диска); 12 4) ускоренные локально неинерциальные (например, система отсчета, связан- ная с ускоряемой ракетными двигателями ракетой); 5) ускоренные конформные (такие системы связаны с физическими объектами, меняющими свои физически характеристики - массу, заряд и т. д. с течением времени). Для каждого класса систем отсчета существует собственное, присущее только этому классу, пространство событий. Зная геометрические свойства простран- ства событий, можно найти, например, уравнения движения одной системы от- счета относительно другой. Поскольку система отсчета связана с каким-либо физическим телом, что мы сразу находим уравнения движения данного тела. Ясно, что ускоренное движение систем отсчета вызвано физическим взаимодей- ствием тела отсчета с полем, в котором оно движется. Поэтому анализ про- странства событий в этом случае позволяет найти не только уравнения движе- ния тел отсчета, но и получить уравнения поля, под действием которого дви- жется тело отсчета. жүктеу/скачать 3.52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|