Г. Шипов теория физического вакуума
Относительность сил и полей
жүктеу/скачать 3.52 Mb. Pdf көрінісі
|
|
Относительность сил и полей в теории гравитации Эйнштейна До сих пор мы рассматривали пространство событий инерциальных систем отсчета. Сначала это были инерциальные системе механики Ньютона, которые движутся прямолинейно и равномерно без вращения относительно друг друга. Пространство событий таких систем отсчета трехмерно и обладает геометрией Евклида. Затем, мы рассмотрели пространство событий инерциальных систем отсчета, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света. В этом случае геометрия пространства событий оказалась четырехмерной, псевдоевк- лидовой. Обе эти геометрии описывают пустоту или абсолютный вакуум, где нет никакой материи или вообще чего-либо. Перейдем теперь к описанию ускоренных систем отсчета, в частности к ло- кально инерциальным системам без вращения. Что это за системы отсчета? Рис. 4. Ускоренная система отсчета В, связанна с космическим кораблем. Корабль совершает свободный полет на стационарной орбите и движется без собственного вращения. Система от- счета А находится на Земле. Наблюдатели А и В измеряют координаты до космонавта, нахо- дясь, каждый в своей системе отсчета и получают разные уравнения движения космонавта. Представим себе космический корабль, который движется вокруг Земли по ста- ционарной орбите без собственного вращения. В корабле находится космонавт в состоянии невесомости (см. рис. 4). Мы все это видели по телетрансляциям с бората космического корабля. Наблюдатель А находится на Земле и, измеряя координаты космонавта в своей системе отсчета, обнаруживает, что он движет- 16 ся под действием гравитационной силы g F . Если масса космонавта m , то для наблюдателя А его уравнения движения запишутся как , F ma g где a - ускоре- ние космонавта относительно наблюдателя А. Одним словом, наблюдатель ви- дит, что космонавт движется ускоренно (вместе с кораблем) под действием гра- витационной силы. Предположим теперь, что на корабле находится наблюдатель В и измеряет координаты космонавта относительно системы отсчета, связанной с космиче- ским кораблем. Он заметит, что внутри корабля космонавт либо покоится отно- сительно стенок корабля, либо будет двигаться прямолинейно и равномерно, так, как будто никакие силы на космонавта не действуют. На самом же деле на космонавта действуют две силы, которые компенсируют друг друга. Одна из них все та же гравитационная сила g F , а другая - сила инерции i F (см. рис. 4). Физикам известно, что в ускоренных системах отсчета действуют силы инер- ции. Например, когда вы катаетесь на карусели, на вас действует центробежная сила инерции, которая пытается сбросить вас с карусели. Вращение представля- ет собой ускоренное движение. Теперь понятно, как определить ускоренную локально инерциальную систему отсчета первого рода. Это такая ускоренная система, в которой внешняя сила, действующая на тело отсчета, скомпенсирована силой инерции. В нашем слу- чае внешней силой оказалась гравитационная сила g F . Именно такие системы отсчета использовал А. Эйнштейн при построении теории гравитационного по- ля. Итак, мы показали , что в теории Эйнштейна гравитационные поля и силы но- сят относительный характер, поскольку могут быть обращены в нуль (правда, только локально) путем перехода в ускоренную локально инерциальную систе- му отсчета. Далее, А. Эйнштейну удалось установить, что относительные коор- динаты ускоренных локально инерциальных систем образуют пространство со- бытий, наделенное геометрией Римана. В отличие от плоской геометрии Евк- лида (или плоской псевдоевклидовой геометрии) эта геометрия обладает кри- визной. Оказалось, что кривизна геометрии Римана содержит всю необходимую информацию о гравитационных полях и взаимодействиях. Вспомним теперь высказывания Клиффорда о том, что в мире ничего не происходит, кроме изме- нения кривизны пространства. А. Эйнштейну удалось показать это для гравита- ционных взаимодействий! Используя математические знания о различных геометрических объектах геометрии Римана, можно заранее предсказать результат любого гравитацион- ного эксперимента. Например, уравнения движения тела отсчета, с которым связана ускоренная локально инерциальная система, в теории гравитации Эйн- штейна описывается уравнениями геодезических. Эти уравнения были известны математикам задолго до теории Эйнштейна. Великий ученый использовал эти уравнения для теоретических расчетов, заранее зная, что теоретические выводы будут подтверждены экспериментом. Он предсказал, что луч света от далекой звезды, проходящий вблизи Солнца, будет искривляться под действием грави- тационного поля (см. рис.5). Рис. 5. Отклонение луча света вблизи поверхности Солнца. 17 В последствии эксперименты, проведенные астрономами, количественно под- твердили предсказанный А. Эйнштейном угол отклонения луча. Были и другие предсказания теории, получившие количественные подтверждение на опыте. жүктеу/скачать 3.52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|