Здесь выложена электронная книга Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) автора по имени Гордон Александр. На этой вкладке сайта web-lit.net вы можете скачать бесплатно или прочитать онлайн электронную книгу Гордон Александр - Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.).
Размер архива с книгой Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) равняется 307.27 KB
VadikV
113
Александр Гордон: «Диал
оги (апрель 2003 г.)»
Александр Гордон
Диалоги (апрель 2003 г.)
Беседы 2003 года Ц 4
Аннотация
В настоящем сборнике представ
лены стенограммы ночных передач-диалогов телевизионной программы Але
ксандра Гордона:
1. Гравитация и космология
2. Ископаемые ящеры
3. Технологии виртуальной реальности
4. Клональные позвоночные
5. Экономическое пространство будущего
6. Формула эмоций
7. Внутреннее строение Земли
8. Физика и метафизика
9. Михаил Булгаков
10. Размерность пространства в микромире
11. Формы жизни бактерий
12. Отражение Апокалипсиса
Александр Гордон
Диалоги (апрель 2003 г.)
Гравитация и космология
01.04.03
(хр.00:50:38)
Участники :
Петров Александр Николаевич Ц кандидат физико-математиче
ских наук, старший научный сотрудник отдела релятивистской астрофизик
и ГАИШ (Астрономический институт им. П.К. Штернберга)
Липунов Владимир Михайлович Ц доктор физико-математическ
их, профессор кафедры астрофизики ГАИШ (Астрономический институт им. П.К.
Штернберга)
Александр Гордон : Откуда такой интерес именно к гравитации?
Владимир Липунов : Так вы сами эту тему ввели, а теперь спрашив
аете. 4 передачи по гравитации…
А.Г. Слишком много разных точек зрения. Я бы хотел выслушать ва
шу. Поскольку она, как я понял, имеет непосредственное отношение к общей т
еории относительности, можно её считать классической или…?
Александр Петров : Классической Ц вполне. Что такое гравитац
ия? На самом деле, гравитация Ц это такая теория, которая описывает закон
ы тяготения. Гравитационное поле описывает законы тяготения. ОТО являет
ся одной из самых признанных теорий. Это такая теория, которая описывает
геометрию пространства-времени, тем самым заменяя гравитационные силы
искривлением пространства-времени. Чем оно сильнеё искривлено, тем силь
нее гравитационная сила.
Как это представить? Можно взять плоскую резиновую поверхность и положи
ть на эту поверхность бильярдный шар Ц он продавит поверхность. А давай
те положим на эту поверхность два бильярдных шара и не очень далеко друг
от друга. Они продавят её сильнее? Мало того, они ещё и столкнутся. В данном
случае мы видим прямую имитацию того, как искривление вызывает притяжен
ие. То есть, два шара столкнулись друг с другом.
Также примерно происходит и в общей теории относительности. Почему, в са
мом деле, ОТО считается самой признанной теорией? Дело в том, что для любой
физической теории главный критерий истины Ц это эксперимент. По гравит
ации проводятся эксперименты уже в течение десятилетий. Главные из них
Ц это такие эксперименты, как отклонение луча света в гравитационном по
ле солнца. Смещение перигелиев различных планет. Больше всего Ц Меркури
я. Эти эксперименты из года в год увеличивают свою точность. Но пока нет ни
каких предпосылок, чтобы мы отказались от общей теории относительности.
На самом деле существуют и другие гравитационные теории, и при определён
ных параметрах они тоже удовлетворяют этим экспериментам. Но общая теор
ия относительности замечательна тем, что она построена при самом минима
льном наборе предположений. Она является самой красивой теорией.
И это тоже один из самых важных моментов, важных как в приложениях, так и в
теоретических исследованиях. Но чтобы разобраться в общей теории относ
ительности, конечно, очень важно перейти к её основам, к принципам, на кото
рых она строится.
В.Л. Кстати, о принципах. Александр Николаевич начал своё выст
упление с того, что теория гравитации фактически оказалась теорией прос
транства-времени. Она оказалась геометрической теорией. Здесь стоило бы
поговорить о том, какие общие принципы или, скажем так, какие общие идеи д
вигали Эйнштейном, когда он придумал общую теорию относительности.
Здесь надо сказать о довольно парадоксальной вещи. Оказывается, с соврем
енной точки зрения можно сказать так, что Эйнштейном двигала ошибочная и
дея.
Известный в своё время, как говорилось в советской науке, буржуазный фил
ософ Мах, когда-то изобрёл один принцип, который совершенно овладел Эйнш
тейном. То есть, Эйнштейн свято верил в него.
Я, кстати, хочу сказать, что Эйнштейн, написав несколько работ по общей тео
рии относительности, в конце которых он вывел правильное уравнение, пото
м сел и написал одну общую работу, где он показал каждый шаг создания обще
й теории относительности и рассказал о тех самых идеях, которые двигали
им на каждом шаге. И начинает он эту работу именно с принципа Маха. Принцип
Маха это поразительная вещь такая. Его, может быть, напомнить надо, очень
коротко.
Он сводится к тому, что в пустоте у тел нет инерции, или нет массы. Когда мы г
оворим слово «масса», мы, как правило, имеем в виду сопротивляемость тела
началу движения или, наоборот, способность тела сохранять движение.
Что такое движение? Движение Ц это понятие пространственное. Это измене
ние чего-то относительно чего-то в пространстве. И инертная масса она явл
яется в этом смысле чисто геометрической величиной, мерой геометрическ
ой изменчивости, изменчивости чего-то в геометрическом пространстве.
Попытаюсь объяснить очень просто. «Возьмём два шара», Ц говорит Эйнште
йн вслед за Махом. Два жидких шара в пустоте, которые вращаются вокруг общ
ей оси, они могут сжиматься, вытягиваться вдоль экватора. И возьмём двух н
аблюдателей, которые измеряют формы этих шаров. Оба наблюдателя измерил
и форму этих шаров независимо. Они вращаются синхронно вокруг общей оси.
Один говорит: «Я вижу шар», а другой говорит: «Я вижу репу: шар мой вытянулс
я». Из-за вращения он стал сплюснутым у полюсов. Кто из них прав?
Первый говорит: «Ну, что я вижу? Я вижу, что вокруг меня пустое пространств
о, я неподвижен относительно этого пустого пространства».
А второй говорит: «Вокруг меня пустое пространство, я вращаюсь относител
ьно этого пустого пространства.
Чтобы ответить на вопрос, кто из них прав, нужно установить связь между эт
ими двумя пустыми пространствами. А дальше Мах говорит: «Поскольку пусто
е пространство ненаблюдаемо, то невозможно установить, кто из них прав».
И дальше он говорит, что фактически это означает, что в пустоте тело не дол
жно вытягиваться, там не должно быть инерции. Тело вытягивается, потому ч
то оно испытывает центробежную силу вдоль экватора.
И обратите внимание, как это здорово получается. Дальше Эйнштейн делает
следующий шаг. Он говорит о том, что инерция связана с присутствием непус
того пространства. Он приходит к идее того, современная физика, кстати, сч
итает, что это неправильная идея, что в пространстве где-то должны быть ка
кие-то массы, которые должны объяснить этому телу, что я вращаюсь, иначе э
ти два наблюдателя никогда не договорятся, невозможно будет между ними в
ыяснить, кто из них прав.
И вот тут очень важная логическая цепочка. Значит, Эйнштейн говорит: «Для
того чтобы возникла инерция (а инерция Ц это мера пространственная, мер
а, характеризующая способность тел сохранять пространственное положен
ие), нужны какие-то гравитирующие тела». И вот возникает связка между инер
цией, гравитацией и пространством. Но я повторяю, этот принцип отвергает
современная физика. Ну, скажем так, он отвергается большинством учёных, о
н является уже некоей неортодоксальной точкой зрения. Но, тем не менее, мн
е кажется, что какая-то глубина всё-таки в этом есть. И то, что Эйнштейн выш
ел на правильную теорию, исходя из принципа Маха, может быть, в этом есть к
акой-то глубокий смысл.
А.П. Таким образом, принцип Маха дал Эйнштейну повод построит
ь как раз геометрическую теорию, которая и является общей теорией относи
тельности. Ну и что? А другие теории не геометрические? Действительно, дру
гие теории, которые строились, они строились в фиксированном пространст
ве-времени. И чаще всего Ц в плоском пространстве-времени. Что такое пло
ское пространство-время? Все эксперименты, которые проводились очень да
вно и многие из которых сейчас проводятся, они проводятся на Земле, в земн
ых условиях. Например, если рассматривается электродинамика, то она расс
матривается в лаборатории на Земле.
Мы можем считать пространство плоским. Почему? Потому что эффектами обще
й теории относительности можно совершенно пренебречь, эффектами грави
тации можно пренебречь за вычетом поля Земли, что делается легко.
Пространство Минковского это самое плоское пространство-время, оно обл
адает рядом преимуществ. Прежде всего, оно служит ареной, ареной для той д
рамы, которая происходит с физическими полями и частицами. Его структура
хорошо известна, и она ещё обладает таким преимуществом, что в пространс
тве Минковского легко определить такие важные характеристики системы,
как энергия или импульс. Вот простое свойство. В пространство Минковског
о безболезненно можно сменить систему отсчёта, то есть начало отсчёта вр
емени. Этой простой процедуре соответствует определение энергии всей с
истемы.
В общей теории относительности тоже есть арена, тоже есть пространство-
время, но ситуация несколько отличная. Потому что пространство-время в о
бщей теории относительности само является динамическим полем. Но на сам
ом деле не само пространство-время, а метрические коэффициенты, то есть к
оэффициенты, благодаря которым измеряется расстояние в общей теории от
носительности. Мало того, вот эти искривления в общей теории относительн
ости они как бы влияют сами на себя. Поэтому гравитационное поле ещё обла
дает таким свойством, как самодействие.
Ну, и возникает вопрос: а вообще, можно определить энергию общей теории от
носительности? Вернёмся к этому плоскому пространству-времени. На самом
деле теорию тяготения пытались строить не как геометрическую, а как пол
евую теорию. Сам Эйнштейн принимал в этом участие, с Фоккером у него были с
татьи на эту тему.
После создания общей теории относительности попытки тоже продолжались
. Они продолжаются до настоящего времени.
Представим, что есть у нас пространство Минковского, и поле тяготения ти
па электромагнитного. Если мы будем последовательно строить теорию, что
бы она была логически непротиворечивой и чтобы удовлетворяла всем тест
ам, которые имеются, мало того, чтобы она обладала минимальным набором пр
едположений, то неминуемо окажется, что мы опять придём к общей теории от
носительности. Здесь возникает вопрос: а нет ли тут противоречия? Было у н
ас пространство Минковского, с которого мы начинали построение, а пришли
к общей теории относительности, где нет никакого фиксированного простр
анства-времени, а есть искривлённое динамическое пространство.
А.Г. Куда делось пространство-время?
А.П. Куда оно делось? На самом деле никакого противоречия нет. Н
ужно проводить эксперимент. Если у нас рассматривается простая электро
динамика в плоском пространстве-времени, то пространство Минковского м
ожно определить. Мы пошлём лучи света и будем измерять, по каким траектор
иям они распространяются. Мы увидим, что траектории прямые, что частота с
вета никак не меняется. Собственно, это и есть определение пространства
Минковского.
Вот есть пространство Минковского, и есть гравитационное поле. И если та
м мы попытаемся определить это пространство Минковского, то придём к так
ому положению, что лучи света уже будут распространяться по кривым. Част
ота будет меняться от точки к точке. То есть мы уже не можем определить про
странство Минковского. Мало того, если мы попытаемся определить простра
нство Минковского с помощью гравитационных волн, то опять придём к тому,
что мы не найдём его.
Если мы посмотрим на уравнения, то окажется, что в уравнениях метрически
е коэффициенты пространства Минковского исчезли и заменились динамиче
скими метрическими коэффициентами в общей теории относительности.
Ну, и встаёт вопрос: можно ли тогда вот в таком пространстве, в такой теори
и, где нет фиксированного пространства-времени, определить энергию? Она
хорошо определяется там, где есть фиксированное пространство-время.
Нужно понять, существуют ли вообще эффекты, где гравитационная энергия к
ак-то проявляет себя? Один из важных моментов, где это проявляется, Ц это
гравитационные волны, которые очень скоро будут пытаться детектироват
ь: общая теория относительности их предсказывает. И в этом нет никаких со
мнений.
Попытаюсь сейчас показать почему. Ну, представим, что у нас есть двойная с
истема, две звезды. Такие звёзды наблюдаются. И наблюдаются компактные з
вёзды, пульсары. То есть вращающиеся нейтронные звёзды.
Они наблюдаются длительный период. И оказывается, что орбиты этих звёзд
сближаются. Это означает, что система отдаёт энергию. А куда она исчезает?
Она исчезает за счёт излучения гравитационных волн. Больше некуда.
Это косвенное подтверждение того, что гравитационные волны несут энерг
ию.
С другой стороны, если мы опять обратимся к этой двойной системе, то, что е
ё держит? Её держит гравитационная связь. А давайте попытаемся разорвать
двойную систему. То есть, извне вложить в двойную систему какую-то внешню
ю энергию. И разнесём эти звёзды на расстояние, где они уже очень слабо вза
имодействуют, и этим взаимодействием можно будет пренебречь. Тогда вот э
ту гравитационную связь можно интерпретировать так, что системы имеют о
трицательную потенциальную энергию гравитационной связи.
Вот предельный случай этого: существует модель замкнутой Вселенной. Про
странство описывается трехмерной сферой это очень похоже на обычную сф
еру. Материи в такой Вселенной ограниченное количество. И по теории энер
гия вот такого шара, такой замкнутой Вселенной, она должна равняться нул
ю. И оказывается, что в такой Вселенной материальная положительная энерг
ия компенсируется отрицательной энергией связи гравитационного поля.
В общем, ситуация такая, что энергия гравитационного поля проявляет себя
в различных случаях. Только вопрос: в чём же отличие энергии гравитацион
ного поля от другой энергии?
Оказывается, что энергия гравитационного поля проявляет себя только в г
лобальных эффектах. Если мы можем плотность энергии, скажем, электромагн
итного поля определить в каждой точке однозначно, то для гравитационног
о поля это не пройдёт.
И всё дело в принципе эквивалентности. Принцип эквивалентности это один
из основных принципов, на основании которого была построена общая теори
я относительности, можно сформулировать кратко так. Пусть в гравитацион
ном поле падает наблюдатель свободно, ничто на него не действует. И разме
ры этого наблюдателя малы по сравнению с характерными размерами измене
ния гравитационного поля. Тогда утверждается: наблюдатель не почувству
ет никакого гравитационного поля. Но это означает, что локально энергия
гравитационного поля в точке наблюдателя, в его системе отсчёта равняет
ся нулю.
С другой стороны, если мы запустим какую-то ракету с двигателем, который с
опротивляется этому падению, то в системе отсчёта этой ракеты мы можем в
вести некоторые величины, которые будут определять плотность энергии г
равитационного поля. Ситуация такая, что с помощью координатных преобра
зований мы можем превратить плотность энергии гравитационного поля в н
оль, а можем сделать какой угодно величиной. Вот это сложность в определе
нии энергии гравитационного поля. Эта сложность, она заключается в принц
ипе эквивалентности.
В.Л. Кстати, исторический принцип эквивалентности был открыт
более гуманным путём, там не бросали никаких наблюдателей. Как известно,
Галилео Галилей бросал камни с Пизанской башни. Но он первым обнаружил т
у очень странную вещь, что тяжёлые и лёгкие предметы падают с одинаковым
ускорением. И фактически это было первое открытие эквивалентности инер
ции и гравитации, на самом деле. Вернёмся к тому принципу общей теории отн
осительности, что инерция, в сущности, Ц это некая инертная масса тела, о
на всегда привязана к пространству. Потому что мы всегда привязаны к дви
жению. Это характеристика движения тел. А в то же время оказывается, что гр
авитационное поле так устроено, что каждое тело притягивает другое тело
в точности так, как будто бы оно знает о его инерционных свойствах, о его с
войствах чисто геометрических, в глобальном смысле геометрических.
Надо сказать, что принцип эквивалентности проверялся неоднократно и в н
аше время, и в последние годы;
Было бы хорошо, чтобы книга Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) автора Гордон Александр дала бы вам то, что вы хотите!
Отзывы и коментарии к книге Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) у нас на сайте не предусмотрены. Если так и окажется, тогда вы можете порекомендовать эту книгу Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) своим друзьям, проставив гиперссылку на данную страницу с книгой: Гордон Александр - Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.).
Если после завершения чтения книги Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.) вы захотите почитать и другие книги Гордон Александр, тогда зайдите на страницу писателя Гордон Александр - возможно там есть книги, которые вас заинтересуют. Если вы хотите узнать больше о книге Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.), то воспользуйтесь поисковой системой или же зайдите в Википедию.
Биографии автора Гордон Александр, написавшего книгу Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.), к сожалению, на данном сайте нет. Ключевые слова страницы: Беседы 2003 года - 4. Диалоги (апрель 2003 г.); Гордон Александр, скачать, бесплатно, читать, книга, электронная, онлайн