Главная Пишите

Традиционная релятивистика (теория относительности и гравитации)

Теория относительности» — это обобщенный термин, используемый для двух разных классов теорий, данных Альбертом Эйнштейном, а именно специальной относительности (СТО) и общей относительности (ОТО). Общая теория относительности была первоначально опубликована Альбертом Эйнштейном в 1915 году. До общей теории относительности считалось, что гравитация — это «сила», которая действует между объектами, имеющими массу. Однако общая теория относительности Эйнштейна изменила этот взгляд на гравитацию. Согласно общей теории относительности наша Вселенная состоит из 3 пространственных измерений + 1 временное измерение. Вместе эти измерения образуют четырехмерный континуум, известный как ткань пространства-времени. Объекты, имеющие массу, производят искривление в ткани пространства-времени. Эта кривизна пространства-времени ответственна за гравитацию. СТО - это более старая теория, которая потом стала частью ОТО. В ней могут быть рассмотрены только физические процессы для объектов, движущихся с равномерной скоростью. Общая же теория может описать, что происходит с ускоряющимися объектами, а также объяснить, почему существует гравитация. Чем отличается общая теория относительности от специальной? Специальная теория относительности (частная теория относительности; релятивистская механика) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при скоростях движения, близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности (СТО) классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности (ОТО).

Разделы о специальной и общей теории относительности - СТО и ОТО:

• Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО)
• Общая теория относительности и гравитации (ОТО)
• Сетевые ресурсы о частной и общей релятивистике
• Связь релятивистской и квантовой механик

Смотрите также критику СТО и ОТО и альтернативные гипотезы по релятивистике.

Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО)

Принципы специальной теории относительности

СТО основана на 2 постулатах:

1. Принцип относительности: Все физические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (ИСО). И, как следствие, изотропность и однородность пространства, однородность времени.
2. Принцип постоянства скорости света: Скорость света в вакууме постоянна во всех ИСО

Следствия СТО и их подтверждение

Общая теория относительности (ОТО)

Общая теория относительности - геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах. В рамках общей теории относительности, как и в других метрических теориях, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого 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.

Принципы общей теории относительности

Дополнительные и расширенные принципы релятивистики в рамках ОТО:

1. По А.Эйнштейну, тяготение и инерция - два различных слова для одного и того же явления.
2. Наш мир представляет собой 4-мерное пространство-время (с координатами X, Y, Z, T). Время необходимо воспринимать как почти равноправную составляющую (координату) пространства-времени, которая может участвовать в преобразованиях координат при изменении системы отсчета вместе с обычными пространственными координатами, подобно тому, как преобразуются все три пространственные координаты при повороте осей обычной трехмерной системы координат.
3. Согласно общей теории относительности, тела не меняются при движении. Объекты четырехмерного мира на самом деле всегда неизменны, и при движении изменяются только их проекции, что мы и воспринимаем как искажение времени, сокращение или увеличение размеров и прочее.
4. На самом деле тело под воздействием гравитации не ускоряется, это равномерное движение, которое искривляется под воздействием массивного тела (в данном случае планеты). Таким образом, ускоренное движение - это лишь проекция равномерного движения в трехмерное пространство.

Можно сказать, что ОТО = СТО + Теория тяготения. С появлением общей теории относительности гравитация перестала быть силой и теперь довольствуется положением простого следствия искривления времени и пространства. Чем больше гравитация, тем медленнее на поверхности объекта течет время.

Следствия ОТО и их подтверждение

Общая Теории Относительности (ОТО) предсказала следующие эффекты:

1. эффект де Ситтера (геодезическая прецессия) - регистрируется как изменение направления оси вращающегося тела (гироскопа), движущегося в искривлённом центральной массой — Землёй — пространстве-времени;
2. эффект Лензе — Тирринга - более тонкий эффект смещения оси гироскопа, но вызвано оно будет не собственно присутствием центрального массивного объекта, а его вращением.

Предсказание гравитационных волн и гравитонов

В ОТО также было предсказано существование гравитационных волн. Их разными способами безуспешно пытались обнаружить. Наконец, об открытии гравитационных волн было объявлено 11 февраля 2016 года, хотя зафиксированы они были 14 сентября 2015 года в 13 часов 51 минуту по московскому времени. Специалисты считают это открытие главным претендентом на Нобелевскую премию по физике 2016 года.

Физики отмечают, что в эту работу был очень значимым вклад Владимира Брагинского, который вскоре после этого события ушел из жизни в возрасте 84 года. Он всю свою жизнь занимался поисками волн тяготения и можно только надеяться, что он узнал об их открытии.

Связь массы и энергии

Формула E = mc² не входит непосредственно в релятивистику, но является еще одним вкладом Эйнштейна в расширение наших представлений о мире. Формула показывает, что вещество имеет массу и обладает энергией, а поле имеет энергию и обладает массой. Она выражает и показывает еще одну сторону корпускулярно-волнового дуализма.

Сетевые ресурсы о частной и общей релятивистике

Ссылки на статьи и новости по релятивистике и теории гравитации:

• Краткая история Лямбды, или почему Итан привирает.
• Теория относительности в реальном мире: GPS. [Статья на Хабре]
• Подтверждены два предсказания ОТО. Учёными из Стэнфордского университета и НАСА проверины 2 предсказания ОТО — эффект де Ситтера и эффект Лензе — Тирринга.
• Зарегистрированы низкочастотные гравитационные волны.
• Снова гравитационные волны. Уже другие. «Старый тип» гравитационных волн — это волны от слияния черных дыр, их типичный частотный диапазон — сотни герц. Здесь получены данные о волнах в миллиарды раз длиннее — с периодом от четырех месяцев до 30 лет (1–100 наногерц). Наиболее вероятный источник подобных волн — двойные сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Причем достаточно тесные двойные, теряющие орбитальный момент за счет излучения гравитационных волн. Но есть и другие возможные источники, например, колебания ультралегкой темной материи с массой 10−23 электронвольта (например, аксионы).

Связь релятивистской и квантовой механик

• Цикл статей "Квантовое мировоззрение" и другие.

---

© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Автор и владелец - Игорь Константинович Гаршин (см. резюме). Пишите письма ().

Страница обновлена 08.09.2023