Методологическая физика. Очиров Д.Д-Э. - 73 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

145
ограничение нашло в свое время математическое обоснование в ходе дока-
зательства им единственности гравитационного лагранжиана (октябрь
1914 г.). В данной статье Эйнштейн, преодолев это свое заблуждение, сде-
лал еще один шаг к правильной теории.
В процессе формального исследования он значительно упрощает те
уравнения, которые получили совместно с Гроссманом, в том числе тензор
Риччи (9). Так называемое унимодулярное преобразование
1
расщепляет
тензор Риччи на две части, каждая из которых также является тензором:
R
µν
=r
µν
+S
µν
. (16)
На основании расщепления тензора Риччи Эйнштейн записал уравне-
ние гравитационного поля:
r
µν
= -χТ
µν ,
(17)
ковариантное относительно локальных унимодулярных преобразований.
Достоинством этого уравнения является то, что в предельном случае сла-
бого статического поля из нее выводится закон Ньютона. В доказательстве
этого вывода Эйнштейнположил произвольно”, иначе говоря, свободно
выбрав систему отсчета:
dh
µν
/dx
ν
=0.
(18)
Далее, из (17) и (18) следует:
h
µν
=2χT
µν
.
(19)
Из нее можно дедуктивно вывести в качестве предельного случая
уравнение Ньютона-Пуассона.
Во второй статье
2
Эйнштейн предложил, что уравнения должны удов-
летворять выражению
g =1,
(20)
но в то же время, они должны быть инвариантны относительно унимоду-
лярных преобразований. Эйнштейн записал уравнение (17) в виде:
R
µν
= -χT
µν
,
(21)
где произошло замещение расщепленного тензора полным тензором Рич-
1
Унимодулярные преобразования позволяют упростить операцию над тензорами, так как
g
представляя собой скаляр относительно их, отождествляет тензоры с тензорными плотностями.
2
Эйнштейн А. СНТ. Т. 1. С. 435.
146
чи — R
µν
. Однако потом было установлено, что в уравнении (16) состав-
ляющий тензор S
µν
=0, т.е. как будто бы все остается на своих местах и
вновь он приходит к уравнению (17), полученному неделю назад. На са-
мом деле это не так. Из уравнения (20) и уравнения
ln 1
gT
xx
αβ
αβ
χ

∂∂
=−


∂∂

(22)
следует, что Т=0. Иначе говоря, след Т
µν
- тензора энергии=импульса Т
становится равным нулю для электромагнитных полей, но не для вещест-
ва. Так как это приводит к парадоксу, для устранения которого Эйнштейн
предложилчто молекулярные гравитационные поля являются существен-
ной частью материи
1
, далее он рассматривает сумму, в которую в качест-
ве слагаемых входят Т и след электромагнитного поля. Тогда Т может
быть положительным даже при Т=0.
В третьей статье
2
Эйнштейн сделал два крупных открытия: а) количе-
ственное объяснение прецессии перигелия Меркуриябез “…необходи-
мости делать какие-либо предположения
3
; при этом он получил значение,
1
Эйнштейн А. СНТ. Т. 1. С. 436.
2
Там же. С. 439.
3
В 1859 г. французский астроном У. Ж. Леверье обнаружил аномалию в орбитальном движении
Меркурия. По Леверье перигелий Меркурия смещается на 38′′ за столетие. В качестве причин
прецессии перигелия выдвигались различного рода предположения типа гипотез ad hoc: 1)
увеличение массы Венеры на 10% (Леверье); 2) рой астероидов между Меркурием и Солнцем
(Леверье); 3) существование между Меркурием и Солнцем планеты Вулкан (Леверье); 4) наличие
спутника у Меркурия (Хертль); 5) влияние межпланетной пыли; 6) сплющенность Солнца и кольца
малых планет между Меркурием и Венерой (Ньюком) или между Марсом и Юпитером (Харцер,
Равене); возмущающее действие Зодиакального света (Харцер, Зеелигер) и т.д. Все эти гипотезы
строго подчинялись закону тяготения Ньютона. Но в то же время некоторые ученые выдвигали
предположения, связанные с отклонением от закона Ньютона: например, Лоренц и другие, вводили в
выражение 1) членов, зависящих от скорости или Ньюком считал, что притяжение Солнца не вполне
точно соответствует этому выражению. Выражение ньютоновской силы тяготения дополнялось
членами, характерными для дальнодействующих электродинамических законов Вебера (Зеегерс,
Хольцмюллер, Цельнер, Тиссеран, Ж.Бертран и др.), Гаусса (Ж. Бертран, Тиссеран и др.), Римана
(Лиман, Леви и др.), Клаузиуса (Оппенгейм) и зависящими от величин порядка v2/c2, где v —
относительная скорость тяготеющих тел и сскорость света. Некоторые ученые видоизменяли
закон всемирного тяготения Ньютона с учетом возможной скорости распространения гравитации
(Леман-Фильес, Геппергер, Оппольцер и др.), относительно слабого поглощения тяготения при ее
распространении в пространстве (Зеелигер, К. Нейман и др.) и незначительного его отклонения от
зависимости I/r2, т.е. вместо нее I/r2+ε, где ε≈0,00000016 (Холл, К. Нейман, Ньюком и др.). Перечис-
ленные выше причины носили характер гипотез ad hoc и адекватно не объясняли это
астрономическое явление. В свою очередь, ОТО Эйнштейна в противовес этим искусственным
объяснениям вполне естественно объясняла эту аномалию. Таким образом, Эйнштейн с помощью
математики заставилзаговорить Природу: “В течение нескольких дней (трехД.О.) я был вне
себя от радости”. Он так признавался Фоккеру. Более того, это открытие вызвало у негоучащенное
ограничение нашло в свое время математическое обоснование в ходе дока-                          чи — Rµν. Однако потом было установлено, что в уравнении (16) состав-
зательства им единственности гравитационного лагранжиана (октябрь                               ляющий тензор Sµν=0, т.е. как будто бы все остается на своих местах и
1914 г.). В данной статье Эйнштейн, преодолев это свое заблуждение, сде-                        вновь он приходит к уравнению (17), полученному неделю назад. На са-
лал еще один шаг к правильной теории.                                                           мом деле это не так. Из уравнения (20) и уравнения
     В процессе формального исследования он значительно упрощает те
уравнения, которые получили совместно с Гроссманом, в том числе тензор                                                       ∂       αβ ∂ ln 1 
                                                                                                                                    g          = − χT
Риччи (9). Так называемое унимодулярное преобразование1 расщепляет                                                          ∂xα           ∂x β
                                                                                                                                                 
тензор Риччи на две части, каждая из которых также является тензором:
                                                                                                                 (22)
                                     Rµν=rµν+Sµν.             (16)
                                                                                                следует, что Т=0. Иначе говоря, след Тµν- тензора энергии=импульса Т
     На основании расщепления тензора Риччи Эйнштейн записал уравне-                            становится равным нулю для электромагнитных полей, но не для вещест-
ние гравитационного поля:                                                                       ва. Так как это приводит к парадоксу, для устранения которого Эйнштейн
                                                                                                предложил “что молекулярные гравитационные поля являются существен-
                                         rµν= -χТµν ,
                                                                                                ной частью материи”1, далее он рассматривает сумму, в которую в качест-
                                    (17)
ковариантное относительно локальных унимодулярных преобразований.                               ве слагаемых входят Т′ и след электромагнитного поля. Тогда Т′ может
Достоинством этого уравнения является то, что в предельном случае сла-                          быть положительным даже при Т=0.
бого статического поля из нее выводится закон Ньютона. В доказательстве                              В третьей статье2 Эйнштейн сделал два крупных открытия: а) количе-
этого вывода Эйнштейн “положил произвольно”, иначе говоря, свободно                             ственное объяснение прецессии перигелия Меркурия — без “…необходи-
выбрав систему отсчета:                                                                         мости делать какие-либо предположения”3; при этом он получил значение,
                                         dhµν/dxν =0.
                                                                                                1
                                    (18)                                                        2
                                                                                                 Эйнштейн А. СНТ. Т. 1. С. 436.
                                                                                                 Там же. С. 439.
     Далее, из (17) и (18) следует:                                                             3
                                                                                                  В 1859 г. французский астроном У. Ж. Леверье обнаружил аномалию в орбитальном движении
                                                    hµν=2χTµν.                                  Меркурия. По Леверье перигелий Меркурия смещается на 38′′ за столетие. В качестве причин
                                             (19)                                               прецессии перигелия выдвигались различного рода предположения типа гипотез ad hoc: 1)
     Из нее можно дедуктивно вывести в качестве предельного случая                              увеличение массы Венеры на 10% (Леверье); 2) рой астероидов между Меркурием и Солнцем
                                                                                                (Леверье); 3) существование между Меркурием и Солнцем планеты Вулкан (Леверье); 4) наличие
уравнение Ньютона-Пуассона.                                                                     спутника у Меркурия (Хертль); 5) влияние межпланетной пыли; 6) сплющенность Солнца и кольца
     Во второй статье2 Эйнштейн предложил, что уравнения должны удов-                           малых планет между Меркурием и Венерой (Ньюком) или между Марсом и Юпитером (Харцер,
летворять выражению                                                                             Равене); возмущающее действие Зодиакального света (Харцер, Зеелигер) и т.д. Все эти гипотезы
                                                                                                строго подчинялись закону тяготения Ньютона. Но в то же время некоторые ученые выдвигали
                                                              g =1,                             предположения, связанные с отклонением от закона Ньютона: например, Лоренц и другие, вводили в
                                      (20)                                                      выражение 1) членов, зависящих от скорости или Ньюком считал, что притяжение Солнца не вполне
                                                                                                точно соответствует этому выражению. Выражение ньютоновской силы тяготения дополнялось
но в то же время, они должны быть инвариантны относительно унимоду-                             членами, характерными для дальнодействующих электродинамических законов Вебера (Зеегерс,
лярных преобразований. Эйнштейн записал уравнение (17) в виде:                                  Хольцмюллер, Цельнер, Тиссеран, Ж.Бертран и др.), Гаусса (Ж. Бертран, Тиссеран и др.), Римана
                                           Rµν=         -χTµν     ,                             (Лиман, Леви и др.), Клаузиуса (Оппенгейм) и зависящими от величин порядка v2/c2, где v —
                                                                                                относительная скорость тяготеющих тел и с — скорость света. Некоторые ученые видоизменяли
                                      (21)                                                      закон всемирного тяготения Ньютона с учетом возможной скорости распространения гравитации
                                                                                                (Леман-Фильес, Геппергер, Оппольцер и др.), относительно слабого поглощения тяготения при ее
где произошло замещение расщепленного тензора полным тензором Рич-                              распространении в пространстве (Зеелигер, К. Нейман и др.) и незначительного его отклонения от
                                                                                                зависимости I/r2, т.е. вместо нее I/r2+ε, где ε≈0,00000016 (Холл, К. Нейман, Ньюком и др.). Перечис-
                                                                                                ленные выше причины носили характер гипотез ad hoc и адекватно не объясняли это
1
  Унимодулярные преобразования позволяют упростить операцию над тензорами, так как
                                                                                            g   астрономическое явление. В свою очередь, ОТО Эйнштейна в противовес этим искусственным
                                                                                                объяснениям вполне естественно объясняла эту аномалию. Таким образом, Эйнштейн с помощью
представляя собой скаляр относительно их, отождествляет тензоры с тензорными плотностями.       математики заставил “заговорить” Природу: “В течение нескольких дней (трех — Д.О.) я был вне
2
  Эйнштейн А. СНТ. Т. 1. С. 435.                                                                себя от радости”. Он так признавался Фоккеру. Более того, это открытие вызвало у него “учащенное

                                             145                                                                                               146