Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 79 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

154
155
§1. ×òî òàêîå Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè?
 1916 ã. çíàìåíèòûé óæå ê òîìó âðåìåíè Àëüáåðò Ýéíøòåéí
(÷åðåç 5 ëåò îí ïîëó÷èò Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ ïî ôèçèêå - âûñøóþ
ìåæäóíàðîäíóþ íàãðàäó çà îáúÿñíåíèå çàêîíîâ ôîòîýôôåêòà è
áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿ, ñäåëàííîå èì åùå â 1905 ã.) îïóáëèêîâàë
ïîñëåäíþþ èç 15 ðàáîò, ïîñâÿùåííûõ îáîáùåíèþ ïðèíöèïà
îòíîñèòåëüíîñòè (ðàâíîïðàâèÿ ñèñòåì îòñ÷åòà ïðè èçó÷åíèè
ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé) íà ëþáûå, â òîì ÷èñëå è óñêîðåííî
äâèæóùèåñÿ ñèñòåìû îòñ÷åòà, êîòîðûå ïîëó÷èëè íàçâàíèå
íåèíåðöèàëüíûõ ñèñòåì îòñ÷åòà (ÍÑÎ). Ðàññìîòðåíèå ëþáûõ
ñèñòåì îòñ÷åòà (ÑÎ) è äàëî À. Ýéíøòåéíó âîçìîæíîñòü íàçâàòü
ñâîþ òåîðèþ ÎÁÙÅÉ òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè (ÎÒÎ), ÷òîáû
îòëè÷èòü åå îò ðàíåå ñîçäàííîé òåîðèè - ñïåöèàëüíîé òåîðèè
îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ), â êîòîðîé èñïîëüçîâàëèñü ëèøü
èíåðöèàëüíûå ñèñòåìû îòñ÷åòà (ÈÑÎ) (ñì. ×àñòü 1 äàííîé êíèãè,
êîòîðàÿ ïîñâÿùåíà äåòàëüíîìó èçëîæåíèþ ÑÒÎ), à òàêæå
ñëåäóþùèé ïàðàãðàô ýòîé ÷àñòè êíèãè).
Îäíàêî, ãëóáîêèé àíàëèç ñîäåðæàíèÿ ÎÒÎ, ïðîâåäåííûé, â
÷àñòíîñòè, ñîâåòñêèìè ôèçèêàìè àêàäåìèêàìè Â. Ôîêîì, Ë. Ëàíäàó,
ß. Çåëüäîâè÷åì è äð., ïîêàçàë, ÷òî ÎÒÎ âñå æå íå ìîæåò
ïðåòåíäîâàòü íà ýòî íàçâàíèå, òàê êàê îíà ñïðàâåäëèâà ëèøü â
îïðåäåëåííûõ ãðàíèöàõ è ïî ñóòè äåëà ÿâëÿåòñÿ ñîâðåìåííûì
ôèçè÷åñêèì ó÷åíèåì î ïðèðîäå òÿãîòåíèÿ.
Ñî âðåìåí È. Íüþòîíà, óñòàíîâèâøåãî çàêîí
âçàèìîäåéñòâèÿ òÿãîòåþùèõ ìàññ, íèêòî íå ìîã îáúÿñíèòü
ïðèðîäó òÿãîòåíèÿ. Ïîíèìàÿ íåðàçðåøèìîñòü äëÿ íåãî ýòîé
çàäà÷è, Íüþòîí âûðàçèë ýòî òàêîé ôðàçîé: Ãèïîòåç ÿ íå
âûäâèãàþ. Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè - îäíî èç âîçìîæíûõ
ðåøåíèé ýòîé ïðîáëåìû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ýòî åäèíñòâåííîå,
îòëè÷íîå îò íüþòîíîâñêîãî, ó÷åíèå, íå òîëüêî îïèñûâàþùåå, íî
è îáúÿñíÿþùåå ñâîéñòâà òÿãîòåíèÿ. È ñàìîå óäèâèòåëüíîå òî, ÷òî
â ÎÒÎ íåò ÑÈË òÿãîòåíèÿ, à ïîä ãðàâèòàöèîííûì ïîëåì
ïîíèìàåòñÿ îñîáîå ñîñòîÿíèå ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè.
Ïîÿñíåíèþ ýòèõ óòâåðæäåíèé è áóäåò ïîñâÿùåíà äàííàÿ êíèãà.
 òåîðèè À. Ýéíøòåéíà áûëè ñäåëàíû âàæíûå ïðåäñêàçàíèÿ,
îäíî èç êîòîðûõ áûëî îáíàðóæåíî ýêñïåðèìåíòàëüíî óæå ÷åðåç
òðè ãîäà â 1919 ã.: àíãëèéñêèé àñòðîíîì À. Ýääèíãòîí, íàáëþäàÿ
ïîëíîå ñîëíå÷íîå çàòìåíèå, îáíàðóæèë îòêëîíåíèå ñâåòîâûõ
ëó÷åé îò ïðÿìîëèíåéíîñòè ïðè ïðîõîæäåíèè âáëèçè áîëüøèõ
òÿãîòåþùèõ ìàññ (â äàííîì ñëó÷àå, âáëèçè Ñîëíöà). À. Ýääèíãòîí
íàáëþäàë çâåçäû, êîòîðûå íàõîäèëèñü çà êðàåì ñîëíå÷íîãî äèñêà
è ïðè ïðÿìîëèíåéíîì ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà íå ìîãëè áûòü
âèäèìû.
ÎÒÎ ïðåäñêàçàëà ðÿä àñòðîôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé è òåì ñàìûì
îêàçàëàñü òåñíî ñâÿçàííîé ñ êîñìîëîãèåé (íàóêîé î çàêîíàõ
ñòðîåíèÿ è ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé).
Áûë ïåðèîä îõëàæäåíèÿ ê ÎÒÎ, íî, íà÷èíàÿ ñ 60-õ ãã.
íàøåãî âåêà, ñîòíè (à ìîæåò áûòü, è òûñÿ÷è) ôèçèêîâ âî âñåì
ìèðå ñíîâà îáðàòèëè ñâîé âçîð íà ÎÒÎ À. Ýéíøòåéíà. Èäåè,
çàëîæåííûå â ýòîé òåîðèè åå àâòîðîì, îêàçàëèñü áëàãîòâîðíûìè
íå òîëüêî â ìàñøòàáàõ êîñìîñà, íî è â ìèêðîìèðå. Ìîæíî
ñêàçàòü, ÷òî ÎÒÎ ïåðåæèâàåò íîâûé ïåðèîä àêòèâíîãî ðàçâèòèÿ.
È ýòî âàæíî çíàòü òåì, êòî õî÷åò ñâÿçàòü ñâîþ òâîð÷åñêóþ æèçíü
ñ ôèçèêîé.
 îáðàùåíèè Ñëîâî ê ÷èòàòåëþ áûëî ñêàçàíî, ÷òî â ÎÒÎ
À. Ýéíøòåéí îòòàëêèâàëñÿ è îïèðàëñÿ íà âûâîäû ÑÒÎ. Íå
ïðåòåíäóÿ íà ïîëíîòó èçëîæåíèÿ (áîëåå ïîäðîáíî è
ïîñëåäîâàòåëüíî ñì. ×àñòü1 äàííîé êíèãè), ñôîðìóëèðóåì
îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè.
§2. ×òî òàêîå ÑÒÎ?
Ðîäîíà÷àëüíèêîì êëàññè÷åñêîé ôèçèêè çàñëóæåííî
ñ÷èòàþòñÿ Ã. Ãàëèëåé (1564-1642) è È. Íüþòîí (1643-1727).
Èìåííî Ãàëèëåé óñòàíîâèë òî, ÷òî ìû íàçûâàåì ïðèíöèïîì
îòíîñèòåëüíîñòè êëàññè÷åñêîé ôèçèêè. Îí æå ñôîðìóëèðîâàë
çàêîí èíåðöèè, êîòîðûé âïîñëåäñòâèè Íüþòîí âêëþ÷èë â
ïîñòóëàòû ñâîåé ìåõàíèêè è íàçâàë åãî ïåðâûì çàêîíîì.
Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ óòâåðæäàåò ðàâíîïðàâèå
âñåõ ÈÑÎ ïðè èçó÷åíèè ìåõàíè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ôèçè÷åñêóþ
íåðàçëè÷èìîñòü ñîñòîÿíèÿ ðàâíîìåðíîãî ïðÿìîëèíåéíîãî
äâèæåíèÿ è ïîêîÿ. Òåì ñàìûì îòðèöàåòñÿ âîçìîæíîñòü ñ
       §1. ×òî òàêîå “Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè?”              òðè ãîäà â 1919 ã.: àíãëèéñêèé àñòðîíîì À. Ýääèíãòîí, íàáëþäàÿ
                                                                  ïîëíîå ñîëíå÷íîå çàòìåíèå, îáíàðóæèë îòêëîíåíèå ñâåòîâûõ
      1916 ã. çíàìåíèòûé óæå ê òîìó âðåìåíè Àëüáåðò Ýéíøòåéí     ëó÷åé îò ïðÿìîëèíåéíîñòè ïðè ïðîõîæäåíèè âáëèçè áîëüøèõ
(÷åðåç 5 ëåò îí ïîëó÷èò Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ ïî ôèçèêå - âûñøóþ     òÿãîòåþùèõ ìàññ (â äàííîì ñëó÷àå, âáëèçè Ñîëíöà). À. Ýääèíãòîí
ìåæäóíàðîäíóþ íàãðàäó çà îáúÿñíåíèå çàêîíîâ ôîòîýôôåêòà è         íàáëþäàë çâåçäû, êîòîðûå íàõîäèëèñü çà êðàåì ñîëíå÷íîãî äèñêà
áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿ, ñäåëàííîå èì åùå â 1905 ã.) îïóáëèêîâàë    è ïðè ïðÿìîëèíåéíîì ðàñïðîñòðàíåíèè ñâåòà íå ìîãëè áûòü
ïîñëåäíþþ èç 15 ðàáîò, ïîñâÿùåííûõ îáîáùåíèþ ïðèíöèïà             âèäèìû.
îòíîñèòåëüíîñòè (ðàâíîïðàâèÿ ñèñòåì îòñ÷åòà ïðè èçó÷åíèè               ÎÒÎ ïðåäñêàçàëà ðÿä àñòðîôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé è òåì ñàìûì
ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé) íà ëþáûå, â òîì ÷èñëå è óñêîðåííî             îêàçàëàñü òåñíî ñâÿçàííîé ñ êîñìîëîãèåé (íàóêîé î çàêîíàõ
äâèæóùèåñÿ ñèñòåìû îòñ÷åòà, êîòîðûå ïîëó÷èëè íàçâàíèå             ñòðîåíèÿ è ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé).
íåèíåðöèàëüíûõ ñèñòåì îòñ÷åòà (ÍÑÎ). Ðàññìîòðåíèå ëþáûõ                Áûë ïåðèîä “îõëàæäåíèÿ” ê ÎÒÎ, íî, íà÷èíàÿ ñ 60-õ ãã.
ñèñòåì îòñ÷åòà (ÑÎ) è äàëî À. Ýéíøòåéíó âîçìîæíîñòü íàçâàòü       íàøåãî âåêà, ñîòíè (à ìîæåò áûòü, è òûñÿ÷è) ôèçèêîâ âî âñåì
ñâîþ òåîðèþ ÎÁÙÅÉ òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè (ÎÒÎ), ÷òîáû            ìèðå ñíîâà îáðàòèëè ñâîé âçîð íà ÎÒÎ À. Ýéíøòåéíà. Èäåè,
îòëè÷èòü åå îò ðàíåå ñîçäàííîé òåîðèè - ñïåöèàëüíîé òåîðèè        çàëîæåííûå â ýòîé òåîðèè åå àâòîðîì, îêàçàëèñü áëàãîòâîðíûìè
îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ), â êîòîðîé èñïîëüçîâàëèñü ëèøü              íå òîëüêî â ìàñøòàáàõ êîñìîñà, íî è â ìèêðîìèðå. Ìîæíî
èíåðöèàëüíûå ñèñòåìû îòñ÷åòà (ÈÑÎ) (ñì. ×àñòü 1 äàííîé êíèãè,     ñêàçàòü, ÷òî ÎÒÎ ïåðåæèâàåò íîâûé ïåðèîä àêòèâíîãî ðàçâèòèÿ.
êîòîðàÿ ïîñâÿùåíà äåòàëüíîìó èçëîæåíèþ ÑÒÎ), à òàêæå              È ýòî âàæíî çíàòü òåì, êòî õî÷åò ñâÿçàòü ñâîþ òâîð÷åñêóþ æèçíü
ñëåäóþùèé ïàðàãðàô ýòîé ÷àñòè êíèãè).                             ñ ôèçèêîé.
     Îäíàêî, ãëóáîêèé àíàëèç ñîäåðæàíèÿ ÎÒÎ, ïðîâåäåííûé, â             îáðàùåíèè “Ñëîâî ê ÷èòàòåëþ” áûëî ñêàçàíî, ÷òî â ÎÒÎ
÷àñòíîñòè, ñîâåòñêèìè ôèçèêàìè àêàäåìèêàìè Â. Ôîêîì, Ë. Ëàíäàó,   À. Ýéíøòåéí “îòòàëêèâàëñÿ” è “îïèðàëñÿ” íà âûâîäû ÑÒÎ. Íå
ß. Çåëüäîâè÷åì è äð., ïîêàçàë, ÷òî ÎÒÎ âñå æå íå ìîæåò
                                                                  ïðåòåíäóÿ íà ïîëíîòó èçëîæåíèÿ (áîëåå ïîäðîáíî è
ïðåòåíäîâàòü íà ýòî íàçâàíèå, òàê êàê îíà ñïðàâåäëèâà ëèøü â
                                                                  ïîñëåäîâàòåëüíî ñì. ×àñòü1 äàííîé êíèãè), ñôîðìóëèðóåì
îïðåäåëåííûõ ãðàíèöàõ è ïî ñóòè äåëà ÿâëÿåòñÿ ñîâðåìåííûì
                                                                  îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè.
ôèçè÷åñêèì ó÷åíèåì î ïðèðîäå òÿãîòåíèÿ.
     Ñî âðåìåí È. Íüþòîíà, óñòàíîâèâøåãî çàêîí
                                                                                       §2. ×òî òàêîå ÑÒÎ?
âçàèìîäåéñòâèÿ òÿãîòåþùèõ ìàññ, íèêòî íå ìîã îáúÿñíèòü
ïðèðîäó òÿãîòåíèÿ. Ïîíèìàÿ íåðàçðåøèìîñòü äëÿ íåãî ýòîé
çàäà÷è, Íüþòîí âûðàçèë ýòî òàêîé ôðàçîé: “Ãèïîòåç ÿ íå                 Ðîäîíà÷àëüíèêîì êëàññè÷åñêîé ôèçèêè çàñëóæåííî
âûäâèãàþ”. Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè - îäíî èç âîçìîæíûõ       ñ÷èòàþòñÿ Ã. Ãàëèëåé (1564-1642) è È. Íüþòîí (1643-1727).
ðåøåíèé ýòîé ïðîáëåìû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ýòî åäèíñòâåííîå,        Èìåííî Ãàëèëåé óñòàíîâèë òî, ÷òî ìû íàçûâàåì ïðèíöèïîì
îòëè÷íîå îò íüþòîíîâñêîãî, ó÷åíèå, íå òîëüêî îïèñûâàþùåå, íî      îòíîñèòåëüíîñòè êëàññè÷åñêîé ôèçèêè. Îí æå ñôîðìóëèðîâàë
è îáúÿñíÿþùåå ñâîéñòâà òÿãîòåíèÿ. È ñàìîå óäèâèòåëüíîå òî, ÷òî    çàêîí èíåðöèè, êîòîðûé âïîñëåäñòâèè Íüþòîí âêëþ÷èë â
â ÎÒÎ íåò ÑÈË òÿãîòåíèÿ, à ïîä ãðàâèòàöèîííûì ïîëåì               ïîñòóëàòû ñâîåé ìåõàíèêè è íàçâàë åãî ïåðâûì çàêîíîì.
ïîíèìàåòñÿ îñîáîå ñîñòîÿíèå ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè.                    Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ óòâåðæäàåò ðàâíîïðàâèå
Ïîÿñíåíèþ ýòèõ óòâåðæäåíèé è áóäåò ïîñâÿùåíà äàííàÿ êíèãà.        âñåõ ÈÑÎ ïðè èçó÷åíèè ìåõàíè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ôèçè÷åñêóþ
      òåîðèè À. Ýéíøòåéíà áûëè ñäåëàíû âàæíûå ïðåäñêàçàíèÿ,      íåðàçëè÷èìîñòü ñîñòîÿíèÿ ðàâíîìåðíîãî ïðÿìîëèíåéíîãî
îäíî èç êîòîðûõ áûëî îáíàðóæåíî ýêñïåðèìåíòàëüíî óæå ÷åðåç        äâèæåíèÿ è ïîêîÿ. Òåì ñàìûì îòðèöàåòñÿ âîçìîæíîñòü ñ

154                                                                                                                          155