Общая теория относительности
Как меняются физические законы в различных системах отсчета? Какой физический смысл имеет искривление пространства? И как функционирует Global Positioning System? О неинерциальных системах отсчета, ковариантности и физическом смысле искривления пространства рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.
Если у вас есть плоское пространство, в котором нет гравитирующих тел, и вы рассматриваете исключительно инерциальные системы отсчета, то законы природы не меняются при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. И если вы движетесь с постоянной скоростью, то вы не можете почувствовать, движетесь ли вы с постоянной скоростью или находитесь в покое. Движение с постоянной скоростью относительно, а не абсолютно. И то, что при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую физические законы не меняются, было выявлено еще во времена Галилея.
Разные координатные сетки в пространстве-времени отвечают разным системам отсчета. Если координатные сетки плоские и пространство плоское, то переход от одной к другой — это переход от инерциальной системы отсчета к инерциальной системе отсчета. Если же вы в плоском пространстве перейдете от квадратной координатной сетки к какой-то более сложной, и при этом затронуто время, то оказывается, что вы перешли в неинерциальную систему отсчета. Физический смысл такого преобразования отмечает переходы в неинерциальную систему отсчета. Вы также можете искривить пространство. Безусловно, как только вы искривили пространство, физическая ситуация должна поменяться. Но если вы поменяли координатную сетку при данной фиксированной кривизне, законы не изменяются. Смена одной координатной сетки к другой координатной сетке называется «общее ковариантное преобразование». И инвариантность законов относительно таких преобразований называется общей ковариантностью.
Общая теория относительности описывает длинноволновые колебания. Одной из проблем общей теории относительности с точки зрения классической физики является то, что пока еще не открыты гравитационные волны. Но уже нет сомнений, что их в ближайшее время откроют. Другая проблема — проквантовать теорию относительности. Считается, что все теории поля должны быть проквантованы. С теорией относительности пока непонятно, как это правильно сделать. Это говорит о том, что она является низкоэнергетической или крупномасштабной теорией. А что ее заменяет на мелких масштабах, пока неясно.
Эмиль Ахмедов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ
ПостаНаука
Похожее
-
Эмиль Ахмедов
Какие наблюдения лежат в основе специальной теории относительности? Как был выведен постулат о том, что скорость света не зависит от системы отсчета? О чем теорема Нётер? И существуют ли явления, которые противоречат СТО? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.
-
Эмиль Ахмедов
О преобразованиях Лоренца, специальной теории относительности, о парадоксе близнецов и парадоксе стержня и сарая рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.
-
Рено де ля Тай
Теория относительности, открытая в 1904 году, была признана научным сообществом, начиная с 1915 года. Никакая Нобелевская премия никогда за эту теорию присуждена не была. Причина понятна: тот, кто первым сформулировал принцип относительности, умер в 1912 году. Это был Анри Пуанкаре.
-
Игорь Волобуев
Сто лет назад, в начале декабря 1915 года, Эйнштейн направил в печать работу, в которой были получены правильные уравнения гравитационного поля, тем самым было закончено создание общей теории относительности. Эйнштейн работал над этой теорией 10 лет, с тех пор как в 1905 году, 110 лет назад, создал специальную теорию относительности. Физик Игорь Волобуев о релятивистской механике, принципе эквивалентности и орбите Меркурия.
-
Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.
-
Советский короткометражный фильм, объясняющий теорию относительности, который выполнен в необычном формате диалога. В купе поезда, идущего в Новосибирск, учёный-физик объясняет своим попутчикам-актёрам, что такое теория относительности. Несмотря на доступность изложения, рассказ принимается с разной степенью понимания каждым из её собеседников.
-
Сергей Попов
Как описываются черные дыры в рамках общей теории относительности? Какие известны способы образования черных дыр? И как решается задача регистрации гравитационных волн и открытия черных дыр? О черных дырах в ОТО, излучении Хокинга и происхождении гравитационных волн рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Попов.
-
Евгений Александров
Среди причин неприятия СТО помимо невежественности, ревности к мировой славе и антисемитизма есть и объективная составляющая — недостаточная убедительность прямого экспериментального подтверждения базовых положений теории. Отклонения от классической механики в пользу СТО возникают в меру отношения v/c, где v — скорость объекта, а c — скорость света в вакууме. Это отношение даже для столь высоких скоростей макроскопических объектов, как скорость звука, имеет порядок 10^–6, поэтому релятивистские эффекты трудно обнаружить. С точки зрения физиков-профессионалов, осуществленный нами эксперимент бесполезен, потому что его результат предопределен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности.
-
Излучение колеблющимися массами гравитационных волн очень напоминает излучение электромагнитных волн колеблющимися электрическими зарядами. Согласно ОТО, гравитационные волны имеют такую же скорость, как электромагнитные волны, и тоже переносят энергию. Они вызывают движение (смещение) тел, встречающихся на их пути, но ожидаемый эффект настолько мал, что до сих пор не обнаружен. Еще в 1916 году Эйнштейн вычислил мощность гравитационного излучения вращающегося стержня длиной 1 метр. Если даже раскрутить его до такой скорости, что центробежная сила достигнет предела прочности материала на разрыв, мощность излучения окажется равной всего-навсего 10^–37 Вт, что зарегистрировать невозможно. Это делает совершенно нереальным обнаружение гравитационных волн от каких-либо «земных» источников – нужны гигантские массы и столь огромные мощности для приведения их в движение, что эта задача технически невыполнима.
-
Тысячи лет астрономы полагались в своих исследованиях только на видимый свет. В XX веке их зрение охватило весь электромагнитный спектр — от радиоволн до гамма-лучей. Космические аппараты, добравшись до других небесных тел, наделили астрономов осязанием. Наконец, наблюдения заряженных частиц и нейтрино, испускаемых далекими космическими объектами, дали астрономам аналог обоняния. Но до сих пор у них нет слуха. Звук не проходит через космический вакуум. Зато он не является препятствием для волн иного рода — гравитационных, которые тоже приводят к колебанию предметов. Вот только зарегистрировать эти призрачные волны пока не удалось. Но астрономы уверены, что обретут «слух» в ближайшее десятилетие.
Далее >>>
|
|