(Фейнман) Лекции по гравитации

ФЕЙНМАНОВСКИЕ ЛЕКЦИИ ПО ГРАВИТАЦИИ ЕЙ1ей оу Впал НаФеЫ Введение Дж.Прескилла и К.С.Торна Перевод с английского языка д.ф.-м.н. А.Ф.Захарова Москва «Янус-К» 2000 Реупп~ап 1есФш'еи оп Сгаъ Ыайюп 8.1сЬагг1 Р. г'еушпап РепьаЫо В. Мог1шдо е ЪЙ111аш С. %адпег %ЫЬ а Рогежогс1 Ьу ,1оЬп РгевЫ11 апг1 К1р Я. ТЬогпе АгЫ1воп-ЪЧев1еу РпЬ11вЬ1пи Соп~рапу Аоиалсей Воок Ртодтат Р.Ф.Фейнман Ф.Б.Мориниго У.Г.Вагнер пад редакцией Б.Хатфипда Оглавление ББК 33.313 Ф 36 1ДК 530ЛХ Предисловие Квантовая гравитация 43 56 56 58 68 70 74 Лекция Х 76 76 81 84 85 90 90 99 103 104 106 108 108 110 112 Г13 115 18ВХ 5-8037-0049-5 Издание осуществлено прн финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальный Исследований согласно проекту 99-02-30023 Р.Ф.Фсйпман, Ф.Б.Мориниго, У.Г.Вагнер.

Фейнмановские лекции по гравитации. Перев. с англ. А.Ф.Захарова.— МлгЯнус-Кэ, 2000.-296 с. 1ВВгх 6-8037-0049-6 Нобелевский лауреат, крупневший американсквй физик-теоретик Ричард Фейнман известен не только как выдающейся ученый, внесший огромный вклад в квантовую электродинамику, но и как талантливый педагог, на книгах которого воспитано не одно поколение физиков. Работы Фейнмана, в особенности его курсы лекцвй (например, "Фейвмановские лекция цо физике"), хорошо известны в нагнт1 стране.

Несомненно, что энаппе осгюв общей теории относитсяьностп является необходимым не только для специалистов по теории паяя и физике элементарных частиц, но и для астрономов. Предлагаемые хтщни Р. Фейнмана по гравитации удачно сочетают оригинальный и яркий педагогический подход автора и точный отбор материала, который позволил кратко изложить основы теории граввтацви с теоретико-полевой точки зренил. Дяя специаяистов, работающих в области теоретической физики и астрономии, дяя студентов и аспирантов фвэических и математических специальностей. Научное издание Ричард Ф.Феияман, Фернандо Б.Моривиго, Уильям Г.Вагнер Фейнмановские лекции по гравитации Сдано в набор 30.12.99. Подписано в печать 19.04.2000.

Формат 60х88/16. Бумага офсетная Х 1. Печать офсетная. Уч.-нэд. я. 20,2. Фиэ.п.л. 18,5. Тираж 1000, Заказ 1Ц 4119 ООО "Янус-К" 109310, г. Москва, ул. Отргпьговсяая, л. 12, порп. 2, псм. правления Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ 140010, Люберцы, Октябрьский проспект, 403 гЯнус-Кг Лицензия пп иэдагпельсяую деятельность ЛР гг' 064784 агя 02.10.96 Оригинал-макет изготовлен А.

Ф. Захаровым в пакете АА4В.ВТВХ 42 1995 Ьу Оа1иоппа 1пьгипге а1 Тьсьпо1ояу, Регпапбо В. Мойп1яо апг1 ггг01агп О. 'ггаяпег © 199З Рогьпогд Ьу АсЫ1гоп-'г1Гт$еу Рпыиьтя Оотрапу © А.Ф. Захаров, перевод, ярпмечаппя, предпсяовпе, 2000 Предисловие к русскому переводу Лекция 1. 1.1.

Полевое приближение гравитации 1.2. Характеристики феномена гравитации .. 1.3. Квантовые эффекты в гравитации 1,4. О философских проблемах в квантовании макроскопических объектов 1.5. Гравитация как следствие других полей . 2.1. Постулаты статистической механики 2.2. Трудности гипотетических теорий .. 2.3. Обмен одним нейтрино .. 2.4. Обмен двумя нейтрино ., Лекция 3. 3.1.

Спин гравитона 3.2. Амплитуды и поляризации в электродинамике, типичной полевой теории 3.3. Амплитуды для обмена гравитона 3,4. Физическзл интерпретация в терминах амплитуд 3.5. Лагранжиан дпя гравитационного поля 3.6. Уравнения гравитационного поня......... 3.7. Определение символов Легсция 4. 4.1. Связь между рангом тензора и знаком поля....... 4.2. Тензор энергии-импульса для скалярной материи 4.3. Амплитуды для рассеяния (скалярная теория) 4.4.

Подробные свойства плоских волн. Эффект Комптона 4.5. Нелинейные диаграммы для гравитонов......... Оглавление Оглавление 182 184 117 120 187 123 123 126 Лекция 5 187 188 192 197 130 132 136 200 200 205 Лекция 6. 138 138 141 143 147 149 Лекция 7 151 230 230 233 236 239 240 Лекция 8 170 243 243 170 173 246 248 250 252 175 177 179 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 8.1 8.2 8.3 8,4 8.5 Классические уравнения движения грэлитируюшей частицы Орбитальное движение частицы вокруг звезды... Орбиты планет и препессия Меркурия.........

Замедление времени в гравитационном поле Космологические эффекты, связанные с замедлением времени. Принцип Маха Принцип Маха в квантовой механике Собственная энергия гравитационного поля...... Билинейные члены тензора энергии-импульса Формулировка теории, справедливой во всех порядках Построение инвариантов по отношению к инфинитезимальным преобразованиям.......... Лагранжиан теории, справедливой во всех порядках .. Уравнение Эйнштейна для тензора энергии-импульса . Принцип эквивалентности Некоторые следствия принципа эквивалентности Максимальные скорости хода часов в гравитационных полях Собственное время в общих координатах Геометрическая интерпретация метрического тензора Кривизна в двух и четырех измерениях Число величин, инвариантных под действием преобразований общего вида Преобразования компонент тензора в неортогональных координатах Уравнения, определяющие инварианты д„„ О предположении,что пространство есть в точности плоское О соотношениях между различными подходами к теории гравитапии Кривизна как величина, относящаяся к касательному пространству ..

151 155 157 160 162 165 8.6. Кривизна как величина„отнасюцэлся к произвольным координатам 8.7. Свойства Великого Тензора Кривизны . Лекция 9. 9.1. Модификация электродинамики, требуемая принципом эквивалентности 9.2. Ковариантные производные тензоров 9.3. Параллельный перенос вектора.......

9.4. Связь между кривизной и материей Лекция 10. 10.1. Полевые уравнения гравитации..........., .. 10.2. Действие для классических частиц в гравитационном поле . 10.3. Действие для материальных полей в гравитационном поле . Лекция 11. 11.1. Кривизна в окрестности сферической звезды 11.2. О связи между материей и кривизной 11.3. Метрика Шварцшильда, поле вне сферической звезды, 11.4. Сингулярность Шваршпильда............... 11.5. Размышления о понятии кротовой норы......... 11.6. Проблемы теоретических исследований кротовых нор .

Лекция 12. 12.1. Проблемы космологии 12.2. Предположения, приводящие к космологическим моделям . 12.3. Интерпретация космологической метрики, ....... 12.4. Измерения космологических расстояний ....., ... 12.5. О характеристиках закрытой или открытой вселенной Лекция 13. 13.1. О роли плотности вселенной в космологии 13.2. О возможности неоднородной и несферической вселенной 13.3.

Исчезновение галактик и сохранение энергии . 13.4. Принцип Маха и граничные условия...... 13.5. Тайны на небесах 217 217 219 220 222 226 228 Оглавление Лекция 14. 255 14.1. Проблема сверхзвезд в общей теории относительности 255 14.2. Значение решений и их параметры ............ 258 14.3. Нехоторые численные результаты............ 260 14.4. Планы н предположения для дальнейших исследований сверхзвезд 262 271 271 Список литературы 284 Предметный указатель Лекция 15.

15.1. Физическая топология решений Шварпшильда 15.2. Орбиты частиц в поле Шварцшильда 15.3. О будущем геометродинамики Лекция 16. 16.1. Связь между полями вещества н гравитацией 16.2. Завершение теории: простой пример гравитационного излучения 16.3. Излучение гравитонов при распаде частиц 16.4. Излучение гравнтоиов при рассеянии частиц, .

16.5. Источники классических гравитационных волн . 264 264 265 268 274 276 278 281 Предисловие к русскому переводу Б начале 90-х годов (когда в нашей стране издавалось крайне мало научных книг вообще и по общей теории относителъности в частности) автору перевода стало известно о существованви машинописного издания записей лекций Р.Фейнмана по гравитации, прочитанных вм в Калифорнийском Технологическом Институте. Автор этих лекций удостоен нобелевской премии за выцаюшийся вклад в развитие квантовой электродинамики к хорошо известен российскому читателю но многочисленным переводам его лекпий.

Его книги всегда вызывали большой интерес читателей и признание специалистов. Согласно опубликованному в начале 2000 г. опросу, определявшему 100 самых крупных фвзикоа за всю исторню науки, проведенному журналом 'РЬуз1сэ Жог1л Британского Института Физики, Р.Фейнман занимает 7-ое место, вслед за Эйюптейном, Ньютоном„Максвеллом, Бором, Гейзенбергом и Галилеем, опережак таюэх ученых, как дирак, Шредингер и Резерфорд [Ъг16 2000 ).' Несмотря на то, что оригинальное машинописное задание Калифорнийского Технологического Института "Лекций по гравитации" Р.Фейнмана было малодоступно и продавалось толъко в книжном магазине КАЛТЕХ'а (как рассказывается в предисловии к английскому изданию этой книги), оно имеется во многих институтских научных библиотеках в Европе и Америке, где работают спепиалисты по теории гравитации нли в смежных разделах науки, а также в научных библиотеках многих западных специалистов, которые занимаютск развитием илн нспользованнем методов теории гравитации.

Более того, часто можно было услышать довольно высокую опенку использованного Р. Фейнманом оригинального подхода к изложению основ общей теории относительности, что в первую очередь связано, по-виднмому, с тем, что (длз специалистов, привыкших к геометрическому подходу) автору лекций удалось взглянуть нетрадипнонным образом на теорию гравитации. Обсуждение некоторых фнлософскжс и мировоззренческих вопросов, связанных с основаниями не толъко теории гравитации, но и физики в целом, усиливали вктерес к записям этих лекций.