(Фейнман) Лекции по гравитации, страница 54

Таким образом, для того, чтобы получить такое увеличение, постулируются такие скорости, что некоторые галактики должны ускорятъся до скоростей больших, чем скорость света с. Тем не менее, теория Хойла не претевлует на то, чтобы объяснить движение галактвки на языке сил.

Она попросту устанавливает кипематнческое правило для вычисления вполне определенных положений как функции времени, эти определешш положений явлюотся такими, что галактики действительно исчезают со временеа. Мало смысла в поисках такой силы в природе, которая могла приводить к расшнреншо Хойла, эта сила должна была бы быть необычного вида, так как нет финнтных сил, которые когда;нибудь приводили бы к такому движешпо в рамках существующей механики. Я унаследовал предрассудок моего учителя цроф. Пж.

Уилера, который считал, что это против правил объяснять результат, делая удобные изменения в теории, когда нынешняя теория ве полностъю исследована. Я О О-Ъ ~)О 0 * „о С.1,оО ес ' ° ..О 'О е Ь о.ф,о О Рис. 13.2. говорю это, поскольку было высказано прелдоложенне, что сила расширения, которая должна бы стремиться ускорить галактики так, как этого хочет Хойл, лелина бы возникать в том случае, если положительные заряды не были бы в точности равными отрицательным зарядам. Так как у нас есть превосходная теория электродинамики, в которой е+ в точности противоположен е, такое предположение кажется бесполезным.

Мы не намереваемся опровергать очень красивую теорию электродинамики для того, чтобы обеспечить механизм для кннематической модели, которая может просто оказаться неверной, как только мы проведем точные взмсренн. Все еше остается возможность, что Хойл прав, но мы узнаем это прежле всего нз наблюденвй вселенной такой, какая она есть. Паваите скажем также кое-что о том, чего ученые, которые беспокоятся о математических локэзателъствах н противоречиях, кажется, не знают. Нет способа показать математически, что кекоторое физическое заключение является неверным вли противоречивым. Все, что может быть показано, состоит в том, что математические предположения ложны.

Если мы находим, что определенные математические предцоложення приводят к логически противоречивому описанию Природы, мы меняем эти предположения, а не Прнролу. Я говорю все это потому, что я пе уверен в том, в каких пунктах теория вселенной, в соответствии с теорией Хойла, может не вполне совпадать со многими другвмн предположениями, которые мы, физики, обычно делаем. Например, может быть есть некоторое затруднение в возможности передача сигнала, что составляет очень болыпую часть размышлений в релятивистских теориях. Если заданная галактика исчезает нз вида, действительно ли она исчезает из вселенной для нас? Возможно ли, что мы можем спросить друга с некоторого внешнего края (доступного для общения с нами) о том, как зта другая галактика себя ведет, пока этот друг остается для нас на виду и галактика находится у него на виду? Или это есть общий заговор детальной кинематики для того, чтобы сохранить это релятивистское правило, что скорость вблизи с в коорлинатной системе, лвнжущейся относнтелыю нас со скоростью вблизи с, всегда приводит к тому, что сумма меньше, чем с? Лапайте кратко поговорим о законе сохранения энергии.

В теории Хойла вещество создается в покое в "центре" вселенной, н мы говорили, что нет всеобщего образованна энергии, поскольку отрицательная гравнтапн- 251 Лекция 13 250 ] 13.4. Принцип Маха н граничные условия ! оннэл энергияпопросту уравновешивает энергию массы покоя. Такого рола сохранение энергви состоит в том,что если ьая берем шднк конечного размера где бы то ни было, никакого вшцества не появляется внутри ящвка, исключая возможный поток энергии и вещества через стенки этого ящика. Лругнми словами, только локальный закон сохранения оказывается значимым. Если энергия может исчезать в одном месте и одновременно вновь появляться в некотором другом месте без течеюш чего бы то ви было между этвми местами, мы не можем вывести никаких фнзвческих следствий нз всеобщего "сохранения".

Следовательно, давайте интерпретировать образование вещества согласно модели Хойла следующим образом. Мы препставим себе конечную вселенную, имеющую болыпие массы, распределенные в сферической оболочке, как показано на рис. 13.2. Мы представляем себе пары частшз нулевой массы, падающвх из внешней относительно оболочки части внутрь этой оболочки. Мы могли бы думать о том, что подобно фотонам, вли граввтовам, вли кейтрино, могут суз цзестэовать некоторые новые частицы, некоторые шмутряно, которые не доставляют вам беспокойство, свюанное с анэлюом сохранения барионного заряда. Когда ови встречают другое шмутрнно, пэдаклцее внутрь с протнвоположной стороны с противоположным значением импульса, зтн частицы могут иметь достаточно энергии лля того, чтобы образовать атом водорода.

Таким образом, у нас может быть н образование вшцества, требуемое в модели Хойла, н ловальное сохранение энергия, тэх как вещество создается нз энергии, втекаюпшй внутрь н переносимой шмутрино. Если поток шмутрнно является очень болыпнм н сечение для обрэзовавия вещества будет конечяым, в точности выше порога, мы можем понять, почему вещество должно бы создзлатьсл в лохов отиоснтещою некоторого среднего в этой галактике.

Идея состоит в том, что если поток является достаточно болыпвм, как только шмутрино имеет достаточную энергию, это шмутрнно будет находить другую такую же частицу, прилетающую с протнвоположкого направления н будет приступать к создаюпо вещества; если макснмэлъвая энергия, которую шмутрнно могут приобрести прв па; девин, есть в точности такал же, кэк н порог лля образования вещества, то материя будет создаватъся "в покое". Каким-то таким способом мы можем одновременно иметь и закон сохраненвя энергии, и теорюо Хойла. Конечно, имеется большое число оставшихся проблем: мы еще лолжны рассмотреть, почему барионное число может не сохравятъсл.

13.4. Принцип Маха и граничные условия Классическая теория гравитации не приводит нас к ответу на вопрос о том, справедлив ли прнншш Маха? Мы можем спросить, например, предсказывает лн теория гравитации силы Корнолиса, если в делом галактики обладают некоторым результирующим вращением вокруг нас. К этой за- ~Возможно, что это назвавне гяоотетяческой частицы эзято Р.

Фейнманом от слава БЬшоо — Шму яля Пузанчик, который является персонажем юмористнче. скях картинок. Тогда шмутряво — зто мяленькве пузэнчнкн. (Прим. верее.) Рис. 13.3. даче подхолят следующим способом. Мы представляем себе находящуюся на болъшом расстоянии от нэс вращающуюся оболочку, образованную веществом, как показано на рис.

13.3. Спросим себя, будут ли силы в центре так влиять на качающийся маятник, чтобы ов следовал движенвю оболочки, Эта задача решается подстановкой в граничные условия д„= П„„на бесконечно больших расстояниях. Тогда результат (полученный Тнррю~- гом [ТЫг 18]) (13.4.1) ш=шо Величина СМ/(Вс~) всегда меньше, чем 1, так что маятник нлн что бы то нн было другое не совсем следуют врапццощемуся веществу. Всегда возможно, что этот результат может быть негодным нз-за особенного выбора граничных условий. Все, что мы знаем, состоит в том, что д» о» в областях, где гравитацнонаъзй потенциал равен константе; но у нас нет гарантии того, что д» и», когда гравитационные потенциалы равны нулю.

Таким обрезом, мо:кет быть, что видимый неуспех принципа Маха вызывается нашим выбором неверного граничного условия. Мы могли бы сравнить эту свтуацню со случаем электростатикн; оказывается возможным решить уравнения, положив Е, = 1 на больших расстояниях в качестве граничного условия. Мы можем продолжить эти решения на все большие и бош шие области, однако, мы делаем это за счет того, что представляем себе все большее и большее количество заряда, однородно распределенного вдоль плоскостей, перпенднкуляршях осн я во внешней области. Из того, что мы прелполагаем дя» = ц„» на бесконечности, может следовать, что бесконечно большое количество вещества однородно распределено "со внешней стороны от бесковечносгн".

Таким образом, это показывает мне, что мы могли бы узнать о том, согласуется ли прннпвп Маха с нашей теорией путем изучения смысла граничных условий. Прн предылущем обсужлевии принцвпа Маха мы строили догадки о том, что возмо'кно величина компонент д„в метрике (13.4.2) (~Ь) = д„бя" 4я" есть имеющая физическое значение величина, если мы измеряем собственное время в естественных единицах, таких как хаббловская величина сТ, н 252 галактика Рис. 13.4.

длины в некоторых природных единицах, таких как комптововсхея длина -ес волны; для длины волны протона д„есть величина порядка 10 . Специальнэя теория относительности прнходит на ум, если имеет место честный случай д„„= совяс, для которого масштабы времени в длины могут быть приведены к пабораторвьсм намерениям. Находящиеся вблизи нас массы, такие как Солнпе, вносят небольпюй вклад в величину д„, который на бпюдается ввым способом, чем вклад от удаленных распределений массы, поскольку локально зта величина быстро меняется сравнительно с вариапнямн вклада от удаленных галактик. Мы видели такзсе, что если мы постулнруем равный вклад от каждого бариона, появляется оценка для этой величины порядка 10 ~~.

Есть лы у нес кахая-либо информация о тисом барионвом числе? Например, что эта величина сохраняется? Что она бескоыечна? Может быть не бариовное число в наблюдаемой области вселенной приводит к некоторым следствиям, влиюощнм на физические процессы? Ответы на все эти вопросы могут быть непростыми. Я знаю, что есть некоторые ученые, которые ходят вокруг того утверзкдевия, что Приропа всегда выбирает нанпростейшие решения. Тем не менее, простейшее решение, намного превосходящее все остальные решения, было бы такое решение, где нет ничего, так что не было бы совсем ничего во вселенной.