Э.Ф. Тейлор, Дж.А. Уилер - Физика пространства-времени (1120533), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Ва»>агй Р а г с «11, 1в 1огагага11аг Согавшшсаыов, ай. А. С. »1>. Сашегов, Веа>аппп, [Ча>г г'ог[с, 1963. [Руссяяй яареаод: Мажаааадяая связь, иад-ао «Мвр», М., 1966. [ 3. ФИЗИКА ИСКРИВЛЕННОГО ПРОСТРАНСТВА- ВРЕМЕНИ Только нсторичесянй подвод освобождя.
ет дуя оея ввснлья ярошлоео, 'он нод держнваеел еео самостоятельность и стремится лишь внести ясность. Бенедетто Кроче Для того чтобы понять нынешнее эначение физики пространства-времени, едва ли не лучше всего вспомнить, как она выковывалась труявеникамн науки в прошлом. Расскаэ о том, как она продвигалась вперед, постоянно проводя раэведку боем, никак нельэя полностью вместить в несколько десятков страниц; но вместе с тем нельзя и обойти несколько великих имен и поворотных пунктов, предопределивших ее развитие. Приступая к рассказу о ее истории, мы надеемся раэобраться — по крайней мере в общих чертах— во вэаимоотношенни фиэики локальных лоренцевых систем отсчета и фиэики в более обширных областях пространства-времени, таких, как околоэемное космическое пространство или солнечная система в целом.
Изменение духа фивики при расширении пространственно-временных масштабов Галилей и Ньютон считали, что двинвение мончно адекватно описать в крестной евклидовой системе отсчета, распространенной на все пространство и сохраняющейся неиэменной во все времена. Такая система остается вне изменений, происходящих с веществом и с энергией. В этоы идеальном пространстве Галилея и Ньютона действует таинственная сила тяготения, контрабандой эанесенная иэ мира физики, чуждое влияние, не описываемое геометрией. Напротив, Эйнштейн утвернчдает, что нет никакого таинственного тяготения — налицо лишь структура самого пространства-времени. Эйнштейн против Ньютона — множество инеревиальных систем отсчета, казсдал ив которых локальна, против единой глобальной системы Он говорит: сядьте в космический корабль, и вы убедитесь, что там нет тяжести.
Локально фиэнка лишена тяготения (равд. 2 гл. $). Все свободные частицы движутся прямолинейно с постоянными скоростяыи, и в ннерцнальной системе отсчета физика проста. Однако такие системы ннерциальны лишь в ограниченной области пространства-времени, и этот факт мы подчеркивали, постоянно называя инерциальные системы отсчета локальными.
Трудности воэникают, когда мы описываем свяэь между направлением движения частицы, наблюдаезпйм иэ двух соседних локальных систем отсчета. Согласно Эйнштейну, все различия в направлениях в данной системе и соседней локаль- 3. Физикл искРиВленнОГО пРОстРлнстВл Времени ной системе отсчета характеривуются «кривизной пространства-временим факт существования этой кривизны делает невозможным описание движения в единой идеальной евклидовой системе отсчета, охватывающей пространство. Геометрия проста лишь в областях, достаточно малых для того, чтобы они казались плоскими.
Короче говоря, Эйнштейн пользуется ыножеством локальных областей, в каждой из которых геометрия лоренцева («частная теория относительности»), и законы тяготения проистекают от неидеального соответствия между одной локальной областью и соседней с ней (гравитация как кривизна пространства-времени — «общая теория относительности»). У Ньютона была единая глобальная система отсчета, но в этой системе нет ни одного спутника, на котором отсутствовала бы тяжесть, и ни одна частица не может двигаться там прямолинейно и равномерно.
Как развивались воззрения Галилея, Ньютона и Эйнштейна? И в чем, собственно, смысл странного выражения «кривизна пространства-времена»? Общеизвестно глубочайшее противоречие между результатаыи опытов Галилея по свободному падению и утверждением Аристотеля о том, что «нисходящее движение масс золота, или свинца, или любых иных весомых тел происходит тем быстрее, чем больше их вес». За несколько лет до опытов Галилея Молетти в Падуе утверждал, что свинцовые и деревянные грузы падают одинаково быстро, но этого утверждения было недостаточно, чтобы опровергнуть взгляд Аристотеля. Для окончательного доказательства потребовалось вмешательство Галилея.
Неясно, бросал ли Галилей свинцовые и деревянные грузы с «Падающей башни» в Пизе, но он определенно провел более убедительные эксперименты с потенциально более высокой степенью точности, чем опыт с «Падающей башни» '). Кто, вступая на путь первооткрывателя закона ускоренного падения, мог обойти исследование полета снаряда? Изучая этот полет и стремясь описать его простейшим образом, Галилей должен был прийти к мысли о сложении движений — движения по вертикали с постоянным направленным вниз ускорением и горизонтального движеаия с постоянной скоростью (равномерного переноса). Отсюда оставался всего лишь шаг до принципа относительности в первой из его известных формулировок.
Вот что говорят действующие лица в книге Галилея з): Галилей: переел ие иееестник уеормулироеок нринципа относительности Свльввзти, Запритесь с кем-нибудь из друзей в кают-ко»шенин под пвяубой боль. мого корабля, ваяв с собой мух, бабочек н других небольших летвющвх животных. Возьмите в большой сосуд с водой, в котором плвевют рыбы. Подвесьте бутыль, нв которой капля по капле вытекает вода в широкий сосуд внизу. Пока ваше судно стовт вв месте, внимательно наблюдайте, квк насекомые летают по помещению с одинаковыми скоростями во все стороны. Рыбы плавают кзк угодно, не предпочитая какого-либо особого ивпревленвя.
Квплк ведают в сосуд под бутылью. Если >ке вы бросите чтонибудь вашему другу, то вм приложите одинзковое усылие, в каком бы направлении ви бросали, если рзсстоявыя одинаковы. Прыгая обеими ногвми сразу, вы будете пролетать одввековые ресстоннвя в любом вепревлевии. Тщзтельво произблюдзв все зто ') Подробности см. в кыиге Гвлялео Галилея «Диалоги о двух ыовых наук«хе, впервые опубликованной в марте 1638 г. (Русский перевод: Г в л и л е й, Днзлоги о двух новых внуках, ОНТП, М., 1937.) з) Книге Гзлвлео Галилея «Диалоги о двух главнейших системах мыре — нтоломеевой и коперник«кокосе впервые опубликовзвв в феврале 1632 г. (Русский перевод: Г в л ил е й, Диалоги о двух глзввсйшвх системах мир*, Госте»явдат, М., 1947Д Сочинения Галилея, квк и сочинения Данте, по своей сале и насыщенности — сокровище человеческой мысля, я учащиеся средних школ Итзлви изучвют вх квк честь великого литературного иеследия.
ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕИ Лига, 14 фееразя 1664 г.— Лр«егери, блие Флоренции, 8 ангара 1642 г. «Мой портрет уше закончен, сходство очень хорошее, рука отличного мастера». 22 сен- тябри 1635 г. «Если кто-лкбо и когда-либо мог претендовать на то, чтобьг быть выделенным из числа других людей за свой разум, так зто Птоломей и Коперник, заслуга которых з том, что они дальше всех заглянулп в Систему Мира и наиболее глубоко се исследовали». «Дорогой мой Кеплор, что мы сделаем со всем с этим« Будем лн смелтьси или плакать?» «Когда же я перестану удивлкться3» 3. ФИЗИКА ИСКРИВЛЕННОГО ПРОСТРАНСТВА ВРЕМЕНИ 232 (хотя зы в ве сомневались, что асе будет вровсходвть вмевво тав, пока корабль стоит ва месте), отдайте команду, чтобы корабль качал двигаться с любой скоростью, лишь бы его дзвжевве было раевомервым в ве подвергалось каким бы то вв было еозиущевввм. Нв а одном вз указанных процессов еы ве обваружвте вв малейшего взмевеввя в ве сможете вв по одному вз внх узнать, движется лн ааш корабль влв стоит ва месте.
Прыгая, зы будете пролетать вад полом те же расстояния, что раньше, в аашп прыжки з сторону кормы ве окажутся длвввее прьввков з сторону носа корабля несмотря ва то, что, пока еы ваходвлвсь з воздухе, вол под вака дзагался з вапраелеввв, протвеополо>квои вашему. Для того чтобы перебросить какой-забудь предмет вашему другу, еаи ве понадобятся затратить большее усвлве, еслв ааш друг стоят ближе к васу корабля, а ве к корме, когда зы расположвлвсь протее него.
Капля будут продолжать падать з стоящий аввзу сосуд, ве отклоняясь к корме, хотя, пока онв летят з зоадухе, судно успевает передаввуться ва весколько пядей. Рыбы будут плавать з воде а своем сосуде с одввакоаой легкостью ао все стороны в в разной мере хватать првиавку, а какой бы угол сосуда иы ее вв поиествлп. Наковец, бабочки в мухи будут совершать полеты равно ео всех направлениях, в аы никогда ве обнаружите, что овв скопились у кормы, как бы устав поспевать за ходом корабля, от которого онв были отделены, заходясь длительное время а воздухе... Сагредо. Хотя иве в не првходвлось з моих стравстеввх проеодвть таках ваблюдеввй, я убежден, что асе будет провсходвть ииевво так, как зы опвсалв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
