Концепции современного естествознания. Общая теория относительности. Короткий реферат

Главная ЧАСТЬ

1.1 Главные представления об общей теории относительности

Общая теория относительности (ОТО) современная теория тяготения, связывающая его с кривизной четырехмерного места-медли.

В собственном, так сказать, традиционном варианте теория тяготения была сотворена Ньютоном еще в XVII веке и до сих пор верно служит населению земли. Она вполне достаточна для многих, если не для большинства, задач современной астрономии, астрофизики, астронавтики. Меж тем ее принципиальный внутренний недочет был ясен еще самому Ньютону. Это теория с дальнодействием: в ней гравитационное деяние 1-го тела на другое передается моментально, без запаздывания. Ньютоновская гравитация так же соотносится с общей теорией относительности, как закон Кулона с максвелловской электродинамикой. Максвеллу удалось прогнать дальнодействие из электродинамики. В гравитации это сделал Эйнштейн.

Все основополагающие элементы ОТО были созданы Эйнштейном.

Вобщем, предчувствие того, что физика может быть связана с кривизной пространства, можно отыскать в трудах примечательных ученых прошедшего века Гаусса, Римана, Гельмгольца, Клиффорда. Гаусс, который пришел к идеям неевклидовой геометрии несколько ранее Лобачевского и Бойаи, но так и не опубликовал собственных исследовательских работ в этой области, не только считал, что геометрию приходится ставить в один ряд не с математикой, существующей чисто a priori, а быстрее с механикой. Он пробовал проверить экспериментально, путем точных (для того медли) измерений геометрию нашего места. Его мысль вдохновила Римана, полагавшего, что наше место вправду искривлено (а на малых расстояниях даже дискретно). Жесткие ограничения на кривизну места были получены из астрономических данных Гельмгольцем. Клиффорд считал материю рябью на искривленном пространстве.

Но все эти блистающие гипотезы и прозрения были явно преждевременны. Создание современной теории тяготения было немыслимым без специальной теории относительности, без глубочайшего осознания структуры классической электродинамики, без понимания единства места-медли. Как теснее отмечалось, ОТО была создана в основном усилиями 1-го человека. Путь Эйнштейна к построению этой теории был длинным и невыносимым. Если его работа 1905 года К электродинамике передвигающихся сред появилась как бы сходу в оконченном виде, оставляя вне поля зрения читателя долгие размышления, тяжелый труд творца, то с ОТО дело обстояло абсолютно по другому. Эйнштейн начал работать над ней с 1907 года. Его путь к ОТО продолжался несколько лет. Это был путь проб и ошибок, который желая бы отчасти можно проследить по публикациям Эйнштейна в эти годы. Окончательно задачка была решена им в 2-ух работах, доложенных на заседаниях Прусской Академии наук в Берлине 18 и 25 ноября 1915 года. В них были сформулированы уравнения гравитационного поля в пустоте и при наличии источников.

В заключительном шаге творения ОТО принял роль Гильберт. Вообщем значение арифметики (и математиков) для ОТО очень велико. Ее аппарат, тензорный анализ, или безусловное дифференциальное исчисление, был развит Риччи и Леви-Чивита. Друг Эйнштейна, математик Гроссман познакомил его с этой техникой.

И все же ОТО это физическая теория, в основе которой лежит светлый физический принцип, твердо установленный экспериментальный факт.

0.2 Принцип эквивалентности и геометризация тяготения

Факт этот был установлен еще Галилеем. Он превосходно известен каждому успевающему старшекласснику: все тела движутся в поле тяжести (в неимение противодействия среды) с одним и тем же ускорением, траектории всех тел с данной скоростью искривлены в гравитационном поле одинаково. Благодаря этому, в свободно падающем лифте никакой опыт не может найти гравитационное поле. Другими словами, в системе отсчёта, свободно движущейся в гравитационном поле, в малой области места-медли гравитации нет. Заключительное утверждение это одна из формулировок принципа эквивалентности.

Данное свойство поля тяготения отнюдь не элементарно. Достаточно вспомнить, что в случае электромагнитного поля ситуация абсолютно другая. Есть, к примеру, подзаряженные, нейтральные тела, которые электрического поля вообщем не ощущают. Гравитационно- нейтральных тел нет, не существует ни линеек, ни часов, которые не чувствовали бы гравитационного поля. Образцы привычного евклидова места изменяются в поле тяготения.

Г