Ipinapaliwanag ng binagong teorya ng gravity ang istruktura ng uniberso sa sarili nitong paraan. Mga klasikal na teorya ng gravity

Sa kabila ng katotohanan na ang gravity ay ang pinakamahina na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bagay sa Uniberso, ang kahalagahan nito sa pisika at astronomiya ay napakalaki, dahil ito ay nakakaimpluwensya sa mga pisikal na bagay sa anumang distansya sa kalawakan.

Kung mahilig ka sa astronomiya, malamang na naisip mo ang tanong kung ano ang konsepto tulad ng gravity o ang batas ng unibersal na grabitasyon. Ang gravity ay isang unibersal na pangunahing pakikipag-ugnayan sa pagitan ng lahat ng mga bagay sa Uniberso.

Ang pagtuklas ng batas ng grabidad ay iniuugnay sa sikat na Ingles na pisiko na si Isaac Newton. Marahil, alam ng marami sa inyo ang kuwento ng isang mansanas na nahulog sa ulo ng isang sikat na siyentipiko. Gayunpaman, kung titingnan mo nang malalim ang kasaysayan, makikita mo na ang pagkakaroon ng grabidad ay naisip nang matagal bago ang kanyang panahon ng mga pilosopo at siyentipiko noong unang panahon, halimbawa, Epicurus. Gayunpaman, si Newton ang unang inilarawan ang pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng mga pisikal na katawan sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika. Ang kanyang teorya ay binuo ng isa pang sikat na siyentipiko - si Albert Einstein, na sa kanyang pangkalahatang teorya ng relativity ay mas tumpak na inilarawan ang impluwensya ng gravity sa espasyo, pati na rin ang papel nito sa space-time continuum.

Ang batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton ay nagsasabi na ang puwersa ng gravitational attraction sa pagitan ng dalawang punto ng masa na pinaghihiwalay ng isang distansya ay inversely proportional sa square ng distansya at direktang proporsyonal sa parehong masa. Mahaba ang puwersa ng grabidad. Iyon ay, hindi alintana kung paano gumagalaw ang isang katawan na may masa, sa klasikal na mekanika ang potensyal ng gravitational nito ay nakasalalay lamang sa posisyon ng bagay na ito sa sa sandaling ito oras. Kung mas malaki ang masa ng isang bagay, mas malaki ang gravitational field nito - mas malakas ang gravitational force nito. Ang mga bagay na kosmiko tulad ng mga kalawakan, bituin at planeta ay may pinakamalaking puwersa ng pagkahumaling at, nang naaayon, medyo malakas na mga patlang ng gravitational.

Mga patlang ng gravity

Gravitational field ng Earth

Ang gravitational field ay ang distansya kung saan nagaganap ang gravitational interaction sa pagitan ng mga bagay sa Uniberso. Kung mas malaki ang masa ng isang bagay, mas malakas ang gravitational field nito - mas kapansin-pansin ang epekto nito sa iba pang pisikal na katawan sa loob ng isang tiyak na espasyo. Ang gravitational field ng isang bagay ay potensyal. Ang kakanyahan ng nakaraang pahayag ay kung ipinakilala natin ang potensyal na enerhiya ng pagkahumaling sa pagitan ng dalawang katawan, kung gayon hindi ito magbabago pagkatapos lumipat ang huli sa isang saradong tabas. Mula dito lumabas ang isa pang sikat na batas ng konserbasyon ng kabuuan ng potensyal at kinetic energy sa isang closed circuit.

Sa materyal na mundo, ang gravitational field ay may malaking kahalagahan. Ito ay taglay ng lahat ng materyal na bagay sa Uniberso na may masa. Ang patlang ng gravitational ay maaaring makaimpluwensya hindi lamang sa bagay, kundi pati na rin sa enerhiya. Ito ay dahil sa impluwensya ng mga patlang ng gravitational ng mga malalaking bagay sa kalawakan tulad ng mga black hole, quasar at supermassive na bituin na nabuo ang mga solar system, kalawakan at iba pang mga kumpol ng astronomya, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang lohikal na istraktura.

Ang pinakabagong siyentipikong data ay nagpapakita na ang sikat na epekto ng pagpapalawak ng Uniberso ay batay din sa mga batas ng gravitational interaction. Sa partikular, ang pagpapalawak ng Uniberso ay pinadali ng malalakas na mga patlang ng gravitational, parehong maliit at pinakamalaking mga bagay nito.

Gravitational radiation sa isang binary system

Ang gravitational radiation o gravitational wave ay isang terminong unang ipinakilala sa pisika at kosmolohiya ng sikat na siyentipikong si Albert Einstein. Ang gravitational radiation sa teorya ng gravity ay nabuo sa pamamagitan ng paggalaw ng mga materyal na bagay na may variable acceleration. Sa panahon ng acceleration ng bagay, ang gravitational wave, parang, ay "humiwalay" mula dito, na humahantong sa mga pagbabago sa gravitational field sa nakapalibot na espasyo. Ito ay tinatawag na gravitational wave effect.

Bagama't ang mga gravitational wave ay hinuhulaan ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein, gayundin ng iba pang mga teorya ng gravity, hindi pa sila direktang natukoy. Pangunahin ito dahil sa kanilang matinding kaliitan. Gayunpaman, mayroong circumstantial evidence sa astronomy na maaaring kumpirmahin ang epektong ito. Kaya, ang epekto ng isang gravitational wave ay maaaring maobserbahan sa halimbawa ng paglapit ng mga binary na bituin. Kinumpirma ng mga obserbasyon na ang rate ng paglapit ng mga binary na bituin sa ilang lawak ay nakasalalay sa pagkawala ng enerhiya ng mga bagay na ito sa kalawakan, na maaaring ginugol sa gravitational radiation. Maaasahang mapapatunayan ng mga siyentipiko ang hypothesis na ito sa malapit na hinaharap sa tulong ng isang bagong henerasyon ng Advanced LIGO at VIRGO teleskopyo.

Sa modernong pisika, mayroong dalawang konsepto ng mechanics: classical at quantum. Ang quantum mechanics ay medyo kamakailan lamang at sa panimula ay naiiba sa classical na mechanics. Sa quantum mechanics, ang mga bagay (quanta) ay walang tiyak na posisyon at bilis, lahat ng bagay dito ay nakabatay sa posibilidad. Iyon ay, ang isang bagay ay maaaring sumakop sa isang tiyak na lugar sa espasyo sa isang tiyak na punto ng oras. Imposibleng mapagkakatiwalaan na matukoy kung saan siya lilipat sa susunod, ngunit may mataas na antas ng posibilidad.

Ang isang kawili-wiling epekto ng gravity ay na maaari nitong baluktot ang space-time continuum. Ang teorya ni Einstein ay nagsasabi na sa espasyo sa paligid ng isang grupo ng enerhiya o anumang materyal na sangkap, ang space-time ay hubog. Alinsunod dito, ang tilapon ng mga particle na nasa ilalim ng impluwensya ng gravitational field ng sangkap na ito ay nagbabago, na ginagawang posible na mahulaan ang tilapon ng kanilang paggalaw na may mataas na antas ng posibilidad.

Mga teorya ng grabidad

Ngayon, alam ng mga siyentipiko ang higit sa isang dosenang iba't ibang mga teorya ng gravity. Ang mga ito ay nahahati sa klasikal at alternatibong mga teorya. Ang pinakatanyag na kinatawan ng una ay ang klasikal na teorya ng grabidad ni Isaac Newton, na naimbento ng sikat na British physicist noong 1666. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang isang napakalaking katawan sa mekanika ay bumubuo ng isang gravitational field sa paligid nito, na umaakit sa mas maliliit na bagay sa sarili nito. Sa turn, ang huli ay mayroon ding gravitational field, tulad ng iba pang materyal na bagay sa Uniberso.

Ang susunod na tanyag na teorya ng gravity ay naimbento ng sikat na Aleman na siyentipikong si Albert Einstein sa simula ng ika-20 siglo. Nagawa ni Einstein na mas tumpak na ilarawan ang gravity bilang isang kababalaghan, at ipaliwanag din ang pagkilos nito hindi lamang sa mga klasikal na mekanika, kundi pati na rin sa mundo ng quantum. Ang kanyang pangkalahatang teorya ng relativity ay naglalarawan sa kakayahan ng gayong puwersa gaya ng gravity na maimpluwensyahan ang space-time continuum, gayundin ang trajectory ng elementarya na mga particle sa kalawakan.

Kabilang sa mga alternatibong teorya ng gravity, ang relativistic theory, na naimbento ng ating kababayan, ang sikat na physicist na si A.A. Logunov. Hindi tulad ni Einstein, sinabi ni Logunov na ang gravity ay hindi isang geometriko, ngunit isang tunay, medyo malakas na pisikal na puwersa ng puwersa. Kabilang sa mga alternatibong teorya ng grabidad, kilala rin ang scalar, bimetric, quasi-linear at iba pa.

1. Para sa mga taong nakapunta na sa kalawakan at bumalik sa Earth, medyo mahirap sa una na masanay sa puwersa ng impluwensya ng gravitational ng ating planeta. Minsan tumatagal ng ilang linggo.
2. Napatunayan na ang katawan ng tao sa isang estado ng kawalan ng timbang ay maaaring mawalan ng hanggang 1% ng bone marrow mass bawat buwan.
3. Ang pinakamaliit na puwersa ng pang-akit sa solar system Sa mga planeta, ang Mars ang may pinakamalaking, at ang Jupiter ang may pinakamalaking.
4. Ang kilalang salmonella bacteria, na siyang sanhi ng mga sakit sa bituka, ay kumikilos nang mas aktibo sa isang estado ng kawalan ng timbang at maaaring magdulot ng higit na pinsala sa katawan ng tao.
5. Sa lahat ng kilalang astronomical na bagay sa uniberso, ang mga black hole ay may pinakamalaking puwersa ng gravitational. Ang isang black hole na kasing laki ng bola ng golf ay maaaring magkaroon ng parehong puwersa ng grabidad gaya ng ating buong planeta.
6. Ang puwersa ng grabidad sa Earth ay hindi pareho sa lahat ng sulok ng ating planeta. Halimbawa, sa rehiyon ng Hudson Bay ng Canada, ito ay mas mababa kaysa sa ibang mga rehiyon ng mundo.

Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay isa sa apat na pangunahing pakikipag-ugnayan sa ating mundo. Sa loob ng klasikal na mekanika, ang gravitational interaction ay inilalarawan ng batas ng grabidad Newton, na nagsasaad na ang puwersa ng gravitational attraction sa pagitan ng dalawang materyal na punto ng masa m 1 at m 2 pinaghihiwalay ng distansya R, ay proporsyonal sa parehong masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya - i.e.

Dito G- gravitational constant, katumbas ng humigit-kumulang m³/(kg s²). Ang minus sign ay nangangahulugan na ang puwersa na kumikilos sa katawan ay palaging pantay sa direksyon sa radius vector na nakadirekta sa katawan, iyon ay, ang gravitational interaction ay palaging humahantong sa pagkahumaling ng anumang mga katawan.

Ang batas ng unibersal na grabitasyon ay isa sa mga aplikasyon ng kabaligtaran na parisukat na batas, na nakatagpo din sa pag-aaral ng radiation (tingnan, halimbawa, Light Pressure), at kung saan ay direktang bunga ng quadratic na pagtaas sa lugar ng ​ang globo na may pagtaas ng radius, na humahantong sa isang parisukat na pagbaba sa kontribusyon ng anumang unit area sa lugar ng buong globo.

Ang pinakasimpleng gawain ng celestial mechanics ay ang gravitational interaction ng dalawang katawan sa walang laman na espasyo. Ang problemang ito ay nalutas nang analitikal hanggang sa wakas; ang resulta ng solusyon nito ay kadalasang nabubuo sa anyo ng tatlong batas ni Kepler.

Habang dumarami ang mga nakikipag-ugnayang katawan, nagiging mas kumplikado ang problema. Kaya, ang sikat na tatlong-katawan na problema (iyon ay, ang paggalaw ng tatlong katawan na may di-zero na masa) ay hindi malulutas nang analytical sa pangkalahatang pananaw. Sa pamamagitan ng isang numerical na solusyon, ang kawalang-tatag ng mga solusyon na may paggalang sa mga paunang kondisyon ay nagtakda sa medyo mabilis. Kapag inilapat sa solar system, ginagawang imposible ng kawalang-tatag na ito na mahulaan ang paggalaw ng mga planeta sa mga kaliskis na higit sa isang daang milyong taon.

Sa ilang mga espesyal na kaso, posibleng makahanap ng tinatayang solusyon. Ang pinakamahalaga ay ang kaso kung ang masa ng isang katawan ay malaki mas masa ibang mga katawan (halimbawa: ang solar system at ang dynamics ng mga singsing ni Saturn). Sa kasong ito, sa unang pagtatantya, maaari nating ipagpalagay na ang mga light body ay hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa at gumagalaw sa mga tilapon ng Keplerian sa paligid ng isang napakalaking katawan. Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito ay maaaring isaalang-alang sa balangkas ng teorya ng perturbation, at i-average sa paglipas ng panahon. Sa kasong ito, maaaring lumitaw ang mga non-trivial phenomena, tulad ng mga resonance, attractor, randomness, atbp. halimbawa ng paglalarawan tulad phenomena - non-trivial na istraktura ng mga singsing ng Saturn.

Sa kabila ng mga pagtatangka na ilarawan ang pag-uugali ng isang sistema ng isang malaking bilang ng mga nakakaakit na katawan na humigit-kumulang sa parehong masa, hindi ito magagawa dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng dynamic na kaguluhan.

Malakas na mga patlang ng gravitational

Sa malakas na mga patlang ng gravitational, kapag gumagalaw sa relativistic na bilis, ang mga epekto ng pangkalahatang relativity ay nagsisimulang lumitaw:

• paglihis ng batas ng grabidad mula sa Newtonian;
• potensyal na pagkaantala na nauugnay sa finite propagation velocity ng gravitational perturbations; ang hitsura ng gravitational waves;
• mga di-linear na epekto: ang mga gravitational wave ay may posibilidad na makipag-ugnayan sa isa't isa, kaya ang prinsipyo ng superposisyon ng mga alon sa malakas na mga patlang ay hindi na wasto;
• pagbabago sa geometry ng space-time;
• ang paglitaw ng mga itim na butas;

Gravitational radiation

Ang isa sa mga mahahalagang hula ng pangkalahatang relativity ay gravitational radiation, ang pagkakaroon nito ay hindi pa nakumpirma ng mga direktang obserbasyon. Gayunpaman, mayroong hindi direktang katibayan ng pagmamasid na pabor sa pagkakaroon nito, lalo na: ang pagkawala ng enerhiya sa binary system na may PSR B1913+16 pulsar - ang Hulse-Taylor pulsar - ay sumasang-ayon sa modelo kung saan dinadala ang enerhiya na ito. sa pamamagitan ng gravitational radiation.

Ang gravitational radiation ay maaari lamang mabuo ng mga system na may variable quadrupole o mas mataas na multipole moments, ang katotohanang ito ay nagmumungkahi na ang gravitational radiation ng karamihan sa mga natural na pinagmumulan ay direksyon, na lubos na nagpapalubha sa pagtuklas nito. Lakas ng grabidad l-poly source ay proporsyonal (v / c) 2l + 2 , kung ang multipole ay electric type, at (v / c) 2l + 4 - kung ang multipole ay magnetic type , kung saan v ay ang katangiang bilis ng mga pinagmumulan sa sistema ng pag-radiating, at c ay ang bilis ng liwanag. Kaya, ang nangingibabaw na sandali ay ang quadrupole moment uri ng kuryente, at ang kapangyarihan ng kaukulang radiation ay katumbas ng:

saan Q ij ay ang tensor ng quadrupole moment ng mass distribution ng radiating system. pare-pareho Ginagawang posible ng (1/W) na tantyahin ang pagkakasunud-sunod ng magnitude ng kapangyarihan ng radiation.

Mula noong 1969 (mga eksperimento ni Weber (Ingles)) at hanggang sa kasalukuyan (Pebrero 2007), ang mga pagtatangka ay ginawa upang direktang makita ang gravitational radiation. Sa USA, Europe at Japan, kasalukuyang may ilang operating ground-based detector (GEO 600), pati na rin ang isang proyekto para sa isang space gravitational detector ng Republic of Tatarstan.

Mga banayad na epekto ng gravity

Bilang karagdagan sa mga klasikal na epekto ng gravitational attraction at time dilation, hinuhulaan ng pangkalahatang teorya ng relativity ang pagkakaroon ng iba pang mga pagpapakita ng gravity, na napakahina sa ilalim ng mga kondisyong terrestrial at samakatuwid ang kanilang pagtuklas at pag-verify ng eksperimentong ito ay napakahirap. Hanggang kamakailan lamang, ang pagtagumpayan sa mga paghihirap na ito ay tila lampas sa mga kakayahan ng mga eksperimento.

Kabilang sa mga ito, sa partikular, maaaring pangalanan ng isa ang drag ng inertial reference frame (o ang Lense-Thirring effect) at ang gravitomagnetic field. Noong 2005, ang robotic Gravity Probe B ng NASA ay nagsagawa ng isang eksperimento ng hindi pa naganap na katumpakan upang sukatin ang mga epektong ito malapit sa Earth, ngunit ang buong resulta ay hindi pa nai-publish.

quantum theory of gravity

Sa kabila ng higit sa kalahating siglo ng mga pagtatangka, ang gravity ay ang tanging pangunahing pakikipag-ugnayan kung saan ang isang pare-parehong renormalizable quantum theory ay hindi pa nabubuo. Gayunpaman, sa mababang enerhiya, sa diwa ng quantum field theory, ang gravitational interaction ay maaaring katawanin bilang isang palitan ng gravitons - gauge boson na may spin 2.

Mga Pamantayan na Teorya ng Gravity

Dahil sa ang katunayan na ang dami ng epekto ng gravity ay napakaliit kahit na sa ilalim ng pinaka matinding eksperimental at obserbasyonal na mga kondisyon, wala pa ring maaasahang mga obserbasyon sa kanila. Ang mga teoretikal na pagtatantya ay nagpapakita na sa napakalaking karamihan ng mga kaso ang isa ay maaaring ikulong ang sarili sa klasikal na paglalarawan ng gravitational interaction.

Mayroong modernong kanonikal na klasikal na teorya ng gravity - ang pangkalahatang teorya ng relativity, at maraming hypotheses na nagpapadalisay dito at mga teorya ng iba't ibang antas ng pag-unlad na nakikipagkumpitensya sa isa't isa (tingnan ang artikulong Alternatibong teorya ng grabidad). Ang lahat ng mga teoryang ito ay nagbibigay ng halos kaparehong mga hula sa loob ng pagtatantya kung saan kasalukuyang isinasagawa ang mga eksperimentong pagsubok. Ang mga sumusunod ay ilan sa mga pangunahing, pinaka-mahusay na binuo o kilalang teorya ng gravity.

• Ang gravity ay hindi isang geometric na field, ngunit isang tunay na physical force field na inilarawan ng isang tensor.

• Dapat isaalang-alang ang gravitational phenomena sa loob ng balangkas ng flat Minkowski space, kung saan ang mga batas ng konserbasyon ng energy-momentum at angular momentum ay hindi malabo na natutupad. Kung gayon ang paggalaw ng mga katawan sa espasyo ng Minkowski ay katumbas ng paggalaw ng mga katawan na ito sa epektibong espasyo ng Riemannian.

• Sa mga equation ng tensor, upang matukoy ang sukatan, dapat isaalang-alang ng isa ang masa ng graviton, at gamitin din ang mga kondisyon ng gauge na nauugnay sa sukatan ng espasyo ng Minkowski. Hindi nito pinapayagan ang pagsira sa gravitational field kahit na lokal sa pamamagitan ng pagpili ng ilang angkop na frame of reference.

Tulad ng pangkalahatang relativity, sa RTG, ang matter ay tumutukoy sa lahat ng anyo ng matter (kabilang ang electromagnetic field), maliban sa gravitational field mismo. Ang mga kahihinatnan ng teorya ng RTG ay ang mga sumusunod: ang mga black hole bilang mga pisikal na bagay na hinulaang sa pangkalahatang relativity ay hindi umiiral; Ang uniberso ay flat, homogenous, isotropic, immobile at Euclidean.

Sa kabilang banda, walang gaanong nakakumbinsi na mga argumento ng mga kalaban sa RTG, na bumubuhos sa mga sumusunod na punto:

Ang isang katulad na bagay ay nangyayari sa RTG, kung saan ang pangalawang tensor equation ay ipinakilala upang isaalang-alang ang koneksyon sa pagitan ng non-Euclidean space at ng Minkowski space. Dahil sa pagkakaroon ng walang sukat na angkop na parameter sa teorya ng Jordan-Brans-Dicke, naging posible na piliin ito upang ang mga resulta ng teorya ay tumutugma sa mga resulta ng mga eksperimento sa gravitational.

Ang gravity ay lumitaw bilang agham ng pang-akit ng mga katawan. Hanggang sa unang kalahati ng ika-20 siglo, ang buong teorya ng grabidad ay nakabatay lamang sa mga batas ni Newton. Minsan ito ay tinutukoy bilang Newtonian gravity. Sa simula ng ika-20 siglo, medyo ilang eksperimental at teoretikal na mga katotohanan ang naipon, na nagpapahiwatig ng kamalian ng gravity ni Newton.

Kasama sa mga eksperimental na katotohanan, halimbawa, ang pagbabago sa perhelion ng orbit ng Mercury. Ito ay kilala na ang orbit ng pag-ikot ng Mercury sa paligid ng araw ay isang ellipse, ang punto na pinakamalapit sa araw ay tinatawag na perehelion. Ang ellipse na ito ay hindi tumayo, ngunit dahan-dahang umiikot, sa gayon ay binabago ang posisyon ng overhelium. Tulad ng natuklasan ng mga eksperimento sa simula ng ika-20 siglo, ang perhelium ay gumagalaw nang mas mabilis kaysa sa hula ng mga batas ni Newton.

Ang sumusunod na katotohanan ay maaaring maiugnay sa teoretikal na mga kamalian. Tulad ng alam mo, ang free-falling elevator ay isang magandang inertial frame of reference. Ang lahat ng proseso sa lahat ng free-falling elevator ay pareho. Gayunpaman, isipin ang dalawang bumabagsak na elevator. Ang isa, halimbawa, sa Africa, at ang isa sa South America. Ang mga noo ng elevator ay magiging mga inertial frame ng sanggunian, ngunit may kaugnayan sa isa't isa sila ay gumagalaw nang may acceleration. Ang katotohanang ito ay sumasalungat sa unang batas ni Newton.

Bilang karagdagan, ang teorya ng gravity ni Newton ay batay sa konsepto ng gravity, na isang long-range na puwersa: ito ay kumikilos kaagad sa anumang distansya. Ang biglaang katangian ng pagkilos na ito ay hindi tugma sa espesyal na relativity. Sa teoryang ito, walang impormasyon ang maaaring maglakbay nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag sa isang vacuum.

Noong 1920s, iminungkahi ni Einstein ang isang ganap na bagong teorya ng grabidad. Sa loob ng balangkas ng teoryang ito, ipinapalagay na ang mga epekto ng gravitational ay dahil hindi sa puwersang interaksyon ng mga katawan at mga patlang na matatagpuan sa espasyo-oras, ngunit pagpapapangit ng space-time mismo, na nauugnay, sa partikular, sa pagkakaroon ng mass-energy.

Gumawa tayo ng isang maliit na digression. Ayon sa teorya ni Einstein masa at enerhiya kumakatawan sa parehong parameter ng katawan. Ang relasyon sa pagitan ng masa at enerhiya ay nagbibigay ng isang simpleng formula E = m c^2. Tulad ng nalalaman mula sa SRT (link dito), ang masa ng isang katawan ay tumataas kung ito ay binibigyan ng kinetic energy. Ang epekto ay nagiging kapansin-pansin kung ang bilis ng katawan ay lumalapit sa bilis ng liwanag. Ang isang katulad na epekto ay magiging, halimbawa, kapag ang katawan ay pinainit. Gayunpaman, dahil sa malaking parameter c = 300,000 km/s, medyo mahirap mapansin ang ganoong epekto. Sa karagdagang paglalarawan, susubukan naming maiwasan ang mga katulad na pormulasyon sa matematika.

Kaya, ang paglalarawan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng mga katawan ay maaaring mabawasan sa isang paglalarawan ng espasyo-oras kung saan gumagalaw ang mga katawan. Ito ay natural na ipagpalagay na ang mga katawan ay gumagalaw sa pamamagitan ng pagkawalang-kilos, iyon ay, sa paraang ang kanilang acceleration sa kanilang sariling reference frame ay zero. Ang mga trajectory ng mga katawan ay ang tinatawag na geodesic lines. Ang eksaktong kahulugan ng isang geodesic na linya ay medyo kumplikado. Sabihin na natin na para sa flat space, ang geodesic line ay isang straight line lang. Ang geodetic line, halimbawa, para sa earth sa solar system ay isang ellipse - ito ang orbit ng earth.

Subukan nating biswal na ilarawan ang mekanismo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang malalaking katawan. Ang pinakamadaling paraan upang gawin ito ay sa dalawang-dimensional na kaso (at hindi sa 4-dimensional na isa, kung ano talaga ito). Bilang malalaking katawan, kakatawanin natin ang mabibigat na bola, at bilang isang puwang na kurba-kurba, kung malalagay ang malalaking katawan dito, maaari tayong kumuha ng malambot na banig na goma. Alalahanin na ito ay isang modelo lamang para sa isang visual na representasyon ng gravity ni Einstein. Ilagay ang bola sa banig, sa ilalim ng bigat ng bolang ito ang banig ay yumuko ng kaunti. Ang nabuong butas ay isang modelo ng hubog na espasyo. Kung ang isang pangalawang bola ay inilagay sa malapit, pagkatapos ito ay, tulad ng dati, ay magsisimulang maakit sa una dahil sa ang katunayan na ang una ay, parang, sa isang butas.

Ang isang katulad na epekto ay maaaring direktang maobserbahan kung ang dalawang bola ay inilunsad parallel sa bawat isa sa ibabaw ng isang goma na lamad, kung saan ang isang napakalaking bagay ay inilalagay sa gitna. Magkakalat ang mga bola: ang isa na mas malapit sa bagay na tumutulak sa lamad ay magiging mas malakas sa gitna kaysa sa mas malayong bola. Ang pagkakaibang ito ay dahil sa kurbada ng lamad.

Ang teorya ni Einstein ay hindi nagbibigay ng sagot sa kung bakit ang malalaking katawan ay kurbadong espasyo. At din kung bakit ang katawan ay gumagalaw nang tumpak sa mga geodesic na linya. Ang lahat ng ito ay palagay lamang, at gaya ng sinasabi mismo ng teorya, ang lahat ng ito ay mga katangian ng mismong espasyo kung saan tayo nakatira. Gayunpaman, ang mga equation ng teorya ng grabidad ni Einstein ay nagbibigay, hanggang ngayon, ng pinakatumpak na larawan ng paggalaw ng mga bagay sa uniberso.

Kapaki-pakinabang na ibigay ang equation ng gravity ni Einstein.

Kanan Ang equation na ito ay naglalaman ng tinatawag na energy-momentum tensor. Siya ang naglalarawan ng masa at enerhiya ng bagay sa isang naibigay na punto sa espasyo. Sa kaliwa mayroong dalawang termino, ang una ay ang Einstein tensor - isang dami na naglalarawan sa kurbada ng espasyo. Kaya, ang equation na ito ay nagbibigay ng koneksyon sa pagitan ng masa ng mga katawan sa kalawakan at ang kurbada ng mismong espasyong ito.

May isa pang termino sa kaliwang bahagi ng equation - ito ang tinatawag na lambda term. Ang terminong ito ang nagdudulot ng pinakamalaking kontrobersya ng mga siyentipiko. Mga makasaysayang katotohanan sinasabi nila na iniugnay ni Einstein ang terminong ito sa equation sa huling sandali - kapag ang lahat ng mga kalkulasyon ay nagawa na, at ang mga dahilan kung bakit dapat idagdag ang terminong ito sa equation ay ganap na hindi alam. Ang katotohanan ay ang miyembrong ito, sa kahulugan, ay responsable para sa pag-aari ng espasyo mismo. Lalo na, para sa katotohanan na ang espasyo, anuman ang mga katawan na inilagay dito, ay lalawak nang mabilis. Ang acceleration kung saan lumalawak ang espasyo ay napakaliit, at napakahirap sukatin ito sa eksperimentong paraan.

Mga materyales sa paggawa

Pangkalahatang-ideya ng paksa:

Mga alternatibong teorya ng gravity. Ang klasikal na teorya ng gravity, na ipinahayag ng batas ng unibersal na grabitasyon ni Newton, ay naging hindi masyadong tumpak sa kaso ng malakas na mga patlang ng gravitational. Gayunpaman, hindi nito pinipigilan ang paggamit nito sa mga kaso kung saan sapat ang katumpakan nito.

Nilikha noong 1915 ni Albert Einstein, ang pangkalahatang teorya ng relativity (GR) ay ngayon ang kinikilalang pangkalahatang teorya ng grabidad. Gayunpaman, mayroon itong isang bilang ng mga problema na ginagawang kinakailangan upang maghanap ng mga alternatibong teorya ng gravity.

Isa sa mga pangunahing problema ay ang sa klasikal na anyo Ang OTO ay hindi tugma sa mga teoryang quantum mga patlang na naglalarawan sa iba pang tatlong pangunahing pisikal na pakikipag-ugnayan. (Totoo, sa pinakadulo Kamakailan lamang may mga ulat na may ilang pag-unlad sa direksyong ito.)

Ang isa pang problema ay na, na naglalarawan sa gravity bilang isang curvature ng space-time, ang pangkalahatang relativity ay tinatalikuran ang homogeneity property ng space-time, at nasa property na ito na nakabatay ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum.

Ang ikatlong problema ng pangkalahatang relativity ay nauugnay din sa enerhiya, sa pagkakataong ito ay ang enerhiya ng gravitational field mismo. Upang maunawaan kung ano ang nangyayari, isaalang-alang muna natin ang electromagnetic field. Bilang isang pisikal na larangan, ito mismo ay nagdadala ng enerhiya at momentum. Bukod dito, ang enerhiya ng field na nakaimbak sa bawat elementary volume ng espasyo ay proporsyonal sa parisukat ng lakas ng field. Sa pamamagitan ng pagpili ng isang reference system, maaari mong baguhin ang magnitude ng electric at magnetic field sa isang napiling punto sa espasyo. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagpili ng isang frame ng reference na gumagalaw kasama ng singil, maaaring bawasan ng isa ang magnetic field nito sa zero. Gayunpaman, walang pagpipilian ng frame of reference ang maaaring ganap na sirain ang electromagnetic field sa isang punto kung saan, mula sa punto ng view ng isa pang frame of reference, ito ay hindi katumbas ng zero. Bumalik tayo sa gravitational field. Ang mga pundasyon ng pangkalahatang relativity ay batay sa isang pag-iisip na eksperimento sa isang elevator na bumabagsak sa isang gravitational field. Ito ay pinagtatalunan na ang isang tagamasid sa isang elevator ay hindi magagawang makilala sa pagitan ng pagbagsak sa isang gravitational field at pagiging nasa labas ng anumang mga field. Ibig sabihin, sa frame of reference ng isang freely falling observer, ang gravitational field ay ganap na napawalang-bisa. Kaya naman sumusunod na ang gravitational field ng pangkalahatang relativity ay hindi isang ordinaryong pisikal na field na may tiyak na density ng enerhiya sa espasyo. Maaaring baguhin ng pagpili ng reference system ang spatial distribution ng enerhiya nito. Sa ganitong diwa, ang isa ay nagsasalita ng nonlocality ng enerhiya ng gravitational field sa pangkalahatang relativity. Maraming mga espesyalista sa larangan ng astrophysics ang itinuturing na ito ay isang makabuluhang pagkukulang ng pangkalahatang relativity. Kasabay nito, maraming mga espesyalista sa pangkalahatang relativity ang tumanggi sa paghahabol na ito nang buo.

Sa wakas, marahil ang pinakamalaking pag-aangkin sa pangkalahatang relativity ay pinapayagan nito ang paglitaw ng mga itim na butas, sa gitna kung saan mayroong pisikal na singularidad. Karamihan sa mga physicist ay kumbinsido na ang paglitaw ng mga infinity sa isang pisikal na teorya ay nangangahulugan ng paglampas sa mga limitasyon ng applicability nito.

Ang katotohanan na ang mga nakalistang problema ay kailangang matugunan ay halata sa lahat. Iba't ibang grupo sinisikap ng mga propesyonal na pumunta sa kasong ito iba't ibang paraan. Gayunpaman, lahat ng mga ito ay maaaring nahahati sa dalawang grupo - ang mga patuloy na naghahanap ayon sa geometric na diskarte na pinagbabatayan ng GR, at ang mga tumatangging iugnay ang gravitational field sa space-time geometry.

Dahil ang unang direksyon ay mas malawak na kinakatawan sa modernong siyentipikong komunidad, ang mga teoryang nilikha sa pangalawang paraan ay sama-samang tinatawag na alternatibong teorya ng grabidad. Kabilang sa mga pinakatanyag na alternatibong teorya ng grabidad ay ang relativistic theory of gravity (RTG) ni A. A. Logunov. Sa St. Petersburg University, binuo ni Yu. V. Baryshev ang field theory of gravity (FTG).

Sa kasamaang palad, ang isang medyo hindi malusog na sitwasyon ay umuunlad sa larangan ng teorya ng grabidad sa mga nakaraang taon. Ang mga mananaliksik na patuloy na nagtatrabaho ayon sa pangkalahatang relativity ay halos hindi pinapansin ang gawain sa larangan ng mga alternatibong teorya ng gravity, na binabanggit ang katotohanan na sa ngayon ang lahat ng naobserbahang mga katotohanan ay maaaring ipaliwanag sa batayan ng pangkalahatang relativity. Samantala, ang kanilang trabaho ay unti-unting lumilipat sa larangan ng purong matematika at nagiging hindi gaanong naa-access para sa pang-eksperimentong pag-verify.

Ito ay marahil dahil sa ang katunayan na, hanggang sa kamakailan lamang, ang mga obserbasyon ay hindi nagpapahintulot sa isa na pumili sa pagitan ng iba't ibang mga bersyon ng mga teorya ng gravity. Ang mga klasikal na relativistic na epekto, tulad ng curvature ng light rays sa gravitational field ng Araw o ang displacement ng perihelion ng Mercury, ang lahat ng mga teoryang ito ay naglalarawan sa parehong paraan at sa unang approximation sa parehong paraan tulad ng pangkalahatang relativity. Ang mga pagkakaiba ay dumarating sa mas malakas na larangan. At ang pagmamasid sa kanilang mga pagpapakita ay nagiging posible lamang sa ating mga araw.

Ang isa sa mga pinaka-promising na bagay para sa pagsubok ng isang bagong henerasyon ng mga teorya ng gravity ay ang sikat na pulsar PSR1913+30. Sa malapit na pares na ito, na binubuo ng dalawang neutron na bituin, dapat mayroong napakalaking pagkawala ng enerhiya para sa paglabas ng mga gravitational wave. Bukod dito, ang iba't ibang mga teorya ng gravity ay hinuhulaan ang iba't ibang mga rate ng pagkawala ng enerhiya. Sa susunod na ilang taon, ang ilang mga teorya ay kailangang magretiro mula sa pagsusulit sa pasilidad na ito.

Unti-unting nagkakaroon din ng mga problema ang GR sa cosmological front. Ang data sa edad ng globular star clusters ay halos hindi magkasya sa mga time frame na inilaan ng Big Bang theory batay sa pangkalahatang relativity. Ang teorya ng Big Bang ay hinuhulaan na ang malakihang pamamahagi ng bagay sa uniberso ay dapat na pare-pareho. Sa mga nagdaang taon, ang sukat kung saan dapat sundin ang homogeneity ay patuloy na tumataas sa ilalim ng presyon ng data ng pagmamasid.

Hindi rin maayos ang lahat para sa mga alternatibo. Ngunit ang kanilang mga problema ay nasa isang bahagyang naiibang eroplano. Ang katotohanan ay bilang karagdagan sa medyo seryosong mga mananaliksik na bumubuo ng mga alternatibong teorya ng gravity, marami pa higit pa mga baguhan na, na nabigo na maunawaan ang napaka-di-maliit na kasangkapang pangmatematika ng pangkalahatang relativity, ay nagsimulang lumikha ng kanilang sariling mga teorya, na tinatawag silang alternatibo. Kadalasan ang mga figure na ito ay may mga siyentipikong antas (nakuha pangunahin sa mga lugar na malayo sa teorya ng grabidad) at dahil dito sila ay kasama sa komunidad ng siyensya. Nagpapadala sila ng mga artikulo sa mga journal na pang-agham, nagsasalita sa mga kumperensya, nag-publish ng mga libro tungkol sa kanilang mga homegrown na teorya, ang mga pagkukulang na kung saan (kung masasabi ng isang tao ang mga pagkukulang dito) ay hindi matutumbasan sa mga pag-angkin sa itaas sa pangkalahatang relativity.

Sa kasamaang palad, para sa maraming mga tagasuporta ng pangkalahatang relativity, ang mga naturang teorya ay mukhang kapareho ng medyo seryosong pananaliksik sa larangan ng mga alternatibong teorya ng gravity. Sa katunayan, nabuo ang isang sitwasyon kung saan gumagana ang dogma ng infallibility ng pangkalahatang relativity (hindi bababa sa, ang geometric na diskarte na pinagbabatayan nito). Lumalabas na sa larangan ng teorya ng grabidad, ang agham ay nahahati sa dalawang angkan, na halos hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang sitwasyong ito, siyempre, ay mukhang malungkot. Ang isa ay maaari lamang umasa na ang paputok na akumulasyon ng bagong astronomikal na data sa malapit na hinaharap ay pipilitin ang dalawang angkan na ito na makipag-ugnayan.

Mga materyales para sa programa:

Mula sa mga artikulo ng A. A. Logunov sa relativistic theory of gravity.

Ginagawang posible ng relativistic theory of gravity na malampasan ang mga paghihirap na kinakaharap ng pangkalahatang teorya ng relativity. Ang bagong teorya ay batay sa mga pangunahing batas ng konserbasyon ng bagay at ang konsepto ng gravitational field bilang isang pisikal na larangan ng uri ng Faraday-Maxwell. Ipinapaliwanag nito ang lahat ng kilalang obserbasyonal at pang-eksperimentong data sa gravity at nagbibigay ng mga bagong ideya tungkol sa pag-unlad ng Uniberso, gravitational collapse, espasyo at oras.

Alam na alam ng lahat na ang geometry ng espasyo sa paligid natin ay Euclidean. Natuklasan ito sa pamamagitan ng mga obserbasyon, at pagkatapos ay higit sa 2 libong taon na ang nakalilipas ito ay binuo ni Euclid sa anyo ng mga postulates at axioms. Ang mga postulate at axiom na pinagbabatayan ng Euclidean geometry ay malinaw na mga pahayag na tinatanggap nang walang patunay. Ang mga ito ay napaka natural na ang isang halos ganap na paniniwala ay nilikha sa pagiging natatangi ng geometry na ito. Ang mga geometer ay gumugol ng maraming pagsisikap upang bawasan ang bilang ng mga postulate at axiom, upang mabawasan ang mga ito sa pinakamababa. Nagtagumpay ito nang ang ilan sa kanila ay hinango mula sa iba. Ang mga mathematician ay gumugol ng maraming pagsisikap upang maalis ang ikalimang postulate (sa pamamagitan ng isang punto sa labas ng isang linya, isang linya lamang na kahanay nito ang maaaring iguhit), ngunit hindi ito posible, kahit na ang mga geometer ay nakikitungo sa problemang ito nang higit sa 2 libong taon.

Ang simula ng mabilis na pag-unlad ng mekanika bilang isang agham ng paggalaw ng mga katawan ay nagsimula noong kalagitnaan ng ika-17 siglo. Ang mekanika ng panahong iyon ay isang pang-eksperimentong agham. Bilang resulta ng paglalahat ng isang malaking halaga ng pang-eksperimentong data, binuo ni I. Newton ang kanyang tatlong sikat na batas ng dinamika at ang batas ng grabitasyon. Ginawa nitong posible na malutas ang isang malawak na hanay ng mga problema para sa oras na iyon tungkol sa paggalaw ng mga katawan. Ang geometry ni Euclid ay nakapaloob sa mga batas ni Newton. Sa esensya, mula sa sandaling iyon, ang pag-aaral ng mechanical phenomena ay naging hindi lamang isang pagsubok ng mga batas ni Newton, kundi pati na rin ng Euclidean geometry. Gayunpaman, sa oras na iyon ay hindi pa ito napagtanto, dahil walang duda sa geometry ni Euclid, sa pagiging natatangi nito bilang isang lohikal na pamamaraan. At lamang sa XIX na siglo. N. I. Lobachevsky, na pinag-aaralan ang problema ng ikalimang postulate sa geometry ni Euclid, ay dumating sa konklusyon na kailangan itong palitan ng isang bagong postulate: hindi bababa sa dalawang tuwid na linya ang dumaan sa isang punto sa labas ng isang tuwid na linya sa isang eroplano na hindi nagsalubong. itong isa.

Ang layunin nito ay upang bumuo ng geometry sa batayan ng isang bagong sistema ng postulates at axioms. Ang pagpapatupad ng programang ito ay humantong sa Lobachevsky sa pagtuklas ng hindi Euclidean geometry. Ginawa ni Lobachevsky ang pinakadakilang pagtuklas, ngunit ang kanyang mga kontemporaryo, kahit na mga kilalang siyentipiko, ay hindi lamang hindi naiintindihan siya, ngunit kinuha ang isang pagalit na posisyon. Ang pag-aaral sa ibang pagkakataon ng Lobachevsky ay ang impetus para sa pagtatayo ng iba pang mga geometry. Naging malinaw na ang isang walang katapusang hanay ng mga geometry bilang mga lohikal na sistema ay maaaring itayo, at ang karanasan lamang ang makapagpapasya kung alin sa mga ito ang natanto sa mundo sa paligid natin. Sa modernong wikang matematika, ang istraktura ng geometry ay ganap na ibinibigay ng parisukat ng distansya sa pagitan ng magkalapit na mga walang katapusang malapit na punto. Sa Cartesian coordinate ng Euclidean space, ang parisukat ng naturang distansya ay: dll = dxx + dyy + dzz.

Dito ang dx, dy, dz ay mga coordinate differential. Sa esensya, ito ay walang iba kundi ang Pythagorean theorem para sa kaso ng tatlong-dimensional na espasyo, kung tayo ay magpapatuloy mula sa postulates at axioms ng Euclid. Ang pagkakapantay-pantay na ito ay maaaring kunin bilang batayan para sa kahulugan ng Euclidean geometry. Kung hindi namin ginamit dito ang mga coordinate ng Cartesian, ngunit ang ilang iba pang mga curvilinear (halimbawa, spherical, cylindrical, atbp.), Kung gayon ang parisukat ng distansya sa pagitan ng mga katabing punto sa mga coordinate na ito (tinukoy namin ang mga ito sa pamamagitan ng xi) ay kukuha ng form: dll = ?ik(x)dxidxi. Ang anyo ng pagsulat na ito sa wikang matematika ay nangangahulugan ng pagsusuma sa parehong mga indeks na i at k (i, k = 1, 2. 3). Tinutukoy ng quantity ik ang istruktura ng geometry at tinatawag na metric tensor ng Euclidean space. Ang Euclidean geometry ay may pinakamahalagang pag-aari: palaging posible na ipakilala ang mga global na coordinate ng Cartesian dito sa buong espasyo, kung saan ang mga diagonal na bahagi lamang ng metric tensor, na lahat ay katumbas ng isa, ay nonzero. Nangangahulugan ito na ang Euclidean space ay "flat", o, sa madaling salita, ang curvature sa bawat punto nito ay katumbas ng zero.

Si B. Riemann, na bumubuo ng ideya ng N. I. Lobachevsky at K. F. Gauss, ay nagpakilala ng isang espesyal na klase ng mga geometry, na tinatawag na Riemannian, na kasabay ng Euclidean lamang sa isang walang katapusang rehiyon. Siya rin ang nag-generalize ng pangunahing konsepto ng space curvature. Sa Riemannian geometry, ang parisukat ng distansya sa pagitan ng dalawang magkalapit na mga punto ay nakasulat din sa anyo ay isang diagonal na hugis. Nangangahulugan ito na ang curvature sa isang Riemannian space ay palaging hindi zero, at ang halaga nito ay nakasalalay sa isang punto sa espasyo.

Anong uri ng geometry ang nagaganap sa kalikasan? Ang sagot sa tanong na ito ay makukuha lamang batay sa karanasan, iyon ay, sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga phenomena ng kalikasan. Habang sa pisika tayo ay nakikitungo sa medyo mababang bilis, kinumpirma ng karanasan na ang geometry ng ating espasyo ay Euclidean, at ang mga konseptong gaya ng "haba" at "oras" ay ganap at hindi nakadepende sa frame ng sanggunian. Ang pag-aaral ng electromagnetic phenomena, pati na rin ang paggalaw ng mga particle sa bilis na malapit sa bilis ng liwanag, ay humantong sa isang kamangha-manghang pagtuklas: ang espasyo at oras ay bumubuo ng isang solong continuum; ang papel ng distansya sa pagitan ng dalawang malapit na punto (mga kaganapan) ay ginagampanan ng isang dami na tinatawag na agwat. Ang parisukat ng pagitan sa mga coordinate ng Cartesian ay tinutukoy ng equation: dss = ccdTT - dxx - dyy - dzz. Narito ang c ay ang bilis ng liwanag; T - oras. Ang geometry na tinukoy ng naturang pagitan ay tinatawag na pseudo-Euclidean, at apat na dimensyon na espasyo na may ganitong geometry - Minkowski space. Ang parisukat ng dss interval ay maaaring positibo, negatibo, o zero na halaga. Ang dibisyon na ito ay ganap. Ang oras at mga coordinate ay pumapasok sa pagitan ng halos pantay (kuwadrado) na may tanging pangunahing pagkakaiba na mayroon sila iba't ibang palatandaan. Sinasalamin nito ang malalim na pagkakaiba sa pagitan ng mga pisikal na konsepto gaya ng "haba" at "oras". Ang laki ng agwat ay hindi nakadepende sa frame of reference, habang ang oras at haba ay hindi na ganap na mga konsepto, ang mga ito ay kamag-anak at nakadepende sa pagpili ng frame of reference.

Ang interval dss ay may parehong anyo sa isang walang katapusang klase ng mga sistema ng sanggunian na gumagalaw sa isang kamag-anak sa isa sa isang pare-parehong bilis na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag. Ang ganitong mga frame ng sanggunian ay inertial, dahil ang batas ng inertia ay natutupad sa kanila. Ang mga pagbabagong-anyo mula sa isang inertial frame patungo sa isa pa, na pinapanatili ang anyo ng isang pagitan, ay tinatawag na Lorentz transformations. Ang teorya na binuo sa klase ng inertial reference system batay sa interval dss, A. Einstein na tinatawag na espesyal na teorya ng relativity. Ang limitadong pag-unawa sa espesyal na relativity ay naging laganap at nakahanap ng paraan sa halos lahat ng mga aklat-aralin. Gayunpaman, ang mga konseptong pinagbabatayan ng espesyal na teorya ng relativity ay eksaktong wasto para din sa pinabilis na mga frame ng sanggunian.

Dahil ang espasyo ng Minkowski ay homogenous at isotropic, pagkatapos ay sa wika ng matematika mayroon itong maximum na sampung-parameter na grupo ng paggalaw (apat na parameter na pangkat ng pagsasalin at anim na parameter na pangkat ng pag-ikot), at samakatuwid, ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya - momentum at angular momentum, ayon sa pagkakabanggit, ay nagaganap sa loob nito. Nangangahulugan ito na laging posible na makahanap ng mga bagong variable na x* na tulad ng mga pag-andar ng lumang mga variable na x na kapag ipinapasa sa kanila, ganap na napanatili ng agwat ang anyo nito: dss = ?ik(x*)dx*idx*k. Dito, sa mga bagong variable na x*, ang lahat ng bahagi ng metric tensor?ik(x*) ay kapareho ng dati. Kaya, ang invariance ng anyo ng isang agwat sa Minkowski space ay nagaganap hindi lamang para sa klase ng mga inertial na frame ng sanggunian, kundi para din sa isang arbitraryong napiling klase ng pinabilis na mga frame ng sanggunian. Ang pag-aari na ito ng espasyo ng Minkowski ay binuo bilang isang pangkalahatang prinsipyo ng relativity: "Anumang pisikal na frame ng sanggunian ang pipiliin namin (inertial o non-inertial), maaari mong palaging tukuyin ang isang walang katapusang hanay ng iba pang mga system - ang kung saan ang lahat ng pisikal na phenomena (kabilang ang gravitational ones) magpatuloy sa parehong paraan sa orihinal na frame ng sanggunian, nang sa gayon ay wala tayo at hindi magkaroon ng anumang mga posibilidad na pang-eksperimentong makilala kung aling frame ng sanggunian mula sa walang katapusang set na ito tayo ay nasa ”Ito ay nangangahulugan na kapag nakikitungo sa pinabilis na mga frame ng sanggunian , hindi tayo lumalampas sa espesyal na teorya ng relativity . Ang prinsipyong ito ay higit pang kukunin bilang batayan ng relativistikong teorya ng grabidad, na tatalakayin sa ibang pagkakataon. Samantala, bumaling tayo sa teorya ng gravity na nilikha ni Einstein. Talakayin natin ang mga pangunahing prinsipyo at kahirapan nito.

Ang pagbilis na naranasan ng isang libreng materyal na punto sa isang non-inertial frame of reference ay ipinahayag sa mga tuntunin ng mga unang derivatives ng metric tensor?ik na may paggalang sa mga coordinate at oras. Sinasalamin nito ang pagiging pandaigdigan ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw, na nagiging sanhi ng isang acceleration na hindi nakasalalay sa masa ng katawan. Ang mga puwersa ng gravitational ay may eksaktong parehong pag-aari, dahil, tulad ng ipinapakita ng karanasan, ang gravitational mass ng isang katawan ay katumbas ng inertial mass nito. Isinasaalang-alang ang pagkakapantay-pantay ng inertial at gravitational mass bilang isang pangunahing katotohanan, si Einstein ay dumating sa konklusyon na ang gravitational field, tulad ng mga puwersa ng inertia, ay dapat na inilarawan ng isang metric tensor. Nangangahulugan ito na ang gravitational field ay nailalarawan hindi sa pamamagitan ng anumang potensyal na scalar, ngunit sa pamamagitan ng sampung function na mga bahagi ng metric tensor. Ito ay pangunahing hakbang sa pag-unawa sa mga puwersa ng grabidad, na nagbigay-daan kay Einstein, pagkatapos ng maraming taon ng mga pagtatangka na bumuo ng isang teorya ng grabidad, na isulong ang ideya na ang space-time ay hindi pseudo-Euclidean, ngunit pseudo-Riemannian (sa susunod na sasabihin natin Riemannian).

Tinukoy ni Einstein ang gravitational field gamit ang metric tensor ng Riemannian space. Pinahintulutan ng ideyang ito sina D. Hilbert at A. Einstein na makakuha ng mga equation para sa gravitational field, iyon ay, para sa metric tensor ng Riemannian space. Sa ganitong paraan nabuo ang pangkalahatang teorya ng relativity (GR).

Ang hula ni Einstein tungkol sa pagpapalihis ng isang sinag ng liwanag sa larangan ng Araw, at pagkatapos ay ang pang-eksperimentong pagkumpirma ng epektong ito, pati na rin ang pagpapaliwanag ng pagbabago sa perihelion ng Mercury, ay naging isang tunay na tagumpay ng pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein. . Gayunpaman, sa kabila ng mga tagumpay nito, ang OTO ay nahaharap sa mga paghihirap halos mula sa kanyang pagsilang.

Ipinakita ni E. Schrödinger noong 1918 na sa pamamagitan ng angkop na pagpili ng sistema ng coordinate, ang lahat ng mga sangkap na nagpapakilala sa enerhiya-momentum ng gravitational field ay maaaring bawasan sa zero sa labas ng isang spherically symmetric body. Sa una, ang resulta na ito ay tila nakakagulat kay Einstein, ngunit pagkatapos , pagkatapos ng pagsusuri, sumagot siya ng ganito: “Kung tungkol sa mga pagsasaalang-alang ni Schrödinger, ang kanilang pagiging mapanghikayat ay nakasalalay sa pagkakatulad sa electrodynamics, kung saan ang mga boltahe at density ng enerhiya ng anumang larangan ay nonzero. Gayunpaman, wala akong mahanap na dahilan kung bakit ganoon din dapat ang kaso para sa mga gravitational field. Maaaring itakda ang mga patlang ng gravitational nang hindi nagpapakilala ng mga stress at density ng enerhiya." O kung hindi: "... para sa isang walang katapusang maliit na rehiyon, ang mga coordinate ay maaaring palaging piliin sa paraang ang gravitational field ay wala dito."

Nakikita natin na sinasadyang umalis si Einstein mula sa klasikal na konsepto ng isang larangan bilang isang materyal na sangkap, na kahit na lokal ay hindi kailanman masisira sa pamamagitan ng pagpili ng isang frame ng sanggunian, at ginawa niya ito sa pangalan ng lokal na prinsipyo ng pagkakapareho ng pwersa ng pagkawalang-galaw at gravity, na itinaas niya sa ranggo ng isang pangunahing prinsipyo, kahit na pisikal Walang mga dahilan para dito at wala. Ang lahat ng ito ay humantong sa ideya ng imposibilidad ng pag-localize ng gravitational energy sa espasyo.

Ang isa pang kahirapan na nauugnay sa nauna ay may kaugnayan sa pagbabalangkas ng mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum. Ito ay unang itinuro ni D. Hilbert. Noong 1917, isinulat niya: "Iginiit ko ... na para sa pangkalahatang teorya ng relativity, i.e., sa kaso ng pangkalahatang invariance ng Hamiltonian function, ang mga equation ng enerhiya, na ... tumutugma sa mga equation ng enerhiya sa orthogonally invariant. theories (ibig sabihin ang field theory sa Minkowski space ) ay wala sa lahat. Maaari ko ring markahan ang pangyayaring ito bilang tampok pangkalahatang teorya ng relativity". Sa kasamaang palad, ang pahayag na ito ni Hilbert ay hindi naiintindihan ng kanyang mga kontemporaryo, dahil hindi napagtanto ni Einstein mismo o ng iba pang mga physicist na sa pangkalahatang relativity ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya-momentum at angular na momentum ay imposible sa prinsipyo.

Ngunit malinaw na naunawaan ni Einstein ang pangunahing kahalagahan ng mga batas ng konserbasyon ng enerhiya-momentum ng bagay at ang gravitational field na pinagsama-sama, at samakatuwid ay hindi niya ito pababayaan. Noong 1918, nagsagawa siya ng isang pag-aaral sa loob ng balangkas ng pangkalahatang relativity kung saan, tulad ng isinulat niya, "ang mga konsepto ng enerhiya at momentum ay itinatag nang malinaw tulad ng sa klasikal na mekanika." Sa parehong taon, kinumpirma ni F. Klein ang mga resulta ni Einstein. Simula noon, literal na sinundan si Einstein sa paglalahad ng isyung ito. Tila ang problema ay ganap na nalutas, at si Einstein ay hindi na bumalik dito. Gayunpaman, ang isang maingat na pagsusuri ay nagpapakita na ang pangangatwiran nina Einstein at Klein ay naglalaman ng isang simple ngunit pangunahing error. katumbas ng zero. Si Einstein ay hindi nakalaan na makita na ang pagtanggap ng pangkalahatang relativity ay kinakailangang humantong sa pagtanggi sa mga pangunahing batas sa konserbasyon, at ang huli, tulad ng ipinakita namin, ay direktang humahantong sa konklusyon na ang inertial mass ng isang katawan (tulad ng tinukoy sa pangkalahatang relativity) ay hindi katumbas ng aktibong gravitational mass nito. Ngunit nangangahulugan ito na ang pangkalahatang relativity ay hindi maipaliwanag ang eksperimentong katotohanan ng pagkakapantay-pantay ng mga masa na ito, at sa katunayan ay naniniwala si Einstein na siya ang bunga ng kanyang teorya. Gayunpaman, lumabas na hindi ito ang kaso. Ang pangunahing dahilan para sa kawalan ng mga batas sa konserbasyon sa pangkalahatang relativity ay nakasalalay sa katotohanan na sa Riemannian geometry, sa pangkalahatang kaso, walang grupo ng paggalaw ng espasyo, at, dahil dito, walang space-time symmetry na humahantong sa mga batas sa konserbasyon . At kahit na ang huli ay lubos na halata sa mga mathematician, at ang mga physicist, tila, alam ang tungkol dito, gayunpaman, ang kakulangan ng malalim na pag-unawa sa matematikal na pinagmulan ng mga batas sa konserbasyon ay hindi nagpapahintulot sa amin na gumuhit ng tanging tamang konklusyon na maaaring walang konserbasyon. mga batas sa pangkalahatang relativity. Ang mga gawa nina Einstein at Klein, tungkol sa kung saan isinulat namin sa itaas, ay lumikha ng isang ilusyon na kumpiyansa sa pagkakaroon ng mga batas sa konserbasyon sa pangkalahatang relativity. Ang paniniwalang ito ay nagpapatuloy hanggang ngayon. Ang apparatus ng Riemannian geometry, dahil sa kagandahan at kagandahan nito, ay nakabihag sa mga physicist na kasangkot sa gravity sa isang lawak na halos ganap na napunit sila mula sa pisikal na katotohanan.

Ang pagbibigay ng pisikal na kahulugan sa mga konstruksyon ng matematika na walang mga pisikal na ideya ay isang napaka-kaduda-dudang trabaho, ngunit ito ay laganap din sa ating panahon. Kaya, ang pagtanggap ng konsepto ng pangkalahatang relativity ay humahantong sa pagtanggi sa isang bilang ng mga pangunahing prinsipyo na pinagbabatayan ng pisika. Una, ito ay isang pagtanggi sa mga batas ng konserbasyon ng energy-momentum at angular momentum ng matter at ang gravitational field na pinagsama-sama. Pangalawa, ang pagtanggi sa representasyon ng gravitational field bilang isang klasikal na larangan ng uri ng Faraday-Maxwell, na may density ng enerhiya-momentum. Para sa maraming physicist na kasangkot sa pangkalahatang relativity, ito ay hindi pa rin malinaw, habang ang iba ay may posibilidad na isaalang-alang ang pagtanggi sa mga batas sa konserbasyon bilang ang pinakamalaking tagumpay ng teorya na nagpabagsak sa naturang konsepto bilang "enerhiya". Gayunpaman, wala sa macro o sa micro world ay mayroong isang pang-eksperimentong katotohanan na direkta o hindi direktang nagdududa sa bisa ng mga batas ng konserbasyon ng bagay. Samakatuwid, tayo ay magiging napakawalang halaga kung sinasadya nating abandunahin ang mga batas na ito nang walang wastong pang-eksperimentong batayan. Kung walang mga batas sa konserbasyon, hindi magiging kasiya-siya ang teorya. Ang pagtanggi sa pangkalahatang relativity ay idinidikta ng parehong lohika ng mga pisikal na konsepto at mga eksperimentong katotohanan.

Ang pagbibigay pugay sa pangkalahatang relativity bilang isang tiyak na mahalagang yugto sa pag-aaral ng gravity, masasabi ng isa ang kakanyahan ng mga prinsipyo ng relativistic theory of gravity, na binuo batay sa mga pangunahing batas sa konserbasyon.

Ang relativistic theory of gravity (RTG) ay batay sa mga sumusunod na pisikal na pangangailangan. Sa teorya, ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya-momentum at angular na momentum para sa bagay at ang gravitational field, na pinagsama-sama, ay dapat na mahigpit na sundin. Ang sangkap ay tumutukoy sa lahat ng anyo ng bagay (kabilang ang electromagnetic field) maliban sa gravitational. Ang mga batas sa konserbasyon ay sumasalamin sa mga pangkalahatang dynamic na katangian ng bagay at ginagawang posible na ipakilala ang mga karaniwang katangian para sa iba't ibang anyo nito. Ang pangkalahatang mga dynamic na katangian ng bagay ay nakapaloob sa istruktura ng space-time geometry. Ito ay kinakailangang lumabas na pseudo-Euclidean (sa madaling salita, ang teorya ay itinayo sa espasyo ng Minkowski). Kaya, ang geometry ay hindi ibinigay sa pamamagitan ng kasunduan, gaya ng pinaniniwalaan ng Poincare, ngunit natatanging tinutukoy ng mga batas sa konserbasyon. Ang Minkowski space, tulad ng nabanggit na, ay may apat na parameter na pangkat ng pagsasalin at isang anim na parameter na pangkat ng pag-ikot. Ang probisyong ito ay pangunahing nagpapakilala sa RTG mula sa pangkalahatang teorya ng relativity at ganap na inaalis tayo sa Riemannian geometry. Ang gravitational field ay inilalarawan ng isang simetriko tensor at isang tunay na pisikal na field na may enerhiya at momentum density. Kung ang patlang na ito ay inihambing sa mga particle (field quanta), dapat silang magkaroon ng zero rest mass, dahil ang gravitational interaction ay long-range. Sa kasong ito, ang tunay at virtual na quanta ng gravitational field ay maaaring magkaroon ng mga estado na may mga spin 2 at 0.

Ang ganitong kahulugan ng gravitational field ay nagbabalik dito bilang isang pisikal na realidad, dahil hindi na ito masisira kahit na lokal sa pamamagitan ng pagpili ng isang frame of reference, at samakatuwid ay walang (kahit na lokal) na katumbas sa pagitan ng gravitational field at mga puwersa ng pagkawalang-kilos. Ang pisikal na pangangailangang ito ay pangunahing nagtatangi ng RTG sa GR. Natukoy ni Einstein sa pangkalahatang relativity ang gravity sa metric tensor ng Riemannian space, ngunit ang landas na ito ay humantong sa pagkawala ng konsepto ng gravitational field bilang isang pisikal na field, gayundin sa pagkawala ng mga batas sa konserbasyon. Ang pagtanggi sa probisyong ito ng pangkalahatang relativity ay pangunahing idinidikta ng pagnanais na mapanatili ang mga pangunahing pisikal na konseptong ito sa teorya ng grabitasyon.

Sistema ng mga equation ni Maxwell para sa electromagnetic field at mga equation ng RTG. Ang kanilang pagkakapareho ay isang salamin ng isa sa mga pangunahing probisyon ng RTG, ayon sa kung saan ang gravitational field ay itinuturing bilang isang pisikal na field na may enerhiya at momentum density Sa halip, ang prinsipyo ng geometrization ay ipinakilala sa teorya, ang kakanyahan nito ay bilang sumusunod: ang pakikipag-ugnayan ng gravitational field sa matter, dahil sa pagiging pandaigdigan nito, ay inilalarawan sa pamamagitan ng pagkonekta sa tensor gravitational field na Фik sa metric tensor?ik ng Minkowski space. Magagawa ito palagi, dahil kahit anong anyo ng bagay ang pipiliin natin, ang mga paunang pisikal na equation nito ay isasama ang metric tensor ng Minkowski space. Hindi ito maaaring maging iba, dahil ang mga pisikal na proseso ay nagpapatuloy sa oras at espasyo.

Ayon kay Einstein, ang paggalaw ng bagay ay nangyayari sa Riemannian space-time, habang walang Minkowski space sa pangkalahatang relativity. Ayon sa prinsipyo ng geometrization, gumagalaw ang bagay sa espasyo ng Minkowski sa ilalim ng pagkilos ng isang gravitational field. Ang ganitong paggalaw ay talagang katumbas ng paggalaw sa ilang "epektibong" Riemannian space. Ang gravitational field, kumbaga, ay nagbabago sa geometry ng iba pang mga field. Ang presensya ng Minkowski space sa RTG ay nagbibigay-daan sa amin na isaalang-alang ang gravitational field bilang isang ordinaryong pisikal na field sa diwa ng Faraday-Maxwell kasama ang mga karaniwang katangian nito ng isang energy-momentum carrier.

Kaya, hindi partikular na pisikal na pagpapakita ng paggalaw ng bagay, ngunit ang pinaka-pangkalahatang mga dynamic na katangian nito ay tumutukoy sa istruktura ng geometry, na dapat na sumasailalim sa pisikal na teorya. Sa relativistic theory of gravity (RTG), ang geometry ay tinutukoy hindi sa batayan ng pag-aaral ng galaw ng liwanag at mga katawan ng pagsubok, ngunit sa batayan ng mga pangkalahatang dinamikong katangian ng bagay - ang mga batas ng konserbasyon nito, na hindi lamang mahalaga , ngunit na-verify din sa eksperimento. Sa kasong ito, ang paggalaw ng liwanag at mga katawan ng pagsubok ay dahil sa simpleng pagkilos ng gravitational field sa bagay sa espasyo ng Minkowski. Kaya, ang Minkowski space at ang gravitational field ay ang inisyal, pangunahing mga konsepto, at ang "effective" na Riemannian space ay isang pangalawang konsepto, na may utang sa pinagmulan nito sa gravitational field at ang unibersal na pagkilos nito sa bagay. Ang pinaka kakanyahan ng prinsipyo ng geometrization ay nakasalalay sa paghihiwalay ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw at ang gravitational field. Ngunit ang paghihiwalay na ito ay maaari lamang pisikal na maisasakatuparan kapag ang mga equation para sa gravitational field ay kasama ang metric tensor ng Minkowski space. Sa pangkalahatang relativity, dahil madaling makita nang direkta mula sa mga equation ng Hilbert-Einstein, imposible ang naturang dibisyon, dahil sa geometry ng Riemannian, kung saan nakabatay ang pangkalahatang relativity, walang konsepto ng Minkowski space. Samakatuwid, halimbawa, ang mga pahayag na maaaring makuha ang GR batay sa mga konsepto ng espasyo ng Minkowski ay mali. Sa prinsipyo ng geometrization, sa isang banda, ang ideya ni Einstein na kilalanin ang gravity sa metric tensor ng Riemannian space ay ganap na hindi kasama, at sa kabilang banda, ang ideya ni Einstein ng Riemannian geometry ay binuo. Kung ang space-time ay ganap na tinutukoy ng metric tensor, kung gayon ang matter ay nailalarawan sa pamamagitan ng energy-momentum tensor nito. Para sa bawat anyo ng bagay, mayroon itong sariling tiyak na anyo. Ang kabuuang energy-momentum tensor ng matter at gravitational field sa Minkowski space ay isang conserved tensor. Sa view ng unibersal na katangian ng grabitasyon, dapat itong magsilbi bilang isang mapagkukunan ng gravitational field sa mga equation ng RTG. Ang kumpletong sistema ng mga equation ng relativistic theory of gravitation ay maaaring pormal na makuha mula sa mga equation ni Maxwell para sa electrodynamics, kung sa halip na ang vector electromagnetic field sa kaliwang bahagi ng mga equation ay inilalagay natin ang tensor gravitational field, at palitan ang conserved electromagnetic current ng enerhiya-momentum tensor ng lahat ng bagay.

Siyempre, ang gayong konklusyon ay isang heuristic na aparato lamang, at sa anumang paraan ay hindi ito masasabing mahigpit. Ngunit ang isang eksaktong pagsasaalang-alang sa batayan ng mga prinsipyo ng RTG na nakabalangkas kanina, kasabay ng lokal na invariance ng gauge, ay malinaw na humahantong sa ganoong sistema ng 14 na gravitational equation. Apat na karagdagang RTG field equation ang tumutukoy sa pisikal na istraktura ng gravitational field at sa panimula ay pinaghihiwalay ang lahat ng bagay na may kaugnayan sa inertial forces mula sa lahat na nauugnay sa gravitational field.

Ang natitirang sampung equation ay tumutugma sa Hilbert-Einstein equation, na ang tanging pangunahing pagkakaiba ay ang mga field variable sa mga ito ay mga function ng Minkowski coordinate. Ito ay ganap na nagbabago sa kanilang pisikal na nilalaman at nakikilala ang mga ito mula sa mga equation ng GR. Ang lahat ng mga equation ay karaniwang covariant, ibig sabihin, mayroon silang parehong anyo sa lahat ng mga frame ng sanggunian ng Minkowski space, at tahasang isinasama ng mga ito ang metric tensor ng space na ito. Nangangahulugan ito na ang espasyo ng Minkowski ay makikita hindi lamang sa mga batas sa konserbasyon, kundi pati na rin sa paglalarawan ng mga pisikal na phenomena. Ang lahat ng bahagi ng field (electromagnetic, gravitational, atbp.) sa aming teorya ay mga function ng Minkowski space coordinates. Ito ay may pangunahing kahalagahan. Ang paglutas ng sistema ng mga field equation, itinatatag namin ang dependence ng metric tensor ng "effective" na Riemannian space sa mga coordinate ng Minkowski space at sa gravitational constant na G. Ang tamang oras (sinusukat ng mga orasan na gumagalaw kasama ng matter) ay umiikot out na umaasa sa mga coordinate ng Minkowski space at ang gravitational constant. Kaya, ang takbo ng tamang oras ay tinutukoy ng likas na katangian ng gravitational field.

Ang pagkakaroon ng metric tensor ng Minkowski space sa mga field equation ay ginagawang posible na paghiwalayin ang inertial forces mula sa gravitational at sa lahat ng kaso upang mahanap ang kanilang impluwensya sa ilang mga pisikal na proseso. Samakatuwid, ang espasyo ng Minkowski ay pisikal at, dahil dito, nakikita.

Ang mga katangian nito, kung kinakailangan, ay palaging mabe-verify sa pamamagitan ng naaangkop na pagproseso ng pang-eksperimentong data sa paggalaw ng mga light signal at mga katawan ng pagsubok sa "epektibong" Riemannian space. "Kung tungkol sa pagsasaalang-alang na ang isang tuwid na linya, tulad ng isang sinag ng liwanag, ay mas direktang napapansin," isinulat ni V.A. ang pagsusulatan ay itinatag sa pamamagitan ng hindi direktang mga hinuha." Kaya, ang pagmamasid ay dapat na maunawaan hindi sa primitive, ngunit sa isang mas pangkalahatan at mas malalim na kahulugan, bilang isang kasapatan sa kalikasan.

Siyempre, hindi ibinubukod ng RTG ang posibilidad na ilarawan ang bagay sa isang "epektibong" Riemannian space. Ang mga equation ng RTG ay naglalaman ng Minkowski space metric tensor, at samakatuwid ang lahat ng mga function na naglalarawan sa mga pisikal na field ay ipinahayag sa mga karaniwang coordinate para sa buong Minkowski space-time, halimbawa, sa Galilean (Cartesian) coordinate. Ang mga equation ng Hilbert-Einstein, kasabay ng mga equation na tumutukoy sa istruktura ng gravitational field, ay nakakakuha ng bagong pisikal na kahulugan, habang nagbabago ang mga ito at pinasimple. Ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya-momentum ng bagay at ang gravitational field, na pinagsama-sama, ay mga kahihinatnan ng mga equation ng RTG at sumasalamin sa pseudo-Euclidean na istraktura ng space-time. Sa prinsipyo, ang pangkalahatang relativity ay pinagkaitan ng lahat ng nasa itaas, dahil sa Riemannian geometry, inuulit namin, walang konsepto ng Minkowski space.

Ngayon - tungkol sa ilang pisikal na kahihinatnan ng RTG. Noong unang bahagi ng 1920s, si A. A. Fridman, sa paglutas ng mga equation ng Hilbert-Einstein sa ilalim ng pagpapalagay na ang density ng bagay sa bawat punto sa espasyo ay pareho at nakasalalay lamang sa oras (ang Friedmann homogeneous at isotropic Universe), natuklasan na ang tatlong modelo ng non-stationary Universe ay posible ( Friedmann's models of the universe). Ang bawat uri ng uniberso ay tinutukoy ng ratio sa pagitan ng density ng bagay sa isang naibigay na sandali at ang tinatawag na critical density, na tinutukoy batay sa pagsukat ng Hubble constant. Kung ang density ng bagay ay mas malaki kaysa sa kritikal, kung gayon ang Uniberso ay sarado at may hangganan na dami, ngunit walang mga hangganan. Kung ang density ng bagay ay mas mababa sa o katumbas ng kritikal, kung gayon ang Uniberso ay walang hanggan.

Sa tanong kung alin sa mga modelong ito ang natanto sa kalikasan, ang pangkalahatang relativity, sa prinsipyo, ay hindi makapagbibigay ng isang tiyak na sagot. Ayon sa RTG, ang homogenous at isotropic na Universe ni Friedmann ay walang katapusan, at maaari lamang itong maging flat - ang three-dimensional na geometry nito ay Euclidean. Sa kasong ito, ang density ng bagay sa uniberso ay eksaktong katumbas ng kritikal na density. Kaya, hinuhulaan ng RTG na dapat mayroong isang "nakatagong masa" sa Uniberso, ang density nito ay halos 40 beses na mas mataas kaysa sa density ng bagay na sinusunod ngayon.

Ang isa pang mahalagang kahihinatnan ng RTG ay ang pagsasabing ang kabuuang density ng enerhiya ng bagay at ang gravitational field sa Uniberso ay dapat na katumbas ng zero.

Ang hula ng RTG para sa pagbuo ng Friedmann homogenous at isotropic na Uniberso ay malaki ang pagkakaiba sa mga konklusyon ng pangkalahatang relativity. Dagdag pa, ito ay sumusunod mula sa pangkalahatang relativity na ang mga bagay na may mass na lampas sa tatlong solar mass, sa isang may hangganang pagitan ng tamang oras, ay dapat na i-compress nang walang katiyakan sa pamamagitan ng gravitational forces (pagbagsak), habang umaabot sa isang walang katapusang density. Ang mga bagay ng ganitong uri ay tinatawag na black hole. Wala silang materyal na ibabaw, at samakatuwid ang isang katawan na bumabagsak sa isang itim na butas, kapag tumatawid sa hangganan nito, ay hindi makakatagpo ng anuman kundi walang laman na espasyo. Kahit na ang liwanag ay hindi makatakas mula sa panloob na rehiyon ng isang black hole sa pamamagitan ng hangganan nito. Sa madaling salita, lahat ng nangyayari sa loob ng black hole ay, sa prinsipyo, ay hindi nakikilala ng isang panlabas na tagamasid.

Itinuturing ni J. Wheeler ang gravitational collapse at ang nagresultang singularity (infinite density) bilang isa sa mga pinakamalaking krisis sa lahat ng panahon para sa pangunahing pisika. Ang relativistic theory of gravity ay pangunahing nagbabago sa konsepto ng kalikasan ng gravitational collapse. Ito ay humahantong sa hindi pangkaraniwang bagay ng gravitational time dilation, dahil sa kung saan ang compression ng isang napakalaking katawan sa comoving reference frame ay nangyayari sa isang may hangganan na tamang oras. Kasabay nito, kung ano ang pinakamahalaga, ang density ng bagay ay nananatiling may hangganan at hindi lalampas sa 1016 g/cm cubed, ang ningning ng katawan ay bumababa nang malaki, ang bagay ay "nagpapaitim", ngunit hindi tulad ng mga itim na butas, ito ay palaging may materyal. ibabaw. Ang ganitong mga bagay, kung bumangon sila, ay may isang kumplikadong istraktura, habang walang gravitational na "pagsasara sa sarili" na nangyayari, at samakatuwid ang sangkap ay hindi nawawala sa ating espasyo. Sa RTG, ang tamang oras para sa isang bumabagsak na katawan ng pagsubok ay nakasalalay sa parehong mga coordinate ng Minkowski space at sa gravitational constant G, at, dahil dito, ang takbo ng tamang oras ay tinutukoy ng likas na katangian ng gravitational field. Ang sitwasyong ito ay humahantong sa katotohanan na ang tamang oras para sa isang bumabagsak na katawan ng pagsubok ay bumagal nang walang katiyakan habang papalapit ito sa tinatawag na Schwarzschild radius.

Kaya, ayon sa RTG, walang mga itim na butas - mga bagay kung saan ang sakuna na malakas na compression ng bagay sa walang katapusang density ay nangyayari at kung saan ay walang materyal na ibabaw - sa prinsipyo ay hindi maaaring umiiral sa kalikasan. Ang lahat ng ito ay pangunahing nakikilala ang mga hula ng RTG mula sa mga hula ng GR. Ang pag-urong ng napakalaking bagay kapag ang presyon ay hindi zero ay siyempre magiging mas mahina dahil ang panloob na presyon ay sumasalungat sa gravitational attraction. Ang ebolusyon ng mga tunay na bagay ay nangangailangan ng higit pa detalyadong pag-aaral gamit ang equation ng estado ng bagay at ito ay isang napaka-kagiliw-giliw na problema.

Ipinapaliwanag ng RTG ang buong set ng obserbasyonal at pang-eksperimentong data para sa mga epekto ng gravitational sa solar system. Ang isang detalyadong pagsusuri ay nagpapakita na ang mga hula ng GR para sa mga epekto ng gravitational sa solar system ay hindi maliwanag, at para sa ilang mga epekto, ang arbitrariness ay nangyayari sa mga tuntunin ng unang pagkakasunud-sunod sa gravitational constant na G, at para sa iba, sa mga tuntunin ng pangalawang pagkakasunud-sunod. Ano ang dahilan ng kalabuan na ito? Sa pangkalahatang relativity, upang matukoy ang mga bahagi ng metric tensor ng isang Riemannian space sa anumang mga coordinate, ito ay kinakailangan upang itakda ang tinatawag na mga kondisyon ng coordinate, na kung saan ay napaka-arbitrary at palaging non-covariant (sumangguni lamang sa isang partikular na piniling sistema ng coordinate. ). Depende sa anyo ng mga kundisyong ito, sa parehong mga coordinate, sa pangkalahatang kaso, tiyak na kukuha tayo ng iba't ibang metric tensor. Ngunit ang iba't ibang metric tensor sa parehong mga coordinate ay magbibigay ng iba't ibang geodesics, na nangangahulugan na ang mga hula ng GR para sa paggalaw ng mga ilaw at mga katawan ng pagsubok ay magkakaiba din.

Kaya, ang relativistic theory of gravity, na binuo batay sa mga batas sa konserbasyon at mga ideya tungkol sa gravitational field bilang isang pisikal na field na may energy-momentum density, kasama ang mga prinsipyo ng geometrization at local gauge invariance, ay nagpapaliwanag sa lahat ng kilalang observational at experimental. data sa gravity at nagbibigay ng mga bagong hula tungkol sa pag-unlad ng Friedmann's Universe at gravitational collapse.

Bibliograpiya

Denisov V. I., Logunov A. A. Mga Kontemporaryong Isyu matematika. Mga resulta ng agham at teknolohiya. M., 1982.

Landau LD, Lifshits Maikling kurso ng teoretikal na pisika. M., 1969.

Logunov A. A. Mga bagong ideya tungkol sa espasyo, oras at gravity // Science and Humanity: International Yearbook. M., 1988.

Logunov AA Mga lektura sa teorya ng relativity at grabitasyon. M., 1985.

Logunov A. A. Teorya ng larangan ng gravitational. M., 2000 (2001).

Logunov AA, Loskutov Yu. M. Kalabuan ng mga hula ng pangkalahatang teorya ng relativity at relativistic theory ng grabitasyon. M., 1986.

Logunov A. A., Mestvirishvili M. A. Mga Batayan ng relativistic gravity. M., 1982.

Klein F. Sa integral form ng conservation laws at theory of a spatially closed world//Einstein's collection.1980–1981. M., 1985.

Fock V. A. Teorya ng espasyo, oras at grabidad. M., 1965.

Schrödinger E. Mga bahagi ng enerhiya ng gravitational field / koleksyon ni Einstein. 1980–1981 M., 1985.

Einstein A. Koleksyon ng mga siyentipikong papel. M., 1965. T. 1.

Tema #201

Naipalabas noong 21.01.03

Oras ng 46:00.

Ang bagong teorya ng grabidad, na binuo noong 2010 ni Eric Verlinde ng Unibersidad ng Amsterdam, ay mainit pa ring pinagtatalunan sa mga siyentipikong bilog. Marahil walang ideya na magdulot ng mainit na kontrobersya gaya ng kawalan ng madilim na bagay sa uniberso. Mukhang may pagkakataon na ngayon ang teorya ni Verlinde na makatanggap ng bagong ebidensya. Naging posible ito salamat sa kasalukuyang mga obserbasyon ng mga astronomo.

Mapanghikayat na Ebidensya

Ang kasalukuyang pag-aaral ng mga astronomo ay nakita bilang matibay na katibayan para sa ideya ng emergent gravity, kung saan ang gravity ay maaaring kusang bumangon sa halip na maging isang natural na unit na kusang inayos. Sa ngayon, ang mga nakolektang ebidensya ay nasa yugto ng pag-verify, at ang mga resulta ng pag-aaral ay hindi nai-publish sa mga siyentipikong journal. Gayunpaman, kung ang teoryang ito ay tumatanggap ng opisyal na kumpirmasyon, ang mundo ay muling tatayo sa threshold ng rebolusyong siyentipiko. Ngayon lamang ay mapabulaanan ang mga pagpapalagay nina Newton at Einstein. Sa kabilang banda, maaari itong tuldok ang mga i, dahil hindi maaaring gamitin nang sabay-sabay ang classical at quantum mechanics.

Hindi ba talaga totoo ang gravity?

Ayon sa hypothesis ni Eric Verlinde, ang gravity ay hindi totoo. Ito ay isang epekto na nauugnay sa entropy, o ang hindi maibabalik na pagwawaldas ng enerhiya sa uniberso. Ang ebidensya na nakuha ay hindi pinabulaanan ang teorya ng cosmological constants, na tumututol na ang mga kalawakan ay napapalibutan ng madilim na bagay. Ang mga pangunahing sangkap na ito ay hindi nakikipag-ugnayan sa nakikitang liwanag at hindi matukoy ng mga instrumentong nakabatay sa lupa.

Ano ang kakanyahan ng pagtatalo?

Ang mga tagasunod ng teorya ng gravity ay kumbinsido na ang madilim na bagay ay isang teoretikal na particle na ibinigay ng ilang mga parameter. Gayunpaman, ang teorya ng emergent gravity ay nagmumula sa pinahabang pisikal na mga formula. Kaya, ang parehong mga teorya ay maaaring hindi magkasalungat sa isa't isa, dahil sa bagong bersyon mas maraming mga variable ang kinuha bilang batayan para sa mga kalkulasyon.

Gravitational lensing

Ang mga obserbasyon sa astronomiya ay ginawang posible sa pamamagitan ng gravitational lensing. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay karaniwang nauugnay sa pagpapalihis ng mga light ray sa gravitational field. Sa tulong ng mga lente, maipaliliwanag ang pagbuo ng maraming larawan ng iba't ibang bagay sa astronomiya. Ang repraksyon ng liwanag na nakadirekta sa mabibigat na bagay ay dati nang ginamit sa mga pinahabang pagsubok ng karaniwang modelo ng kosmolohiya.

Sa kabila ng katotohanang wala pa ring direktang sanggunian sa lensing sa mga eksperimento sa kosmolohiya, maaaring tantiyahin ng mga siyentipiko ang inaasahang signal ng lensing kaugnay ng redshift ng mga galaxy. Marahil, ang kanilang pagpapangkat ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga kaakit-akit na pwersa.

Maaaring baguhin ng bagong teorya ang paraan ng pag-iisip natin tungkol sa oras, espasyo at gravity

Kaya, gustong alisin ng emergent gravity ang pangkalahatang relativity at dark matter. Kaya, kapag sinusubukan, mauunawaan mo kung paano maaaring makipag-ugnayan ang mga indibidwal na bagay sa isa't isa. Kung hinuhulaan ng pangkalahatang relativity ang isang modelo ng tunay na uniberso, kung gayon bagong ideya naaangkop sa mga nakahiwalay, spherical at static na sistema.

Ayon kay Carl Sagan, "Ang mga hindi pangkaraniwang pag-aangkin ay nangangailangan ng pambihirang ebidensya." Samantala, maghintay tayo para sa kumpirmasyon ng umuusbong na teorya ng grabidad.