поиск по сайту

Общая теория относительности А. Эйнштейна



Разработанная А. Эйнштейном ранее специальная теория относительности применима для расчета временных и пространственных характеристик объектов, которые находятся в инерциалъных системах отсчета, т. е. двигаются равномерно. Так, первый постулат специальной теории относительности гласит: в инерциалъных системах отсчета все физические процессы протекают одинаково.

Однако реальные тела двигаются не только равномерно, но и с ускорением. Чтобы отразить этот факт в теории, Эйнштейн формулирует первый постулат в более общем виде: законы физики инвариантны (одинаковы) в любых движущихся системах координат (в том числе и не инерциальных, а движущихся с ускорением).

Второй постулат общей теории относительности называется принципом эквивалентности и гласит, что ускоренное движение физически эквивалентно покою в гравитационном поле. Из принципа эквивалентности следует, что явления, которые обусловлены неинерциальной системой отсчета, могут наблюдаться в инерциальной системе в результате действия сил тяготения (гравитации).

Эйнштейн обратил внимание на интересное свойство гравитации. С одной стороны, от нее нельзя заслониться никакими экранами, как, например, можно сделать в случае электромагнитного взаимодействия. С другой стороны, от нее легко избавиться, если соответствующим образом выбрать направление движения. Для того чтобы убедиться в этом, Эйнштейн провел мысленный эксперимент, впоследствии названный «лифт Эйнштейна»: помещенный в закрытый лифт наблюдатель, ощущая исчезновение веса, не может решить, что произошло в действительности — либо лифт начал падать вниз с ускорением свободного падения, либо исчезло гравитационное поле Земли.

Пропорциональность гравитационной силы инертной массе делает ее неотличимой от силы инерции. При движении неинерциальной системы отсчета с ускорением, равным ускорению свободного падения, вдоль направления гравитационных сил наступает взаимная компенсация сил тяготения и сил инерции, вследствие чего возникает явление невесомости.

До появления общей теории относительности считалось, что гравитация, или взаимное притяжение между телами, возникает вследствие того, что все тела, обладающие массой, создают вокруг себя особое поле.

Универсальность взаимного притяжения тел впервые осознал еще Ньютон, в результате чего им был сформулирован закон всемирного тяготения, согласно которому между любыми двумя телами возникает сила притяжения, пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Правильно сформулировав этот закон, Ньютон, однако, не указал причины возникновения гравитационных сил притяжения. После Ньютона неоднократно предпринимались попытки создания теории гравитации. В частности, предлагались теории, объяснявшие возникновение сил тяготения механическими взаимодействиями тел с некой промежуточной субстанцией. Согласно этим теориям притяжение между телами возникает вследствие разряжения среды, возникающего при поглощении ее телами. -Однако эти теории имели один существенный недостаток: правильно предсказывая зависимость силы от расстояния, они также приводили к еще одному ненаблюдаемому эффекту: торможению тел, движущихся относительно этой субстанции.

При объяснении гравитации Эйнштейн отказался от концепции поля. Он выдвинул концепцию, согласно которой гравитация — это не поле, а свойство пространства. Действительно, как можно считать гравитацию полем, если ее можно устранить простым выбором системы координат? Согласно взглядам Эйнштейна, массивное тело не создает вокруг себя никакого поля, оно просто искривляет пространство вокруг себя. Если на тело не действуют никакое силы, то оно покоится или движется прямолинейно и равномерно. Путь тела, движущегося по инерции в искривленном пространстве, описывается не прямой, а так называемой геодезической линией, форма которой зависит от степени кривизны пространства. Степень кривизны пространства зависит от величины массы тела и степени удаленности от него. Поэтому, например, тело, брошенное с одной и той же силой вверх под углом 45° с поверхности Луны, пролетит большее расстояние и, соответственно, по другой траектории, чем то, которое бросили с поверхности Земли, так как Земля имеет большую массу, чем Луна.

Таким образом, согласно общей теории относительности геометрические свойства пространства оказываются зависимыми от массы. Это значит, что реальное пространство может быть не плоским, а искривленным. Для описания такого невозможно использовать плоскостную геометрию Евклида, необходимо воспользоваться геометрией кривых К. Римана.

Общая теория относительности подтверждена экспериментально. Например, зарегистрирована прецессия (это поворот осей эллиптических орбит) эллиптической орбиты Меркурия. Обнаружен эффект замедления времени в гравитационном поле. В частности, был проведен эксперимент, в результате которого удалось зафиксировать различие в ходе двух атомных часов, разделенных по высоте 20 метрами. Также зарегистрировано искривление лучей света вблизи Солнца. Общая теория относительности предсказывает, что луч света, проходя рядом с массивным телом, должен отклоняться из-за искривления пространства. Проводившиеся наблюдения действительно подтвердили этот факт: луч света при проходе его рядом с Солнцем отклоняется на угол, равный 1,75".




Если Вас заинтересовали описанные в статье товары или услуги, Вы можете:
Позвонить:
Поделиться
Еще из раздела естествознание
Космические и биологические циклы Механизмы устойчивости биосферы Микромир в естествознании Микромир и его структура





© 2006-2016 ИП Антонович А.С.
+375-29-5017588
+375-29-1438110