Для тех, кто захочет напомнить себе что-нибудь из предыдущих топиков: Интермедия. Неевклидово, Интермедия. СТО. Предисловие, Интермедия. ТО. Специальная теория относительности
Для тех, кто отправил мне заявку на презентации по теории относительности, ну и для тех, кто это не делал, но все же непрочь скачать это дело, даю ссылку на файлы, которые я уже разместила на своей помойке, качайте, кому захочется ))) (М (Дмитрий), извини, что так долго не доходили руки переслать тебе по мыльцу)
Ну и к делу, товарищи!
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Знаменитый пример с лифтом.
Как уже сказано, ОТО расширена для неинерциальных систем, таких систем, скорость которых не постоянна, имеется ускорение, либо центростремительное, либо линейное, а значит, на систему действуют внешние силы.
Говоря об инерциальности надо учитывать сложности в определении, какой именно предмет, и относительно чего инерциален.
Возьмем за пример абстрактный падающий лифт, свободно двигающийся в поле Земли достаточно долгое время, для внешнего наблюдателя система лифта неинерциальна и ускоряется со временем, но наблюдатель внутри не чувствует никакой внешней силы, если он снимет часы, они будут покоиться в воздухе, или двигаться прямолинейно и равномерно. Таким образом инерциальность системы также может быть отнгосительна.
Возьмем теперь лифт, движущийся равномерно и прямолинейно в отсутствии поля, понятно, что теперь действительно никакие силы не действуют на лифт и его система инерциальна во всех отношениях, но если тянуть этот лифт с постоянной силой, т. е. сообщать ему постоянное ускорение, то предметы, свободно плавающие в лифте до этого, упадут на пол, таким образом, наблюдатель в лифте почувствует постоянное поле, притягивающее его и другие предметы, как если бы его лифт покоился на Земле.
Представим теперь, что в последних двух случаях на лифт, перпендикулярно его движению, упал луч света и прошел через него.
В первом случае, наблюдатель вне лифта видит, как за время, которое свет прошел от первой стенки лифта ко второй, сам лифт отклонился на некоторое расстояние, и точка выхода луча из лифта будет находиться ниже, чем точка входа.
Внутренний наблюдатель, считая свою систему покоящейся, будет рассуждать по другому, раз луч вошел в лифт через точку, расположенную выше точки выхода, то луч не перпендикулярен лифту, а пущен под наклоном. Это пока не идет в разрез с классической механикой.
Но в последнем случае, когда лифт движется с ускорением, его скорость меняется, в начале пути,
Предположим, его скорость равна нулю, тогда, свет проходит через первую стенку перпендикулярно, но с увеличением скорости этот угол изменяется и по выходе из лифта луч идет уже под наклоном для внутреннего наблюдателя. В результате траектория луча становится кривой.
Внутренний наблюдатель, считающий свою систему покоящейся, но под действием некоторого поля, должен приписать такой изгиб траектории луча этому полю. Он видит, что луч отклоняется от прямой и притягивается к полу.
В классической физике утверждается, что луч не может быть кривым, утверждается также, что луч не имеет массы, луч – это чистая энергия без своего вместилища – материи, поэтому луч не может притягиваться полем. Однако, исходя из вышеописанных примеров, а также более точных опытных данных, приходится от этого положения отказаться.
Материя и энергия
Действительно, свет – это энергия – электромагнитное излучение, но физика двадцатого века уже не делает принципиальных различий между этими субстанциями. Более того, теперь установлено, что энергия – это особый вид материи, также можно сказать, что масса – это вид энергии.
Именно это отражает знаменитая, но не всем понятная формула Эйнштейна E = mc2 , где – известная нам постоянная, которую можно заменить на численное значение, не учитывая размерность, тогда становится понятным, что однограмовый кусочек мела, камня или льда, в любых условиях будет иметь энергию равную 1014 Дж! Этой энергии хватит на серьезную атомную бомбу, а хранится она в наших обычных предметах!
Из этой формулы вытекает еще один очень интересный вывод Видно, что энергия данной массы всегда постоянная, я привела несколько примеров с предметами массой 1 грамм, и для всех для них одно и то же значение энергии.
Но если мы сообщим, например, камню кинетическую энергию – кинем его с некоторой скорости, то его общая энергия должна также возрасти на значение m v2 / 2, но мы сказали что энергия данной массы постоянна! Опять парадокс.
Из опыта решения предыдущих парадоксов понятно, что нам для его решения опять придется отказаться от одного из стереотипов. Приходится признать, что масса одного и того же тела не постоянна, так, если мы сообщили телу достаточно большую скорость – 1,5 • 108 м / с (половина скорости света), к его энергии покоя 1017 • m Дж, прибавится еще кинетическая энергия чуть больше 1016 • m Дж, тогда общая энергия будет равна 1,1 • 1017 • m Дж, а значит, увеличится и масса, но раз масса увеличилась, а скорость осталась прежней, значение кинетической энергии уже не таково, оно будет больще, значит опять увеличится и эйнштейновская энергия, опять увеличится масса и т. д. до некоторого предела, в случае скорости, равной скорости света, этот предел равен бесконечности.
Такая же картина будет наблюдаться и с другими видами энергии, например известно, что при нагревании тела, его масса увеличивается.
Если тело отдало энергию во внешнюю среду, то и его масса уменьшилась, таким образом, отдав энергию, тело отдает частицу своей массы, отсюда видно, что энергия – это и есть особый вид материи, активной материи, то же можно сказать и о любом поле.
Таким образом мы пришли к относительности энергии и материи.
Поле и время.
Но вернемся к лучу света, помещенному в поле. как я уже сказала, луч света в силовом поле (или в любой другой неинерциальной системе, мы уже выяснили на примере лифта, что любую неинерциальную систему можно представить себе, как покоящуюся в поле) отклоняется.
Но мы выяснили, что со скоростью света связаны свойства времени! Для инерциальных систем мы выяснили, что при разных скоростях этих систем время течет по-разному, что же будет, в ускоряющихся системах или в поле.
Для примера представим себе планету с очень большим g, свет, испускаемый от поверхности планеты в космос будет уже иметь непостоянную скорость (мы сказали уже, что свет имеет массу, значит изменяет траекторию, если же сила тяготения направлена против движения света, скорость его замедляется). Тогда на разных точках пути света с разными значениями его скорости, будет разным и ход времени, время будет замедляться.
Причем если вторая космическая планеты больше скорости света, то где-то свет должен будет вообще потерять свою скорость, а время остановится, дальнейшая же траектория света обуславливает инвертированное течение времени, совокупность таких точек остановки времени на определенной высоте планеты образует сферу, поэтично названную учеными горизонтом времени. (Однако описанные здесь свойства света в таком сильном поле, в отличие от других положений ОТО гипотетичны, данные тела, чья вторая космическая больше g: черные дыры, до сих пор объект жарких споров ученых космофизиков)
Поле и пространство.
Кроме зависимости времени от скорости света, как мы уже говорили, существует зависимость пространства от нее, можно сделать вывод, что и свойства пространства также неравномерны на участках поля.
Таким образом, учитывая сферические характеристики поля, можно представить себе искривление и пространства и времени вокруг поля, более того, именно материя, всегда имеющая свое поле создает характеристики пространства и времени. По-видимому самым величайшим достижением ОТО является пустулирование того, что именно напряженность поля и определяет существование пространства и времени.
Когда Эйнштейн переехал в США один из многочисленных журналистов, встречавшихся с ним попросил изложить суть теории относительности в одной фразе, на что Эйнштейн ответил:
«Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла бы вся материя, то пространство и время сохранилось бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время»
Логическим продолжением представлений о зависимости пространства, времени и энергии от наличия материи явилась теория зарождения Вселенной путем Большого Взрыва, так мы возвращаемся к тому, с чего начали, с описания самого прооцесса Большого Взрыва, а также представлений о том, как при этом вели себя пространство и время, мы выяснили, можно ли считать Вселенную конечной, что есть границы Вселенной, и что есть начало времени, все эти вопросы, рассмотренные в самом первом топике цикла: Интермедия. И снова о мироздании, зиждятся на величайшей теории двадцатого века, на Общей теории относительности.
Спасибо всем вам за внимание, дорогие читатели!
Lepra