О чем говорится в общей теории относительности

Свойства пространства и времени и законы сохранения.

Поскольку свойства пространства – времени обусловлены наличием в пространстве - времени материальных тел, то законы поведения этих тел и свойства пространства - времени должны быть взаимосвязаны.

Весьма важным для понимания законов Природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и времени: смещение во времени и пространстве не влияет на протекание физических процессов.

Следствиями этого принципа являются такие свойства, как однородность и изотропность пространства, и однородность времени. Эти свойства определяют существование законов сохранения, а сами законы доказывают наличие указанных свойств.

Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве изолированной системы тел как целого, физические свойства этой системы и законы движения не изменяются, т.е. не изменяется импульс системы (см. п.6.4). Иными словами импульс системы не зависит от выбора положения начала координат системы отсчета.

Из этого свойства вытекает закон сохранения импульса.

Однородность времени означает инвариантность (неизменность) физических законов относительно выбора начала отсчета времени.

Это означает, что в какой бы момент времени ни измерялась энергия изолированной системы, значение энергии остается постоянным, т.е. выполняется закон сохранения энергии (п. 6.1).

Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета, т.е. относительно поворота изолированной системы в пространстве на любой угол. При повороте изолированной системы на любой угол ее момент количества движения не изменяется. Это является причиной выполняемости закона сохранения момента импульса.

При всех различиях между классической механикой Галилея-Ньютона и СТО Эйнштейна, у этих подходов к описанию свойств Природы есть общее. Это общее заключается в том, что в обеих теориях различаются инерциальные и неинерциальные системы отсчета.

Но ведь, строго говоря, абсолютно инерциальных систем не существует.

Поэтому делались попытки каким-то образом разрешить эту проблему. Эйнштейну удалось сформулировать физические законы, которые одинаковы и для инерциальных (специальных) систем отсчета, и для неинерциальных. Это реализовано в теории называемой общей теорией относительности (ОТО), или теорией тяготения.

В теории Ньютона пространство и время существуют независимо от наличия в них материальных объектов. Поэтому пространство и время абсолютны. Абсолютное пространство может содержать или не содержать какие-то тела, но его свойства и оно само от этого не изменяются. Течение абсолютного времени также не зависит ни от чего и изменяться не может.

Согласно СТО течение времени зависит от соотношения скоростей движения систем отсчета, (см. формулы (43)), а согласно ОТО течение времени зависит и от наличия полей тяготения, создаваемых материальными объектами. Поля тяготения приводят к гравитационному замедлению времени.

Таким образом, свойства пространства-времени в данной области определяются действующими в ней полями тяготения. Эти поля искривляют пространство. Реальной геометрией пространства, таким образом, является, не евклидова геометрия на плоскости (Евклид – древнегреческий ученый из Александрии, III в. до Р.Х.), а геометрия на искривленной поверхности, геометрия Лобачевского, геометрия Римана (Николай Иванович Лобачевский (1792-1856) - выдающийся русский математик, ректор Казанского университета; Бернхард Риман (1826-1866) – немецкий математик).

Кратчайшим расстоянием между двумя точками в искривленном пространстве является не прямая, а кривая («геодезическая линия»), кривизна которой соответствует кривизне пространства. Движение тел, в том числе – частиц света (фотонов), происходит по инерции вдоль этой кривой.

Чтобы несколько прояснить описанную ситуацию, проведем аналогию с движением тел по поверхности Земли, которая так же является движением по кривой (рис.16). Однако, если мы едем по дороге без поворотов, то говорим, что движемся по прямой.

Рис. 16 Иллюстрация геодезической линии

АDВ – прямая «сквозь» Землю, АСВ – «прямая по кривой» поверхности Земли.

Согласно ОТО тела всегда движутся по инерции независимо от наличия или отсутствия поля тяготения. Движение по инерции есть движение по геодезической линии, т.е. по кратчайшему расстоянию, и на движение расходуется минимальное собственное время.

Если тело движется вне поля тяготения, то там пространство однородно и изотропно и время однородно. Следовательно, тело будет двигаться по прямолинейной траектории, а скорость движения будет постоянной.

В поле тяготения пространство неоднородно и неизотропно и время неоднородно. В таком пространстве геодезическая линия является кривой, форма которой зависит от структуры поля тяготения.

Заключение

Человечество постепенно познает окружающий Мир, в котором оно существует и частью которого является. Открываются новые законы, то есть становятся все более понятными связи между явлениями, происходящими в Природе и причинами этих явлений.

Пожалуй первые понятия о свойствах нашего Мира связаны с механическим движением. Механическое движение - это то, с чем человек сталкивается, в самом прямом смысле, с первых своих шагов, а затем – всю жизнь. В механическом движении участвуют и мельчайшие частицы, и космические тела.

Поэтому изучение правил и законов движения, причин, вызывающих изменение характера движения, является одной из основ нашей жизни.

При этом многие известные законы Природы уточняются, дополняются. В некоторых случаях происходит понимание ошибочности старых формулировок и выводов.

О чем это говорит?

О бесконечности процесса познания Природы? – Да!

О безграничности свойств Природы? – Да!

О все более глубоком проникновении Человека в тайны Природы? – Возможно, да!

О том, что не всё, что кажется нам очевидным, является таковым? – Да!

И еще много раз «о чем», и не меньше – Да!

Да, наш Мир не так прост и очевиден, как Он видится нам, когда мы спешим на работу, сидим у телевизора, сдаем экзамены и прочее.

И это прекрасно.

Использованная литература

1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для студентов вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2003.- 608с.

2. Яворский Б. М., Пинский А.А. Основы физики, т.1.- М.: Наука, 1969. – 456 с.

3. Яворский Б. М., Пинский А.А. Основы физики, т.2.- М.: Наука, 1972. – 736 с.

4. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 14-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.- 560с.

5. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики, т.1. – 10-е изд., стер.– Л.: Физматгиз, 1962.- 468с.

6. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия: Учеб. для студентов вузо, обучающихся по направлению и спец. «Химия» – М.: Высшая школа, 1997.- 527с.

7. Тамм М.Е., Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: В 3 т./ т.1: Физико-химические основы неорганической химии: Учебник для студентов высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 240с.

8. Леонова В.Ф. Термодинамика. – М.: Высшая школа, 1968.- 158с.

9. Енохович А.С. Справочник по физике и технике: Учеб. пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1989.- 224с.

10. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). – М.: Наука, 1977.- 831 с.

11. Энциклопедический словарь юного математика /Сост. А.П. Савин. – М.: Педагогика, 1989.- 352с.

12. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка:80000 слов и фразеологических выражений / Российская академия наук. Институт русского языка им. В.В.Виноградова. - 4-е изд., дополнение. – М.:ООО «ИТИ ТЕХНОЛОГИИ», 2003.- 944с.

13. Волков В.А., Вонский Е.В. Кузнецова Г.И. Химики: Биографический справочник. – Киев: Наукова думка,, 1984.- 736с.

14. Храмов Ю.А.Физики: Биографический справочник. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Наука, 1983.- 400с.

15. Майзель В.В., Тужиков О.О., Лавникова И.В., Кострюкова Ю.В. Концепции естествознания. Задачи: учебное пособие.- Волгоград ИУНЛ ВолгГТУ, 2011.- 48.

16. Майзель В.В., Лавникова И.В., Тужиков О.О., Кострюкова Ю.В. Концепции естествознания. Единицы измерения физических величин.: Методические указания.- Волгоград ИУНЛ ВолгГТУ, 2012.- 16.

Дата добавления: 2014-12-27