Принципът на равностойност

Принцип на равностойност

Но как да разберем твърдението, че гравитационната сила се равнява на ускорението?

Представете си, Айнщайн е казал, че ние сме в такава асансьор (лифт, благодарение на Айнщайн много известен), който не може да види какво се случва навън. Ако асансьорът е в покой (или преместване равномерно) в постоянно гравитационно поле, всички елементи vyronennye в асансьора, ще падне с ускорение на тежестта (фиг.

50). А сега си представете една и съща асансьора, но съм далеч от масивните тела, т областта нулева гравитация. Е..

И нека асансьора се движи нагоре usdoreniem по отношение на инерциална отправна система. Всички органи vyronennye втори асансьор, ще изостане зад него, така че наблюдател намиращ се в асансьора, изглежда, че тези органи попадат на пода с ускорението, равно по сила (фиг. 51). Една и съща "действителната" движение може еднакво добре да се обясни с или 1) ускорено движение на асансьора нагоре или 2) под действието на гравитационната сила в обратна посока. Това заключение може да бъде формулиран под формата на принципа на еквивалентност: единна гравитационното поле еквивалент постоянно ускорение.

Ако въпросът е само, че можем да останем тук. Имахме право да се каже, че законите на физиката може да бъде записано във всички еднакво ускорени референтни рамки (добавяне на съответната гравитационна сила), ние ги записва в инерционни системи (без допълнителни гравитационните сили).

Човек би се предположи, че една частица падане ускорение се държи или се дължи на факта, че гравитационната сила действа върху него (фиг. 52), или се дължи на факта, че нашият асансьор (референтна рамка) се движи нагоре ускорение (фиг. 53).

Например, размножителен на светлинен лъч в инерциална система на правата линия е перспектива на наблюдателя намира в равномерно ускорено кривата повдигане (фиг. 54). Наблюдателят в стационарната лифта, но в присъствието на гравитационно поле, ще видите същото усукана пътя на светлинен лъч.

В края на краищата ние можем дори да се загуби във всички тези аргументи за актовете, дали във всеки отделен случай, гравитационната сила или тялото просто се ускорява, а може да замени принципа на инерцията: "ако частицата не се влияе от силите, тя се движи равномерно по права линия" изявление: "ако тялото не се влияе от силите, неговото естествено движение ще падне на пода с ускорение

Проблемът обаче е много по-сложна, поради факта, че "истинската" гравитационното поле не е задължително униформа, а е възможно ускорение - константа. Ние считаме, че гравитационното поле на Земята в точките, показани на фиг. 55. И двете големината и посоката на гравитационното поле на тези точки са различни. Би било възможно да се разшири принципа на еквивалентност, казва, че локално (в близост до точките на гравитационното поле на земята еквивалент постоянно ускорение, големината на който варира от точка до точка. От това следва, че големината и посоката на еквивалент ускорение на гравитационното поле на тялото (частици, планетите, галактика или цялата вселена) трябва да бъде пространствени функции

За разлика от Нютоновата теория кривината на траекторията на тялото се движат в гравитационното поле не се случи, защото на действието на сила, както и поради конкретните свойства на пространството. Светлината, например, не е покрита от "прави линии" Euclidean край маса тяло (фиг. 56).

И тъй като всички от тялото, включително и светлинните лъчи се движат по криволинейни траектории (при липса на сили), можем да предположим, че самото пространство е извита. В крайна сметка, ние сме изправени пред дилема: или да се предположи, че пространството в близост до органите на евклидовата, но не и тялото не се движи в права или извита дължи на самото пространство. Айнщайн избра второто.

На пръв поглед може да изглежда, че всички други сили (електромагнитни и ядрени, които ще се въведат по-късно), не се вписват в тази система. Тъй като ефектът от тези сили, от друга тялото не е пропорционална на масата на телата (за да се опише това трябва да се въведат нови понятия - електрически и ядрени бойни глави), тези сили изглеждат външни за системата, където гравитационната сила беше заменен от кривината на пространство. Айнщайн и много други са вложили огромни усилия в опит да се съчетаят теорията на Максуел с общата теория на относителността (т.е.. Д. За създаване на така наречената единна теория на полето).

Напоследък стана модерно да се каже, че общата теория на относителността недобре изследвана чрез експеримент. С това се има предвид,

там ltssh няколко контролни експерименти, в които могат да се разграничат предвижданията на теорията на Айнщайн и предвижданията на теорията на Нютон, или всяка друга релативистичната обобщение на тази теория. Фактът, че в случая нерелативистичните (малка скорост обикновен гравитационното поле сила) всички щифтове Айнщайн теория съвпада със заключенията на теорията на Нютон (закон на Кеплер, и така нататък. П.). Тази среща се провежда с такава степен на точност, че петдесет години след появата на общата теория на относителността е в състояние да получи само няколко (две или три) на експериментални резултати, които показват разликата в предвижданията на общата теория и теорията на Нютон за гравитацията. Независимо от това, може да се твърди, че теорията на Айнщайн е може би най-семпъл и елегантен повсеместното теорията на Нютон, освен ако, разбира се, се смята, че последният трябва да бъде в съответствие с принципите и да вземе предвид принципът на равностойност във всякаква форма. Както и да е, теорията на Айнщайн е потвърден експериментално не по-лошо (а може би и по-добро) от теорията на Нютон, и доказа, че е в отлично споразумение с експеримент.

По традиция, има три т.нар потвърждение на общата теория на относителността, в която можете да намерите (или открият почти) една малка разлика в предвижданията на общата теория и теорията на Нютон.

Извивката на светлинния сноп

Когато светлинен лъч преминава през гравитационното поле траектория му трябва да се наведе (въз основа на принципа на равностойност). По-специално, ако светлината от звездата се разпространява в близост до ръба на Слънцето, ние трябва да се наблюдава изместване на гредата (фиг. 57). Това компенсира може да се види само по време на слънчево затъмнение. По време на пълно слънчево затъмнение през 1919 г. той е работил като международен експедиция, чиито членове се снимки на звездното небе по време на слънчево затъмнение, а след това в сравнение изображенията с фотографии на една и съща част на небето, но ударът му без слънце. звезда

се компенсира (вероятно членове на експедицията взеха този факт като чудо), което потвърждава прогнозата на Айнщайн (ъгловото изместване на реда на огъването на светлина, тъй като минава близо до Слънцето.

Поведение и интерпретират тези измервания са изключително трудни (да речем два астрономите гледат една и съща картина, може да даде различни обяснения). Напоследък се говори за този ефект бе възобновено отново, а сега се правят опити за извършване на нови измервания. Всички са съгласни, че светлинния лъч да бъде леко свити, но ако е числено същите като кривината с предвиждане на общата теория на относителността, все още не е ясно.

червено отместване

Скоростта на часовника зависи от местната стойност на гравитационното поле. (Това е обяснението за парадокс на близнаците от гледна точка на общата теория на относителността. Можем да предположим, че в момента на спиране и обръщане близнак на космическия кораб, намиращ се в кораба изпитва гравитационно поле, което не се чувства брат си остава на земята. Това е разликата между двете близнаците.)

Фиг. 58. Ако фотонът отиде от звездата на Земята, гравитационното му енергия се променя с размера на -

Както може да се види часа простият атом или трептене на леки частици (фотони, които са по-формално въведени в т. 37). Photon колебание резултати честота отместване до промяна на цвета на светлината на лъча към червената част на спектъра, което следователно се нарича (гравитационно) червено изместване.

Photon се характеризира с енергия и честота

Ако приемем, че енергията, свързана с масата в съответствие с формулата

и всяка маса се подлага на действието на гравитационната сила (фиг. 58), гравитационната потенциалната енергия на фотона, близо до повърхността на голяма звезда с маса и радиус е равен на

Кинетичната енергия на фотона се намалява, когато тя се изкачва (образно казано) с нисък потенциал нивото на звездата на по-висока земя потенциал ниво. Съответният честотата офсет

Въпреки, че се наблюдава този ефект в астрономически мащаб, това е изключително малка. Наскоро е измерена в близост до повърхността на земята с помощта на новото апарат с изключително висока разделителна способност [4]. (Очаквано смяна на фотон с дължина на вълната път преминава cm

Сравнение с експеримент и теория даде

Преместването на перихелия на Меркурий

Кеплер радост частично да се обясни с факта, че той е получил за елиптични орбити на планетите. Въпреки това, се оказа, че всъщност планетите не се движат в елипси, като движението им е възмутен

влияние на съседни небесни тела. По-специално, за Меркурий това нарушение е особено очевидно в така наречената прецесия на перихелия, или на мястото на своята орбита най-близо до Слънцето. В съответствие с теорията на Кеплер планета трябва ежегодно преминават през същата перихелия (фиг. 59). Въпреки това, от наблюденията се вижда, че тази точка на орбитата е леко изместен (фиг. 60) (приблизително 540 "на повече от век по отношение на фиксираните звезди).

Ако можем да се отчита влиянието на всички известни планети видими (както го направи за първи път Льовелие), ние получаваме за изместването на перихелия на Меркурий се от порядъка на 500 "на в. Необяснимо защо, има само разлика от 43" за столетие между предвижданията на теорията на Нютон и астрономически наблюдения. Не, че не е възможно да се излезе с разумно обяснение за този феномен. (Първоначално той приписва друга планета, наречена Вулкан предварително, но е установено, тази планета.) Като че ли Бог на всеки сто години, коригира орбитата на тази своенравна планета. Това обяснение е, сега са излишни, тъй като общата теория на относителността, което означава всички изводи на теорията на Нютон и на други планети, дава перихелия на Меркурий се за липсващите 43 "на век.

По този начин, общата теория на относителността е в съответствие със съвременните наблюдения на физически явления, които варират от приливна движение и завършващи изместване на перихелия на Меркурий. Тя може да се разглежда като резултат от хармонизирането на теорията на Нютон за гравитацията

с принципа на относителността по отношение на принципа на равностойност, която обединява концепциите за ускорение и гравитацията. В тази теория, концепцията за сила е излишно, тъй като движението на органите, определени от кривината на пространство, причинени от органите.

Общата теория на относителността - е Партенона на физиката, създаването на архитекта ", след като се наведе над ръба на хамака си опъната между Телец и Риби пръстен Запад. "[5] и даде на човечеството в храма, и поразява не само за неговия размер и практическа полезност, тъй като усъвършенстването на неговите пропорции. Това Акрополът на човешката мисъл. Но ние не се съмнявам, че ако някога имам в бъдеще (в съответствие с правилата на играта от нас), за да разруши църквата и да го замени с обикновен на вид сграда, ефективността на който ще бъде по-, без съмнение, има много ентусиасти, за да направи тази работа. Sic транзит Глория Мунди.