Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Общая теория относительности (ОТО)




 

В общей теории относительности, или теории тяготения,
А. Эйнштейн расширяет принцип относительности, распространяя его на все неинерциальные системы. ОТО утверждает абсолютность законов природы в любых системах отсчета как инерциальных, так и неинерциальных. В ней ученый исходит из экспериментального факта эквивалентности инерциальных и гравитационных полей: ускоренное движение никакими измерениями неотличимо от покоя в гравитационном поле.

В общей теории относительности А. Эйнштейн доказал, что структура пространства – времени определяется распределением масс материи. Под действием полей тяготения происходит искривление пространства, т.е. наличие любой массы искажает пространство.

Как можно представить себе искривление пространства, о котором говорит ОТО? Представим себе очень тонкий лист резины и будем считать, что это модель пространства. Расположим на этом листе большие и маленькие шарики – модели звезд. Эти шарики будут прогибать лист резины тем больше, чем больше масса шарика (рис. 14). Это наглядно демонстрирует зависимость кривизны пространства от массы тела и показывает также, что привычная нам евклидова геометрия в данном случае не действует (работают геометрии Н.И. Лобачевского (1792-1856) и Б. Римана (1826-1886).

Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца – достаточно небольшой звезды по космическим меркам – влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому если мы пошлем радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займет больше времени, чем если бы на пути этого сигнала не было Солнца. Задержка сигнала в этом случае составляет около 0,0002 с. Одно из самых фантастических предсказаний общей теории относительности – полная остановка времени в очень сильном поле тяготения. Считается, что в конце своей жизни звезды, масса которых превышает массу Солнца, испытывают катастрофическое сжатие (гравитационный коллапс) под действием собственного тяготения. Это приводит их к состоянию «черной дыры». Для тела, попавшего в поле тяготения «черной дыры», образованной массой, равной 3 массам Солнца, падение с расстояния 1 млн км до гравитационного радиуса занимает около 1 ч. Но по часам, которые покоятся вдали от «черной дыры», свободное падение в ее поле растянется во времени до бесконечности. Чем ближе падающее тело к гравитационному радиусу, тем более медленным будет представляться этот полет наблюдателю. Оно будет бесконечно долго приближаться и никогда не достигнет его. В этом проявляется замедление времени вблизи черной дыры (прил. 9). Бесконечное нарастание гравитации вблизи гравитационного радиуса называется релятивистским коллапсом.

 


Рис. 14. Аналогия с резиновым листом

(большой шар в центре представляет массивное тело, например, звезду.

Под действием веса тела лист вблизи него искривляется.

Шарик, катящийся по листу, отклоняется этой кривизной

и двигается вокруг большого шара, подобно тому как планеты

в гравитационном поле звезды обращаются вокруг нее)

Общая теория относительности была экспериментально подтверждена в 1919 г. измерением отклонения световых лучей в гравитационном поле Солнца (рис. 15).

 

 


Рис. 16. Искривление света (свет звезды проходит вблизи Солнца

и отклоняется, поскольку Солнце искривляет пространство – время.

Это приводит к небольшому смещению видимого положения звезды

при наблюдении с Земли. Увидеть такое можно во время затмения)

Также эмпирическими доказательствами ОТО является:

- замедление времени в гравитационном поле;

- смещение перигелиев (перигелий – ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг него) планетных орбит.

Соответствие ОТО и классической механики. В общей теории относительности рассматривается не закон тяготения И. Ньютона, а полевой закон тяготения. Закон И. Ньютона выполняется в слабых гравитационных полях, как предельный случай эйнштейновских уравнений.

Теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Они перестали рассматриваться независимо друг от друга, и в результате возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континиууме. В теории относительности два закона – закон сохранения массы и сохранения энергии оказались объединенными в единый закон, который можно назвать законом сохранения энергии или массы.

По А. Эйнштейну, суть теории относительности такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство и время. Таким образом, теория относительности основывается на постулатах постоянства скорости света и одинаковости законов природы во всех физических системах, а основные результаты, к которым она приходит:

- относительность свойств пространства – времени;

- относительность массы и энергии;

- эквивалентность тяжелой и инертной масс (все тела, независимо от их состава и массы, падают в поле тяготения с одним и тем же ускорением).

Ньютоновская естественно-научная революция изначально была связана с переходом от геоцентризма к гелиоцентризму. Эйнштейновский переворот означал принципиальный отказ от всякого центризма вообще. «Привилегированных», выделенных систем отсчета в мире нет. Все они равноправны. Любое утверждение имеет смысл, только будучи «привязанным», соотнесенным к какой-либо конкретной системе отсчета. То есть наше представление, в том числе и научная картина мира относительны.







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 687. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия