Поздравим Эйнштейна: 100 лет общей теории относительности

2 Октября 2015 в 12:30, Илья Хель 6 712 просмотра 60

ОТО

25 ноября 1915 года Альберт Эйнштейн, наконец, объявил полные математические подробности своей общей теории относительности (ОТО) в последней из четырех статей, но гравитация и природа пространства остается сегодня такой же загадочной, какой была в те дни. В настоящее время мы все привыкли слышать о том, как эта теория описывает гравитацию как «искажение пространства» и что общая теория относительности привела к ряду сенсационных открытий и объяснений, вроде космологии Большого Взрыва, черных дыр и замедления хода времени под влиянием гравитации.

Мы даже слышали о том, что согласно эффекту Лензе — Тирринга, предсказанному в 1918 году, вращение тел может «стягивать» само пространство и вызывать интересные, но очень слабые изменения поведения вращающихся гироскопов в гравитационном поле. Этот странный феномен детально изучил спутник NASA Gravity Probe B.

Для того чтобы узнать побольше об общей теории относительности, далеко ходить не придется — материала в Интернете валом. Но несмотря на ее значительность и существенный прогресс, который она обеспечила, остаются весьма колючие детали, над которыми ученые либо работают, либо пытаются наблюдать их непосредственно.

Основные идеи

ОТО

Теория относительности базируется на идее о том, что пространство и время образуют единую физическую сущность под названием пространство-время. Каждый раз, когда вы пытаетесь описать поведение чего-то, вы должны описывать его эффекты не только в связи с тремя измерениями пространства, но и четвертым временным измерением. Они тесно связаны друг с другом, особенно когда вы математически описываете физические процессы. Вы не можете просто преодолеть расстояние из одной точки в другую с определенной скоростью, вы должны учитывать, как это движение меняется с течением времени. Все это простейшие вещи. Написано множество статей на тему того, как «движение замедляет ход времени» и «объекты сжимаются по направлению движения». Но ОТО добавляет одну странную деталь к описанию четырехмерного пространства-времени.

Общая теория относительности в первую очередь утверждает, что пространство-время и гравитационные поля — одно и то же. Они описываются одним и тем же математическим символом в теории. Гравитация — это не сила вообще, а определение того, как объекты движутся в пространстве-времени. Если они движутся по прямому пути, никакой гравитационной силы не будет вообще. Вот что вы почувствовали бы в идеально пустом пространстве. Но в присутствии материи (или энергии) пространство-время искажается геометрически, так что самые прямые из возможных линий в четырех измерениях становятся искаженными. Мы испытываем это искривление в четырех измерениях как изменение ускорения или гравитационную силу между этими объектами. Но почему объекты (и энергия) могут искажать пространство-время, этот вопрос и по сей день остается без ответа.

В других ситуациях, например, с электромагнитной силой, мы имеем дело с полем, которое растягивается через пространство и расширяется со скоростью света из своего источника. Это поле силы заключено в пространстве, подобно краске, заключенной в мазке на вашей стене. Но ОТО говорит, что гравитация совсем не похожа на это. То, что мы называем пространством-временем, является гравитацией само по себе. Гравитация — не краска на поверхности пространства-времени, подобно электромагнитному полю. Чтобы понять, что есть гравитация в полной мере, вам нужно хорошо понять, что такое пространство и время как физические вещи, а не математические абстракции. Эйнштейн оставил две таких вот цитаты:

«Пространство и время являются принципами нашего мышления, а не условий, в которых мы живем».

«Пространство-время не претендует на собственное существование, а только на структурное качество гравитационного поля».

Не все силы одинаковы

ОТО

За последние 100 лет мы научились из многочисленных экспериментов, что гравитация принципиально отличается от других трех сил. Три эти силы, электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие, служат нам для описания природы вещества и его взаимодействия. Это описание называется Стандартной моделью и показывает себя на удивление точной математической моделью, которая способна объяснить самые сложные эксперименты, проводимые в настоящее время на Большом адронном коллайдере в CERN.

Хотя физики пытались описать гравитацию (пространство-время) тем же математическим языком, что используется в Стандартной модели, это привело к массе технических проблем. Не потому, что математики недостаточно изобретательны (в конце концов, в результате этого у нас появилась теория струн и квантовая петлевая гравитация), а потому что все это не дает ни малейшего доказательства того, что гравитация (пространство-время) является того же рода «квантовым полем», что и присущие Стандартной модели. Лауреат Нобелевской премии Фримен Дайсон отмечал, что:

«…теории квантовой гравитации могут быть непроверяемы и научно бессмысленны. Классическая вселенная и квантовая вселенная тогда могли бы сосуществовать тихо и мирно. Не было бы никакого несоответствия между двумя этими картинами. Обе картины вселенной были бы верными и поиск теории объединения оказался бы иллюзорным».

Ричард Фейнман также отметил в 1962 году, что «крайняя слабость квантовых гравитационных эффектов в настоящее время представляет некоторые философские проблемы. Может быть, природа пытается сказать нам что-то новое, может, мы не должны пытаться квантовать гравитацию. Все еще возможно, что квантовая теория не гарантирует нам, что гравитация должна квантоваться».

Сегодня мы знаем о теории струн и других математических моделях пространства-времени и гравитации, но они не отражают картины того, как может выглядеть гравитация или пространство-время. Подобно схематическим диаграммам, используемым для сборки радиоприемников, которые не описывают движение электронов через цепь компонентов, струны и петли просто могут быть нашими математическими инструментами, которые помогают проводить определенные типы вычислений. Они также похожи на символические диаграммы Фейнмана, используемые для описания электромагнитных квантовых взаимодействий. Эти вычисления, впрочем, на практике не необходимы, поскольку в настоящее время нет данных, которые сообщали бы о необходимости «квантовать» гравитацию для объяснения известных наблюдаемых измерений.

Мы можем утверждать, что физика была бы проще, если бы пространство-время квантовалось, но нет никаких свидетельств того, что наша особая тяга к объединению действительно необходима настоящему миру. Природа может быть математически более красивой, если пространство-время будет полем, состоящим из гравитонов или других квантовых элементов, но эти нужды подгоняются математическими интересами, а не очевидными или необходимыми требованиями физики. И все же игра стоит свеч, поскольку ОТО в свои сто лет продолжает задавать нам вопрос, как материя может «генерировать» пространство-время вокруг нас или, наоборот, как пространство-время может генерировать вселенную и ее физическое содержание. В теории Эйнштейна есть решения, в которых пространство-время не содержит материи вообще и, таким образом, вообще не требует его источника. Новейшие теории вообще указывают на то, что информация более фундаментальна, чем само пространство-время.

Все это сводится к одной простой вещи: если мы не знаем, чем является пространство-время с точки зрения физического агента, как мы вообще можем пытаться понять гравитацию или пытаться манипулировать ей искусственно, не говоря уж о создании «варп-двигателей»?

Возможно, когда ОТО исполнится 200, мы все это поймем. Или нет?..

По материалам Стена Оденвальда, астронома Национального аэрокосмического института, Huffington Post.

Поздравим Эйнштейна: 100 лет общей теории относительности

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

60 комментариев

  1. Nikolay-01

    100 летний юбилей, это конечно здорово, но уверен на 100%, что 200 летнего не будет.
    Физическая природа притяжения дана на Сайте Николая Михайлова.
    Там же дано физическое объяснение многим наблюдаемым астрономическим явлениям с точки зрения теории гравитосфер массивных тел.

    • 0.5l

      Николаю наверно скучно на своём сайте)

    • tarkit

      Николай, а вы тут лучше пишите свою точку зрения а не на сайт приглашайте, сделайте себе Никнейм ваше имя настоящее, обсуждайте тут со всеми нами тонкости вашего мышления и вашу точку зрения, а заинтерисовавшиеся вами как интересным собеседником и ученым сами будут ваш сайт в гугле набирать если потребуется.
      а то сейчас вы выглядите как спамер а не как ученый.

      • Nikolay-01

        Да разве с вами можно что-либо обсуждать.
        Вы же будете только грязью поливать все.
        Я тут уже не первый день и всю вашу "кухню" знаю.
        Как только тут кто-то появиться с какой-то новой идеей, которая не соответствует утвержденным теориям, тут же налетают такие как вы борцы с инакомыслием и начинают обливать грязью.

        • VZH

          Николай, а как же нам не спорить если все что вы предлагаете на вашем сайте (дада, я туда ходил и читал) назвать теорией язык не поворачивается. Мой сын, которому 11 лет тоже любит понастроить космологических идей что волосы дыбом встают, но он ребенок, ему можно, он еще не знаком со всем этим диким матаном который стоит за каждой современной теорией, но если вы претендуете на серьезное обсуждение ваших идей, одного описания маловато, нужны формулы по которым можно описать существующие процессы природы. И причем, если верить вашим заявлениям, то ваши формулы (и только формулы)должны полностью описывать практически все наблюдаемые явления. Те формулы что приводите вы жидки и никуда не годятся, уж извините за прямоту.

          • Nikolay-01

            Ну да, нужно что бы было обязательно тензорное исчисление, многомерная топология, что бы падение яблока рассчитывалось по сложным формулам на трех страницах, и что бы теорию понимали бы только несколько человек.

          • Nikolay-01

            Эйнштейн написал только одну формулу:
            E = mc^2
            Остальные формулы ТО написали другие (математики).
            Ньютон не написал даже известной формулы закона притяжения F=GMm/R^2,
            а дал только закон обратных квадратов,
            т.е. F пропорциональна 1/R^2, а сама формула появилась уже потом.
            Так что формулы это не самое главное, главное это понимать физическую природу явления, а формулы напишут математики.

            • VZH

              Нет Николай, нужно чтобы наука обладала предсказательной силой. Т.е. чтобы на основе теории можно было ПОСЧИТАТЬ. Понимать физическую природу явления, особенно когда речь заходит о вещах которые мы не способны наблюдать, не так уж и важно. Важно чтобы мат модель описывала законы природы - это и есть современная наука. В данном случае ваши гравитосферы ничем не лучше одномерных струн. Ни то ни другое ни пощупать и увидеть глазами нам не дано. Это всего лишь модель.

              • Nikolay-01

                Если просто посчитать, то это не фундаментальная наука, а прикладная математика. О том, что теория это формулы, говорят те, кто не понимает физической природы того или иного явления.

            • Higgs Boson

              представляю себе Эйнштейна или Ньютона забегающего на научную конференцию....или вообще в Лондонский паб, где сидят студенты (обсуждая последние научные новости) и раскидывает листовки с описанием всего и вся вопреки научным взглыдам, с криками - почитайте альтернативное мнение....почитайте альтернативное мнение.)))

              • VZH

                Николай, вот вы странный человек! Ну если у вас все так легко и просто получается с гравитосферами, ну посчтитайте вы, черт побери, аномальную прецессию орбиты Меркурия!!! Никаких тензоров, никакого матана. Если ваши результаты совпадут с наблюдениями, я уверен, весь научный мир пожмет вам руку.

        • intel75

          Я тебя ненавижу, сцуко!

        • CSKA

          А ты ученый? Если да и у тебя есть что то революционное, езжай пожалуйста в какие нибудь институты, в какие нибудь исследовательские и научные центры. Нет? А в чем проблема то? А вот так вот, предлагать зайти на свой сайт через ссылку на чужом сайте, глупо и жалко

    • Mr. Clever

      Так оспорь ОТО и получи Нобеля, в чем проблема? Ты же неудачник по жизни и просто шарлатан

    • NEPSTER

      И 100 лет коту под хвост.

    • NEPSTER

      И 100 лет коту под хвост, смс бизнесменам которым выгодно держать всех на проводку.

  2. KOLORADO

    Что такое время господа?

    • tarkit

      придуманная человеком мера исчисленя позволяющая охарактиризовывать происходящие реакции и события

      • KOLORADO

        Да на наш обычный повседневный взгляд так и есть, но ученые считают это четвертым измерением.

        • SpectreForce

          В статье же написано: "пространство и время образуют единую физическую сущность под названием пространство-время". А само слово время это то, что TARKIT сказал.

          • CSKA

            Слово, да

          • Higgs Boson

            на самом деле время-это четвёртое пространственное измерение (в которое расширяется вселенная), которое мы можем ощущать только в качестве времени, чего-то абстрактного. Двухмерные существа, живущие в плоской вселенной, могут ощущать третье измерение как предел своего пространства. Поставьте перегородку-для них тупик, предел. Предел скорости света, время идущее вспять, будущее, сингулярность, бесконечность массы при достижении скорости света, время равно нулю...эффекты всё это четвёртого измерения. Туда и проваливается масса чёрных дыр.

            • SpectreForce

              Наверное и формулы/уравнения есть, чтобы всё это описать и доказать, да?

            • Viamo

              Если время - это четвертое ПРОСТРАНСТВЕННОЕ измерение, то почему прямые причинно-следственные связи наблюдаются только в этом одном направлении? почему остальные "равноценные" направления не обладают теми же характеристиками? Очень интересно! (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

              • Viamo

                Если представить себе комнату в четвертом измерении, то она будет простираться через него без изменений. А если, например, возьмем яблоко, то оно превратится в извивающуюся змею, которая извивается в пределах этой комнаты (если его носить по комнате). Интересен еще тот факт, что четырехмерные предметы не имеют начала и конца именно в четвертом измерении, так как в трехмерном пространстве яблоко не может появиться из ниоткуда и пропасть в никуда. Явно с этим четвертым измерением что-то не так. Оно особо выделено. Может это вовсе не ПРОСТРАНСТВЕННОЕ измерение, а просто ВРЕМЯ? Эйнштейн, Поясни. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • CSKA

            А что им обозначают нет)

    • Аноним

      Мера распада (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  3. Ce3apyc

    Интересно, если бы Эйнштейн сейчас был жив и получил бы нобелевскую, как бы он к этому отнесся?;)

  4. mr Vanya

    Был этот мир глубокой тьмой окутан.
    Да будет свет! И вот явился Ньютон.
    Но Сатана недолго ждал реванша.
    Пришёл Эйнштейн — и стало всё, как раньше.

  5. mr Vanya

    Как-то раз английского астронома Артура Эддингтона спросили:
    — Сэр, правду ли говорят, что вы один из трёх человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна?
    Наступило неловкое молчание — учёный явно затруднялся с ответом. Тогда спрашивающий поспешил исправить положение:
    — Может быть, сэр, я что-то не так сказал? Мне, видимо, сэр, следовало бы догадаться, что вы, сэр, при всей вашей скромности, сочтёте мой вопрос несколько бестактным. В таком случае, сэр, позвольте…
    — Ничего… ничего…— благодушно прервал его Эддингтон.— Просто я задумался, пытаясь вспомнить, кто же этот третий.

  6. Gidan

    «крайняя слабость квантовых гравитационных эффектов в настоящее время представляет некоторые философские проблемы. Может быть, природа пытается сказать нам что-то новое, может, мы не должны пытаться квантовать гравитацию. Все еще возможно, что квантовая теория не гарантирует нам, что гравитация должна квантоваться»
    "Мы можем утверждать, что физика была бы проще, если бы пространство-время квантовалось, но нет никаких свидетельств того, что наша особая тяга к объединению действительно необходима настоящему миру"

    Чувствуете пораженческое настроение наряду с верой в ОТО на уровне веры в бога - то есть даже если мы не найдем гравитационных волн, не будет квантования гравитации и не сможем построить теорию всего - ОТО было, есть и будет всегда.

    • SIR1US

      Естественно ОТО будет всегда. Чтобы мы в будущем открыли/не открыли, явления, описываемые ОТО никуда не денутся. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Nikolay-01

        Физические явления,происходящие в ближнем и дальнем космосе, конечно никуда не денутся. Они были до Теории Относительности и будут после нее, и от ТО они никак не зависят.

        • Viamo

          Николай, объясните пожалуйста, почему во время солнечного затмения Земля не сходит со своей орбиты? Согласно вашим теориям она должна поменять курс, так как области затенения накладываются. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

          • Nikolay-01

            Ваш лечащий психиатр все объяснит.

            • Viamo

              Почему вы мне хамите? Мне действительно стала интересна ваша теория, но только один этот момент в моем понимании никак не стыковался. Теперь я понимаю, почему вас все гонят с этого сайта, вы сами вызываете такое отношение к себе. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

              • Nikolay-01

                Никто вам не хамит.
                Вы писали:
                "Николай, объясните пожалуйста, почему во время солнечного затмения Земля не сходит со своей орбиты? Согласно вашим теориям она должна поменять курс, так как области затенения накладываются."
                Что это за бред? Нормальный человек такое не напишет.

              • SpectreForce

                VIAMO, за что боролись, на то и напоролись. Лучше бы для начала ОТО поинтересовались, тогда и всякие глупости читать перестанете.

                • CSKA

                  SPECTREFORCE, ++++

                • Viamo

                  Не переживайте, и ОТО читал и СТО изучал и много чего другого. Но всегда интересны альтернативные взгляды, так как любая теория далеко не всегда соответствует реальности. Теория - это только модель, математическое описание.
                  Решил дать теориям Николая шанс, он ведь говорит, что никому не интересно. Видимо зря! (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

                  • SpectreForce

                    Ну перечитайте ещё раз, если Вам не понятно, что у Николая написан полнейший бред.
                    Например, в одной из его статей: "Если свет рассматривать как поток частиц (фотонов), то фотоны, имея энергию E, а значит и массу m = E/c^2, будут взаимодействовать с гравитосферой массивного тела, как и любой объект обладающий массой"
                    Николай видимо не читал ОТО и поэтому не знаком с полной формулой, которая выглядит так: E^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2, соответственно, раз масса покоя фотона равна нулю, то энергия фотона будет равна: E = pc, где p - это импульс.

  7. Viamo

    Вы продолжаете мне хамить! Хотя это согласно вашей теории затмение должно изменить курс Земли. Если вам недостает аргументов для объяснения парадокса, остается последний способ защиты, самый низкий. Не хочу вам больше что-либо объяснять, боюсь, вы будете и дальше упорно оскорблять. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.