Файл: Бриллюэн, Л. Новый взгляд на теорию относительности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 0
|
О различении систем координат и систем отсчета |
71 |
|
в |
гравитационном поле. Т я ж е л ы е тела, |
наблюдаемые |
|
с |
Земли, находятся в гравитационном |
поле, к |
.дей |
ствию которого добавляются т а к ж е эффекты, связан
ные |
с |
вращением . |
Действие на яблоко .Ньютона или |
|
на |
наш |
снаряд |
равно противодействию, приложен |
|
ному |
к |
Земле . |
|
|
§ |
4. Действие |
и противодействие |
|||
в |
теории относительности |
|
|||
|
В |
классической |
механике .предполагается, что |
||
все |
вышеупомянутые |
воздействия |
распространяются |
||
мгновенно на |
любое |
расстояние. |
.В теории относи |
||
тельности требуется, чтобы скорость передачи взаи модействий была бы меньше или равна скорости света с.
Здесь нам следует быть очень внимательными! Повидимому, разумно предположить, что распростране ние гравитационого поля в вакууме подчиняется некоторому всеобщему универсальному закону. А как следует представлять .себе распространение поля
ускорения, .обусловленного |
вращением-? 5>та п р о б л е м а |
связана" "главным обГразом |
с упругими свойствами |
маховика. Когда мы прикладываем к оси маховика
пару |
сил, желая |
привести его в движение, то эти |
|
силы |
вызывают |
в |
первую очередь упругую деформа |
цию -материала, |
из |
которого сделан маховик. Вначале |
|
эта деформация сконцентрирована в окрестности оси
маховика, а затем |
распространяется |
по направлению |
к его периферии. |
По-видимому, нет |
-никаких разум |
ных оснований или оправдания для того, чтобы счи тать механизм распространения поля ускорения, обус ловленного вращением, универсальным, как в случае гравитационного поля в вакууме. Скоростью этого
процесса является .скорость |
распространения |
упругих |
||
волн, |
которая значительно |
меньше с. Вряд |
ли имеет |
|
смысл |
г о в о р и т ь і О _ . каких-либо |
осях., вращения в ва |
||
кууме. |
Нейтральное космическое |
тело не «чувствует» |
||
72 |
Глава 4 |
|
|
|
|
|
в р а щ е н ия ни Земли, |
ни |
Солнца, ни удаленных |
з в е з д ] ) . |
|||
Планеты не «ощущают» |
вращения Солнца. |
|
|
|||
В |
основу своей |
общей |
теории относительности |
|||
Эйнштейн положил |
принцип |
эквивалентности: |
грави |
|||
тационное поле и поле ускорения, обусловленное |
вра |
|||||
щением системы координат, имеют одну и ту |
ж е |
при |
||||
роду. Это положение, по-видимому, нельзя |
считать |
|||||
обоснованным. М е ж д у |
двумя |
упомянутыми |
явления |
|||
ми есть много общего, но имеются и существенные различия.
Сдвиг, происходящий внутри Земли, вызывает по
явление упругих волн, которые распространяются |
по |
|||||||||||||||
направлению |
к |
поверхности |
планеты |
и |
восприни |
|||||||||||
маются |
нами |
как |
землетрясение. |
Д о |
этого |
момента |
||||||||||
процесс |
сходен с тем, что |
происходит |
при |
приведении |
||||||||||||
в движение |
маховика . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Н о это еще не все. Смещения масс внутри |
|
З е м л и |
||||||||||||||
вызывают т а к ж е |
гравитационные |
волны, |
распростра |
|||||||||||||
няющиеся |
в |
пространстве |
во |
все |
стороны |
от |
|
нашей |
||||||||
планеты. Действие упомянутого возмущения |
|
может |
||||||||||||||
сказаться |
на |
всех |
телах |
и |
планетах, д а ж е |
сильно |
||||||||||
удаленных. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Это |
дальнодействие |
определяется |
некоторой |
|
уни |
|||||||||||
версальной |
постоянной |
(постоянной Н ь ю т о н а ) , |
кото |
|||||||||||||
рая |
не |
играет |
никакой роли во в р а щ а ю щ и х с я |
|
систе |
|||||||||||
мах |
отсчета. Принцип |
эквивалентности — в |
том |
виде, |
||||||||||||
в каком |
он |
был |
сформулирован Эйнштейном |
при |
со |
|||||||||||
здании его теории — не получает поддержки и далее, при обсуждении действительной роли кривизны Все ленной. Поэтому возникает естественный вопрос: дей ствительно ли эквивалентность является фундамен тальным свойством и не представляет ли принцип эквивалентности некоторую экстраполяцию далеко за пределы экспериментальных фактов?
') Сейчас вновь стали рассматриваться старые идеи Маха, касающиеся происхождения понятия массы. Эти идеи все еще очень неясны и не подтверждены экспериментом. Мы оговорили, что тело является- «нейтральным», потому что при вращении за ряженных тел или магнитов возникают дальнодействующие элек тромагнитные поля.
|
О различении |
систем координат и |
систем отсчета |
73 |
||||
Эйнштейн утверждал, что |
скорость |
гравитацион |
||||||
ных |
волн равна скорости света |
с. |
Однако за |
послед |
||||
ние |
50 лет |
этому |
предположению |
не |
было |
найдено |
||
ни |
одного |
экспериментального |
подтверждения. |
Кто |
||||
знает, может быть гравитационное поле распростра
няется со скоростью, значительно меньшей |
с, или |
да |
|||
ж е растекается подобно |
диффузионным или |
тепловым |
|||
потокам (см. гл. 3)! |
|
|
|
|
|
Что касается распространения действия и проти |
|||||
водействия, |
Эйнштейн |
стал на |
п р и н а д л е ж а щ у ю |
Фа- |
|
радею точку |
зрения реального |
существования |
полей. |
||
Поле, распространяющееся через пустое пространство
или через |
вещество, |
состоит из волн, имеющих конеч |
|||
ную |
скорость; |
эти |
'воЛны "можно характеризовать, |
||
кроме полевых |
величин, т а к ж е четырехмерным тензо |
||||
ром |
второго ранга, |
который описывает |
оказываемые |
||
действие |
и противодействие' и передачу их от точки |
||||
к точке. |
Эйнштейн |
по существу установил важность |
|||
равенства |
между этими; локальными |
действиями и |
|||
противодействиями, имеющими своим конечным ре зультатом распространение взаимодействия на неко торое расстояние. В этом смысле, говорит он, третий закон Ньютона полностью соблюдается.
Так ли это? И до каких пор_бу_дут распростра няться:^п6м^нутьТё'^ёи?гвия?"'Не может ж е их рас-
пространеТіи^длить^^неоТГрЕДеленно долго! Мы пред
ставляем себе картину распространения так: волны, испущенные одним материальным телом, прерывают
свой |
путь на других |
телах, о т р а ж а ю т с я |
от них и т . д . |
и т. |
п. — и, наконец, |
все они исчезают |
на бесконечно |
сти. Здесь снова следует поставить вопрос: наличие
каких |
волн |
нужно |
предполагать |
на |
бесконечности? |
В самом деле, на каждой границе, |
д а ж е если она на |
||||
ходится в бесконечности, д о л ж н ы |
быть |
з а д а н ы неко |
|||
торые |
граничные условия. Однако такие граничные |
||||
условия ни |
разу еще |
не были установлены. |
|||
Леви - Чивита [6] и другие авторы выбирают расхо дящиеся волны (отвечающие з а п а з д ы в а ю щ и м потен циалам), которые удаляются от своего источника и уносят связанные с ними нежелательные противодей ствия, Эйнштейн, Инфельд и Гофман [7], наоборот,
74 .Глава А
используют стоячие волны (суперпозицию опережаю
щих и запаздывающих волн), .следовательно, |
вообра |
||
ж а ю т огромное |
зеркало на бесконечности. С т а к о й |
ги |
|
потезой трудно |
согласиться. |
|
|
Данный вопрос следует выяснить до конца |
и |
най |
|
ти такие граничные условия, с которыми согласится всякий физик.
Что можно предположить на этот счет? Проблема поведения гравитационных волн напоминает пробле мы, возникающие при рассмотрении световых тгли кор пускулярных волн. Что жасается света, т о считают, что он исчезает на .бесконечных : расстояниях от источ
ника |
и распространяется |
в виде запаздывающих |
волн |
(см. |
[5], гл. V I ) . Мы не имеем никаких оснований |
счи- |
|
: тать, |
что волны могут |
вернуться из бесконечности. |
|
! Астрономы еще не встречались с чем-то таким, что заставило бы предположить наличие некоего зеркала на бесконечности. Когда речь идет о гравитационных волнах, по-видимому, будет разумным (мы не -гово рим «обоснованным») представить себе аналогичную
ситуацию. |
Тогда |
следовало |
бы |
выбрать решения |
типа тех, которые предложил |
Леви-Чивита, а не те, что |
|||
1 предложены |
Эйнштейном. Далее, |
нам следовало бы |
||
I считать, что силы |
действия |
н противодействия могут |
||
-исчезать на бесконечности. Смысл третьего закона Ньютона, такой ясный в аналитической механике, де лается совсем неясным в теории относительности! Си туация еще более усложняется ввиду нелинейности гравитационных волн; впрочем, на больших расстоя
ниях о т источника |
эти волны |
становятся очень слабы |
|
ми |
и линейность |
постепенно |
восстанавливается. |
|
Вид волновых решений на бесконечности имеет |
||
большое значение для физика |
и для инженера. Имеет |
||
ли |
место распространение гравитационного излучения |
||
вообще? М о ж н о ли надеяться на /использование гра витационных волн Эйнштейна для п е р е д а ч и сигналов?
Какова |
скорость распространения этих волн? Могли |
|
бы эти |
способы лередачи |
информации ^конкурировать |
с передачей 'посредством |
электромагнитных в о л н — |
|
радио |
"(ныне столь перегруженного)? Эти и многие |
|
.другие |
вопросы ж д у т .ответа. |
|