Файл: Бриллюэн, Л. Новый взгляд на теорию относительности.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 84

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Замечания и предлоокения

133

Б р и д ж м е н очень ясно рассматривает

проблемы,

связанные с установкой и синхронизацией

часов. И м е я

в виду глубокий критический анализ Рейхенбаха [8],, интересно отметить, как Б р и д ж м е н з а щ и щ а е т старый , простой метод размещения часов путем транспорта- ! ровки этих часов из одного места в другое. Он пока­ зывает, как можно корректно определить этот метод,

чтобы он был в полном

согласии - с

рассуждениями

Эйнштейна

и

Рейхенбаха .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратим

 

т а к ж е внимание

на

ту

 

осторожность, с

которой

Б р и д ж м е н

говорит

о

галилеевых

системах

отсчета

([7], стр. 78—79) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Галилеева

система отсчета

представляет

со- /

бой жесткий физический каркас, с которым

мож-1

но связать координатную систему.... Составные ча- '

сти

каркаса не

подвержены

внутренним напряже ­

ниям... . Если он связывается с частицей

(находя­

щейся

в

его н а ч а л е ) ,

то

должна

 

быть

в

наличии

некоторая

масса, и г р а ю щ а я

 

роль

начала

карка ­

са... . Допустим, мы хотим использовать этот кар­

кас в качестве системы точек приложения

различ­

ных сил,

которыми мы

намереваемся действовать

на различные частицы с целью сообщить

им

ка­

кое-либо заданное состояние движения;

тогда, \

очевидно,

мы долоісны

сделать

каркас

жестким

и \

массивным.

Слово

«массивный»

означает: во

мно- '

го

раз

тяжелее,

чем

л ю б а я

из

частиц,

которые

могут

вступать

 

во взаимодействие

с

Землей,

,с точностью до

небольших

поправок».

 

 

 

 

Утверждение Б р и д ж м е н а полностью согласуется с

точкой

зрения, изложенной

в

гл.

4 данной

книги.

 

В брошюре Б р и д ж м е н а много ярких мест; к а ж д ы й физик получит большое наслаждение, читая ее и раз ­

бирая

предложения

автора. И з

числа многих

блестя­

щих

идей

отметим

одну,

очень

з а б а в н у ю (стр.

159,

160).

Б р и д ж м е н сравнивает электродинамику

с

ее

константой

с — скоростью

света

и классическую

ме­

ханику «свободных» движущихся материальных точек, которые относительно некоторой галилеевой системы отсчета имеют данную постоянную скорость ѵ в любой

134 Глава 8

момент времени. М е ж д у ними имеет место поразитель­ ная аналогия! Он интересуется, могло бы ли это сход­

ство быть глубоким, можно

ли для инертных

масс

найти

уравнения,

подобные

уравнениям

электромаг­

нитного

поля.

Он допускает

возможность

того,

что

есть ряд физических эффектов, которые до сих пор не поддавались обнаружению . Д л я описания электро­ магнитного поля требуется наличие двух векторов Е и Н; если предположить, что инерциальный вектор Е

соответствует гравитации,

то

какое

значение д о л ж н о

было бы иметь

инерциальное

поле

Н?

Б р и д ж м е н

не вдается

в подробности; однако, не­

смотря на его общеизвестную осторожность, он не боится высказывать подобную фантастическую гипо­ тезу. Эта гипотеза з а с л у ж и в а е т внимательного изуче­ ния. Сказанное здесь может служить введением в ис­ следования Карстуа, изложенные в следующем пара­ графе.

§ 4. Гравитационные

волны

 

и предположения

Карстуа

 

Карстуа [9] исходит из анализа

Бриллгоэна и Л ю к а

[10], который был изложен в гл.

7. Мы подчеркивали

поразительную аналогию между электростатикой и уравнениями, описывающими статическое гравита­ ционное поле F (гравистатика) . С целью рассмотре­

ния нестатических проблем

Карстуа

вводит

второе

гравитационное

поле, называемое

гравитационным

вихрем й ; предполагается,

что между

этими

двумя

полями устанавливается связь с помощью уравнений,,

подобных

уравнениям

М а к с в е л л а , и они распростра ­

няются со

скоростью

света с.

Как известно, уравнения М а к с в е л л а содержат две константы: диэлектрическую постоянную е и магнит­

ную восприимчивость \і, связанные

соотношением

0 ^ = 1 ,

(8.1)

из которого можно определить скорость с распростра­ нения воян.

Замечания и предложения-

135

По аналогии Карстуа вводит две гравитационные

константы е# и

\ія. Д л я

еЙ берется то ж е

значение, что

и в уравнении

(7.1):

 

 

 

 

 

(8-2)

где G— ньютоновская

гравитационная

постоянная,

Отсюда вытекает, что следует взять

 

 

 

 

(8-3)

чтобы выполнялось соотношение (8.1). Фактически Карстуа использует другую систему единиц, что при­

водит к замене G на 4лу; кроме того, наше

гравита­

ционное поле F он обозначает посредством

G. З а п и ­

сывая уравнения М а к с в е л л а

д л я

гравитации,

Карстуа

получает

систему

 

 

 

 

 

 

, с

діі

, П

1

ÔF

G .

)

 

VF = - G 9 g ,

VQ = 0,

 

 

J

 

где pg — плотность

массы,

3g — гравитационный

ток,

ß — г р а в и т а ц и о н н ы й

вихрь.

 

 

 

 

 

Затем Карстуа рассматривает возможную роль

гравитационного вихря в проблеме устойчивости

вра­

щ а ю щ и х с я масс и обсуждает ряд проблем

космого­

нии.

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим снова нелинейную задачу, обсуждав ­ шуюся в гл. 7; мы обнаруживаем, что уравнение рас­ пространения волн имеет аналогичные особенности.

Плотность энергии поля состоит

из двух

слагаемых,

одно

из

которых

пропорционально

| F | 2

[ср. с

форму­

лой

(7.10)], а

д р у г о е — 1 ^ | 2 - Плотности

энергии отве­

чает

плотность

дополнительных

масс,

т. е. дополни­

тельное

слагаемое

 

 

 

 

 

 

и мы, таким образом, приходим

к

нелинейным

урав ­

нениям

распространения гравитации. Как отмечалось

в гл. 7,

слагаемое р д о п всегда

описывает

отрицатель­

ную

плотность

м а с с Развитие

теории Карстуа

откры­

вает

широкое

поле д л я дальнейших

исследований.. Что

135

Глава 8

такое гравитационный вихрь и какую роль он может играть? Как и при каких обстоятельствах его можно наблюдать? Здесь мы отметим только, что эта новая линия исследования, возможно, не очень далека от описания с помощью уравнений Эйнштейна для рас ­ пространения гравитации, так как некоторым авторам уже удалось привести уравнения Эйнштейна к виду, подобному формулам (8.4). Читателя, ж е л а ю щ е г о по­ знакомиться с дальнейшим развитием теории, мы отсылаем к работам Карстуа .

Укажем теперь, что подобие гравитационных урав­ нений Карстуа и уравнений электродинамики Макс ­ велла приводит к ряду любопытных предсказаний: волны обоих типов поперечны и распространяются с одной и той ж е скоростью с; это обстоятельство д о л ж ­ но способствовать сильному взаимодействию, если оно вообще возможно; однако возможность взаимодей­ ствия немедленно становится ясной из следующих рассуждений. Плотность энергии электромагнитного поля, согласно классической формуле, равна

 

цН 2

 

(8-6)

 

8л — Рэм, д о п с F

где Е и H обозначают соответственно электрическое и

магнитное поля. Эта

плотность

электромагнитной

энергии | Г а м отвечает

положительной

плотности

мас­

сы рзм.доп, которую следует добавить к отрицательной плотности рдоп (8.5), а это суммарное распределение масс при любом типе электромагнитного поля поро­ ждает новое гравитационное поле. Таким образом, мы

получили очень ясное указание на простую связь

меж­

ду электромагнетизмом

и гравитацией; эта проблема

остается открытой для

дальнейшего

и с с л е д о в а н и я 1 ) .

') Идея «максвеллизации» уравнений поля гравитации очень

стара. Первым ею занимался сам Максвелл

[Максвелл

Д.

К.,

Избр. соч. по теории электромагнитного поля,

М., 1954]. При

раз­

витии такой теории его озадачила определенно отрицательная энергия поля, почему он и прекратил ею заниматься далее. Мож­ но указать более десятка работ в этом направлении и среди них за последние годы: Петров А. 3., ДАН, 190, 305 (1970); Dehnen, Ann. der Phys., 7, В. 13, H. 3—4 (1964); Burghardt R., Acta Phys. Austr., 32, 272—281 (1970). — Прим. ред.

 

 

 

 

Замечания

и предложения

137

У же после написания рассмотренных здесь работ

Карстуа

о б н а р у ж и л

у Хевисайда

[11] весьма

необы­

чное

замечание, в котором он предлагает описы­

вать

гравитацию

посредством

системы

уравнений,

очень

похожих на

уравнения

электродинамики

Мак­

свелла

и

на формулы

Карстуа .

Хевмсайд

показывает,

что в эти уравнения должно входить второе поле, по­

добное

магнитному

полю; это не что иное,

как вихрь

Карстуа

й . К а ж е т с я

странным, что т а к а я

в а ж н а я ра­

бота осталась незамеченной на протяжении многих лет; однако читателю следует вспомнить, что Хевисайд был непризнанным гениальным физиком, покинутым всеми, кроме немногих преданных друзей.

§ 5. Требуется гразер!

Мы подходим к концу нашего очерка. После об­ суждения многих проблем, как теоретических, так и экспериментальных, мы приходим к следующему вы­ воду: то, чего не мог совершить гений Эйнштейна, вряд ли сможет достичь кто-либо из современных уче­ ных, д а ж е столь ж е гениальный. С начала этого века мы накопили огромное количество знаний; многие из наших открытий имели экспериментальную почву, а теория может развиваться только на прочной основе эмпирических данных. Когда мы рассматриваем гра­

витацию, ее природу и ее распространение, мы

д о л ж ­

ны честно признать, что прогресс

в этой области

почти

отсутствовал. Мы знаем сейчас

не намного

больше,

чем сто лет н а з а д , «потому что

измеряемые

эффекты

крайне незначительны». Поскольку мы не можем из­ менить их порядок величины, то единственное, что мы

можем сделать, — это изменить

нашу

эксперименталь­

ную

методику.

 

 

 

 

 

Радиотехника находилась на мертвой точке до тех

пор, пока

Д е

Форест не изобрел

усилительную лампу;

развитие

оптики

происходило

медленно

до тех

пор,

пока

Т а у н с 1 )

не

изобрел мазеры

и

Кастлер

не

') Точнее, А. М. Прохоров, Н. Г. Басов и Ч. Таунс, получив­ шие втроем за это открытие Нобелевскую премию. — Прим. ред.

Смотрите также файлы