Пространство-время, геометрия, космология. - Бёрке У.
Пространство-время, геометрия, космология.
Автор: Бёрке У.Издательство: М.: Мир
Год издания: 1985
Страницы: 416
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139
Скачать:
Spacetime9 Geometry, Cosmology
WILLIAM L. BURKE
University of California, Santa Cruz
University Science Books Mill Valley, California, 1980 ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ,
ГЕОМЕТРИЯ, КОСМОЛОГИЯ
Перевод с английского кандидатов физ.-мат. наук Ю. В. Граца, В. И. Хлебникова и 3. А. Штейнграда под редакцией д-ра физ.-мат. наук Д. В. ГАЛЬЦОВА
УБёрке
Москва «Мир» 1985 ББК 22.313 Б48
УДК 530.1:531.51 + 523.12
Б48
Бёрке У.
Пространство-время, геометрия, космология. Пер. с англ. — M.: Мир, 1985. — 416 с., ил.
Написанное ученым из США учебное пособие по специальной и обшей теории относительности, которое может служить элементарным и вместе с тем современным введением в теорию гравитации и космологию. Большое внимание уделяется геометрическим аслехтам теории, широко используется современная дифференциальная геометрия.
Рассчитана на студентов физических и математических факультетов, преподавателей физики, а также читателей-неспециалистов, интересующихся современными проблемами обшей теории относительности и космологии.
1704020000—204
Б
59—85, ч. 1
ББК 22.313 530.1
041(01)-85
Редакция литературы по физике
Copyright © 1980 by University Science Books © Перевод на русский язык, «Мир», 198S Предисловие редактора перевода
Книга профессора Калифорнийского университета У. Бёрке написана на основе курса лекций для студентов, намеревающихся специализироваться в области космологии. В последнее время интерес к космологическим проблемам чрезвычайно возрос, и появление учебного пособия такой направленности закономерно и полезно. Книга содержит доступное младшекурсникам изложение основ специальной и общей теории относительности и элементарное введение в современную теорию строения Вселенной. По уровню сложности она находится примерно посередине между курсами общей и теоретической физики, принятыми в наших университетах. Описательному материалу отводится подчиненная роль. Основную свою задачу автор видит в физическом обосновании и более глубоком осмыслении геометрических структур, составляющих основу наших представлений о пространстве-времени.
В отличие от большинства учебников такого уровня изложение в книге Бёрке, оставаясь элементарным, ведется на современном языке дифференциальной геометрии. Автору удалось найти удачный компромисс между степенью абстрактности применяемых математических средств и конкретным физическим содержанием. В книге много интересных и неожиданных примеров, выявляющих существо таких понятий, как метрика, системы отсчета, собственное время и т. д. Так, смысл метрики искривленного пространства-времени поясняется на основе анализа распространения волновых пакетов на поверхности воды: метрический тензор связывается с законом дисперсии выделенного типа волн. В этой «теории относительности для волн на воде» ход часов задается колебаниями поверхности жидкости, световые сигналы изображаются пакетами волн ряби, имеющих другой закон дисперсии. Эту задачу, кстати, читателю будет полезно вспомнить и при изучении квантовой механики.
В название книги не случайно включено слово «геометрия». Довольно много места в ней уделено линейным пространствам, отображениям, дифференциальной геометрии многообразий. Автор пользуется языком линейных форм, безындексны- 6
Предисловие редактора перевода
ми обозначениями для векторов и тензоров. Это не дань моде, а путь к более глубокому раскрытию геометрического смысла тензорных величин. Усвоению такого языка помогают многочисленные графические иллюстрации и физические примеры. Для дальнейшего изучения методов дифференциальной геометрии многообразий в общей теории относительности читателю можно рекомендовать книгу Хокинга и Эллиса [1].
Стремление к большей наглядности характеризует и основную часть книги, посвященную космологии. Обсуждая геометрию однородных изотропных пространств, Бёрке апеллирует к «четырехмерному» пространственному воображению, используя в качестве четвертой координаты цвет. Здесь довольно много описательного материала, однако, предостерегая от опасности сбиться на тон бездоказательных общих рассуждений, автор основное внимание уделяет математическим аспектам теории. Разумеется, эта часть книги может служить лишь начальным введением в космологию. Читателю, желающему продолжить изучение предмета, можно рекомендовать, помимо книг, указанных автором, книги Зельдовича и Новикова [2] и Пиблса [3].
Следует иметь в виду, что многие «старые» загадки космологии, о которых говорится в тексте, — проблема скрытой массы, проблема однородности (горизонта), трактовка сингулярности, физика «очень ранней» Вселенной — получили новое освещение в самые последние годы, что не могло найти отражения в книге Бёрке. Характерно, что это продвижение было связано не столько с накоплением и уточнением данных астрономических наблюдений, сколько с успехами теории элементарных частиц и развитием теории гравитации.
Большие усилия прилагаются сейчас в направлении создания последовательной квантовой теории гравитации. И хотя в окончательном виде такая теория еще не сформулирована, по-видимому, уже сейчас многие элементы ее понимаются правильно. Теоретики научились рассчитывать квантовые поправки к уравнениям Эйнштейна [4 — 6]. Было показано, что одним из решений вакуумных уравнений Эйнштейна с учетом квантовых поправок является несингулярное пространство де Ситтера [7]. Все большую популярность завоевывает точка зрения, что деситтеровская Вселенная предшествовала фридма-новской и переходила в последнюю в процессе эволюции. Оказалось, что такое представление хорошо согласуется и с новыми идеями, возникшими в теории элементарных частиц.
