Общая теория относительности и гравитационные волны - Вебер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Тела могут иметь любой заряд, который мы захотим им сообщить, масса же тела - его неот ьем.темое свойство. IIe существует такой вещи, как тело без массы, тел же без заряда — сколько угодно. Это непосредственно касается первого закона Ныотопа, основы ньютоновской механики, утверждающего, что тело, на которое не действуют силы, движется но прямой линии с постоянной скоростью. Каковы возможности проверить этот закон? Допустим, мы решили осуществить такой эксперимент, наблюдая движение подходящего тела. Чтобы проверить первый закон, необходимо убрать все силы, действующие па тело. Следовательно, прежде всего физик убедится, что тело не подвержено связям, затем, что между телом її окружающей средой пет трения. После этого ой выяснит, что тело лишено заряда, так что электрические силы отсутствуют, и т. д. Таким образом, он может устранить все силы, действующие па тело, или вернее все силы с единственным исключением — гравитацией. Ои ие сможет избавить тело от его массы, ибо ее отделить от тела не легче, чем человека от его собственной тени.
Ньютон думал, что сможет обойти эту трудность, указав, что подвергаемое испытанию тело должно быть достаточно удалено от всех других тел, но это едва ли помогло бы делу. Проблема пе только в том, что в каждой точке должно существовать равномерное прямолинейное движение, предписываемое первым законам Ньютона, по, как теперь стало хорошо известно, Вселенная везде наполнена матерней, так что достаточно изолированной области вообще, нигде не существует. Мы должны, следовательно, заключить, что предложение Ньютона ирреально. Основная предпосылка его заключается 248
Дополнение ИГ. Гюнди
в том, что если тело движется равномерно, то нет оснований искать вызывающие движение силы. Их надо искать только, когда движение тела отклоняется от равномерного. Однако эта аргументация отпадает, если пример Ньютона пе реализуем и не доступен для проверки. Единственный выход заключается в том, чтобы принять за стандарт равномерного движения движение под влиянием гравитационного ноля, другими словами, отвергнуть само понятие гравитации как силы.
Сила есть нечто, заставляющее материю отклоняться от ее равномерного движения, равномерно же движение по инерции под влиянием гравитации. Гравитация и инерция стали сейчас в некотором смысле едины; они образуют рельсы, по которым движется тело в отсутствие сил. Правда, чтобы включить в себя все сложные гравитационные явления, новое понятие ииерциальпої о движения должно быть бесконечно более сложным, чем движение по прямой ліпшії с постоянной скоростью, как в примере Ньютона. Тем не менее, мы достигли гораздо более удовлетворительного положения вещей, ибо теперь должным образом учтен тог факт, что под влиянием гравитации все тела движутся одинаково и осуществимо новое стандартное (ииерциалыюе) движение.
Что остается от гравитационного поля, когда оно рассматривается как исходная точка для определения стандарта пперциоипого движения? Единственное свойство, которое мы можем теперь обнаружить, это его неоднородность, т. е. тот факт, что две соседние частицы падают не точно одинаковым образом, так как гравитационное поле меняется от точки к точке. Изучение относительного ускорения соседних частиц теперь служит для описания гравитационного поля, что и может быть непосредственно осуществлено в релятивистской форме. Более того, форма релятивистской теории гравитации теперь установлена: она должна быть такой, чтобы гравитация позволяла воспроизвести те же эффекты, что и инерция, поскольку они рассматриваются как единое свойство.
Напомним, что при использовании пеиперциальпых систем отсчета в ньютоновской теории появляются фиктивные силы, такие, как, например, центробежная. Отсюда следует, что описание гравитационного поля должно соответствовать сложности движений, обусловленной использованием произвольных систем отсчета и учетом фиктивных сил инерции, при этом Гриаитационные. волны
219
возникающих. Оказывается, что па такой осиопе гравитация описывается симметричным тензором в пространстве -времени, г. е. величиной, имеющей десяті) независимых компонент. На самом деле этот тензор имеет особое значение; по существу оп описывает саму прироту пространства — времени. Пространство, естественно, измеряется при помощи свободно движущихся частиц или световых лучей, которые представляют собой предельную форму свободно движущихся частиц. Следовательно, повое основное инерциалыюе движение служи г для описания самого пространства — времени. Оно измеряется не через понятие прямых линий, проходимых с постоянной скоростью, а в терминах свободного движения материи.
Высказанные положения составляют основу общей теории относительности Эйнштейна, и можно видеть, какой огромной убедительной силой она обладает. Ее основанием является тот факт, что все тела падают одинаково быстро, а также что подверженность воздействию гравитации есті, неотъемлемое свойство материи. Эта теория родилась сразу в рамках понятия пространства—времени и, следовательно, соответствует идеям электромагнетизма п специальной теории относительности; но она, таким образом, является естественным преемником теории Пыотопа. В последней уравнения, определяющие способ, которым материя порождает гравитационное поле, состоят из отеделеппой линейной комбинации относительных ускорений соседних частиц— „лапласиана", приравненного к плотности материи. Подобный путь в общей теории относительности приводит к так называемым уравнениям ноля, в которых вновь используются линейные комбинации коэффициентов, определяющих о тносит ельные ускорения сосе т них частиц, приравненные к величинам, описывающим материальное содержание пространства. Возможно, это не единственный путь, по аргументация настолько убедительна, что трудно сомневаться в бесспорных преимуществах общей теории относительности как релятивистской формулировки гравитации, принимающей, кроме того, по внимание тот факт, что все тела надают одинаково быстро. Волее того, можно без особых трудностей показать, что для медленно движущихся іел общая теория относительности дает почти те же результаты, что и теория Пыотопа; расхождения чрезвычайно малы. Одно из них относится к крайне малому изменению движения планеты Меркурий, где теория Ныотопа пе вполне соответ- 250
