Spațiu curbat
Imaginați-vă o navă spațială sub forma unui disc rotativ - un fel de farfurie zburătoare. Luați în considerare modul în care ceasul se schimbă în funcție de poziția pe disc. Dacă nava noastră spontană în ansamblu cade în mod liber, atunci ceasul situat în centrul său merge cu o viteză "normală" (adică cu viteza prevăzută de teoria specială a relativității). Cu toate acestea, după cum vedem mai departe, ceasurile identice situate la periferia discului sunt mai lente.
În orice moment arbitrar ceasuri în mișcare rapidă au aceeași viteză ca ceasul identic în cadrul în cădere liberă de referință față de care ceasul în mișcare rapidă este în prezent în repaus. Cadrul rotativ de referință se deplasează cu o viteză relativ wr în cădere liberă sistem de referință asociat cu centrul de rotație al discului, viteza sistemului de rotație este perpendicular pe raza discului. În consecință, viteza ceasului de la marginea discului va fi mai mică decât cea a ceasului identic din centru. Geometria euclidiană nu este aplicabilă pe un disc rotativ: câmpul gravitațional trebuie să distorsioneze spațiul și timpul-spațiu.
Conform principiului relativității, distribuția spațială a masei este legată în mod inextricabil de distribuția spațială a fluxului de impuls. Pentru a descrie distribuția și fluxul de energie și impuls, nu trebuie doar să cunoască densitatea masei și viteza cadrului în cazul în care nu există nici o gravitate la nivel local, dar, de asemenea, să poată să se deplaseze de la acest sistem la alte sisteme de referință, adică. Ie. Necesitatea de a cunoaște potențialul gravitaționale. Dar depind, la rândul lor, după cum vom vedea în curând, pe distribuția și fluxul de energie și impuls. Astfel, în teoria lui Einstein, structura și conținutul spațiului-timp nu pot fi considerate separat, ca în teoria lui Newton.
În teoria generală a relativității, Einstein a postulat că energia și impulsul sunt cantități conservate, ca în teoria lui Newton și în teoria specială a relativității. Aceasta înseamnă că cantitatea de energie conținută într-un volum închis se modifică numai din cauza intrării sau ieșirii de energie. În mod similar, o schimbare a impulsului în interiorul unui volum închis poate fi cauzată numai de un flux de intrare sau de un impuls.
Toate aceste argumente dau o idee despre ce probleme matematice trebuiau rezolvate de Einstein în dezvoltarea unei teorii geometrice auto-consecvente a gravitației. Din fericire, la dispoziția lui Einstein a fost teoria perfectă a suprafețelor și spațiilor curbate, create în secolul al XIX-lea. Carl Friedrich Gauss și Bernhard Riemann. ecuațiile de câmp ale lui Einstein în formă și în fond mult mai complicată decât ecuațiile lui Newton, ci dintr-un punct pur de vedere matematic, ele sunt surprinzător de simplu și elegant, ca cele mai multe exprima pur și simplu o legătură între structura și conținutul spațiu-timp.
Ai crede că teoria lui Einstein considerând zece potențiale gravitaționale și zece ecuații de câmp, de 10 ori mai greu de a utiliza decât teoria lui Newton, limitată la doar un singur potențial, o ecuație. Dar problema nu este în numărul de ecuații, ci în natura lor.
În primul rând, trebuie remarcat faptul că, spre deosebire de ecuația Newtoniană, ecuațiile Einstein sunt neliniare. În teoria lui Newton, potențialul gravitațional asociat unui set de mase punctuale este egal cu suma potențialelor, fiecare dintre acestea datorându-se unei mase separate. Potențialul gravitațional din teoria lui Einstein nu posedă o astfel de proprietate. Nu putem găsi potențialul gravitațional al maselor cu două puncte, cunoscând separat potențialul lor gravitațional. Până în prezent, a fost posibilă obținerea unei soluții exacte a ecuațiilor lui Einstein numai pentru un număr limitat de distribuții de masă, în special simple, dintre care, întâmplător, nu există niciun caz de două mase cu puncte de interacțiune. Nu există dificultăți mai puțin grave care să creeze în practică interconexiunea ecuațiilor câmpului lui Einstein. Această interconectare creează obstacole mult mai dificile decât neliniaritatea.
Cu toate acestea, o astfel de interconectivitate permite problema filosofică veche - disputa dintre Newton și adepții săi, pe de o parte, și Leibniz și empiriștilor engleza (Berkeley, Locke și Hume) - pe de altă parte, natura spațiului și timpului. Newton a susținut că spațiul și timpul sunt absolut, adică există "fără referire la nimic extern". Leibniz și empiriciștii englezi au susținut că spațiul și timpul nu sunt realități independente - doar legătura dintre corpurile fizice și evenimente este reală. Conform teoriei lui Einstein, punctul de vedere al lui Newton este eronat, deoarece structura spațiului-timp este determinată de faptul că el se umple. Dar părerile criticii lui Newton sunt la fel de greșite, deoarece spațiul-timp nu este mai puțin real sau fundamental decât materia și mișcarea (cu alte cuvinte, energia și impulsul). Structura spațiului-timp este determinată de conținutul său nu mai puțin de mișcarea materiei prin structura spațiului-timp. Structura și conținutul sunt componente interdependente și inseparabile ale unei singure realități fizice: spațiu-timp-energie.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: