Полная версия


Теория гравитации Эйнштейна

Астрономия для любителей Квантовая физика и Вселенная Теория гравитации Эйнштейна

Теория гравитации Эйнштейна

Гравитации появилась как наука о притяжении тел. До первой половины 20 века все теория гравитации опиралась лишь на законы Ньютона. Иногда ее так и называют – Ньютоновская гравитация. На момент начала 20 века накопилось не мало экспериментальных и теоретических фактов, свидетельствующих о неточности гравитации Ньютона.

К экспериментальным фактам относится например сдвиг перегелия орбиты Меркурия. Известно, что орбита вращения Меркурия вокруг солнца представляет собой эллипс, ближайшую к солнцу точку которого называется перегелий. Это эллипс не стоит на месте, а медленно поворачивается, изменяя тем самым положение перегелия. Как обнаружили в началу 20 века эксперименты - перегелий движется быстрее, чем предсказывают законы Ньютона.

К теоретическим неточностям можно отнести следующий факт. Как известно, хорошей инерциальной системой отсчета является свободно падающий лифт. Все процессы во всех свободно падающих лифтах идут одинаково. Однако представим себе два падающих лифта. Один, например в африке, п другой в южной америке. Лба лифта будут инерциальными системами отсчета, однако относительно друг друга они будут двигаться с ускорением. Этот факт противоречит первому закону Ньютона.

Кроме того, теория гравитации Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой: она действует мгновенно на любом расстоянии. Этот мгновенный характер действия несовместим с специальной теорией относительности. В этой теории никакая информация не может распространиться быстрее скорости света в вакууме.

В 1920х годах Эйнштей предложил совершенно новую теорию гравитации. В рамках этой теории постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии.

Сделаем небольшое отступление. Согласно теории Эйншейна масса и энергия представляют собой один и тот-же параметр тела. Связь между массой и энергией дает простой формулой E = m c^2. Как известно из СТО (здесь ссылка) масса тела увеличивается, если ему сообщают кинетическую энергию. Эффект становится заметен, если скорость тела приближается к скорость света. Аналогичный эффект будет, например, при нагревании тела. Однако из-за большого параметра с = 300000 км/с заметить такой эффект довольно трудно. При дальнейшем описании мы постараемся избежать сходным математических формулировок.

Итак, описание гравитационного взаимодействия между телами можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Естественно предположить, что тела двигаются по инерции, то есть так, что их ускорение в собственной системе отсчета равно нулю. Траектории тел тогда будут так называемые геодезические линии. Точное определение геодезической линии довольно сложное. Скажем лишь что для плоского пространства, геодезическая линия это просто прямая. Геодезическая линия, например, для земли в солнечной системе представляет собой эллипс – это и есть земная орбита.

Попытаемся наглядно описать механизм взаимодействия двух массивных тел. Легче всего это сделать в двумерном случае (а не в 4 мерным, как на самом деле). В качестве массивных тел будем представлять собой тяжелые шарики, а в качестве пространства, которое искривляется, если в него помещают массивные тела можно взять мягкий резиновый коврик. Напомним, что это только модель для наглядного представления Эйнштейновской гравитации. Поместим шарик на коврик, под весом этого шарика коврик немного прогнется. Образовавшаяся ямка является моделью искривленного пространства. Если рядом поместить второй шарик то он как-бы начнем притягиваться к первому за счет того, что первый находится как-бы в ямке. Арсенал астронома

Аналогичный эффект можно наблюдать непосредственно, если запустить два шарика параллельно друг другу по резиновой мембране, на которую в центр положен массивный предмет. Шарики разойдутся: тот, который был ближе к предмету, продавливающему мембрану, будет стремиться к центру сильнее, чем более удалённый шарик. Это расхождение обусловлено кривизной мембраны.

Теория Эйнштейна не дает ответ на то, почему массивные тела искривляют пространство. А также почему тела движется именно по геодезическим линиями. Все это является лишь предположением, и как говорится в самой теории все это свойства самого пространства в котором мы живем. Однако уравнения теории гравитации Эйнштейна дают, на сегодняшний момент, самую точную картину движения объектов во вселенной.

Полезно привести уравнение гравитации Эйнштейна.
Теория относительности
Справа В этом уравнении стоит так называемый тензор энергии-импульса. Именно он описываем массу и энергию вещества в данной точке пространства. Слева стоит два слагаемых, первое это тензор Эйнштейна – величина описывающая кривизна пространства. Таким образом, это уравнение и дает связь между, массой тел в пространстве и кривизной этого самого пространства.

В левой части уравнения находится еще один член – это так называемый лямда член. Именно этот член вызывает самые большие споры ученых. Исторические факты говорят о том, что Эйнштейн приписал этот член в уравнение в последний момент – когда все расчеты уже были произведены, и совершенно неизвестны причины почему этот этот член должен быть добавлен в уравнение. Дело в том что этот член, по смыслу, отвечает за свойство самого пространства. А именно за то, что пространства, независимо от помещенных в него тел, будет ускоренно расширяться. Ускорение, с которым расширяется пространство очень мало, и померить экспериментально его черезвычайно трудно.

В настоящий момент существует множество решений уравнения Эйнштейна как в предположении наличия лямда члена так и при его отсутствии. Последние экспериментальные данные говорят о том, что существование лямла члена весьма вероятно.

Теория гравитации Эйнштейна дала большой вклад в физику 20 века. Именно благодаря решениям уравнений Эйнштейна были описаны такие объекты как черные дыры, уточнено движение планет, звезд и целый галактик. Современная теория развития вселенной опирается именно на это уравнение.

Автор статьи: Михаил Карневский

Теория относительности  <-- *       * -->  Механика Ньютона

георг 26.12.2016 18:44
Мирзанур. И сказал бог: «Да будет твердь!»И грянул взрыв, и посыпались электроны, протоны,позитроны и прочие нуклоны.Но дьявол сказал: «А мы подправим!» - и выпустил бозонХигса. И никто из них не заметил, что обиделся Хронос, и закрылся. И теперь был
ли взрыв, и вообще было ли «теперь»?
георг 25.12.2016 17:13
Скучающая пенсионерка! Однако мне понравилось; думаю правильно мыслит.
Ясный 19.07.2016 00:28
Возможно за воздействие гравитационных сил мы принимаем "течения" в физическом вакууме, вызванные выравниванием перепадов в его энергетических уровнях. Элементарная частица, а так же система элементарных частиц (атом, молекула, звезда, галактика...) поляризует окружающий физический вакуум, понижая его энергетический уровень. Возникает движение более плотных энергетических слоев физического вакуума по направлению к  объекту обладающему массой (энергией поляризации). Это "течение" способствует конденсации вещества и влечёт материальные объекты друг к другу (Эффект Казимира). Вращающийся объект (гироскоп) создает локальное завихрение окружающего его физического вакуума (воронку) и формирует своё "гравитационное" поле, противодействующее направлению  "течения" окружающего физического вакуума.
Дальнодействие и "мгновенность" распространения  "гравитации" можно объяснить тем, что в микромире понятие координат и трассы движения частиц не определены в силу закона вероятности. Так же присутствует туннельный эффект и квантовая запутанность частиц. Так что понятие Пространства в микромире требует осмысления.  В локальной области микромира могут одновременно взаимодействовать частицы, находящиеся в Макромире на разных концах Вселенной.
Ясный 19.07.2016 00:00
Возможно за гравитацию мы принимаем "течения" в физическом вакууме, вызванные выравниванием перепадов в его энергетических уровнях. Элементарная частица, а так же система элементарных частиц (атом, молекула, звезда, галактика...) поляризует окружающий физический вакуум, понижая его энергетический уровень. Возникает движение более плотных энергетических слоев физического вакуума по направлению к  объекту обладающему массой (энергией поляризации). Это "течение" способствует конденсации вещества и влечёт материальные объекты друг к другу (Эффект Казимира). Вращающийся объект (гироскоп) создает локальное завихрение окружающего его физического вакуума (воронку) и формирует своё гравитационное поле, противодействующее направлению  "течения" окружающего физического вакуума.
Мирзанур 01.07.2016 20:28
Прочитал я тоерию Эйнштейна и некоторые комментарии к нему и пришёл к общему выводу о том,что все учёные приходят в заблуждение из-за привязки своего аналитического мышления к Земным условиям.А на самом деле закон космической физики "ПРОТЕКЦИЯ СИХРОННОСТИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ" во время жизни и деятельности Звезды формирует вокруг себя ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ и ГРАВИТАЦИОННЫЕ диски на основе поляризованных элементарных частиц(нейтронов,протонов и электронов совместно с протонами).Следовательно и космические объекты,находящиеся в зоне влияния энергетического и гравитационного дисков,обладающие своей энергетической оболочкой взаимодействуются в этой среде до равновесного значения.В корне неправильно представляют себе многие и не знают истину о чёрных дырах,как (на самом деле) реального космического объекта и его истории формирования.Это тоже приводит к заблуждениям.Из-за того,что не представляют себе энергетический и гравитационный диски свитила,не могут точно обосновать движение планет,звёзд и галактик.Также не могут объяснить,почему и по какому закону галактика Андрамеда идёт на катастрофическое слияние с галактикой Млечный Путь.Я очень сожалею в том,что современная теория развития вселенной опирается на теорию гравитации Эйнштейна и на его уравнение. 
Александр 13.06.2015 05:35
В 1896 году ЭрнстМах предложил гипотезу природы массы. Мах был на правильном пути, но он не смог
на экспериментальных фактах доказать свою правоту. Согласно принципу Маха
свойство массы материального тела обусловлено гравитационным воздействием
внешних гравитационных масс. В этот период объявился величайший «алхимик» ХХ
века Эйнштейн со своей теорией относительности (ТО), кривизной пространства, которая в течении 100
лет  является для многих физиков-теоретиков
"философским камнем" в поисках общей теории потенциальных полей,
разгадки природы массы и гравитации. Заблуждение Эйнштейна в том, что, создавая
ТО, исходил из существования принципа эквивалентности гравитационной и
инерционной массы и сил инерции  и
гравитации. Равенство сущностей тяжести и инерции должно бы насторожить
физиков, что природа этих сущностей, возможно, одна и та же. В. Ганкин В.,
используя законы электродинамики, утверждает, что силы инерции и инерционной
массы в природе не существует
vladimirphizik 12.08.2014 10:59 Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5
Доказано, что гравитация имеет электромагнитную природу 
георгий 29.04.2013 12:17 Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3
очень мало сказано...желательно дописать
Алена Бест 14.03.2012 17:42
Я вообще ничего не поняла(
скучающая пенсионерка 08.02.2011 14:52 Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2Рейтинг: 2
всётаки не понятно что создаёт гравитвционную силу непосредственно сам материальный объект или порождённое им искривлённое пространство. Если сам объект, то при чём тут кривизна пространства? А если кривое пространство, то может ли быть кривое пространство без материального объекта, и куда тогда должен покатиться шарик. В вашем примере шарик катиться к шарику не столько за счёт коврика сколько за счёт силы тяжести. Не будь её шарик никуда бы не покатился не смотря ни на какую кривизну. Представьте просто кривую поверхность в невесомости, как пример просто искривлённого пространства. Куда по ней должен покатиться шарик? Где верх и где низ в такой задаче? Кажется есть ещё что - то очень важное, может быть главное, что ускользает по крайней мере от меня глупой. И как получаетса сила из кривой пустоты?