22). Концепция искривленного 4-мерного пространства-времени в общей теории относительности.
- СТО свойства ограничены
- рассматриваются явления в ИСО
1. Эйнштейн создал ОТО в 1907-1915 годах. В основу были положены 2 принципа относительности в любой системе отсчета в независимости от того, является она инерциальной или неинерциальной. Все законы природы имеют одинаковую форму.
2. Принцип эквивалентности. Действие гравитационного поля (в котором проявляется гравитационная масса) эквивалентна ускоренному движению (в котором проявляется инертная масса).
- гравитационная масса Mn
= Mr
Наблюдатель никаким опытом в своей СО (замкнутой кабине) не сможет различить, находится ли он в гравитационном поле, или ускоренно движется.
криволинейная
траектория.
Вывод: тяготение сообщает всем телам и свету одинаковое ускорение => искривляет одинаковым образом все траектории.
Эйнштейн предположил, что геометрия нашего мира не евклидова, а риманова, т.е. 2-мерная среда – Карл Гаусс, Бернхард Риман, Януси Гойяи, Николай Лобачевский.
Прямая (геодезическая) линия – это кратчайшее расстояние между двумя точками.
|
Евклид |
Риман |
Лобачевский |
|
Через точку вне данной прямой можно провести одну прямую, параллельную данной. |
Через точку вне данной прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной. |
Через точку вне данной прямой проходят, по крайней мере, 2 прямые, не пересекающие данную. |
Гравитация теории относительности – это не сила, а проявление искривления 4-мерного пространства-времени. Тела притягиваются друг к другу не потому, что между ними действует сила, а потому, что пространство искривлено.
Все тела в поле тяготения движутся по инерции, т.е. по кратчайшим траекториям (геодезически), но в искривленном пространстве геодезические не прямые, а кривые.
ОТО объясняет наблюдаемое явление иначе, чем теория Ньютона. В теории Ньютона параболическая траектория мяча, брошенного под углом горизонта – это следствие силы тяжести земли, действующей на мяч. В ОТО мяч движется по инерции по кратчайшей траектории, но она не прямая, а кривая, поскольку пространство искривлено массивным телом (Землей). Массивное тело (Солнце) искривляет вокруг себя пространство (время). Планеты движутся по инерции, т.е. по кратчайшим траекториям (геодезически) => в данном случае по эллипсу.
Уравнения ОТО переходят в уравнения теории Ньютона в случае малых скоростей и слабых гравитационных полей.
23).Современная наука о пространстве и времени. Описание пространства и времени в ведущих физических теориях.
Пространство выражает порядок сосуществования отдельных объектов. Время выражает порядок смены явлений. Общие свойства: объективны, всеобщи, зависят друг от друга (неразрывно связаны друг с другом и с движением материй).
Основные свойства пространства и времени: метрические (количество) – время: длительность, однородность; пространство: изотропность, однородность, протяженность; топологические (качество) – время: одномерность, непрерывность, однонаправленность, линейная упорядоченность; пространство – трехмерность, непрерывность.
СТО и ОТО – современные теории метрических свойств пространства и времени.
Последовательная теория топологических свойств пространства и времени еще не построена.
Классика – абсолютная теория относительности времени, неклассика – относительность пространства и времени => все это – характер состояния системы.
Постнеклассика => необратимость между состояниями.
|
Классическая механика Ньютона |
СТО |
ОТО |
|
Пространство и время абсолютны и не зависят ни друг от друга, ни от материальных процессов.
|
Пространство и время неразрывно связаны между собой, но по-прежнему не зависят от материи. |
Пространство и время влияют на все, что происходит во вселенной и сами изменяются под влиянием всего в ней происходящего, геометрии пространства и времени риманова, вселенная имеет начало, а возможно и конец. |
Классическая механика Ньютона и СТО: пространство и время – жесткая арена для событий, на которую все происходящее на ней никак не влияет.