Теперь обсудим вопрос о том, как гравитация влияет на течение времени.

В 1900г. Планк установил связь между энергией фотона ("элементарной частицей света") Е и его частотой v : E = h * _n Но E = m * c², m = E / c² = h * n / c².

Пусть луч света удаляется от Земли. Фотоны по мере удаления от Земли теряют свою кинетическую энергию, т.к. гравитационное поле Земли "тормозит" фотоны. Но скорость движения "с" фотонов измениться не может и согласно формуле Планка, уменьшение энергии уменьшает и частоту луча света. А уменьшение n автоматически означает увеличение периода Т (n =1/T), что эквивалентно замедлению времени.

Свет от источника, расположенного на равнине, придет к космонавту с меньшей частотой, чем свет от такого же источника, находящегося на горе. Космонавт сделает вывод, что в долине время течет медленнее, чем на вершине горы.

Сильные гравитационные поля существенно замедляют время.

Можно представить себе такую аналогию: массивное тело "искривляет" путь - он удлиняется, т.е. требуется больше времени, время замедляется (см. рисунок).

Можно представить себе такую аналогию: массивное тело "искривляет" путь - он удлиняется, т.е. требуется больше времени, время замедляется.

Пульсары - (p = 10 млн тонн/см³) Задержка времени - 10%, а вторая космическая скорость - ~100 000 км/сек. (На Земле вторая космическая скорость - 11 км/сек.) "Черные дыры" - (V₂ = 300 000 км/сек), т.е. световой луч не может покинуть "черную дыру". Задержка времени на черных дырах - 100%, это означает, что течение времени остановилось. Коллапс - за время, меньшее 1/10000 секунды, но время "остановилось" и мгновение превратилось в бесконечность.

Геометрия пространства-времени. Общая теория относительности Эйнштейна

Рассмотрим двумерный мир на плоскости

И вот однажды эти ученые оказались на Земле, на экваторе в точках А и В откуда ученые начали путешествие на север по параллельным дорогам.

Через некоторое время они обнаружили, что S₂ < S₁, и делают вывод: их притягивает друг к другу некая "сила" - "гравитация".

В общей теории относительности все эффекты гравитации приписываются неевклидову характеру геометрии Вселенной - Эйнштейн ввел понятие о четырехмерной геометрии пространства-времени.

"В чем изгибает ся наше реальное пространство?". Понятие кривизны пространства.

Математически понятие кривизны распространяется и на трехмерное пространство.

Возвратимся снова к рассмотрению нашей Вселенной. Если во Вселенной p > p_крит, то из ОТО следует: Пространство нашей Вселенной оказывается конечным, замкнутым. Хотя по-прежнему Вселенная безгранична, но она конечна по объему. Такая модель Вселенной называется закрытой. Если p = p_крит, то геометрия пространства оказывается евклидовой и пространство называют плоским. Оно простирается во все стороны до бесконечности, и объем его бесконечен. Наконец, если p < p_крит, то пространство также неограниченно простирается во все стороны и не замыкается. Его объем бесконечен. Такую модель Вселенной называют открытой.

Горячая Вселенная.

Каков же наш мир? До сих пор точно неизвестна p_крит, а значит будущее Вселенной пока непредсказанно. Но что можно сказать о прошлом нашего мира? Итак, как выглядела Вселенная 13-17 млрд лет назад, когда произошел "Большой Взрыв"? Вся материя Вселенной - в одном "месте", а плотность вещества во Вселенной была примерно такой же, как и плотность атомных ядер. В момент сингулярности произошел гигантский "взрыв" первоначального ядра и Вселенная начала расширяться.

Гамов - теория "горячей" Вселенной: Вещество в начале расширения было очень горячим, т.е. при высоких температурах вещество может существовать только в виде элементарных частиц. В начале расширения Вселенная была заполнена взаимодействующими между собой, непрерывно рождающимися и аннигилирующими релятивисткими (т.е. движущимися с околосветовыми скоростями) элементарными частицами: электронами и позитронами, фотонами, нейтрино и антинейтрино, пионами, нуклонами и антинуклонами, кварками и антикварками и т.д. Значит, от мега-мира мы должны перейти к рассмотрению микромира, мира элементарных частиц.

Зарождение Вселенной.

1. В период времени от 0 до 10^-35 с - раздувающаяся (инфляционная) Вселенная. Т~10²⁷ К, единый тип взаимодействий и новые элементарные частицы - скалярные Х-бозоны.

2. 10^-33с. разделение кварков и лептонов на частицы и античастицы. Дисимметрия между числом частиц и античастиц (антич.<частиц ~10^-10). Таким образом, вещество во Вселенной преобладает над антивеществом.

3. 10^-10c - T=10¹⁵K. Разделение сильного и слабого взаимодействий.

4. 10^-2с - стандартная модель развития Вселенной. Число фотонов=числу позитронов.

5. 1 сек. Т=10¹⁰К. Вселенная остыла. Остались только фотоны (кванты света), нейтрино и антинейтрино, электроны и позитроны и маленькая примесь нуклонов.

Процессы рождения и аннигиляции элементарных частиц.

Например, процессы рождения пар электрон-позитрон при столкновении гамма-квантов и аннигиляции пар электрон-позитрон с превращением в фотоны: -> e⁺ + e^- e⁺ + e^- ->  Для рождения пары электрон-позитрон надо затратить энергию около 1 Мэв, значит, такие процессы могут идти при температуре выше десяти миллиардов градусов (напомним, что температура Солнца около 10⁸ К)

6. 3 мин. Т=10⁹К Нуклоны участвуют в термоядерных реакциях: происходит космологический нуклеосинтез легких элементов (в основном ядра гелия), и, конечно, в наибольшем количестве остается основной элемент Вселенной - водород. Вещество - гелий - 22-28%, остальное - протоны. Основная энергия - в излучении - фотоны - 69%, нейтрино - 31%.

7. Миллион лет спустя Вселенная остывает настолько, что электроны и ядра рекомбинируют, образуя нейтральные атомы водорода, которые составляют 90% всех атомов, гелия -10%. Фотоны (кванты электромагнитного излучения - света) перестают взаимодействовать с веществом и остаются в виде фона - так называемого реликтового излучения. Сейчас его температура - 2.7 К. Реликтовое излучение было экспериментально обнаружено в 1965 г. американскими радиоастрономами А.Пензиасом и Р.Вилсоном.