 |
Отсутствие взаимодействия на расстоянии
|
|
|
|
Отсутствие взаимодействия на расстоянии
Самое замечательное в подходе общей теории относительности к гравитации — это то, что она исключает не дававшую всем покоя концепцию взаимодействия между двумя телами на расстоянии. Все, что имеет массу, искривляет пространство и время вокруг себя. Даже ваше тело создает определенные, хотя и крошечные искажения пространства и времени. Поэтому, если другое тело попадает в искривленную часть пространства и времени, оно испытывает на себе действие гравитации.
Модель с резиновой пленкой довольно удачна, но все же не дает полного представления об этом явлении. Во‑ первых, пространство и время представлены в ней в двухмерном виде, а реальный мир имеет три пространственных измерения и одно временн бе. Кроме того, эта модель не позволяет понять, почему тело (например, знаменитое яблоко Ньютона) начинает двигаться, испытывая на себе гравитационное воздействие другого тела.
Чтобы это объяснить, обычно кладут маленький шарик на край резиновой пленки, который скатывается в образовавшийся прогиб. Но почему шарик начинает двигаться? Что приводит его в движение? Ну, в общем… гравитация. Такое объяснение гравитации через гравитацию является так называемым логическим кругом, при котором утверждение выводится из самого себя, а следовательно, не имеет никакого смысла.
В действительности же все еще удивительнее. Возьмите яблоко и выпустите его из руки. Яблоко притягивается к Земле, а Земля — к яблоку. Однако Земля обладает несравнимо большей массой, поэтому притягивает сильнее. Как только вы отпустите яблоко, оно тут же начнет падать, двигаясь все быстрее и быстрее.
Почему это происходит с точки зрения общей теории относительности? Дело в том, что масса Земли искривляет не просто пространство, а пространство и время. Хотя до этого яблоко было неподвижным в пространстве, оно перемещалось во времени. При искривлении пространства и времени движение во времени частично переносится в другое измерение. Но поскольку у времени существует только одно измерение, значит, движение во времени превращается в движение в пространстве. Яблоко испытывает на себе ускорение и падает на землю из‑ за искривления времени. От подобных объяснений голова идет кругом, но это действительно так.
|
|
|
Замедлите свои часы
Вы, должно быть, подумали, что если тело теряет часть своего движения во времени, то время в гравитационном поле течет медленнее. Вы правы. Спутники системы ОР8 постоянно сверяют время с очень точными часами на Земле. Эта корректировка необходима из‑ за временных смещений, вызванных следствиями другой великой теории Эйнштейна — специальной теории относительности. В соответствии с ней время в движущемся объекте течет медленнее. Поэтому часы на спутниках должны слегка запаздывать по сравнению с часами, находящимися на Земле. Но, помимо этого, спутники испытывают на себе меньшее гравитационное воздействие, так как находятся достаточно далеко от Земли. Если сложить оба фактора, то оказывается, что часы на них в общем итоге идут быстрее, чем на Земле. Именно это забегание вперед и приходится корректировать, чтобы обеспечить точность работы системы ОР8.
Эксперимент с принципом эквивалентности
Возьмите наполненный гелием воздушный шарик на ниточке и сядьте с ним в машину (за рулем, естественно, должен быть кто‑ то другой). Держите шарик так, чтобы он находился примерно в центре машины и не касался потолка. Попросите водителя затормозить (там, где это никому не создаст помех). Торможение должно быть не резким, но достаточно активным и длиться несколько секунд. Как поведет себя шарик?
|
|
|
Здравый смысл подсказывает, что при торможении шарик должен отклониться вперед. Ход рассуждений при этом может быть приблизительно таким: когда водитель нажимает на тормоза, автомобиль замедляется, то есть испытывает отрицательное ускорение. Но это ускорение не передается шарику, и он по инерции должен продолжать двигаться вперед. Таково следствие первого закона Ньютона, который гласит, что тело будет продолжать двигаться в прежнем направлении до тех пор, пока к нему не будет приложена некая сила.
Но на деле происходит совершенно иное. Чтобы это понять, необходимо воспользоваться эйнштейновским принципом эквивалентности. При торможении автомобиль ускоряется в заднем направлении. Поскольку ускорение и гравитация эквивалентны, это означает, что создается гравитационная сила, направленная вперед. (Вспомните пример с ракетой, с которого начиналась глава. Если ракета летит с ускорением вверх, то создается гравитация, направленная вниз. ) Таким образом, когда автомобиль тормозит, ваше тело отклоняется вперед за счет «гравитации», созданной ускорением.
А теперь подумайте, как ведет себя шарик с гелием, когда он испытывает на себе нормальное гравитационное воздействие, направленное вниз. Он стремится вверх, то есть в направлении, прямо противоположном гравитации, поскольку он легче воздуха и на него действует выталкивающая сила. Это значит, что если гравитационная сила, созданная ускорением автомобиля, направлена вперед, то шарик будет отклоняться в противоположном направлении, то есть назад. Именно это и происходит в действительности.
|
|
|
