Всемирное тяготение - Богородский А.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Если будет доказана невозможность построить правильный тензор энергии-импульса поля гравитации, то придется признать, что в рамках ОТО поле не является видом Материи, поскольку оно не имеет основных физических свойств, присущих известным формам Материи. В этом случае гравитационному полю следует приписать чисто геометрическую природу, отождествив его с метрикой прост-ранственно-временного континуума. Придется также изменить представление о природе гравитационных волн. Последние придется рассматривать как волнообразное возмущение метрики, распространяющееся с конечной скоростью, но не связанное с переносом энергии и количества движения. Такая точка зрения очень четко и последовательно развивается М. Ф. Широковым [1 ].
Геометрическое истолкование гравитации представляется в ОТО вполне естественным, хотя и отличается от обычного изложения, в котором гравитационные волны связываются с переносом энергии.
Рассмотрим гравитационную волну, распространяющуюся в континууме Минковского. Пробная частица, двигавшаяся до того равномерно и прямолинейно, под действием волны будет испытывать ускорение, которое с точки зрения СТО можно истолковать как увеличение ее энергии. На самом же деле мировой траекторией частицы, как и прежде, остается геодезическая линия пространственно-временного континуума, но метрика последнего отличается от метрики Минковского. С точки зрения ОТО, представление о силе, обусловленной гравитационной волной и вызвавшей увеличение кинетической энергии пробной частицы, условно: оно возникает в результате применения метрики СТО, тогда как в действительности при прохождении волны метрика пространства-времени отличается от континуума Минковского. После прохождения волны, когда метрика СТО восстановится, скорость пробной частицы, а следовательно, и ее энергия останутся прежними.
В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что геометрическое истолкование гравитации не общепринято и что многие авторы, следуя классическому изложению Эйнштейна (см. главу VI), приписывают гравитационному полю энергию и количество движения,
21 А. Ф. Богородский -322
Г лава IX. Развитие теории гравитации
вычисляя их с помощью псевдотензора энергии-импульса. Гравитационные волны рассматриваются при этом как механизм переноса импульса и энергии и даже как источник дополнительного гравитационного поля (см., например, [2]). Придерживаясь этой точки зрения, А. 3, Петров называет гравитационное поле особым видом материи, обладающим некоторыми общими свойствами с другими видами материи [3].
2. Квантование гравитации. Вскоре после разработки основ квантовой механики довольно популярной стала идея квантования поля гравитации. Необходимость такого квантования усматривалась в том, что в микромире классическая теория гравитации должна неизбежно вступить в конфликт с. квантовой механикой. Действительно, если гравитационные поля элементарных частиц являются классическими и отвечают обычной ОТО, то принципиально возможно путем соответствующих изменений найти одновременно координаты и скорости частиц, что противоречит принципу неопределенности. Для преодоления противоречия необходимо преобразовать ОТО по образцу квантовой электродинамики с тем, чтобы в применении к микрочастицам она приводила к результатам, согласным с принципами квантовой механики.
Этому соображению противопоставлялось предположение о том, что в микромире гравитация крайне слаба и не играет сколько-нибудь существенной роли. Например, отношение гравитационного
взаимодействия двух электронов к кулоновскому равно у : ,
что составляет величину порядка Ю-42. Однако с точки зрения ОТО такое сравнение допустимо только для достаточно больших расстояний, когда нелинейные уравнения поля можно аппроксимировать законом Ньютона. Что же касается расстояний, характерных для микромира, то для них, вследствие нелинейности уравнений поля, гравитационные взаимодействия могут оказаться существенными.
Первая попытка квантования гравитации относится, по-види-мому, к 1930 г. [41. Подробную квантовую теорию слабого гравитационного поля построил в 1936 г. М. Бронштейн [51, рассматривавший поле тяготения в пустоте как некоторую квантово-механи-ческую систему. По аналогии с квантовой электродинамикой, Бронштейн ввел понятие «гравитационного кванта» (по современной терминологии — гравитона) и объяснял гравитационное взаимодействие между материальными частицами испусканием и поглощением этих квантов, пытаясь, таким образом, вывести закон тяготения Ньютона.
К ранним попыткам квантования поля гравитации можно отнести также работы П. Г. Бергмана [61. Впоследствии различные варианты квантовой теории гравитационного поля как в линейном 2. Квантование гравитации
323
приближении, так и в нелинейной форме разрабатывались С. Гуп-та [7], Д. Уилером [8] и рядом других исследователей. Ксожалению, предлагавшиеся до сих пор варианты, основанные на формальной аналогии с квантовой электродинамикой, с физической точки зрения Оказались бесплодными. Поскольку поле гравитации имеет особую природу и является, по-видимому, чисто геометрическим, трудно согласиться с тем, что его можно квантовать по тем же правилам, как и обычные материальные поля. Следует также иметь в виду, что при составлении условий квантования гравитационного поля приходится пользоваться псевдотензором энергии-импульса, физический смысл которого пока неясен. Большие сомнения вызывает вывод квантовой теории о существовании гравитона — гравитационной частицы, обладающей энергией, импульсом и спином, а особенно — заключение о возможности превращения материальных частиц в гравитоны и обратно.
