Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
Хочется также обратить внимание читателя на следующий факт. Многие авторы настоящей книги исходят из предположения, что общая теория относительности может быть построена на двух фундаментальных принципах— принципе эквивалентности и принципе ковариантности— или же, как модификация подхода к вопросу, сюда еще подключается принцип Маха (Уилер). И хотя в процессе анализа авторы вынуждены дробить основные принципы на более мелкие («сильный» и «слабый» принципы эквивалентности у Дикке; принцип ковариантности по отношению к абсолютным элементам и «наблюдаемым» у Андерсона; целых пять вариантов принципа Маха у Дикке и т. д.), все же становится ясным, что тут налицо попытка с негодными средствами. Уже в специальной теории относительности стало очевидным, что она не может быть строго построена только на двух принципах, из которых интуитивно исходил Эйн-
8
Предисловие редактора перевода
штейн (принцип относительности и принцип постоянства скорости света). Ясно, что нужно еще добавить постулаты изотропности и однородности пространства и некоторые другие. Тем более выглядят недостаточными попытки представить общую теорию относительности как дедуктивную теорию, которая вытекает только из двух или трех принципов. Ясно, например, что центральное место в общей теории относительности занимает утверждение, что пространство — время есть риманово четырехмерное многообразие. В этом утверждении, как отметил впервые В. А. Фок, содержится по меньшей мере два постулата: а) о числе измерений, б) о «риманово-сти» континуума (тензор кривизны многообразия не равен нулю). Эти факты, хорошо известные каждому работающему в области общей теории относительности, никак не следуют ни из принципа эквивалентности, ни из принципа общековариантности, и их следует формулировать как самостоятельные принципы, обосновав их физически на экспериментах (например, может быть, исходя из анализа теории физических измерений). Часто в учебниках по общей теории относительности их преподносят как интуитивно очевидные факты или пользуются аналогиями, но это не меняет сути дела. Что же касается полной аксиоматики современной общей теории относительности, то она ждет еще своей реализации и, несомненно, должна опираться на более богатый экспериментальный материал. В этом отношении характерна помещенная в книге работа Дикке, который, не связывая себя заранее рамками возможного построения теории гравитации, пытается исходить из совокупности фактов, полученных в экспериментах.
Ясно, во всяком случае, что принцип «искривленности» пространственно-временного континуума («римано-вость», эквивалентная факту существования отличного
Предисловив редактора перевода
9
от нуля тензора кривизны пространства) нельзя даже пытаться обосновать при помощи преобразований коор* динат, так как тензор кривизны нельзя ни «уничтожить», ни «создать» никакими допустимыми преобразованиями ни в области пространства — времени, ни в одной точке. Как один из вариантов построения теории тяготения, отличной от теории гравитации Эйнштейна, в книге приводится в достаточно подробном изложении теория «гео-метродинамики» Уилера, в значительной мере основанная на привлечении анализа топологии простран-ственно-временного континуума. Об этой теории можно высказать три существенных замечания. Она, во-первых, представляет собой крайнюю степень реализации точки зрения, согласно которой «физика есть геометрия», с чем автор предисловия никак не может согласиться; во-вторых, эта теория пока совершенно не эвристична — критерий, которому должна удовлетворять всякая физическая теория; наконец, очень настораживает уже при первом знакомстве с теорией тот факт, что, исходя из очень экономных и простых на первый взгляд посылок, эта теория уже на первых шагах конструктивной реализации приводит к очень сложным построениям, которые сразу же наталкиваются на ряд принципиальных нерешенных вопросов и настолько усложняют математический аппарат, что ее интерпретации возможны только для самых тривиальных случаев (поля центральной симметрии), да и то с трудом.
Особенно интересным и актуальным в предложенной книге является анализ опытных данных, на которые опирается общая теория относительности и другие теории тяготения, как важный раздел применения теории гравитации к анализу основных фактов космологии. В этом направлении обсуждается возможность экспериментов и результаты, которые уже получены. К их числу
10
Предисловие редактора перевода
относятся эксперименты по проверке принципа эквивалентности и принципа локально-лоренцова характера пространственно-временного континуума (опыты Бельт-рана — Лопеса и Робинсона — Хьюза по исследованию зависимости инертности вещества от пространственного направления, давшие отрицательные результаты с точностью до IO-22) и эксперименты, лежащие в основе специальной теории относительности и важные поэтому в теории гравитации и подтверждающие принцип независимости величины электрического заряда от скорости (опыты Цорна — Чемберлена— Хьюза с отклонением пучка нейтральных молекул в электрическом поле с точностью до IO"19; опыты Кинга с истечением газа с точностью до IO-20; опыты Халласа и Креншоу с точностью до IO"21). В настоящее время исследуются пути подхода к постановке следующих экспериментов и наблюдений:
