Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
Этот вывод получается следующим образом. В атоме водорода протон и электрон движутся около их общего центра масс. Так как масса электрона намного меньше массы ядра, его скорость на три порядка превышает скорость ядра. В многоэлектронных системах это отношение скоростей еще больше. В случае аргона (Z= 18)
28
Введение
скорости электронов в /(-оболочке составляют ОКОЛО 4-Ю9 см/сек, а точность установления равенства зарядов достигает IO-21. Взяв в качестве параметра предполагаемой зависимости электрического заряда от скорости величину (v/c)2t мы найдем, что коэффициент при этом параметре должен быть менее IO"9. Этот результат может рассматриваться как та степень точности, с которой электрический заряд не зависит от скорости.
Основания для применения римановой геометрии при описании пространственно-временной структуры мира
Одним из важнейших постулатов, касающихся структуры пространства — времени, является утверждение о том, что отношение величин двух интервалов не должно зависеть от пути .их переноса для сравнения. Соответствующие фактические данные рассматриваются Уилером в гл. 3.
Проверка теории гравитации на основе экспериментов и наблюдений
Эктериментов по проверке такой, казалось бы, всеобъемлюще важной теории, как общая теория относительности,— теории, определяющей структуру пространства— времени и, как предполагают некоторые, возможно, также структуру ,элементарных частиц, проведено очень мало. Дело в том, что для сколько-нибудь надежной проверки тех немногих выводов, которые эта теория делает в отношении явлений, поддающихся 'наблюдению, требуется почти невероятная точность измерений. В прошлом такая точность была достигнута лишь в отношении трех эффектов: незначительного релятивистского вращения перигелия орбиты планеты Меркурий, гравитационного искривления световых лучей от звезд при прохождении вблизи Солнца и красного смещения спектральных линий, если они испускаются и поглощаются при двух разных значениях гравитационного потенциала. В настоящее время проводятся изыскания по обеспечению той точности экспериментов, которая необходима
Введение
29
для изучения двух новых эффектов: прецессии гироскопа в поле вращающейся Земли и гравитационного излучения. Ввиду такой малочисленности эффектов неудивительно, что гравитация привлекала в прошлом мало интереса как объект экспериментального исследования.
За последние несколько лет интерес к данной, области исследования возрос. Это было вызвано рядом причин: разработкой новых и !прецизионных методов
эксперимента (например, использование спутников, точных электронных систем и пр.), расширением основ теоретических исследований по гравитации и усилившимся у некоторых физиков ощущением того, какую фундаментальную роль может играть тяготение в других вопросах физики, таких, как вопрос о структуре элементарных частиц. Новые экспериментальные исследования проводятся в различных направлениях, в том числе и в тех, о которых уже говорилось. Ради полноты мы перечислим все известные пути экспериментальных исследований:
1. Повышение точности при измерении «трех знаменитых эффектов» общей теории относительности: поворота перигелия Меркурия, отклонения лучей света звезд полем Солнца и, наконец, гравитационного красного смещения.
2. Попытки измерения не обнаруженных до сих пор общерелятивистских эффектов, в частности прецессии Лензе — Тирринга для гироскопа в гравитационном поле Земли и гравитационного излучения при колебаниях лабораторных или астрономических імасс.
3. Фундаментальные прецизионные измерения, служащие для обоснования любой теории гравитации: эксперименты по проверке эквивалентности гравитационной и инертной масс, изотропии массы и равенства зарядов.
4. Попытки обнаружения эффектов, не предсказываемых общей теорией относительности, но следующих из других теорий: гравитационного «эфирного ветра», изменения гравитационной «постоянной» со временем, взаимодействия скалярных волн 'вещества с Солнечной системой.
5. Применение общей теории относительности при астрофизических исследованиях сверхплотных звезд и
зо
Введение
поиски новых «выводов из результатов сравнения предсказаний теории с данными наблюдений.
6. Поиски таких космологических эффектов, как кривизна мира в целом и замкнутость пространства.
Повышение точности при измерении трех знаменитых эффектов
Так как вопрос о трех знаменитых эффектах в последующих главах книги не затрагивается, мы рассмотрим его здесь несколько подробнее.
Уравнения гравитационного поля в общей теории относительности нелинейны. Поэтому к гравитационным полям нельзя безоговорочно применять принцип суперпозиции. Обсуждая эффекты общей теории относительности, следует рассматривать движение совсем малых тел (пробных тел) или световых лучей, возмущающим действием которых на гравитационное поле можно пренебречь. В частности, три рассматриваемых здесь эффекта проявляются в поведении [взятом с точностью до (и/с)2 или ф/с2 включительно] такого рода пробных тел в пространстве с геометрией поля Шварцшильда.
