Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
В то же время необычные принципы, на которых основывалась теория, в частности релятивистские понятия пространства и времени, которые резко контрастировали с менее сложными понятиями, полученными из повседневного опыта, встретили также сильную оппозицию, и в течение многих лет по поводу теории относительности высказывались весьма противоречивые мнения. Во время мрачного периода нацистского режима эта теория была даже официально запрещена на родине Эйнштейна. Этот факт напоминает судьбу Галилея, основные открытия которого были сурово осуждены католической церковью. Его главный труд — «Диалоги» — даже находился в списке запрещенных книг в течение почти 200 лет. Ho ни в одном из этих двух случаев истину не смогли замолчать на долгое время.
Все следствия теории относительности, которые до настоящего времени удалось подвергнуть экспериментальной проверке, оказались в полном согласии с опытом. Некоторые из экспериментов, в частности по проверке эффектов общей теории относительности, оказались столь трудными, что лишь развитие техники в последние десятилетия позволило их
’) С. MolIer, Институт «Нордита», Институт Нильса Бора, Копенгаген-®ий университет,
18
К. Меллер
осуществить. Однако, хотя только эксперимент является высшим судьей истинности физического утверждения, большинство физиков были убеждены в справедливости теории уже в то время, когда возможны были лишь немногие точные ее проверки. Общность и простота основных идей придали этой теории особую силу убеждения, чем и объясняется этот замечательный факт.
В настоящей статье мы попытаемся рассмотреть главные особенности теории Эйнштейна почти без применения математики. Мы будем следовать цепи рассуждений Эйнштейна в их историческом развитии и обсудим основные достижения, а также наиболее важные экспериментальные проверки теории. Наконец, мы затронем лишь недавно обнаруженные трудности, которые, по-видимому, свидетельствуют о том, что теория Эйнштейна для макроскопического мира, несмотря на свой исключительно широкий масштаб, обладает ограниченной областью применимости.
2. Характер физических законов
В первых разделах будет рассмотрена структура классической физики, которая в течение нескольких веков до начала этого столетия являлась основой нашего описания природы. В течение столетий, последовавших за введением Галилеем в физику экспериментов, общепринятым стало мнение, что физика должна иметь дело исключительно с такими величинами, которые могут быть измерены и выражены с помощью чисел. Физическая величина определяется просто посредством некоторого предписания, которому необходимо следовать, чтобы измерить ее, т. е. путем предписанных операций с надлежащими инструментами, которые приводят к измеренному значению величины. Тогда каждая физическая величина представляется с помощью математической переменной, а соотношения между физическими величинами выражаются как функциональные зависимости между соответствующими переменными. В физике все законы природы представляют собой фундаментальные соотношения между измеримыми физическими величинами, а математика является адекватным языком, на котором записываются эти законы. В настоящей статье мы будем избегать использования математики и ограничимся качественным описанием предмета.
3. Механика Ньютона
Краеугольными камнями прекрасного здания, называемого классической физикой, являются механика Ньютона и электромагнитная теория Максвелла. Механика Ньютона вместе с erg
2. Успехи и ограниченность эйнштейновской теории
19
4ке законом тяготения позволяла с превосходной точностью йолучать описание не только всех обычных механических явлений здесь, на Земле, но также движений планет и их спутников В Солнечной системе. (Единственным исключением было движение Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты, которое слегка отклонялось от предсказываемого теорией Ньютона. Тщательные наблюдения показали, что перигелий эллиптической орбиты Меркурия испытывает очень малую прецессию, порядка 40 угловых секунд за столетие, которую нельзя объяснить влиянием других планет.)
Если известно механическое состояние системы в определенный момент времени, т. е. если начальные положения и скорости или импульсы всех частиц в системе установлены с помощью экспериментов, то уравнения движения Ньютона позволяют предсказывать состояние системы в любой последующий (или предыдущий) момент времени. Наглядными примерами этого служат точные предсказания будущих (или прошлых) солнечных и лунных затмений.
Ньютоновское описание движения основано на его представлениях об абсолютном универсальном времени и абсолютном пространстве, обладающем геометрическими свойствами, установленными Эвклидом еще примерно за 300 лет до нашей эры. То, что физическое пространство является пространством Эвклида, считалось само собой разумеющимся. Очевидно, это даже не рассматривалось Ньютоном как гипотеза, поскольку он прямо заявлял, что не хочет делать никаких гипотез. Спустя сто лет философ Иммануил Кант также прямо утверждал, что представления Ньютона о пространстве и времени являются априорной истиной, которая не требует никакого подтверждения на опыте.
