Общая теория относительности и космология - Мак-Витти Г.К.
Скачать (прямая ссылка):
физическими особенностями не могут обладать полным числом степеней
свободы.
Резюмируя, можно сказать, что книга Мак-Витти будет интересна как
специалистам, желающим углубить свои знания в космологии (которые могут
лишь пробежать или даже целиком выпустить главы I-V), так и липам,
недостаточно или даже совсем не знакомым с теорией относительности,
которые могут изучить ее по книге Мак-Витти при условии владения
дифференциальным и интегральным исчислением.
В. В. Судаков
Июль 1961 г.
Предисловие автора
Настоящая книга имеет своим источником различные курсы лекций по теории
относительности, которые я читал в течение последних десяти лет в
Лондонском, Гарвардском и Иллинойском университетах. Я пытался
исследовать возможности общей теории относительности как метода в
математической физике и астрономии и как средства интерпретации данных
наблюдений. Этот труд, таким образом, продолжает традицию, установленную
Р. С. Толменом в его книге "Relativity, Thermodynamics and Cosmology" и
развитую О. Геккменом в книге "Theorien der Kosmologie". Исследования
чисто математического характера, которых много в области общей теории
относительности, были поэтому большей частью опущены. Первые пять глав
содержат изложение основных принципов теории относительности и ее
приложения к исследованию поля тяготения Солнца. Читатели, которых
главным образом интересует классическая газодинамика, найдут в главах VI
и VII описание того пути, на котором общая теория относительности может
помочь при решении интересующих их проблем. Космологические проблемы
рассматриваются в главах VIII и IX, и я старался придать выводам теории
форму, подходящую для численных оценок параметров при появлении более
полных данных наблюдений.
Мне остается выразить благодарность д-ру А. X. Таубу, прочитавшему
рукопись и сделавшему много ценных предложений и критических замечаний,
моим коллегам по обсер-
14
Предисловие автора
ватории д-ру Стенли П. Уатту-младшему и д-ру М. X. Роджерсу,
поблагодарить студента Вернона Фаулера, проверившего формулы в некоторых
параграфах книги, а также поблагодарить директора и астрономов
обсерватории Маунт Вилсон и Паломарской, столь охотно снабдивших меня
данными и описанием программы наблюдений, имеющих космологический
характер, которыми они занимались или планировали. Если в книге остались
ошибки или недостатки в изложении, то за них несут ответственность не мои
коллеги, а только я один.
Г. Мак-Витти
Обсерватория Иллинойского университета Декабрь 1954 г.
ГЛАВА I
Введение
§ 1.1. Классическая, квантовая и релятивистская механика
Ныне, в середине двадцатого столетия, одновременно используются три
системы механики: классическая, восходящая к Ньютону и насчитывающая
около 270 лет; квантовая механика, созданная в 1925 г., и специальная и
общая теории относительности, предложенные Эйнштейном соответственно в
1905 и 1916 гг.
Историческое развитие двух первых систем было в значительной степени
одинаковым. Последователи Ньютона постепенно разрабатывали следствия из
его трех законов движения, привлекая эти законы для разрешения конкретных
физических задач: было теоретически исследовано со все большей степенью
точности движение планет; развита теория движения твердого тела и
применена к задаче о вращении Земли; с постановкой новых физических задач
разрабатывались новые отрасли классической механики (гидродинамика,
теория упругости и т. д.). И все время, пока происходили эти обширные
испытания и классическая теория основательно подвергалась проверке как
орудие исследования в физике и астрономии, не возникало какой-либо
необходимости в изменении ее основных постулатов. Это положение
существовало до тех пор, пока во второй половине XIX в. оптические
эксперименты не показали, что при скоростях, сравнимых со скоростью
света, ньютоновское орудие исследования теряет свою остроту.
Аналогичное, хотя и более быстрое, развитие характеризует квантовую
механику. Создатели квантовой механики - Шредингер, Дирак, Гейзенберг и
другие - применили ее к исследованию движения, если это можно назвать
движением (в классическом смысле. - Ред.), электрона в атоме водорода, а
их последователи показали, что квантовая механика может объяснить
явления, происходящие в атомах более сложного строения.
16
Глава I. Введение
Теперь, когда атомное ядро привлекает наибольший интерес физиков,
возможно возникает необходимость изменения основ теории. Но если это
обстоятельство будет иметь место, то только вследствие непрерывного
применения теории к конкретным физическим задачам. Развитие специальной
теории относительности представляет собой пример именно такого рода
развития, и областью приложения этой теории все более и более становится
атомная физика. И специальная теория относительности стремится
обособиться от общей теории относительности, с которой она на первый
взгляд так близко связана.
При рассмотрении истории развития общей теории относительности обращает
