Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
несоблюдение закона сохранения импульса. Вместо того чтобы отсюда сделать
заключение о нарушении неоднородности пространства, было предположено,
что в процессе участвует частица, которую по каким-то причинам не удается
обнаружить. Участие этой частицы обеспечивает соблюдение закона
сохранения импульса и делает ненужным пересмотр наших представлений о
свойствах пространства. Эта частица была названа нейтрино.
Экспериментально ее существование было доказано много лет спустя.
Аналогичным образом обстоит дело и с законами сохранения энергии и
момента импульса. Дело не в том, что эти законы должны всегда
соблюдаться, а в том, что их несоблюдение связано с коренными изменениями
свойств пространства и времени.
Однородность и изотропность пространства и однородность времени являются
их важнейшими симметриями. Поэтому можно сказать, что законы сохранения
обусловлены симметрией пространства и времени. Общее доказательство этого
утверждения дается в теоретической механике и здесь не приводится.
Глава 7
ДВИЖЕНИЕ В ПОЛЕ ТЯГОТЕНИЯ
Силы тяготения существенно влияют на движение лишь в том случае, когда
масса хотя бы одного из взаимодействующих тел имеет достаточно большое
(астрономическое) значение. Законы Кеплера описывают как движение планет
и комет, так и распространение света в поле тяготения Солнца. Законы
движения искусственных спутников Земли отличаются от законов Кеплера.
29. Силы, известные в природе
Четыре типа сил, известных в природе.
В физике рассматривается много сил: силы трения, упругости,
электродвижущая сила, силы сцепления, электрические и магнитные силы и т.
д.
Однако если подходить к определению силы более строго, понимая под силой
(см. § 19) количественную меру интенсивности взаимодействия, то все их
многообразие сводится всего лишь к четырем видам взаимодействия,
известным в настоящее время:
1) гравитационное;
2) электромагнитное;
3) сильное, или ядерное;
4) слабое.
Все остальные взаимодействия, которые упоминались выше, можно отнести к
одному или нескольким из указанных.
Взаимодействия отличаются как по своей интенсивности, так и по кругу
явлений, в которых они существенны. Рассмотрим кратко особенности этих
взаимодействий.
29. Силы, известные в природе
30. Свойства сил тяготения
31. Движение планет и комет
32. Движение искусственных спутников Земли
33. Проблема двух тел
29. Силы, известные в природе
179
Гравитационное взаимодействие. Оно подчиняется закону тяготения Ньютона.
В подавляющем большинстве случаев закон Ньютона дает хорошее описание
наблюдаемых явлений. В настоящее время известно лишь одно явление,
которое не объясняется с помощью этого закона, - вращение перигелия
Меркурия на 42" в столетие. Это явление успешно описывается теорией
тяготения Эйнштейна, или, как ее иногда называют, общей теорией
относительности. Кроме того, многие вопросы космологии, эволюции звезд и
Вселенной можно рассматривать лишь в рамках общей теории относительности.
Мы будем изучать тяготение в основном в рамках закона тяготения Ньютона,
делая в соответствующих случаях необходимые замечания об общей теории
относительности.
Интенсивность гравитационных сил чрезвычайно мала. Они практически не
играют роли при взаимодействии между неастрономическими телами. Лишь при
взаимодействии с телами астрономических размеров и между телами таких
размеров силы тяготения имеют существенное значение.
Природа гравитационного взаимодействия в настоящее время еще не
установлена. По теории Эйнштейна, силы тяготения связаны с изменением
геометрических свойств пространства - времени под влиянием материи. Это
совершенно другой механизм взаимодействия в сравнении с принятым в
квантовой теории поля, где взаимодействие обусловливается обменом частиц.
Поэтому в настоящее время много усилий прилагается к выяснению
возможности существования частиц, ответственных за гравитационное
взаимодействие, - гравитонов. При наличии гравитонов возможны два подхода
к проблеме тяготения. Либо гравитационное взаимодействие полностью
подпадает под схему описания всех других взаимодействий, если гравитоны
рассматривать как частицы, обеспечивающие взаимодействие, либо не
подпадает и тогда гравитоны надо рассматривать как вид материи, который
наряду с обычной материей осуществляет искривление пространства -
времени. Дальнейшее развитие теории гравитационного взаимодействия
является одной из самых важных и многообещающих проблем современной
физики.
Электромагнитные взаимодействия. Они обусловлены электрическим и
магнитным взаимодействием зарядов, законы которого точно известны и
хорошо изучены. В сравнении с гравитационным взаимодействием
электромагнитное неизмеримо сильнее. Например, между двумя электронами,
находящимися на расстоянии г друг от друга, действует сила
гравитационного притяжения
где G - 6,7-10-11 Н-м2/кг2, т0 - 9,1 -10-31 кг - масса электрона.
Электрическая сила отталкивания между ними
(29.1)
4ле0г2 '
(29 2)
