Физические поля в общей теории относительности - Мицкевич Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
eg = 1/у щ (1.2)
обладающая размерностью электрического заряда в системе CGS. Поэтому, по аналогии с электродинамикой, безразмерная константа гравитационного взаимодействия имеет вид
уш±т ,. Qv
Ot = -J-. (1.3)
Сравнение между собой гравитационного и электромагнитного взаимодействий не требует, однако, привлечения квантовой постоянной Планка в явном виде, так как безразмерным является уже отношение eg / eem, где вет — электромагнитный заряд частицы. Заметим, однако, что масса, в противоположность электрическому заряду, характеризуется большим разнообразием своих значений уже у элементарных частиц (не говоря
о космических объектах), и вместе с тем масса меняется при движении. Гравитационное поле порождается не массой покоя, а полной массой гравитирующей системы, или, говоря несколько иначе, ее полной энергией (общерелятивистский принцип эквивалентности Галилея — Этвё-ша — Эйнштейна). Мы видим, что гравитационная константа связи возрастает при росте энергии системы — гравитационное взаимодействие является мигрирующим, по своей силе. Если учесть к тому же, что в весьма малых областях пространства-времени должны иметь место флуктуации энергии-импульса полей, обратно пропорциональные величине области, приходится признать, что «сила» гравитационного взаимодействия неограниченно возрастает при углублении в микромир. Правда, нужно оговориться, что гравитационная константа связи становится достаточно велика лишь в крайне малых (по всей видимости) областях — например, она сравнивается с электромагнитной константой лишь при г ^ IO-32 см (см. также § 7.4). С другой стороны, в космологических масштабах сила гравитационного взаимодействия вновь возрастает и доминирует над всеми другими известными взаимодействиями ввиду сложения (факт одинакового знака) всех масс, тогда как крупные объекты по существу нейтральны в электрическом отношении. Здесь нужно отметить, однако, что энергия самого гравитационного поля, порожденного этими объектами, отрицательна, и гравитация начинает на некотором этапе экранировать сама себя (что отмечено с другой точки зрения Зель-
довичем и Новиковым). Последовательно общерелятивистский анализ силы гравитационного взаимодействия должен несомненно дать еще много новых данных по сравнению с приведенным только что анализом с точки зрения ньютоновской теории.
В известном смысле классическая теория поля является заготовкой для построения квантовой теории (вторичное квантование), хотя по своему физическому смыслу первична именно квантовая теория, а все классические законы являются ее следствиями. На современном этапе мы вынуждены, однако, по понятным причинам исходить из классической теории и искать адекватную квантовую теорию методом проб и ошибок. Можно надеяться прийти со временем к последовательной теории микроявлений, которая не только правильно предсказывала бы квантовые эффекты, но и пользовалась независимым от макрофизики языком, объясняя в соответствующем пределе природу и происхождение макропонятий (включая, вероятно, и понятия пространства-времени).
Очевидно, что классификация взаимодействий тесно связаца с классификацией физических полей и, далее,— элементарных частиц, квантов этих полей. Важную роль при этом играет тот факт, что существует два резко различающихся типа полей: поля с целым и поля с полуцелым спином соответствующих им квантов (можно сказать, бозе-поля и ферми-поля). Очевидно, что виртуальный квант бозе-поля может индивидуально («в одиночку») осуществлять перенос взаимодействия, тогда как для аналогичного акта необходимо четное число квантов ферми-полей. Мы предполагаем, что природа взаимодействующих таким образом частиц остается без изменения. С другой стороны, уравнения полей целого спина могут быть неоднородными (содержать источники) , тогда как уравнения ферми-полей всегда однородны (обсуждение см.: Мицкевич, 1965е, стр. 217—218). Поля полуцелого спина можно назвать полями частиц, так как именно их кванты составляют окружающее нас вещество; с другой стороны, бозе-поля можно охарактеризовать как поля квантов взаимодействия. Это можег быть также связано с возможностью изучения полей квантов взаимодействия в рамках компенсационной процедуры; в классической теории они характеризуются напряженностью, определяемой по движению квантов полей частиц (динамика), а в квантовой области этому соответствует наличие поперечных и продольных квантов у бозе-полей (не считая проблематичного скалярного йли псевдоскалярного). Гравитацию следует отнести к числу полей квантов взаимодействия.
Каждое поле обладает своей спецификой (наряду с общими для ®сех полей свойствами). Для гравитационного поля специфична его универсальность — его источником являются энергия и импульс, присущие всем материальным объектам (отсюда нелинейность гравитационного поля). Это отражает тесную связь гравитации с другой всеобщей стороной мира — его геометрией (конкретнее — с метрикой пространства-времени). Поэтому, прежде чем переходить к физическим проблемам гравитации, остановимся на некоторых основах римановой геометрии.
