Гравитация Том 1 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Сказав это, он открыл свою книгу и прочел: «He пытайтесь описывать движение по отношению к удаленным объектам. Физика проста только при локальном анализе. А локально мировая линия, вдоль которой движется спутник (в пространстве-времени, вокруг Земли), уже является прямой, насколько мировая линия вообще может быть прямой. Забудьте все эти разговоры об «отклонении» от прямолинейного движения и «силе тяготения». Я нахожусь в космическом корабле. Или плаваю в космосе около него. Разве я чувствую какую-либо «силу гравитации»? Ничего подобного. Чувствует ли эту силу корабль? Нет. Тогда зачем говорить
о ней? Считайте, что и корабль, и я пересекаем область пространства-времени, в которой не действуют никакие силы. Считайте, что движение в этой области уже является пдеалыю прямым».
Послышался сигнал к обеду, но студент все еще сидел, рассуждая про себя. «Мне кажется, что суть эйнштейновской геометрической теории тяготения можно кратко выразить в виде трех положений: 1) локально геодезические кажутся прямыми; 2) в более обширных областях пространства-времени те геодезические, которые сначала расходятся, начинают впоследствии сближаться со скоростью, определяемой кривизной пространства-времени, и это влияние геометрии на материю и есть то. что мы сегодня подразумеваем под старым словом «тяготение»; 3) материя в свою очередь деформирует геометрию. Углубление на поверхности яблока возникает потому, что там есть черенок. Я думаю, что все это можно выразить еще более кратко: Пространство воздействует на материю, «указывая» ей, как двигаться. Материя в свою очередь оказывает обратное действие на пространство,
Локальное
понимание
физики
Эйнштейна
и ньютоновское
«действие
на расстоянии»
Физика проста только при локальном анализе
Пространство указывает материн, как двигаться
Матерня указывает пространству» как искривляться
I
32 I' Геометродинамика о кратком изложении
«указывая» ему, как искривляться. Другими словами, наличие материи в данном месте,— сказал он, вставая и поднимая за черенок яблоко,— приводит к кривизне пространства в этом месте. Чтобы искривить пространство в данном месте, его необходимо искривить и в соседних областях,— продолжал он, наблюдая за замешкавшимся муравьем, деловито следующим вдоль своей геодезической на расстоянии толщины пальца от черенка.— Так материя в данном месте оказывает влияние на материю в другом месте. Это н есть объяснение «гравитации», данное Эйнштейном».
Обеденный сигнал затих, и он ушел, унеся с собой книгу, увеличительное стекло — и яблоко.
§ 1.2. ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ С КООРДИНАТАМИ И БЕЗ НИХ
И вот мне пришло в голову: ... тот факт,
что ускорение свободного падения
не зависит от природы падающего вещества,
допускает следующее толкование', в поле тяготения
(малой пространственной протяженности) все происходит так,
как в пространстве без тяготения...
Это произошло в 1908 г. Почему понадобилось еще семь лет, чтобы построить общую теорию относительности?
Главная причина заключается в том, что не так легко освободиться от представления, что координаты имеют прямой метрический смысл.
А ЭЙНШТЕЙН [77J
При первом знакомстве с понятием «искривленного пространства-времени» ничто так не удручает, как боязнь того, что в этой незнакомой ситуации все простые методы измерения уже неприменимы. Чувствуешь себя так, будто тебе нужно обмерить гигантский айсберг причудливой формы, и ты стоишь с метром в руках в шлюпке, которую бросает из стороны в сторону на океанских волнах. Вот если бы нужно было обмерить форму самой шлюпки, то это не представляло бы особого труда. Мы вытащили бы ее на берег, перевернули и вбили в опорпмх точках по всей поверхности гвоздики. Измерив расстояния между гвоздиками, мы получили бы форму всей поверхности. Увеличивая число гвоздиков, можно выполнить это с любой точностью. Требуется куда больше смелости, чтобы решиться забить несколько десятков крюков для разметки огромного айсберга. Однако при всей смелости как можно забить гвоздь в пространство-время, чтобы отметить в нем какую-либо точку? К счастью, как впервые подчеркнул Эйнштейн, у природы есть свой способ локализации точек в пространстве-
Проблема: как проводить измерения п искривленном пространстве-H ремені!
§ 1.2. Прпстранство-еремя с координатами и без них 33
I
Пересечение соломинок на ссновале, наполненном сеном, символизирует мировые линии, заполняющие пространство-время. Пересечения и искривления этих мировых линий однозначно определяют события, и координатных систем и координат не требуется. Типичные события (черные точки), символически изображенные на фигуре, представляют собой (слева направо): поглощение фотона, переизлучение фотона, столкновение двух частиц, столкновение частицы и фотона, еще одно столкновение частицы и фотона, взрыв хлопушки, столкновение внешней частицы с осколком хлопушки.
времени. Будем характеризовать точку тем, что в ней происходит! Назовем точку пространства-времени «событием». Точка, где расположено событие, определена так же четко и ясно, как точка пересечения двух соломинок на сеновале, доверху заполненном сеном (фиг. 1.2). Для идентификации достаточно сказать, что событие соответствует столкновению такого-то фотона с такой-то частицей. Мировые линии этого фотона и этой частицы выходят из прошлого и уходят в будущее. У них густая сеть связей с близлежащими мировыми линиями, которые в свою очередь множеством способов связаны с более отдаленными. Как же тогда объяснить положение события? Сначала укажите, какие мировые линии участвуют в событии. Затем проследите ход каждой из них. Назовите другие события, которые на них встречаются. В конце концов можно упорядочить весь сеновал. У каждого события теперь есть наименование. Найти нужное пересечение теперь так же легко, как коренному лондонцу легко найти дорогу на угол улиц Сент-
