Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
Основные понятия и определения составляют материал для всех наших
построений; постулаты же вместе с теоремами, выведенными из них с помощью
логики (или другой науки, более фундаментальной, чем та, которую мы
развиваем), приведут нас к некоторым существенным высказываниям,
относящимся к нашему материалу. Полезность такой логической конструкции
для объяснения явлений реального мира определится тем, насколько удачно
можно установить взаимно однозначное соответствие между исходным
материалом и полученными следствиями, с одной стороны, и между основными
объектами и закономерностями, наблюдаемыми на практике,- с другой; иными
словами, тем, насколько хорошо наша конструкция могла бы служить картой,
по которой можно найти дороги во внешнем мире. Хотя в данной книге мы не
будем предпринимать попытки сконструировать подобную логическую систему
рассуждений и не будем интересоваться таким привлекательным для логиков
вопросом, как поиск наименьшего числа взаимонезависимых и совместных
постулатов, тем не менее мы все же надеемся, что наш метод изложения
выиграет от того, что мы все время будем помнить о существовании такого
идеала.
§ 3. Точка зрения
В этой книге мы будем по мере возможности придерживаться
макроскопического и феноменологического подхода. В случае релятивистской
механики это оказывается возможным благодаря понятию механической среды,
в которой тензор энергии - импульса определяется через такие величины,
как собственная
§ 3. ТОЧКА ЗРЕНИЯ
2-3
макроскопическая плотность вещества роо и собственное давление ро,
которые могут быть непосредственно измерены локальным наблюдателем. Мы
избежим, таким образом, введения собственной микроскопической плотности
вещества ро. В релятивистской термодинамике метод исследования,
естественно, является макроскопическим по самой природе этой науки, если
мы, конечно, не прибегаем к ее механико-ста.тистическим обоснованиям.
Так, например, величину <р0 мы будем принимать за плотность энтропии
термодинамической жидкости или рабочего вещества, которую локальный
наблюдатель измеряет в заданной точке б интересующий нас момент времени
обычными термодинамическими методами, пренебрегая тем фактом, что
жидкость состоит из отдельных атомов и фотонов. Переходя к
электродинамике, мы не можем уже целиком оставаться в рамках
макроскопического подхода, так как, несмотря на возможность использовать
феноменологическую электродинамику Мннковского движущихся сред,
приходится рассматривать распространение волн такой высокой частоты, что
для их правильного описания необходимо привлекать некоторые формулы
квантовой электродинамики.
Мы, конечно, кладем в основу дальнейших построений эйнштейновскую теорию
относительности. Оправданием этому служит эмпирическое подтверждение
основ специальной и общей теории относительности. Для специальной теории
это - эксперимент Майкельсона - Морли, эксперимент Кеннеди по обнаружению
преобразования времени и деситтеровский анализ орбит двойных звезд. Для
общей теории это - движение перигелия Меркурия, отклонение света,
проходящего вблизи Солнца, и влияние разности гравитационных потенциалов
на длину волны света. Конечно, в будущем неизбежны какие-то изменения в
структуре теоретической физики. Однако множество испытаний, выдержанных
теорией относительности, и ее внутренняя логическая стройность позволяют
нам верить, что она сохранится и в будущем и что мы можем ее считать
надежным фундаментом для макроскопических исследований.
Судя по современному состоянию физики, можно ожидать, что будущие
серьезные изменения в теории относительности, по всей вероятности,
произойдут в связи с изучением микроскопических явлений, включающих
электромагнитные и гравитационные поля вблизи отдельных элементарных
частиц*). Здесь понадобится некоторое сближение точек зрения современной
теории относительности и квантовой механики, что может произойти
*) Позиции теории относительности сейчас еще более укрепились. Если и
можно ожидать серьезных ее изменений, то это может случиться на
расстояниях порядка (у Ь/с3)'!' ~ Ю~33 см. (Прим. ред.)
24
ГЛ. I. ВВЕДЕНИЕ
либо, как склонен думать Эйнштейн, в результате статистического описания
квантовых явлений, вытекающего из современной единой теории поля, либо,
как склонны считать приверженцы квантовой механики, путем некоторого
совместного обобщения квантовой механики и квантовой электродинамики. Во
всяком случае теория относительности в сегодняшнем виде явно не годится
для изучения микроскопических явлений. К счастью, в проблемах небесной
механики и космологии нам нет нужды думать об этих трудностях, так как
интересующие нас масштабы настолько велики, что наиболее естественно
подходить к исследуемым явлениям с макроскопической точки зрения.
Сделаем еще одно замечание, касающееся точки зрения, принятой в этой
книге. Следует, по-видимому, отметить весьма отвлеченный,
идеализированный характер моделей Вселенной, которые рассмотрены в
