Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
разработанной Ютнером [1] и отчасти автором этой книги [2]. Указанный
пробел, пожалуй, можно оправдать стремлением избежать в настоящей работе,
насколько это возможно, всякого микроскопического анализа. Кроме того,
пока известно не так уж много физических ситуаций, где это логически
неизбежное расширение теории действительно необходимо.
При изложении общей теории относительности не нашли отражения попытки
создать единую полевую теорию, призванную объединить явления
электромагнетизма и гравитации в рамках единого "геометрического"
подхода. Дело в том, что вплоть до настоящего времени результаты подобных
построений либо оказывались эквивалентными обычным релятивистским
обобщениям теории электромагнетизма, изложенным в этой книге, либо,
будучи привлекательны математически, тем не менее не обладали доказанной
физической ценностью. Кроме того, трудно подавить интуитивное ощущение
того, что успехи построения единой теории будут связаны с применением
микроскопического подхода, который выходит за рамки этой книги.
Наиболее важные нововведения данной книги по сравнению с прежними книгами
по теории относительности состоят в том, что в ней впервые изложена
термодинамика, построенная на основе общей теории относительности, и
материал, посвященный нестатическим моделям Вселенной. Кроме того, на
основе релятивистского соотношения между массой и энергией найдены
условия термодинамического равновесия, показано, как реля-
§ 2. МЕТОД ИЗЛОЖЕНИЯ
21
тивистское выражение для энергии сводится в случае слабых полей к
ньютоновскому, содержащему потенциал тяготения, получены явные выражения
компонент тензора энергии - импульса для некоторых полей специального
вида, исследован тензор энергии - импульса излучения и рассмотрено
гравитационное взаимодействие световых лучей и частиц.
§ 2. Метод изложения
При изложении материала мы будем стараться прежде всего выявить
физическую сущность предположений и выводов п вскрыть физический смысл их
внутренних связей, не стремясь при этом к математической общности и тем
более к математической строгости. По ходу изложения мы будем широко
пользоваться языком и методами тензорного анализа, основные формулы
которого приведены для удобства читателей в Приложении III. При этом,
однако, мы ни в коем случае не собираемся защищать ту ложную позицию, что
ковариантное описание исчерпывается возможностями тензорного языка, и
будем без зазрения совести использовать эйнштейновскую плотность
гравитационного псевдотензора энергии - импульса если нужно спасти
величины, подчиняющиеся законам сохранения и являющиеся релятивистскими
аналогами энергии и импульса.
Увлекшись математическими построениями или геометрическими аналогиями, и
читатель, и автор могут легко забыть о главной задаче - раскрытии
физической сущности предмета исследования. Во избежание этого мы будем
часто переводить математические выражения на язык физических понятий.
Упор будет делаться на первостепенную с точки зрения физики важность
собственных величин, таких, как собственная длина, собственное время,
температура, микроскопические плотности и т.д., значения которых могут
определяться локальным наблюдателем, использующим обычные методы
измерений. Мы особо обсудим, как из координат туманностей получают
астрономические оценки их удаленностей.
При изложении специальной теории относительности мы не будем предполагать
никаких специальных соотношений между единицами длины и времени, и
полученные нами формулы будут явно содержать скорость света с. Однако при
изложении общей теории относительности мы будем пользоваться той системой
единиц, в которой скорость света и постоянная гравитации равны единице.
При этом становится менее ясным прямой физический смысл формул и
возможность их непосредственных применений, но значительно упрощается
форма записи. Переход к обычным системам единиц читатель может себе
облегчить при помощи таблицы из Приложения IV.
22
ГЛ. I. ВВЕДЕНИЕ
При построении механики частицы мы используем прием, близкий к тому, что
применялся Льюисом и автором этой книги. Суть его состоит в объединении
кинематики специальной теории относительности с законами сохранения массы
и импульса. Механика сплошных сред Лауэ будет получена нами при
дальнейшем развитии той же самой методики с использованием формулы
преобразования для силы, взятой из динамики частицы. Нам кажется, что
релятивистскую механику легче всего построить и понять именно при таком
подходе, а не с помощью аналогий с электромагнитной теорией или на основе
вариационных принципов, как это сделано автором в его более ранней книге
[3].
Обращаясь к более общим вопросам, связанным с формой изложения, заметим,
что лучше всего было бы следовать строго дедуктивному пути в изложении
такой стройной, продуманной теории, как теория относительности. При таком
подходе нужно было бы начинать с основных понятий, определений и
постулатов, а затем уже строить всю логическую систему рассуждений.
