Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности - Вейнберг С.
Скачать (прямая ссылка):
Что касается оснований теории, мне кажется, что наиболее важный успех за последние годы состоит в подтверждении, сделанном Хуфтом, Велтманом, а также Дезером и Ван Ньювенхузеном '), что расходимости квантового варианта общей теории относительности не могут быть устранены путем перенормировок. Для меня это означает, что формулы общей теории относительности должны быть изменены на близких расстояниях, возможно, путем введения членов, пропорциональных квадрату тензора кривизны, в гравитационное действие. Такая модификация не изменила бы гравитационные эффекты в макроскопических масштабах, которые составляют главный предмет этой книги, но могла бы иметь интересные следствия при изучении черных дыр и молодой Вселенной. Если удовлетворительная квантовая теория гравитации будет развита именно в таком направлении, то это будет наиболее убедительным оправданием точки зрения, принятой в моей книге, что общая теория относительности может быть лучше понята как ветвь физики, а не дифференциальной геометрии.
Кембридж, Массачусетс, Стивен Вейнберг
июнь 1974
>) Nordvedt К., Phys. Rev., D3, 1683 (1971). Deser S., Tsao Н. S., van Nieuwenhuizen P., Phys. Lett., 50В, 491 (1974). Deser S., van Nieuwenhuizen Р., Phys. Rev. Lett., 32, 245 (1974); Lett. Nuovo Cim., 11, 218 (1974). VHoojt G., Veltman M., Ann. Inst. J. H. Poincare, sec. A, 20, 69 (1974).— Прим. nepee. Обозначения
Латинские индексы i, j, к, I и т. д. пробегают в основном три пространственные координаты, обозначаемые обычно 1, 2, 3 или X, у, Z.
Греческие индексы а, ?, у, S и т. д. пробегают в основном четыре пространственно-временные инерциальные координаты, обозначаемые 1, 2, 3, 0 или х, у, z, t.
Греческие индексы v, x, к и т. д. пробегают в основном по четырем координатам в общей координатной системе.
По повторяющимся индексам проводится суммирование, если не указано иное.
Метрика \}аз имеет в инерциальной системе координат такие диагональные элементы: +1, +1, +1, —1.
Точка над любой величиной означает производную по времени от этой величины.
Декартовы 3-векторы набраны жирным шрифтом.
Скорость света везде принята за единицу, за исключением случаев применения системы единиц СГС. Постоянная Планка не принимается за единицу. Часть I ПРОЛОГ
Поток времени в своем неудержимом и вечном течении влечет за собой все сущее. Он ввергает в йучину забвения как незначительные события, так и великие, достойные памяти; туманное как говорится в трагедии, он делает явным, а очевидное скрывает. Однако историческое повествование служит надежной защитой от потока времени и как бы сдерживает его неудержимое течение; оно вбирает в себя то, о чем сохранилась память, и не дает этому погибнуть в глубинах забвения.
Анна Комнина, Алексиада
Глава 1
ИСТОРИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Физику нельзя представлять себе как логически стройную систему. Скорее, в любой момент она увязывает как-то огромное число неупорядоченных идей, часть из которых пришла к нам, подобно эпосу, из героических периодов прошлого, а другая возникла, подобно утопическим романам, из наших смутных предчувствий всеобъемлющего синтеза в будущем. Автор книги по физике может навести порядок в этом хаосе, организуя свой материал любым из двух способов: либо беспристрастно прослеживая всю его историю, либо следуя своим собственным идеям о том, что такое завершенная логическая структура физических законов. Оба способа приемлемы, важно только, используя первый, не перепутать физику с историей, а историю с физикой.
В этой книге я изложил теорию гравитации, согласно собственным представлениям о внутренней логике этой ветви физической науки, а не в последовательности ее исторического развития. Общеизвестен тот исторический факт, что, когда Альберт Эйнштейн работал над общей теорией относительности, у него под рукой имелся законченный математический аппарат римано-вой геометрии, который он и использовал целиком. Тем не менее 14
Гл. 1. Историческое введение
этот исторический факт вовсе не означает, что суть общей теории относительности состоит именно в применении римановой геометрии к пространству и времени.
С моей точки зрения, наиболее полезно рассматривать общую теорию относительности прежде всего как теорию гравитации, чья связь с геометрией возникает из-за особых эмпирических свойств гравитации — свойств, которые были сконцентрированы в принципе эквивалентности гравитации и инерции Эйнштейна. В связи с этим повсюду в этой книге я пытался отложить введение таких геометрических понятий, как метрика, аффинная связность и кривизна, до тех пор, пока использование этих понятий не будет продиктовано физической необходимостью. Поэтому порядок глав здесь весьма слабо связан с ходом исторического развития.
Однако, поскольку мы не должны позволить истории физики «погибнуть в глубинах забвения», мы посвящаем эту первую главу краткой ретроспективе трех основных разделов физической науки, предшествовавших общей теории относительности,— неевклидовой геометрии, ньютоновой теории тяготения и принципу относительности. Историю этих разделов физики можно проследить вплоть до 1916 г., когда все они были собраны воедино Эйнштейном в его общей теории относительности [1].
