Евгений Соло (eugene_solo) wrote,
Евгений Соло
eugene_solo

Categories:

Гравитация или что такое искривленное пространство

Продолжение, начало — Вся правда об устройстве нашего мира.

Что ж, в прошлый раз я рассказывал о принципах Теории Относительности — о том, почему при достижении больших скоростей начинают быть заметны искажения в течении времени и линейных размерах тел. Что во время разгона космического корабля до околосветовой скорости время впереди по его траектории будет проматываться вперед, причем, чем дальше от космического корабля, тем сильнее. Там то я и упомянул про ускорение.

Ускорение — штука хитрая. Ускорение, это когда меняется скорость или направление движения. Ну, например, при движении по кругу вас отбрасывает от его центра центробежная сила, которая на самом деле и есть обычное ускорение. Таким образом, ускорение показывает насколько изменился вектор скорости — как по его величине, так и по направлению.

А теперь представьте, что вы, находясь в глубоком космосе и ускоряетесь с ускорением равным 9.8 (метров за секунду в квадрате — так измеряется ускорение, хотя это и не суть). Как результат вас вдавит инерция в ваше ускорительное кресло, в котором вы сидите. Если вы будете ускоряться вверх, то сила, с которой вас вдавит в кресло будет подозрительно похожа на обычное притяжение, которое вы испытывали на Земля тупо пялясь телек в этом же кресле. Разницы вы не заметите, уж поверьте. Такая подозрительная похожесть инерции на силу тяготения какое-то время будоражила умы физиков, еще самого Ньютона. Он экспериментально проверял — они одинаковые. Со временем точность одинаковости ученые только увеличили. Так вот, если принять тот факт, что эти массы равны — инерционная масса (что при ускорении получается) и гравитационная (что на Земле ощущается), то в формулах, описывающих ускоренное движение эти массы сократятся и исчезнут из них навсегда. В результате получится, что то, как движется тело от его массы не зависит. Это, к примеру, объясняет почему брошенный со 130-го этажа Лунного небоскреба чертов телек и случайно уроненный любимый айфон (лежавший на телеке) разлетятся вдребезги на поверхности Луны одновременно. На Луне нет воздуха, а стало быть парусность телека не будет препятствовать его движению вниз.

А теперь представьте, что это вас выкинули из окна 130-го этажа Лунного небоскреба за неуплату квитанций по ЖКХ и вы успели захватить с собой любимый айфон. И вот летите вы и чувствуете как вам стало легко. И не потому что вам больше не надо оплачивать ЖКХ, а потому что перестала действовать сила тяготения. И тогда вы решаете провести эксперимент: берете любимый айфон и отпускаете его. Он, вопреки вашему жизненному опыту не падает, а остается рядом неподвижно висеть. Тогда вы пробуете его немного подтолкнуть вниз. И что же — он медленно и равномерно начинает двигаться вниз. В какой-то момент вы понимаете, что его вам не вернуть — он безвозвратно улетел вниз. В последний момент, перед встречей с лунной поверхностью становится ясно, что тела при свободном падении друг относительно друга двигаются равномерно и на них не действуют инерционные силы.

Но как же так, ведь вы ускоряетесь при падении? Ускорение свободного падения на луне равно 1.6 м/с в квадрате. Должны чувствовать! И вот тут на сцену снова выходит дядька Эйнштейн. Ньютон считал, что тела взаимодействуют друг с другом мгновенно и начинают свое движение друг к другу пока не столкнутся. Однако, он не объяснял почему это они вдруг начинают двигаться друг к другу, что это за сила такая, что притягивает их. А вот Эйнштейн объяснил. Оказывается, причина таится не в самих телах и их массах, а в пространстве. До этого никто и никогда не пытался приписать пространству какие-либо свойства, считалось, что оно как бы не особенно то и существует и нечему там эти свойства приписывать. А на самом деле пространство может быть искривлено.

Вот тут надо объяснить поподробнее и с картинками (ура, наконец-то картинки!).


Самая простая аналогия, чтобы понять как искривляется пространство и, главное, как этим искривлением оно влияет на движения всяких разных тел в нем — это аналогия с резиновой мембраной. Давайте в уме натянем резиновую мембрану. Мембрана очень пластичная и если в ее центр положить бильярдный шар, то мембрана прогнется как на картинке. Теперь, если взять маленький и легкий мячик для настольного тенниса и пустить его на мембрану прокатиться так, чтобы его траектория проходила недалеко от бильярдного шара то его движение будет не прямолинейным. Так же как нарисовано на картинке — длинная голубая линия со стрелкой — так же и будет двигаться теннисный мяч. Вблизи бильярдного шара он отклонится от своей прямой траектории и приблизится к шару. Если он катится достаточно быстро, то он сможет преодолеть «силу притяжения» шара и снова вернуться на свою траекторию, хотя уже и измененную. Чем ближе к шару будет прокатываться мяч, тем сильнее будет «притяжение» и тем меньше у него шансов вырваться из него. В конце концов он может «упасть» на шар и там остаться. Катая таким образом мяч по мембране, в какой-то момент можно будет даже добиться круговых движений вокруг шара аки Земли вокруг Солнца.

Конечно, аналогия с мембраной это всего лишь аналогия, ведь на шар и мяч на мембране продолжает действовать обычная гравитация Земли, где мы и проводим этот эксперимент. Поэтому предлагаю представить в уме искривление пространства следующим образом. Во-первых, пространство трехмерное, а следовательно это искривление должно быть и в длину и в высоту и в ширину — во всех направлениях. Во-вторых, это не «прогибание» чего либо под действием чего либо, это, скорее просто уплотнение пространства вблизи массивного тела. Это можно представить себе так: будто бы один метровый отрезок чем ближе к поверхности Земли, тем он более коротким становится — пространство сжимается. Очень похоже не изменения размеров при большой скорости движения. Представили?

А теперь я еще усложню вам задачу — представьте теперь, что не только пространство искривляется вблизи массивного тела, но и течение времени. Всё, взорвал мозг? А ведь это уже давно экспериментально подтверждено. Вы знаете, что время на поверхности Земли течет медленнее, чем на высоте, где вращаются спутники? Где летают самолеты? Да, даже на верхних этажах небоскребов. В системе навигации GPS и ГЛОНАС (надеюсь, что в ГЛОНАС тоже, хе-хе) даже учтено это расхождение во времени при вычислении ваших координат (в определении координат очень активно участвует время, пруфлинки предлагаю поискать самостоятельно). А все это потому, что Эйнштейн открыл факт тесной связи пространства и времени. С некоторых пор в науке говорят пространство-время, и используют этот переплетенный в экстазе дуализм везде вместе. Поэтому, если уж пространство искривлено, то и время никуда от этого не денется.

А теперь вернемся к движению тел в этих искривленных пространствах. В науке это называют движением по геодезическим линиям (или мировым линиям). Получается, что тела движутся просто по инерции, их ускорение с их же точки зрения равно нулю. А нам дуракам, стоящим и наблюдающим со стороны кажется, что они ускоряются. И все это потому, что эти тела проваливаются в гравитационную яму, которую образовало массивное тело типа Земли. Представить это можно себе так: разметьте линию отрезками, засечками, аки линейку, только засечки сделайте так, чтобы каждый следующий отрезок был короче предыдущего, пока отрезки не станут слишком мелкими. А теперь двигайте пальцем вдоль этой «линейки» с одинаковой скоростью, начиная с широких отрезков. Видите, ваш палец с вашей точки зрения (точки зрения пальца) движется равномерно. Но с точки зрения искривленного пространства линейки, он все больше и больше метров покрывает за единицу времени. Приплетать сюда замедление времени пока не стоит — а то запутаетесь. Скажу лишь, что время замедляется существенно меньше, чем искривляется пространство.

Но почему тела вообще начинают движение друг к другу? Вот, к примеру, если поднять над землей ваш любимый айфон и отпустить — он же упадет, хотя изначально он не двигался? Зачем он вообще начинает движение по этим вашим геодезическим линиям, спросите вы? А я отвечу — не спроста! Все дело в искривлении времени. Как известно, айфон имеет размеры. А еще он состоит из элементарных частиц (а вы думали из чего?). Так вот, те элементарные частицы той части айфона, что ближе к Земле имеют энергию большего значения, чем те, что дальше от Земли по причине разницы в течении времени. В результате айфон начинает движение по вектору этой силы — от меньших энергий к большим. Так и порождается движение по вполне определенному направлению — по этим самым геодезическим линиям, которые приведут его к Земле, где он разобьется вдребезги. Причем, чем ближе к Земле находится айфон, тем более интенсивно он будет к ней приближаться, ибо искривление пространства-времени вблизи Земли больше. Для айфона — страх да и только!

Вот так всё в мире устроено. Вы сами создаете искривления пространства своими телесами, не думайте, что вы чем-то хуже звезд и планет. Только ваше искривление такое слабое, что им в общем-то можно и пренебречь. А вращающиеся тела помимо простого искривления создают еще и вихревые — они как бы увлекают за собой материю пространства-времени и искривление происходит по ходу вращения тела. Поэтому у тех пацанов, что едут в своих джипах по ходу вращения Земли часы идут быстрее, чем у тех, что едут обратно в эту свою Москву.

Достоверно известно, что до сих пор не провели ни одного эксперимента, который бы опровергнул Теорию Относительности (все, что я тут говорил про гравитацию тоже относится к ОТО). Однако, неугомонными противниками ОТО было таки разработано около 30 альтернативных теорий. Справедливости ради надо сказать, что некоторые из них получают цифры очень близкие к тем, что выводятся формулами ОТО. То есть получается, что одни и те же величины можно рассчитать как по ОТО, так и еще по нескольким другим теориям. Поэтому пространство для маневров все еще сохраняется, хотя я лично не верю в то, что вдруг кто-то опровергнет настолько изящную и красивую теорию, выведенную Эйнштейном.

Причины, по которым люди ищут альтернативные теории понятны: с одной стороны тупо хочется славы, с другой — в ОТО есть пара проблем, которые до сих пор не разрешены до конца. Основная проблема ОТО — это конфликт ее положений с квантовым представлением мира. Вы обратили внимание, что до сих пор мы вели речь в основном о больших объектах — звездах, планетах, айфонах? Это не случайно. Дело в том, что если опуститься на микроскопический уровень, расщепив атом и достигнув размеров электрона, то там творится просто кромешный звиздец: пространство хаотически искривлено, все находится в постоянном движении со световыми скоростями, количество энергии зашкаливает. В этом мире можно пройти сквозь стену и не заметить ее, взять в руки айфон и тут же потерять его. В общем, жесть еще та. С таким хаосом гладкий и неторопливый мир ОТО никак не стыкуется.

Зато в этом мире столько чудес! Причем, многие чудеса уже давно экспериментально подтверждены. Как вы уже поняли я клоню к тому, что в следующем посте я расскажу вам про квантовую механику — самую завораживающую и волшебную науку.
Tags: неактуальное, теория относительности, физика
Subscribe

  • Страдания

    Почему складывается впечатление, что ум любит страдать? Действительно, те искатели, что уже прошли какой-то достаточно долгий путь, обнаруживают,…

  • Ценность

    В уме все регулируется ценностью ментальных объектов. Каждый такой объект имеет свою цену; точно как в каталоге какого-нибудь магазина. Поэтому,…

  • Привычка

    Привычка — очень мощная штука. Даже когда пребываешь в самом настоящем моменте работу ума никто не отменял, он продолжает реагировать привычным…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 8 comments