Доброго времени суток. Прежде всего хотелось рассказать о теории относительности, опубликованной Альбертом Энштейном в 1905 году в работе “ К электродинамике движущихся тел”, которая объясняет движение тел между различными инерциальными системами отчета, то есть телами, которые движутся с постоянной скоростью относительно друг друга. От сюда и название (СТО). Если же тело ускоряется и сворачивает, то это явление объясняет общая теория относительности (ОТО).
Альберт Энштейн говорил, что веселее всего ему представлять, как человек падает с крыши дома. Что же в этом веселого?
В свободном падении человек не будет ощущать собственного веса, и если этот человек выпустит какой-то предмет, то они будут неподвижны относительно друг друга и человек становится инерциальным наблюдателем, на него не действует ни какая сила, он свободен, так же как и в космосе. Представим, что ракета движется с постоянной скоростью сквозь пространства-время и вдруг в дали появляется планета.
Наблюдая со стороны мы бы заметили, что ракета постепенно сворачивает к этой планете, а космонавт внутри об этом и не узнает, он не почувствует воздействия каких-либо сил, вообще ни чего. Чем ближе к планете, тем быстрее разгоняется ракета, для космонавта его система координат является инерциальной до тех пор, пока ракета не врежется в планету.
Чем же объяснить поворот ракеты, если не силой притяжения?
Все дело в искривлении пространства и времени. Для начала обратим внимание на человека в ракете, который считает, что все время летит по прямой с постоянной скоростью. Он так и летел, вплоть до столкновения с поверхностью планеты, но в близи массивных тел пространства-время искривляется, поэтому сторонний наблюдатель увидит изогнутую траекторию ракеты.
Чем же объяснить поворот ракеты, если не силой притяжения?
Все дело в искривлении пространства и времени. Для начала обратим внимание на человека в ракете, который считает, что все время летит по прямой с постоянной скоростью. Он так и летел, вплоть до столкновения с поверхностью планеты, но в близи массивных тел пространства-время искривляется, поэтому сторонний наблюдатель увидит изогнутую траекторию ракеты.
Энштейн нашел фантастическое объяснение этому явлению.
Он предположил, что все тела везде и всегда двигаются по прямой, а вот когда пространство становится искривленным, нам начинает казаться, что какая-то сила сдвигает тело.
Смотрите, два человека стоят на экваторе на расстоянии в тысячи километров, и начинают движение строго прямо в сторону полюса.
Постепенно расстояние между ними будет сокращаться, и в итоге они встретятся в одной точке. Их будто тянуло к друг другу некая сила, но никто из них никакого воздействия не ощущал. Так же работает и гравитация, только на самом то деле ее нет. Они оказались в одной точке только потому что шли по прямым линиям на искривленной поверхности, называемыми геодезическими.
Еще один пример, самолеты летают по самому короткому пути, то есть по прямой, но так как поверхность Земли искривлена, то наблюдатель с МКС увидит, что траектория самолета не прямая.
Сам же экипаж МКС так же является инерциальным, и они так же движутся по геодезической линии, а пространство время изгибается вблизи земли из-за чего траектория МКС выглядит как спираль, так-как движение происходит сквозь пространство и время - по 4 координатным осям.
Чаще всего гравитацию иллюстрируют как деформацию эластичной ткани под действием чего-то массивного, а тела, находящиеся рядом скатываются к центру воронки, как бы притягиваясь какой-то силой, но ОТО вообще не предусматривает наличие каких-либо сил.
Представлять нужно как объект движется по прямой в пространстве-времени. Но из-за того, что оно изгибается вблизи массивных тел, прямая линия не похожа на прямую. Материя искривляет пространство-время, а пространство-время направляет ее движение. Вот что такое гравитация.
Вернемся в открытый космос. Что если включить двигатели ракеты и начать двигаться с постоянным ускорением 9,8 м/с за секунду. Космонавт внутри увидит, что предметы устремились к полу, а со стороны мы бы заметили, что предметы остались на своих местах, а вот ракета начала двигаться.
Ощущения точно такие же как и на поверхности земли с падающим с крыши человеком. На самом деле и человек (до того, как он упал на землю) и предметы в ракете (до того, как они достигли пола ракеты) находились в инерциальной системе, а вот пол ракеты и земля, соответственно, ускоряются им навстречу, и получается, что ракета и земля толкают предметы и человека со скоростью 9,8 м/с за 1 секунду. Они ускоряются, а никакой гравитации нет. Она вообще не существует. Интересно правда.
Вы скажете тогда любое тело, в том числе и люди, находящиеся на земле, должны ускорятся, почему я этого не вижу?
Когда мы находимся на поверхности земли в рамках ОТО на нас не действует сила притяжения и гравитация силой не считается, как в Ньютоновской физике, и остаётся только сила, которая толкает нас вверх. Вы не видите ускорения, потому что все объекты, которые Вас окружают находятся в той же системы координат что и вы.
Вернемся к человеку, который падает с крыши. Для него это вы ускоряетесь со скоростью 9,8 м/с за секунду. Но если мы ускоряемся для человека, падающего с крыши, это не значит, что наше положение в пространстве меняется.
В ОТО есть интересное уравнение:
Согласно ему, вторая производная вашего положения по времени (1) равняется ускорению (2), и в плоском пространстве-времени, если вы ускоряетесь, ваши координаты меняются, но мы же не в плоском пространстве-времени, и вторая часть уравнения (3) отражает искривление пространства времени. Самое главное здесь то, что положение в пространстве (1) может и не меняться, но это значит, что должно ровняться искривлению на скорость в квадрате (3). От сюда следует что в искривленном пространстве времени что бы оставаться на месте, нужно ускоряться.
Интересный факт, что все объекты ускоряются одинаково не зависимо от массы, а все потому что с ними ничего не происходит, а вот какая-либо преграда ускоряется на встречу, будь то ракета или поверхность земли.
Как доказать, что пространство искривляется?
Вернемся к ракете. Установим лазер на одной из ее стен, так что бы луч попадал на соседнюю стену на той же высоте. Но что будет если ракета начнет ускорятся?
Со стороны ничего не изменится, а вот изнутри пока свет летит от одной точки до другой, ракета уже успеет набрать какую-то скорость, следовательно, луч всегда будет попадать немного ниже источника, то есть в ускоряющейся системе координат свет отклоняется вниз, то есть искривится.
Хотя мы вряд ли увидим разницу в отклонении своими глазами, так как расстояние очень маленькое. И все же этот эксперимент показывает, что свет под действием ускорения искривляется. Исходя из этого Энштейн решил, что свет также будет искривляться в близи массивных тел.
Теперь мы можем утверждать, что гравитация - это вовсе не сила, а своего рода иллюзия, которая возникает из-за искривления пространства-времени. Так что знайте, что Ньютон сам виноват, что остановил вполне естественное, закономерное движение яблока в пространстве-времени. Остается еще много вопросов связанных с гравитацией, но то что удалось обнаружить на столько интересные закономерности, это уже большой успех. Некоторые из них да же используются на практике. Самые известные это GPS и ГЛОНАСС. Так как гравитационное поле на земле больше, а на орбите меньше, то требуется синхронизация часов, находящихся на поверхности земли с часами на орбите.
