Есть очень интересный и одновременно сложный вопрос, на который нет прямого ответа. Связан он с поведением гравитации.
Если вы хоть немного интересуетесь наукой или получали пятёрки по физике, то знаете, что гравитация - это не сила. Сила есть то, что напрямую толкает объект. Дать пинка мячику - это сила. Гравитация же есть проявление искривления пространства времени.
И тут начинается самое интересное. Если вас спросить - окай, а почему тогда предмет всё-таки падает, когда оно не сила, то большинство ответят очень логично, но неправильно. Мол, ну образуется вмятина в пространстве и туда объект скатывается, как в воронку.
Эйнштейн в ответ на это рвал бы волосы на голове, ибо он много раз отмечал, что никакие механические аналогии для гравитации не подходят.
Хорошо... А что же тогда? Если объекты не скатываются в ямы от других, более массивных объектов, то что заставляет простое яблоко падать на Землю? Более искушённый тут ответит, что так проявляются свойства пространства-времени и, строго говоря, будет прав. Но как оно всё-таки работает?
Давайте попробуем нащупать простое объяснение проблемы.
Согласно геометрической интерпретации общей теории относительности, мы не проводим обычного различия между временем и пространством, а предпочитаем говорить о пространстве-времени. Одна из причин этого заключается в том, что разные наблюдатели не могут прийти к согласию относительно длины объекта или временного интервала между двумя событиями из-за сокращения длины и замедления времени в соответствии с преобразованиями Лоренца.
Тут сделаю ремарку и отмечу, что и сам факт про кажущуюся длину или мнимое время - это ещё одна специфика реальности. Я подробно рассказывал об этом явлении в своем видео. Мы не подразумеваем, что длина действительно меняется от угла зрения.
Однако всегда есть одна величина, в отношении которой все наблюдатели могут прийти к согласию. Это так называемое «собственное время», которое можно рассматривать как четырехмерную длину пространства-времени. Ещё раз напомню - пространство и время жёстко связаны прямой закономерностью, это важно запомнить.
Так вот собственное время - это так называемое инвариантное свойство, и можно рассматривать разногласия относительно длины и времени как размышления о собственном времени под разными углами, подобно тому, как будут возникать разногласия относительно ширины и глубины палки в зависимости от угла обзора наблюдателя, оба наблюдателя придут к согласию относительно длины палки.
Мы упираемся в интересную закономерность, где есть пространство, время и расстояние. По сути - это база физики и сложно оно лишь потому, что приходится представлять невероятные структуры из измерений. Потому всегда есть общее равенство и связь этих трёх параметров. Если скорость больше - время меньше и т.п. и т.д.
В нашем случае это означает, что каждый объект движется с одинаковой скоростью. Это может вас удивить, поскольку яблоко, лежащее на земле, кажется, не движется сейчас ни с какой скоростью.
Интерпретировать это можно так - оно неподвижно в пространстве наблюдателя, но движется во времени. И теперь внимание. Если кто-то поднимет его и бросит, оно начнет двигаться в пространстве, но немного замедлится во времени (в некотором смысле, зависит от того, о каком времени идет речь и в какой системе).
По мере движения объекта в пространстве-времени он следует по геодезической, то есть по кратчайшему пути (точнее, по самому короткому или самому длинному). И тут самое интересное. Этому нет объяснения, просто, похоже, так предпочитает природа. Это лучшее, что можно сказать. Просто всё постоянно перемещается, такова суть.
Наличие массы (точнее, энергии-импульса) искривляет пространство-время. Это означает, что вблизи массы длина пространства-времени будет растянута. Вновь скажу, что никто не знает, почему это происходит, но к этому можно прийти, приняв «принцип эквивалентности», который гласит, что ускорение, которое мы испытываем из-за гравитации, ничем не отличается от ускорения, которое мы испытываем в ускоряющейся лаборатории вдали от любой массы (при условии, что лаборатория достаточно мала).
Чтобы понять, как это может привести к растяжению пространства-времени, представьте себе ускоряющийся космический корабль, где один исследователь находится наверху и каждую секунду посылает световые импульсы. Наблюдатель наблюдает за световыми импульсами внизу космического корабля, но из-за ускорения корабля он будет засчитывать иное количество вспышек, относительно картины источника за тоже время.
Поскольку они оба видят, что свет распространяется с одинаковой скоростью, наблюдатель внизу фактически будет испытывать замедление времени. То же самое верно и для наблюдателя, стоящего на Земле и испытывающего земную гравитацию.
Если вы встанете на поверхности Земли и уроните яблоко, оно упадет вниз, или, точнее, будет двигаться по параболе в пространстве-времени, поскольку это кратчайший путь. Оно не останется висеть в воздухе, поскольку это не есть кратчайший путь.
Оно может достичь той же точки, что и объект, зависший в воздухе, но кратчайший путь - это сделать обходной путь выше, поскольку там пространство-время растянуто ещё меньше. Это было бы аналогично подбрасыванию яблока в воздух. И тут я добавлю ссылку на заметку про природу этого кратчайшего пути. Это к вопросу про параболу - во многом это похоже на попытку нарисовать прямой путь самолёта на глобусе, перенеся всё на плоскую карту.
Итак, что же мы получаем в сухом остатке? Мы получаем довольно простую логику поведения гравитации без всяких там сил и пинков.
Есть большой массивный объект. Есть странное необъясненное свойство менять геометрию плоского пространства при появлении такого массивного тела в этом пространстве. Есть не менее странное свойство, которое говорит, что все тела всегда движутся, даже если они кажутся неподвижными. В итоге если два тела оказались рядом, то сильное искажение от тела большей массы, заставляет тело с меньшей массой следовать по искаженной траектории своего бесконечного движения.
Со стороны это выглядит, как яблоко, которое начало падать на Землю.
Но яблоко не начинало падать на Землю. Оно и без того двигалось, а его падение нивелировалось разными факторами типа удержания рукой или веткой. Просто когда Земля поменяла его траекторию в пространстве, это стало выглядеть как падение. Яблоко продолжило движение, которое и без того было, но оно просто следует по карте пространства.
На практике это очень просто, если осознать относительность. Звучит это немного безумно.
Но и ни в какую воронку скатываться объекту не нужно. Как и не нужен источник силы.
В конечном счете, общая теория относительности - это всего лишь набор уравнений, которые очень хорошо предсказывают результаты экспериментов.
⚠️ Пишу научпоп курс про загадки материи - добро пожаловать сюда.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!