Forskere, der udfordrede Einsteins teori om tyngdekraften. Klassiske teorier om tyngdekraft

Gravitationsinteraktion er en af ​​de fire grundlæggende interaktioner i vores verden. Inden for rammerne af klassisk mekanik beskrives gravitationsinteraktion ved lov universel tyngdekraft Newton, som siger, at tyngdekraftens tiltrækningskraft mellem to materielle massepunkter m 1 og m 2 adskilt af afstand R, er proportional med både masser og omvendt proportional med kvadratet af afstanden - altså

.

Her G- gravitationskonstant, lig med ca m³/(kg s²). Minustegnet betyder, at den kraft, der virker på kroppen, altid er lig med radiusvektoren rettet mod kroppen, det vil sige, at tyngdekraftens vekselvirkning altid fører til tiltrækning af ethvert legeme.

Loven om universel gravitation er en af ​​anvendelserne af den omvendte kvadratlov, som også forekommer i studiet af stråling (se f.eks. lystryk), og er en direkte konsekvens af den kvadratiske stigning i arealet af kugle med stigende radius, hvilket fører til et kvadratisk fald i bidraget fra enhver enhedsareal til arealet af hele kuglen.

Det enkleste problem med himmelmekanik er tyngdekraftens vekselvirkning mellem to legemer i det tomme rum. Dette problem løses analytisk til ende; resultatet af dets løsning formuleres ofte i form af Keplers tre love.

Efterhånden som antallet af interagerende kroppe stiger, bliver opgaven dramatisk mere kompliceret. Således det allerede berømte problem med tre kroppe (det vil sige bevægelsen tre kroppe med ikke-nul masser) kan ikke løses analytisk i generel opfattelse. Med en numerisk løsning opstår ustabilitet af løsningerne i forhold til startbetingelserne ret hurtigt. Når den anvendes på solsystemet, gør denne ustabilitet det umuligt at forudsige planeternes bevægelse på skalaer større end hundrede millioner år.

I nogle særlige tilfælde er det muligt at finde en omtrentlig løsning. Det vigtigste tilfælde er, når massen af ​​et legeme er væsentligt større end massen af ​​andre kroppe (eksempler: solsystemet og dynamikken i Saturns ringe). I dette tilfælde, som en første tilnærmelse, kan vi antage, at lyslegemer ikke interagerer med hinanden og bevæger sig langs Keplerske baner rundt om den massive krop. Interaktionerne mellem dem kan tages i betragtning inden for rammerne af perturbationsteori, og gennemsnittet over tid. I dette tilfælde kan der opstå ikke-trivielle fænomener, såsom resonanser, attraktorer, kaos osv. Et klart eksempel på sådanne fænomener er den ikke-trivielle struktur af Saturns ringe.

På trods af forsøg på at beskrive adfærden af ​​et system af et stort antal tiltrækkende kroppe af omtrent samme masse, kan dette ikke lade sig gøre på grund af fænomenet dynamisk kaos.

Stærke gravitationsfelter

I stærke gravitationsfelter, når man bevæger sig med relativistiske hastigheder, virkningerne af generel relativitet begynder at dukke op:

• afvigelse af tyngdeloven fra Newtons;
• forsinkelse af potentialer forbundet med den endelige udbredelseshastighed af gravitationsforstyrrelser; udseendet af gravitationsbølger;
• ikke-linearitetseffekter: gravitationsbølger har en tendens til at interagere med hinanden, derfor er princippet om superposition af bølger i stærke felter ikke længere henrettet;
• ændring af rum-tids geometri;
• fremkomsten af ​​sorte huller;

Gravitationsstråling

En af de vigtige forudsigelser af generel relativitet er gravitationsstråling, hvis tilstedeværelse endnu ikke er blevet bekræftet af direkte observationer. Der er dog indirekte observationsbeviser til fordel for dens eksistens, nemlig: energitab i det binære system med pulsaren PSR B1913+16 - Hulse-Taylor pulsaren - stemmer godt overens med en model, hvor denne energi føres væk af gravitationsstråling.

Gravitationsstråling kan kun genereres af systemer med variabel quadrupol eller højere multipol momenter, dette faktum tyder på, at gravitationsstråling af de fleste naturlige kilder retningsbestemt, hvilket komplicerer dets detektion betydeligt. Tyngdekraft l-feltkilden er proportional (v / c) 2l + 2 , hvis multipolen er af elektrisk type, og (v / c) 2l + 4 - hvis multipolen er af magnetisk type, hvor v er den karakteristiske bevægelseshastighed af kilder i det udstrålende system, og c- lysets hastighed. Således vil det dominerende moment være quadrupolmomentet af den elektriske type, og kraften af ​​den tilsvarende stråling er lig med:

Hvor Q jegj- kvadrupol momenttensor af massefordelingen af ​​det udstrålende system. Konstant (1/W) giver os mulighed for at estimere størrelsesordenen af ​​strålingseffekten.

Fra 1969 (Webers eksperimenter) og frem til i dag (februar 2007) er der gjort forsøg på direkte at detektere gravitationsstråling. I USA, Europa og Japan er der i øjeblikket flere jordbaserede detektorer (GEO 600) i drift, samt et projekt for en rumgravitationsdetektor fra Republikken Tatarstan.

Subtile virkninger af tyngdekraften

Ud over de klassiske effekter af gravitationel tiltrækning og tidsudvidelse forudsiger den generelle relativitetsteori eksistensen af ​​andre manifestationer af gravitation, som under jordiske forhold er meget svage, og deres påvisning og eksperimentel verifikation er derfor meget vanskelig. Indtil for nylig virkede overvindelsen af ​​disse vanskeligheder ud over forsøgsledernes evner.

Blandt dem kan vi især nævne indblandingen af ​​inertielle referencerammer (eller Lense-Thirring-effekten) og det gravitomagnetiske felt. I 2005 gennemførte NASAs ubemandede Gravity Probe B et hidtil uset præcisionseksperiment for at måle disse effekter nær Jorden, men dets fulde resultater er endnu ikke offentliggjort.

Kvanteteori om tyngdekraft

På trods af mere end et halvt århundredes forsøg er tyngdekraften den eneste grundlæggende interaktion, som en konsekvent renormaliserbar kvanteteori endnu ikke er blevet konstrueret til. Men ved lave energier, i kvantefeltteoriens ånd, kan gravitationsinteraktion repræsenteres som en udveksling af gravitoner - målebosoner med spin 2.

Standardteorier om tyngdekraft

På grund af det faktum, at tyngdekraftens kvanteeffekter er ekstremt små selv under de mest ekstreme eksperimentelle og observationsforhold, er der stadig ingen pålidelige observationer af dem. Teoretiske skøn viser, at det i langt de fleste tilfælde er muligt at begrænse klassisk beskrivelse gravitationsinteraktion.

Der er en moderne kanonisk klassisk gravitationsteori – generel relativitetsteori, og mange hypoteser og teorier af varierende udviklingsgrad, der tydeliggør den, konkurrerer med hinanden (se artiklen Alternative gravitationsteorier). Alle disse teorier laver meget lignende forudsigelser inden for den tilnærmelse, hvori eksperimentelle tests i øjeblikket udføres. Følgende er flere grundlæggende, mest veludviklede eller kendte teorier om tyngdekraft.

• Tyngdekraften er ikke et geometrisk felt, men et reelt fysisk kraftfelt beskrevet af en tensor.

• Gravitationsfænomener bør betragtes inden for rammerne af det flade Minkowski-rum, hvor lovene om bevarelse af energimomentum og vinkelmomentum er utvetydigt opfyldt. Så svarer bevægelsen af ​​kroppe i Minkowski-rummet til bevægelsen af ​​disse kroppe i det effektive Riemannske rum.

• I tensorligninger for at bestemme metrikken skal gravitonmassen tages i betragtning, og måleforhold forbundet med Minkowski-rummetrikken skal bruges. Dette tillader dig ikke at ødelægge gravitationsfeltet selv lokalt ved at vælge nogle passende system nedtælling.

Som i generel relativitetsteori refererer stof i RTG til alle former for stof (inklusive det elektromagnetiske felt), med undtagelse af selve gravitationsfeltet. Konsekvenserne af RTG-teorien er som følger: sorte huller som fysiske objekter forudsagt i generel relativitetsteori eksisterer ikke; Universet er fladt, homogent, isotropt, stationært og euklidisk.

På den anden side er der ikke mindre overbevisende argumenter fra modstandere af RTG, som koger ned til følgende punkter:

En lignende ting forekommer i RTG, hvor den anden tensorligning introduceres for at tage højde for forbindelsen mellem ikke-euklidisk rum og Minkowski-rum. På grund af tilstedeværelsen af ​​en dimensionsløs tilpasningsparameter i Jordan-Brans-Dicke-teorien, bliver det muligt at vælge det, så resultaterne af teorien falder sammen med resultaterne af gravitationseksperimenter.

Teorier om tyngdekraft

Newtons klassiske tyngdekraftsteori Generel relativitetsteori Kvantetyngdekraft Alternativ Matematisk formulering af generel relativitetsteori Tyngdekraft med massiv tyngdekraft Geometrodynamics (engelsk) Semiklassisk tyngdekraft

På trods af at tyngdekraften er den svageste interaktion mellem objekter i universet, er dens betydning i fysik og astronomi enorm, da den kan påvirke fysiske objekter på enhver afstand i rummet.

Hvis du er interesseret i astronomi, har du sikkert undret dig over, hvad sådan et begreb som gravitation eller universel gravitationslov er. Tyngdekraften er den universelle fundamentale interaktion mellem alle objekter i universet.

Opdagelsen af ​​tyngdeloven tilskrives den berømte engelske fysiker Isaac Newton. Sandsynligvis kender mange af jer historien om æblet, der faldt på hovedet af den berømte videnskabsmand. Men hvis du ser dybere ned i historien, kan du se, at tilstedeværelsen af ​​tyngdekraft blev tænkt på længe før hans æra af filosoffer og videnskabsmænd fra antikken, for eksempel Epicurus. Det var dog Newton, der først beskrev gravitationsinteraktionen mellem fysiske legemer inden for rammerne af klassisk mekanik. Hans teori blev udviklet af en anden berømt videnskabsmand, Albert Einstein, som i sin generelle relativitetsteori mere præcist beskrev tyngdekraftens indflydelse i rummet, såvel som dens rolle i rum-tid kontinuum.

Newtons lov om universel gravitation siger, at tyngdekraftens tiltrækningskraft mellem to massepunkter adskilt af en afstand er omvendt proportional med kvadratet af afstanden og direkte proportional med begge masser. Tyngdekraften er langtrækkende. Det vil sige, uanset hvordan et legeme med masse bevæger sig, vil dets gravitationspotentiale i klassisk mekanik udelukkende afhænge af dette objekts position i dette øjeblik tid. Jo større masse en genstand har, jo større er dens tyngdefelt - jo stærkere er tyngdekraften. Rumobjekter som galakser, stjerner og planeter har den største gravitationskraft og følgelig ret stærke gravitationsfelter.

Gravitationsfelter

Jordens gravitationsfelt

Tyngdefeltet er den afstand, inden for hvilken tyngdekraftsinteraktion finder sted mellem objekter i universet. Jo større massen af ​​et objekt er, jo stærkere er dets tyngdefelt - jo mere mærkbar er dets indvirkning på andre fysiske kroppe inden for et bestemt rum. Et objekts gravitationsfelt er potentiale. Essensen af ​​den foregående erklæring er, at hvis du introducerer den potentielle tiltrækningsenergi mellem to kroppe, så vil den ikke ændre sig efter at have flyttet sidstnævnte langs en lukket sløjfe. Herfra kommer en anden berømt lov om bevarelse af summen af ​​potentiale og kinetisk energi i et lukket kredsløb.

I den materielle verden er gravitationsfeltet af stor betydning. Det er besat af alle materielle objekter i universet, der har masse. Tyngdefeltet kan påvirke ikke kun stof, men også energi. Det er på grund af påvirkningen af ​​gravitationsfelterne fra så store kosmiske objekter som sorte huller, kvasarer og supermassive stjerner, at der dannes solsystemer, galakser og andre astronomiske hobe, som er karakteriseret ved en logisk struktur.

Nylige videnskabelige data viser, at den berømte effekt af universets udvidelse også er baseret på lovene for gravitationel interaktion. Især universets udvidelse lettes af kraftige gravitationsfelter, både af dets små og største objekter.

Gravitationsstråling i et binært system

Gravitationsstråling eller gravitationsbølge er et begreb, der først blev introduceret i fysik og kosmologi af den berømte videnskabsmand Albert Einstein. Gravitationsstråling i gravitationsteorien genereres ved bevægelse af materielle genstande med variabel acceleration. Under accelerationen af ​​et objekt ser en gravitationsbølge ud til at "bryde væk" fra det, hvilket fører til svingninger af gravitationsfeltet i det omgivende rum. Dette kaldes gravitationsbølgeeffekten.

Selvom gravitationsbølger forudsiges af Einsteins generelle relativitetsteori såvel som andre teorier om gravitation, er de aldrig blevet direkte opdaget. Dette skyldes primært deres ekstreme lillehed. Inden for astronomi er der dog indirekte beviser, der kan bekræfte denne effekt. Således kan virkningen af ​​en gravitationsbølge observeres i eksemplet med dobbeltstjerners konvergens. Observationer bekræfter, at dobbeltstjernernes konvergens til en vis grad afhænger af tabet af energi fra disse kosmiske objekter, som formodentlig bruges på gravitationsstråling. Forskere vil være i stand til pålideligt at bekræfte denne hypotese i den nærmeste fremtid ved hjælp af den nye generation af avancerede LIGO- og VIRGO-teleskoper.

I moderne fysik er der to begreber inden for mekanik: klassisk og kvante. Kvantemekanik blev udviklet relativt for nylig og er fundamentalt forskellig fra klassisk mekanik. I kvantemekanikken har objekter (kvanter) ikke bestemte positioner og hastigheder; alt her er baseret på sandsynlighed. Det vil sige, at et objekt kan indtage et bestemt sted i rummet på et bestemt tidspunkt. Hvor han vil flytte næste gang, kan ikke afgøres pålideligt, men kun med en høj grad af sandsynlighed.

En interessant effekt af tyngdekraften er, at den kan bøje rum-tid kontinuum. Einsteins teori siger, at i rummet omkring en masse energi eller et hvilket som helst materielt stof, er rumtiden krum. Følgelig ændres banen for partikler, der falder under indflydelse af gravitationsfeltet af dette stof, hvilket gør det muligt at forudsige banen for deres bevægelse med en høj grad af sandsynlighed.

Teorier om tyngdekraft

I dag kender videnskabsmænd over et dusin forskellige teorier om tyngdekraft. De er opdelt i klassiske og alternative teorier. Den mest berømte repræsentant for førstnævnte er den klassiske tyngdekraftsteori af Isaac Newton, som blev opfundet af den berømte britiske fysiker tilbage i 1666. Dens essens ligger i, at et massivt legeme inden for mekanik genererer et gravitationsfelt omkring sig selv, som tiltrækker mindre objekter. Til gengæld har sidstnævnte også et gravitationsfelt, ligesom alle andre materielle genstande i universet.

Den næste populære teori om tyngdekraften blev opfundet af den verdensberømte tyske videnskabsmand Albert Einstein i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Einstein var i stand til mere præcist at beskrive tyngdekraften som et fænomen og også forklare dens handling ikke kun i klassisk mekanik, men også i kvanteverdenen. Hans generelle relativitetsteori beskriver evnen for en kraft som tyngdekraften til at påvirke rum-tidskontinuumet, såvel som elementarpartiklernes bane i rummet.

Blandt de alternative teorier om tyngdekraften fortjener den relativistiske teori, som blev opfundet af vores landsmand, den berømte fysiker A.A., måske den største opmærksomhed. Logunov. I modsætning til Einstein argumenterede Logunov for, at tyngdekraften ikke er et geometrisk, men et reelt, ret stærkt fysisk kraftfelt. Blandt de alternative teorier om tyngdekraft kendes også skalar, bimetrisk, kvasilineær og andre.

1. For mennesker, der har været i rummet og vendt tilbage til Jorden, er det i starten ret svært at vænne sig til styrken af ​​vores planets gravitationspåvirkning. Nogle gange tager dette flere uger.
2. Det er blevet bevist, at den menneskelige krop i en tilstand af vægtløshed kan tabe op til 1% af massen knoglemarv om måneden.
3. Blandt planeterne i solsystemet har Mars den mindste tyngdekraft, og Jupiter har den største.
4. De kendte salmonellabakterier, som forårsager tarmsygdomme, opfører sig mere aktivt i en tilstand af vægtløshed og er i stand til at forårsage til den menneskelige krop meget mere skade.
5. Blandt alle kendte astronomiske objekter i universet har sorte huller den største tyngdekraft. Et sort hul på størrelse med en golfbold kunne have samme tyngdekraft som hele vores planet.
6. Tyngdekraften på Jorden er ikke den samme i alle hjørner af vores planet. For eksempel i Hudson Bay-regionen i Canada er det lavere end i andre regioner på kloden.

Einsteins generelle relativitetsteori giver den almindeligt accepterede forklaring på tyngdekraften. Den generelle relativitetsteori har dog en række problemer, der tvinger os til at lede efter alternative teorier om tyngdekraften. Faktisk har den situation udviklet sig, at videnskaben inden for gravitationsteorien er opdelt i to klaner, der praktisk talt ikke interagerer med hinanden. Akademiker fra Det Russiske Videnskabsakademi Anatoly Logunov taler om, hvordan den relativistiske teori om tyngdekraften strukturerer verden og modificerer lovene for generel relativitet. 21/01/2003 (kronik 00:46:00)

Arbejdsmaterialer

Emneoversigt:

Alternative teorier om tyngdekraft. Den klassiske gravitationsteori, udtrykt ved Newtons lov om universel gravitation, viste sig ikke at være helt nøjagtig i tilfælde af stærke gravitationsfelter. Dette forhindrer dog ikke det mindste i at blive brugt i tilfælde, hvor dens nøjagtighed er tilstrækkelig.

Oprettet i 1915 af Albert Einstein, den generelle relativitetsteori (GR) er i dag den almindeligt accepterede teori om tyngdekraften. Den har dog en række problemer, der tvinger os til at lede efter alternative teorier om tyngdekraften.

Et af hovedproblemerne er, at den generelle relativitetsteori i sin klassiske form er uforenelig med kvanteteorier felter, der beskriver de tre andre grundlæggende fysiske interaktioner. (Sandt, lige netop På det sidste der begyndte at komme rapporter om, at visse succeser var opnået i denne retning.)

Et andet problem er, at ved at beskrive tyngdekraften som en krumning af rum-tid, opgiver Generel Relativitet egenskaben af ​​homogenitet af rum-tid, og det er på denne egenskab, lovene om bevarelse af energi og momentum er baseret.

Det tredje problem med generel relativitet er også relateret til energi, denne gang med energien fra selve gravitationsfeltet. For at forstå, hvad der foregår, lad os først overveje det elektromagnetiske felt. Da det er et fysisk felt, bærer det selv energi og fremdrift. Desuden er feltenergien lagret i hvert elementært rumvolumen proportional med kvadratet af feltstyrken. Ved at vælge et referencesystem kan du ændre størrelsen af ​​de elektriske og magnetiske felter på et valgt punkt i rummet. For eksempel, ved at vælge en referenceramme, der bevæger sig med ladningen, kan dens magnetfelt reduceres til nul. Men intet valg af referencesystem kan fuldstændig ødelægge det elektromagnetiske felt på et punkt, hvor det fra et andet referencesystems synspunkt ikke er nul. Lad os vende tilbage til gravitationsfeltet. Grundlaget for generel relativitetsteori er et tankeeksperiment med en elevator, der falder i et gravitationsfelt. Det hævdes, at en observatør i en elevator ikke vil være i stand til at skelne mellem at falde i et tyngdefelt og at være udenfor nogen felter. Det vil sige, at i referencerammen for en frit faldende observatør er gravitationsfeltet fuldstændigt annulleret. Det følger heraf, at gravitationsfeltet for generel relativitet ikke er et almindeligt fysisk felt, der har en vis energitæthed i rummet. Valget af referencesystem kan ændre den rumlige fordeling af dets energi. I denne forstand taler de om ikke-lokaliteten af ​​tyngdefeltets energi i generel relativitet. Mange eksperter inden for astrofysik betragter dette som en væsentlig ulempe ved den generelle relativitetsteori. Samtidig afviser mange specialister i generel relativitetsteori generelt denne påstand.

Endelig er den måske største klage mod den generelle relativitetsteori, at den tillader fremkomsten af ​​sorte huller, i hvis centrum der er en fysisk singularitet. De fleste fysikere er overbeviste om, at forekomsten af ​​uendeligheder i fysisk teori betyder, at man går ud over grænserne for dens anvendelighed.

At de anførte problemer kræver løsninger er indlysende for enhver. Forskellige grupper af specialister forsøger at følge forskellige veje i denne sag. Alle kan dog betinget opdeles i to grupper - dem, der fortsætter deres søgen i overensstemmelse med den geometriske tilgang, der danner grundlaget for den generelle relativitetsteori, og dem, der nægter at forbinde gravitationsfeltet med rum-tidens geometri.

Da den første retning er mere bredt repræsenteret i det moderne videnskabelige samfund, kaldes teorier skabt langs den anden vej under ét for alternative teorier om tyngdekraft. Blandt de mest berømte alternative teorier om tyngdekraft er den relativistiske tyngdekraftsteori (RTG) af A. A. Logunov. På St. Petersburg University er Yu. V. Baryshev ved at udvikle en feltteori om tyngdekraft (FTG).

Desværre har der i de senere år udviklet sig en ret usund situation inden for gravitationsteorien. Forskere, der fortsætter med at arbejde i tråd med den almene relativitetsteori, ignorerer praktisk talt arbejde inden for alternative teorier om tyngdekraft, idet de citerer det faktum, at alle observerede fakta indtil videre kan forklares ud fra den generelle relativitetsteori. I mellemtiden bevæger deres arbejde sig i stigende grad ind i den rene matematiks område og bliver mindre og mindre tilgængelig for eksperimentel verifikation.

Dette skyldes sandsynligvis, at observationer indtil for ganske nylig ikke tillod os at vælge mellem forskellige versioner af tyngdekraftsteorier. Klassiske relativistiske effekter, såsom bøjning af lysstråler i Solens gravitationsfelt eller skift af Merkurs perihelium, beskriver alle disse teorier på samme måde og, til en første tilnærmelse, på samme måde som den generelle relativitetsteori. Forskelle forekommer i stærkere felter. Og observation af deres manifestationer bliver kun mulig i vore dage.

Et af de mest lovende objekter til at teste en ny generation af gravitationsteorier er den berømte pulsar PSR1913+30. I dette tætte par af to neutronstjerner må der være meget betydelige energitab på grund af emission af gravitationsbølger. Desuden forudsiger forskellige teorier om tyngdekraften forskellige hastigheder af energitab. I løbet af de næste par år vil nogle teorier blive nødt til at gå på pension baseret på testresultater på dette anlæg.

Gradvist har den generelle relativitetsteori problemer på den kosmologiske front. Boldens aldersdata stjernehobe finder det svært at passe inden for de tidsfrister, teorien giver stort brag, baseret på generel relativitetsteori. Big Bang-teorien forudsiger, at den store fordeling af stof i universet bør være ensartet. I de senere år har den skala, hvorfra homogenitet bør observeres, været konstant stigende under pres fra observationsdata.

Heller ikke alt går glat for alternativerne. Men deres problemer ligger på et lidt andet plan. Faktum er, at udover ret seriøse forskere, der udvikler alternative teorier om tyngdekraft, er der mange større antal amatører, der, efter at have undladt at forstå det meget ikke-trivielle matematiske apparat i den generelle relativitetsteori, begynder at skabe deres egne teorier og kalder dem alternative. Ofte har disse figurer videnskabelige grader (opnået hovedsageligt i områder langt fra teorien om tyngdekraften), og takket være dette er de inkluderet i videnskabelige kredse. De sender artikler til videnskabelige tidsskrifter, taler ved konferencer, udgiver bøger om deres hjemmedyrkede teorier, hvis mangler (hvis vi overhovedet kan tale om mangler) ikke svarer til ovenstående påstande mod den generelle relativitetsteori.

For mange tilhængere af generel relativitetsteori ser sådanne teorier desværre ud som ret seriøs forskning inden for alternative tyngdekraftsteorier. Faktisk er der opstået en situation, hvor dogmet om ufejlbarlighed i den almene relativitet (i det mindste den geometriske tilgang, der ligger til grund for den) gælder. Det viser sig, at videnskaben inden for gravitationsteori er opdelt i to klaner, der praktisk talt ikke interagerer med hinanden. Denne situation ser selvfølgelig trist ud. Man kan kun håbe, at den eksplosive ophobning af nye astronomiske data i en meget nær fremtid vil tvinge disse to klaner til at komme i kontakt.

Materiale til programmet:

Fra A. A. Logunovs artikler om den relativistiske teori om tyngdekraften.

Den relativistiske gravitationsteori overvinder de vanskeligheder, som den generelle relativitetsteori støder på. Den nye teori er baseret på de grundlæggende love for bevarelse af stof og begrebet gravitationsfeltet som et fysisk felt af Faraday-Maxwell-typen. Den forklarer alle kendte observations- og eksperimentelle data om tyngdekraften og giver nye ideer om universets udvikling, gravitationssammenbrud, rum og tid.

Alle er godt klar over, at geometrien i rummet omkring os er euklidisk. Det blev opdaget gennem observationer og derefter for over 2 tusinde år siden formuleret af Euklid i form af postulater og aksiomer. De postulater og aksiomer, der ligger til grund for den euklidiske geometri, er åbenlyse udsagn, der accepteres uden bevis. De er så naturlige, at der er skabt en næsten absolut overbevisning i det unikke ved denne geometri. Geometre brugte mange kræfter på at reducere antallet af postulater og aksiomer for at reducere dem til et minimum. Dette blev opnået, da nogle af dem blev fjernet fra resten. Matematikere brugte mange kræfter på at slippe af med det femte postulat (gennem et punkt uden for en given linje kan du kun tegne en linje parallelt med den), men de formåede ikke at gøre dette, selvom geometre har studeret dette problem i mere end 2 tusind år.

Begyndelsen på mekanikkens hurtige udvikling som videnskaben om kroppens bevægelse går tilbage til midten af ​​det 17. århundrede. Mekanik i den periode var en eksperimentel videnskab. Som et resultat af at opsummere den enorme mængde af eksperimentelle data formulerede I. Newton sine tre berømte love for dynamik og tyngdeloven. Dette gjorde det muligt at løse en lang række problemer om kroppens bevægelser for den tid. Euklids geometri blev inkorporeret i Newtons love. I det væsentlige, fra dette øjeblik af, blev studiet af mekaniske fænomener ikke kun en test af Newtons love, men også af euklidisk geometri. Men på det tidspunkt var dette endnu ikke realiseret, da der ikke var nogen tvivl om Euklids geometri, om dens unikke karakter som et logisk skema. Og først i det 19. århundrede. N.I. Lobachevsky, der studerede problemet med det femte postulat i Euklids geometri, kom til den konklusion, at det var nødvendigt at erstatte det med et nyt postulat: gennem et punkt uden for en linje på et plan passerer der mindst to linjer, der ikke skærer dette. en.

Hans mål var at konstruere geometri baseret på nyt system postulater og aksiomer. Gennemførelsen af ​​dette program førte Lobachevsky til opdagelsen af ​​ikke-euklidisk geometri. Det gjorde Lobachevsky største opdagelse, men hans samtidige, selv store videnskabsmænd, forstod ham ikke blot, men indtog en fjendtlig holdning. Senere var Lobachevskys forskning drivkraften til konstruktionen af ​​andre geometrier. Det blev klart, at et uendeligt antal geometrier som logiske systemer kan konstrueres, og kun erfaring kan afgøre, hvilken af ​​dem der bliver realiseret i verden omkring os. I moderne matematisk sprog er strukturen af ​​geometri fuldstændigt specificeret ved udtrykket af kvadratet af afstanden mellem tilstødende uendeligt tætte punkter. I Cartesiske koordinater I det euklidiske rum har kvadratet på en sådan afstand formen: dll = dxx + dyy + dzz.

Her er dx, dy, dz koordinatdifferenser. Faktisk er dette ikke andet end Pythagoras sætning for tilfældet med tredimensionelt rum, hvis vi gik ud fra Euklids postulater og aksiomer. Denne lighed kan bruges som grundlag for definitionen af ​​euklidisk geometri. Hvis vi ikke brugte kartesiske koordinater i det, men nogle andre krumlinjede (for eksempel sfæriske, cylindriske osv.), ville kvadratet på afstanden mellem nabopunkter i disse koordinater (lad os betegne dem xi) have formen: dll = ?ik(x)dxidxi. Denne notationsform i matematisk sprog betyder summering over de samme indekser i og k (i, k = 1, 2. 3). Mængden ?ik bestemmer geometriens struktur og kaldes den metriske tensor i det euklidiske rum. Euklidisk geometri har den vigtigste ejendom: i det er det altid muligt at indføre globale kartesiske koordinater i hele rummet, hvor kun de diagonale komponenter af den metriske tensor, alle lig med en, er ikke-nul. Det betyder, at det euklidiske rum er "fladt", eller med andre ord, krumningen i hvert punkt er nul.

B. Riemann, der udviklede ideen om N. I. Lobachevsky og K. F. Gauss, introducerede en særlig klasse af geometrier, kaldet riemannske, som kun falder sammen med euklidiske i et uendeligt lille område. Han generaliserede også det grundlæggende begreb om rumkrumning. I Riemannsk geometri skrives kvadratet af afstanden mellem to nabopunkter også på formen dll = ?ik (x)dxidxk, med den eneste grundlæggende forskel, at der ikke er ensartede kartesiske koordinater i hele rummet, hvori metrisk tensor ville være konstant overalt og ville have en diagonal form. Dette betyder, at krumning i Riemann-rummet altid er ikke-nul, og dens værdi afhænger af punktet i rummet.

Hvilken slags geometri finder sted i naturen? Svaret på dette spørgsmål kan kun opnås på grundlag af erfaring, det vil sige ved at studere naturlige fænomener. Mens vi i fysik havde at gøre med relativt lave hastigheder, bekræftede erfaringen, at geometrien i vores rum er euklidisk, og begreber som "længde" og "tid" er absolutte og ikke afhængige af referencesystemet. Studiet af elektromagnetiske fænomener samt partiklers bevægelse med hastigheder tæt på lysets hastighed førte til fantastisk opdagelse: rum og tid danner et enkelt kontinuum; Rollen af ​​afstanden mellem to tætte punkter (hændelser) spilles af en størrelse kaldet interval. Kvadraten af ​​intervallet i kartesiske koordinater er bestemt af ligheden: dss = ccdTT - dxx - dyy - dzz. Her er c lysets hastighed; T - tid. Geometrien defineret af et sådant interval kaldes pseudo-euklidisk, og firedimensionelt rum med en sådan geometri - Minkowski-rum. Kvadratet af intervallet dss kan være positivt, negativt eller nul. Denne opdeling er absolut. Tid og koordinater kommer næsten ligeligt ind i intervallet (kvadratret), med den eneste grundlæggende forskel, at de har forskellige fortegn. Dette afspejler den dybe forskel mellem sådanne fysiske begreber, som "længde" og "tid". Størrelsen af ​​intervallet afhænger ikke af referencerammen, mens tid og længde ikke er længere absolutte begreber, de er relative og afhænger af valget af referencesystem.

dss-intervallet har samme udseende i en uendelig klasse af referencesystemer, der bevæger sig i forhold til hinanden med en konstant hastighed, der er mindre end lysets hastighed. Sådanne referencesystemer er inerti, fordi inertiloven er opfyldt i dem. Transformationer fra et inertisystem til et andet, der bevarer formen af ​​et interval, kaldes Lorentz-transformationer. Teorien formuleret i klassen af ​​inertielle referencesystemer baseret på dss-intervallet blev af A. Einstein kaldt den særlige relativitetsteori. Denne begrænsede forståelse af særlige relativitetsteori har spredt sig vidt og gennemsyret næsten alle lærebøger. Men de begreber, der ligger til grund for den særlige relativitetsteori, er netop gyldige for accelererede referencerammer.

Da Minkowski-rummet er homogent og isotropt, så har det i matematiksproget en maksimal gruppe af bevægelser på ti parametre (en fire-parameter gruppe af oversættelser og en seks-parameter gruppe af rotationer), og derfor lovene om bevarelse af energi - momentum og vinkelmomentum - foregår i den henholdsvis. Det betyder, at du altid kan finde nye variable x*, der er funktioner af gamle variable x, således at intervallet, når du flytter til dem, beholder sin form fuldstændigt: dss = ?ik(x*)dx*idx*k. Her, i de nye variable x*, er alle komponenter i den metriske tensor?ik(x*) de samme som før. Invariansen af ​​formen af ​​et interval i Minkowski-rummet forekommer således ikke kun for klassen af ​​inertielle referencesystemer, men også for en vilkårligt valgt klasse af accelererede referencesystemer. Denne egenskab ved Minkowski-rummet er formuleret som det generaliserede relativitetsprincip: "Uanset hvilket fysisk referencesystem vi vælger (inertielt eller ikke-inertielt), kan vi altid indikere et uendeligt sæt af andre systemer - dem, hvori alle fysiske fænomener (inklusive gravitationelle) ) opstår på samme måde initial referenceramme, så vi hverken har og kan ikke have nogen eksperimentel evne til at skelne i hvilken bestemt referenceramme fra denne uendelige helhed vi befinder os.” Det betyder, at når vi beskæftiger os med accelererede referencerammer, ikke gå ud over rammerne for den særlige relativitetsteori. Dette princip vil yderligere danne grundlag for den relativistiske gravitationsteori, som vil blive diskuteret senere. For nu vender vi os til teorien om tyngdekraft skabt af Einstein. Lad os diskutere dets grundlæggende principper og vanskeligheder.

Accelerationen, der opleves af et frit materialepunkt i en ikke-inertiel referenceramme, udtrykkes gennem de første afledte af den metriske tensor?ik med hensyn til koordinater og tid. Dette afspejler universaliteten af ​​inertikræfter, som forårsager acceleration uafhængig af kroppens masse. Tyngdekræfterne har nøjagtig samme egenskab, da et legemes tyngdemasse, som erfaringen viser, er lig med dets inertimasse. I betragtning af ligheden mellem inerti og gravitationsmasser som en grundlæggende kendsgerning, kom Einstein til den konklusion, at gravitationsfeltet ligesom inertikræfter skulle beskrives af en metrisk tensor. Det betyder, at gravitationsfeltet ikke er karakteriseret ved et skalarpotentiale, men af ​​ti funktioner, der er komponenter i den metriske tensor. Det var det vigtigste skridt i forståelsen af ​​tyngdekræfterne, hvilket gjorde det muligt for Einstein, efter mange års forsøg på at opbygge en teori om tyngdekraften, at fremsætte ideen om, at rum-tid ikke er pseudo-euklidsk, men pseudo-riemannsk (i fremtiden vil vi blot sige Riemann).

Einstein identificerede gravitationsfeltet med den metriske tensor i Riemann-rummet. Denne idé gjorde det muligt for D. Hilbert og A. Einstein at opnå ligninger for gravitationsfeltet, det vil sige for den metriske tensor i Riemann-rummet. På denne måde blev den generelle relativitetsteori (GR) opbygget.

Einsteins forudsigelse af afbøjningen af ​​en lysstråle i Solens felt, og derefter den eksperimentelle bekræftelse af denne effekt, såvel som forklaringen af ​​skiftet i Merkurs perihelium, blev en sand triumf for Einsteins generelle relativitetsteori . På trods af sine succeser har GTO dog stået over for vanskeligheder næsten fra sin fødsel.

E. Schrödinger viste i 1918, at ved et passende valg af koordinatsystem kan alle komponenter, der karakteriserer tyngdefeltets energimomentum uden for et sfærisk symmetrisk legeme, reduceres til nul. Til at begynde med virkede dette resultat overraskende for Einstein, men så efter analyse, han svarede som følger: "Hvad Hvad angår Schrödingers overvejelser, ligger deres overbevisendehed i analogien med elektrodynamik, hvor spændingerne og energitætheden af ​​ethvert felt ikke er nul. Jeg kan dog ikke finde en grund til, hvorfor det samme skulle være tilfældet for gravitationsfelter. Gravitationsfelter kan indstilles uden at indføre spændinger og energitætheder." Eller igen: "...for et uendeligt lille område kan koordinaterne altid vælges på en sådan måde, at gravitationsfeltet vil være fraværende i det."

Vi ser, at Einstein bevidst bevægede sig væk fra det klassiske begreb om et felt som et materielt stof, som selv lokalt aldrig kan ødelægges ved valget af en referenceramme, og det gjorde han i navnet på det lokale princip om kræfternes ækvivalens. af inerti og tyngdekraft, som han ophøjede til rang af et grundlæggende princip, selv om fysisk der ikke var og er ingen grund til dette. Alt dette førte til ideen om, at det er umuligt at lokalisere gravitationsenergi i rummet.

En anden vanskelighed, relateret til den forrige, var relateret til formuleringen af ​​lovene om bevarelse af energi og momentum. Det blev først påpeget af D. Gilbert. I 1917 skrev han: "Jeg hævder ... at for den generelle relativitetsteori, dvs. i tilfælde af generel invarians af Hamilton-funktionen, energiligninger der ... svarer til energiligninger i ortogonalt invariante teorier (hvilket betyder feltteori i Minkowski space ), eksisterer slet ikke. Jeg kunne endda markere denne omstændighed som karakteristisk træk generel relativitetsteori." Desværre blev denne udtalelse fra Hilbert ikke forstået af hans samtidige, da hverken Einstein selv eller andre fysikere indså, at i almen relativitetsteori er lovene om bevarelse af energimomentum og vinkelmomentum i princippet umulige.

Men Einstein forstod klart den grundlæggende betydning af lovene om bevarelse af energi-momentum af stof og gravitationsfeltet taget sammen, og havde derfor ikke til hensigt at opgive dem overhovedet. I 1918 gennemførte han en undersøgelse inden for rammerne af generel relativitet, hvori, som han skrev, "begreberne energi og momentum er etableret lige så klart som i klassisk mekanik." Samme år bekræftede F. Klein Einsteins resultater. Siden da, da han præsenterede dette nummer, er Einstein blevet fulgt bogstaveligt. Det ser ud til, at problemet var fuldstændig løst, og Einstein vendte aldrig tilbage til det. En omhyggelig analyse viser imidlertid, at Einsteins og Kleins ræsonnement indeholder en simpel, men fundamental fejl.Dens essens ligger i, at værdien af ​​J?, som Einstein opererede i sin ræsonnement ved at identificere dens komponenter med energi og momentum, simpelthen er lig med nul. Einstein var ikke bestemt til at se, at accepten af ​​GTR nødvendigvis fører til afvisning af grundlæggende bevarelseslove, og sidstnævnte, som vi har vist, fører direkte til den konklusion, at en krops inertimasse (som defineret i GTR) ikke er lig med dens aktive gravitationsmasse. Men det betyder, at Generel Relativitet ikke kan forklare den eksperimentelle kendsgerning om disse massers lighed, men Einstein mente, at det netop var dette faktum, der var en konsekvens af hans teori. Det viste sig dog, at det ikke var tilfældet. Hovedårsagen til fraværet af bevarelseslove i GTR ligger i det faktum, at der i Riemannsk geometri i det generelle tilfælde ikke er nogen gruppe af bevægelse af rummet, og derfor ingen symmetri af rum-tid, der fører til bevarelseslove. Og selvom sidstnævnte var yderst indlysende for matematikere, og fysikere tilsyneladende vidste om det, tillod manglen på en dyb forståelse af den matematiske oprindelse af bevarelseslovene os ikke at gøre det eneste. korrekt konklusion at der ikke kan være fredningslove i almen relativitetsteori. Einsteins og Kleins værker, som vi skrev om ovenfor, skabte en illusorisk tillid til tilstedeværelsen af ​​bevarelseslove i den generelle relativitetsteori. Denne tillid fortsætter i dag. Apparatet med Riemannsk geometri, på grund af dets ynde og skønhed, fængslede fysikere, der arbejdede med gravitation, i en sådan grad, at det næsten fuldstændigt adskilte dem fra den fysiske virkelighed.

At give fysisk mening til matematiske konstruktioner uden fysiske ideer er en meget tvivlsom aktivitet, men udbredt i vores tid. Accepten af ​​begrebet generel relativitetsteori fører således til afvisningen af ​​en række grundlæggende principper, der ligger til grund for fysikken. For det første er dette en afvisning af lovene om bevarelse af energi-momentum og vinkelmomentum af stof og gravitationsfeltet taget sammen. For det andet afvisningen af ​​at repræsentere gravitationsfeltet som et klassisk felt af Faraday-Maxwell-typen, som har en energi-momentum-tæthed. For mange fysikere involveret i generel relativitetsteori er dette stadig uklart, mens andre har en tendens til at betragte afvisningen af ​​bevarelseslove som største præstation teori, der væltede et sådant begreb som "energi". Hverken i makro- eller mikrokosmos er der dog et eneste eksperimentelt faktum, der direkte eller indirekte sår tvivl om gyldigheden af ​​stoffets bevarelseslove. Derfor ville vi være for useriøse, hvis vi bevidst opgav disse love uden ordentligt forsøgsgrundlag. Uden fredningslove kan en teori ikke være tilfredsstillende. Afvisningen af ​​generel relativitet er dikteret af både logikken i fysiske begreber og eksperimentelle fakta.

At give kredit til generel relativitet som en bestemt vigtigt stadium i studiet af tyngdekraften kan man skitsere essensen af ​​principperne i den relativistiske tyngdekraftsteori, bygget på grundlag af fundamentale bevarelseslove.

Den relativistiske gravitationsteori (RTG) er baseret på følgende fysiske krav. I teorien skal lovene om bevarelse af energimomentum og vinkelmomentum for stof og gravitationsfeltet tilsammen overholdes nøje. Stof refererer til alle former for stof (inklusive det elektromagnetiske felt) med undtagelse af gravitationsstof. Bevaringslove afspejler materiens generelle dynamiske egenskaber og gør det muligt at indføre ensartede karakteristika for dets forskellige former. Stoffets generelle dynamiske egenskaber er inkorporeret i strukturen af ​​rum-tidens geometri. Det viser sig nødvendigvis at være pseudo-euklidisk (med andre ord er teorien konstrueret i Minkowski-rummet). Geometri er således ikke specificeret ved aftale, som Poincaré mente, men er entydigt bestemt af fredningslove. Minkowski-rummet har, som allerede nævnt, en fire-parameter gruppe af translationer og en seks-parameter gruppe af rotationer. Denne position adskiller RTG radikalt fra den generelle relativitetsteori og fjerner os fuldstændigt fra Riemannsk geometri. Tyngdefeltet er beskrevet af en symmetrisk tensor og er et virkeligt fysisk felt med energi- og momenttæthed. Hvis partikler (feltkvanter) er forbundet med dette felt, bør de have nul hvilemasse, da gravitationsinteraktionen er langdistanceret. I dette tilfælde kan reelle og virtuelle kvanter af gravitationsfeltet have tilstande med spin 2 og 0.

Denne definition af gravitationsfeltet returnerer den fysiske virkelighed til det, da det ikke længere kan ødelægges selv lokalt ved valget af referencesystemet, og derfor er der ingen (selv lokal) ækvivalens mellem gravitationsfeltet og inertikræfterne. Dette fysiske krav adskiller RTG fundamentalt fra generel relativitetsteori. Einstein i den generelle relativitetsteori identificerede tyngdekraften med den metriske tensor i Riemann-rummet, men denne vej førte til tabet af begrebet gravitationsfeltet som et fysisk felt, såvel som til tabet af bevarelseslove. Afvisningen af ​​denne bestemmelse i GTR er primært dikteret af ønsket om at bevare disse grundlæggende fysiske begreber i tyngdekraftsteorien.

Maxwells ligningssystem for det elektromagnetiske felt og RTG-ligninger. Deres lighed er en afspejling af en af ​​de vigtigste bestemmelser i RTG, ifølge hvilken gravitationsfeltet betragtes som et fysisk felt med en tæthed af energi og momentum. I stedet introduceres princippet om geometrisering i teorien, essensen af hvilket er som følger: gravitationsfeltets interaktion med stof, på grund af dets universalitet, beskrives ved at forbinde tensorgravitationsfeltet Фik med det metriske tensor?ik i Minkowski-rummet. Dette kan altid lade sig gøre, da uanset hvilken form for stof vi vælger, vil dens indledende fysiske ligninger inkludere den metriske tensor af Minkowski-rummet. Det kan ikke være anderledes, da fysiske processer foregår i tid og rum.

Ifølge Einstein forekommer materiens bevægelse i Riemannsk rum-tid, men der er ikke noget Minkowski-rum i generel relativitetsteori. Ifølge princippet om geometrisering bevæger stof sig i Minkowski-rummet under påvirkning af et gravitationsfelt. En sådan bevægelse svarer faktisk til bevægelse i et eller andet "effektivt" Riemann-rum. Tyngdefeltet ser ud til at ændre geometrien af ​​de resterende felter. Tilstedeværelsen af ​​Minkowski-rum i RTG giver os mulighed for at betragte gravitationsfeltet som et almindeligt fysisk felt i Faraday-Maxwells ånd med dets sædvanlige egenskaber som en energi-momentumbærer.

Så det er ikke de særlige fysiske manifestationer af stofbevægelsen, men dens mest generelle dynamiske egenskaber, der bestemmer geometriens struktur, som bør danne grundlag for en fysisk teori. I den relativistiske gravitationsteori (RTG) bestemmes geometrien ikke på grundlag af studiet af lysets bevægelse og testlegemer, men på grundlag af stoffets generelle dynamiske egenskaber - dets bevaringslove, som ikke kun er grundlæggende betydning, men også eksperimentelt verificerbar. I dette tilfælde skyldes bevægelsen af ​​lys og testlegemer den simple virkning af gravitationsfeltet på stof i Minkowski-rummet. Minkowski-rummet og gravitationsfeltet er således de oprindelige, primære begreber, og det "effektive" Riemann-rum er et sekundært begreb, der skyldes sin oprindelse til gravitationsfeltet og dets universel handling på stoffet. Selve essensen af ​​geometriseringsprincippet ligger i adskillelsen af ​​inertikræfter og gravitationsfelter. Men denne adskillelse kan kun realiseres fysisk, når den metriske tensor af Minkowski-rummet er inkluderet i ligningerne for gravitationsfeltet. I GTR, som det let kan ses direkte fra Hilbert-Einstein-ligningerne, er en sådan adskillelse umulig, da der i Riemannsk geometri, som GTR er baseret på, ikke er noget begreb om Minkowski-rum. Derfor er for eksempel udsagn om, at generel relativitetsteori kan opnås baseret på begreberne Minkowski-rum, fejlagtige. I princippet om geometrisering er på den ene side Einsteins idé om at identificere tyngdekraften med den metriske tensor i Riemann-rummet fuldstændig udelukket, og på den anden side er Einsteins idé om Riemannsk geometri udviklet. Hvis rum-tid er fuldstændig bestemt af den metriske tensor, så er stof karakteriseret ved sin energi-momentum tensor. For hver stofform har den sit eget specifikke udseende. Den samlede energi-momentum-tensor af stof og gravitationsfelt i Minkowski-rummet er en bevaret tensor. På grund af tyngdekraftens universelle natur bør den tjene som en kilde til gravitationsfelt i RTG-ligningerne. Det komplette ligningssystem af den relativistiske gravitationsteori kan formelt fås ud fra Maxwells ligninger for elektrodynamik, hvis vi i stedet for vektorens elektromagnetiske felt på venstre side af ligningerne sætter tensorgravitationsfeltet og erstatter den bevarede elektromagnetiske strøm med energi-momentum tensor af alt stof.

Selvfølgelig er en sådan konklusion simpelthen et heuristisk redskab, og den kan på ingen måde hævde at være streng. Men en nøjagtig betragtning baseret på de tidligere angivne RTG-principper i kombination med lokal gauge-invarians fører utvetydigt til netop et sådant system med 14 gravitationsligninger. Fire yderligere RTG-feltligninger bestemmer fysisk struktur gravitationsfelt og grundlæggende adskiller alt, der vedrører inertikræfterne, fra alt, der er relateret til gravitationsfeltet.

De resterende ti ligninger falder sammen med Hilbert-Einstein-ligningerne med den eneste grundlæggende forskel, at feltvariablerne i dem er funktioner af Minkowski-koordinater. Dette ændrer fuldstændigt deres fysiske indhold og adskiller dem fra de generelle relativitetsligninger. Alle ligninger er generelt kovariante, det vil sige, at de har den samme form i alle referencerammer i Minkowski-rummet, og de inkluderer klart den metriske tensor af dette rum. Det betyder, at Minkowski-rummet ikke kun afspejles i bevaringslovene, men også i beskrivelsen af ​​fysiske fænomener. Alle feltkomponenter (elektromagnetiske, gravitationelle osv.) i vores teori er funktioner af Minkowski rumkoordinater. Dette er af fundamental betydning. Ved at løse systemet med feltligninger fastslår vi afhængigheden af ​​den metriske tensor af det "effektive" Riemannske rum af både Minkowski-rummets koordinater og gravitationskonstanten G. Den korrekte tid (målt af et ur, der bevæger sig med stoffet) viser sig at afhænge af Minkowski-rummets koordinater og gravitationskonstanten. Således er forløbet af den rette tid bestemt af tyngdefeltets natur.

Tilstedeværelsen af ​​den metriske tensor af Minkowski-rummet i feltligningerne gør det muligt at adskille inertikræfter fra gravitationskræfter og i alle tilfælde finde deres indflydelse på visse fysiske processer. Derfor er Minkowski-rummet fysisk og derfor observerbart.

Dens egenskaber kan om nødvendigt altid kontrolleres ved passende behandling af eksperimentelle data om bevægelsen af ​​lyssignaler og testlegemer i "effektivt" Riemann-rum. "Med hensyn til betragtningen om, at en lige linje, som en lysstråle, er mere direkte observerbar," skrev V. A. Fok på et tidspunkt, "har den ingen betydning: i definitioner er det afgørende ikke direkte observerbarhed, men overensstemmelse med naturen. , i det mindste blev denne korrespondance etableret gennem indirekte slutninger.” Observerbarhed skal således ikke forstås i en primitiv, men i en mere generel og dybere forstand som tilstrækkelighed til naturen.

Selvfølgelig udelukker RTG på ingen måde muligheden for at beskrive stof i et "effektivt" Riemannsk rum. RTG-ligningerne indeholder den metriske tensor af Minkowski-rummet, og derfor er alle funktioner, der beskriver fysiske felter, udtrykt i ensartede koordinater for hele Minkowski-rumtiden, for eksempel i galilæske (kartesiske) koordinater. Hilbert-Einstein-ligningerne får i kombination med ligningerne, der bestemmer tyngdefeltets struktur, en ny fysisk betydning, samtidig med at de ændrer sig og bliver væsentligt forenklet. Lovene om bevarelse af stoffets energi-momentum og gravitationsfeltet tilsammen er konsekvenser af RTG-ligningerne og afspejler rum-tidens pseudo-euklidiske struktur. I princippet er den generelle relativitetsteori blottet for alt det ovenstående, da der i Riemannsk geometri, vi gentager, ikke er noget begreb om Minkowski-rum.

Nu - om nogle fysiske konsekvenser af RTG. I begyndelsen af ​​20'erne opdagede A. A. Friedman, der løste Hilbert-Einstein-ligningerne under den antagelse, at tætheden af ​​stof på hvert punkt i rummet er den samme og kun afhænger af tiden (Friedmans homogene og isotrope univers), at tre modeller af et ikke -stationære univers er mulige ( Friedmanns modeller af universet). Hver type univers er bestemt af forholdet mellem stoffets tæthed på et givet tidspunkt og den såkaldte kritiske tæthed, bestemt ud fra målinger af Hubble-konstanten. Hvis tætheden af ​​stof er større end kritisk, så er universet lukket og har et begrænset volumen, men har ingen grænser. Hvis stoffets tæthed er mindre end eller lig med den kritiske tæthed, så er universet uendeligt.

På spørgsmålet om, hvilken af ​​disse modeller der er realiseret i naturen, kan Generel Relativitet i princippet ikke give et entydigt svar. Ifølge RTG er Friedmanns homogene og isotrope univers uendeligt, og det kan kun være fladt – dets tredimensionelle geometri er euklidisk. I dette tilfælde er tætheden af ​​stof i universet nøjagtigt lig med den kritiske tæthed. Således forudsiger RTG, at der skulle være "skjult masse" i universet, hvis tæthed er næsten 40 gange højere end tætheden af ​​stof observeret i dag.

En anden vigtig konsekvens af RTG er udsagnet om, at den samlede energitæthed af stof og gravitationsfeltet i universet skal være lig nul.

RTG-forudsigelsen for udviklingen af ​​Friedmanns homogene og isotrope univers adskiller sig væsentligt fra konklusionerne af generel relativitet. Ydermere følger det af den generelle relativitetsteori, at objekter med en masse, der overstiger tre solmasser, skal komprimeres på ubestemt tid af gravitationskræfter (kollaps) over en begrænset periode af passende tid og nå en uendelig tæthed. Objekter af denne type kaldes sorte huller. De har ikke en materiel overflade, og derfor vil en krop, der falder ned i et sort hul, når den krydser sin grænse, ikke støde på andet end tomt rum. Fra det indre af et sort hul kan ikke engang lys slippe ud gennem dets grænse. Alt, hvad der sker inde i et sort hul, er med andre ord i princippet ikke til at kende for en ekstern iagttager.

J. Wheeler betragtede gravitationssammenbrud og den resulterende singularitet (uendelig tæthed) som en af ​​de største kriser nogensinde for fundamental fysik. Den relativistiske teori om tyngdekraft ændrer radikalt ideer om karakteren af ​​gravitationssammenbrud. Det fører til fænomenet gravitationel tidsudvidelse, på grund af hvilket komprimeringen af ​​et massivt legeme i den medfølgende referenceramme sker i en endelig, egentlig tid. På samme tid, hvad der er vigtigst, forbliver tætheden af ​​stoffet begrænset og overstiger ikke 1016 g/cm3, kroppens lysstyrke falder eksponentielt, objektet "bliver sort", men i modsætning til sorte huller har det altid et materiale overflade. Sådanne objekter, hvis de opstår, har en kompleks struktur, og der sker ingen gravitationel "selvlukning", og derfor forsvinder stof ikke fra vores rum. I RTG afhænger den korrekte tid for et faldende testlegeme både af Minkowski-rummets koordinater og af gravitationskonstanten G, og derfor bestemmes forløbet af korrekt tid af gravitationsfeltets natur. Det er denne omstændighed, der fører til, at den korrekte tid for et faldende testlegeme bremses i det uendelige, når det nærmer sig den såkaldte Schwarzschild-radius.

Ifølge RTG kan der således i princippet ikke eksistere sorte huller - genstande, hvori der sker en katastrofal stærk kompression af stof til uendelig tæthed, og som ikke har en materiel overflade - i naturen. Alt dette adskiller fundamentalt RTG-forudsigelser fra GR-forudsigelser. Kompressionen af ​​massive genstande, når trykket ikke er nul, vil naturligvis være svagere, da det indre tryk forstyrrer tyngdekraftens tiltrækning. Udviklingen af ​​virkelige objekter kræver en mere detaljeret undersøgelse ved hjælp af ligningen for materiens tilstand og er et meget interessant problem.

RTG forklarer hele det tilgængelige sæt af observations- og eksperimentelle data for gravitationseffekter i solsystemet. En detaljeret analyse viser, at forudsigelserne af generel relativitet for gravitationseffekter i solsystemet er tvetydige, og for nogle effekter opstår vilkårligheden i form af første orden i gravitationskonstanten G, og for andre - i form af anden orden. Hvad er årsagen til denne uklarhed? Generelt relativitetsteori, for at bestemme komponenterne i den metriske tensor i det Riemannske rum i alle koordinater, er det nødvendigt at specificere de såkaldte koordinatbetingelser, som er meget vilkårlige og altid ikke-kovariante (de vedrører kun en bestemt udvalgt koordinat system). Afhængigt af typen af ​​disse betingelser vil vi i det generelle tilfælde nødvendigvis opnå forskellige metriske tensorer i de samme koordinater. Men forskellige metriske tensorer i de samme koordinater vil også give forskellige geodætikker, hvilket betyder, at forudsigelserne af generel relativitet for lysets bevægelse og testlegemer også vil være forskellige.

Så den relativistiske teori om tyngdekraft, bygget på grundlag af bevarelseslove og ideer om gravitationsfeltet som et fysisk felt med en energi-momentum tæthed, i kombination med principperne for geometrisering og lokal gauge invarians, forklarer alle kendte observationelle og eksperimentelle data om tyngdekraften og giver nye forudsigelser om udviklingen af ​​Friedmanns univers og gravitationssammenbrud.

Bibliografi

Denisov V.I., Logunov A.A. Moderne matematikproblemer. Resultater af videnskab og teknologi. M., 1982.

Landau L. D., Lifshits Kort kursus teoretisk fysik. M., 1969.

Logunov A. A. Nye ideer om rum, tid og tyngdekraft // Science and humanity: International Yearbook. M., 1988.

Logunov A. A. Forelæsninger om relativitetsteori og gravitation. M., 1985.

Logunov A. A. Teori om gravitationsfelt. M., 2000 (2001).

Logunov A. A., Loskutov Yu. M. Tvetydighed af forudsigelser af den generelle relativitetsteori og den relativistiske tyngdekraftsteori. M., 1986.

Logunov A. A., Mestvirishvili M. A. Grundlæggende om relativistisk tyngdekraft. M., 1982.

Klein F. Om den integrerede form for bevaringslove og teorien om en rumligt lukket verden // Einstein-samling 1980–1981. M., 1985.

Fok V. A. Teori om rum, tid og tyngdekraft. M., 1965.

Schrödinger E. Components of gravitational field energy/Einstein collection. 1980-1981. M., 1985.

Einstein A. Samling videnskabelige arbejder. M., 1965. T. 1.

Emne nr. 201

Udsendelse 21/01/03

Tidspunkt: 46:00.

Siden oldtiden har menneskeheden tænkt over, hvordan verden omkring os fungerer. Hvorfor vokser græs, hvorfor skinner Solen, hvorfor kan vi ikke flyve... Det sidste har i øvrigt altid været af særlig interesse for folk. Nu ved vi, at tyngdekraften er årsagen til alt. Hvad det er, og hvorfor dette fænomen er så vigtigt på universets skala, vil vi overveje i dag.

Indledende del

Forskere har fundet ud af, at alle massive kroppe oplever gensidig tiltrækning til hinanden. Efterfølgende viste det sig, at denne mystiske kraft også bestemmer himmellegemernes bevægelse i deres konstante baner. Selve teorien om tyngdekraften blev formuleret af et geni, hvis hypoteser forudbestemte fysikkens udvikling i mange århundreder fremover. Albert Einstein, en af ​​de største hjerner i det sidste århundrede, udviklede og fortsatte (omend i en helt anden retning) denne lære.

I århundreder har videnskabsmænd observeret tyngdekraften og forsøgt at forstå og måle den. Endelig, i de sidste par årtier, er selv et sådant fænomen som tyngdekraften blevet sat i menneskehedens tjeneste (i en vis forstand, selvfølgelig). Hvad er det, hvad er definitionen af ​​det pågældende begreb i moderne videnskab?

Videnskabelig definition

Hvis du studerer værker af gamle tænkere, kan du finde ud af, at det latinske ord "gravitas" betyder "tyngdekraft", "attraktion". I dag kalder videnskabsmænd dette den universelle og konstante interaktion mellem materielle legemer. Hvis denne kraft er relativt svag og kun virker på objekter, der bevæger sig meget langsommere, så er Newtons teori anvendelig på dem. Hvis situationen er den anden vej rundt, bør Einsteins konklusioner bruges.

Lad os tage et forbehold med det samme: på nuværende tidspunkt er selve tyngdekraftens natur i princippet ikke fuldt ud forstået. Vi forstår stadig ikke helt, hvad det er.

Teorier om Newton og Einstein

Ifølge den klassiske lære af Isaac Newton tiltrækker alle legemer hinanden med en kraft, der er direkte proportional med deres masse, omvendt proportional med kvadratet på afstanden, der ligger mellem dem. Einstein hævdede, at tyngdekraften mellem objekter manifesterer sig i tilfælde af krumning af rum og tid (og krumningen af ​​rummet er kun mulig, hvis der er stof i det).

Denne idé var meget dyb, men moderne forskning viser, at den er noget unøjagtig. I dag antages det, at tyngdekraften i rummet kun bøjer rummet: Tiden kan bremses og endda stoppes, men virkeligheden med at ændre formen på midlertidigt stof er ikke blevet teoretisk bekræftet. Derfor giver Einsteins klassiske ligning ikke engang mulighed for, at rummet vil fortsætte med at påvirke stof og det resulterende magnetfelt.

I i højere grad Tyngdeloven (universel gravitation) er kendt, hvis matematiske udtryk tilhører netop Newton:

\[ F = γ \frac[-1,2](m_1 m_2)(r^2) \]

γ refererer til gravitationskonstanten (nogle gange bruges symbolet G), hvis værdi er 6,67545 × 10−11 m³/(kg s²).

Interaktion mellem elementarpartikler

Den utrolige kompleksitet i rummet omkring os skyldes i høj grad det uendelige antal af elementarpartikler. Der er også forskellige interaktioner mellem dem på niveauer, som vi kun kan gætte på. Imidlertid adskiller alle typer af interaktion mellem elementarpartikler sig væsentligt i deres styrke.

De mest magtfulde kræfter, vi kender til, binder komponenter sammen atomkerne. For at adskille dem skal du bruge en virkelig kolossal mængde energi. Hvad angår elektroner, er de kun "bundet" til kernen af ​​almindelig energi. For at stoppe det, nogle gange den energi, der opstår som et resultat af det mest almindelige kemisk reaktion. Tyngdekraften (du ved allerede, hvad det er) i form af atomer og subatomære partikler er den nemmeste form for interaktion.

Tyngdefeltet i dette tilfælde er så svagt, at det er svært at forestille sig. Mærkeligt nok er det dem, der "overvåger" bevægelsen af ​​himmellegemer, hvis masse nogle gange er umulig at forestille sig. Alt dette er muligt takket være to tyngdekraftstræk, som især er udtalt i tilfælde af store fysiske legemer:

• I modsætning til atomare er det mere mærkbart i en afstand fra objektet. Således holder Jordens tyngdekraft selv Månen i sit felt, og en lignende kraft fra Jupiter understøtter let banerne for flere satellitter på én gang, hvis masse er ret sammenlignelig med Jordens!
• Derudover giver det altid tiltrækning mellem objekter, og med afstand svækkes denne kraft ved en lille hastighed.

Dannelsen af ​​en mere eller mindre sammenhængende teori om tyngdekraften fandt sted relativt for nylig, og netop baseret på resultaterne af århundreder gamle observationer af bevægelsen af ​​planeter og andre himmellegemer. Opgaven blev i høj grad lettet af, at de alle bevæger sig i et vakuum, hvor der simpelthen ikke er andre sandsynlige interaktioner. Galileo og Kepler, to fremragende astronomer på den tid, hjalp med at forberede grunden til nye opdagelser med deres mest værdifulde observationer.

Men kun den store Isaac Newton var i stand til at skabe den første teori om tyngdekraften og udtrykke den matematisk. Dette var den første tyngdelov, hvis matematiske repræsentation er præsenteret ovenfor.

Konklusioner af Newton og nogle af hans forgængere

I modsætning til andre fysiske fænomener, der eksisterer i verden omkring os, manifesterer tyngdekraften sig altid og overalt. Du skal forstå, at udtrykket "nul tyngdekraft", som ofte findes i pseudo-videnskabelige kredse, er ekstremt forkert: selv vægtløshed i rummet betyder ikke, at en person eller rumskib tiltrækningen af ​​en eller anden massiv genstand virker ikke.

Derudover har alle materielle legemer en vis masse, udtrykt i form af den kraft, der blev påført dem, og den opnåede acceleration på grund af denne påvirkning.

Således er tyngdekraften proportional med massen af ​​objekter. De kan udtrykkes numerisk ved at opnå produktet af masserne af begge legemer under overvejelse. Denne magt strengt adlyder omvendt forhold fra kvadratet af afstanden mellem objekter. Alle andre interaktioner afhænger helt forskelligt af afstandene mellem to kroppe.

Masse som hjørnestenen i teorien

Massen af ​​objekter er blevet et særligt stridspunkt, som hele Einsteins moderne teori om tyngde- og relativitetsteori er bygget op omkring. Hvis du husker den Anden, ved du sikkert, at masse er en obligatorisk egenskab for enhver fysisk materiel krop. Det viser, hvordan et objekt vil opføre sig, hvis der påføres kraft på det, uanset dets oprindelse.

Da alle kroppe (ifølge Newton) når de udsættes for ydre kraft accelerere, er det massen, der bestemmer, hvor stor denne acceleration bliver. Lad os overveje mere klart eksempel. Forestil dig en scooter og en bus: Hvis du anvender nøjagtig den samme kraft på dem, når de forskellige hastigheder til forskellige tidspunkter. Tyngdekraftsteorien forklarer alt dette.

Hvad er forholdet mellem masse og tyngdekraft?

Hvis vi taler om tyngdekraften, så spiller masse i dette fænomen en rolle helt modsat den, den spiller i forhold til et objekts kraft og acceleration. Det er hende, der er den primære kilde til selve tiltrækningen. Hvis du tager to kroppe og ser på den kraft, hvormed de tiltrækker et tredje objekt, som er placeret i lige stor afstand fra de to første, så vil forholdet mellem alle kræfter være lig med forholdet mellem masserne af de to første objekter. Tyngdekraften er således direkte proportional med kroppens masse.

Hvis vi betragter Newtons tredje lov, kan vi se, at den siger præcis det samme. Tyngdekraften, som virker på to kroppe placeret i samme afstand fra tiltrækningskilden, afhænger direkte af massen af ​​disse objekter. I Hverdagen vi taler om den kraft, hvormed et legeme tiltrækkes af planetens overflade som dets vægt.

Lad os opsummere nogle resultater. Så masse er tæt forbundet med acceleration. Samtidig er det hende, der bestemmer med hvilken kraft tyngdekraften vil virke på kroppen.

Funktioner af acceleration af kroppe i et gravitationsfelt

Denne fantastiske dualitet er årsagen til, at accelerationen af ​​helt forskellige objekter i det samme gravitationsfelt vil være ens. Lad os antage, at vi har to kroppe. Lad os tildele den ene masse z og den anden masse Z. Begge genstande falder til jorden, hvor de falder frit.

Hvordan bestemmes forholdet mellem tiltrækningskræfter? Det er vist med den enkleste matematiske formel - z/Z. Men den acceleration, de modtager som følge af tyngdekraften, vil være absolut den samme. Kort sagt afhænger den acceleration, som et legeme har i et gravitationsfelt, ikke på nogen måde af dets egenskaber.

Hvad afhænger accelerationen af ​​i det beskrevne tilfælde?

Det afhænger kun (!) af massen af ​​objekter, der skaber dette felt, såvel som af deres rumlige position. Den dobbelte rolle af masse og lige acceleration af forskellige legemer i et gravitationsfelt er blevet opdaget i relativt lang tid. Disse fænomener fik følgende navn: "Princippet om ækvivalens." Dette udtryk understreger endnu en gang, at acceleration og inerti ofte er ækvivalente (til en vis grad, selvfølgelig).

Om vigtigheden af ​​G-værdien

Fra skolens fysikkursus husker vi den acceleration frit fald på overfladen af ​​vores planet (Jordens tyngdekraft) er 10 m/sek.² (9,8, selvfølgelig, men for at lette beregningen bruges denne værdi). Hvis man således ikke tager højde for luftmodstand (i en betydelig højde med kort falddistance), får man effekten, når kroppen opnår et accelerationstilvækst på 10 m/sek. hvert sekund. Så en bog, der faldt fra anden sal i et hus, vil bevæge sig med en hastighed på 30-40 m/sek ved slutningen af ​​sin flyvning. Kort sagt er 10 m/s tyngdekraftens "hastighed" i Jorden.

Tyngdeaccelerationen i den fysiske litteratur er angivet med bogstavet "g". Da Jordens form til en vis grad minder mere om en mandarin end en kugle, er værdien af ​​denne mængde ikke den samme i alle dens regioner. Så accelerationen er højere ved polerne og i toppene høje bjerge det bliver mindre.

Selv i mineindustrien spiller tyngdekraften en vigtig rolle. Fysikken i dette fænomen kan nogle gange spare en masse tid. Geologer er således især interesserede i den helt nøjagtige bestemmelse af g, da dette giver dem mulighed for at udforske og lokalisere mineralforekomster med enestående nøjagtighed. Hvordan ser gravitationsformlen i øvrigt ud, hvor den mængde, vi betragtede, spiller en vigtig rolle? Her er hun:

Bemærk! I dette tilfælde betyder gravitationsformlen med G "gravitationskonstanten", hvis betydning vi allerede har givet ovenfor.

På et tidspunkt formulerede Newton ovenstående principper. Han forstod perfekt både enhed og universalitet, men han kunne ikke beskrive alle aspekter af dette fænomen. Denne ære tilfaldt Albert Einstein, som også var i stand til at forklare ækvivalensprincippet. Det er ham, menneskeheden skylder den moderne forståelse af selve naturen af ​​rum-tidskontinuummet.

Relativitetsteori, værker af Albert Einstein

På Isaac Newtons tid troede man, at referencepunkter kan repræsenteres i form af en slags stive "stænger", ved hjælp af hvilke en krops position i et rumligt koordinatsystem fastlægges. Samtidig blev det antaget, at alle observatører, der markerer disse koordinater, vil være i samme tidsrum. I disse år blev denne bestemmelse anset for så indlysende, at der ikke blev gjort forsøg på at anfægte eller supplere den. Og dette er forståeligt, for inden for vores planets grænser er der ingen afvigelser i denne regel.

Einstein beviste, at nøjagtigheden af ​​målingen virkelig ville have betydning, hvis et hypotetisk ur bevægede sig væsentligt langsommere end lysets hastighed. Kort sagt, hvis en iagttager, der bevæger sig langsommere end lysets hastighed, følger to begivenheder, så vil de ske for ham på samme tid. I overensstemmelse hermed, for den anden observatør? hvis hastighed er den samme eller større, kan begivenheder forekomme på forskellige tidspunkter.

Men hvordan hænger tyngdekraften sammen med relativitetsteorien? Lad os se nærmere på dette spørgsmål.

Forbindelsen mellem relativitetsteorien og gravitationskræfter

I de senere år er der gjort et stort antal opdagelser inden for subatomære partikler. Overbevisningen vokser sig stærkere om, at vi er ved at finde den endelige partikel, ud over hvilken vores verden ikke kan fragmenteres. Jo mere insisterende bliver behovet for at finde ud af præcis, hvordan de mindste "byggeklodser" i vores univers er påvirket af de grundlæggende kræfter, der blev opdaget i det sidste århundrede, eller endda tidligere. Det er især skuffende, at selve tyngdekraftens natur endnu ikke er blevet forklaret.

Det er derfor, efter Einstein, som etablerede "inkompetencen" af Newtons klassiske mekanik i det undersøgte område, fokuserede forskere på en fuldstændig gentænkning af de tidligere opnåede data. Tyngdekraften i sig selv har gennemgået en større revision. Hvad er det på subatomare partikelniveau? Har det nogen betydning i denne fantastiske multidimensionelle verden?

En simpel løsning?

I begyndelsen antog mange, at uoverensstemmelsen mellem Newtons gravitation og relativitetsteorien ganske enkelt kunne forklares ved at trække analogier fra elektrodynamikken. Man kunne antage, at gravitationsfeltet forplanter sig som et magnetfelt, hvorefter det kan erklæres for en "mediator" i himmellegemernes interaktioner, hvilket forklarer mange af uoverensstemmelserne mellem de gamle og nye teorier. Faktum er, at så ville de relative udbredelseshastigheder af de pågældende kræfter være væsentligt lavere end lysets hastighed. Så hvordan hænger tyngdekraft og tid sammen?

I princippet lykkedes det næsten selv for Einstein at konstruere en relativistisk teori baseret på netop sådanne synspunkter, men kun én omstændighed forhindrede hans hensigt. Ingen af ​​datidens videnskabsmænd havde overhovedet nogen information, der kunne hjælpe med at bestemme tyngdekraftens "hastighed". Men der var en masse information relateret til store massers bevægelser. Som det er kendt, var de netop den almindeligt accepterede kilde til fremkomsten af ​​kraftige gravitationsfelter.

Høje hastigheder påvirker i høj grad kroppens masser, og dette ligner på ingen måde samspillet mellem hastighed og ladning. Jo højere hastighed, jo større kropsmasse. Problemet er, at sidstnævnte værdi automatisk ville blive uendelig, hvis den bevæger sig med lysets hastighed eller hurtigere. Derfor konkluderede Einstein, at der ikke er et gravitationsfelt, men et tensorfelt, for at beskrive, hvilke mange flere variabler der skal bruges.

Hans tilhængere kom til den konklusion, at tyngdekraft og tid praktisk talt ikke er forbundne. Faktum er, at dette tensorfelt selv kan virke på rummet, men ikke er i stand til at påvirke tiden. Den geniale moderne fysiker Stephen Hawking har dog et andet synspunkt. Men det er en helt anden historie...

Den nye teori om tyngdekraften, der blev formuleret i 2010 af forsker Erik Verlinde ved Amsterdam Universitet, er stadig meget omstridt i videnskabelige kredse. Måske ville ingen idé forårsage så ophedet kontrovers som fraværet af mørkt stof i universet. Det ser ud til, at Verlindes teori nu har mulighed for at modtage nye beviser. Dette blev gjort muligt takket være igangværende observationer fra astronomer.

Overbevisende beviser

Astronomernes nuværende forskning er blevet hyldet som et stærkt bevis for ideen om emergent gravitation, hvor gravitation kan opstå spontant i stedet for at være en spontant ordnet naturentitet. Indtil videre er den indsamlede dokumentation på verifikationsstadiet, og resultaterne af undersøgelsen er ikke blevet offentliggjort i videnskabelige tidsskrifter. Men hvis denne teori får officiel bekræftelse, vil verden igen stå på tærsklen til en videnskabelig revolution. Først nu vil Newtons og Einsteins antagelser blive tilbagevist. På den anden side kan dette prikke i'erne, fordi klassisk og kvantemekanik ikke kan bruges samtidigt.

Er tyngdekraften ikke virkelig?

Ifølge Erik Verlindes hypotese er tyngdekraften ikke reel. Det er en effekt forbundet med entropi eller den irreversible spredning af energi i universet. De opnåede beviser modbeviser ikke teorien om kosmologiske konstanter, som hævder, at galakser er omgivet af mørkt stof. Disse grundlæggende stoffer interagerer ikke med synligt lys og kan ikke detekteres ved hjælp af jordbaserede instrumenter.

Hvad er essensen af ​​tvisten?

Tilhængere af tyngdekraftsteorien er overbevist om, at mørkt stof er en teoretisk partikel defineret af flere parametre. Imidlertid kommer teorien om emergent gravitation fra udvidet fysiske formler. Begge teorier må således ikke modsige hinanden, da der i den nye version blev taget højde for flere variabler som grundlag for beregninger.

Gravitationslinser

Astronomiske observationer er muliggjort af gravitationslinser. Dette fænomen er normalt forbundet med afbøjningen af ​​lysstråler i gravitationsfeltet. Linser kan bruges til at forklare dannelsen af ​​flere billeder af forskellige astronomiske objekter. Lysbrydning rettet mod tunge genstande er tidligere blevet brugt i udvidede test af den standard kosmologiske model.

Selvom der stadig ikke er nogen direkte referencer til linse i kosmologiske eksperimenter, kan forskerne estimere det forventede linsesignal i forhold til galaksernes rødforskydning. Sandsynligvis sker deres gruppering under indflydelse af attraktive kræfter.

Ny teori kan ændre forståelsen af ​​tid, rum og tyngdekraft

Således ønsker emergent gravitation at gøre op med den generelle relativitetsteori og mørkt stof. Når du tester, kan du således forstå, hvordan individuelle objekter kan interagere med hinanden. Hvis generel relativitet forudsiger en model af det virkelige univers, så er den nye idé anvendelig på isolerede, sfæriske og statiske systemer.

Ifølge Carl Sagan kræver "ekstraordinære påstande ekstraordinære beviser." I mellemtiden, lad os være tålmodige og vente på bekræftelse af den nye teori om tyngdekraften.