Когнитивные модели ТО. (Понять значит простить?;)

anti0h — 11.01.2022

Как-то раз знаменитого английского астрофизика Артура Эддингтона спросили: Сэр, правду ли говорят, что вы один из трёх человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна? – Наступило долгое и неловкое молчание – учёный явно затруднялся с ответом. …  – Просто я задумался, – благодушно ответил Эддингтон, –  пытаясь вспомнить, кто же этот третий…

На самом деле объяснить смысл специальной теории относительности (СТО) не составляет никакого труда. Для этого вспомним сам принцип относительности. (Который сформулировал кто? Правильно… Галилей! ;)  А нам он известен как… именно!  Как первый закон Ньютона, который говорит нам, что все физические процессы инвариантны относительно инерциальных СО, т.е. движущихся равномерно и прямолинейно.  Пространство и время в те времена полагали абсолютными, так что скорость получилась относительной, т.к. её величина имела смысл только относительно заданного тела, служащего центром системы отсчёта (СО). И всё было хорошо, пока Герц и Хевисайд не изобрели уравнения Максвелла, и не обнаружили, что для инерциальных СО, эти уравнения не инвариантны. Эту ситуацию исправил Лоренц своими преобразованиями. И вот тут на сцене появляется Эйнштейн и говорит: А давайте мы теперь эти формулы, выведенные для Э-М волн, применим обратно к механике, и назовём это всё специальной теорией (относительности), круто звучит?! Вот и все тогда решили, что круто! Ну, правда, пространство и время теперь значит – относительны. Круто же??

А теперь следите за руками. Да, при Галилее пространство и время считались абсолютами. Но Эйнштейну, при формулировке принципов СТО, пришлось постулировать инвариантность скорости света. А если скорость инвариантна (т.е. неизменна, т.е. абсолютна), то чисто из размерности скорости (м/с) мы понимаем, что теперь и метры и секунды у нас относительны. Относительны по отношению к этой самой скорости, то есть - скорости света. Вот и весь смысл СТО и источник её  «сложности». Это теория в которой СО привязана не к телу, а к скорости. Т.к. формулы Эйнштейн содрал у Лоренца.  Но для Лоренца (и Пуанкаре) это проблемой не было, т.к. они создавали теорию электромагнитных волн как упругих колебаний эфира, и никаких «тел» там не было. Эйнштейн же, просто применил эту волновую математику к классической механике. 

Да, всем нам до сих пор гораздо привычней и удобней считать пространство и время инвариантными, а скорость – относительной. Но если мы примем инвариантной – скорость (м/с), то пространство (м) и время (с) становятся относительными автоматически. В этом собственно и состоит весь смысл СТО, и никакого другого смысла лично я у неё не наблюдаю. 

Что же касаемо ОТО, то тут ситуация тоже презабавнейшая. Начать с того, что никакая она не теория относительности, а теория гравитации. Общая теория относительности должна была бы расширять Специальную, и содержать преобразования делающие все физические уравнения инвариантными для любой СО, а не только для инерциальной, как СТО. Что как бы немножечко невозможно. ОТО же основана не на принципе относительности, а на некотором «принципе общей ковариантности». Так что ОТО можно было бы назвать общей теорией ковариантности, или локальной (в границах принципа эквивалентности) теорией гравитации. Но слово относительность в названии только путает людей, не давая никакого представления о сути теории. 

Ну да Бг с ним, с названием. Что по сути? Смысл ОТО обычно объясняют геометрически, как искажение любой массой метрики пространственно-временного континуума (описываемой метрическим тензором), в котором эти самые массы движутся по геодезическим линиям в полном соответствии с принципом наименьшего действия. Это даёт хорошую наглядную иллюстрацию, но не особо прибавляет понимания (по крайней мере мне, и видимо другим таким же, кто почему-то не может у себя в голове представить десятимерный метрический тензор;). 

Так что лично для меня наиболее интуитивно близкий способ думать о гравитационном взаимодействии материи выглядит как-то так. Пространство и масса связаны обратной пропорцией, то есть чем больше в некотором участке пространства оказывается массы, тем меньше становится самого пространства. На краях спектра возможных их соотношений с одной стороны лежит сингулярность, как максимальная концентрация материи, в которой доля пространства стремится к нулю. С другой стороны – вакуум, как состояние с наименьшим уровнем энергии, где кроме пространства нет практически ничего, т.е. концентрация пространства - максимальна. Проблема с вакуумом в том, что его обычно пытаются представить как пустоту, а поскольку «ничто» мы помыслить не можем, то и тут возникают закономерные сложности. Проблема выглядит проще, если думать о пространстве как об некотором «эфире» максимальной плотности, тогда концентрация материи будет наоборот – локальными разряжениями, т.е. участками со снижением плотности пространства. 

Это позволяет гораздо интуитивней представлять  такие феномены как расширение вселенной. Тогда само появление материи выглядит совершенно логично, как неизбежные при расширении локальные флуктуации сниженной плотности, оказавшиеся устойчивыми. Ну и в целом это даёт более понятную картинку расширения пространства вместе с материей, которая «расширяется» вместе с ним. Кроме того, такая метафора позволяет лучше представить действие гравитации, как давление плотного пространства (вакуума), выдавливающего пузыри материи по направлению друг к другу. Что и согласуется с ОТО и гораздо понятней (как минимум лично мне) чем «движение по геоиде в искажённом континууме». 

Оставить комментарий

Популярные посты:

claudius

Букмекеры бьют рекорды прибылей в России: феномен роста доходов и общественная критика

colonelcassad

Учите русский язык, пожалуйста

sergiovillaggio

Альтернативный шведский крейсер

yuripasholok

Говорит и показывает лошадь

prilepin

ПРИДНЕСТРОВЬЕ И ГАГАУЗИЯ ДОЛЖНЫ ЖИТЬ В РОССИИ

olchovka

Через парк, где яблони с черёмухой, на которой были воробьи...

erica

ZOV. Выставка на Арбате.

a_nalgin

О катастрофе в Орске и далее везде Почему власти молчат о настоящей причине?

pantv

14 апреля ● "День Семаргла" и не только...

• Архив