Концептуальные основания физики, страница 11

Эйнштейн приходит к заключению, что масса тела есть мера содержащейся в нем энергии, и что есть две характеристики массы тела: инертная масса и гравитационная (тяжелая) масса. Первая характеризует инертные свойства тела. Вторая – силу, с которой тела притягиваются по закону Ньютона.

Поэтому создается еще и общая теорию относительности, или общая теорию тяготения, которая называется так потому, что обобщает частный, или специальный принцип относительности на ситуации, в которых нельзя пренебрегать сильными полями тяготения, а не только высокими скоростями.

Согласно второму закону Ньютона, сила = инертная масса ´ ускорение, а согласно закону всемирного тяготения, сила = тяжелая масса ´ напряженность поля тяготения. И тогда, обращаясь к ускоренным движениям на больших скоростях. Можно записать, что ускорение = тяжелая масса/инертная масса ´ напряженность поля тяготения.

Свойства пространства и времени в этой теории определяются распределением и движением материи в пространстве. Она говорит о том, что пространство-время искривляется под воздействием больших тяготеющих масс, пространство становится неевклидовым. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства перестает быть евклидовой и изменяется от одной области к другой в зависисмости от плотности масс в этих областях и их движения. В близи массивных тел пространство характеризуется геометрией Римана.

По общей теории относительности массы создающие поле тяготения, искривляют пространство, так что кратчайшим расстоянием оказывается уже не прямая, а кривая линия, а течение времени меняется. При этом тяготение – не причина кривизны пространства, а сама его кривизна. Тяготение зависит не только от распределения масс в пространстве, но и от их движения, от давления и натяжения в телах, от физических полей и т.д. Изменеие гравитационного поля распределяются в вакууме со скоростью света.

Само соотношение между количестом материи и степенью кривизны выглядит простым, но сложны рассчеты – для описания кривизны в каждой точке нужно знать значение двадцати функций пространственно-временных координат. Десять функций соответствуют той части кривизы, которая распространяется в виде гравитационных волн, т.е. в виде «ряби» кривизны, остальные десять определяются распределением масс, энергии, импульса, углового момента, внутренних напряжений в веществе и значения универсальной гравитационной постоянной G.

Из-за малости величины G нужно много масс, чтобы существенно «изогнуть» пространство-время. Поэтому 1/G подчас рассматривают как меру жесткости пространства-времени. С точки зрения нашего повседневного опыта пространство-время очень жесткое. Вся масса Земли создает кривизну, составляющую порядка одной миллиардной кривизны своей поверхности.

Чтобы представить кривизну пространства-времени вблизи Земли, можно построить следующий мыслительный эксперимент. Подбросим мяч в воздух. Он будет находится в полете 2с и опишет дугу в 5м. За эти же две секунды свет пройдет расстояние 600 000км. Если представить дугу высотой 5м, вытянутую по горизонтали до 600 000км, то ее кривизна и будет соответствовать кривизне пространства-времени.

В отличие от теории гравитации Ньютона, теория Эйнштейна претендует на статус теории пространства-времени, т.е. на роль теории Вселенной в целом. Точно также как  классическая механика понимается предельным случаем специальной теории относительности, когда преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея при n << с.  И как, в целом, инерциальность рассматривается инвариантом неинерциальности.

Теория относительнсти выходит далеко за пределы проблем из которых она возникла. Она не только формирует более общие механические законы. изменяет представления о пространстве и времени, но и разрешает трудности и противоречи теории поля в процессе взаимодополнения с квантовой механикой. Решение последней задачи обуславливат то, что она образует общий остов, охватывающий все явления природы.

4. Термодинамические процессы. Энтропия и негэнтропия.