|
параллельно. Если мы подвесим грузы к потолку второй, ускоренно движущейся
кабины, силы инерции натянут нити строго параллельно. В маленьких кабинах
различие неощутимо, но оно достаточно, чтобы взять под сомнение эквивалентность
тяготения и инерции для сколько-нибудь больших областей.
Все же Эйнштейну удалось доказать относительность ускоренных движений. Для
этого
он отождествлял тяготение с искривлением пространства-времени. Представим себе
график, на котором по одной оси отложены пройденные телом расстояния в
сантиметрах, а по другой, перпендикулярной первой, отложено прошедшее время в
секундах. Если тело движется по инерции, то его движение будет на таком
пространственно-временном графике изображаться прямой линией; если тело
движется
с ускорением - движение будет изображено кривой. Если все тела, включая
световые
кванты, искривляют в поле тяготения свои мировые линии, если искривляются все
мировые линии, мы можем говорить об искривлении пространства-времени в целом.
Что это значит, выяснится после того, как мы приведем пример искривления
двумерного пространства - некой поверхности.
Начертим на плоскости прямые, образующие треугольники. Измеряя суммы углов в
этих треугольниках, мы неожиданно обнаруживаем, что в одной области эти суммы
не
равны двум прямым углам. Нам приходит в голову, что в этих областях
пространство
стало неевклидовым. Такое предположение нетрудно сделать наглядным; в указанных
областях плоскость искривилась, стала кривой поверхностью, а на кривых
поверхностях сумма углов треугольника не равна двум прямым углам. Гораздо
труднее представить себе искривление трехмерного пространства или
четырехмерного
пространства-времени. Но мы можем это сделать, не связывая с кривизной
пространства-времени ничего другого, кроме искривления всех мировых липий.
Поскольку тяготение искривляет четырехмерные мировые линии всех без исключения
тел, мы можем считать тяготение искривлением самого пространства-вре-
177
мени. В такой теории тяготения, или, что то же самое, в общей теории
относительности Эйнштейна, определить, какая сила тяготения воздействует в
данной точке пространства, в данный момент времени на единичную массу, это
значит определить, какова кривизна пространства-времени в данной мировой точке,
т.е. в данной пространственной точке, в данный момент времени. Если
пространство-время в данной области не искривлено (поле тяготения пренебрежимо
мало), мировая линия частицы будет прямой, т.е. частица движется прямолинейно и
равномерно. Если действует гравитационное ноле (пространство-время искривлено),
частица будет иметь здесь искривленную мировую линию.
Из общей теории относительности вытекает новое представление о Вселенной, новая
космология. Эйнштейн рассматривал гравитационные поля различных тел как
искривления пространства-времени в областях, окружающих эти тела. Тела,
находящиеся на земной поверхности, вызывают небольшие искривления. Земля,
искривляя пространство-время, заставляет Луну двигаться с ускорением. Солнце
искривляет пространство-время, так что мировые линии планет кривые. Но помимо
этого, быть может, пространство в целом, все мировое пространство отличается
определенной кривизной?
Смысл понятия общей кривизны пространства можно пояснить аналогией с общей
кривизной некоторого двумерного пространства, например с поверхностью нашей
Земли. Путешествуя по этой поверхности, мы встречаем отдельные искривления -
пригорки, холмы, горы; но наряду с ними мы знаем о кривизне поверхности Земли в
целом, о том, что все это двумерное пространство является сферической
поверхностью. Теперь возьмем четырехмерное пространство-время, т.е.
совокупность
мировых линий всех тел природы. Эти мировые линии сильнее искривляются вблизи
центров тяготения. Но не обладают ли они в целом некоторой общей кривизной?
Предпримем, по аналогии с путешествием по поверхности земного шара, путешествие
по всему мировому пространству. Мировая линия, изображающая наше путешествие,
будет кривой на некоторых участках, там, где мы пересекаем гравитационные поля
планет, звезд и т.д. Планета вызывает небольшое искривление мировой линии,
звезда - большее. Путешествуя в мировом пространстве, мы попадаем в
|
|