Создание и развитее общей теории относительности

Анализ показывает, что  там, где проявляются изменения  топологии пространственно-временного континуума, там фиксируется кажущееся  изменение фундаментальных законов  природы. Так, происходит кажущееся  нарушение причинности, когда при  падении в «черную дыру» исчезают элементарные частицы. В связи с  изменениями топологии теряет свой однозначный смысл понятие расстояния (загадочная неоднозначность расстояний до квазаров — их движение относительно друг друга происходит со скоростями, которые чуть ли не в 25 раз (!) превышают  скорость света).

Как любая физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Она не распространяется на квантовые эффекты в гравитации, которые проявляют себя на расстояниях 10^-33 см, в точке сингулярности, черных дырах и др. Для описания таких процессов необходима квантовая теория тяготения (см. 10.1.2), одна из квантовых теорий поля, в которых объединяются принципы релятивистской и квантовой физики. Квантовая физика базируется на квантовой механике – теории, описывающей законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов), т.е. законы микромира.

5.Черные дыры

Однако роль ОТО отнюдь не сводится к исследованию малых поправок к обычной ньютоновской гравитации. Существуют объекты, в которых эффекты ОТО играют ключевую роль, важны стопроцентно. Это так называемые черные дыры.

Еще в XVIII веке Митчел и Лаплас независимо заметили, что могут существовать звезды, обладающие совершенно необычным свойством: свет не может покинуть их поверхность. Рассуждение выглядело примерно так. Тело, обладающее радиальной скоростью v, может покинуть поверхность звезды радиусом R и массой M при условии, что кинетическая энергия этого тела mv²/2 превышает энергию притяжения GMm/R,т.е. при v² > 2GM/R. Применение последнего неравенства к свету (как мы теперь понимаем, совершенно не обоснованное) приводит к выводу: если радиус звезды меньше чем

то свет не может покинуть ее поверхность, такая звезда не светит! Последовательное применение ОТО приводит к такому же выводу, причем, поразительно, правильный критерий количественно совпадает  с наивным, необоснованным. Величина r_g, гравитационный радиус, уже встречалась раньше (см. формулу (7)).

Черная дыра — вполне естественное название для такого объекта. Свойства его весьма необычны. Черная дыра возникает, когда звезда сжимается настолько  сильно, что усиливающееся гравитационное поле не выпускает во внешнее пространство ничего, даже свет. Поэтому из черной дыры не выходит никакая информация.

Занятно выглядит падение пробного тела на черную дыру. По часам бесконечно удаленного наблюдателя это тело достигает гравитационного радиуса  лишь за бесконечное время. С другой стороны, по часам, установленным на самом пробном теле, время этого  путешествия вполне конечно.

Многочисленные результаты астрономических  наблюдений дают серьезные основания  полагать, что черные дыры — это  не просто игра ума физиков-теоретиков, а реальные объекты, существующие по крайней мере в ядрах галактик.

Заключение

       ОТО — завершенная физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она дает однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, дает четкие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует.

ОТО — удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в ее основе лежит, по существу, всего один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком. Но прежде всего ОТО удивительна своей необычайной внутренней стройностью, красотой. Не случайно Ландау говорил, что истинного физика-теоретика можно распознать по тому, испытал ли человек восхищение при первом же знакомстве с ОТО.

Примерно до середины 60-х годов  ОТО находилась в значительной мере вне основной линии развития физики. Да и развитие самой ОТО отнюдь не было весьма активным, оно сводилось в большой степени к выяснению определенных тонких мест, деталей теории, к решению пусть важных, но достаточно частных задач.

Вероятно, одна из причин такой ситуации состоит в том, что ОТО возникла в некотором смысле слишком рано, Эйнштейн обогнал время. С другой стороны, уже в его работе 1915 года теория была сформулирована в достаточно завершенном виде. Не менее важно и то обстоятельство, что наблюдательная база ОТО оставалась очень узкой. Соответствующие эксперименты чрезвычайно трудны. Достаточно напомнить, что красное смещение удалось измерить лишь спустя почти 40 лет после того, как было обнаружено отклонение света в поле Солнца.

На протяжении более 80 лет теория Эйнштейна демонстрирует свою необычайную  стройность, экономность построения и красоту. На данный момент существует множество экспериментов и наблюдений, подтверждающих правильность общей теории относительности Эйнштейна и не наблюдается физических явлений, противоречащих ей. Следовательно, ОТО скорее верна чем нет.

Список литературы

1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания М.: Альфа-М; ИНФРА-М 2007.

2. Воробьев И.И.  Теория относительности в задачах. М.: Наука, 1989

3. Горелов А.В.. Концепции современного естествознания М.:ООО «Издательство Астрель» 2003

4. Гинзбург В.Л.. О теории относительности. - М.: Наука, 1970.

5.В. И. Кузнецов, Г. М. Идлис, В.Н.Гутина. Естествознание.-М.: Агар, 1996

Электронные ресурсы

1. www. .wikipedia.org

2. http://www.studentlar.net