Главная > Эйнштейновская теория относительности
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 7. МЕТРИКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО КОНТИНУУМА

Полное множество выделенных мировых точек есть то, что действительно доступно достоверному подтверждению. Сам по себе четырехмерный пространственно-временной континуум лишен структуры. Определенная геометрия с конкретной метрикой на пространственно-временном континууме задается взаимным расположением мировых точек, установленным с помощью эксперимента. Таким образом, в реальном мире мы сталкиваемся с тем же положением, с которым встретились, рассматривая геометрию на поверхности. Поэтому и математический подход следует тем же самым приемам.

Прежде всего зададимся в четырехмерном мире гауссовыми координатами — сеткой как-то заданных мировых точек. Пространство рассматривается как заполненное материей, находящейся в произвольном движении; она может деформироваться любым образом, но должна сохранять свою непрерывную связность. Как выразился Эйнштейн, она напоминает своеобразный «моллюск». В этом пространстве мы проводим три семейства пересекающихся линий, перенумеровав их, и помечаем эти семейства символами . В углах ячеек получающейся пространственной сетки мы помещаем часы, идущие с произвольной скоростью, но размещенные так, что разность показаний двух соседних часов мала. Таким образом, целое представляет собой нежесткую систему отсчета - «моллюск отсчета». В четырехмерном мире мы получаем, следовательно, систему гауссовых координат, состоящую из сетки четырех перенумерованных семейств поверхностей

Все движущиеся жесткие системы отсчета представляют собой, конечно, частные формы этих общих, способных деформироваться систем. Но с нашей принципиальной точки зрения бессмысленно вводить жесткость как нечто заведомо данное. Разделение пространства и времени также произвольно. Действительно, поскольку скорости часов можно считать произвольными, но непрерывно меняющимися, пространство и полное множество всех «одновременных» мировых точек не есть физическая реальность. Если гауссовы координаты выбрать иным способом, одновременными станут другие мировые точки.

Но то, что не меняется при переходе от одной системы гауссовых координат к другой, — это точки пересечения реальных мировых линий, меченые мировые точки, пространственно-временные совпадения. Все действительно доказуемые факты физики представляют собой качественные соотношения между положениями этих мировых точек и, таким образом, остаются неизменными при заменах гауссовых координат.

Такого рода преобразования гауссовых координат пространственно-временного континуума состоят в переходе от одной системы отсчета к другой, которая также произвольно деформирована и находится в движении. Постулат о том, что мы пользуемся лишь действительно доказуемыми законами природы, имеет следствием, что эти законы инвариантны относительно произвольных преобразований гауссовых координат от Этот постулат, очевидно, содержит в себе общий принцип относительности, ибо в число преобразований входят и все те, которые определяют переход от одной системы отсчета к другой, движущейся произвольно. Формально, однако, он шире принципа относительности, поскольку включает также произвольные деформации пространственных и временных единиц отсчета.

На этом пути мы достигаем надежного обоснования общего подхода к пространственно-временному континууму с релятивистских позиций. Следующим шагом должно быть установление взаимосвязи этого математического метода со сделанными ранее физическими заключениями, кульминационным моментом которых было установление принципа эквивалентности.

Мы теперь находимся в том же положении по отношению к четырехмерному миру, в котором был землемер в лесу после того, как разметил свою координатную сетку, но еще не начал обмерять ее с помощью измерительной рулетки. Наша задача — выбрать четырехмерную измерительную рулетку.

Такой выбор предоставляет нам принцип эквивалентности. Мы уже знаем, что с помощью соответствующего выбора системы отсчета можно с уверенностью обеспечить отсутствие гравитационного поля в любой достаточно малой области мира. Существует бесконечное число таких систем отсчета. Они движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга, и в них справедливы законы специальной теории относительности. Поведение линеек и часов определяется преобразованиями Лоренца; прямые мировые линии олицетворяются световыми лучами и траекториями инерциального движения (см. стр. 230 и 233). В пределах этой малой области мира величина

— инвариант, имеющий прямой физический смысл. Действительно, если линия, соединяющая начало О (оно, как предполагается, находится внутри малой области) с мировой точкой есть пространственно-подобная мировая линия, то представляет собой расстояние в той системе отсчета, в которой точки одновременны. Но если мировая линия временно-подобная, то где интервал времени,

прошедший между событиями в той системе координат, в которой эти события произошли в одной и той же точке пространства. Раньше мы назвали четырехмерным расстоянием (гл. VI, § 10, стр. 299).

Фиг. 142. Метрика в окрестности мировой точки

Оно доступно прямому измерению с помощью измерительных линеек и часов, и, таким образом, если ввести мнимую координату это расстояние формально носит тот же характер, что и евклидово расстояние в четырехмерном пространстве:

Тот факт, что специальная теория относительности применима в малых областях пространства-времени, точно соответствует факту применимости евклидовой геометрии в достаточно малых областях искривленной поверхности. Но ни теоремы евклидовой геометрии, ни законы специальной теории относительности не обязаны выполняться в больших областях. Здесь не обязаны существовать прямые линии вообще, но лишь самые прямые или геодезические линии.

Дальнейшее рассмотрение четырехмерного мира идет параллельно теории поверхностей. Сначала следует обмерить ячейки любой сетки гауссовых координат с помощью четырехмерного расстояния Мы изобразили этот процесс в двумерной плоскости (фиг. 142). Пусть ячейка координатной сетки ограничена линиями (ср. с фиг. 137, стр. 314). Лучи света, распространяющиеся из узла соответствуют двум пересекающимся мировым линиям, которые в

пределах малой области можно представить как прямые. Гиперболические калибровочные кривые заключены между этими световыми линиями. Они соответствуют окружности, которая в обычной геометрии проходит через все точки, удаленные от начала на одно и то же расстояние, равное 1.

Использование формулы (97) из теории поверхностей приводит к выражению

для инварианта где гауссовы координаты произвольной точки лежащей внутри рассматриваемой ячейки. Подставляя сюда мы находим

или, если изменить обозначения (записывая вместо и вместо

Величины называются метрическими коэффициентами и имеют прямую физическую интерпретацию. Так, например, при т. е. определяет истинную длину пространственного ребра ячейки в той системе отсчета, в которой ячейка покоится.

В четырехмерном мире инвариантное расстояние между двумя соседними точками, относительные гауссовы координаты которых есть определяется выражением вида

Эту формулу можно назвать обобщенной теоремой Пифагора в четырехмерном мире.

Метрические коэффициенты будут иметь различные значения от ячейки к ячейке координатной сетки; это означает, что они зависят от координат и от момента времени определяющих точку О. Более того, они будут иметь другие значения и при другом выборе гауссовых координат, причем новые значения будут связаны со старыми посредством определенных формул преобразования.

1
Оглавление
email@scask.ru