что такое теория относительности 1964
Просто о сложном, Георгий Вицин «Что такое ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ? (1964 г.)»
Баяны
181K постов 12K подписчиков
Правила сообщества
Сообщество для постов, которые ранее были на Пикабу.
Эх нет у меня склонности к точным наукам 🙂
Просьба улучшить качество фильма о теории относительности
В 1964 году Моснаучфильмом был снят замечательный образовательный фильм о теории относительности. Причём с известнейшими актёрами той эпохи: Георгий Вицин, Алла Демидова, Алексей Полевой. Сейчас такого уже никто не снимет.
Хочу показать этот фильм своим ученикам на вводном занятии по теории относительности, но качество оставляет желать лучшего. Самый качественный вариант я нашёл в VK: https://vk.com/video314558845_456239179, но там всего 480p.
Уважаемые @Mrsatana666666, @shivam, @Inquabator и все, кто занимается повышением качество видео, не могли бы вы улучшить эту короткометражку? Заранее спасибо.
Всю жизнь работал на две семьи, а остался один и в нищете – как жил и уходил замечательный актёр Георгий Вицин
Георгий Михайлович создавал на экране невероятно забавные, уморительные образы, полюбившиеся миллионам советских телезрителей, в то время как сам был человеком серьёзным, очень ответственным и добрым, интеллектуалом, увлекающимся литературой, скульптурой и живописью, практикующим йогу и ведущим правильный образ жизни, убеждённым трезвенником.
К искусству мальчика приобщила мама. После смерти отца они жили вдвоём, женщина сменила множество различных профессий, пытаясь выбраться из бедности, потом стала работать билетёршей в Колонном зале Дома Союзов. Здесь ей стали давать семейные путёвки в хорошие санатории, продуктовые пайки, а главное – она часто брала сына с собой «дежурить», пристраивала его на свободных местах в зрительном зале, и Гоша «приобщался».
кадр из фильма «Она Вас любит»
кадр из фильма «Жених с того света»
кадр из фильма «Выстрел в гробу»
кадр из фильма «Женитьба Бальзаминова»
Он ненавидел школу, а театр полюбил, заодно понял, что сцена поможет ему победить свою закомплексованность и застенчивость и записался в театральный кружок. Учился мальчик плохо, спустя рукава, к тому же часто бывал изгнан из класса за нарушение дисциплины, но его это вполне устраивало – он бежал гулять. Зато на сцене Георгий быстро обнаружил в себе актёрские задатки, даже таланты, и планомерно стал их развивать.
Именно там 19-летний Георгий и влюбился в жену своего учителя и наставника Хмелёва, приму театра Дину (Надежду) Тополеву, которая оказалась старше на 16 лет. Их роман ни для кого не был тайной, но Николай Павлович не стал никому мстить – он просто развёлся с женой, а к любимому актёру не изменил своего расположения.
Надежда Тополева, её портрет и бюст работы Георгия Вицина
Надежда была в обычной жизни такой же скромной и застенчивой, как и её молодой возлюбленный Вицин, они жили душа в душу, понимая друг друга с полуслова и находясь на одной волне. Несмотря на то, что прожили вместе более 10 лет, до ЗАГСа так и не дошли, и детей в их браке не появилось, а актёр очень хотел ребёнка.
Примерно в те годы он всерьёз увлёкся живописью и скульптурой, и преуспел в этих занятиях не меньше, чем в актёрской деятельности. Тополеву он навсегда увековечил в небольшом бюсте, который ваял непосредственно с неё, и в нескольких карандашных набросках. Тогда же Вицин получил и первые роли в кино, правда были они эпизодическими и его имя не упоминалось в титрах.
В конце 40-х актёр познакомился с Тамарой Мичуриной, театральным костюмером и племянницей знаменитого селекционера. Любовь между ними случилась, как оба признавались, с первого взгляда – девушки в реквизиторской накрывали стол на пасху, а в это время вошёл Георгий с крашеным яйцом в руке и сказал: Девочки, я зашёл похристосоваться.
Они с Тамарой трижды поцеловались в щёчку, стукнулись яйцами, а потом посмотрели друг другу в глаза и поняли, что пропали. Вскоре актёр съехал от Надежды, а в 1949 году официально женился на Мичуриной. К тому времени Тополевой было уже под 50, её красота увяла, ролей в театре стало значительно меньше, родственников не осталось, детей не появилось, и после ухода гражданского мужа она стала часто болеть.
Георгий Михайлович не мог бросить женщину, которую ещё недавно так сильно любил – совесть не позволяла, ведь она осталась почти совсем одна. С молчаливого согласия молодой жены он стал обеспечивать Надежду, приносил ей продукты и лекарства, выводил гулять, подолгу разговаривал и читал вслух.
По сути, он стал жить на две семьи, а Тамара подружилась с актрисой, с которой уже была знакома по театру, и летом они вместе стали выезжать на дачу. А позже, когда родилась их дочь Наташа, дом Тополевой стал для неё вторым домом, где девочку очень любили и всегда баловали. Вот как описывали эту ситуацию друзья Вицина:
В год рождения дочери актёр впервые получил главную роль в кино, сыграл Васю Веснушкина в спортивной комедии «Запасной игрок», которая принесла ему широкую известность и любовь зрителей. С тех пор он стал сниматься очень часто, и вскоре вновь сыграл главного героя в комедийной мелодраме «Она Вас любит», а чуть позже стал любимым актёром Леонида Гайдая и сыграл практически во всех его фильмах.
Эти картины вошли в золотой фонд отечественного кинематографа, на них выросло несколько поколений зрителей, и в настоящее время эти ленты любят, ждут, и пересматривают по многу раз. Георгий Михайлович стал знаменит на весь СССР, но никогда не пользовался благами своего положения, а невероятная популярность его раздражала, пугала и смущала, он старался одеваться как можно незаметнее, чтобы не узнавали на улице и в транспорте, не подходили с разговорами и за автографами.
Эта его манера одеваться серо и блекло постоянно давала пищу слухам о том, что актёр нищенствует. Между тем, по сравнению с другими известными советскими артистами, он работал больше всех, и даже учитывая прежние невысокие гонорары, отлично зарабатывал. В более поздние годы появилась ещё одна версия по поводу бедности Вицина – у него стали выпадать зубы, а вставлять он их принципиально не хотел. Отсутствие зубов вводило в замешательство даже коллег, они тоже верили, что белоснежная улыбка недоступна «дяде Гоше» по причине нехватки денег:
кадр из фильма «Семь стариков и одна девушка»
кадр из фильма «Земля Санникова»
Можно предположить, что, ответив таким образом Зое Николаевне, Вицин просто хотел отлынить от этого мероприятия, так как не любил подобные вечеринки, так же, как и внимание к своей скромной персоне. Он предпочитал тихие и уютные семейные вечера в окружении любимых книг, для которых в доме уже не хватало полок и шкафов, и стопками лежали везде, где придётся.
Вот на книги Георгий Михайлович никогда не жалел денег, они были единственной его страстью – на гастролях, когда все артисты бегали по магазинам в поисках дефицита, Вицин шёл в книжный и возвращался в Москву, обвешанный связками произведений, и ведь все прочитывал от корки до корки.
Очень любил актёр и животных, для кошек и собак просил в магазинах косточки и обрезки, покупал сосиски, а для птиц брал пшено и хлеб. Он кормил их по часам – воробьёв и голубей по утрам, остальную живность ближе к вечеру, и в назначенное время они его ждали, около подъезда Георгия Михайловича яблоку было негде упасть, всё пространство было заполнено воркующими, мяукающими и повизгивающими существами. Как-то он подобрал на улице полузамёрзшего щенка, выходил его, и этот пёс по кличке Мальчик прожил в их доме 12 лет, а умер на сороковой день после ухода хозяина.
Ближе к концу жизни Вицина опять возникли разговоры о нищете, в которой жила его семья, несмотря на то, что он работал до последнего своего дня. Тамара Фёдоровна давно болела и вынуждена была уйти из театра, а дочь Наташа, которая стала художницей, подолгу сидела без работы и получала копейки. Когда во время концерта Вицину стало плохо с сердцем и его госпитализировали, выяснилась суровая правда его жизни, и стало понятно, что все слухи были не случайны.
кадр из фильма «Комедия давно минувших дней»
кадр из фильма «Не может быть!»
кадр из фильма «Опасно для жизни»
В больницу к артисту никто не приходил, а сам он стеснялся своей беспомощности и стыдился просить о помощи нянечек. Позже жена отговорилась, что Георгий Михайлович сам не разрешал ей навещать его, просил присматривать за Мальчиком – а что за ним присматривать, взрослая собака? Дочь была пару раз, принесла воды и пару яблок, долго не сидела, за отцом не ухаживала.
Подробности нахождения великого актёра в больнице тут же попали в прессу, самые пространные описания были опубликованы в еженедельной российской газете-таблоиде «Жизнь». Поклонники Вицина, и просто неравнодушные к его судьбе люди, стали звонить в редакцию, предлагать свою помощь, и в Союз кинематографистов с вопросами: как они могли допустить, что любимец миллионов живёт в такой нищете?
Потом к проблеме подключился Никита Михалков, перевёл знаменитого коллегу в больницу при Минздраве России, обеспечил достойную палату и уход, позаботился, чтобы не было недостатка в лекарствах. Но врачи сказали, что актёр очень плох и шансов у него нет – впрочем, он давно уже это и сам понимал. Не сдавался, пытался шутить, но по словам очевидцев, от его шуток наворачивались слёзы.
Он так и не успел попрощаться ни с женой, ни с дочерью – 18 октября 2001 года состояние актёра резко ухудшилось, и он потерял сознание. Врачи вызвали Наташу, она приехала ненадолго, но Георгий Михайлович не увидел её – 22-го числа его не стало. Позже Наталья Георгиевна обвинила журналистов во лжи, утверждала, что благодаря папе они всегда жили хорошо и достойно, но, когда дело коснулось установки памятника на его могиле, заявила, что у них таких денег не было и нет.
Памятник на могиле известного артиста появился лишь в марте 2004-го – скромная гранитная плита с нарисованным крестом, надписью Георгий Вицин и датами рождения и смерти.
ЧТО ТАКОЕ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ? (1964) | FullHD (UPSCALE)
Документальный фильм просто и наглядно объясняющий суть теории относительности.
Режиссёр: Семён Райтбурт
Авторы сценария: Семён Лунгин, Илья Нусинов
Консультант: В. Жигулёв
Оператор: Ю. Беренштейн
Композитор: А. Зацепин
Алла Демидова, Алексей Полевой, Георгий Вицин, Алексей Грибов, Георгий Тусузов.
«Моснаучфильм», 2-е творческое объединение, СССР, 1964.
Наука | Научпоп
6.1K постов 68.8K подписчиков
Правила сообщества
ВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.
Основные условия публикации
— Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.
— Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.
— Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.
— Видеоматериалы должны иметь описание.
— Названия должны отражать суть исследования.
— Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.
Не принимаются к публикации
— Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.
— Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.
— Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.
— Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.
— Попытки использовать сообщество для рекламы.
— Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.
— Нарушение правил сайта в целом.
Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.
а я вот так и не понял что такое теория относительности.))
Заводят профессора в камеру, напротив возлегает авторитет, которому уже доложили о соседе.
-О, вижу человек умный, не надо «вечер в хату», ты просто расскажи о теории относительности?!
-Ну, это просто. Я относительно Вас стою, Вы, относительно меня лежите, а вместе мы, один хер, сидим.
Стоп, фокусники! Оперируем величинами: относительная скорость, время, длина волны, энергия.
Что примем за константу?
Если точнее, то суть СТО.
Квантовая теория поля: визуализация от ScienceClic
Как согласовать теорию относительности с квантовой механикой? Что такое спин? Откуда берётся электрический заряд?
Просьба улучшить качество фильма о теории относительности
В 1964 году Моснаучфильмом был снят замечательный образовательный фильм о теории относительности. Причём с известнейшими актёрами той эпохи: Георгий Вицин, Алла Демидова, Алексей Полевой. Сейчас такого уже никто не снимет.
Хочу показать этот фильм своим ученикам на вводном занятии по теории относительности, но качество оставляет желать лучшего. Самый качественный вариант я нашёл в VK: https://vk.com/video314558845_456239179, но там всего 480p.
Уважаемые @Mrsatana666666, @shivam, @Inquabator и все, кто занимается повышением качество видео, не могли бы вы улучшить эту короткометражку? Заранее спасибо.
ScienceClic: Общая теория относительности
Первая озвучка с переосмыслением визуализации ОТО вызвала множество вопросов, ответы на которые даёт данное видео.
Что такое гравитация? Почему кажется, что объекты притягивают друг друга? Что происходит со временем вблизи массивных объектов? Какие следствия вытекают из теории Эйнштейна? Всё это за 14 минут.
Черные дыры могут иметь «волосы». Эйнштейн не прав?
Недавно проведенное исследование американских физиков об экстремальных черных дырах может опровергнуть знаменитую теорему об отсутствии волос.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры обладают только тремя наблюдаемыми свойствами: массой, спином (момент импульса) и зарядом. Дополнительных характеристик, или, как называют их физики, «волос», не существует.
Чтобы объяснить идею, представим однояйцевых близнецов. Они имеют одинаковый генотип, это генетические копии, но даже такие близнецы будут различаться множеством вещей: от темперамента до прически. Черные дыры, согласно теории гравитации Альберта Эйнштейна, могут иметь всего три характеристики: массу, спин и заряд. Если эти значения одинаковы для любых двух черных дыр, то они идентичны, будет невозможно отличить одну от другой. У черных дыр нет волос.
«Согласно классической общей теории относительности, такие черные дыры были бы абсолютно идентичны», — отмечает Пол Чеслер, физик-теоретик из Гарвардского университета.
Однако ученые задаются вопросом, верна ли теорема об отсутствии волос. В 2012 году математик Стефанос Аретакис, работавший тогда в Кембриджском университете, а теперь в Университете Торонто, предположил, что некоторые черные дыры могут иметь нестабильности (instabilities) на горизонте событий.
Нестабильности придали бы одним участкам горизонта черной дыры более сильное гравитационное притяжение, чем другим. Получается, что в таком случае даже идентичные черные дыры будут различимыми.
Однако уравнения Аретакиса показали, что это возможно только для так называемых экстремальных черных дыр — тех, которые имеют максимально возможное значение для массы, спина или заряда. И, по словам Чеслера, такие черные дыры не могут существовать в природе.
Но допустим, что есть почти экстремальная черная дыра, которая приближается к максимальным значениям, но не достигает их. Такая черная дыра может существовать, по крайней мере, теоретически. Опровергнет ли это теорему об отсутствии волос?
В докладе, опубликованном в конце января, показано, что это возможно.
Более того, земные детекторы гравитационных волн могут уловить такие волосы.
«Аретакис предположил, что существует некоторая информация, которая остается на горизонте событий», — прокомментировал Гаурав Ханна, физик из Массачусетского университета и Университета Род-Айленда, один из соавторов исследования.
Ученые предполагают, что свидетельства образования черной дыры или более поздних возмущений горизонта событий (например, падение вещества в черную дыру) могут создавать гравитационную нестабильность на горизонте событий почти экстремальной черной дыры или рядом с ним.
«Мы предполагаем, что гравитационный сигнал, который мы обнаружим, будет сильно отличаться от обычных черных дыр, которые не являются экстремальными», — говорит Ханна.
Если у черных дыр есть волосы, значит сохраняется некоторая информация об их прошлом, — это затронет и знаменитый информационный парадокс черных дыр, который сформулирован Стивеном Хокингом, как отмечает Лия Медейрос, астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне.
Этот парадокс обнажает фундаментальный конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой, двумя столпами физики XX века.
Если опровергнем одно из условий информационного парадокса, мы сможем решить сам парадокс. Одно из условий — это теорема об отсутствии волос.
Последствия этого открытия будут значительным. «Если мы сможем доказать, что реальное пространство-время черной дыры за пределами черной дыры отличается от того, что мы ожидаем увидеть, тогда, я думаю, это будет иметь действительно огромное значение для общей теории относительности», — сказала Медейрос, соавтор октябрьского доклада, который посвящен тому, соответствует ли наблюдаемая геометрия черных дыр предположениям.
Однако, пожалуй, самым захватывающим моментом исследования является то, что оно открывает путь, как объединить наблюдения за черными дырами и фундаментальную физику. Обнаружение волос на черных дырах, пожалуй, на самых экстремальных астрофизических лабораториях во Вселенной, может позволить исследовать такие идеи, как теория струн и квантовая гравитация, таким способом, каким раньше это было невозможно.
Оказывается, уравнения Эйнштейна настолько сложны, что мы ежегодно открываем новые их свойства. Пол Чеслер
«Одна из больших проблем с теорией струн и квантовой гравитацией заключается в том, что эти предположения сложно проверить, — утверждает Медейрос, — так что, если у нас есть что-то, что можно проверить даже удаленно, это просто потрясающе».
Однако встречаются и серьезные препятствия. Нет уверенности в существовании почти экстремальных черных дыр. По словам Чеслера, в лучших моделях на данный момент обычно образуются черные дыры, которые на 30% отличаются от экстремальных значений. И даже если почти экстремальные дыры существуют, не совсем понятно, достаточно ли чувствительны детекторы гравитационных волн для определения нестабильности по волосам.
Более того, предполагается, что волосы крайне скоротечны, они длятся доли секунды.
Но сам доклад выглядит основательным. «Я не думаю, что кто-то в сообществе сомневается в этом», — сказал Чеслер.
Следующий этап — посмотреть, какие сигналы мы будем обнаруживать с помощью детекторов гравитационных волн: сейчас мы работаем с LIGO и Virgo, но запускается новые инструменты, например, LISA, совместный эксперимент Европейского космического агентства и НАСА по исследованию гравитационных волн.
«Теперь следует опираться на их работу и действительно вычислить, какой будет частота гравитационного излучения. Важно понять, как мы можем измерить и идентифицировать его», — отмечает Хельви Витек, астрофизик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн.
Хотя шансы обнаружить волосы не так велики, такое открытие поставит под сомнение общую теорию относительности Эйнштейна и докажет существование почти экстремальных черных дыр.
«Мы хотели бы знать, позволяет ли природа существовать такому зверю», — говорит Ханна.
Автор: Jonathan O’Callaghan
Новая визуализация общей теории относительности
Автор канала ScienceCLic предлагает четыре основных изменения распространенной визуализации гравитации с упругой тканью и шарами разной массы, чтобы приблизить отображение к тому, что говорит математика, лежащая в основе общей теории относительности. А также, чтобы улучшить интуитивное понимание теории с минимальными искажениями, использовав преимущества формата видео.
Спросите Итана: почему учёные никогда не смогут найти точного решения общей теории относительности
В ньютоновской теории тяготения орбиты вращения вокруг отдельных крупных масс являются идеальными эллипсами. Но в общей теории относительности существует дополнительная прецессия за счёт кривизны пространства-времени, из-за чего орбиты со временем сдвигаются, иногда даже измеряемо. Орбита Меркурия прецессирует со скоростью 43″ в сто лет (1″ – это угловая секунда, 1/3600 градуса); меньшая из чёрных дыр OJ 287 прецессирует со скоростью 39° за 12 лет орбиты.
Сложно оценить всю революционность перехода от ньютоновской точки зрения на Вселенную к эйнштейновской. Согласно ньютоновским механике и тяготению, Вселенная полностью детерминирована. Если бы вы дали учёному массы, местоположение и импульсы всех и каждой частиц Вселенной, он смог бы определить, где будет находиться и что будет делать каждая частица в любой момент в будущем.
В теории уравнения Эйнштейна тоже детерминистские, и можно представить нечто похожее: если бы только вы знали массы, позиции и импульс каждой частицы Вселенной, вы могли бы вычислить что угодно, заглядывая сколь угодно далеко в будущее. Но если в ньютоновской вселенной мы можем записать уравнения, управляющие поведением частиц, во вселенной под управлением общей теории относительности (ОТО) мы даже и на это не способны. И вот, почему.
Закон всемирного тяготения Ньютона заменила ОТО Эйнштейна. Он полагался на концепцию мгновенного действия на расстоянии, и был весьма простым. Гравитационная константа G в уравнении, а также величины двух масс и расстояние между ними – вот все факторы, определяющие гравитационное взаимодействие. G есть и в теории Эйнштейна.
В ньютоновской вселенной каждый массивный объект действует с хорошо определяемой силой тяготения на каждый другой объект вселенной. Можно определить гравитационное взаимодействие между каждой парой существующих масс, а потом просто подсчитать ньютоновское тяготение. Эта сила также расскажет, как именно будет двигаться масса (поскольку F = ma), и так вы сможете определить эволюцию вселенной.
Но в ОТО эта задача куда как сложнее. Даже если бы вы обладали той же самой информацией – местоположением, массами и импульсами всех частиц – а также конкретной релятивистской системой отсчёта, в которой они определены, этого не хватило бы для описания эволюции вселенной. Структура величайшей теории Эйнштейна слишком сложна даже для этого.
Вместо пустой трёхмерной решётки размещение масс заставляет “прямые” линии изгибаться определённым образом. В ОТО пространство и время считаются непрерывными, но все формы энергии, в т.ч. масса, вносят свой вклад в кривизну пространства-времени. Если мы заменим Землю её более плотной версией, вплоть до появления сингулярности, деформация пространства-времени останется точно такой же; и только внутри самой Земли будут заметны отличия.
В ОТО движение и ускорение объекта определяет не суммарная сила, действующая на объект, а кривизна пространства (и пространства-времени). И это сразу становится проблемой, поскольку кривизну пространства определяет вся материя и энергия, имеющаяся во Вселенной, и в эту информацию входит куда как больше, чем просто позиции и импульсы массивных частиц.
В ОТО, в отличие от ньютоновской гравитации, взаимодействие всех масс также имеет значение: поскольку у него также есть энергия, оно также деформирует ткань пространства-времени. Если взять два массивных объекта, движущихся и ускоряющихся друг относительно друга, этот процесс также будет излучать гравитационные волны. Это излучение идёт не мгновенно, а распространяется наружу во все стороны со скоростью света. И этот фактор невероятно трудно учесть.
Гравитационные волны – это волны пространства-времени, и они распространяются в пространстве со скоростью света во всех направлениях. И хотя электромагнитные константы не появляются в уравнениях ОТО, скорость гравитации без сомнения равняется скорости света.
Если в ньютоновской вселенной вы с лёгкостью можете записать уравнения, управляющие любой системой, какую вы только можете представить, то даже этот шаг будет невероятно трудным во вселенной, управляемой ОТО. Поскольку так много всего влияет на искривление и эволюцию пространства во времени, мы часто даже не можем записать уравнения, описывающие форму простейшей, игрушечной модели вселенной.
Возможно, наиболее ярким примером будет простейшая, игрушечная модель вселенной: пустая, без материи и энергии, не меняющаяся во времени. Это вполне возможно, и этот особый случай даёт нам старую добрую и простую особую теорию относительности и плоское евклидово пространство. Это простейший и наименее интересный случай из возможных.
Плоское пустое пространство без материи, энергии и кривизны. За исключением небольших квантовых флуктуаций, пространство в инфляционной Вселенной становится таким, невероятно плоским, только не на двумерной плоскости, а в трёхмерном пространстве. Пространство растягивается, уплощаясь, и частицы быстро разбегаются.
Сделаем шаг в сторону усложнения: возьмём точечную массу и поместим её куда-нибудь во вселенной. И внезапно пространство-время становится чрезвычайно сложным.
Вместо плоского евклидового пространства мы получим искривлённое пространство, вне зависимости от того, насколько далеко мы отойдём от массы. А чем ближе мы будем подходить, тем быстрее пространство будет “стекать” по направлению к местоположению этой точечной массы. Мы обнаружим определённое расстояние, на котором мы найдём горизонт событий: точку невозврата, откуда нельзя сбежать, даже двигаясь со скоростью, сколь угодно близкой к скорости света.
Пространство-время гораздо сложнее пустого пространства, а мы всего лишь добавили одну массу. И это было первое точное нетривиальное решение, открытое для ОТО: формула Шварцшильда, соответствующая невращающейся чёрной дыре.
Как внутри, так и снаружи горизонта событий шварцшильдовской чёрной дыры пространство течёт как травалатор или водопад. На горизонте событий, даже если вы будете бежать (или плыть) со скоростью света, поток пространства-времени преодолеть не получится, и он затянет вас в сингулярность в центре. Снаружи горизонта событий другие силы (например, электромагнетизм) часто могут справиться с гравитационным притяжением, и заставить даже падающую внутрь материю убежать.
За последнее столетие было найдено множество других точных решений, но они оказались незначительно сложнее. Среди них:
• Решения для идеальной жидкости, где энергия, импульс, давление и напряжение жидкости определяют пространство-время.
• Электровакуумные решения, где могут существовать гравитационное, электрическое и магнитное поля (но не массы, электрические заряды или токи).
• Решения со скалярными полями, включающими космологическую константу, тёмную энергию, инфляционные варианты пространства-времени, и модели космологической квинтэссенции.
• Решения с одной вращающейся точечной массой (Керр), заряженной (Рейснер-Нордстром) или вращающейся и заряженной (Керр-Ньюман).
• Жидкостные решения с точечной массой (пространство Шварцшильда-де Ситтера).
Вы могли заметить, что эти решения чрезвычайно просты, и среди них нет простейшей гравитационной системы, которую мы постоянно рассматриваем: Вселенную, в которой две массы гравитационно связаны друг с другом.
ОТО подвергали научным испытаниям бессчётное множество раз и накладывали на неё самые строгие ограничения из всех, использованных человеком. Первым решением Эйнштейна было вычисление ограничения слабого гравитационного поля вокруг единственной массы, такой, как Солнце; он применил эти результаты к нашей Солнечной системе с потрясающим успехом. Эту орбиту можно рассматривать так, будто Земля (или любая другая планета) в свободном падении движется вокруг Солнца по прямой линии в своей системе отсчёта. Все массы и источники энергии вносят вклад в кривизну пространства-времени, однако мы можем вычислить орбиту Земли и Солнца лишь приблизительно.
Эту задачу – задачу двух тел в ОТО – нельзя решить точно. Не существует точного аналитического решения для пространства-времени, содержащего более одной массы, и считается, что такое решение нельзя найти (хотя это пока, насколько мне известно, не доказано).
Мы лишь можем делать предположения, и либо делать определённые приближения к точному результату (постньютоновский формализм) или изучать определённую форму задачи и пытаться решить её численно. Развитие науки численной относительности, особенно начиная с 1990-х, позволило астрофизикам подсчитать и определить образцы различных типов гравитационных волн Вселенной, включая приблизительные решения задачи для слияния двух чёрных дыр. И любая фиксация волн на LIGO или Virgo возможна благодаря наличию этих теоретических работ.
Волновой гравитационный сигнал первой пары обнаруженных коллаборацией LIGO сливающихся чёрных дыр. Невероятно, насколько хорошо совпадают сырые данные и теоретические шаблоны, демонстрирующие нам волновую последовательность. Для получения теоретических шаблонов потребовалось невероятное развитие численной относительности.
Учитывая всё это, существует огромное количество задач, которые мы можем хотя бы приблизительно решить, пользуясь тем поведением или теми решениями, которые мы можем понять. Мы можем описать происходящее в негомогенной части Вселенной, остальная часть которой является гладкой и заполненной жидкостью, чтобы узнать, каким образом растут регионы с повышенной плотностью и сжимаются регионы с пониженной плотностью.
Мы можем понять, как поведение решаемой системы отличается от ньютоновской гравитации, а потом применить эти уточнения к более сложной системе, которую, возможно, нельзя решить в лоб.
Или мы можем разработать новые численные методы для решения проблем, неприступных с теоретической точки зрения; такой подход имеет право на жизнь, пока гравитационные поля относительно слабы (пока мы не приближаемся слишком близко к слишком большой массе).
В ньютоновском представлении о гравитации пространство и время – абсолютные и фиксированные величины. В представлении эйнштейновского пространства-времени – это единая объединённая структура, в которой неразрывно переплетаются три пространственных и одно временное измерение.
И всё же ОТО бросает нам несколько уникальных вызовов, отсутствующих в ньютоновской вселенной. Факты таковы:
• Кривизна пространства постоянно меняется.
• У каждой массы есть своя энергия, также меняющая кривизну пространства-времени.
• Движущиеся через искривлённое пространство объекты взаимодействуют с ним и испускают гравитационное излучение.
• Все появляющиеся гравитационные сигналы всегда движутся со скоростью света.
• Скорость объекта относительно любого другого объекта приводит к релятивистской трансформации (сжатие длины, растяжение времени), которую необходимо учитывать.
Учтя всё это, в большей части вариантов пространства-времени, которые вы сможете придумать, даже в относительно простых, описывающие их уравнения получатся настолько сложными, что мы не сможем найти их решений.
Анимация реакции пространства-времени на движение массы показывает, что пространство-время – это не просто некий лист ткани; всё пространство целиком искривляется в присутствии материи и энергии. При этом пространство-время можно описать полностью, учитывая не только положение массивного объекта, но и его движение во времени. Силы, действующие на объект, движущийся сквозь Вселенную, определяются как его текущим местоположением, так и историей его перемещения.
Один из наиболее ценных жизненных уроков я получил в первый день первого математического курса в колледже, где мы изучали дифференциальные уравнения. Профессор сказал нам: “Большую часть существующих дифференциальных уравнений решить нельзя. Большую часть дифференциальных уравнений, которые можно решить, вы решить не сможете”. Такова и ОТО – набор спаренных дифференциальных уравнений, и сложности, с которыми сталкиваются все, её изучающие.
Мы даже не можем записать уравнения поля Эйнштейна. Описывающие большую часть вариантов пространства-времени или большую часть вселенных, которые мы можем себе представить. А большинство из тех, что мы можем записать, мы не можем решить. А большинство из тех, что мы можем решить, не можем решить ни я, ни вы, и ни кто-либо ещё. Однако мы можем работать с приближениями, позволяющие нам получать осмысленные предсказания и описания. И в целом это наибольшее приближение к истине, достигнутое кем-либо – хотя путь до цели ещё очень долгий. И пусть мы не будем сдаваться, пока не дойдём до неё.
Почему замедляется время вблизи массивных планет?
Всем привет, это шестая часть обзора книги Стивена Хокинга «Кратчайшая история времени».
И сегодня мы будем пытаться понять, что же такое общая теория относительности и почему вблизи планет стрелки часов замедляются. Если тыкнуть на хокинга повыше, ещё и мультик покажут.
Общая теория относительности основана на революционном предположении что гравитация – это не обычная сила, а лишь следствие того что пространство-время не является плоским. В этой теории пространство-время искривляется любым помещённым в него предметом имеющим массу или энергию. И тела помещённые в такое пространство следуют не по круговым орбитам. Они следуют по особым линиям, которые называются геодезические. Это аналог прямых в искривлённых пространствах. Не пытайтесь сейчас это представить. Ибо мы вообразить такое не можем, наш разум ограничен тремя измерениями.
Мы можем лишь провести аналогию с двумерным искривлённым пространством. Обычная плоскость – это пример двумерного пространства. А поверхность земли – это двумерное искривлённое пространство. Примером геодезической линии на поверхности земли – является, например, экватор. Вообще в искривлённых пространствах, геодезическая линия – это такая линия, которая определяется как кратчайшее (или наоборот самое длинное) расстояние между двумя точками. Допустим, вы решили отправиться из Москвы в Магадан. Вы можете двинуться по компасу почти строго на восток и пройти расстояние примерно 6088 км, либо двинуться по искривлённому пути и пройти всего 5921 км. На плоской карте, как вы можете видеть, геодезическая линия практически соответствует полуокружности. Т.е. если представлять поверхность земли как плоскость, то нужно двигаться по сектору, но если посмотреть на этот же путь со сторону третьего измерения, то полуокружность превращается в линию.
В общей теории относительности тела всегда следуют по геодезическим линиям в четырехмерном пространстве-времени. В отсутствие материи эти прямые линии в четырехмерном пространстве-времени соответствуют прямым линиям в трехмерном пространстве. В присутствии материи четырехмерное пространство-время искажается, вызывая искривление траекторий тел в трехмерном пространстве.
Нечто подобное можно представить, если вообразить траекторию движения спутника пролетающего мимо планеты по прямой. Несмотря на то, что спутник двигается прямо, его проекция на поверхности планеты, будет двигаться по искривлённой траектории, напоминающей окружность.
Расхождения общей теории относительности с законами Ньютона хоть и очень малы, но всё же есть. Особенно они заметны для планет ближе всего расположенных к солнцу. В частности для меркурия. Практическое подтверждение этих расхождений, было одним из первых доказательств общей теории относительности, для Меркурия расхождения были замечены ещё в 1915 году.
Второе волшебное свойство, вытекающее из общей теории относительности – это отклонение траектории света от прямой линии, под действием гравитации. Лучи света, тоже вынуждены двигаться по геодезическим линиям.
Ну и самое невероятное предположение – замедление течения времени около массивных тел, например нашей планеты. Вспомним что Эйнштейн в 1905 году выдвинул постулат что все законы физики протекают одинаково, для всех свободно-движущихся наблюдателей. Грубо говоря, принцип эквивалентности, общей теории распространяет это правило и на тех наблюдателей, которые движутся не свободно, а под действием гравитационного поля. В рамках нашего ролика, отбросив сложности, можно сказать так: в достаточно малых областях пространства невозможно судить о том, пребываете ли вы в состоянии покоя в гравитационном поле или движетесь с постоянным ускорением в пустом пространстве.
Что это означает простыми словами. Представьте, что вы находитесь в лифте посреди пустоты. Лифт неподвижный, нет ни верха ни низа. Он просто висит в пустоте. И вот он начинает двигаться с постоянным ускорением. Вы ощущаете вес, одна из стенок лифта превращается в пол. И если вы уроните яблоко – оно упадёт на пол ровно так же, как если бы вы находились на земле. Эйнштейн понял, что, подобно тому как, находясь в вагоне поезда, вы не можете сказать, стоит он или равномерно движется, так и, пребывая внутри лифта, вы не в состоянии определить, перемещается ли он с постоянным ускорением или находится в однородном гравитационном поле. Результатом этого понимания и стал принцип эквивалентности.
Теперь мы готовы перейти к другому мысленному опыту. Представьте что мы находимся на борту огромной, летящей в космосе, ракеты. Для простоты вообразим, что ракета настолько большая, что свету требуется целая секунда, чтобы пересечь её сверху донизу. Ну и в ракете у нас будут два наблюдателя. Один в носу ракеты, другой в самом низу, у двигателей. У обоих наблюдателей есть совершенно одинаковые часы, ведущие отсчёт секунд.
Верхний наблюдатель, дождавшись тиканья часов часов, даёт сигнал нижнему наблюдателю, а спустя ровно секунду, ещё один. Нижний наблюдатель зарегистрирует эти сигналы с таким же интервалов времени, какой был у верхнего – одна секунда.
А теперь предположим, что наша ракета ускоряется. Поскольку корпус ракеты двигается вверх, то свету требуется пройти меньшее расстояние до низа ракеты, и второй наблюдатель получит сигнал раньше чем через секунду. Если бы ракета двигалась с постоянной скоростью, то и второй сигнал прибыл бы ровно настолько же раньше. Так что интервал между двумя сигналами остался бы равным одной секунде. Но в момент отправки второго сигнала благодаря ускорению ракета движется быстрее, чем в момент отправки первого, так что второй сигнал пройдет меньшее расстояние, чем первый, и затратит еще меньше времени. Наблюдатель внизу, сверившись со своими часами, зафиксирует, что интервал между сигналами меньше одной секунды, и не согласится с верхним наблюдателем, который утверждает, что посылал сигналы точно через секунду.
Именно этот принцип и лежит в основе изменения хода часов у разных наблюдателей при ускоренном движении.
В случае с ускоряющейся ракетой этот эффект, вероятно, не должен особенно удивлять. В конце концов, мы только что его объяснили! Но вспомните: принцип эквивалентности говорит, что то же самое имеет место, когда ракета покоится в гравитационном поле. Следовательно, даже если ракета не ускоряется, а, например, стоит на стартовой площадке на поверхности Земли, сигналы, посланные верхним наблюдателем с интервалом в секунду (согласно его часам), будут приходить к нижнему наблюдателю с меньшим интервалом (по его часам). Вот это действительно удивительно!
Подобно тому как специальная теория относительности говорит нам, что время идет по-разному для наблюдателей, движущихся друг относительно друга (об этом можешь почитать в предыдущем посте/посту), общая теория относительности объявляет, что ход времени различен для наблюдателей, находящихся в разных гравитационных полях. Согласно общей теории относительности нижний наблюдатель регистрирует более короткий интервал между сигналами, потому что у поверхности Земли время течет медленнее, поскольку здесь сильнее гравитация. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения в пространстве. Теория относительности, как мы видим, поставила крест на абсолютном времени.
До 1915 года, люди воспринимали время как нечто абсолютное и не изменяемое, но Эйнштейн перевернул всё с ног на голову. Время стало вдруг динамической переменной, которое может меняться в зависимости от наших действий. Пространство и время не только влияют на все, что случается во Вселенной, но и сами от всего этого зависят. За сто лет прошедших со времени открытия общей теории относительности человечество радикальным образом пересмотрело свои взгляды на картину мироздания. Как именно ты узнаешь в следующих роликах.