Казалось бы, науке уже известно, что гравитация – это притяжение...

Зеркало МираНаука

Гравитация – это притяжение или отталкивание?

Андрей Орлов

photoby.ru

На первый взгляд кажется, что это глупый вопрос, потому что давно было выяснено, что массивные тела притягивают друг друга, и про закон притяжения Ньютона нам всем рассказывают в школе. Земля вращается вокруг Солнца, Луна вокруг Земли, множество спутников... и все это вращается под действием силы гравитационного притяжения. До какого-то момента это устраивало всех, но когда появились новые наблюдения, то физики Ньютона стало не хватать для их объяснения и в дело вступила Теория относительности Альберта Эйнштейна.

Старина Эйнштейн

Эйнштейн решил добавить к понятию трехмерного евклидова пространства четвертое измерение – время, назвал все это пространством-временем, и в результате обычное и всем нам привычное трехмерное евклидово пространство стало метрикой Минковского (Лоренца), а сила гравитационного притяжения переросла в изменение геометрии этой метрики под действием гравитационных объектов.

В метрике Минковского нет ничего сложного – это такое же трехмерное пространство, которое всем известно со школы, но к которому в качестве еще одной координаты добавили время. Формулы при этом сильно усложнились, но мы не будем тут вдаваться в высшую математику, а скажем только, что это позволило искривляться самому пространству. Все мы много раз видели модель этого изменения под названием «гравитационная воронка».

С одной стороны, это позволило объяснить некоторые явления, которые не могла объяснить теория Ньютона, например, отклонение света, у которого нет массы покоя, гравитационным полем массивных объектов.

С другой – устранило неразрешимое физическое противоречие, возникающее при объяснении гравитации как силы, т.к. сила подразумевает расход энергии, а никакая энергия тела не тратится на притяжение других тел.

В Теории относительности тела в гравитационном поле стали двигаться по прямой, но по искривленному пространству – по его геодезическим линиям, которые отмечают искривление пространства, а при прямолинейном движении по инерции нет ускорения, и энергия не затрачивается, оставаясь постоянной.

Казалось бы, теперь «все в шоколаде» – ничего не понятно, но вроде работает. Однако не тут-то было. Для описания определенных случаев пришлось модифицировать метрику, и в итоге сейчас мы имеем минимум три (!) общепринятых метрики пространства Минковского, метрику Шварцшильда и еще множество специальных вариантов описания одного и того же пространства. Все эти метрики отличаются только математическим описанием и наличием или отсутствием каких-либо констант. При этом ни одно математическое описание ни одной из метрик не является полным и не может описать поведение всех объектов в пространстве, поэтому каждый случай нужно рассматривать отдельно, подбирать соответствующие формулы и стараться не замечать влияние других объектов на результаты вычислений. Все это больше похоже на гадание и шаманство, чем на научный подход. Удивительнее всего во всем этом бардаке то, что он считается нормальным состоянием науки! По идее то, что нет единой модели, описывающей все возможные варианты поведения объектов в пространстве, говорит о том, что все это множество математической шелухи неверно, и чтобы это наглядно показать, предлагаю подойти к вопросу метрик и искривления пространства с другой стороны.

Наглядная модель гравитационной воронки, создаваемой гравитационным объектом, и движение спутника в ней. i.natgeofe.com

Так что же такое гравитация в представлении современных ученых?

Конечно, умными словами с путаными объяснениями можно спрятать любую чушь за стену высшей математики, и никто еще долго этого не разоблачит, но если последовательно задавать правильные вопросы, то можно обнаружить эту чушь, хоть при этом и есть риск получить в спину букварем со словами «невежда». Но когда настоящего исследователя это останавливало?

Начнем, пожалуй, с уточнения, каким именно образом движутся тела в гравитационном поле, по современным представлениям:

«В стандартном подходе Общей теории относительности (ОТО) гравитация рассматривается изначально не как силовое взаимодействие, а как проявление искривления пространства-времени. Таким образом, в ОТО гравитация интерпретируется как геометрический эффект, причем пространство-время рассматривается в рамках неевклидовой римановой (точнее псевдо-римановой) геометрии. Гравитационное поле (обобщение ньютоновского гравитационного потенциала), иногда называемое также полем тяготения, в ОТО отождествляется с тензорным метрическим полем – метрикой четырехмерного пространства-времени, а напряженность гравитационного поля – с аффинной связностью пространства-времени, определяемой метрикой».

Мало что понятно, но зато как звучит: в ОТО (гравитация) отождествляется с тензорным метрическим полем – метрикой четырехмерного пространства-времени, а напряженность гравитационного поля – с аффинной связностью пространства-времени, определяемой метрикой! Прямо симфония какая-то! И это только в «стандартном подходе». Я даже боюсь спрашивать, что будет в нестандартном...

График траекторий спутников относительно Земли. Андрей Орлов

Это цитата из Википедии, и она приведена тут именно для того, чтобы показать, насколько все в физике пытаются запутать и усложнить, чтоб только специалисты могли понять, о чем тут написано, а все остальные верили на слово и не спорили с общепринятым авторитетным мнением.

Для простого обывателя существует и более простое объяснение. Можете представить себе воронку? Так вот Солнце создает вокруг себя такую же воронку в пространстве, а планеты просто летают по ее стенкам по геодезическим линиям, прямо как на рисунке выше. И еще пример с батутом постоянно приводят, в центр которого кладут камень и кидают шарики, которые кружатся в воронке, а потом падают в нее. В этих примерах все наглядно и понятно, что сам камень шарики не притягивает, но так ли верны эти модели и примеры для объяснения гравитации?

Давайте попробуем рассмотреть такую модель чуть подробнее. Возьмем эту воронку с ее геодезическими линиями и распрямим, чтобы нам было лучше видно и понятно, как именно движутся объекты в ней. Нарисуем небольшой график: по оси Х находится уровень Земли, а по оси У откладываем высоту над поверхностью Земли. Линии – это траектории спутников на разных высотах и скоростях над Землей.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Миллион цветных деталей Миллион цветных деталей

Весь мир играет в конструкторы «Лего» семьдесят лет и не наигрался до сих пор

Вокруг света
Полеты в кино и наяву: как снимали драму «Воздух» Полеты в кино и наяву: как снимали драму «Воздух»

Фильм «Воздух»: как снимали воздушные бои и создавали спецэффекты

ТехИнсайдер
Supernovae: «Вышли мы все из сверхновых» Supernovae: «Вышли мы все из сверхновых»

«Если звезды зажигают – значит – это кому-нибудь нужно?» Но как они зажигаются?

Знание – сила
10 уголков нашей необъятной: куда поехать на отдых в России 10 уголков нашей необъятной: куда поехать на отдых в России

Отпуск — не обязательно путешествие за границу. У нас тоже есть, что посмотреть!

ТехИнсайдер
Провал Геринга Провал Геринга

Быстрая победа над Францией высоко подняла авторитет Германа Геринга

Дилетант
Стоит ли чистить язык специальным скребком Стоит ли чистить язык специальным скребком

Есть ли польза от скребка для языка или можно чистить язык простой щеткой?

ТехИнсайдер
Гибель Надежды Гибель Надежды

Популярные версии причины конфликта на банкете в кремлёвской квартире Ворошилова

Дилетант
Как красиво уложить короткие волосы: 9 простых и стильных причесок на каждый день Как красиво уложить короткие волосы: 9 простых и стильных причесок на каждый день

Короткая стрижка — еще не повод жертвовать причудливыми укладками

VOICE
Праздники прошли: как правильно хранить искусственную елку, чтобы на следующий год она выглядела как новая Праздники прошли: как правильно хранить искусственную елку, чтобы на следующий год она выглядела как новая

Эти полезные советы помогут сохранить внешний вид главной героини Нового года

ТехИнсайдер
3 признака того, что в ваших отношениях есть проблемы с доверием 3 признака того, что в ваших отношениях есть проблемы с доверием

Почему в ваших отношениях не складывается доверительной атмосферы?

Psychologies
Без глютена Без глютена

Мифы о безглютеновой диете, которые давно пора развеять

Лиза
Пристрастие к корму для скота удлинило клюв североамериканских скворцов Пристрастие к корму для скота удлинило клюв североамериканских скворцов

За 130 лет скворцы стали мельче, но при этом обзавелись более длинным клювом

N+1
Современный беспроводной человек: как исландский фантаст видит людей будущего Современный беспроводной человек: как исландский фантаст видит людей будущего

Отрывок из исландского романа антиутопии «LoveStar» Андри Снайра Магнасона

Forbes
5 приложений, которые помогут начать питаться осознанно: подборка от нейропсихолога 5 приложений, которые помогут начать питаться осознанно: подборка от нейропсихолога

Приложения для тренировки сознательного пищевого поведения

Psychologies
Саммит «Большой двадцатки» и не только: импакт-инсайты из Индии | G20 and Beyond: Impact Insights from India Саммит «Большой двадцатки» и не только: импакт-инсайты из Индии | G20 and Beyond: Impact Insights from India

Интервью с Нехой Бхатнагар, Совет импакт-инвесторов Индии

Позитивные изменения
Стрижки-табу для женщин 50+: 3 самых опасных варианта и их лучшие альтернативы Стрижки-табу для женщин 50+: 3 самых опасных варианта и их лучшие альтернативы

Хочешь замаскировать естественное поредение волос, связанное с возрастом?

VOICE
От юбок из занавески до гигантских сумок на улицах Парижа: что стоит знать о дизайнере Симоне Порте Жакмюсе От юбок из занавески до гигантских сумок на улицах Парижа: что стоит знать о дизайнере Симоне Порте Жакмюсе

Начавший с самодельных вещей, теперь он заправляет самым почитаемым брендом

Правила жизни
Узнайте, если вы «полимат»! Вот что это такое и кого можно так называть Узнайте, если вы «полимат»! Вот что это такое и кого можно так называть

Вы более рациональный или интуитивный мыслитель?

ТехИнсайдер
Легенда о «Летучем Шотландце»: чем удивляет самый знаменитый паровоз мира Легенда о «Летучем Шотландце»: чем удивляет самый знаменитый паровоз мира

Это не самый мощный поезд, но что-то сделало его особенным

ТехИнсайдер
Японцы создали биогибридный двуногий шагоход на основе клеток крысиных мышц Японцы создали биогибридный двуногий шагоход на основе клеток крысиных мышц

Японские биоинженеры разработали миниатюрного двуногого шагающего робота

N+1
В пику «тихой роскоши»: что за тренд loud budgeting и почему рассказывать об экономии стало модно В пику «тихой роскоши»: что за тренд loud budgeting и почему рассказывать об экономии стало модно

Почему в соцсетях громко призывают экономить (и хвастаться этим)?

Правила жизни
Хрупкая сильная «ботанка»: как Джоди Фостер изменила Голливуд Хрупкая сильная «ботанка»: как Джоди Фостер изменила Голливуд

Как актриса Джоди Фостер боролась за право быть уязвимой и сильной одновременно

Forbes
Инженеры разобрались с искривлением морковки в холодильнике Инженеры разобрались с искривлением морковки в холодильнике

Морковка в холодильнике изгибается из-за потери влаги

N+1
Вдыхаемые наносенсоры помогут определить рак легких на ранней стадии Вдыхаемые наносенсоры помогут определить рак легких на ранней стадии

Ученые разработали систему скрининговой диагностики рака легких

N+1
Открытый и опасный: в чем риски создания приложений на open source в России Открытый и опасный: в чем риски создания приложений на open source в России

Почему ПО на базе open source несет большие риски для владельцев и пользователей

Forbes
Одно из крупнейших землетрясений в истории США: катастрофа 1906 года в Сан-Франциско Одно из крупнейших землетрясений в истории США: катастрофа 1906 года в Сан-Франциско

Рассказываем об одном из самых страшных и разрушительных землетрясений в США

ТехИнсайдер
Тонкая линия Тонкая линия

Как избавиться от келоидных рубцов

Лиза
4 телесные практики, которые помогут снизить тревогу, гнев и страх 4 телесные практики, которые помогут снизить тревогу, гнев и страх

Как телесно-ориентированные практики помогает справиться с тревожностью

Psychologies
Палеогенетики нашли предков ямников на Среднем Дону Палеогенетики нашли предков ямников на Среднем Дону

Один из результатов исследования 317 древних геномов предков ямников

N+1
Бедная Газа Бедная Газа

Как живет сектор Газа до и после теракта 7 октября

Монокль
Открыть в приложении