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

Теория суперструн Теория суперструн

Ученые нашли теорию, которая раскрывает все неразрешимые загадки Вселенной

Зеркало Мира
Николь Кидман. Семь гномов австралийской Белоснежки Николь Кидман. Семь гномов австралийской Белоснежки

Похоже, она нашла в жизни то, что всегда искала — в сказках, в мечтах, в кино

Караван историй
Скорпионы и лавры: говорящие детали Скорпионы и лавры: говорящие детали

10 портретов-ребусов эпохи Возрождения

Вокруг света
Как обрезать изображение в Фотошопе: инструменты на выбор Как обрезать изображение в Фотошопе: инструменты на выбор

Инструкция, как скадрировать объект на изображении в Photoshop

CHIP
Пять выстрелов в мае Пять выстрелов в мае

Симон Петлюра повернул голову к незнакомцу, и прозвучали пять выстрелов

Дилетант
«Айлин»: ретро-триллер о нереализованных амбициях с Энн Хэтэуэй и Томасин Маккензи «Айлин»: ретро-триллер о нереализованных амбициях с Энн Хэтэуэй и Томасин Маккензи

Почему «Айлин» нельзя назвать успешной экранизацией?

Forbes
Две жизни Хеди Ламарр Две жизни Хеди Ламарр

Скандальная кинозвезда или женщина, без которой не было бы Bluetooth и Wi-Fi

Вокруг света
От Желтого малыша до Супермена и Бэтмена: краткая история комиксов От Желтого малыша до Супермена и Бэтмена: краткая история комиксов

Как появились комиксы и какие события повлияли на их развитие

ТехИнсайдер
«Танцуй, селедка!»: как комедия с Сашей Бортич исследует травму брошенной дочери «Танцуй, селедка!»: как комедия с Сашей Бортич исследует травму брошенной дочери

«Танцуй, селедка!»: по-хорошему странное, но терапевтическое кино

Forbes
Как молочный король спас «Смешариков» и что им не дало выйти на международный уровень Как молочный король спас «Смешариков» и что им не дало выйти на международный уровень

Как «Смешарики» прорывались на мировые экраны и с какими проблемами сталкивались

Forbes
Секс по женскому сценарию: какой он и чем отличается от «мужского» Секс по женскому сценарию: какой он и чем отличается от «мужского»

Какому плану следовать, чтобы женщина испытала оргазм?

Psychologies
Верить нельзя сомневаться Верить нельзя сомневаться

В погоне за трендами не теряем здравый смысл и здоровье

Лиза
То самое чувство моря То самое чувство моря

Элегантная яхта с корпусом из стали и надстройкой из легкого сплава

Y Magazine
Неприкосновенный запас: зачем Путин запретил арестовывать счета иностранцев в России Неприкосновенный запас: зачем Путин запретил арестовывать счета иностранцев в России

Запрет на взыскание со счетов нерезидентов типа «С» и «И». К чему такая спешка?

Forbes
7 главных ошибок при хранении продуктов в морозильной камере: их допускает каждый второй 7 главных ошибок при хранении продуктов в морозильной камере: их допускает каждый второй

Как хранить замороженные овощи и мясо, чтобы они не испортились?

ТехИнсайдер
Герпес после увеличения губ: почему он появляется и как это предотвратить Герпес после увеличения губ: почему он появляется и как это предотвратить

Как не омрачить бьюти-процедуру неприятными последствиями в виде вируса

VOICE
Вы едите их регулярно, но так мало о них знаете: топ-50 самых полезных продуктов, от которых нельзя отказываться Вы едите их регулярно, но так мало о них знаете: топ-50 самых полезных продуктов, от которых нельзя отказываться

Чем полезны продукты, которые многие едят каждый день

ТехИнсайдер
Амбассадор искусственного интеллекта: как певица Grimes стала техно-визионером Амбассадор искусственного интеллекта: как певица Grimes стала техно-визионером

Как певица и медиахудожница Grimes стала одной из влиятельных фигур в сфере ИИ

Forbes
«Музей криптографии. Коллекция» «Музей криптографии. Коллекция»

Как Вермахт дешифровал перехваченные сообщения

N+1
Каждая личинка — индивидуальность Каждая личинка — индивидуальность

Эти небольшие червячки красного цвета — объект пристального внимания биологов

Наука и жизнь
Вы поразитесь! Вот как военный инженер из США изобрел пружинку «Слинки»: история игрушки Вы поразитесь! Вот как военный инженер из США изобрел пружинку «Слинки»: история игрушки

Не всем известно, что знаменитая пружинка «Слинки» была «случайным изобретением»

ТехИнсайдер
Генерал Касем, правитель Ирака Генерал Касем, правитель Ирака

В период с 1958 по 1963 год чаще всего на марках Ирака появлялся генерал Касем

Дилетант
Покупка пятого поколения Subaru Outback (2014-2019) Покупка пятого поколения Subaru Outback (2014-2019)

На что обратить внимание, покупая Subaru Outback (2014-2019)?

4x4 Club
Что будет если неделю не есть и на сколько можно похудеть Что будет если неделю не есть и на сколько можно похудеть

Насколько безопасно и эффективно недельное голодание?

РБК
Конвергенция в промышленных масштабах: зачем бизнесу объединять информационные и операционные технологии Конвергенция в промышленных масштабах: зачем бизнесу объединять информационные и операционные технологии

Сейчас объединение IT- и OT-сегментов – не пожелание, а необходимость

ТехИнсайдер
Что у креатина может быть общего с христианином? Вы удивитесь, когда узнаете происхождение слова “кретин” Что у креатина может быть общего с христианином? Вы удивитесь, когда узнаете происхождение слова “кретин”

Поговорим сегодня про кретинов с их нелегкой судьбой

ТехИнсайдер
Паузы в речи: как сделать из них инструмент для воздействия на собеседника Паузы в речи: как сделать из них инструмент для воздействия на собеседника

Как правильно использовать паузы в речи?

Psychologies
Японский модуль SLIM совершил самую точную посадку на Луну за всю историю. Но перевернулся Японский модуль SLIM совершил самую точную посадку на Луну за всю историю. Но перевернулся

Япония — пятая страна, совершившая мягкую посадку космического корабля на Луну

ТехИнсайдер
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
«Седой развод»: почему пожилые люди стали чаще расторгать браки «Седой развод»: почему пожилые люди стали чаще расторгать браки

Почему браки в позднем возрасте становятся обыденным явлением?

Forbes
Открыть в приложении