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
Как спасти суккулент, чтобы он снова стал здоровым и пышным Как спасти суккулент, чтобы он снова стал здоровым и пышным

Зачастую даже самые неизбалованные суккуленты могут начать засыхать и гнить

ТехИнсайдер
Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять Помпеи — сундук с сокровищами, который никогда не перестанет удивлять

В Инсуле 10 был обнаружен триклиний, украшенный невероятной красоты фресками

Наука
Анастасия Крылова: «Со спектаклей Гаркалина мы выходили перевернутые, наполненные» Анастасия Крылова: «Со спектаклей Гаркалина мы выходили перевернутые, наполненные»

Гораздо интереснее играть характерные роли, и мне это под силу

Караван историй
Переводя стрелки: страны с необычными часовыми поясами Переводя стрелки: страны с необычными часовыми поясами

Оказавшись в одной из этих стран, не забудьте внимательно перевести часы

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
Ложноскорпионы прокатились на скорпионах Ложноскорпионы прокатились на скорпионах

Ложноскорпионы расселяются между муравьиными колониями с помощью скорпионов

N+1
Слон Жюля Верна Слон Жюля Верна

Креативное продолжение фантазий Жюля Верна в путешествии по его родному городу

Вокруг света
«Музей криптографии. Коллекция» «Музей криптографии. Коллекция»

Как Вермахт дешифровал перехваченные сообщения

N+1
Чем российскому бизнесу заняться в Африке Чем российскому бизнесу заняться в Африке

Африка дает огромные возможности для инвестиций

Forbes
Мужчина запрещает работать: что делать — советы психолога Мужчина запрещает работать: что делать — советы психолога

Почему мужчины запрещают своим женам работать? Это абьюз или нет?

Psychologies
«Двести третий день зимы». Антиутопия Ольги Птицевой «Двести третий день зимы». Антиутопия Ольги Птицевой

Глава из романа-антиутопии, который осмысляет нашу реальность

СНОБ
Ирландский фрик, бандит и Джокер: кто такой Барри Кеоган и какие фильмы с ним смотреть Ирландский фрик, бандит и Джокер: кто такой Барри Кеоган и какие фильмы с ним смотреть

Почему за Барри Кеоганом стоит следить и какие фильмы с его участием посмотреть

Правила жизни
Что такое МКПП и как она устроена Что такое МКПП и как она устроена

Все о МКПП (механике): как устроена, как ездить, частые поломки

РБК
Детский суицид: как мировой рынок психического здоровья реагирует на рост числа самоубийств среди молодежи Детский суицид: как мировой рынок психического здоровья реагирует на рост числа самоубийств среди молодежи

Почему количество самоубийств среди молодежи растет по всему миру?

Inc.
Топ-10 лучших бизнес-книг 2023 года: выбор Forbes Топ-10 лучших бизнес-книг 2023 года: выбор Forbes

Лучшие бизнес-книги, которые будут интересны не только предпринимателям

Forbes
История другого континента: почему столица США — Вашингтон, а не Нью-Йорк История другого континента: почему столица США — Вашингтон, а не Нью-Йорк

Почему столица США «переехала» из Нью-Йорка в Вашингтон?

ТехИнсайдер
Расколоть на счастье Расколоть на счастье

Ни один орех не пользуется такой любовью, как грецкий

Лиза
Синьор помидор: он же фрукт, он же овощ и даже ягода. Разве такое бывает? Синьор помидор: он же фрукт, он же овощ и даже ягода. Разве такое бывает?

По сей день нет однозначного ответа на вопрос: помидор — это фрукт или овощ?

ТехИнсайдер
С верой в себя С верой в себя

У твоего возлюбленного заниженная самооценка: признаки, чем опасно и как помочь

Лиза
Две стороны «Честного знака» Две стороны «Честного знака»

Производители и инициаторы «Честного знака» не сходятся в оценке работы системы

Агроинвестор
Арт-субъект: где на Урале рождается современное искусство Арт-субъект: где на Урале рождается современное искусство

С чего началось культурное противостояние Перми и Екатеринбурга?

СНОБ
Как хранить специи: 10 отличных идей Как хранить специи: 10 отличных идей

Для того, чтобы организовать хранение специй, не нужно тратить много денег

VOICE
Ланские Ланские

Ланские сыграли заметную роль в Наполеоновских войнах и отмене крепостного права

Дилетант
Переосмысление ИИ: ученые выявили экономические ограничения автоматизации рабочих мест Переосмысление ИИ: ученые выявили экономические ограничения автоматизации рабочих мест

Неужели ИИ отнимет наши рабочие места? Обоснована ли эта тревога?

ТехИнсайдер
8 самых незаменимых инструментов и приборов при ремонте 8 самых незаменимых инструментов и приборов при ремонте

Что именно понадобится человеку с прямыми руками?

CHIP
Рождение с 32 по 36 неделю связали с повышенным риском нарушений развития нервной системы Рождение с 32 по 36 неделю связали с повышенным риском нарушений развития нервной системы

Рождение на 32-33 и 34-36 неделях связано с риском нарушений развития ЦНС

N+1
Когда возникает травма брошенности: 5 основных факторов Когда возникает травма брошенности: 5 основных факторов

Откуда берется травма брошенности и как от нее можно избавиться?

Psychologies
Что выбрать психологу в начале карьеры: деньги или совесть? Что выбрать психологу в начале карьеры: деньги или совесть?

Каким должен быть профессиональный психолог?

Psychologies
Знаки природы, сигнатуры судьбы Знаки природы, сигнатуры судьбы

Всё в Природе – учение о сигнатурах, ставшее основой многих эзотерических теорий

Знание – сила
Открыть в приложении