Физика пространства - времени

«Только гений Римана, одинокий и непостижимый, уже в середине прошлого века достиг нового понимания пространства, и это была концепция пространства, лишённого жёсткости, способность которого участвовать в физических явлениях была признана возможной».

* * *

«Все эти попытки происходили из веры в то, что сущее должно обладать вполне гармоничной структурой. Сегодня мы имеем менее, чем когда-либо, оснований позволить увести себя от этой замечательной веры» ¹).

¹) Эти три цитаты взяты из книги Albert Einstein, Essays in Science, Philosophical Library, New York, 1934.

Напротив, Ньютон предполагал, что существует одна идеальная всеобщая система отсчёта:

«Абсолютное пространство в силу своей природы, безотносительно к чему-либо внешнему, остаётся всегда одинаковым и неподвижным».

«Абсолютное, истинное или математическое время само по себе и в силу своей внутренней природы течёт одинаково, безотносительно к чему-либо внешнему...» ¹).

¹) Isaac Nеwtоn, Mathematical Principles of Natural Philosophy and His System of the World, Vol. 2, translated by Andrew Motte in 1729, revised and annotated by Florian Cajori, University of California Press, Berkeley, 1947, p. 6.

Ньютон считает, что массивный шарик или космический корабль действительно ускорены относительно этой идеальной системы отсчёта. Производящая ускорение «сила» таинственным образом действует через пространство и возбуждается удалёнными объектами. С точки зрения Ньютона, тот факт, что человек, помещённый в космический корабль, не замечает ни ускорения, ни самой силы, является просто реализующейся в природе случайностью. Эту случайность можно истолковать как «нечаянное» равенство «гравитационной массы» и «инертной массы», либо как-нибудь иначе.

Мужество и трезвость взглядов Ньютона: делать доступное; оставлять попытки более глубокого понимания будущим поколениям

В беседах с одним из авторов этой книги в давно прошедшие годы Эйнштейн выражал своё глубочайшее уважение к Ньютону и, в частности, восхищение его мужеством. Он подчёркивал, что Ньютон даже лучше, чем его критики в XVII столетии, понимал трудности, связанные с идеями абсолютного пространства и абсолютного времени. Однако постулирование этих понятий было в то время единственным практически осуществимым способом продвинуться в описании движения. В результате Ньютон разделил проблему движения на две части: 1) пространство и время и их смысл — представления, вызывавшие затруднения, разъяснить которые было суждено лишь через 230 лет, и 2) законы ускорения относительно такого идеализированного пространства-времени — те законы, которые и дал Ньютон миру.

Nature and Nature’s laws lay hid in night:

God said, Let Newton be! and all was light.

Pope

[Природа и её Закон — весь мир во мрак одет. Да будет Ньютон! — Бог сказал, и вот повсюду свет.]

Эйнштейновское предвидение: физический мир описывается чисто геометрически

Мы находим теперь, что эйнштейновский взгляд на природу пространства и времени приводит к новому пониманию гравитации как чисто геометрического явления. Эйнштейн умер, завещая миру своё ещё не подтверждённое предвидение, что не только гравитация, но и весь физический мир вообще может быть полностью описан на языке одной лишь геометрии. Может быть, стоило бы в заключительном диалоге бросить общий взгляд на физику и задаться вопросом: какие её разделы допускают простое описание на языке геометрии пространства-времени, а какие всё ещё далеки от подобного понимания?

Таблица 15.

Схема подхода к физике с точки зрения пространства-времени

❔

Как движется свободная электрически нейтральная частица?

✔

Такая частица следует наиболее прямой возможной линии в пространстве-времени, на языке геометрии — геодезической линии

❔

Сколько компонент у 4-вектора энергии-импульса этой частицы?

✔

Четыре

❔

Являются ли все компоненты независимыми?

✔

Нет, они связаны между собой соотношением 𝐸² - (𝑝^𝑥)² - (𝑝^𝑦)² - (𝑝^𝑧)² = 𝑚²

❔

Как электромагнитное силовое поле влияет на движение электрически заряженной частицы?

✔

В любой данной точке действительная мировая линия такой частицы систематически отклоняется («искривляется») от той идеальной геодезической мировой линии, которая проходит через эту точку в том же направлении. На языке обыденной физики это значит, что заряженная частица испытывает ускорение относительно идеальной нейтральной пробной частицы

❔

Как можно количественно измерить напряжённость электромагнитного поля в данной области пространства-времени?

✔