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

История одной звездной системы История одной звездной системы

В 366 световых годах от нас находится гигантская звезда Дзета Змееносца

Наука и техника
Почему мы не смеемся, когда щекочем сами себя: любопытный факт о нашем теле Почему мы не смеемся, когда щекочем сами себя: любопытный факт о нашем теле

Почему люди боятся щекотки?

ТехИнсайдер
Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе» Любовь Константинова: «Меня сопровождает стойкое убеждение: все будет по судьбе»

Всегда впускаю историю каждой своей героини максимально глубоко, под кожу

Коллекция. Караван историй
Как-то раз под Рождество: российские звезды с непростой судьбой, которые родились 7 января Как-то раз под Рождество: российские звезды с непростой судьбой, которые родились 7 января

Появиться на свет в Рождество – еще не гарантия безоблачной жизни

VOICE
Тёмное зазеркалье Тёмное зазеркалье

Рядом с нами может существовать параллельный зеркальный мир, названный теневым

Наука и жизнь
Как правильно падать в гололед, чтобы не получить сильный ушиб или даже перелом: инструкция от травматолога Как правильно падать в гололед, чтобы не получить сильный ушиб или даже перелом: инструкция от травматолога

Как максимально смягчить ущерб от падений во время гололеда?

VOICE
«Джеймс Уэбб» рассмотрел «кошачий хвост» обломочного диска вокруг Беты Живописца «Джеймс Уэбб» рассмотрел «кошачий хвост» обломочного диска вокруг Беты Живописца

«Джеймс Уэбб» рассмотрел наклонный вторичный обломочный диск у Бета Живописца

N+1
12 кинофильмов, которые должен посмотреть каждый 12 кинофильмов, которые должен посмотреть каждый

Фильмы, которые должны случиться с вами хотя бы раз

Maxim
Великий кофейный путь. Как зерно доставляют в Россию Великий кофейный путь. Как зерно доставляют в Россию

Как и откуда кофе в зернах привозят в Россию

СНОБ
Обрести свободу: история развода Присциллы и Элвиса Пресли в фильме Софии Копполы Обрести свободу: история развода Присциллы и Элвиса Пресли в фильме Софии Копполы

Чем выделяется байопик про короля рок-н-ролла, рассказанный от лица его жены?

Forbes
10 ран, которые наносят детям родители-нарциссы 10 ран, которые наносят детям родители-нарциссы

Негативные последствия, которые могут иметь нарциссические черты родителей

Psychologies
Взлет и падение Микки-Мауса Взлет и падение Микки-Мауса

Краткая биография главного диснеевского героя

Weekend
Леденящие душу хорроры: 5 книг для любителей пощекотать нервы Леденящие душу хорроры: 5 книг для любителей пощекотать нервы

Книги, от прочтения которых у вас будут мурашки и мороз по коже

ТехИнсайдер
Конфликт на экране Конфликт на экране

Пять пронзительных экранизаций израильско-палестинского конфликта

Дилетант
Давай познакомимся Давай познакомимся

Как стать интересным собеседником?

Лиза
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
Стоит задуматься! Как понять, что вы росли в неблагополучной семье: простое объяснение эксперта Стоит задуматься! Как понять, что вы росли в неблагополучной семье: простое объяснение эксперта

Взросление в неблагополучной семье может повлиять на будущие отношения с людьми

ТехИнсайдер
Потолстеть за новогодние праздники невозможно! Но почему тогда весы показывают плюс 5 килограмм? Потолстеть за новогодние праздники невозможно! Но почему тогда весы показывают плюс 5 килограмм?

Можно ли сильно потолстеть за короткий промежуток времени?

ТехИнсайдер
Мегалодоны постройнели и удлинились в новой реконструкции Мегалодоны постройнели и удлинились в новой реконструкции

Мегалодоны вероятно, были более изящными, чем современные белые акулы

N+1
«В постели с абьюзером»: глава из книги и рецензия «В постели с абьюзером»: глава из книги и рецензия

«В постели с абьюзером» — «маст-рид» для тех, кто сталкивался с таким лично

Psychologies
Что добавить в воду, чтобы удалить пятна соли и реагентов с обуви Что добавить в воду, чтобы удалить пятна соли и реагентов с обуви

Не откладывай удаление пятен соли с обуви, иначе отметины останутся навсегда!

VOICE
От Натали Портман до Наоми Осаки: как женщины вкладываются и развивают женский спорт От Натали Портман до Наоми Осаки: как женщины вкладываются и развивают женский спорт

О женщинах, которые активно инвестируют в женский спорт

Forbes
«Ванильная кудряшка» «Ванильная кудряшка»

Причудливое растение из Южной Африки, которое приживется дома

Наука и жизнь
«Расстались, но живем вместе»: 6 советов бывшим партнерам «Расстались, но живем вместе»: 6 советов бывшим партнерам

После развода вы вынуждены делить кров с бывшим партнером. Как пережить это?

Psychologies
Автомобильное завтра: 5 самых безумных технологических трендов, увидевших свет в 2023 году Автомобильное завтра: 5 самых безумных технологических трендов, увидевших свет в 2023 году

Кресла с вибратором и грузовики с руками: безумные автомобильные тренды 2023

ТехИнсайдер
Затянувшееся межсезонье Апсны: 30 лет после войны Затянувшееся межсезонье Апсны: 30 лет после войны

Почему Абхазию пока не превратили в туристический рай

Монокль
Африканская чума погубила бородатых свиней на Борнео Африканская чума погубила бородатых свиней на Борнео

Бородатые свиньи всего за несколько лет они почти полностью исчезли на Борнео

N+1
В чем феномен Елены Блиновской: большой разбор с психологом В чем феномен Елены Блиновской: большой разбор с психологом

Почему личность Елены Блиновской так сильно привлекает наше внимание?

Psychologies
«Лучший день в моей жизни наступил в тюрьме»: что мы узнали из новой документалки о Джипси Роуз Бланшар «Лучший день в моей жизни наступил в тюрьме»: что мы узнали из новой документалки о Джипси Роуз Бланшар

Стоит ли внимания документальный фильм «Тюремные признания Джипси Роуз Бланшар»?

Правила жизни
Как заставить чистое белье и одежду благоухать: 10 советов экспертов Как заставить чистое белье и одежду благоухать: 10 советов экспертов

А ты знаешь, что есть свечи и смеси эфирных масел с ароматом чистого белья?

VOICE
Открыть в приложении