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

Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Прокачать самого себя: три рабочих инструмента селфкоучинга Прокачать самого себя: три рабочих инструмента селфкоучинга

В чем неоспоримые плюсы и существенные недостатки сефлкоучинга

РБК
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
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
Все мы театр Все мы театр

Что происходит с театром сегодня? Рассказывают актеры

Men Today
Лаборатория ярких ощущений Лаборатория ярких ощущений

У человека есть пять основных чувств, и их утрата – нелегкое испытание

Зеркало Мира
Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета Первые шаги в небо — по Земле. Наземные испытания самолета

Производство самолетов: окончание сборки и начало испытаний

Наука и техника
В тесноте, да не в обиде В тесноте, да не в обиде

Что учесть в дизайне квартиры, если в доме живут три поколения семьи

Лиза
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
Мастера маскировки Мастера маскировки

Козодои, вертишейки и гага: обычные птицы, которых так сложно найти в лесу

Наука и жизнь
Сыр. Прыжок молока к бессмертию Сыр. Прыжок молока к бессмертию

Есть мнение, что впервые сыр у древних людей получился случайно

Зеркало Мира
Хоккеисты-хулиганы, удар богомола и пас кролика Джордану: лучшие мультфильмы о спорте Хоккеисты-хулиганы, удар богомола и пас кролика Джордану: лучшие мультфильмы о спорте

Forbes Sport представляет самые яркие анимационные фильмы о спорте

Forbes
Как подключить сушильную машину — сушим белье, не выходя из дома Как подключить сушильную машину — сушим белье, не выходя из дома

Сушильная машина — это второе «чудо» бытовой техники, как её установить?

CHIP
5 захватывающих книг с зимним настроением 5 захватывающих книг с зимним настроением

Книги, которые чутко отражают уникальную зимнюю атмосферу

Maxim
Почему про супружескую измену говорят “Наставить рога”? Почему про супружескую измену говорят “Наставить рога”?

Как связаны супружеская верность и рога?

ТехИнсайдер
Онейроген ибогаин уменьшил отдаленные последствия черепно-мозговых травм Онейроген ибогаин уменьшил отдаленные последствия черепно-мозговых травм

Как онейроген ибогаин помогает при черепно-мозговых травмах

N+1
Феномен Анатолия Кашпировского: почему люди верили советскому «целителю» Феномен Анатолия Кашпировского: почему люди верили советскому «целителю»

Как и почему «самая читающая в мире страна» поверила в шарлатанство гипнотизера?

ТехИнсайдер
​​​​​​​Альтернативный мир: 5 книг для тех, кто устал от новогодней сказки ​​​​​​​Альтернативный мир: 5 книг для тех, кто устал от новогодней сказки

Книги, которые помогут погрузиться с головой в альтернативную реальность

ТехИнсайдер
Взгляд из прошлого: как Forbes описывал революцию, которую устроили Фил Найт и Nike Взгляд из прошлого: как Forbes описывал революцию, которую устроили Фил Найт и Nike

Как воспринимались первые успехи создателей Nike четыре десятилетия назад

Forbes
«Что значит мыслить?»: как отвечает на этот вопрос философ Александр Афродисийский «Что значит мыслить?»: как отвечает на этот вопрос философ Александр Афродисийский

Отрывок из книги «Что значит мыслить? Арабо-латинский ответ» Жана-Батиста Брене

Forbes
Кустарниковых свиней завезли на Мадагаскар бантуговорящие переселенцы из Африки Кустарниковых свиней завезли на Мадагаскар бантуговорящие переселенцы из Африки

Кустарниковые свиньи попали на Мадагаскар благодаря бантуговорящим переселенцам

N+1
Не верьте в легкий путь к счастью: правда об инфоцыганах и «каше в головах» Не верьте в легкий путь к счастью: правда об инфоцыганах и «каше в головах»

Спрос рождает предложение: почему инфоцыган так много?

Psychologies
Научный ответ на церковный вопрос: почему крещенская вода долго не портится? Научный ответ на церковный вопрос: почему крещенская вода долго не портится?

Как объяснить факт, что крещенская вода не тухнет и не “цветет”?

ТехИнсайдер
Эми, Боуи и «битлы»: 10 отличных документальных фильмов о музыкантах Эми, Боуи и «битлы»: 10 отличных документальных фильмов о музыкантах

Лучшие фильмы, в которых столкнулись миры кино и музыки

Правила жизни
Как прочистить унитаз без вантуза: 5 простых способов Как прочистить унитаз без вантуза: 5 простых способов

Как понять, что туалет засорился и как его прочистить?

VOICE
Если не хочешь умереть, не трогай треугольник смерти, который убил Александра Скрябина! Если не хочешь умереть, не трогай треугольник смерти, который убил Александра Скрябина!

Как можно умереть от выдавливания прыщей на лице

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

Почему Абхазию пока не превратили в туристический рай

Монокль
Вымершие калифорнийские гризли оказались в основном растительноядными Вымершие калифорнийские гризли оказались в основном растительноядными

Ошибочные представления об калифорнийских гризли привели к их вымиранию

N+1
Сало: польза и вред для организма, рецепты Сало: польза и вред для организма, рецепты

Почему возобновился интерес к салу и зачем его есть?

РБК
Что такое гибридный цвет волос и как он помогает маскировать появление седины Что такое гибридный цвет волос и как он помогает маскировать появление седины

Как скрыть серебряные пряди в общем объеме волос?

VOICE
Открыть в приложении