Необъяснимое влечение. Петербургский физик рассказывает как жить в четырехмерной реальности

Необъяснимое влечение. Петербургский физик рассказывает как жить в четырехмерной реальности | Русская весна
Необъяснимое влечение. Петербургский физик рассказывает как жить в четырехмерной реальности

Никакой гравитации нет, яблоко падает на Землю, потому что попадает в искривление пространства и времени. Это научный факт, но понять его и тем более применить, почти невозможно.

Начать изучение невероятных теорий стоит с того, что все объекты физического мира влияют друг на друга всего четырьмя способами. А может даже тремя, как полагают некоторые ученые. Разобраться в разных теориях поможет профессор университета ИТМО Александр Сергеевич Чирцов:

— Количество фундаментальных взаимодействий не есть константа… Долгое время считалось, что их три: электрическое, гравитационное, магнитное. Потом стало ясно, что электрическое и магнитное — одно и то же.

Но теоретики стараются уменьшить количество взаимодействий — новых идей, в которые нужно верить. А экспериментаторы все время говорят, что нашли что-то новое. Поэтому мы считаем, что есть четыре взаимодействия: гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые.

— Чем гравитация принципиально отличается от трех других типов взаимодействия?

— Большинство сил в рамках квантовой механики обмениваются частицами. Скажем, атомы притягиваются, потому что обмениваются электронами. Кварки обмениваются глюонами. Хочется и гравитацию описать как обмен частицами, понятно даже как их назвать — «гравитонами».

Но есть одна беда, она связана с явлением невесомости. Трудно создать квантовую теорию гравитации, чтобы она объяснялась обменом частиц, гравитонов, потому что всегда есть наблюдатель, который свободно падает, и для него гравитации нет. Значит нужно придумать частицы, которые один наблюдатель видит, а другой говорит, что их нет. Построить такую теорию, наверное, не очень просто.

— И как выглядит гравитация в рамках общей теории относительности Эйнштейна?

— Вот представим себе двумерную плоскость, скатерть, натянутую в космосе, на ней живут двумерные люди, которые не знают, что такое третье измерение. Если в таком мире двумерный Галилео Галилей запустит шарик по скатерти, мы увидим прямую траекторию. Ученый скажет, что в отсутствие взаимодействия тела двигаются равномерно.

Специально для "Русской весны"

А теперь представьте, что мы на скатерть положили камень, в середине образовалась яма, а двумерные жители скатерти по-прежнему считают, что живут на плоскости. Но, если они нарисуют треугольник там, где плоскость искривлена, то с ужасом увидят, что сумма углов отличается от 180 градусов.

Вообразите, что мы пускаем шарик по искривленной скатерти. Когда он катится в районе ямы, траектория нарушается. Можно запустить шарик так, что он и вовсе будет крутиться внутри ямы, никуда из нее не выкатится. Двумерный Ньютон увидит только камень, но не увидит ямы. И, чтобы объяснить вращение, выдумает несуществующие гравитационные силы, сформулирует закон всемирного тяготения.

Так вот основная идея общей теории относительности в том, что мы трехмерные люди, живущие в четырехмерном мире, который еще и искривлен. Причем искривление происходит возле массивных тел.

— И что происходит, когда я роняю на землю ручку?

— Она падает не из-за притяжения, а потому что планета искривляет четырехмерное пространство-время. В нем ручка движется по так называемой геодезической линии.

— Считается, что подтверждение и практическое применение эйнштейновских представлений о гравитации возможно только в космическом масштабе.

— Некоторые горячие головы говорят, что при расчетах движения внутри Солнечной системы уже нужна теория относительности. Но в таких масштабах заметнее воздействие атмосферы.

Есть, правда, наблюдаемые эффекты: когда Солнце перемещается по небосклону, пространство искривляется, и звезды меняют свое местоположение.

Когда проектировалась Солнечная система (я не знаю, сама или нет), угловые размеры Луны в точности совпали с угловым размерами Солнца. Из-за этого происходит полное солнечное затмение и мы можем наблюдать эффект разбегания звезд.

Еще существует эффект гравитационного линзирования, когда в разных точках Космоса наблюдают две совершенно одинаковые галактики, а такого точно быть не может! И планета Меркурий движется не совсем по законам, описанным Ньютоном.

— Позволяет ли современная физика сочетать концепции Эйнштейна и Ньютона?

— Новая теория не отрицает старую. Но, когда мы говорим «Гравитационное поле», мы подразумеваем, что около тел меняется четырехмерное пространство, а искривление это и есть поле. А, когда говорим про электрическое поле, представляем полувымышленные частицы, которые носятся между объектами.

Конечно, все надеются, что когда-нибудь ученые создадут квантовую теорию гравитации и все будет описано в единых терминах.

— Почему этого до сих пор не произошло?

— Есть математическая сложность. Существуют скалярные величины и векторные, а эйнштейновская гравитация описывается тензорными уравнениями. Это не строчка из чисел, а целая таблица! И гравитон должен быть частицей, исчезающей в одной из систем отсчета. Просто жуть!

— Насколько мы можем судить, современная физика не спешит отказаться от ньютоновского понимания гравитации.

— Все зависит от того, какие задачи мы решаем. Если о падении яблока нам на голову, ее проще решать, пользуясь ньютоновской теории, если о коллапсе звезды, о том, как она превращается в черную дыру, ньютоновские уравнения перестают работать.

А человечество не хочет от науки объяснений, оно хочет простых способов предсказания будущего. Ответа на вопрос, что будет, если я сделаю так.

Сказав, что мы заменили теорию гравитации учением об искривлении пространства, мы ничего не объяснили. Потому что сразу возникает вопрос, почему искривляется пространство?

Количество просмотров: 549


b4a8f662eb47b5d8