Ваня Челясов
декабрь 2017.
180

В чём слабое место Ньютоновской механики перед ТО Эйнштейна в масштабе солнечной системы? Почему пришлось отказаться от силы притяжения (гравитации) и проч сил?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
1
3 ответа
Поделиться

В большинстве случаев для описания движения в Солнечной системе вполне хватает классической механики и ее продолжают широко использовать.

Необходимость что-то менять возникла из-за постоянства скорости движения света в любой системе отсчета. В итоге была создана специальная теория относительности (СТО), с которой связано большинство эффектов (негравитационных), которые на слуху. Изменение течения времени, расстояний, зависимость массы от скорости, связь массы с энергией. Практическое значение имеет, например, замедление времени на спутниках, учитываемое в системе спутниковой навигации.

СТО совместима с квантовой физикой, но несовместима с ньютоновской гравитацией. Описать гравитацию в ТО удалось, постулировав искривление четырехмерного пространства-времени (в СТО оно четырехмерное, но не искривленное). То есть, создав общую ТО (ОТО). Экспериментально ОТО подтверждается наблюдением за прохождением света вблизи Солнца, объяснением наблюдаемых особенностей движения Меркурия и т. д. Недавно, вон, гравитационную волну зарегистрировали и ее скорость - световая, как предсказано в ОТО, а не бесконечная, как у Ньютона. Кроме того предсказаны, но экспериментально не доказаны, черные дыры, замедление времени вблизи массивных объектов и условия, позволяющие путешествовать в прошлое (о последнем, например, здесь - https://thequestion.ru/questions/103531/vopros-k-fizikam-teoretikam-esli-takovye-imeyutsya-pochemu-nevozmozhno-puteshestvovat-vo-vremeni-dazhe-esli-vozmozhno-to-kak ).

Ни от каких "прочих сил" ТО не отказывалась, равно как не отказывалась и от законов сохранения энергии / импульса / момента количества движения, равноправия инерциальных систем отсчета и пр.

Проблема с ОТО состоит в ее несовместимости с квантовой физикой. Один из возможных путей решения ищут в рамках теории (на деле - гипотезы) струн / бран.

6
0

Кстати говоря, замедление времени возле массивных объектов вполне себе наблюдают на GPS спутниках, и при запуске системы GPS даже сделали переключатель, чтобы включить учет поправки на ОТО, потрму что создатели сами не были до конца уверены, что эта поправка нужна.

+1
Ответить

Да, вы правы: гравитационное замедление приходится учитывать и в системах GPS и пр. Не знал.

0
Ответить

Утверждение "зависимость массы от скорости", не корректно. Этого утверждения нет и у Эйнштейна. Масса величина инвариантная и не зависит от системы отсчета. Впервые это заметил и опубликовал Окунь назвав это утверждение "педагогическом вирусом", кочующим из одного учебника в другой. Подробнее об этом здесь.  

0
Ответить
Прокомментировать
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

На самом деле там дело не в масштабе солнечной системы. Над орбитой Меркурия могли бы долго голову ломать, эта проблема не выглядела столь фундаментальной, чтобы перепредумывать всю физику. Механика Ньютона опиралась на то что время и пространство это такие фундаментальные вещи, сцена на которой разворачивается спектакль нашего мира. Что время течет везде одинаково для всех наблюдателей. Что довольно очевидно и даже интуитивно.

Ньютоновская механика ломалась в экстремальных режимах. Например мы все знаем, что если поезд едет со скоростью 60 километров в час, и если по ходу движения поезда бросить мячик со скоростью 40 км/ч, по наблюдатель на перроне скажет что мячик мимо него пролетел со скоростью 100км/ч. Это понятно, это просто. Но вот со светом, как оказалось, такие штуки уже не проходят. Не только со светом, но и с кучей других процессов. Свет был просто самый первый и очевидный феномен, у которого нашли это свойство. Потом выяснилось, что это фундаментальное свойство вселенной, более фундаментальное, чем пространство и время. И пришлось менять всю физику.

Со светом была проблема, что когда ты пытался посветить фонариком из идущего поезда, у тебя то свет пропадал, то вселенная, ото всюду всякие бесконечные энергии лезли и получалось какая-то полная чушь. Всякие Лоренцы придумали всякие математически фокусы, чтобы подружить свет с остальной физикой, но это было очень странно. Ну потому что когда тебе нужны странные математические фокусы, в которых ты просто забиваешь болт даже на само время, просто чтобы подружить наблюдения с расчетами - Возникают Вопросы. Там в и других областях начали вылезать всякие странности. Лампочка, по расчетам, выделяла бесконечное количество энергии, например. Майкельсон и Морли пытались померять эфир, в котором бы распространялся свет... и не нашли ничего похожего. Короче, в конце 19го века физика просто начала рассыпаться под пальцами. 

Были судорожные попытки залатать это все, и некоторые даже работали. Но с точки зрения ньютоновской физики в этих заплатках происходила дичь и парадоксы. Ну, потом пришел Эйнштейн и сказал: а что если это не в заплатках дичь происходит, а оно реально так и работает? Что у нас нет никакого постоянного времени? Что если время действительно течет так, чтобы все наблюдатели были согласны со скоростью света, но не с тем, сколько прошло времени и какая между объектами дистанция? Что если пространство и время не вечны и изначальны, не пассивны, а это одна сложная и динамическая структура, которая весьма пластична? Мы просто наблюдаем мир изнутри этого пространственно-временного, скажем так, "пузыря", а "пузыри" эти "вырастают" вокруг скопления энергии (ах да, ну масса с энергией эквивалентны, кстати). Пока имеем дело с небольшими скоростями, энергиями и расстояниями внутри этого "пузыря", ньютоновская физика работает отлично. А дальше все ломается. 

3
0
Прокомментировать

Я не настоящий сварщик, но одна из вещей, которую не объясняет ньютоновская теория, является прецессия орбиты меркурия

(отредактировано) Согласно ньютоновской теории, вращение орбиты меркурия должно было быть вполне измеримо меньше, чем наблюдалось на самом деле, и объяснить это долгое время никому не удавалось.

Как оказалось, объяснить эту прецессию довольно сложно, и ОТО вполне неплохо справляется с объяснением, как и с объяснением кучи других явлений, вроде гравитационного линзирования и прочего (но это уже за рамками солнечной системы).

Юрий Насретдиновотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
3
-1
Прокомментировать
Ответить