Геометрия пространства-времени "сила" - "гравитация".
Пространство вокруг всех тел искривлено, и степень искривления зависит от массы тела. Время также зависит от гравитации, поэтому необходимо говорить о существовании четырехмерного пространства – времени, т.е. время не может быть отделено от пространства, присутствие вещества оказывает воздействие как на геометрию (искривление) пространства, так и на время.
Подчеркнем, что классическая физика рассматривает движение твердых тел в пустом пространстве, а в ОТО сама структура пространства – времени зависит от распределения вещества во Вселенной и понятие «пустого пространства» вообще теряет смысл.
Более того, если раньше полагали, что с исчезновением материи остается пустое пространство, то теория относительности утверждает, что с исчезновением материи исчезнет и пространство.
Космическое тело под действием сил гравитации движется из менее изогнутых частей пространственно-временного континуума в более изогнутые области.
В общей теории относительности все эффекты гравитации приписываются неевклидову характеру геометрии Вселенной
Эйнштейн ввел понятие о четырехмерной геометрии пространства-времени –пространственно-временного континуума.
Легко представить искривление двумерного пространства в трехмерном, рис.
Математически понятие кривизны распространяется и на трехмерное пространство.
Если во Вселенной плотность материи больше критической плотности, r>rкрит, то из ОТО следует:
Пространство нашей Вселенной оказывается конечным, замкнутым. Хотя по-прежнему Вселенная безгранична, но она конечна по объему. Такая модель Вселенной называется закрытой.
Если r=rкрит, то геометрия пространства оказывается евклидовой и пространство называют плоским. Оно простирается во все стороны до бесконечности, и объем его бесконечен.
Наконец, если r<rкрит, то пространство также неограниченно простирается во все стороны и не замыкается. Его объем бесконечен. Такую модель Вселенной называют открытой.
ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ.
ПОСТУЛАТЫ
1905 г. Специальная теория относительности (СТО), созданная Эйнштейном изучает преобразования в инерциальных системах отсчета - то есть в системах, движущихся без ускорения (основа СТО принцип относительности Галилея: если тело не испытывает никакого ускорения, то невозможно определить, неподвижно онo или движется равномерно и прямолинейно)
В 1916 году Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), которая рассматривает явления в системах отсчета, движущихся с ускорением либо находящихся в гравитационном поле (основа ОТО - принцип эквивалентности- сила тяжести по своему физическому действию не отличается от равной ей по величине силе инерции).
масса тел - это есть мера инерции - коэффициент пропорциональности между массой или ускорением.
масса - это есть мера гравитации - согласно закону всемирного тяготения, масса для гравитационного взаимодействия - это то же самое, что электрический заряд для взаимодействия электромагнитного, инертная масса, и гравитационная масса имеют одну и ту же единицу измерения - килограмм
сила инерции равна по величине силе, вызывающей ускорение, но направлена в сторону, противоположную ускорению. Именно поэтому в ускоряющемся транспорте сила инерции тянет пассажиров назад, а в тормозящем транспорте - наоборот, вперед. Центробежная сила - это тоже сила инерции - она направлена против центростремительной силы, вызывающей круговое движение.
Мысленный эксперимент "лифт Эйшнтейна".В закрытой кабине лифта с помощью маятника или бросая на пол тела и замеряя время падения, мы определили, g=9,81, как на поверхности Земли. Принцип эквивалентности утверждает, что мы не можем определить, чем было вызвано это ускорение: стоит ли кабина лифта неподвижно на поверхности Земли или же находится в космическом пространстве и движется с ускорением g. Точно также, если внутри лифта состояние невесомости, мы не можем определить, чем оно вызвано: изолированностью кабины от всех гравитационных полей или же свободным падением в поле тяжести (надо отметить, что движение космического корабля по орбите - это тоже разновидность свободного падения, и именно поэтому космонавты испытывают невесомость).
Ограничения принципа эквивалентности:
Во-первых, принцип эквивалентности абсолютно справедлив для точечных тел и не является абсолютно справедливым для протяженных тел.
Во-вторых, сила гравитации и сила инерции действуют на сложные тела по-разному.
Сила инерции не может действовать через вакуум, она всегда передается через какую-то опору или подвес, ее можно смягчить с помощью технических средств.
Сила тяжести является всепроникающей: она может передаваться через вакуум, проникать через любую преграду, поэтому она не может быть изменена.
В-третьих, принцип эквивалентности будет соблюдаться лишь в абсолютном вакууме, что принципиально невозможно.
В-четвертых, влияние пока еще неизвестных физических взаимодействий (новых по отношению к известным четырем) может выглядеть как нарушение принципа постоянства гравитационной и инертной масс, то есть как нарушение принципа эквивалентности. Таковой является так называемая "пятая сила", имеющая радиус действия около 200 метров, а частица-переносчик этого взаимодействия должна иметь массу, на несколько порядков меньше массы электрона (1980-х г).