Гравитационное взаимодействие.

ГравитацияНерелятивистская теория гравитационного взаимодей­ствия, созданная Ньютоном тривека тому назад,— самая ранняя из физических теорий в современном пониманииэтого слова. Универсальное гравитационное дальнодействие между двумя телами смассами т₁ и т₂ описывается в нейпотенциалом , где — константа Ньютона, 6,67-10 см³ Релятивистская теория гравитации — общая теория от­носительности (ОТО) — быласоздана Эйнштейном на ос­нове идеи о том, что вид взаимодействия долженопреде­ляться требованием инвариантности относительно так назы­ваемыхлокальных преобразований. В случае ОТО это инвариантность уравненийотносительно произвольных пре­образований четырехмерных координат, различныхв раз­личных мировых точках. Эйнштейн установил вид действия в ОТО,руководствуясь именно принципом общекоорди­натной инвариантности.Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три.Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могутраспространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными.Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичныэлектромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют двасостояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции.Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн свеществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно.Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии всистемах двойных звезд свидетельствуют о возможном существованиигравитационных волн в природе.Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теорииотносительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивныезвезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным надостаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление,обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянииуравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результатепроцесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическоеявление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности,получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что еслирадиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса R_g = 2 GM / c ², где M - масса звезды,а c - скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет.Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнегонаблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекаютгравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель,то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникаетобласть пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не можетвыйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется чернойдырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказанийобщей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитациипостроены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этимвопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящеевремя имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр воВселенной.В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблемуэволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметомспекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики,предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. Внастоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейсяВселенной.Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том,что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возниклав результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с техпор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния междудалекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должнабыть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Этипредсказания теории находятся в прекрасном соответствии с даннымиастрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возрастВселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляетпорядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явлениеслабо изучено и можно говорить о загадке Большого Взрыва как о вызовефизической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма БольшогоВзрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятыйсовременный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основываетсяна идее объединения теории гравитации и квантовой механики.

3) Класси́ческая меха́ника — вид механики (раздела физики, изучающей законы изменения положений тел и причины, это вызывающие), основанный на 3 законах Ньютона и принципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой». Важное место в классической механике занимает существование инерциальных систем. Классическая механика подразделяется на статику (которая рассматривает равновесие тел) и динамику (которая рассматривает движение тел).

Классическая механика дает очень точные результаты в рамках повседневного опыта. Но для систем, движущихся с большими скоростями, приближающимися к скорости света, более точные результаты дает релятивистская механика, для систем микроскопических размеров — квантовая механика, а для систем, обладающих обеими характеристиками — квантовая теория поля. Тем не менее, классическая механика сохраняет свое значение, поскольку (1) она намного проще в понимании и использовании, чем остальные теории, и (2) в обширном диапазоне она достаточно хорошо приближается к реальности. Классическую механику можно использовать для описания движения таких объектов, как волчок и бейсбольный мяч, многих астрономических объектов (таких, как планеты и галактики), и даже многих микроскопических объектов, таких как органические молекулы.

Хотя классическая механика в общих чертах совместима с другими «классическими теориями», такими как классическая электродинамика и термодинамика, в конце 19 века были найдены несоответствия, которые удалось разрешить только в рамках более современных физических теорий. В частности, классическая электродинамика предсказывает, что скорость света постоянна для всех наблюдателей, что трудно совместить с классической механикой, и что привело к необходимости создания специальной теории относительности. При рассмотрении совместно с классической термодинамикой, классическая механика приводит к парадоксу Гиббса в котором невозможно точно определить величину энтропии и к ультрафиолетовой катастрофе, в которой абсолютно чёрное тело должно излучать бесконечное количество энергии. Попытки разрешить эти проблемы привели к развитию квантовой механики.

Дата добавления: 2015-07-17