Фізичний світ і симетрія

Фрідман показав (1923р.), що властивості простору, який містить матерію, не можуть бути статичними, а залежать від часу. Одні лише сили тяжіння не можуть утримувати маси у спокої, а рухомі маси продукують нестатичне поле тяжіння.

Поза полем тяжіння час однорідний, простір однорідний та ізотропний. У цих областях тіло рухатиметься вздовж прямої зі сталою швидкістю, бо переміщення   і проміжок часу, відтак  (див. (ІІ.15), (ІІ.16)).

Ейнштейн показав, що: 1. Планети рухаються навколо Сонця не по еліпсах, а по незамкнутих кривих, які нагадують еліпс, вісь якого обертається повільно в площині орбіти. Цей релятивістський ефект найсильніше проявляється для Меркурія; 2. Існує викривлення світлових променів поблизу гравітаційних мас; 3. Хід годинника в полі тяжіння сповільнюється, змінюється частота обертання в полі тяжіння навіть Землі; 4. Можливе зміщення частот світла при русі фотонів проти гравітаційного поля; 5. Можливе існування гравітаційних хвиль, які експериментально досі не виявлені; 6. У Всесвіті існують чорні діри, де можлива затримка електромагнітних хвиль у часі тощо.

На сьогодні ЗТВ не являється остаточно завершеною теорією. Проте її висновки знаходять підтвердження на досліді, а застосування в космології, теоретичній фізиці дали цікаві наукові результати. При слабких полях і малих швидкостях тіл рівняння Ейнштейна закономірно переходять у рівняння Ньютона.

Підведемо підсумки. Ньютонова теорія тяжіння не узгоджується з положеннями СТВ про скінченну швидкість поширення матеріальних взаємодій, не придатна для опису змінного поля тяжіння та опису явищ у сильних гравітаційних полях (нейтронних зір, чорних дір та ін.), не описує гравітаційних взаємодій світла, не розкриває польового близькодіючого механізму самої гравітації.

У класичній механіці простір (тривимірний) і час (однорідний) розглядаються не взаємопов’язаними, абсолютними, однорідними. СТВ виявила їх взаємозв’язок, встановила їх відносність і залежність їхніх проміжків від вибору СВ. Отже час і простір нерозривно пов’язані між собою, відокремлено не виступають. На це вказав Мінковський. ЗТВ встановила залежність метрики простору-часу від розподілу мас, неможливість існування простору-часу у відриві від матеріальних тіл.

Ейнштейн уважав, що гравітація породжується енергією. Енергія еквівалентна масі і, отже, гравітація породжується масою.

Декілька задач-запитань

Запитання 1. Чи може тіло набути прискорення у тому разі, коли на нього не діють інші тіла?

Відповідь. Так. Це буває тоді, як рух тіл відбувається у НеІСВ. Наприклад, коли потяг різко рушає з місця, ми отримуємо прискорення назад, хоча взаємодія із іншими тілами тут відсутня.

Запитання 2. Тіло підвішене на нитці (висок) у вагоні потяга, що рухається рівномірно. Нитку перепалюють. Що являє собою траєкторія руху тіла: а) відносно вагона; б) відносно Землі?

Відповідь. а) Вертикальну пряму і б) параболу.

Запитання 3. На рис.97 висок масою m підвішений у вагоні, що рухається прямолінійно з прискоренням. Сила тяжіння  і сила натягу нитки  напрямлені під кутом одна до одної і не зрівноважуються:. 1) Чому тоді тіло перебуває відносно вагона в спокої, адже результуюча сил, що діють на нього, ч? 2) Як падатиме тіло виска, якщо його нитку перепалити: а) відносно вагона; б) відносно Землі?

Відповідь. 1) Окрім сил, що діють на дане тіло збоку інших тіл (їх результуюча), діє ще додаткова сила  (вона дорівнює масі тіла, помноженій на прискорення НеІСВ, що береться з протилежним знаком) (рис.98). Ця сила зрівноважує рівнодійну, тому тіло виска перебуває в спокої. Отож, якщо врахувати сили інерції, то для НеІСВ перший і другий закони Ньютона виконуються так само добре, як і для ІСВ: зокрема маса тіла, помножена на його прискорення відносно НеІСВ, дорівнюватиме за модулем і напрямом рівнодійній усіх сил, прикладених до тіла, включаючи й силу інерції. 2) а) Прискорено падатиме (відносно вагона) вздовж похилої площини, що лежить на продовженні нитки виска ще до того, як її перепалили (рис.98); б) по параболі з початковою швидкістю, що дорівнює швидкості потяга в момент перепалювання нитки. Рух вагона при цьому не впливає на рух тіла, з яким не пов’язаний.

Запитання 4. У разі інерції силі  можна вказати тіло, на яке сила  діє. Чи можна вказати також тіло, збоку якого ця сила діє? Чи можна користуватися третім законом Ньютона в НеІСВ?

Відповідь. Не можна. Третій закон Ньютона передбачає взаємодію між собою тіл, яка в цьому разі відсутня.

Запитання 5. Прискорення, яке набувають тіла під дією сили тяжіння або сили інерції, не залежать (навідміну від другого закону Ньютона) від маси тіл. Пояснити це.

Відповідь. Бо кожна з цих сил пропорційна до маси тіла, на яке вони діють. Спостерігаючи в якійсь системі відліку рух тіла під дією сил і не знаючи нічого про те, чи ця система інерціальна, не можна відрізнити ці сили одна від одної.

Запитання 6. Відхилення виска (на однаковий кут) від прямої, перпендикулярної до поверхні Землі, може викликатися як похилим положенням вагона (рис.99,а), так і його прискореним рухом (рис.99,б). Поясніть, чи може людина у вагоні встановити, який з цих двох чинників має місце