На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









11. Решение загадки Меркурия

Хотя Ньютон и открыл закон тяготения, он не смог ответить на вопрос, почему все тела притягивают друг друга. Только общей теории относительности удалось пролить на это свет.
 
Всякое тело искривляет пространство возле себя, и тем больше, чем больше его масса. Солнечная система представляет собой совокупность тел в искривленном пространстве. Особенно велика искривленность пространства в окрестностях Солнца, тогда как планеты с их относительно небольшими массами не могут вызвать значительного искривления пространства. Движение планет нужно рассматривать как инерциальное движение свободных тел в искривленном пространстве. Значит все особенности движения определяются уже структурой пространства, последняя же, в свою очередь, зависит от расположения и движения масс.
 
В теории тяготения Ньютона говорится о гравитационном поле. В общей теории относительности гравитационное поле заменяется искривленностью пространства, но можно показать, что и здесь вместо искривленности пространства можно говорить о гравитационном поле в пространстве. Оба эти явления (искривленность пространства и гравитационное поле) в общей теории относительности описываются одной и той же математической величиной. Говорить о гравитационном поле или говорить об искривленности пространства — это значит только по-разному называть одну и ту же физическую реальность. Следует заметить при этом, что описываемое уравнениями общей  теории  относительности гравитационное  поле имеет более сложное строение, чем гравитационное поле в теории Ньютона. Соотношение между этими полями, грубо говоря, такое же, как между электромагнитными электростатическим полями.
 
Движение тел солнечной системы, согласно общей теории относительности, происходит так, что система в целом определяет условия движения каждой из планет. При этом движение планет (и Солнца) является естественным движением, т. е. в ближайших окрестностях планеты (точнее говоря, в центре массы планеты) отсутствует гравитационное поле других небесных тел. В том, что сказанное действительно справедливо, мы можем убеждаться на каждом шагу. Подвесим, например, на шнуре груз массой в 1 кг. Получим маятник, который Земля притягивает с силой в 1 кг. С помощью формулы (10) можно вычислить, что притяжение этой массы Солнцем должно составить 0,6 г. Если такое притяжение действительно существует, то мы должны заметить следующие явления.
 
В полдень, когда Солнце находится в зените, оно должно притягивать маятник в направлении, противоположном направлению Земли, и вес маятника должен быть только 0,9994 кг. В полночь наоборот, притяжение Солнца будет иметь то же направление, что и притяжение Земли, и маятник должен весить 1,0006 кг. Таким образом, вес тела маятника в течение суток должен колебаться в пределах 1,2 г. Кроме того, с изменением положения Солнца на небосводе свободно висящий маятник должен отклоняться в сторону Солнца. Подобных явлений, однако, никто никогда не замечал. Это обстоятельство подтверждает, что Земля движется в пространстве именно так, что в ее ближайших окрестностях влияние гравитационного поля других небесных тел устранено.
 
Вычисления показывают, что естественное движение планет вокруг Солнца не должно происходить точно так, как следует из закона тяготения Ньютона, что здесь имеются небольшие отклонения. Так, например, орбита планеты не будет эллипсом, а будет несколько отличаться от него. Тем самым общая теория относительности уточнила и законы Кеплера. Второй закон Кеплера гласит: воображаемый отрезок прямой, соединяющий планету с Солнцем, в равные времена описывает равные площади (рис. 55). Теория относительности показывает, что это несовсем так. Чем ближе планета к Солнцу, тем меньшую площадь опишет воображаемый отрезок за единичный промежуток времени. Эта поправка ко второму закону Кеплера, однако, так мала, что ее невозможно обнаружить современными астрономическими наблюдениями.

Маленькое изображениеРис. 55. Иллюстрация ко второму закону Кеплера. Если планета проходит отрезки эллипса АВ, CD и EF за равные промежутки времени, то все заштрихованные площади равны между собой

Далее теория относительности показывает, что при естественном движении планеты перигелий орбиты должен смещаться в направлении движения. И это смещение очень мало, но зато оно все время происходит в одном направлении. По истечении многих лет благодаря накоплению незначительных смещений перигелия может образоваться уже вполне измеримый эффект. Формулы общей теории относительности показывают, например, что смещение перигелия Меркурия при естественном движении должно быть равно 40,03 секунды дуги за столетие. Это число с удивительной точностью совпадает с остаточным движением перигелия Меркурия. Загадочное движение Меркурия, над обоснованием которого ученые работали больше 50 лет, нашло в общей теории относительности совсем простое объяснение. Прекрасное согласие теоретического значения смещения перигелия Меркурия с результатами наблюдений подтверждает, что общая теория относительности описывает движение планет точнее, чем теория тяготения Ньютона.
 
С помощью формул теории относительности можно вычислить остаточное движение перигелия и для других планет. Результаты вычислений представлены в табл. 10. Из таблицы видно, что у всех других планет это остаточное движение перигелия меньше, чем у Меркурия. Причина заключается в более медленном, чем у Меркурия, Движении планет, вследствие чего эффекты, предсказанные теорией относительности, для них соответственно меньше. Кроме того, все остальные планеты за столетие успевают сделать меньше полных оборотов, чем Меркурий, так что у них за это время не успевает накопиться такого большого смещения.

Маленькое изображение 

Сравнивая вычисленное теоретически остаточное движение перигелия планет с измеренным, видим, что для Венеры и Меркурия согласие очень хорошее. Прекрасное согласие имеется и в случае Земли, где новые измерения обнаружили остаточное смещение перигелия, равное 5,0 ± ± 1,2 секунды дуги за столетие. Неприятности получаются только с Марсом: теоретически остаточное движение перигелия должно быть 1,35 секунды дуги, а измеренное значение равно 8 секундам дуги. Что обусловливает такое несогласие, сейчас сказать невозможно. Вероятно, причина заключается просто в неточности определения этого остаточного движения перигелия, должно быть, к нему ошибочно отнесены смещения, вызванные другими небесными телами.
 
В последнее время высказано мнение, что смещение перигелия орбиты должно быть легко измеримо для малой планеты Икар, открытой в 1948 г. Малые планеты, или, как их иначе называют, астероиды,— это небольшие небесные тела, движущиеся между орбитами Марса и Юпитера. Особенно вытянутую орбиту имеет Икар, его перигелий находится внутри орбиты  Меркурия.    Теория относительности предсказывает, что остаточное движение перигелия Икара должно равняться 10,05 секунды дуги за столетие. Благодаря вытянутости орбиты точность измерений движения перигелия для Икара должна быть даже больше, чем для Меркурия (чем более вытянут эллипс, тем легче заметить его вращение). Так как движение Икара наблюдалось немногим больше 15 лет, то смещение его перигелия пока еще не измерили.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.