5 КСЕ
Фундаментальные физические взаимодействия
Гравитация.
Гравита́ция (всемирное тяготение, тяготение) — фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все тела, имеющие массу.
Самой важной особенностью тяготения, известной в ньютоновской теории и положенной Энштейном в основу новой теории, является то, что тяготение совершенно одинаково действует на разные тела, сообщая им одинаковые ускорения независимо от массы, химического состава и других свойств тела.
Так на поверхности Земли все тела падают на неё с одинаковым ускорением - ускорением свободного падения. Этот факт был установлен опытным путем Г. Галилеем и может быть сформулирован как принцип строгой пропорциональности гравитационной (или тяжелой) массы mТ, определяющей взаимодействие тела с полем тяготения (и входящей в первый закон Ньютона), и инертной массы mИ, определяющей сопротивление тела действующей на него силе (и входящей во второй закон механики Ньютона):
mИa=F=mТg (1)
где a – ускорение, приобретаемое телом под действием напряженности гравитационного поля g.
Если mИ пропорционален mТ, а коэффициент пропорциональности одинаков для любых тел, то можно выбрать единицу измерения так, что этот коэффициент станет равен 1. Тогда массы сокращаются, и ускорение a не зависит от массы и равно g. Таким образом, тела разной массы и природы движутся в заданном поле совершенно одинаково, если их начальные скорости равны.
А если - нет?
(Детский вопросик: Что падает быстрее: килограмм пуха или килограмм свинца?)
Неинерциальные системы
Проведем мысленный эксперимент.
Можно «уничтожить» в данной точке истинное гравитационное поле введением системы отсчета, движущейся с ускорением свободного падения.
а) лифт в невесомости;
б) лифт движется вверх с ускорением “g” под действием силы F;
в) лифт находится в поле тяготения.
Вопрос: можно ли в состоянии невесомости узнать, находитесь ли вы в падающем лифте или в межзвездном пространстве вне поля тяготения?
Энштейн предположил, что не только механическое движение, но и вообще все физические процессы в истинном поле тяготения и в ускоренной системе в отсутствии тяготения протекают по одинаковым законам. Этот принцип получил название принципа эквивалентности.
Его можно сформулироваь и так:
Принцип эквивалентности - не существует никакого критерия, с помощью которого можно было бы отделить силы инерции* от сил тяготения**.
*Сила инерции - векторная величина, численно равная произведению массы материальной точки на её ускорение и направленная противоположно ускорению.
**Сила тяжести – сила, действующая на любую материальную частицу, находящуюся вблизи земной поверхности.
Рассмотрим, как ведет себя луч света в гравитационном поле.
Еще Ньютон предполагал, что свет - это корпускулы (частицы), а значит, они будут притягиваться к массивным телам, т.е. их траектория будет искривляться. В 1795г. Лаплас в работе "Изложение системы мира" предположил, что свет от светящихся тел достаточно большого размера не может дойти до нас, поскольку его удерживают силы притяжения. Говоря сегодняшним языком, Лаплас объяснил существование "черных дыр" во Вселенной, т.е. областей, через которые не проходит свет. Следовательно, луч света должен искривляться в поле тяготения. Такой вывод следует из принципа эквивалентности.
Искривление световых лучей в поле тяготения Солнца: кажущееся положение звезды, наблюдаемое вблизи Солнца во время затмения.
