Является ли что-либо абсолютным с точки зрения теории относительности?
Исследователи проанализировали общую теорию относительности Эйнштейна на суперкомпьютере Columbia в Исследовательском центре Эймса НАСА, чтобы создать трехмерную симуляцию слияния черных дыр.
Теория относительности одновременно проста и элегантна, но в то же время до безумия неинтуитивна. Нет необходимости вдаваться во все тонкости и величие этой теории, но есть одна работа Эйнштейна, которая занимала центральное место и в конечном итоге привела его к полной перестройке ньютоновского тяготения, изменяя сами наши представления о структуре Вселенной.
И эта особенность в названии: относительный. Эйнштейн обнаружил, что то, что мы когда-то считали неизменным, на самом деле таким не являлось. Чтобы понять, как Эйнштейн переписал идеи Ньютона, мы сначала должны немного отмотать время назад и понять идеи Ньютона.
Как только Ньютону пришла в голову идея концепции гравитации, силы, исходящей от всех объектов и соединяющейся со всеми ними, ему понадобилась вселенная, чтобы сделать его силу универсальной. Когда солнце "протягивает руку" со своим притяжением и указывает всем планетам, даже могущественному Юпитеру, куда двигаться дальше, эти планеты должны знать, где они находятся относительно солнца. Когда я срываю яблоко с дерева и позволяю ему упасть, яблоку нужно знать, как далеко оно находится от Земли, чтобы оно могло иметь надлежащую скорость ускорения.
Все во Вселенной должно знать, где находится все остальное, чтобы гравитация могла действовать с соответствующей силой. Итак, Ньютон представлял себе космос как огромную неподвижную сетку, ряд универсальных правил и "главных часов", а также абсолютную систему отсчета, исходя из которой можно было принимать все другие меры. (Должен отметить, что это не следует понимать буквально. Там, в пустоте космоса, нет гигантских часов, тикающих по абсолютному времени, и нет буквально "сетки" отмеченных линеек, пересекающих космос. Все это - математическая структура , которая обеспечивает механизмы для вычисления гравитационных сил , но потребность в этой структуре является первостепенной в работе Ньютона).
И поэтому, с точки зрения Ньютона о гравитации, каждое гравитационное взаимодействие должно быть рассчитано с учетом этой универсальной, фиксированной, абсолютной системы отсчета. Сущности нашей вселенной должны знать, где они находятся относительно этой неподвижной системы отсчета, чтобы гравитация могла быть нужной силы в нужное время и в нужных местах.
Но работа Джеймса Клерка Максвелла по электромагнетизму противоречила этой универсальной системе отсчета (хотя Максвелл в то время этого не осознавал). Гениальный математик Максвелл сам сказал, что скорость света - это скорость света всегда и навеки. Неважно, как быстро вы двигались, или в каком направлении вы двигались, приближался ли к вам свет или удалялся, это не имело значения. Свет двигается всегда со "скоростью света".
Если бы существовала какая-то универсальная система отсчета, какие-то главные часы и абсолютная линейка, как предлагал Ньютон, то скорость света должна быть только той скоростью, которой она является относительно этой абсолютной системы отсчета, потому что эта абсолютная система отсчета является эталоном, по которому измеряется все движение. И поэтому существование этой абсолютной рамки должно позволить вам двигаться верхом на луче света и видеть его неподвижным и застывшим на месте.
Эйнштейн выбрал Максвелла, и Эйнштейн был прав. Не существует универсальной системы отсчета, главных часов или абсолютной линейки. Нет способа судить о движении, кроме как по относительным точкам зрения каждого наблюдателя. Другими словами, это "относительность" в теории относительности : все движение относительно. Если бы Эйнштейн проехал мимо меня на своем велосипеде, я мог бы только сказать, что с моей точки зрения он движется. С его точки зрения, он мог бы справедливо утверждать, что он неподвижен, а я тот, кто находится в движении.
Отказавшись от понятий абсолютного времени и пространства, Эйнштейн кое-что получил за свои усилия. Не все вещи относительны, во Вселенной есть некоторые константы. А именно, законы физики. Все наблюдатели, великие и всеобщие, медленные и быстрые, целенаправленные и бесцельные, все наблюдатели согласны с общностью законов физики. Показательный пример - уравнения Максвелла. Говорят, что скорость света постоянна. Конец. И так оно и есть: каждый наблюдатель во Вселенной , независимо от своего положения, скорости или ускорения, всегда будет "видеть" одну и ту же скорость света .
Взято тут: https://phys.org/news/2023-11-absolute.html
В поисках теории гравитации. Эйнштейн, ошибался?
Теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности — пользуется большим успехом более века. Однако у нее есть теоретические недостатки. Это неудивительно, теория предсказывает свою собственную неудачу в пространственно—временных сингулярностях внутри черных дыр и сам Большой взрыв.
По мере того как новые и мощные телескопы собирают новые данные о Вселенной, они раскрывают пределы старых теорий.
В отличие от физических теорий, описывающих три фундаментальных взаимодействия в физике — электромагнитное, сильное и слабое - общая теория относительности была проверена только в условиях слабой гравитации.
Отклонения гравитации от общей теории относительности ни в коем случае не исключаются и не проверяются повсюду во Вселенной. Но по мнению физиков-теоретиков отклонения должны быть.
Согласно теории, первоначально предложенной Жоржем Леметром и широко принятой астрономическим сообществом, наша вселенная возникла в результате Большого взрыва. Другие сингулярности скрываются внутри черных дыр: пространство и время перестают там иметь значение, в то время как плотность энергии и давление, становятся бесконечными. Это сигнализирует о том, что теория Эйнштейна здесь терпит неудачу и должна быть заменена более фундаментальной.
Наивно полагать, что пространственно-временные сингулярности должны быть разрешены с помощью квантовой механики , которая применима в очень малых масштабах.
Квантовая физика опирается на две простые идеи: точечные частицы не имеют смысла; и принцип неопределенности Гейзенберга, который гласит, что никогда нельзя знать значение определенных пар величин с абсолютной точностью — например, положение и скорость частицы. Это происходит потому, что частицы следует рассматривать не как точки, а как волны; в малых масштабах они ведут себя как волны материи.
Теория охватывающая как общую теорию относительности, так и квантовую физику, должна быть свободна от подобных патологий. Однако все попытки объединить общую теорию относительности и квантовую физику неизбежно влекут за собой отклонения от теории Эйнштейна.
Следовательно, гравитация Эйнштейна не может быть окончательной теорией гравитации. Действительно, вскоре после введения общей теории относительности Эйнштейном в 1915 году Артур Эддингтон, наиболее известный тем, что подтвердил эту теорию во время солнечного затмения 1919 года , начал искать альтернативы, просто чтобы посмотреть, как все могло бы быть.
Теория Эйнштейна выдержала все проверки на сегодняшний день, точно предсказывая различные результаты, начиная от прецессии орбиты Меркурия и заканчивая существованием гравитационных волн . Итак, где скрываются эти отклонения от общей теории относительности?
Фотография полного солнечного затмения 1919 года. Автор: Артур Эддингтон
Столетие исследований дало нам стандартную космологическую модель, известную как модель "Лямбда-си-ди-эм" (ΛCDM (аббревиатура от Lambda-Cold Dark Matter) . Здесь Λ обозначает либо знаменитую космологическую постоянную Эйнштейна, либо таинственную темную энергию с аналогичными свойствами.
Темная энергия была введена астрономами ad hoc (латинская фраза, означающая «для данного случая», «специально для этого»), чтобы объяснить ускорение космического расширения. Несмотря на чрезвычайно хорошую подгонку космологических данных до недавнего времени, модель ΛCDM является поразительно неполной и неудовлетворительной с теоретической точки зрения.
За последние пять лет ученые столкнулись с серьезной напряженностью в наблюдениях . Постоянная Хаббла, которая определяет возраст и масштаб расстояний во Вселенной, может быть измерена в ранней Вселенной с использованием космического микроволнового фона (т.н. реликтовое излучение), а в поздней Вселенной с использованием сверхновых в качестве стандартных свечей.
Эти два измерения дают несовместимые результаты . Что еще более важно, природа основных компонентов модели ΛCDM — темной энергии, темной материи и поля, управляющего инфляцией ранней Вселенной (очень короткий период чрезвычайно быстрого расширения, зарождающий семена галактик и скоплений галактик) — остается загадкой.
С точки зрения наблюдений, наиболее убедительной причиной изменения гравитации является ускорение Вселенной, обнаруженное в 1998 году с помощью сверхновых типа Ia , яркость которых уменьшается из-за этого ускорения. Модель ΛCDM, основанная на общей теории относительности, постулирует чрезвычайно экзотическую темную энергию с отрицательным давлением, пронизывающую вселенную.
Проблема в том, что эта темная энергия не имеет физического обоснования. Ее природа совершенно неизвестна, хотя было предложено множество моделей . Предлагаемой альтернативой темной энергии является космологическая постоянная Λ, которая, согласно квантово-механическим (но сомнительным) расчетам , должна быть огромной.
Однако вместо этого Λ должна быть невероятно точно настроена, чтобы соответствовать космологическим наблюдениям. Если темная энергия существует, наше незнание ее природы вызывает глубокую тревогу.
Может ли быть так, что вместо этого проблемы возникают из-за неправильных попыток подогнать космологические наблюдения к общей теории относительности, например, втиснуть человека в слишком маленькие брюки? Что мы наблюдаем первые отклонения от общей теории относительности, в то время как таинственной темной энергии просто не существует?
Эта идея, впервые предложенная исследователями из Неаполитанского университета, приобрела огромную популярность, в то время как противоборствующий лагерь "темной энергии" остается активным.
Как мы можем это определить? Отклонения от гравитации Эйнштейна ограничены экспериментами в солнечной системе , недавними наблюдениями за гравитационными волнами и загоризонтными изображениями черных дыр .
В настоящее время существует много литературы по теориям гравитации, альтернативным общей теории относительности, восходящая к ранним исследованиям Эддингтона 1923 года. Очень популярной альтернативой является так называемая скалярно-тензорная гравитация. Концептуально она очень проста, поскольку вводит только один дополнительный компонент (скалярное поле, соответствующее простейшей, бесспиновой частице) в геометрическое описание гравитации Эйнштейна. Однако последствия этого далеки от тривиальных. Поразительным явлением является " эффект хамелеона ", состоящий в том факте, что эта теория может маскироваться под общую теорию относительности в средах с высокой плотностью (таких как звезды или Солнечная система), в то же время сильно отклоняясь от нее в космологической среде с низкой плотностью.
В результате дополнительное (гравитационное) поле фактически отсутствует, маскируясь, как хамелеон, и ощущается только в самых больших (космологических) масштабах.
В настоящее время спектр альтернатив гравитации Эйнштейна резко расширился. Даже добавление единственного массивного скалярного возбуждения (а именно частицы с нулевым спином) к гравитации Эйнштейна - и сохранение полученных уравнений, чтобы избежать некоторых известных фатальных несоответствий, — привело к гораздо более широкому классу теорий Хорндески и последующим обобщениям.
В Питере шаверма и мосты, в Казани эчпочмаки и казан. А что в других городах?
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.
Реклама АО «Кордиант», ИНН 7601001509
Теория относительности
Однажды Эйнштейн сидел на холме, и к нему подошёл студент. Юноша спросил у него:
- Скажите, но что если ваша специальная теория относительности в корне неверная, что тогда? На что Эйнштейн ответил:
- Мальчик, иди нахуй, и так жара пиздец, ещё и ты тут
Мудрые слова Эйнштейна
Телеграм — Мемуары ценителей научных мемов
Ключевой принцип общей теории относительности Эйнштейна прошел самую строгую проверку
С помощью специально разработанного спутника международная группа ученых измерила ускорения пар свободно падающих объектов на орбите Земли.
Результаты, основанные на данных за пять месяцев, показали, что ускорения не отличались более чем на одну часть в 10^15, что исключало любые нарушения принципа слабой эквивалентности вплоть до этой шкалы.
Принцип слабой эквивалентности относительно прост для наблюдения, согласно ему все объекты одинаково ускоряются в одном и том же гравитационном поле, когда на них не действует никакое другое влияние, независимо от их массы или состава.
На сегодняшний день это самая жесткая граница принципа слабой эквивалентности, и вряд ли она будет превышена в ближайшее время.
Подборка новостей науки за неделю: Шнобелевская премия, очередное подтверждение ОТО и двойник чёрной дыры
🦈 Каждую неделю мы собираем самые интересные, на наш взгляд, новости из мира науки. И в этом выпуске: Почему акулы водят хороводы; где прячется голографический двойник чёрной дыры; чувствителен ли жир; как ещё можно подтвердить теорию относительности и за какие достижения вручали Шнобелевскую премию?
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Содержание ролика:
00:19 Учёные открыли тайну акульих хороводов
01:24 Фотонные кольца могут содержать квантовую информацию о чёрных дырах
03:32 Мозг и жир контактируют напрямую
05:35 Один из принципов теории относительности подтвержден с высочайшей точностью
07:29 За что вручали Шнобелевскую премию
Учёные открыли тайну акульих хороводов
Учёные наконец смогли изучить при помощи дронов загадочные хороводы гигантских акул. Известно, что эти рыбы могут собираться в ритуальные хороводы размером от 13 до более 1000 особей, но подробно изучить их поведение внутри круга не получалось. Но теперь мы знаем, что это - брачилище. Я только что придумал это слово по аналогии с лежбищем, его даже гугл не знает. Да, акулы устраивают хоровод в августе-сентябре в регионах, богатых планктоном, для того, чтобы найти себе пару. Правда планктон они во время хоровода не поглощали, просто плавали на глубине до 16 метров, иногда попарно сближаясь, трогая друг друга плавниками и плывя какое-то время вместе, а затем переходя к другому партнёру. В самом хороводе акулы не спаривались, но это очень напоминало speed-dating, так что учёные уверены, что после случалось всё то, что должно. Ну а области хороводовождения нужно бы, конечно, ограждать от промысла и судоходства.
Фотонные кольца могут содержать квантовую информацию о чёрных дырах
Вы помните фотографии теней черных дыр? На фотографии (в видео) сверхмассивной чёрной дыры Мессье 87 мы видим именно тень, она внутри светящейся области. Горизонт событий черной дыры еще примерно раза в два с половиной меньше по размеру, и, естественно, мы его не видим, потому что свет, проходящий по кромке черной дыры, через горизонт событий, не попадает в наши телескопы, у него совсем иная траектория, очень искривленная. Но вокруг горизонта событий находится фотонное кольцо, ловушка, в которую попадают редкие фотоны, обречённые чуть ли не вечно вращаться вокруг чёрной дыры. На компьютерной симуляции кольца, видно, что оно состоит из ряда субколец. Эти кольца - ряд вложенных друг в друга изображений Вселенной. Каждой кольцо формируется потоками фотонов, которые совершили некоторое количество полуоборотов или оборотов вокруг черной дыры. Чем ближе к дыре, тем кольца тусклее. Пока мы делаем снимки при помощи телескопа горизонта событий, разглядеть их нельзя, хотя изображения первого из них можно получить, отправив телескоп на земную орбиту.
Кольца могут многое рассказать о массе, размерах и вращении черной дыры. Но ещё интереснее то, что симметрия концентрических колец может помочь в поисках голографического двойника чёрной дыры. Голографический двойник это квантовая система, в которой содержится вся информация о чёрной дыре.
Существует мнение, что такой голографический двойник может помочь совместить квантовую теорию и теорию относительности, приблизив нас к созданию теории всего. Изучая симметрию фотонных колец, учёные открыли конформность этой симметрии. Кольца как бы переходят друг в друга посредством растяжения. Ещё учёные выяснили, что колебания чёрной дыры находят отражения и в фотонных кольцах, те хранят эту информацию.
И тогда учёные пришли к выводу, что голографический двойник чёрной дыры может находиться как раз в этих кольцах. Не обязательно он там находится, разумеется, есть и противники этой теории, но может. Если это так, и в фотонных кольцах содержится квантовая информация о чёрной дыре, то для нас это как видеокамера, обращённая в прошлое, плюс голограмма чёрной дыры одновременно. Впереди много проверок и тестов, но оно стоит того.
Мозг и жир контактируют напрямую
Учитывая, что проблема лишнего веса касается всё большей доли людей, исследования жировой ткани и её роли в организме не прекращаются. Недавняя работа пролила чуть больше света на сенсорную иннервацию в жировой ткани.
У млекопитающих жировая ткань пронизана чувствительными нервами. Симпатическая нервная система регулирует метаболизм и выработку тепла жиром. А с помощью сенсорной системы жировые клетки передают сенсорные сигналы в центральную нервную систему через спинной мозг. Однако, как показали ранние эксперименты, дезактивация сенсорных нервов не приводила к каким-либо явным изменениям, так что смысл этой иннервации был для учёных не очень ясен.
Но и методы, которыми проводили прежние эксперименты, были так сказать устаревшими. То ли дело день сегодняшний, продвинутый. Сейчас лабораторную мышь можно сделать практически прозрачной, а соматосенсорные нейроны снабдить флуоресцентными метками.
В рамках эксперимента это сделали с одним ответвлением соматосенсорной нервной системы, ведущим к жировой ткани и исходящим от нервного узла, прилегающего к спинному мозгу. И эти нервы оказались перед нами как на ладони. Это вы и видите на экране. Исследования этой модели дали следующие результаты. Во-первых, видно, что это достаточно разветвлённая сеть. Во-вторых, если её инактивировать, выключить, то в жире активизируются гены, приводящие к распаду жиров и выработке тепла.
Выходит, что невыключенные работоспособные сенсорные нервы приводят наоборот к накоплению жира. Интересно, можно ли это как-то использовать в борьбе с ожирением.
В-третьих, выяснилось, что жировая ткань таки общается с мозгом. Разумеется, делает она это быстрее, чем более исследованная в этом плане гормональная система. Пока что непонятно, для чего нужна такая скорость для жира, возможно для очень быстрых сигналов сжечь топливо. В итоге, даже новый метод исследования не заставил сенсорную нервную систему в жировой ткани сдать свои позиции таинственности, но, думаю, это ненадолго.
Один из принципов теории относительности подтвержден с высочайшей точностью
Кажется, бесконечно можно смотреть на текущую воду, танцующее пламя и на то, как подтверждают общую теорию относительности.
Команда учёных представила результаты наиточнейшей на настоящее время проверки слабого принципа эквивалентности или по сути равенства гравитационной и инертной масс. Эта проверка накладывает ограничения на любые последующие теории, даже теорию всего, поскольку они не должны будут нарушать это равенство.
Вспомните, теория Эйнштейна, работающая с гравитацией, пространством и временем, не учитывала квантовые эффекты. Поэтому важно искать экспериментальные отклонения от теории на всё увеличивающихся уровнях точности. Ведь так мы сможем заметить взаимодействия сил, указывающие на возможность объединения теории гравитации и квантовой физики. Сколько уже можно об этом говорить. Так вот, слабый принцип эквивалентности говорит, что тела в гравитационном поле падают одинаково, независимо от их массы, если на них не действуют другие силы вроде сопротивления воздуха. Все слышали про Галилео, который сбрасывал предметы с Пизанской башни. Скорее всего, это просто легенда, и эксперимент ставился иначе. Но мы точно знаем, что новый эксперимент ставился на орбите при помощи спутника MICROSCOPE.
Внутри него находились титановый и платиновый цилиндры, в сущности подвергающиеся свободному падению в течение двух лет. Ускорение этих предметов измерялось с экстремально высокой точностью. Приборы могли засечь различие всего в одну квадриллионную при помощи электростатических сил. Но не засекли.
Разницы в движении объектов не было. Нарушения равенства гравитационной и инертной масс с точностью до квадрилионных долей не обнаружено, а это гораздо точнее, чем можно было бы добиться на Земле. Скорее всего нарушений не будет обнаружено и в следующий десяток лет, пока не выведут на орбиту MICROSCOPE-2, аппарат, который сможет добавить ещё два порядка к текущей точности и попытаться обнаружить расхождения.
За что вручали Шнобелевскую премию
Шнобелевская премия вручалась уже 32 раза. Напомню, что её вручают за открытия, которые заставляют сначала засмеяться, а потом задуматься. Лауреатам по-прежнему вручают денежный приз в размере 10 триллионов зимбабвийских долларов, поздравления они принимают от нобелевских лауреатов, всё вокруг напоминают атмосферу маскарадного артхауса, мюзикла, Теории большого взрыва вместе взятых, и вообще, это крутое научное шоу. Итак, какие открытия были отмечены в этом году.
Премия в области искусства была вручена за работу, опубликованную ещё в 1986 году. Она посвящена исследованию того, как древние майа ставили ритуальные клизмы. Спиртовые. Об этом говорит их керамика. Исследователи зашли очень далеко, опробовав этот метод на себе с 5% алкоголем. Но не так далеко, чтобы опробовать клизмы с грибами и табаком.
Премия в области литературы досталась за открытие того, почему юридические документы настолько зубодробительны для неюристов. Все эти необязательные жуткие, устаревшие конструкции (особенно, если говорить об англосаксонском праве), пассивный залог, который должен быть избегаем, всё это скорее из-за психолингвистического фактора, чем из-за потребности в технической точности.
Премия в области физики присуждена за объяснение того, отчего утята уже в однодневном возрасте способны плыть гуськом в составе косячка. Выводок плавал в специальной метаболической камере, а экономия энергии в такой формации достигала 35%. Премия в области биологии была вручена за исследования сложностей жизни некоторых скорпионов, которые умеют отбрасывать хвост подобно ящерице. Т.к. в хвосте находятся не только ядовитое жало, но и часть пищеварительной системы, включая анус, то через несколько месяцев животное всё же погибает от жуткого запора. Но до этого живёт в целом неплохо, быстро бегает и даже может размножаться.
Премия в области медицины досталась за метод, позволяющий сократить побочный эффект от химио или радиотерапии. Если кушать мороженое во время терапии, то это заменяет традиционную местную криотерапию и позволяет не так сильно повреждать эпителиальные клетки кишечника и ротовой полости, что в ряде случаев приводит к неспособности принимать пищу.
Премия в области прикладной кардиологии ушла за за открытие того, что во время первой встречи людей, которые нравятся друг другу, их сердечные ритмы синхронизируются. Так что к синхронизации взглядов и движений можно добавить также и сердечную. Хороший маркер для слепых свиданий.
Премия в области физики выдана за попытку найти оптимальнейший способ использования пальцев для поворота ручек и крутилок. Оказывается, от диаметра крутилки зависит то, сколько пальцев лучше задействовать. Чем шире ручка, тем больше пальцев нужно. Промышленным дизайнерам на заметку.
Премия в области экономики отдана за математическое объяснение того, почему успех достаётся не более талантливым, а более удачливым людям. Персональные положительные характеристики, так воспетые бизнес-коучами, не позволят вам работать в 10000 больше других, а ваш айкью не будет 1000 и больше. Тем не менее состояние одних в миллиарды раз больше, чем у других, привычное дело. Секретный ингредиент этого - случайная удача оказаться в нужном месте в нужное время. Ага.
Премия в области техники безопасности нашла победителя, создавшего манекена лося для краш-тестов. Например, в мае в Швеции ежедневно происходят до 13 столкновений с крупными дикими животными. Анатомия настоящего лося использовалась для построения физически точного манекена, имеющего тот же центр тяжести, такие же хрупкие ноги, и точно так же влетающего в лобовое стекло по причине закручивания корпуса.
И наконец премия в области мира выдана за разработку алгоритма, подсказывающего сплетникам, когда стоит сказать правду, а когда солгать. Так-то сплетни это сильный социальный механизм обмена информацией об отсутствующих. Вопрос в том, честна эта информация. И здесь включается теория игр, рекомендующая в итоге быть честными, если есть идеальное совпадение намерений, и наоборот.
Конкурс для мемоделов: с вас мем — с нас приз
Конкурс мемов объявляется открытым!
Выкручивайте остроумие на максимум и придумайте надпись для стикера из шаблонов ниже. Лучшие идеи войдут в стикерпак, а их авторы получат полугодовую подписку на сервис «Пакет».
Кто сделал и отправил мемас на конкурс — молодец! Результаты конкурса мы объявим уже 3 мая, поделимся лучшими шутками по мнению жюри и ссылкой на стикерпак в телеграме. Полные правила конкурса.
А пока предлагаем посмотреть видео, из которых мы сделали шаблоны для мемов. В главной роли Валентин Выгодный и «Пакет» от Х5 — сервис для выгодных покупок в «Пятёрочке» и «Перекрёстке».
Реклама ООО «Корпоративный центр ИКС 5», ИНН: 7728632689