Техника - молодёжи 1986-10, страница 16

у Максвелла — источником поля является сохраняющийся электромагнитный ток, а здесь, в РТГ,— источником гравитационного поля является сохраняющийся тензор энергии-импульса всей материи (гравитационное поле плюс вещество).

В конечном итоге мы получили систему из 14 уравнений с 14 неизвестными, причем десять из них по форме совпадают с уравнениями Гильберта — Эйнштейна с той только существенной и принципиальной разницей, что все полевые переменные в уравнениях Гильберта— Эйнштейна зависят, в нашей теории, от единых координат пространства Минковского. В ОТО это в принципе невозможно сделать, поскольку в римановой геометрии не существует понятия глобальных декартовых координат. Остальные четыре уравнения определяют структуру гравитационного поля как поля, обладающего спинами 2 и 0.

Познакомимся с несколькими частными задачами теории тяготения. Первая из них — исследование Вселенной. Впервые в рамках общей теории относительности этим занимался известный советский ученый А. А. Фридман, создавший теорию расширяющейся Вселенной. Стоит отметить, что поначалу сам Эйнштейн не оценил подобное динамическое решение уравнений тяготения ОТО. Фридман предположил, что вся Вселенная равномерно заполнена веществом. Тогда решение сильно упрощается, поскольку вещество характеризуется плотностью и давлением, зависящими от времени, но не от координат.

По Фридману существует три типа расширяющихся Вселенных. Два — бесконечных, а третий — замкнутый, но без границ. Наша же система имеет лишь одно решение. Мы получили бесконечную, расширяющуюся, но «плоскую» Вселенную, трехмерная часть которой знакомая нам Евклидова.

Это приводит к ряду физических выводов, многие из которых, как легко убедиться, весьма значительны.

Один из них заключается в том, что современная плотность энергии вещества равна критической плотности энергии вещества Вселенной, определяемая постоянной Хаббла. Напомню, что это коэффициент пропорциональности между скоростями удаления внегалактических объектов, вызванного космологи-

ПРОБЛЕМЫ К ПОИСКИ

ческим расширением Вселенной, и расстоянием до них. Но измеренная плотность составляет величину в 40 раз меньшую. Выходит, мы видим лишь одну сороковую часть всей массы Вселенной. Где и в какой форме существует остальное вещество, нам неизвестно.

Этот вывод, вытекающий из решения уравнений РТГ, подтверждают астрономы и астрофизики. У них тоже чувствуются нелады с плотностью вещества во Вселенной.

Второй вывод относится к «черным дырам». Вспомним, что говорит по этому поводу общая теория от н ос ите л ьн ост и.

Масса вещества сосредоточена в звезде в виде шара. И вот такой шар начинает сжиматься. Если его масса меньше трех масс Солнца, то сжатие в конце концов остановится давлением нейтронного газа. Так возникают нейтронные звезды с ядерной плотностью вещества. Эта картина ясна и сомнений не вызывает, она основывается на квантовых представлениях.

Если же масса звезды превосходит три солнечные, то произойдет неограниченное сжатие вещества — коллапс, результатом которого будет бесконечная плотность вещества, образующаяся в системе отсчета, связанной с объектом, за конечное время. Звезда тем самым сожмется в точку, причем материя куда-то исчезает. Одно слово — «черная дыра».

С точки зрения внешнего наблюдателя мы заметим, что звезда сжалась до размеров, лимитируемых так называемым радиусом Шварцшильда. Она становится черной, и что произойдет дальше, мы уже никогда не увидим. Сие для нас непознаваемо, ибо свет от такой звезды никогда и никуда не придет.

Это абсолютно противоестественно, потому что надо представить себе материю, которую можно наблюдать лишь в определенных системах отсчета. В принципе, одни системы отсчета могут быть удобнее или проще других. Но наблюдаемость физических процессов — обязательное условие для любой допустимой системы отсчета. В ОТО этого нет.

Недаром в свое время известный физик Уиллер характеризовал гравитационный коллапс как «один из величайших кризисов всех времен» фундаментальной физики.

А что же утверждает РТГ?

Она в корне изменяет характер гравитационного коллапса. Сжатие

массивных тел приводит к явлению гравитационного замедления, благодаря которому само сжатие останавливается за конечное время, яркость объекта уменьшается, однако ничего необычного с ним не происходит, ибо, и это самое главное, плотность вещества остается конечной и не превышает величины 10¹⁶ г/см³, то есть в сто раз больше ядерной. Таким образом в РТГ никаких «черных дыр», где происходит катастрофически сильное сжатие вещества до бесконечной плотности, в принципе не может быть, замедление хода собственного времени определяется характером гравитационного поля.

Правда, теория не исключает существования во Вселенной объектов с большей плотностью, но это — реликты, возникшие в период самого рождения Вселенной!

Теперь несколько слов о принципе эквивалентности. Отсутствие законов сохранения энергии-импульса в общей теории относительности приводит к тому, что эта теория не в состоянии объяснить экспериментальный факт равенства «инертной» и гравитационной масс, хотя сам Эйнштейн утверждал, что данный фундаментальный факт лежит в основе его теории.

Что же касается РТГ, то здесь равенство «инертной» и гравитационной масс статического тела является точным следствием теории.

Мне кажется, что в заключение надо еще раз посмотреть, на какой основе мы построили свою теорию, каковы ее физические основания.

Мы оставляем незыблемыми все законы сохранения материи, так как именно на этом фундаменте должна строиться любая современная физическая теория. Это дает нам сразу пространство Минковского, где не может быть никаких сомнений в существовании этих законов. В этом пространстве мы рассматриваем на равных началах гравитационное и другие поля И только риманова геометрия как эффективная возникает, как отражение определенного универсального взаимодействия вещества и гравитационного поля.

Высшая цель любой физической теории — объяснение и предсказание явлений природы.

Для людей, стремящихся к познанию, другого пути нет. И как всегда, только опыт может быть высшим судьей.

Записал Борис БОРИСОВ