[ Pobierz całość w formacie PDF ]
gwiazd. Oszacowanie średniej gęstości wydaje się więc wykluczone.
Istnieje jednak druga droga, która wydaje mi się raczej mo\liwa do przejścia, chocia\ i ona zapowiada
wielkie trudności. Gdy pytamy mianowicie o odchylenia, jakie dla konsekwencji dostępnych doświadczeniu
astronomicznemu zapowiada ogólna teoria względności w stosunku do teorii Newtona, to przede wszystkim
ukazuje się odchylenie stające się istotnym w bezpośrednim pobli\u cię\kiej masy, które dało się potwierdzić w
odniesieniu do Merkurego. W przypadku, gdy świat jest skończony, istnieje jednak drugie odchylenie od teorii
Newtona, które w języku jego teorii daje się wyrazić następująco. Pole grawitacyjne jest takie, jakby poza
masami wa\kimi wywołane było jeszcze przez pewną gęstość masy o ujemnym znaku i jednorodnym
rozkładzie w przestrzeni. Poniewa\ ta fikcyjna gęstość masy musiałaby być ogromnie mała, mogłaby stać się
zauwa\alna tylko w grawitujących układach o bardzo du\ych rozmiarach.
Załó\my, \e znamy np. rozkład statystyczny gwiazd w Galaktyce oraz ich masy. Mo\emy wtedy obliczyć
pole grawitacyjne według prawa Newtona, a tak\e średnie prędkości, które muszą mieć gwiazdy, aby Galaktyka
nie zapadła się wskutek wzajemnych oddziaływań gwiazd, lecz utrzymywała swoje rozmiary. Jeśliby teraz
rzeczywiste średnie prędkości gwiazd, które przecie\ dają się mierzyć, były mniejsze ni\ obliczone, byłoby to
dowodem, i\ rzeczywiste przyciąganie na du\ych odległościach jest mniejsze ni\ według prawa Newtona. Z
takiego odchylenia mo\na byłoby pośrednio dowodzić skończoności świata, a nawet oszacować jego rozmiary
przestrzenne.
O teorii względności Mowa londyńska
Mam dzisiaj szczególną przyjemność przemawiania w stolicy kraju, z którego wyszły na świat
najwa\niejsze podstawowe idee fizyki teoretycznej. Myślę o teorii ruchu mas i grawitacji, podarowanej nam
przez Newtona, i o pojęciu pola elektromagnetycznego, dzięki któremu Faraday i Maxwell stworzyli nową
podstawę dla fizyki. Mo\na byłoby powiedzieć, \e teoria względności dała pewnego rodzaju zwieńczenie
wspaniałej budowli myślowej Maxwella i Lorentza przez próbę rozszerzenia fizyki polowej na wszystkie
zjawiska, włączając grawitację.
Przechodząc teraz do właściwego przedmiotu teorii względności chciałbym zaznaczyć, i\ teoria ta nie ma
zródła spekulatywnego, lecz odkrycie swoje zawdzięcza wyłącznie staraniu, aby tak dobrze, jak tylko mo\liwe,
dopasować teorię fizyczną do obserwowanych faktów. W \adnej mierze nie chodzi o jakiś akt rewolucyjny, ale
o naturalny dalszy rozwój linii prowadzonej przez stulecia. Porzucenie pewnych pojęć traktowanych dotąd jako
podstawowe w związku z przestrzenią, czasem i ruchem nie mo\e być uwa\ane za dowolne, lecz tylko jako
uwarunkowane obserwowanymi faktami.
Prawo stałości prędkości światła w pustej przestrzeni poparte rozwojem elektrodynamiki i optyki w
powiązaniu z wykazanym w sposób ścisły przez sławne doświadczenie Michelsona równouprawnieniem
wszystkich układów inercjalnych (szczególna zasada względności) doprowadziły najpierw do tego, i\ pojęcie
czasu musiało zostać zrelatywizowane przez to, \e ka\demu układowi inercjalnemu musiał być dany jego
osobny czas. Przy rozwijaniu tej idei okazało się, i\ powiązanie między bezpośrednimi prze\yciami z jednej
strony, a współrzędnymi i czasem z drugiej, nie było wcześniej przemyślane z dostateczną ścisłością.
W ogóle jednym z istotnych rysów teorii względności jest usiłowanie ściślejszego opracowania powiązań
pojęć ogólnych z dającymi się prze\yć faktami. Jest przy tym zawsze zasadą to, i\ uprawomocnienie pojęcia
fizycznego opiera się wyłącznie na jego jasnym i jednoznacznym powiązaniu z faktami. Według szczególnej
teorii względności, współrzędne przestrzenne i czas mają absolutny charakter o tyle, o ile są bezpośrednio
mierzalne za pomocą nieruchomych zegarów i ciał. Są jednak względne o tyle, \e zale\ą od stanu ruchu
wybranego układu inercjalnego. Czterowymiarowe continuum utworzone przez połączenie przestrzeni i czasu
zachowuje wedle szczególnej teorii względności ten absolutny charakter, który według wcześniejszej teorii
miała zarówno przestrzeń, jak i czas - ka\de z osobna (Minkowski). Z interpretacji współrzędnych i czasu jako
wyników pomiarów wynika wtedy wpływ ruchu (względem układu współrzędnych) na kształt ciał i na chód
zegarów, a tak\e równowa\ność energii i masy bezwładnej.
Ogólna teoria względności zawdzięcza swoje powstanie przede wszystkim doświadczalnemu faktowi
numerycznej równości masy bezwładnej i cię\kiej ciał, dla którego to fundamentalnego faktu mechanika
klasyczna nie dała \adnej interpretacji. Do takiej interpretacji dochodzi się przez rozszerzenie zasady
względności na układy współrzędnych przyspieszone względem siebie. Wprowadzenie układów
współrzędnych przyspieszonych względem układów inercjalnych powoduje wystąpienie względem nich pól
grawitacyjnych. Związane jest to z tym, i\ ogólna teoria względności oparta na równości bezwładności i
cię\kości daje teorię pola grawitacyjnego.
Wprowadzenie układów współrzędnych przyspieszonych względem siebie jako równouprawnionych, tak
jak wyglądają one ze względu na identyczność bezwładności i cię\kości, prowadzi w powiązaniu z wynikami
szczególnej teorii względności do wniosku, i\ prawa rozmieszczania ciał stałych w obecności grawitacji nie
odpowiadają regułom geometrii euklidesowej. Analogiczny wynik uzyskuje się w związku z chodem zegarów.
Wynika stąd konieczność ponownego uogólnienia teorii przestrzeni i czasu, poniewa\ teraz odpada
bezpośrednia interpretacja współrzędnych czasu i przestrzeni za pomocą prętów mierniczych i zegarów.
Uogólnienie metryki, które w sferze czysto matematycznej istniało ju\ dzięki badaniom Gaussa i Riemanna,
opiera się w istotnej mierze na tym, i\ metryka szczególnej teorii względności dla małych obszarów mo\e
równie\ w ogólnym przypadku rościć sobie prawo do stosowalności.
Naszkicowany tutaj bieg rozwoju odbiera wszelką samodzielną realność współrzędnym
[ Pobierz całość w formacie PDF ]