Мы пошлём лучи света и будем измерять, по каким траектор
иям они распространяются. Мы увидим, что траектории прямые, что частота с
вета никак не меняется. Собственно, это и есть определение пространства
Минковского.
Вот есть пространство Минковского, и есть гравитационное поле. И если та
м мы попытаемся определить это пространство Минковского, то придём к так
ому положению, что лучи света уже будут распространяться по кривым. Част
ота будет меняться от точки к точке. То есть мы уже не можем определить про
странство Минковского. Мало того, если мы попытаемся определить простра
нство Минковского с помощью гравитационных волн, то опять придём к тому,
что мы не найдём его.
Если мы посмотрим на уравнения, то окажется, что в уравнениях метрически
е коэффициенты пространства Минковского исчезли и заменились динамиче
скими метрическими коэффициентами в общей теории относительности.
Ну, и встаёт вопрос: можно ли тогда вот в таком пространстве, в такой теори
и, где нет фиксированного пространства-времени, определить энергию? Она
хорошо определяется там, где есть фиксированное пространство-время.
Нужно понять, существуют ли вообще эффекты, где гравитационная энергия к
ак-то проявляет себя? Один из важных моментов, где это проявляется, Ц это
гравитационные волны, которые очень скоро будут пытаться детектироват
ь: общая теория относительности их предсказывает. И в этом нет никаких со
мнений.
Попытаюсь сейчас показать почему. Ну, представим, что у нас есть двойная с
истема, две звезды. Такие звёзды наблюдаются. И наблюдаются компактные з
вёзды, пульсары. То есть вращающиеся нейтронные звёзды.
Они наблюдаются длительный период. И оказывается, что орбиты этих звёзд
сближаются. Это означает, что система отдаёт энергию. А куда она исчезает?
Она исчезает за счёт излучения гравитационных волн. Больше некуда.
Это косвенное подтверждение того, что гравитационные волны несут энерг
ию.
С другой стороны, если мы опять обратимся к этой двойной системе, то, что е
ё держит? Её держит гравитационная связь. А давайте попытаемся разорвать
двойную систему. То есть, извне вложить в двойную систему какую-то внешню
ю энергию. И разнесём эти звёзды на расстояние, где они уже очень слабо вза
имодействуют, и этим взаимодействием можно будет пренебречь. Тогда вот э
ту гравитационную связь можно интерпретировать так, что системы имеют о
трицательную потенциальную энергию гравитационной связи.
Вот предельный случай этого: существует модель замкнутой Вселенной. Про
странство описывается трехмерной сферой это очень похоже на обычную сф
еру. Материи в такой Вселенной ограниченное количество. И по теории энер
гия вот такого шара, такой замкнутой Вселенной, она должна равняться нул
ю. И оказывается, что в такой Вселенной материальная положительная энерг
ия компенсируется отрицательной энергией связи гравитационного поля.

В общем, ситуация такая, что энергия гравитационного поля проявляет себя
в различных случаях. Только вопрос: в чём же отличие энергии гравитацион
ного поля от другой энергии?
Оказывается, что энергия гравитационного поля проявляет себя только в г
лобальных эффектах. Если мы можем плотность энергии, скажем, электромагн
итного поля определить в каждой точке однозначно, то для гравитационног
о поля это не пройдёт.
И всё дело в принципе эквивалентности. Принцип эквивалентности это один
из основных принципов, на основании которого была построена общая теори
я относительности, можно сформулировать кратко так. Пусть в гравитацион
ном поле падает наблюдатель свободно, ничто на него не действует. И разме
ры этого наблюдателя малы по сравнению с характерными размерами измене
ния гравитационного поля. Тогда утверждается: наблюдатель не почувству
ет никакого гравитационного поля. Но это означает, что локально энергия
гравитационного поля в точке наблюдателя, в его системе отсчёта равняет
ся нулю.
С другой стороны, если мы запустим какую-то ракету с двигателем, который с
опротивляется этому падению, то в системе отсчёта этой ракеты мы можем в
вести некоторые величины, которые будут определять плотность энергии г
равитационного поля. Ситуация такая, что с помощью координатных преобра
зований мы можем превратить плотность энергии гравитационного поля в н
оль, а можем сделать какой угодно величиной. Вот это сложность в определе
нии энергии гравитационного поля. Эта сложность, она заключается в принц
ипе эквивалентности.
В.Л. Кстати, исторический принцип эквивалентности был открыт
более гуманным путём, там не бросали никаких наблюдателей. Как известно,
Галилео Галилей бросал камни с Пизанской башни. Но он первым обнаружил т
у очень странную вещь, что тяжёлые и лёгкие предметы падают с одинаковым
ускорением. И фактически это было первое открытие эквивалентности инер
ции и гравитации, на самом деле. Вернёмся к тому принципу общей теории отн
осительности, что инерция, в сущности, Ц это некая инертная масса тела, о
на всегда привязана к пространству. Потому что мы всегда привязаны к дви
жению. Это характеристика движения тел. А в то же время оказывается, что гр
авитационное поле так устроено, что каждое тело притягивает другое тело
в точности так, как будто бы оно знает о его инерционных свойствах, о его с
войствах чисто геометрических, в глобальном смысле геометрических.
Надо сказать, что принцип эквивалентности проверялся неоднократно и в н
аше время, и в последние годы;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86