2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 11:40 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Как-то задевали эту тему. В частности, была обругана Википедия с ее мнением. Итак, "инерция тел определяется влиянием далеких звезд"?

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 13:51 
Аватара пользователя


04/02/13
215
Москва
Ну, например, определяется действием поля Хиггса...

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 15:13 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
А это не взаимоисключающие подходы?

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 15:19 
Аватара пользователя


04/02/13
215
Москва
Удаленные массы как причина существования поля Хиггса? ...никогда не встречался в физике с обсуждением вопроса о причине существования того или иного поля.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 15:33 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Ну так что, принцип Маха современной наукой игнорируется? Вот, что дает Вики (Munin ее очень любит):
Цитата:
Альберт Эйнштейн в период создания общей теории относительности надеялся, что принцип Маха найдёт своё воплощение в его теории. Вот что он писал в то время [3]:
«…в последовательной теории относительности нельзя определять инерцию по отношению к “пространству”, но можно определять инерцию масс относительно друг друга. Поэтому если я удалю какую-нибудь массу на достаточно большое расстояние от всех других масс Вселенной, то инерция этой массы должна стремиться к нулю. Попытаемся сформулировать это условие математически»
С этой позицией Эйнштейна был вполне солидарен и Паули[4]:
«Поскольку Мах ясно осознавал именно этот указанный выше недостаток механики Ньютона и заменил абсолютное ускорение ускорением относительно остальных масс Вселенной, Эйнштейн назвал этот постулат принципом Маха. Этот принцип, в частности требует, чтобы инерция материи определялась только окружающими его массами и таким образом исчезала, если все остальные массы будут устранены, так как с релятивистской точки зрения не имеет никакого смысла говорить о сопротивлении абсолютному ускорению (относительность инерции)».

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 16:36 
Заблокирован
Аватара пользователя


03/03/10

4558
zask в сообщении #692978 писал(а):
Как-то задевали эту тему.
Вы бы ссылочки понатыкали, а? Поиск по словосочетанию дает ~10 страниц. Есть и целые темы...
zask в сообщении #692978 писал(а):
В частности, была обругана Википедия с ее мнением.
:) В частности, обругали надпись "здесь был Вася" на заборе...

Тоже ссылочки не мешает. Вы вообще русскую или английскую имеете в виду? Проблема вики не во "мнениях" - а в том, что пишут туда всякие васи. Отчего качество статей и даже "типа переводов" - скачет как сумасшедшее.

zask в сообщении #692978 писал(а):
Итак, "инерция тел определяется влиянием далеких звезд"?
На таком уровне - это, скорее, хвилософский принцип.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 17:00 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
zask в сообщении #693074 писал(а):
А это не взаимоисключающие подходы?

Нет. Впрочем, инерция тел действием поля Хиггса не определяется.

zask в сообщении #693085 писал(а):
Вот, что дает Вики (Munin ее очень любит)

Надеюсь, это дурная шутка?

-- 09.03.2013 18:06:27 --

zask в сообщении #692978 писал(а):
Как-то задевали эту тему.

См.
Во-первых, саму ОТО. Без неё всё будет непонятно.
Вайнберг "Гравитация и космология" § 9.7.
Фейнман "Фейнмановские лекции по гравитации" 5.3.

Вообще тема непростая, требует хорошего знания системы понятий ОТО, и понимания, чего говорят те или иные расчёты.

-- 09.03.2013 18:08:55 --

О поле Хиггса, и о вреде сования его куда ни попадя:
    Munin в сообщении #691342 писал(а):
    Sergey K в сообщении #691312 писал(а):
    Природа массы известна, это взаимодействие с Хигсовым полем.

    Это хорошо для лозунгов, но фактически существует как минимум два механизма образования массы, и хотя хиггсовский ключевой для понимания природы... давайте прикинем. Барионная масса Вселенной образована нуклонами, на один нуклон приходится примерно один электрон и максимум столько же по массе нейтрино. Токовые массы кварков - 1,5-3 МэВ для $u$-кварка и 4-6 МэВ для $d$-кварка, а всего масса нуклона - 1 ГэВ. Электроны и нейтрино вообще дают 1 МэВ в сумме. Итого, хиггсовский механизм (отвечающий за массы лептонов и токовые массы кварков) обеспечивает один-полтора процента от полной массы вещества, а всё остальное - второй механизм. Тот самый, за счёт которого два фотона, летящие в разные стороны, имеют в сумме ненулевую массу. Именно за счёт него нуклон, имеющий внутри себя три валентных кварка и сколько-то (неопределённое количество, но в покое небольшое) глюонов и виртуальных кварков, имеет массу в сто раз больше, чем массы "деталей".

    И это ещё не упоминая тёмную материю и чёрные дыры.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 17:44 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Munin

(Оффтоп)

Munin в сообщении #693159 писал(а):
Надеюсь, это дурная шутка?

Это просто шутка. По-видимому, она не удалась, извините. Чувство юмора тоже бывает полосатым, вероятно. :-)

myhand в сообщении #693137 писал(а):
Вы бы ссылочки понатыкали, а? Поиск по словосочетанию дает ~10 страниц. Есть и целые темы...

Вот здесь и далее:
zask в сообщении #618342 писал(а):
Sergey K в сообщении #618329 писал(а):
Каждая теория имеет элемент абстракции, который отбрасывает все не нужное и нам не интересное, например влияние звезд на падение тела.


Это немного легкомысленное утверждение в свете того значения, которое придается принципу Маха.

-- 09.03.2013, 21:54 --
Munin в сообщении #693159 писал(а):
Вообще тема непростая, требует хорошего знания системы понятий ОТО, и понимания, чего говорят те или иные расчёты.

Но, все-таки, Вы можете дать объяснение "на пальцах", пусть и не вполне строгое?

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 18:15 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Да, ещё одну книжку совсем забыл. Иваненко, Сарданашвили "Гравитация". Это обзорная книга по гравитации как научной проблеме, то есть GR and beyond. Хотя написанная в 80-е годы, и не упоминающая ни SUGRA, ни superstrings, ни QLG.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 22:50 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Munin
Вы отвечаете как политик.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 23:04 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Я отвечаю как лентяй. Надо набить большой ответ, но лень даже приступить.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение09.03.2013, 23:06 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Munin в сообщении #693423 писал(а):
Я отвечаю как лентяй. Надо набить большой ответ, но лень даже приступить.

Ну пожалуйста, Munin же всегда на посту! :-)

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение10.03.2013, 09:45 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
zask в сообщении #693195 писал(а):
Но, все-таки, Вы можете дать объяснение "на пальцах", пусть и не вполне строгое?

Ну, попытаюсь.

Начать с того, что принцип Маха никогда точно не формулировался самим Махом, поэтому под ним понимаются разные утверждения, разного состава и объёма. Кроме того, писал Мах во времена механики и гравитации Ньютона, и поэтому то, что он писал, формулировалось в ньютоновских понятиях, как тогда казалось - достаточно прозрачно. Но потом появилась система понятий ОТО, и на неё эти рассуждения ложились не так удачно, и стали видны недоуяснённости формулировок и вопросов. Мах этого исправить уже не мог. Основная роль принципа Маха, конечно же, историческая: он послужил "топливом", рассуждая над которым, Эйнштейн пришёл к идеям ОТО - одним из нескольких источников. Но как один из принципов теории, в ОТО он не вошёл, ОТО построена на других постулатах: принципе эквивалентности, локальном выполнении СТО, и соответствии ньютоновской гравитации в пределе слабого поля и малой скорости пробной частицы (последний нужен для фиксации ровно одного коэффициента).

Что говорил Мах? "Инерция тела определяется остальными телами во Вселенной", грубо говоря. Это можно понимать как:
1. Само существование инерции обязано существованию других тел. В ОТО это не так.
2. Инерция подвергается влиянию других тел, так что движение тел Вселенной в целом - задаёт нам то, какую инерцию "чувствует" данное локальное тело. В ОТО это сложный вопрос, либо так, либо не совсем так.
Если копаться в истории, Мах, скорее, высказывал что-то вроде варианта 2. Он указывал на то совпадение, что инерциальная система отсчёта, в которой силы инерции для локальных механических явлений исчезают, совпадает с той системой координат, которую можно дефинировать не динамически, а чисто геометрически, как связанную с неподвижными звёздами. Причём, линейные ускорения относительно звёзд измерить трудно, а наиболее наглядно можно увидеть вращение. Если мы будем двигаться так, чтобы звёзды вокруг нас крутились, мы будем испытывать центробежные силы - вот что было загадкой для Маха.

Выполняется ли принцип Маха - на этот вопрос принято отвечать путём мысленных экспериментов, типа таких, как в популярной книжке М. Гарднера "Теория относительности для миллионов". Рассмотрим, что было бы, если бы мы жили не в нашей Вселенной, а в другой, отличающейся от нашей удалёнными звёздами. Такой вопрос можно поставить в ОТО как задачу (или серию задач), и попытаться решить.

Первый такой вопрос выглядел бы так: если бы во Вселенной не было бы далёких звёзд, то была бы вообще такая вещь, как инерция? Не было бы такого, что по мере того, как мы "убираем" звёзды, устремляем их суммарную массу к нулю, инерция кирпича тоже бы уменьшалась, и стала бы в итоге нулевой? В ОТО это не так. Одна из простейших моделей Вселенной в ОТО - это мир Минковского, чистое пустое плоское пространство без далёких звёзд, в котором в каждой точке выполняется СТО. Разумеется, кирпич тоже подчиняется СТО, имея при этом конечную массу. Но были (и посейчас есть) теории, в которых это не так, например, в теории Бранса-Дикке (см. МТУ) средняя плотность звёзд даёт некоторое дополнительное поле $\phi,$ ненулевое значение которого задаёт массу кирпичу. Такие теории либо отвергаются (или на них накладываются сильные ограничения в плане отличия от ОТО), либо просто не получают преимуществ по сравнению с более простой ОТО, во всех наблюдательных и экспериментальных тестах последнего столетия.

Второй вопрос принято формулировать так: если бы вся Вселенная в целом пришла во вращение, подобно твёрдому телу - неважно, как мы это зададим - то что бы почувствовало локальное тело? Не было бы такого, что для него "стандарт инерциальности", при котором оно не ощущает центробежных сил, тоже стал бы вращающимся, а если бы оно оставалось невращающимся, то напротив, ощутило бы центробежные силы, как результат гравитационного взаимодействия с удалёнными массами инерции? Это задача, которую можно по-разному ставить и рассматривать в ОТО. Завращать всю Вселенную целиком - затруднительно, поскольку при этом на каком-то расстоянии звёзды начнут двигаться быстрее скорости света. Можно рассмотреть не всю Вселенную, а некоторую массивную сферическую или толстостенную оболочку, вращающуюся в пустом пространстве. После этого, рассматривая разные массы таких оболочек, можно найти её параметры такие, что она "изображает Вселенную", хотя бы в пределе. Такая задача поставлена в ОТО, и решена в некоторых приближениях. Результаты:
1. Вращение "стандарта инерциальности" есть.
2. Количественно оно недостаточно, или трудно показать, что оно достаточно (не удаётся взять искомого предела).
Можно пойти более лёгким путём, и решить, что мы всё-таки будем вращать всю Вселенную целиком - или толстостенную оболочку при внешнем радиусе, стремящемся к бесконечности - а от ограничения на скорость света избавимся, заставив и само пространство-время на дальних расстояниях "вращаться" вместе с веществом. Это оказывается всего лишь невращающейся Вселенной, взятой в необычных вращающихся координатах. Очевидно, в таком случае местный "стандарт инерциальности" будет тоже вращаться относительно этих необычных координат, и как раз с нужной скоростью. Но доказывает ли что-то эта картина, полученная "жульническим" способом? Сомнительно. Ведь мы здесь не разделили причину и следствие: неизвестно, то ли вращение местного "стандарта инерциальности" вызвано движением удалённого вещества, то ли "вращением удалённого пространства-времени", а то ли ими обоими.

Роль принципа Маха при построении логики ОТО состоит в том, что он заставляет задуматься как раз об этом самом "местном стандарте инерциальности", и воспринимать его не как некую абсолютную данность, а как величину, возможно, переменную. Это в ОТО так и есть. Но в ОТО оказалось, что этот "стандарт" не напрямую завязан на удалённые звёзды, а является местным значением некоторого специального поля, "поля инерции", которое по сути - другой взгляд на поле гравитации (в силу принципа эквивалентности). Оно выражается величинами, которые можно измерить в данной точке пространства: метрикой, связностью, кривизной (эти три величины аналогичны двум величинам других теорий поля: потенциалу и напряжённости; см. МТУ). С точки зрения инерции, метрика - местное значение метрического тензора в выбранных координатах - задаёт "местное значение" скорости света, и пространства скоростей - ориентацию светового конуса и пространственноподобных и времениподобных направлений в окрестности данной точки пространства-времени (и масштаб интервалов тоже). Связность - первая производная метрики по пространственно-временным координатам - задаёт местное значение "инерциальности" - то, как проходят по координатам линии инерциального движения, с точки зрения механики и других законов физики - "прямые линии" (в небольшой окрестности прямые, а в целом носящие название геодезических). Для законов физики они могут быть "прямыми", но с точки зрения координат - "искривлёнными", и вот это искривление и можно найти из коэффициентов связности aka символов Кристоффеля. Можно решать задачу в обратную сторону: ориентируясь на "прямизну" таких линий инерциального движения, вводить сетку координат в окрестности нашей точки пространства-времени, и тогда локально получится инерциальная система координат (в терминологии Ландау-Лифшица - галилеева). Можно и эту систему координат воспринимать как значение "поля инерции" в данной точке. И вот тут в силу вступает природа ОТО как полевой теории гравитации: источники поля (удалённые массы) влияют на это местное значение "поля инерции", но не напрямую. Например, если удалённые массы изменят своё движение, то местное значение "поля инерции" почувствует это с задержкой, пока гравитационная волна дойдёт от одного места до другого. Также возникают и количественные нюансы. Движущаяся масса "увлекает" за собой "поле инерции" в прилегающем пространстве - это называется увлечением системы отсчёта (frame dragging) и эффектом Лензе-Тирринга - но не слишком сильно. Для таких масс, как вращающаяся Земля, это получается ничтожно малый эффект, хотя знаменитый спутник Gravity Probe B (GP-B) измерил его, и нашёл достоверно отличающимся от нуля в пользу ОТО.

В двух словах. Современная наука считает основной рабочей теорией гравитации ОТО. В ОТО напрямую принцип Маха не выполняется, хотя сыграл идейную роль на этапе её создания. Теории, пытающиеся воплотить принцип Маха более напрямую, возникали в начале прошлого века, но сегодня они остались на глухой обочине, и этот принцип больше не относится к набору идей, питающих развитие современной теоретической мысли в области гравитации и включающих её теорий.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение10.03.2013, 10:11 
Аватара пользователя


02/09/11
1247
Энск
Munin, спасибо. Есть над чем поразмышлять.

 Профиль  
                  
 
 Re: Принцип Маха
Сообщение10.03.2013, 13:37 
Заблокирован
Аватара пользователя


03/03/10

4558
Munin в сообщении #693491 писал(а):
Теории, пытающиеся воплотить принцип Маха более напрямую, возникали в начале прошлого века, но сегодня они остались на глухой обочине, и этот принцип больше не относится к набору идей, питающих развитие современной теоретической мысли в области гравитации и включающих её теорий.
Начал за здравие - кончил каким-то маразмом. С чего-й то вдруг "не относится"? Даже в ОТО - вопрос о "воплощении" принципа Маха, по большому счету, открыт.

В более общей формулировке (хвилозофский принцип - как хотим, так и вертим) - это вопрос о том, в какой степени, как именно, глобальные особенности постановки начальной задачи (для мира в целом) - проявляются на локальной физике. (Буржуйская вики это смутно упоминает.)

В этом смысле, дело не обязательно ограничивается гравитацией. Например, можно вспомнить замечательный фокус Уилера и Фейнмана (см. http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v21/i3/p425_1) в электродинамике. В данном варианте теории, во "вселенной" из одного электрона - отсутствовало бы излучение, не было бы силы радиационного торможения.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 26 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Mikhail_K


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group