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 Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней. На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 22  След.
 
 Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 11:41 


17/10/16
3969
ОТО приписывает разным точкам пространства-времени разную кривизну. Значит ли это, что пространство-время ОТО перестает быть однородным и изотропным, и поэтому появляется возможность говорить о движении "относительно пространства"? Ведь теперь мы движемся не в плоскости, одну точку которой нельзя отличить от другой, а по криволинейной поверхности, относительно которой можно уже определить абсолютную скорость.
Я много раз слышал выражение вроде того, что "скорость тел в пространстве не может превысить световую, но пространство может разносить тела, в него погруженные, с любой скоростью". Часто используют выражение "поток пространства" и "вихрь пространства". Если можно говорить о движении в пространстве и о движении самого пространства, то я не очень понимаю, чем пространство-время ОТО радикально отличается от эфира?

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 12:05 
Заблокирован по собственному желанию


20/07/18

367
Пространство-время - суть криволинейная поверхность.
На криволинейной поверхности можно выбирать любые координаты, параметризующие ее, никакие в общем случае не выделены, просто постулируется ( в классической ОТО), что все законы физики общековариантны (имеют обобщенный одинаковый вид). Только в частном случае какие-то могут оказаться удобнее и тогда, например, в космологическом решении можно говорить о движении относительно "реликтового излучения".

В случае же с эфиром по определению подразумевается, что законы физики в общем виде имеют разный вид и выделенный именно в конкретных координатах (ровно обратная ситуация).

О "движении пространства" и прочих "потоках" в ОТО вообще никогда не говорят. Однородность и изотропность решения в случае с электромагнитным полем тоже может быть, а может не быть, но отсюда никак не следует никакое "движение относительно поля".

И не "пространство может разносить", а "пространство-время конкретном решении так устроено, что возможен рост определенной величины (которую можно назвать расстояние) между материальными точками больше скорости света". Но полного понимания "на словах" тут не достичь.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 12:08 


11/12/14
893
sergey zhukov в сообщении #1391634 писал(а):
чем пространство-время ОТО радикально отличается от эфира


Эфир в своей первой и в целом основной идее говорит о том, что он является средой в которой распространяются эл-маг волны в то время как остальная материя - нет. Поэтому проводя эксперименты можно было бы обнаружить эфирный ветер - отставание света от материи или наоборот.
В ОТО никаких эфирных ветров обнаружить невозможно, а измерение "криволинейности" в сущности сводится к детекции что где то рядом есть гравитирующее тело и в этом смысле ничем не интересно, т.к. его наличие действительно абсолютно и одинаково во всех системах отсчёта.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 12:55 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
sergey zhukov в сообщении #1391634 писал(а):
Я много раз слышал выражение вроде того, что "скорость тел в пространстве не может превысить световую, но пространство может разносить тела, в него погруженные, с любой скоростью". Часто используют выражение "поток пространства" и "вихрь пространства".

Это вы слышали в каком-то неграмотном контексте. В реальности в ОТО никто так никогда не говорит.

(В космологии есть несколько похожих слов, например, "Хаббловский поток", но им придаётся другой, отдельно оговорённый смысл, так что там всё корректно.)

Рекомендуется знакомиться с ОТО по нормальным учебникам, а не по слухам. «Ищу литературу по… (Ф)»

sergey zhukov в сообщении #1391634 писал(а):
ОТО приписывает разным точкам пространства-времени разную кривизну. Значит ли это, что пространство-время ОТО перестает быть однородным и изотропным, и поэтому появляется возможность говорить о движении "относительно пространства"? Ведь теперь мы движемся не в плоскости, одну точку которой нельзя отличить от другой, а по криволинейной поверхности, относительно которой можно уже определить абсолютную скорость.

Тут главная идея - в том, что пространство $\ne$ пространство-время. В пространстве вы движетесь. В пространстве-времени вы не движетесь - у вас есть просто мировая линия.

Пространство-время перестаёт быть однородным и изотропным. Появляется возможность говорить о том, что мировая линия как-то расположена "относительно пространства-времени" (относительно тех неоднородных функций, которые описывают пространство-время: метрика, связность, кривизна).

Но нельзя сказать, что "мы движемся по криволинейной поверхности". Мы движемся по переменной криволинейной поверхности. Одновременно и мы движемся, и сама поверхность постоянно меняется, в ней нет никаких неподвижных ориентиров.

С четырёхмерной точки зрения: неоднородное пространство (криволинейная поверхность), помноженное на однородное время, - это будет "очень хорошее" неоднородное пространство-время. Такие бывают, но это большая редкость. Это только частный случай. А в общем случае, будет какое угодно неоднородное пространство-время, и если смотреть на его пространственные сечения - они будут все разные, переменные. И не будет никаких ориентиров, относительно которых можно определять абсолютную скорость.

----------------

Практический пример.

1. Возьмём пространство-время с одной чёрной дырой. Она неизменна, и можно использовать её как ориентир.

2. Возьмём пространство-время с двумя взаимно движущимися чёрными дырами. Пусть они пролетают далеко друг от друга и не взаимодействуют. Однако теперь у нас есть два ориентира: по отношению к одной чёрной дыре, и по отношению к другой чёрной дыре. Один не лучше и не хуже другого.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 12:58 


27/08/16
9426
sergey zhukov в сообщении #1391634 писал(а):
Ведь теперь мы движемся не в плоскости, одну точку которой нельзя отличить от другой, а по криволинейной поверхности, относительно которой можно уже определить абсолютную скорость.
Не абсолютную. Можно перейти в любые другие координаты, в которых координатная скорость будет другая. И метрический тензор пространства-времени тоже окажется каким-то другим после замены координат. Но скалярная кривизна пространства-времени не зависит от выбора координат, равно, как и тензор кривизны в некотором более узком формальном смысле не зависит от выбора координат (в этом же смысле и сам метрический тензор не зависит от выбора координат). Так что, если пространство-время у нас кривое, то нет координат, в которых оно станет плоским. Но в разных координатах оно будет кривым по-разному, как и координатная скорость окажется разной, и выделить какие-то координаты как "абсолютные" всё равно не получится. Просто, в общем случае нет критерия, делающего некоторые координаты уникальными.

-- 08.05.2019, 13:16 --

Munin в сообщении #1391654 писал(а):
Возьмём пространство-время с одной чёрной дырой. Она неизменна, и можно использовать её как ориентир.
Это если она сама не вращается. :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 13:17 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
realeugene
У вас некоторая путаница с тем, что от координат зависит, а что не зависит. Вам стоит сначала разобраться самому.
Во многих учебниках "для физиков" термины типа "метрический тензор" используются взаимозаменяемо с "компоненты метрического тензора в выбранной системе координат". От этого возникают формулировки типа того, что тензор от координат зависит. Это просто от неаккуратной терминологии. Не надо тут придумывать "некоторые узкие формальные смыслы", надо разобраться.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 13:19 


27/08/16
9426
Munin в сообщении #1391664 писал(а):
Не надо тут придумывать "некоторые узкие формальные смыслы", надо разобраться.
Я знаю определение тензора, можете не сомневаться.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 13:27 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
realeugene в сообщении #1391657 писал(а):
Это если она сама не вращается. :mrgreen:

Я не оговорил, хотя хотел, что подразумевается шварцшильдовская чёрная дыра. Хотел избежать многословия.
Но даже если чёрная дыра вращается, она всё равно неизменна, и можно использовать её как ориентир.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 13:54 


27/08/16
9426
Munin в сообщении #1391667 писал(а):
Но даже если чёрная дыра вращается, она всё равно неизменна, и можно использовать её как ориентир.
Вот только возникнут осложнение с синхронизацией времени в её окрестности.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 14:28 
Заблокирован по собственному желанию


20/07/18

367
realeugene в сообщении #1391657 писал(а):
выделить какие-то координаты как "абсолютные" всё равно не получится.

Странно, что вообще обсуждается выбор координат в псевдаримановом многообразии и его свойства , это просто математика.
Координаты становятся физически выделенными , когда особым образом постулируются законы физики. Например, можно добавить слагаемое с множителем лагранжа на определенное координатное условие к действию.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 16:01 


17/10/16
3969
Хорошо, значит ситуацию, как я понял, можно представить так:

1. Существует объективное неоднородное и неизотропное пространство-время, в каждой точке которого существует его объективная кривизна. Кривизну отображает метрический тензор. То, что компоненты метрического тензора зависят от произвольных координат, не следует считать зависимостью от этих координат самого метрического тензора, так же как длину отрезка не следует считать зависимой от его различных проекций на различные системы координат;

2. В этом пространстве-времени существуют мировые линии тел. Понятие "мировая линия" отличается от понятия "траектория" тем, что тело не перемещается во времени вдоль мировой линии, а просто является ей. Т.е. тело - это и есть мировая линия, а перемещающееся во времени трехмерное тело - это срез четырехмерной мировой линии. Срез выполняется наблюдателем, с точки зрения которого мы хотим "проиграть" это пространство-время;

3. Мы можем "проиграть" это пространство-время с точки зрения разных наблюдателей, для каждого из которых поверхность одновременности определяется в этом пространстве по своему, и поэтому результат будет разным. Но все же так или иначе мы увидим просто по разному нарезанный на последовательные кадры пространственно-временной блок. Нарезка может быть очень сложной, но если взять результат для любого наблюдателя и сложить кадры в стопку, получится всегда одно и то же. Временное и пространственное направления в пространстве-времени определяет сам наблюдатель;

4. Тот факт, что никто не увлекается визуализацией этого абсолютного пространства-времени, хотя это, бесспорно, сильно помогло бы в понимании, объясняется исключительно псевдоевклидовой метрикой, которая очень затрудняет внятное отображение даже плоского пространства-времени даже с одним пространственным измерением, не говоря уже об искривленном.

Как мне кажется, в СТО несложно представить дело максимально близко к тому, к чему мы привыкли в классической механике, т.е. к движению плоскости одновременности вдоль пространства параллельно самой себе. Например, так:
https://radikal.ru/video/bV9IHfG5WBM
Слева здесь поворот в пространстве-времени с евклидовой метрикой, а справа - с псевдоевклидовой метрикой. Разница в том, что слева вся сетка поворачивается вокруг наблюдателя, а справа - каждая вертикальная линия сетки поворачивается вокруг ее пересечения с линией одновременности.

Но в ОТО эта плоскость, как я понял, становится криволинейной поверхностью, которую так и тянет замкнуть саму на себя и сделать таким образом поверхность одновременности наблюдателя замкнутой. При этом такая поверхность движется во всех направлениях сразу и вопрос о том, где будущее, а где прошлое, становится гораздо более запутанным.

Я правильно понимаю, что если бы метрика пространства времени была евклидовой, то визуализировать абсолютное пространство-время СТО и ОТО можно было бы элементарно? И только потому, что эта метрика содержит минус, мы не можем визуализировать даже плоское пространство-время? Насколько я могу судить, евклидовая метрика тоже может быть теоретически рассмотрена и дает релятивистские эффекты, обратные наблюдаемым. Например, движущийся наблюдатель удлиняется и его время ускоряется, бесконечная скорость становится возможной, но не для того, кто путешествует и т.д. Не является ли сложность СТО и ОТО результатом того, что мы используем не самые удобные переменные, вроде времени или пространства? Нет ли возможности рассматривать СТО и ОТО все же в метрике суммы квадратов, выполнив какую-нибудь замену переменных?

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 16:38 


27/08/16
9426
sergey zhukov в сообщении #1391707 писал(а):
Я правильно понимаю, что если бы метрика пространства времени была евклидовой, то визуализировать абсолютное пространство-время СТО и ОТО можно было бы элементарно?
Ну попробуйте визуализироавть хотя бы гиперкуб в 4-мерном евклидовом пространстве. Сможете мысленно представить себе все его возможные трёхмерные сечения?

Но, самое главное, в евклидовом пространстве была бы невозможна привычная нам физика.

-- 08.05.2019, 16:42 --

sergey zhukov в сообщении #1391707 писал(а):
не следует считать зависимостью от этих координат самого метрического тензора
Тут есть тонкость. Координаты можно преобразовывать друг в друга. Тензор как геометрический объект один и тот же в произвольно выбранной точке многообразия вне зависимости от выбранных координат. Но в различных точках многообразия это разные объекты.

-- 08.05.2019, 17:01 --

sergey zhukov в сообщении #1391707 писал(а):
и вопрос о том, где будущее, а где прошлое, становится гораздо более запутанным.
Нет.

При координатных преобразованиях сохраняется сигнатура симметричных тензоров. У 4-мерного риманова пространства сигнатура метрического тензора будет $(+,+,+,+)$, у псевдоориманова, используемого в ОТО - $(+,-,-,-)$. Никаким координатным преобразованием невозможно преобразовать одно в другое. Равно, как и конуса прошлого и будущего для каждого события оказываются не зависящими от выбора координат.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 17:03 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


26/01/14
4642
sergey zhukov в сообщении #1391707 писал(а):
Не является ли сложность СТО и ОТО результатом того, что мы используем не самые удобные переменные, вроде времени или пространства? Нет ли возможности рассматривать СТО и ОТО все же в метрике суммы квадратов, выполнив какую-нибудь замену переменных?
Нет, псевдоевклидово пространство существенно отличается от евклидова. Хотя бы тем, что в псевдоевклидовом пространстве существуют ненулевые векторы нулевой длины (в СТО эта "длина" называется интервалом). Этот факт не зависит от выбора системы координат.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 17:44 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
sergey zhukov в сообщении #1391707 писал(а):
4. Тот факт, что никто не увлекается визуализацией этого абсолютного пространства-времени, хотя это, бесспорно, сильно помогло бы в понимании, объясняется исключительно псевдоевклидовой метрикой, которая очень затрудняет внятное отображение даже плоского пространства-времени даже с одним пространственным измерением, не говоря уже об искривленном.
Ну всё не так страшно, и как раз картинки для плоских случаев 1+1 и 1+2 весьма постижимы. Ровно так же как можно свыкнуться с моделями сферической и гиперболической геометрии на евклидовой плоскости, точно так же и с изображением псевдоевклидовой на евклидовой — например, гиперболические повороты просто дают сжатие вдоль одной из асимптот гипербол, заменяющих окружности, с растяжением в то же число раз вдоль другой асимптоты. Величины интервалов помогают сравнивать те же гиперболы, а прикидывать их можно даже и без.

 Профиль  
                  
 
 Re: Пространство-время ОТО
Сообщение08.05.2019, 17:51 


17/10/16
3969
Так то оно так, то ведь эти векторы нулевой длины существуют, только если по осям координат мы откладываем переменные Х и t. Может, это артефакт не координатной системы, а используемых для ее осей переменных.

Меня смущает, что геометрия на псевдоевклидовой плоскости - это же просто геометрия, в которой длину отрезка откладывают по вертикальной оси, а его проекцию на эту ось откладывают в качестве самого отрезка:
Изображение

При этом геометрическая длина отрезка на псевдоевклидовой плоскости перестает отражать ее численное значение, т.к. проекцию рисуют длиннее самой проецируемой величины. Ненулевые векторы нулевой длины получаются именно потому, что мы рассматриваем не нулевой вектор, перпендикулярный вертикальной оси, т.е. с нулевой проекцией.

Это похоже на то, что неудачный выбор переменных мы пытаемся выправить при помощи совершенно неестественного выверта. Почему бы просто не рассматривать время, как длину отрезка в евклидовых координатах "расстояние-интервал" и сосредоточится на физическом смысле интервала?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 330 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 22  След.

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



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


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