Mitos da Física Popular, continuação: Gravidade

A primeira parte do artigo está aqui . Enquanto isso, analisaremos outros mitos sobre os quais esses dois caras não falarão:

A massa de corpos voadores rápidos aumenta

Certa vez, tive um livro sobre a teoria da relatividade, publicado na URSS. Pelo que me lembro agora, uma ilustração foi desenhada lá: um foguete voa (quase à velocidade da luz) e uma gravidade monstruosa puxa planetas, estrelas, galáxias em sua direção ... Tudo isso cresce a partir desta fórmula:



Onde grande M é a massa "relativista". Esse conceito era muito popular no início do século 20, mas o próprio Einstein o enterrou . Na verdade, até o fator “ce”, esse valor coincide com a energia total do corpo, portanto, não faz sentido ter duas quantidades físicas diferentes que diferem apenas pelo fator (e no sistema “natural” de unidades, em que c = 1, essas quantidades são geralmente idênticas) . Por padrão, a palavra "massa" significa uma massa em repouso (mais corretamente, massa invariável ).

No entanto, os popularizadores da ciência leram muitos dos primeiros trabalhos dos físicos - porque queriam descrever como tudo começou. Então eles desenterraram a aeromoça e puxaram a massa relativista nas páginas de seus livros. Isso, em geral, não é tão assustador, é apenas importante entender que essa quantidade não tem relação com a gravidade. Aqui está um exemplo:



Na figura A, temos duas bolas da mesma massa em repouso em relação ao observador. Graças à gravidade, em um minuto as bolas são atraídas uma pela outra. Agora opção B - as bolas voam perto da velocidade da luz. Deixe o fator 2 de Lorentz (diminuindo o tempo pela metade, reduzindo o comprimento pela metade, a “massa relativista” é duas vezes maior que a massa restante). Quanto tempo essas duas bolas se atraem?

A tarefa é resolvida simplesmente. Do ponto de vista do observador sentado na bola, as bolas colidem de qualquer maneira em um minuto (princípio de equivalência). Mas o tempo no sistema de bolas é lento para um observador que as olha de lado. Isso significa que isso acontecerá mais lentamente , e não mais rápido , como muitas pessoas pensam (porque, dizem eles, a massa relativista aumentou)

Se a estrela é acelerada a alta velocidade, pode se tornar um buraco negro

Não. Aqui, a única coisa que pode ser dita é ver acima.

Se o corpo é aquecido, pesa mais.

Mas isso é verdade. Aqui vale a pena insistir no que, de fato, cria a gravidade:



Este é um tensor, uma matriz de 4 por 4. De onde vem o número 4? Três dimensões espaciais e uma temporária. Na diagonal, temos: no canto superior esquerdo, a densidade de energia (por exemplo, é simplista pensar na massa restante vezes o tse-quadrado). Depois vem a pressão (em três dimensões). As células restantes são importantes para borbulhar plasmas com fluxos próximos à velocidade da luz. Ao aquecer o corpo, aumentamos a pressão dentro dele (para simplificar, é melhor considerar o gás)

Aqui é apropriado fazer uma pergunta interessante. Mas a pressão do gás é o movimento das moléculas! Ou seja, em vez de um corpo com pressão interna, pode-se considerar muitas moléculas em movimento separadas, e a pressão é zero? Certo. Além disso, isso pode ser feito mesmo para um "gás" composto por estrelas - você pode calcular o movimento de todas as estrelas individualmente ou pode dizer que uma galáxia contém "gás" de estrelas sob uma certa pressão. E o resultado será o mesmo!

Aqui, essa propriedade de GR ajuda muito: no sistema de coordenadas, onde o momento total do sistema é zero, podemos substituir todo esse tensor por apenas um certo valor de massa (ou seja, deixar uma célula) (se não levarmos em conta as perdas de radiação das ondas gravitacionais). Assim, podemos simplesmente dizer que um corpo aquecido é mais pesado e não está interessado no que está acontecendo lá dentro. Você sabe o que isso me lembra do mundo de TI? Encapsulamento !

A luz atrai outros objetos?

Todo mundo sabe que a luz é desviada pelas estrelas. Mas a própria luz atrai outros objetos? Muitas pessoas pensam que não, porque "a massa restante de um fóton é igual a zero". Voltando ao nosso tensor, a energia do fóton não é zero e eles também têm impulso e criam pressão - quase todas as células são diferentes de zero! Um gás de fóton fechado em uma concha de espelho ideal criará gravidade.

A luz é atraída uma pela outra e a partir da luz você pode fazer um buraco negro. Dois raios de lanternas direcionados um para o outro se dobram, atraídos um pelo outro. Curiosamente, dois raios que viajam na mesma direção não interagem (você pode imaginar isso como um caso extremo do primeiro exemplo com bolas). Em particular, um raio de luz não pode "se concentrar" devido à gravidade.

Mas, em geral, tudo está muito ruim

Se temos muitos corpos em interação, qual é a massa do sistema? Não podemos, como na mecânica clássica, pegar e somar as massas. Observadores sentados em estrelas diferentes terão opiniões diferentes sobre a simultaneidade de eventos, sobre a massa de diferentes corpos, sobre o centro de massa do sistema. Em vários casos especiais, os conceitos da massa de Komar (não um inseto, mas um cientista com esse nome!), Massa da ADM, massa de Bondi - foram desenvolvidos em detalhes aqui . Mas estes são todos casos especiais. No caso geral, não está claro qual é a massa em GR. A propósito, no caso geral, o conceito de “energia potencial do campo gravitacional” também não existe.

PS

Obrigado pelos comentários da primeira parte. Havia tantos que eu não conseguia responder fisicamente a tudo. A pergunta foi repetida com frequência - aqui você está dizendo algo e por que deveria acreditar em você, esta é a sua palavra contra a nossa. O objetivo deste artigo não é provar nada para você, mas apenas fornecer pontos de partida para pesquisar no Google.