Субота, листопада 25, 2017

Загальноуніверситетська
газета
№ 7 (4016)
вівторок 8 квітня
2014 р.

З 1 січня 1817 р. Харківський університет видавав "Харьковские известия", з 8 квітня 1927 р. - "Робітник освіти", з 15 грудня 1928 р. - "Іновець", з 1 січня 1930 р. - "За нові кадри", з 1 січня 1936 р. - "За більшовицькі кадри", з 1 січня 1947 р. - "Сталінські кадри", з 1 січня 1957 р. - "Харківський університет" (вперше номер з такою назвою з'явився 19 грудня 1945 р.).

Газета нагороджена Почесною грамотою Державного комітету у справах преси, телебачення та радіомовлення України.

100 років ЗТВ

Сенсація ХХI сторіччя. Вікно у Всесвіт


ВІД РЕДАКЦІЇ. Нарешті ми його піймали − Голос і Пульс ВСЕСВІТУ. Людство стало на порозі нового  етапу розвитку своєї цивілізації! Космос заговорив із нами.  А може правильніше: ми його нарешті почули! Учені планети Земля експериментально підтвердили епохальне відкриття. Їм вдалося підтвердити існування так званих гравітаційних хвиль, про які  попереджала побудована  А.Ейнштейном 100 років тому  загальна теорія відносності. 11 лютого астрофізики всього світу відкривали шампанське  і давали прес конференції (хоча інтригу тягнули ще з вересня 2015 (!!!) і говорили про початок  нової ери астрофізики. Про відкриття хвилина в хвилину синхронно оголосили в Вашингтоні, Москві  та Європі: саме там, де вчені шукали загадкові гравітаційні хвилі. Прилади зафіксували  відлуння  злиття двох чорних дір, що знаходяться від Землі на відстані півтора мільярда світлових років… Коли в космосі стикаються такі надмасивні об’єкти, у всі боки ідуть брижі простору-часу, як кола по воді, спотворюється сам простір. І ефект цей 100 років тому передбачив Альберт Ейнштейн  у своїй загальній теорії відносності (ЗТВ). Саме про яку ми і продовжуємо ось уже в котрому номері  устами провідних університетських вчених розмову.

Про Всесвіт,  гравітацію і…геометрію

Простір і час єдині, існує зв'язок між масою і енергією − спеціальна теорія відносності, що перевернула на початку минулого сторіччя загальноприйняті уявлення про світ, досі продовжує непокоїти розуми і серця людей. Що уявляє собою ця теорія та які передумови виникнення вона має?

Про це розповів нам завідувач кафедри геометрії факультету математики та інформатики, доктор наук Олександр Леонідович ЯМПОЛЬСЬКИЙ:

− Як ми знаємо, теорія відносності ділиться на дві частини: спеціальну і загальну. Але обидві ці теорії є геометричними, бо тут йдеться саме про геометрію простору і часу. Точка у цьому просторі визначається чотирма параметрами: три з них визначають розташування матеріальної  точки в просторі, а четверта −  час − відповідає за «еволюцію» її розташування. ЕЙНШТЕЙН висунув сміливу гіпотезу щодо неможливості перевищити  швидкість руху фотонів у вакуумі. Таке припущення потягнуло за собою ряд несподіваних ефектів як з фізичної, так і з математичної точки зору. Вважається, що відомий математик та геометр Анрі ПУАНКАРЕ є першим, хто заклав математичні основи спеціальної теорії відносності (СТВ). Нідерландський фізик ЛОРЕНЦ, у свою чергу, використав результати ПУАНКАРЕ і проінтерпретував їх для фізиків. Тому знамениті формули  збільшення маси і уповільнення часу  називають перетвореннями Лоренца-Пуанкаре

Анрі ПУАНКАРЕ також належить знаменита «гіпотеза Пуанкаре», яку підтвердив Григорій ПЕРЕЛЬМАН. В основі цієї гіпотези, як частковий випадок,  лежить проблема нашого Всесвіту, адже вищою мірою інтригуючим є питання про те, яким є Всесвіт− Ми не бачимо меж Всесвіту, але чи є він нескінченним− Наш досвід підказує нам, що всі фізичні величини, в тому числі і розмір Всесвіту, мають бути скінченними. Тож чи існує геометрична фігура, на яку наш Всесвіт схожий− Пуанкаре припустив, такою «фігурою» є тривимірна сфера. Григорій ПЕРЕЛЬМАН дав позитивну відповідь на цю гіпотезу, яка тепер вже є доведеним фактом − наш Всесвіт дійсно має топологію сфери. Всесвіт є безмежним, але скінченним.

Що стосується загальної теорії відносності, то вона теж є суто геометричною. У своїй теорії ЕЙНШТЕЙН поєднав гравітацію з кривиною простору. Тож виходить, що гравітація виявляє себе як кривина простору. У плоскому просторі гравітації  немає. Для того, щоб це зрозуміти, є такий приклад. Уявімо собі батут з натягнутою тонкою плівкою, кидаємо туди кульку (масу), яка, у свою чергу, утворює невеличку лунку. Виходить, що маса викривляє площину у своїй околиці. Чим далі ми відходимо від маси, тим менше викривлена площина. Якщо ж просто викривити частину плівки, то вона зміниться, як ніби то ми помістили туди масу. Тобто, викривлення плоского виявляє себе як гравітація.

Чим більше маса, тим більше цей простір викривляється. Навіть, якщо у тіла немає маси, все одно воно буде відчувати цю гравітацію. Наприклад, без масовий квант світла − фотон − рухається, за теорією Ейнштейна, по так званій геодезичній лінії простору. У плоскому просторі така лінія є звичайною прямою лінією. У просторі з кривиною (читай, з масою) геодезична лінія може мати складну будову. І це експериментально доведений факт, що підтверджує правильність підходу ЕЙНШТЕЙНА, який цю модель і запропонував. Під час затемнення Сонця астрономи зафіксували положення певної зірки поблизу сонячного диску. Коли Сонце змістилось в інше місце, то побачили, що положення тієї ж зірки теж змінилося, бо промінь, проходячи повз Сонця, пішов не по прямій, а зазнав викривлення свого шляху, оскільки світло від зірки йшло по геодезичній лінії, як і стверджував ЕЙНШТЕЙН. Це сталося 29 травня 1919 року. Таким чином, астрономи перевірили обчислення  Ейнштейна і довели, що Ейнштейн і справді мав рацію.

− Яке значення має загальна теорія відносності для сучасних людей?

− По-перше, цікаво, чому виникає гравітація− От звідки ми отримуємо електроенергію, на це питання людина відповіла і винайшла електромашину, лампу і т.д. Що ж стосується теорії гравітації, на жаль, створити антигравітацію ми ще не можемо, хоча було б дуже зручно. Ми знаємо геометрію гравітації, але не знаємо її природу. В електриці, наприклад, є і тяжіння, і відштовхування, а у гравітації тільки тяжіння. Уявіть собі, якби ми викрили  природу гравітації, то можна було б одягнути черевики і легко стрибнути на 10 поверх (жарт)! Утилітарність СТВ і теорії гравітації ЕЙНШТЕЙНА не очевидна, але, тим не менш, фізикам доводиться її враховувати, коли вони мають справу з елементарними частинками, де виникає надто велика швидкість. Відповідно до формул перетворення ЛОРЕНЦА, наближаючись до швидкості світла, сповільнюється час, «подовжується» відстань і збільшується маса. Тобто маса тіла залежить від його швидкості. Одна справа штовхнути м’яч, інша справа − важку шафу. Якщо звернутися до мікросвіту, то виходить такий ефект: чим більше ви розганяєте електрон (який за своєю природою дуже легкий), тим більше він опирається збільшенню швидкості. Виникає відчуття, що у електрона збільшується маса. Ви додаєте більше енергії, а його швидкість збільшується мало. Все це враховується, наприклад, при влаштуванні того ж колайдера, адже потрібно правильно вирахувати, скільки енергії потрібно докласти, щоб електрон чи протон отримав певну швидкість, бо його маса необмежено зростає. Теорія ЕЙНШТЕЙНА у цьому випадку повністю підтверджується − без його розрахунків не обійтись.

− Олександре Леонідовичу, чи побудували б теорію відносності без Ейнштейна?

− Напевно, так. Коли людство стикається з певним викликом в науці, завжди знаходяться люди, що прагнуть дати відповідь. Альберт ЕЙНШТЕЙН і Григорій ПЕРЕЛЬМАН є саме такими геніями. Але не слід забувати, що їх досягнення були побудовані не на порожньому місці. Так, до Ейнштейна вже були відомі перетворення Лоренца-Пуанкаре, були закладені основи Ріманової геометрії (теорії кривини). Перельману вдалося розв’язати проблему Пуанкаре завдяки видатним ідеям американського математика Річарда ГАМІЛЬТОНА і ідеям радянської геометричної школи, що пов’язана з іменем видатного геометра академіка А.Д. АЛЕКСАНДРОВА. Як на мене,  в обох випадках вся математика була вже готова. Геній ЕЙНШТЕЙНА полягав у поєднанні геометрії і теоретичної фізики, Григорія ПЕРЕЛЬМАНА −. у поєднанні західної і радянської геометричних шкіл.

Розмовляла А. ОРЛОВА