Согласно общей теории относительности, гравитация возникает из-за искривления пространства-времени. Тогда все пути должны быть кривыми. Если да, то как может быть прямолинейное движение?
Тело должно двигаться по кривой траектории. Таким образом, прямолинейное движение невозможно. В искривленном пространстве-времени нет такой вещи, как прямая линия. Если да, то как может быть прямолинейное свободное падение?
На это есть два ответа. Самое простое, что кривизна мала, если вы находитесь далеко от каких-либо масс, поэтому движение будет примерно по прямой линии с постоянной скоростью.
Второй ответ гораздо важнее, но его гораздо сложнее объяснить. Суть в том, что мы определяем прямую линию как траекторию движения свободно движущейся частицы. Так, например, брошенный объект на самом деле движется по прямой линии — для нас он просто выглядит как парабола.
Это может показаться игрой слов, но на самом деле, если геометрия неевклидова, то простого определения прямой линии не существует. Мы привыкли интуитивно понимать, что такое прямая линия, только потому, что геометрия поверхности Земли приблизительно евклидова. В неевклидовой геометрии мы используем принцип, согласно которому, если на объект не действует никакая сила, то этот объект будет двигаться по прямой линии. Итак, свободно падающий объект движется по прямой линии, потому что свободное падение означает, что на него не действует никакая сила. Загвоздка в том, что прямолинейность линии зависит от наблюдателя, поэтому разные наблюдатели не могут прийти к единому мнению о том, является ли линия прямой или нет.
Комментарий Яна к вашему вопросу относится к геодезической , и это термин для прямой линии в неевклидовой геометрии. Вы можете заинтересоваться Google для геодезии , чтобы узнать больше, но чтобы получить что-то большее, чем упрощенное описание, которое я дал выше, вам придется застрять в математике.
user36790, пожалуйста, не принимайте этот ответ неправильно. Это не должно быть пренебрежительным. Согласно вашей пользовательской странице, вам 17 лет. У вас какие-то недоразумения. Вы намного впереди своих сверстников, многие из которых будут иметь подобные (или даже более сильные) недоразумения на протяжении всей своей жизни. За последние несколько часов вы задали ряд связанных вопросов. Все они являются результатом одного и того же непонимания. Это непонимание заключается в том, что вы смотрите на вещи с ньютоновской точки зрения, где пространство — евклидово, где время — независимый параметр, и где все согласны с тем, что такое пространство и время.
Это не так. Это очень близко к тому, как все работает в некоторых особых обстоятельствах. Те особые обстоятельства, при которых пространство и время локально кажутся отдельными и ньютоновскими, — это то, с чем мы обычно сталкиваемся в повседневной жизни. Вот почему ньютоновская механика оказалась столь успешной. То, что ньютоновская механика так хорошо работает в нашем обычном, повседневном мире, не означает, что она универсальна. На самом деле, мы знаем, что это не всегда верно.
Тогда все пути должны быть кривыми. Если да, то как может быть прямолинейное движение?
Это ваше ньютоновское мышление в действии. И специальная теория относительности, и общая теория относительности явно неевклидовы. Резкое различие между пространством и временем в ньютоновской механике стирается в теории относительности; пространство и время становятся разными аспектами одной вещи, пространства-времени.
Несмотря на то, что геометрия в теории относительности не является евклидовой, с точки зрения неевклидовой геометрии общей теории относительности можно задать вопрос: « Что такое прямая? » Одно из определений «прямолинейности» в евклидовой геометрии состоит в том, что прямая линия проходит между двумя точками. это путь, который имеет наименьшую длину среди всех путей, соединяющих две рассматриваемые точки.
Эта концепция «прямолинейности» прекрасно распространяется на геометрию общей теории относительности. Все, что нам нужно, — это что-то для измерения «расстояния», « метрика », и это то, что обеспечивает общая теория относительности. Это обобщение евклидовой прямой на неевклидову геометрию называется « геодезической ».
Знаете что, вы абсолютно правы. Ничто не ускоряется под действием силы тяжести по прямым линиям. Скорее, все объекты следуют кратчайшим и прямым путям, доступным в той области искривленного пространства-времени, которая называется геодезической.
Однако более запутанным является наше восприятие и определение прямой линии. Понятие «прямой» основано на нашем восприятии Вселенной. Чтобы прояснить это, рассмотрим следующую аналогию: представьте двумерное существо, живущее на листе бумаги. Он не имеет возможности воспринимать что-либо за пределами листа бумаги. Если вы нарисуете линию на бумаге, жук увидит прямую линию. Теперь представьте, что аккуратно сверните лист бумаги так, чтобы он изогнулся. Жук, который не может знать, что лист, на котором он живет, изогнут, и может воспринимать вещи только на листе, будет продолжать видеть прямую линию. Однако мы, люди, глядя сверху, видим, что линия изогнута просто потому, что бумага, на которой она нарисована, изогнута.
Нечто подобное происходит, когда объекты ускоряются под действием силы тяжести. Путь, которым они следуют, на самом деле изогнут, но мы воспринимаем его как прямой.
Обратите внимание, что аналогия не совсем точна. Кривизна пространства, или пространства-времени, является внутренним свойством и не имеет ничего общего с тем, как оно встроено в более высокое измерение. Это означает, что вам придется сделать больше, чем просто свернуть лист бумаги, чтобы актер внес кривизну, эффекты которой можно почувствовать внутри листа. Выбор сферы и рассмотрение ее как изогнутой двумерной поверхности будет более точным.
Простой ответ заключается в том, что если объект падает и ускоряется, его график XT будет искривлен, поэтому его мировая линия будет искривлена, поэтому движение объекта будет кривой в пространстве-времени, а мы видим только пространство, поэтому мы видим его как прямую линию.
Но мы можем видеть искривление пространства-времени на Земле, вращающейся вокруг Солнца.
Джон Дворжак