Принцип Маха неверен?

Принцип Маха повлиял на Эйнштейна, но окончательная формулировка общей теории относительности в 1916 году явно опровергает гипотезу Маха. Согласно принципу Маха, движение, в том числе ускоряющее и вращательное, может быть определено только относительно других объектов. Это означало бы, что не может существовать никаких гравитационных волн.

Однако общая теория относительности предсказывает, а эксперименты подтверждают, что гравитационные волны действительно существуют: соответствующие наблюдения также были отмечены Нобелевской премией по физике 1993 года. Волны — это вибрации самого пространства. Это означает, что метрический тензор запоминает информацию о геометрии - и кривизне в каждой точке, даже в пустом пространстве, что принцип Маха специально хотел запретить.

Более того, восприятия и другие эффекты ускорения должны были определяться сравнением с удаленными объектами. Этот простой факт сам по себе нарушает локальность, которая стала важной уже в специальной теории относительности и была просто унаследована общей теорией относительности.

Если вы заботитесь об истории, то новые холодные отношения взаимны: так же, как общая теория относительности отвергла принцип Маха, Мах отверг общую теорию относительности — и уже, по сути, специальную теорию относительности. ;-) Если вам небезразлична социология, то среди физиков, активно занимающихся теорией относительности, был проведен опрос, и подавляющее большинство из них также сказали бы, что принцип Маха опровергается общей теорией относительности.

Некоторые люди иногда говорят, что некоторые эффекты, предсказанные общей теорией относительности, такие как перетаскивание рамки, носят «махистский» характер. Я думаю, что это вводит в заблуждение, потому что пытается заставить слушателей думать, что принцип Маха можно сделать совместимым с наблюдениями. Весьма сомнительно, что принцип Маха мог бы предсказать в отношении перетаскивания системы отсчета, потому что принцип Маха никогда не становился жизнеспособным кандидатом на роль физической теории. Но идея о том, что перетаскивание кадров — это махизм, скорее идеология и реклама, чем обоснованное наблюдение. Несмотря на неопределенность в отношении таких очень подробных эффектов, принцип Маха сказал достаточно, чтобы мы были уверены, что он неверен во всех своих формах.

Что ж, в Интернете много дискуссий о давно умерших идеях в физике — и, может быть, в основном о них. Однако Интернет не имеет ничего общего с нынешним состоянием физики.

Использование определения принципа Маха, данного Махом в 1893 году, обрекает дискуссию на неуместность. Это все равно, что опубликовать на physics.SE вопрос под названием «Как определяется спектр излучения водорода?», а затем указать в теле вопроса, что нам нужен ответ, написанный в терминах эфира и ньютоновской механики.

В 1960-х и 70-х годах был золотой век испытаний ОТО, и одной из самых активных тем была проверка ОТО на фоне альтернативных теорий, таких как гравитация Бранса-Дикке. Гравитация BD - физически очень хорошо мотивированная теория. Оригинальная статья доступна на сайте http://loyno.edu/~brans/ST-history/ и ее легко прочитать, даже если вы не специалист. Идея гравитации BD состоит в том, чтобы связать материю со скалярным полем.$\phi$, который обеспечивает физический механизм для идеи Маха о том, что инерция объекта исходит из другой материи во Вселенной. BD гравитация более махистская, чем GR. Ни ОТО, ни БД гравитация не являются полностью махистскими или полностью немахистскими. Гравитация BD имеет безразмерный параметр$\omega$. В пределе$\omega\rightarrow\infty$, гравитация BD сводится к GR. Бранс и Дике придерживались идеи, что «[...] в любой разумной теории$\omega$должен иметь общий порядок величины единицы.» Это делает теорию фальсифицируемой.

Эксперименты показывают, что$\omega$на самом деле должно быть достаточно высоким. Наилучшее ограничение тока дает зонд Кассини, для которого требуется$\omega \ge 40,000$. Следовательно, гравиметрию BD следует считать фальсифицированной. Таким образом, современный разумный ответ на вопрос ОП таков: принцип Маха ложен в том смысле, что эксперименты определяют вселенную как не более махистскую, чем ОТО, что не очень махистски.

Принцип Маха — просто философский предок принципа эквивалентности: материя говорит геометрии, как искривляться, геометрия говорит материи, как двигаться . Итак, да, вы можете использовать Минковский как решение вакуумных уравнений Эйнштейна, но в ту минуту, когда вы вводите даже самую маленькую массу, ваше решение перестает быть Минковским. Вы могли бы указать, что асимптотически пространство-время по-прежнему будет плоским и Минковским. Однако в ОТО (и в КТП) важна не только локальная геометрия. Дело в том, что нет интересной геометрии, которая не содержала бы еще и материи.

Принцип Маха интерпретировался по-разному. Я нахожу следующее определение из Википедии наиболее удобным для меня:

Очень общее утверждение принципа Маха звучит так: « Местные физические законы определяются крупномасштабной структурой Вселенной ».

В зависимости от того, какой сейчас день недели и какая интерпретация этого дня вам больше всего нравится, принцип Маха может быть «правильным», «неправильным» или «устаревшим». Но если сформулировать простым способом, описанным выше, то это не что иное, как переформулировка принципа эквивалентности, и вопрос о его «правильности» уже не стоит.

Принцип Маха, если его интерпретировать снисходительно, требует, чтобы горизонты включались в материю, наряду с гравитационными волнами, светом и всеми частицами. Это необходимо для включения черных дыр, а для непротиворечивости требуются также космологические горизонты. Как только вы поймете, что «материя» означает «горизонт», утверждение, что всякое вращение происходит относительно далеких горизонтов, станет просто чахлой классической версией голографического принципа и в каком-то смысле бессмысленно верно.

В психологии существует особый эффект, называемый «эффектом вербального затемнения». Он касается явления, когда описание ранее увиденного лица ухудшает узнавание этого лица.

Принцип Маха по существу является мишенью этого психологического воздействия. Теоретически он затмевается таким образом, что большинство физиков относятся не к основному эмпирическому ядру, а к обсуждаемому теоретическому контексту.

Герман Бонди и Джозеф Самуэль попытались исправить это наблюдательное ядро ​​принципа Маха. (Эффект Ленсе-Тирринга и принцип Маха, Physics Letters A 228, 1997, S. 121–126 ) . к местным инерциальным системам отсчета».

Это «совпадение» измеряется с очень высокой точностью: 0,25 миллисекунд дуги в год. (Ю. Ковалевский и др. "Каталог Hipparcos как реализация внегалактической системы отсчета", Астрон. Астрофизика. 323, 620 - 633 (1997)

Именно это совпадение и должно быть объяснено теоретически. Общая теория относительности — лишь предпочитаемый теоретический инструмент для объяснения этого совпадения, но все попытки провалились. Следовательно, с исторической точки зрения это эмпирическое совпадение предстает как АНОМАЛИЯ - как факт, никак не объяснимый ходовой парадигмой. Ответы, данные на этом веб-сайте, действительно отражают эту эпистемологическую особенность почти идеализированным образом. MOSHE fe сравнил это с душем в отеле, который резко меняется от слишком горячего к слишком холодному, но никогда не бывает достаточно удобным.

Поскольку это эмпирическое совпадение, очевидно, относится к предельным границам нашей вселенной, его решение, соответственно, объяснение может быть найдено не внутри мира, а вне его.

ГЕЛЬМУТ

Если вы считаете вращение относительным, то наблюдатель на вращающемся теле может считать себя неподвижным, а Вселенная вращается вокруг него. С такой точки зрения, чтобы избежать превышения скорости света, удаленные объекты должны иметь орбиты меньше c/omega, поэтому пространство должно быть сильно искажено. Большая часть массы во Вселенной будет иметь относительную скорость, близкую к скорости света, и, таким образом, будет иметь чрезвычайно увеличенную массу и, следовательно, огромные гравитационные поля. Мне кажется вполне возможным, что результирующая результирующая сила, действующая на наблюдателя, будет линейно возрастать с расстоянием от центра кадра, как и центробежные силы.

На самом деле это не тот случай, когда принцип Маха неверен. Это что-то связанное с общей теорией относительности, а перетаскивание кадра или эффект Ленсе-Тирринга похожи на принцип Маха. Однако это локальные законы физики, а принцип Маха — глобальная гипотеза. Гравитация говорит нам, что искривление пространства-времени вызывает движение масс, и если эти массы достаточно велики, это, в свою очередь, может изменить кривизну. Таким образом, гравитация или кривизна пространства-времени действуют на массу локально, и она испытывает ускорение, если смотреть из другой системы отсчета. Это геодезическое отклонение, которое определяется кривизной Римана. Таким образом, это говорит нам о том, что масса, ускорение которой наблюдается, — это та же самая масса, которая реагирует на кривизну — принцип эквивалентности. Это тоже похоже на принцип Маха: инерция там определяет инерцию здесь.

Мах заявил, что центростремительная сила, действующая на локальную вращающуюся систему отсчета, эквивалентна тому, что происходит, если система не вращается и вся Вселенная вращается вокруг системы отсчета. Курт Гедель разработал модель вращающейся Вселенной и обнаружил очень странное пространство-время с петлей во времени. Если Вселенная вращается, ее структура радикально отличается от первоначальной гипотезы Маха. Далее, эта вселенная нарушает энергетические условия. Это не физическое пространство-время, даже если оно исходит из уравнений поля Эйнштейна. Это, по крайней мере, предполагает наличие некоторых радикальных отклонений от принципа Маха и общей теории относительности. Принцип Маха не является следствием общей теории относительности.

Принцип Маха в некоторых отношениях довольно расплывчат. Говорят, что инерция тела определяется инерцией (или массами) всех других тел. Опять же, это звучит как ОТО, но это распространяется на всю вселенную. Фактическое гравитационное взаимодействие частицы с галактикой на z = 8, расположенной на расстоянии около 12,5 миллиардов световых лет, ничтожно мало. Таким образом, картинка взаимодействия выглядит забавной. Может показаться заманчивым сказать, что вся Вселенная — это своего рода единая квантовая волновая функция, а единичные массы, которые мы наблюдаем, — это запутанные подмножества. Это может показаться глобальным и уйти от$q/r^2$падение под действием силы тяжести. Отсюда может возникнуть соблазн сказать, что инерция наследуется таким образом. Однако в запутанности не участвуют силы, и инерция как запутанность не определена.

Скажу также, что я подозреваю, что у Маха были представления об эфире в пространстве, когда он это высказывал. Так что у него, вероятно, была какая-то картина вращающейся рамки, движущейся через эту среду, и это как-то эквивалентно тому, что вся среда вращается вокруг рамки. Так что эфирный вихрь в случае вращающегося мира — это то, что порождает центробежную силу на вращающейся системе отсчета.

Короче говоря, принцип Маха состоит в том, что инерция не абсолютна, определяется конфигурацией материи, и другого источника нет.

Это можно резюмировать в двух утверждениях:

1. Массивные тела могут влиять на инерцию других объектов (инерция определяется конфигурацией материи)

2. Вселенная не вращается и не линейно ускоряется в целом (другого источника инерции нет)

Первое утверждение включено в ОТО и подтверждено экспериментальным измерением перетаскивания кадров. На самом деле инерцию можно даже экранировать, чтобы люди во вращающемся (на фоне далеких звезд) космическом корабле не могли обнаружить вращение.

Второе утверждение еще не доказано (во вращательной части), хотя и проверено с высокой точностью. Линейная часть просто следует из закона сохранения импульса.

Честный ответ должен заключаться в том, что никто не знает наверняка. Эйнштейн изначально вдохновлялся этим принципом, когда формулировал ОТО. Однако постепенно стало ясно, что существуют решения уравнений поля ОТО, что не подтверждает принцип Маха. Эйнштейн был полностью разочарован в свои последние годы. На самом деле у ОТО есть некоторые черты, определенно «махистские», но есть и «немахистские». Верен этот принцип или нет, всегда было предметом споров. Нынешнее мнение большинства специалистов кажется совершенно отрицательным в отношении принципа Маха.

В последнее десятилетие было проведено множество исследований по принципу Маха. Исследователи пытаются разработать теорию, основанную на принципе Маха, которая могла бы правильно объяснить вселенную. Есть несколько недавних работ, в которых показано, что принцип Маха может объяснить квантовую механику, а также космологию без темной материи и темной энергии. Поэтому неправильно говорить, что принцип Маха неверен. Вы можете просмотреть следующие исследовательские работы. Они, конечно, чрезвычайно математические, но логику, скорее всего, поймет любой. http://arxiv.org/abs/1206.6755 махистская гравитация и гигантские галактические силы. http://arxiv.org/abs/1206.0923 по волновой механике частиц.