Больше информации на эту тему на сайте http://top-formula.net
ГЛАВА 3.
КВАНТОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ
3.4 Атом в шубе гравитации
Почему наше пространство искривлённое? Почему массивные звёзды изменяют “прилегающую территорию”? На эти вопросы общая теория относительности ответов не даёт.
А объясняет ли искривление пространства квантовая теория гравитации? Объясняет, и очень даже просто. Для этого достаточно рассмотреть атом в гравитационном поле. Вернее, понять, как будут изменяться его свойства.
Атомы – это не только кирпичики любого вещества, тела. Это ещё и кирпичики для создания единиц измерения: килограмма, секунды, метра… Один килограмм можно выразить через массу протона или электрона. Одну секунду – через период вращения электрона вокруг ядра. Во Франции хранится эталон метра. Это платиново-иридиевый брусок. Если каждый атом внутри него уменьшится, скажем, в два раза, то и сам брусок станет короче в два раза.
Всё это очень важно. Если мы поймём, какие изменения происходят с атомом в гравитационном поле, то узнаем, как изменяются эталоны измерения. Поэтому давайте посмотрим, вооружившись знаниями, которые даёт квантовая теория гравитации, что делает с атомом гравитационное поле.
Для наглядности возьмём два атома водорода (рисунок 22).
Один из них находится вдали от массивной звезды, другой – вблизи неё. Сравним свойства этих атомов.
Электрон вращается вокруг ядра в виде облака и не имеет ни определённой скорости, ни определённого местоположения. Однако электрон имеет среднее значение скорости движения и среднее значение расстояния до ядра.
Звезда (или любое другое массивное тело) создаёт вокруг себя гравитационное поле, следовательно, она уменьшает неопределённость в движении электрона. Атом, находящийся вблизи звезды, по своим размерам меньше того атома, что находится далеко от неё. Это и есть причина изменения масштаба. Вблизи звезды масштаб изменяется потому, что эта звезда уменьшает неопределённость в движении атома и словно сжимает его (рисунок 22).
Если уменьшился размер атома, значит, уменьшилось и расстояние между электроном и ядром. Отсюда следует, что кулоновская сила притяжения между ними стала больше. Из-за большей силы притяжения электрон вращается вокруг ядра быстрее. То есть, во втором атоме скорость вращения электрона вокруг ядра выше, соответственно, кинетическая энергия больше, а период вращения электрона меньше.
Но в атоме, который находится в сильном гравитационном поле, изменяется не только кинетическая энергия. Из-за того, что электрон стал ближе к ядру, изменилась и потенциальная энергия его притяжения к ядру.
Описание изменения свойств атома, находящегося вблизи массивного тела, по сравнению с атомом, что вдали от этого тела, мы можем продолжить и дальше. Одним словом, очевидно, что свойства атома в гравитационном поле меняются. А так как в современной физике через параметры атома определяют все эталоны измерения физических величин, то, следовательно, все эти эталоны также изменяются вблизи массивного тела.
Например, вблизи массивного тела от точки к точке изменяется размер атома. Это и приводит к искривлению пространства-времени. Вот так просто объясняет искривление пространства-времени квантовая теория гравитации. Эта теория также описывает это искривление – как искривляется траектория перемещения частицы в гравитационном поле. Для слабого поля, например Солнечной системы, уравнение движения в квантовой теории гравитации выглядит так же, как уравнение движения в общей теории относительности. Явные отличия между этими двумя теориями появляются в случае сильных полей. Об этом будет сказано чуть позже.