Алексей Семихатов — «Общая теория относительности: гравитация и космос»

• Гравитация — самая важная сила во Вселенной.  

• Она организует и формирует Вселенную.  

• Гравитация зажгла звезды, создавшие элементы, из которых мы состоим.  

• Современная теория гравитации связана с общей теорией относительности.  

• Гравитация Ньютона рассматривается как вселенская сила.  

• Анекдот про яблоко иллюстрирует, что земные и небесные явления подчиняются одному закону.  

• Закон всемирного тяготения универсален и притягивает все.  

• Гравитационный заряд — это масса, мера инерции.  

• Все тела падают с одинаковым ускорением из-за пропорциональности массы и гравитационного заряда.  

• Гравитация линейна: суммарная сила равна сумме сил от каждого источника.  

• Ньютон использовал метод интегрирования для расчета гравитации планет.  

• Гравитация убывает с расстоянием по закону 1/r².  

• Закон всемирного тяготения не зависит от времени.  

• Изменение положения Солнца мгновенно ощущается Землей.  

• Все тела приобретают одинаковые ускорения.  

• Невесомость возникает из-за одинаковых ускорений всех тел.  

• Закон всемирного тяготения принимает вид закона свободного падения.  

• Ускорение тела пропорционально массе притягивающего тела, обратно пропорционально квадрату расстояния и константе гравитации.  

• Гравитация очень слабая сила по сравнению с электричеством.  

• Сила гравитации между протонами и электронами слабее электрической силы в 10^41 раз.  

• Ньютоновское описание гравитации помогло открыть Вселенную.  

• Большие планеты имеют примерно круглую форму благодаря гравитации.  

• Орбиты планет устойчивы и следуют эллипсам.  

• Планирование полетов от Земли к Луне и планетам стало возможным благодаря законам Ньютона.  

• Орбиты вокруг Земли не кеплеровы из-за формы Земли.  

• Солнечно-синхронные орбиты — пример умелого использования законов Ньютона.  

• Лагранж предложил космические парковки за 130-140 лет до первого искусственного спутника.  

• Телескопы и солнечные обсерватории находятся в точках Лагранжа.  

• Гравитационная прощу используется для передачи энергии между планетами.  

• Приливы вызваны различием в гравитационных силах на разных сторонах Земли.  

• Луна имеет два периода вращения, один из которых согласован с периодом обращения вокруг Земли.  

• Плутон и Харон захвачены друг другом, вращаясь как "танцующие партнеры".  

• Предел Роша определяет расстояние, на котором происходит разделение объекта.  

• Приближение Луны в 40 раз может привести к образованию колец.  

• Гравитация позволила открыть Нептун и другие планеты.  

• За нептуновыми телами найдено множество каменно-ледяных тел.  

• Орбиты некоторых тел устроены так, как будто их кто-то удерживает.  

• Предсказана планета 9, но она слишком слаба и далеко.  

• В галактиках не хватает видимого вещества для удержания периферии.  

• Гипотеза темной материи объясняет это несоответствие.  

• Гравитация играет ключевую роль в эволюции галактик.  

• Ньютон считал, что гравитация должна вызываться агентом, действующим по определенным законам.  

• Он оставил вопрос о природе этого агента на усмотрение читателей.  

• Гравитация не может быть точно описана ньютоновской формулой.  

• Меркурий не летает по идеальному эллипсу, его орбита поворачивается.  

• Леверье вычислил планету-вулкан, вызывающую этот поворот.  

• Среди экзопланет много суперземель, но в Солнечной системе их нет.  

• Эйнштейн после семи лет исследований получил точное значение поворота орбиты Меркурия.  

• Его расчеты подтвердили важность максимальной скорости в перигелии и эксцентриситета орбиты.  

• Эти данные стали важным шагом в понимании гравитации.  

• Гравитация рассматривается как геометрия пространства-времени.  

• Пространство-время определяет движение материи, а материя искривляет пространство-время.  

• Закон Ньютона раздваивается: материя искривляет пространство-время, а искривленное пространство-время определяет движение материи.  

• Пространство-время объясняет движение материи.  

• Гравитация — это исчисление расстояний в пространстве-времени.  

• Пространство-время включает развертки движения.  

• Игла на самописце записывает движение, вертикальное направление становится временем.  

• Пространство-время позволяет видеть движение от начала до конца.  

• Это непривычный взгляд на вселенную.  

• Мировая линия — это развертка движения в пространстве-времени.  

• Пробные тела движутся в трехмерном пространстве, мировая линия — самый прямой путь между событиями.  

• Самый прямой путь не является прямой, так как пространство-время искривлено.  

• Искривленная поверхность двумерна, как глобус.  

• Прямые линии на глобусе не являются прямыми на карте.  

• Математические средства позволяют вычислять прямые пути на картах.  

• Карты искажают расстояния и площади.  

• Для точного определения расстояний нужны поправочные числа.  

• Каждая точка карты снабжается тремя числами для вычисления расстояний.  

• В пространстве-времени используются десять поправочных чисел.  

• Эти числа помогают преобразовать расстояния на карте в реальные расстояния в пространстве-времени.  

• Гравитационное поле описывается десятью числами в каждой точке пространства-времени.  

• Числа определяют искривление пространства-времени и помогают материи двигаться.  

• Расширение Вселенной описывается как рост числа а, б и в с течением времени.  

• Смешивание пространства и времени известно со времен специальной теории относительности.  

• Числа определяют движение материи, вычисляя геодезические пути.  

• Геодезические пути — это самые прямые пути в искривленном пространстве-времени.  

• Таблица с числами укрепляется скобками и называется тензором.  

• Геодезические линии соответствуют свободному падению под действием гравитации.  

• Отсутствие гравитации описывается плоским пространством.  

• Уравнение Эйнштейна связывает материю и геометрию пространства-времени.  

• Энергия, импульс и давление являются представителями материи.  

• Геометрия описывается тензором, который должен быть инвариантным.  

• Приливные силы возникают из-за расхождения соседних геодезических.  

• Сравнение двух способов движения вдоль геодезических позволяет вычислить кривизну.  

• Кривизна описывает, как геодезические расходятся или сходятся.  

• Тензор кривизны Римана имеет 20 независимых компонент.  

• Вычисление независимых компонент требует сложных математических действий.  

• Кривизна зависит от производных чисел и их вторых производных.  

• Тензорный анализ описывает гравитацию через 20 компонент кривизны.  

• Уравнение Эйнштейна связывает энергию, импульс и силы с кривизной пространства-времени.  

• Переупаковка 20 компонент кривизны в таблицу 4x4 позволяет записать уравнение Эйнштейна.  

• Уравнение Эйнштейна включает нелинейные зависимости между энергией и кривизной.  

• Принцип суперпозиции не применим к этим уравнениям.  

• Слева в уравнении геометрия, справа материя и энергия.  

• При малой кривизне уравнение Эйнштейна воспроизводит ньютоновскую гравитацию.  

• Упрощение уравнений позволяет найти ньютоновское уравнение гравитации.  

• Гравитационный потенциал Ньютона связан с замедлением времени.  

• Эксперимент с самолетами подтвердил замедление времени в 1971 году.  

• Два эффекта: движение относительно Земли и гравитация.  

• Точные измерения подтвердили общую теорию относительности.  

• Замедление времени влияет на точность GPS.  

• Ошибки во времени приводят к ошибкам в расстоянии.  

• Спутникам GPS нужно учитывать замедление времени.  

• Орбиты вблизи нейтронных звезд не являются эллиптическими.  

• Орбиты имеют сложную структуру с намотками и периодами.  

• Эти орбиты не периодические, но укладываются в определенные схемы.  

• Вблизи нейтронной звезды или черной дыры навигация отличается от ньютоновской.  

• Ближайшая устойчивая круговая орбита находится на определенном расстоянии от центра.  

• Гравитация вблизи этих объектов не позволяет круговых орбит, они ломаются.  

• В зоне 1 находятся устойчивые круговые орбиты.  

• В зоне 2 возможны неустойчивые круговые орбиты.  

• В зоне 3 минимальное расстояние для любой устойчивой орбиты.  

• Половина радиуса Бока — минимальное расстояние для свободно летящего тела.  

• В области 5 еще есть устойчивые круговые орбиты, но тела на них мечутся.  

• В области 6 любое тело без мотора падает на черную дыру.  

• Одна треть радиуса Бока — горизонт черной дыры.  

• Все, что попадает за горизонт, исчезает.  

• Это одно из ключевых следствий эйнштейновской гравитации.  

• Шваршильд нашел решение для черной дыры через полтора месяца после представления общей теории относительности Эйнштейна.  

• Гравитационное линзирование используется для обнаружения сверхмассивных черных дыр.  

• Гравитационное линзирование помогает изучать распределение массы во Вселенной.  

• Солнце также отклоняет свет, что можно наблюдать во время затмения.  

• Спутники Европейского космического агентства измеряют поведение света вокруг точных источников.  

• Свет, пущенный на определенном расстоянии, может отражаться от гравитационного источника.  

• Свет, пущенный слишком близко, пропадает навсегда.  

• Разные цвета на рисунке обозначают разные радиусы и поведение света.  

• Источник гравитации выглядит как темный диск.  

• Захваченный свет образует неустойчивую круговую орбиту.  

• Черная дыра — это область пространства с высокой кривизной, откуда не выходят геодезические линии.  

• Астрофизическая черная дыра предположительно устроена аналогично математической.  

• Гравитационные волны могут указывать на наличие поверхности черной дыры.  

• Пространство и время меняются местами под горизонтом черной дыры.  

• Падение в черную дыру сопровождается ускорением и замедлением.  

• Объект зависает на ближайшей устойчивой круговой орбите и постепенно исчезает.  

• Время для падающего объекта и наблюдателя различается.  

• Вращение черной дыры влияет на движение объектов.  

• В эргосфере нельзя не вращаться, время вытягивается по орбите.  

• Пенроуз предложил способ возвращения из эргосферы с отрицательной энергией.  

• Гравитация управляет расстояниями и временем.  

• Разбегание вселенной — решение уравнения Эйнштейна.  

• Закон Хаббла: чем дальше объект, тем быстрее он удаляется.  

• Гравитационные волны возникают при мощных перестройках кривизны.  

• Для обнаружения гравитационных волн нужны два заряда или массы.  

• Сравнение сигналов с библиотекой помогает определить массы черных дыр.  

• Ускоренное расширение вселенной требует добавления темной энергии.  

• Темная энергия — источник антигравитации.  

• Геометрия вселенной может влиять на материю.  

• Геометрия определяет материю, а не наоборот.  

• Для сверхсветового ворб-драйва и кротовых нор нужна материя с отрицательной массой.  

• Прямое запрещение существования такой материи неизвестно.  

• Гравитация — слабейшая, но главная сила, действующая через пространство-время.  

• От гравитации нельзя спрятаться.  

• На сингулярности в черной дыре время кончается.  

• Непродолжаемые геодезические утыкаются в конец собственного времени.  

• Общая теория относительности описывает сигналы гравитационных волн и расширение Вселенной.  

• Наше знание о гравитации неполное, квантовая гравитация остается загадкой.  

• Автор написал книгу, которая вышла в издательстве "Альпина нон-фикшн".  

• Редактор Петр Фаворов помог подготовить второе издание, исправив ошибки.  

• Одна из ошибок касалась агентов для гравитационных волн, время было перепутано.