Цікаве запитання: чому у фізиці існує 4 фундаментальні взаємодії, але тільки 1 тип гравітації?
Якщо ейнштейнівське трактування ідей Мінковського правильне, - а залізобетонних доказів тому поки що немає, - то виходить, що немає такої штуки, як "сила гравітації".
Велінде проти гравітації
Ерік Верлінде, безумовно, має рацію, стверджуючи, що горезвісне тяжіння - обманка, космічний фокус. Однак якщо ми залишаємося в традиції загальної теорії відносності, тоді гравітація - це, скоріше, ефект викривлення простору-часу, тоді як сила гравітації - справді ілюзія, спричинена нашою обмеженою перспективою.
Схоже, інші сили пов'язані з реальними, фізично вимірюваними "полями", які взаємодіють з матерією через "частинки", що переносять "силу".
Наприклад, матерія складається з протонів і нейтронів, що утримуються разом в атомних ядрах завдяки взаємодії "глюонів", і електронів, що відштовхуються один від одного і притягуються до протонів завдяки взаємодії "фотонів".
Усе це, - спрощуючи, щоб не писати трактатів, - є частиною теорії квантової механіки (за ідеєю, може бути)
І якщо квантова механіка фізично правильна, вона має стати частиною фізики, яка пояснює гравітацію за допомогою аналогічних квантів.
Такі частинки, гравітони, досі не спостерігалися, і фізики сходяться на думці, ніби вони настільки слабкі, що ми ніколи не зможемо підтвердити їхнє існування. Навіть якщо вони реальні, ми змушені придумати математичну модель, що об'єднує гравітацію і квантові взаємодії.
Як завжди, вибір між "спостерігати" і "рахувати". Але ситуація така, що в сучасній фізиці все піддається сумніву. Або вірі. Це вже вибір кожного дослідника.
Крім того, теорії Ейнштейна ґрунтуються на чомусь, що називається "просторовим часом". Просторовий час - це математичний винахід Мінковського, де час розглядають не у звичайний повсякденний спосіб, а як четвертий вимір поряд із трьома (вгору/вниз, ліворуч/праворуч, уперед/назад) напрямками евклідового простору.
Ейнштейн припустив, що, прийнявши просторовий час за реальний, він викривляється через присутність матерії. А, своєю чергою, матерія і світло дотримуються певних правил, описаних в ЗТВ.
Ейнштейн також зробив кілька чудових передбачень, які здавалися вкрай неправдоподібними, але тепер були підтверджені експериментально.
Отже, що ж таке гравітація?
Згідно з Ейнштейном, не існує "гравітаційного поля" в сенсі електричного поля, і ми ніколи не знайдемо "гравітон", хоча сучасні фізики наполегливо продовжують його шукати.
Великий німець припускав, що є тільки просторовий час, окремий простір і час, загорнуті в єдине ціле, і воно не може бути розділене.
Така "зв'язка" означає, що все у Всесвіті (включно зі світлом) рухається з однаковою швидкістю, а ефекти гравітації та спеціальної відносності виникають через наш обмежений погляд зсередини викривленого простору-часу.
Тобто гравітація - це проблема вимірювання і спостерігача, який за визначенням не може бути "об'єктивним", перебувати "поза" вимірюваної ним реальності.
Сама по собі "гравітація" сприймається цікавим чином.
По-перше, матерія має масу, а маса має інерцію. Інерція означає, що якщо на об'єкт не діє якась зовнішня сила, він залишатиметься в спокої або в русі з тією самою швидкістю і в тому самому напрямку. Ігноруючи гравітацію, це легко довести - достатньо побігати по льоду.
Але ми не можемо ігнорувати гравітацію. Хоча вона нічого не пояснює.
Проблема в тому, що ніхто не зможе уявити простір-час, навіть за допомогою дуже "розумної" математичної моделі. Приклад:
Краще намалювати тільки два виміри простору-часу, де напрямки - вліво і вправо через простір і вперед через час.
Коли немає маси, що спотворює "плоский" простір-час, об'єкти поводяться як годиться, рухаючись уперед по прямій лінії в часі та просторі.
Але коли з'являється велика маса, простір-час викривляється таким чином, що прямі шляхи прямують до центру маси, а паралельні лінії орієнтовані всередину простору.
Коли об'єкт падає, він рухається по прямій лінії через простір-час, викривлений навколо нього. Але коли щось зупиняє його падіння, він змушений покинути пряму лінію.
Щоб пояснити, чому це відчувається як сила, нам потрібен другий закон руху Ньютона:
Прискорення об'єкта залежить від його маси та величини прикладеної до нього сили. Математично це виражається як Сила = Маса х Прискорення, або Прискорення = Сила / Маса.
Тут важливо пам'ятати, що "закони" Ньютона описують те, що ми бачимо в нашому звичайному досвіді, вони не пояснюють фізичну реальність.
Прискорення - це будь-яка зміна інерційного руху. У звичайному досвіді уповільнення або будь-яка зміна напрямку і є "прискорення".
Коли об'єкт вільно падає в напрямку сусідньої планети, він не прискорюється в просторі. Об'єкт, що вільно падає, рухається прямою лінією через простір-час, який викривлений таким чином, що змушує його прискорюватися в просторі.
Це легко уявити в одному вимірі, але неможливо вловити в трьох вимірах.
Але коли об'єкт, що падає, вдаряється об землю, він більше не в змозі слідувати прямою траєкторією в просторі-часі.
Він перестає рухатися і змушений повертати, щоб прискоритися. А оскільки F=MA і M не змінилося, це нове прискорення означає, що має існувати інша сила, - принаймні, у звичайному сенсі.
Крім того (і це дещо ускладнює сприйняття "ліво/право"), пряма лінія через простір-час завжди спрямована донизу до центру мас, тому об'єкт, що падає, постійно відхиляється від свого інерційного шляху, тож, хоча він спочиває в просторі, об'єкт постійно зазнає прискорення, спричиненого поворотом від інерційного шляху.
Питання в тому, яка відмінність математичної моделі від фізичної реальності?
Річ у тім, що рівняння Ейнштейна, засновані на ідеї простору-часу, дали чудові передбачення, як-от сповільнення часу або гравітаційне лінзування.
Тож цілком може бути, що простір-час - це буквальна реальність навколо нас, а решта фізики - квантово-механічна частина, яка сама по собі на стільки фундаментально недосконала, що може здаватися найкориснішою моделлю в історії науки.
